在制造期間用于保護太陽能電池的覆蓋件的制作方法
【專利摘要】一種用于在制造期間保護太陽能電池不暴露于濕氣的可移除式覆蓋系統(tǒng)。覆蓋系統(tǒng)包括具有與待在存在濕氣的裝置中處理的太陽能電池襯底的配置互補的配置的覆蓋件。連接到覆蓋件的可彈性變形的密封元件定位與覆蓋件接合并密封襯底的頂面。在一個實施例中，為防止?jié)駳鉂B透進覆蓋件的下方，設置覆蓋件的尺寸并且布置該覆蓋件從而使密封元件接合襯底的外周角邊和角部。還公開了一種使用覆蓋件和相關方法來制造太陽能電池的裝置。
【專利說明】在制造期間用于保護太陽能電池的覆蓋件
【技術領域】
[0001]一般而言，本發(fā)明涉及薄膜太陽能電池，更具體而言，涉及在制造工藝期間用于臨時保護太陽能電池和在其上形成的半導體層的覆蓋件。
【背景技術】
[0002]薄膜光電(PV)太陽能電池是一類能源器件，利用光形式的可再生能源，將其轉換成可以用于各種用途的有用電能。薄膜太陽能電池是通過在襯底上沉積半導體和其他材料的各種薄的層和膜形成的多層半導體結構。這些太陽能電池可以被制成以由多個獨立電互連電池組成的一些形式存在的輕質(zhì)柔性板(light-weight flexible sheet)。輕質(zhì)和柔性的屬性給予薄膜太陽能電池廣泛的潛在應用性，使其能夠作為電源用于便攜式電子設備、航空航天、以及住宅和商業(yè)建筑，在這些建筑中，它們可以被結合到諸如屋頂板、外立面、以及天窗的各種建筑部件中。
[0003]通常薄膜太陽能電池半導體封裝件包括形成在背面玻璃或者聚合物襯底上的背導電接觸件或電極以及形成在背電極之上的前導電接觸件或電極。前電極已經(jīng)例如由透光導電氧化物(“TC0”)膜材料形成。在前電極和背電極之間散置吸光有源層或者吸收層(“ABS”)，其吸收太陽輻射光子并且激活電子以產(chǎn)生電流，從而以化學方式將太陽能轉換成電能。
[0004]用于形成吸收層的工藝包括基于爐的硒化/硫化工藝，所述吸收層由諸如銅銦聯(lián)硒化物物質(zhì)(CIS)、銅銦鎵聯(lián)硒化物物質(zhì)或Cu (In，Ga) Se2 ( “CIGS”)或者Cu (In，Ga) (Se，S)2(“CIGSS”)的硫族化物(chalcogenide)材料形成。通常，將諸如銅、銦和鎵(用于CIGS或者CIGSS吸收層)的基礎材料濺射或者以其他方式沉積在太陽能電池襯底的背電極上。然后將襯底裝載在爐子中，向該爐子中引入包含硫化物的氣體之后引入包含硒化物的載體氣體，所有這些都伴隨著加熱。
[0005]在用于形成薄膜太陽能電池的其他工藝中，由硫化鎘(CdS)形成的緩沖層通常通過化學浴沉積(CBD)工藝形成在吸收層上，在該工藝中將整個襯底浸沒在電解化學浴中。
[0006]前述硒化/硫化和CBD工藝在預期目標區(qū)域以外的太陽能電池表面上產(chǎn)生不想要的殘留物并且形成化學化合物沉積物。因此，通常在形成前述吸收層和緩沖層之后，需要蝕刻和清潔背面玻璃襯底的背面以去除可能附著在該表面上并且污染該表面的任何化學化合物殘渣或沉積物，從而避免潛在的太陽能電池性能退化或者表面缺陷。背面襯底的背面蝕刻/清潔操作使用化學蝕刻、刷洗和水的組合。然而，如果形成在背面玻璃襯底的相反面上的硫族化物吸收層膜暴露于濕氣、水和蝕刻溶液，則其易受到剝離和其他形式的損傷。這可能引起表面缺陷并且對太陽能電池的可靠性產(chǎn)生更加明顯不利的影響。