專利名稱：制造太陽能電池的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可太陽能電池制造領(lǐng)域，尤其涉及允許制造薄膜太陽能電池的裝置以及用于這種制造的方法。
背景技術(shù)：
薄膜太陽能電池通常通過將材料真空汽化到玻璃襯底上被制造。所使用的光電(PV)材料可以是Cu、In、Ga和Se(通常叫作CIGS、CIGSe或CIGS2)。另一種類型是Cu、In和S(通常叫作CIS)。第三種類型使用Cu、In、Ga、Se和S(通常叫作CIGSS或CIGSS2)。使用Si或Cd和Te的其它類型薄膜電池也是可以的。制造方法是多種多樣的，但通常包括真空共同汽化(co-evaporation)，并且有時(shí)與高溫下的硒化。其他所使用的方法是密閉空間升華(CSS)和濺射。
為了提高電池效率，襯底通常在汽化過程中被加熱。這使得汽化的原子和分子能夠更容易地找到它們?cè)谝r底上所形成的晶狀結(jié)構(gòu)中的位置。為了達(dá)到電池的最大效率，襯底應(yīng)被加熱到500-600℃或更高。堿石灰(soda-lime)玻璃不能被加熱高于600℃，當(dāng)然塑料材料也不行。雖然可以使用其它玻璃類型，但是堿石灰玻璃中所包含的Na對(duì)玻璃上結(jié)構(gòu)的形成具有積極的效果。所以問題是襯底必須在沉積過程中被加熱并且如果使用含Na量很高的堿石灰玻璃，其將不能被加熱到最佳溫度。如果使用其他材料，最佳結(jié)果是Na層通常首先被沉積到襯底上。該溫度還排除了對(duì)塑料材料的使用。
上述方法例如是Olle Lundberg，Uppsala University，Departmentof Engineering Sciences，2003，“Band Gap Profiling and High SpeedDeposition of Cu(InGa)Se2 for Thin Film Solar Cells”中所公開的。
US6258620也描述了上述方法，但是CInGa材料被依次沉積并且被在在Se焊劑(flux)中硒化，而不是被共同汽化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改善的裝置，其允許制造薄膜太陽能電池。
該目的通過提供一種包括以下內(nèi)容的裝置而實(shí)現(xiàn)用于沉積至少一種材料到襯底上的部件；用于在沉積材料的有限區(qū)域上加熱沉積材料的加熱部件；用于連續(xù)地使襯底和加熱部件相對(duì)于彼此移動(dòng)直到所沉積材料的預(yù)定區(qū)域被加熱的部件；用于以受控的方式冷卻被加熱的材料的部件；以及用于獲得沉積材料的期望晶態(tài)結(jié)構(gòu)的部件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種改善的方法，用于制造薄膜太陽能電池。
該另一個(gè)目的通過提供包括以下步驟的方法而實(shí)現(xiàn)沉積至少一種材料到襯底上；在沉積材料的有限區(qū)域上通過加熱部件加熱沉積材料；連續(xù)地使襯底和加熱部件相對(duì)于彼此移動(dòng)直到沉積材料的預(yù)定區(qū)域被加熱；以受控的方式冷卻被加熱的材料；以及獲得沉積材料的期望晶態(tài)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的其它目的和特征將從以下結(jié)合附圖考慮的詳細(xì)描述中變得明顯。然而應(yīng)當(dāng)理解，附圖僅僅被設(shè)計(jì)用于說明目的，而不是對(duì)本發(fā)明的限定的定義，本發(fā)明的限定應(yīng)參考所附權(quán)利要求。還應(yīng)理解附圖并不一定是按比例作出的，除非另外指出，其僅僅旨在概念性地說明這里所描述的結(jié)構(gòu)和過程。


在其中相同的參考字符在貫穿多個(gè)視圖中表示相同元件的附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的具有旋轉(zhuǎn)襯底和帶有用于加熱薄膜太陽能電池的控制功能的激光束的裝置；圖2a示出了聚焦在薄膜太陽能電池的吸收層上的一個(gè)有限區(qū)域的激光束；圖2b示出了穿過襯底聚焦在薄膜太陽能電池的吸收層上的一個(gè)有限區(qū)域的激光束；具體實(shí)施方式
本發(fā)明涉及薄膜太陽能電池，其包括具有沉積的吸收材料的襯底。該吸收材料被以已知方式沉積在襯底上，比如濺射和/或真空汽化方式。
在本發(fā)明中用于吸收層的優(yōu)選材料是包括Cu、In、Ga和Se和/或S的CIGS。這些材料可以被一起沉積或以許多種組合順序沉積。但是本發(fā)明方法可被使用在任何薄膜太陽能電池上。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的特別優(yōu)勢(shì)在于，由于只是吸收材料的有限區(qū)域被加熱，所以在工藝中限制了襯底溫度吸收，因此可以使用許多不同的襯底材料，比如塑料、金屬和玻璃材料。