因此，保護吸收層在清潔背面襯底時不暴露于水和濕氣是有用的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于在制造工藝期間保護太陽能電池襯底的可移除式覆蓋系統(tǒng)，所述太陽能電池襯底具有頂面、底面和通過圍繞所述太陽能電池襯底水平延伸的外周角邊限定的周界，所述系統(tǒng)包括:覆蓋件，具有形成內(nèi)腔的頂部和外周側壁，所述外周側壁限定圍繞所述覆蓋件水平延伸的周界，所述周界接近于所述太陽能電池襯底的周界；可彈性變形的密封元件，與所述側壁連接并且圍繞所述覆蓋件的周界延伸，其中當所述覆蓋件接合到所述太陽能電池襯底時，所述密封元件被配置成在所述外周角邊密封所述太陽能電池襯底的頂面。
[0008]在所述的覆蓋系統(tǒng)中，所述太陽能電池襯底的形狀為矩形或者正方形。
[0009]在所述的覆蓋系統(tǒng)中，所述太陽能電池襯底的形狀為矩形或者正方形，其中，所述覆蓋件的長度和寬度的尺寸被設置成至少等于或者大于所述太陽能電池襯底的對應長度和寬度。
[0010]在所述的覆蓋系統(tǒng)中，所述密封元件與所述覆蓋件的外周側壁的底面連接。
[0011]在所述的覆蓋系統(tǒng)中，所述密封元件由密閉性結構的乙烯-丙烯-雙烯單體形成。
[0012]在所述的覆蓋系統(tǒng)中，所述密封元件包括泡沫橡膠。
[0013]在所述的覆蓋系統(tǒng)中，所述密封元件被配置成在所述密封元件的橫向邊之間的中點附近接合所述太陽能電池襯底的外周角邊。
[0014]在所述的覆蓋系統(tǒng)中，所述密封元件的截面形狀具有空心。
[0015]在所述的覆蓋系統(tǒng)中，所述密封元件的截面形狀具有空心，其中，所述密封元件的截面形狀選自由ο形環(huán)和d形環(huán)所組成的組。
[0016]在所述的覆蓋系統(tǒng)中，所述太陽能電池襯底的頂面包括吸收層，當所述覆蓋件接合到所述太陽能電池襯底時所述吸收層被置于所述覆蓋件的下方和所述密封元件的內(nèi)部。
[0017]在所述的覆蓋系統(tǒng)中，當將所述覆蓋件放置在所述襯底上時，所述覆蓋件的周界被配置成并且其尺寸被設置成具有與所述太陽能電池襯底互補的形狀從而使所述覆蓋件完全覆蓋所述襯底的頂面。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種太陽能電池制造工藝裝置，包括:工藝外殼，具有至少一種濕式太陽能電池制造工藝；覆蓋件，具有形成內(nèi)腔的頂部和外周側壁，所述外周側壁限定圍繞所述覆蓋件水平延伸的周界，所述周界接近于部分制造的太陽能電池襯底的周界；可彈性變形的密封元件，與所述側壁連接并且圍繞所述覆蓋件的周界延伸；框架，可連接于所述覆蓋件并且與所述裝置連接，所述裝置通過操作將所述覆蓋件降低至與所述太陽能電池襯底的頂面接合的閉合位置并且將所述覆蓋件提升離開所述太陽能電池襯底的頂面至與所述太陽能電池襯底解除接合的打開位置；其中，當所述覆蓋件位于所述閉合位置時，所述密封元件被配置成在所述外周角邊密封所述太陽能電池襯底的頂面。
[0019]在所述的裝置中，所述裝置通過操作在所述閉合位置處對所述覆蓋件施加下向的力。
[0020]在所述的裝置中，至少一種濕式太陽能電池制造工藝是對所述襯底的底面實施的濕式襯底背面蝕刻。
[0021]在所述的裝置中，所述太陽能電池襯底的形狀為矩形或者正方形。
[0022]在所述的裝置中，所述覆蓋件長度和寬度的尺寸被設置成至少等于或者大于所述太陽能電池襯底的對應長度和寬度。
[0023]在所述的裝置中，所述密封元件是截面形狀選自由O形環(huán)和d形環(huán)所組成的組的泡沫橡膠，以及其中，所述密封元件被配置成在所述密封元件的橫向邊之間的中點附近接合所述太陽能電池襯底的外周角邊。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于制造太陽能電池的方法，所述包括:在襯底的頂面上沉積導電的底部電極層；在所述底部電極層上沉積吸收層；對所述吸收層實施硒化；通過將保護覆蓋件放置在所述襯底的頂面上來保護所述吸收層，其中所述覆蓋件上的可彈性變形的密封元件接合所述襯底的外周角邊以形成防泄漏密封件；以及濕式蝕刻具有在所述襯底的頂面上設置的保護覆蓋件的襯底的底面以去除硒化化合物沉積物。
[0025]所述的方法還包括:在濕式蝕刻之后用去離子水沖洗所述襯底以及在所述沖洗之后風干所述襯底。
[0026]所述的方法還包括:在濕式蝕刻之后用去離子水沖洗所述襯底以及在所述沖洗之后風干所述襯底；以及在沖洗和風干之后從所述襯底去除所述覆蓋件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]將參照以下附圖描述示例性實施例的部件，在附圖中以類似的方式標記相同的元件，其中:
[0028]圖1是根據(jù)本發(fā)明的薄膜太陽能電池的第一實施例的截面?zhèn)纫晥D；
[0029]圖2是示出用于形成薄膜太陽能電池的示例性工藝中的連續(xù)步驟的流程圖；
[0030]圖3是傳統(tǒng)的襯底背面濕式蝕刻/清潔裝置的示意性側視圖；
[0031]圖4是圖3的裝置中所用的傳統(tǒng)保護襯底覆蓋件的截面?zhèn)纫晥D；
[0032]圖5是示出圖4的襯底和覆蓋件的配置的俯視平面圖；
[0033]圖6是沿著圖5中的線6-6截取獲得的圖5的襯底和覆蓋件組合的角部區(qū)域的側視圖；
[0034]圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的襯底和保護覆蓋件的配置的俯視平面圖；
[0035]圖8是位于襯底上的圖7的覆蓋件的截面?zhèn)纫晥D；
[0036]圖9是圖8中虛線圈A所示的部分的放大的側面詳視圖，其中示出以未壓縮狀態(tài)置于襯底上或者襯底附近的密封元件；
[0037]圖10是圖8中虛線圈A所示的部分的放大的側面詳視圖，其中示出壓縮在襯底上的壓縮狀態(tài)的密封元件；
[0038]圖11至圖15是供圖9的覆蓋件使用的密封元件的幾個實施例的截面透視圖；以及
[0039]圖16是圖9的保護覆蓋件的放大的側面詳視圖，示出密封元件的可選的安裝布置。
[0040]所有附圖都是示意性的并且沒有按比例繪制。
【具體實施方式】
[0041]結合附圖閱讀示例性實施例的描述，其中附圖被認為是整個說明書的一部分。在本文公開的實施例的描述中，對任何方向或方位的提及僅僅是為便于描述，而不用于以任
何方式限制本發(fā)明的范圍。相對性術語，諸如“下”、“上”“水平的”、“垂直的”、“在......之
上”、“在......之下”、“向上”、“向下”、“頂部”和“底部”以及它們的派生詞(例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等)應該被解釋為是指如隨后所述的或者如論述中的附圖所示出的方位。這些相對術語僅僅是為描述的方便，并不需要在特定方位上構造或者操作裝置。
[0042]除非另有說明，術語，諸如“接合的”、“粘附的”、“偶聯(lián)的”、“連接的”和“互連的”是指其中一個結構直接或通過插入結構間接地固定或接合至另一個結構的關系以及兩者都是可移動的或剛性的接合或關系。而且，參照實施例示出了本發(fā)明的部件和優(yōu)點。因此，本發(fā)明明顯不應該限制為示出可能單獨地或以部件的其他組合存在的部件的一些可能的非限制性組合的這些實施例。