優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于可以不在沉積過程中加熱襯底而完成材料的沉積。相反，晶狀的形成在吸收層被沉積之后被改善。
襯底在該優(yōu)選實(shí)施例中具有圓形形狀，這使得能夠使用已經(jīng)使用在光存儲(chǔ)介質(zhì)制造工業(yè)中的設(shè)備，但本發(fā)明可被用于具有任何形狀的襯底上。
下面將結(jié)合圖1描述用于制造薄膜太陽能電池的裝置10的優(yōu)選實(shí)施例。術(shù)語“襯底”在以下描述中指具有沉積的吸收層的襯底。
裝置10包括卡盤(chuck)11，設(shè)置為接納襯底17并在基本水平的位置旋轉(zhuǎn)襯底17。該卡盤11被設(shè)置在基本垂直的軸12上并通過比如馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)部件13來旋轉(zhuǎn)。
該裝置10進(jìn)一步包括激光器14，其向襯底17發(fā)射激光束15。激光束15被設(shè)置以加熱襯底17上的吸收材料，這將在以下通過結(jié)合圖2a和2b被更詳細(xì)地描述。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，激光器14被用來加熱吸收材料，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到可以使用能夠加熱有限區(qū)域中的材料的任何加熱部件，比如感應(yīng)加熱設(shè)備或電子束。同時(shí)，該優(yōu)選實(shí)施例使用一個(gè)激光束，但是技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到當(dāng)然可以使用多于一個(gè)的激光束。
激光器14被設(shè)置在基本水平的軸16上并被設(shè)置成當(dāng)加熱吸收材料時(shí)沿著軸16(以箭頭顯示)移動(dòng)。該激光束15加熱小有限區(qū)域(斑點(diǎn))上的吸收材料。襯底17由卡盤11連續(xù)旋轉(zhuǎn)并且激光器14沿著軸16連續(xù)移動(dòng)。因此，吸收材料以螺旋模式被連續(xù)加熱，直到吸收材料的全部區(qū)域或預(yù)定區(qū)域被加熱。
晶態(tài)化被單元18控制，該單元18控制加熱效果和冷卻時(shí)間以獲得吸收材料的期望晶態(tài)結(jié)構(gòu)。加熱效果例如受激光功率、卡盤的旋轉(zhuǎn)速度、激光器的水平移動(dòng)和/或激光束的聚焦所控制。冷卻時(shí)間例如也受激光功率、卡盤的旋轉(zhuǎn)速度、激光器的水平移動(dòng)和/或激光束的聚焦所控制。
如從圖2a和2b中可以看出的，激光束15可以從上面或穿過襯底17來加熱吸收材料/層19。對(duì)吸收層19加熱方向的選擇例如依賴于不同的層是以何種順序被沉積的。對(duì)方向的選擇還依賴于比如散熱層的其它層是否被使用以及它們放置在層棧中的什么位置。
下面將描述用于制造薄膜太陽能電池的方法，其包括以下步驟沉積至少一種材料到襯底上；在沉積材料的有限區(qū)域上通過加熱部件加熱沉積材料；相互移動(dòng)襯底和加熱部件，直到所沉積材料的預(yù)定區(qū)域被加熱；以受控的方式冷卻被加熱的材料；以及，獲得沉積材料的期望晶態(tài)結(jié)構(gòu)。
如上所述，薄膜太陽能電池制造裝置和用于制造薄膜太陽能電池的方法已被描述，其中沉積的襯底較小有限區(qū)域內(nèi)被加熱以獲得期望的晶態(tài)結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的方法與之前討論的現(xiàn)有技術(shù)的方法相比具有優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)有技術(shù)的方法需要在加熱的襯底上沉積吸收層以獲得所期望的晶態(tài)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，一次只加熱小的有限區(qū)域的方法使得能夠使用對(duì)高溫敏感的襯底。此外，本發(fā)明的方法使得通過任何沉積方法都能獲得好的結(jié)果。上述優(yōu)勢(shì)顯著降低了制造薄膜太陽能電池的成本。
因此，盡管顯示、描述并指出了本發(fā)明的被應(yīng)用到其優(yōu)選實(shí)施例的基本新穎的特征，但是應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)所描述設(shè)備的形式和細(xì)節(jié)以及它們的操作的各種省略、替換和改變都可被本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神的情況下作出。例如，以實(shí)際相同的方式執(zhí)行實(shí)際相同的功能以獲得相同結(jié)果的那些元件和/或方法步驟的所有組合明確打算都落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。而且，應(yīng)認(rèn)識(shí)到結(jié)合本發(fā)明任何揭露的形式或?qū)嵤├@示和/或描述的結(jié)構(gòu)和/或元件和/或方法步驟可根據(jù)設(shè)計(jì)選擇而被結(jié)合到任何其它揭露的或描述的或建議的形式或?qū)嵤├?。因此本發(fā)明僅打算如由所附權(quán)利要求的范圍指示的那樣被限定。