[0043]圖1是薄膜太陽能電池100的示例性實施例的截面圖。太陽能電池100主要包括背面襯底110、在背面襯底110上形成的底部電極層120、在底部電極層120上形成的吸收層130、在吸收層130上形成的緩沖層140、以及在緩沖層140上形成的TCO頂部電極層150。在層150之上可以形成其他層和結構以完成太陽能電池。如圖6、圖7和圖9中進一步示出的，襯底110具有通過上部外周角邊111限定的位于襯底的垂直面112的頂部(圖6和圖7中示出)圍繞整個襯底水平延伸的周界。參考圖6、圖7和圖9，在一些實施例中邊111形成90度的角，在截面圖中形成一個點(參見例如圖9)和完全圍繞襯底的整個周界水平延伸的相應的線性邊(參見例如圖7)。
[0044]太陽能電池100進一步包括微溝道，在半導體結構中對其進行圖案化和劃割，以互連各個導電材料層并且分離鄰近的太陽能電池。對如本領域中常提及的這些微溝道或“劃線”給定與其在半導體太陽能電池制造工藝期間的功能和步驟相關的“P”命名(designation)。Pl劃線將吸收層130與襯底110互連。P2劃線在底部電極120和頂部電極150之間形成導電連接。P3劃線完全穿過前述的太陽能電池層延伸至背面襯底110以隔離鄰近的太陽能電池。
[0045]以圖2中的連續(xù)步驟示出用于形成太陽能電池100的示例性方法。
[0046]現(xiàn)參考圖1和圖2，首先在步驟200中通過本領域中所用的任何合適的方式清潔背面襯底110，以制備用于接收底部電極層的襯底。在一個實施例中，可以通過使用刷洗工具或者超聲波清潔工具中的清潔劑或化學制品來清潔襯底110。
[0047]可以用于背面襯底110的合適材料包括但不限于:玻璃，諸如，例如但不限于鈉鈣玻璃；陶瓷；金屬，諸如，例如但不限于不銹鋼和鋁的薄片；或聚合物，諸如，例如但不限于聚酰胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalates)、聚合烴、纖維素類聚合物、聚碳酸酯、聚醚和其他。在一個實施例中，玻璃可以用于背面襯底110。
[0048]接下來，然后通過在本領域中所用的任何方法，包括但不限于濺射、原子層沉積(ALD)、化學汽相沉積(CVD)或其他技術在襯底110上形成底部電極層120 (步驟205)。
[0049]在一個實施例中，底部電極層120可以由鑰(Mo)形成；然而，也可以使用本領域中使用的諸如Al、Ag、Sn、T1、N1、不銹鋼、ZnTe等其他合適的導電金屬和半導體材料。
[0050]在一些示例性而非限制性的實施例中，底部電極層120的厚度可以優(yōu)選介于約
0.1至1.5 (含0.1和1.5)微米(μ m)的范圍內(nèi)。在一個實施例中，層120的代表性厚度為約0.5 μ m量級。
[0051]繼續(xù)參考圖1和圖2，接下來在底部電極層120中形成Pl圖案化劃線(步驟210)，以暴露出襯底Iio的頂面113，如圖所示?？梢允褂帽绢I域中常用的任何合適的切割方法，諸如但不限于使用刻針的機械劃割或激光劃割。
[0052]接下來，在底部電極層120的頂部上形成P型摻雜的半導體光吸收層130 (步驟215)。如圖1所示，吸收層130的材料進一步填充Pl劃線并且接觸襯底110的暴露頂面113，從而將層130和襯底互連起來。
[0053]在一些實施例中，吸收層130是本領域中常用的P型摻雜硫族化物材料，諸如但不限于Cu(In，Ga)Se2或“CIGS”。可以使用的其他合適的硫族化物材料包括但不限于Cu(In，Ga) (Se，S)2 *“CIGSS”、CuInSe2、CuGaSe2、CuInS2、Cu(In，Ga)S2 或者元素周期表中的 II 族、III族或VI族元素的其他組合。在一些代表性而非限制性的實施例中，吸收層130的厚度可以優(yōu)選介于大約0.5至5.0 (包含0.5和5.0)微米(μ m)的范圍內(nèi)。在一個實施例中，吸收層130的代表性厚度為約2 μ m量級。
[0054]由CIGS形成的吸收層130可以通過本領域中使用的任何合適的真空或非真空工藝形成。這些工藝包括但不限于硒化、硒化后硫化(“SAS”)、蒸發(fā)、濺射電沉積、化學汽相沉積、噴墨等(步驟215)。
[0055]當使用步驟215的硒化和硫化工藝時，通常會在背面襯底110的背面或底面114(在圖4中標出)上留下有機和/或無機化合物的沉積物或者殘留物，通過襯底背面清潔工藝將其去除(步驟219)。這些清潔工藝通常包括背面襯底表面的化學蝕刻與機械刷洗和水清洗的組合。下面進一步詳細描述這種清潔工藝。
[0056]現(xiàn)繼續(xù)參考圖1和圖2，然后在吸收層130上形成可以是CdS (硫化鎘)的η型緩沖層140以形成電有源η-ρ結(步驟220)?？梢允褂帽绢I域中常用的任何合適的方法形成緩沖層140。在一個實施例中，可以使用含硫的電解質(zhì)溶液通過電解質(zhì)化學浴沉積(CBD)工藝形成緩沖層140。在一些代表性而非限制性的實施例中，緩沖層140的厚度可以優(yōu)選介于約0.005至0.15 (含0.005和0.15)微米(μ m)的范圍內(nèi)。在一個實施例中，緩沖層140的代表性厚度為約0.015 μ m量級。
[0057]形成CdS緩沖層的CBD工藝通常也在背面襯底110的背面或底面114上留下有機和/或無機化學化合物的沉積物或者殘留物，通過在形成吸收層130的一些實施例中所使用的硫化和硒化工藝(步驟215)之后重復前文所述的相同的襯底清洗工藝(步驟222)去除這些沉積物或者殘留物。下面進一步詳細描述這種清潔工藝。
[0058]在形成CdS緩沖層140之后，接下來穿過吸收層130切割P2劃線，從而暴露出位于開口劃線或溝道內(nèi)的底部電極120的頂面113 (步驟225)。如先前所描述的，本領域中所使用的任何合適的方法都可以用于切割P2劃線，這些方法包括但不限于機械(例如刻針)劃割或者激光劃割。之后將用頂部電極層150的導電材料填充P2劃線，從而將頂部電極與底部電極層120互連起來。
[0059]繼續(xù)參考圖1和圖2，在形成P2劃線之后，接下來在緩沖層140的頂部上形成優(yōu)選由TCO材料形成的透光η型摻雜的頂部電極層150，用于收集來自電池的電流(電子)并且優(yōu)選吸收最少量的穿過且到達光吸收層130的光(步驟230)。這通過將電荷運送至外部電路的頂部電極，形成用于收集電流的另外的有源表面區(qū)域。如圖1所示，Ρ2劃線在Ρ2劃線的垂直側壁上以及在其內(nèi)的底部電極層120的頂部上也至少部分地填充有TCO材料，從而在頂部電極層150和底部電極120之間形成電連接，建立電子流路徑。
[0060]鋁(Al)和硼⑶是常用于薄膜太陽能電池中的TCO頂部電極的兩種可能的η型摻雜物；然而，可以使用其他合適的摻雜物，諸如但不限于鋁(Al)、硼(B)、鎵(Ga)、銦(In)或者周期表中III族的其他元素。