權(quán)利要求
1.一種制造薄膜太陽能電池的方法，其特征在于該方法包括以下步驟沉積至少一種材料到襯底上；在沉積材料的有限區(qū)域上通過加熱部件加熱沉積材料；連續(xù)地使襯底和加熱部件相對(duì)于彼此移動(dòng)，直到沉積材料的預(yù)定區(qū)域被加熱；以受控的方式冷卻被加熱的材料；獲得沉積材料的期望晶態(tài)結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)加熱沉積材料時(shí)使用至少一個(gè)激光束。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)加熱沉積材料時(shí)使用感應(yīng)加熱設(shè)備。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)加熱沉積材料時(shí)使用電子束。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中沉積材料的晶態(tài)結(jié)構(gòu)受加熱效果控制。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中沉積材料的晶態(tài)結(jié)構(gòu)受冷卻時(shí)間控制。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中沉積材料的晶態(tài)結(jié)構(gòu)受襯底和加熱部件的相對(duì)移動(dòng)控制。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中襯底由塑料材料制造。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在冷的襯底上完成所述至少一種材料的沉積。
10.一種用于制造薄膜太陽能電池的裝置，其特征在于該裝置包括用于沉積至少一種材料到襯底上的部件；用于在沉積材料的有限區(qū)域上加熱沉積材料的加熱部件；用于連續(xù)地使襯底和加熱部件相對(duì)于彼此移動(dòng)，直到沉積材料的預(yù)定區(qū)域被加熱的部件；用于以受控的方式冷卻被加熱的材料的部件；用于獲得沉積材料的期望晶態(tài)結(jié)構(gòu)的部件。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中加熱部件是至少一個(gè)激光束。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中加熱部件是感應(yīng)加熱配置。
13.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中加熱部件是電子束。
14.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中布置加熱效果以控制沉積材料的晶態(tài)結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中布置冷卻時(shí)間以控制沉積材料的晶態(tài)結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中布置襯底和加熱部件的相對(duì)移動(dòng)以控制沉積材料的晶態(tài)結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及薄膜太陽能電池領(lǐng)域，尤其涉及一種用于制造薄膜太陽能電池的裝置和方法。至少一種材料被沉積到到襯底上，借此在沉積材料的有限區(qū)域上沉積材料通過加熱部件被加熱。使襯底和加熱部件連續(xù)地相對(duì)于彼此移動(dòng)，直到沉積材料的預(yù)定區(qū)域被加熱，借此以受控的方式冷卻被加熱的材料，因此獲得沉積材料的期望晶態(tài)結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L31/0264GK101036236SQ200580034270
公開日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2005年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月8日
發(fā)明者斯文·林斯特姆 申請(qǐng)人:仲夏股份公司