[0061]在一個實施例中，用于頂部電極層150的TCO可以是本領域中常用于薄膜太陽能電池的的任何材料。可以使用的合適的TCO包括但不限于氧化鋅(ZnO)、硼摻雜ZnO ( 120”)、鋁摻雜2110( “ΑΖ0”)、鎵摻雜 ZnO ( “GZ0”)、銦摻雜 ZnO ( “ΙΖ0”)、氟錫氧化物(“FT0”或SnO2:F)或者銦錫氧化物(“ΙΤ0”)。頂部電極層150可以由具有用于頂部電極期望特性的任何其他合適的涂層材料(諸如納米碳管層)形成。在一個實施例中，所使用的TCO是BZO。
[0062]在頂部電極層150可以由硼摻雜ZnO或“ΒΖ0”形成的一些實施例中，應該注意到，在形成較厚的η型摻雜TCO頂部電極層150期間，可以在吸收層130的頂部上形成薄本征ZnO膜(未示出)。
[0063]繼續(xù)參考圖1和圖2，在形成TCO頂部電極層150之后，在薄膜太陽能電池100中形成Ρ3劃線(步驟240)。如圖所示，Ρ3劃線向下穿過(從頂部至底部)頂部電極層150、緩沖層140、吸收層130和底部電極層120延伸至襯底110的頂部。
[0064]然后采取本領域技術人員熟知和理解的其他最終后段步驟來完成太陽能電池模塊。這包括使用諸如但不限于EVA(醋酸乙烯酯)和丁基的組合的合適的密封劑將諸如覆蓋玻璃的頂部覆蓋件(未示出)層壓到電池結構上以密封太陽能電池(圖2中的步驟245和 250)。
[0065]實施進一步的后段工藝(步驟255)，其可以包括通過本領域中已知的方式在頂部電極150之上形成前導電柵格接觸件和一層或多層抗反射涂層(未示出)。柵格接觸件將向上伸出穿過并超過任何抗反射涂層的頂面用于連接外部電路。這制造出完整的太陽能電池模塊(步驟260)。
[0066]背面蝕刻和清潔裝置
[0067]圖3是用于實施圖2的步驟219和222中所示的和上文所述的背面襯底110的背面蝕刻和清潔操作的裝置300的示意圖。裝置300具有內(nèi)聯(lián)工藝系統(tǒng)，其包括裝載部分302、濕式蝕刻工藝部分310、水沖洗或者淋洗部分320、鼓風或者風干部分330以及卸載部分304。如圖所示，裝置300包括從裝載部分302橫向延伸至卸載部分304的伸長的工藝外殼306。這在太陽能電池100 (或者部分形成的太陽能電池)周圍形成用于實施連續(xù)蝕刻、沖洗和風干操作的可控環(huán)境。裝置300包括用于實施每一操作的所有合適的和必要的輔助設備，諸如例如液體化學物質(zhì)貯藏和分配設備、泵、發(fā)動機、刷子、鼓風機/風扇、擦拭片、電源、控制器等。如示意圖示出的蝕刻和清潔裝置是可商購的，諸如來自德國卡爾辛格拉斯公司(Singulus of Kahl, Germany)的 VITRUM_Etch2000 工具和 VITRUM_Clean2000 工具。
[0068]在蝕刻和清潔工藝期間，在圖3左邊示出的裝載部分302中接收太陽能電池襯底110。在圖2示出的太陽能電池100制造工藝的步驟219中，吸收層130已經(jīng)形成在背面襯底110上(步驟215)并且在硒化爐中進行處理從而需要從襯底背面(即，圖6中的底面114)去除不想要的殘留化學化合物沉積物(步驟219)。這可能是在太陽能電池100上的第一次蝕刻/清潔操作?？蛇x地，可以在第二次蝕刻/清潔操作(步驟222)之前剛好通過CBD形成CdS緩沖層140 (步驟220)。在第一次或者第二次清潔操作中(步驟219或者222)，吸收層130形成在襯底110的正面(背面的相反面)上的襯底110需要保護背面不進行如上所述的蝕刻/清潔工藝。
[0069]參考圖3和圖4，在裝載室302中的襯底110的頂部上放置保護覆蓋件340。圖4是示出工藝中置于襯底上的覆蓋件的圖3的放大圖(見向下的箭頭)。覆蓋件340可以由適當配置的合適的結構框架311支撐并暫時地連接至裝置用于裝載到濕式蝕刻工藝部分310中并且從鼓風或者風干部分330卸載。裝置300包括覆蓋件裝卸系統(tǒng)，配置并操作該系統(tǒng)以通過框架311升降覆蓋件340并在處理期間保持覆蓋件340和襯底110之間的接合。在覆蓋件裝載部分302中，將覆蓋件340向下按壓至襯底110的頂面113(見圖4和圖6)的上部平坦周界部分。將完全圍繞覆蓋件340的周界延伸的片型ο形圈式的周邊密封342壓縮在上表面上以形成密封從而在隨后的蝕刻和清潔工藝期間保護覆蓋件340內(nèi)的吸收層130。如圖4所示，這種類型的密封件具有向上延展部分(通常以約45度角設置)，當向下按壓在襯底上時該部分向上折疊并變平。
[0070]接下來，在蝕刻/清潔工藝中(圖2中的步驟219或222)，具有覆蓋件340的受保護襯底110在圖3中在適當位置從左向右移動，并且首先移動通過裝置300的濕式蝕刻工藝部分310以從背面襯底110的背面或者底面114去除化學化合物。在一些實施例中，襯底110可以在輸送機(通過多個滾輪308示意性表示)上自動移動通過裝置300。在其離開裝載部分302并工藝處理部分310之后，覆蓋件裝卸系統(tǒng)釋放覆蓋件340。裝置300保持針對覆蓋件的壓力，其保持與襯底110密封。使用通過多個化學噴嘴314分配的諸如H2O2 (過氧化氫)和/或其他物質(zhì)的濕式或者液體蝕刻化學物質(zhì)的組合以及通過多個刷子312機械刷洗襯底110的背面從襯底110的背面去除化學化合物沉積物。
[0071]繼續(xù)參考圖3，接下來，受保護襯底110移動通過濕式?jīng)_洗或者淋洗部分320，在該部分中多個去離子水(DI)噴嘴322潤濕襯底的暴露部分和覆蓋件340以沖洗掉任何殘留的蝕刻化學物質(zhì)。在沖洗之后，襯底110移動通過鼓風或風干部分330，在該部分中一個或多個鼓風機322驅(qū)動高壓清潔空氣吹過覆蓋件340和襯底的暴露部分以去除大量的殘留水分和濕氣。接下來，襯底110移動至如右邊所示的卸載部分304。此時，襯底110已離開有源工藝部分或室310、320和330，現(xiàn)在可以通過覆蓋件裝卸系統(tǒng)經(jīng)由框架311將保護覆蓋件340升起脫離襯底。裝置300將覆蓋件340送回至裝載部分302，應用于待進行背面蝕刻/清潔處理的另一襯底。
[0072]在某些情況下，圖3和圖4中示出的保護覆蓋件340可能不能完全有效地阻止一些量的液體化學物質(zhì)和/或水在背面蝕刻/清潔期間滲透到覆蓋件下方。液體化學物質(zhì)和/或水有時可以找到密封件下方的泄漏路徑并到達吸收層130，從而在美學上和結構上損傷吸收層130以及降低制造中的太陽能電池的性能。數(shù)種因素可以導致這種泄漏。
[0073]例如，如圖5所示，太陽能電池襯底110在配置上通常為矩形。相反，保護覆蓋件340在尤其是沿著整個周界的配置上可能不能完全遵循襯底110的形狀，并且在一些實施例中覆蓋件可以具有如圖5所示的圓角落或者弧形角落。當如上所述將覆蓋件放置在襯底上時，襯底110的頂面113上的角部如圖所示保持暴露于本文中所描述的裝置300的濕式工藝。這形成暴露的上部角部115的平坦表面區(qū)域，在該區(qū)域中在襯底上方和下方在壓力下分配的液體化學物質(zhì)和/或水可能蓄積成池(pond或pool)，并且這些液體化學物質(zhì)和/或水可能被驅(qū)趕至密封件342的下方從而到達吸收層130 (見例如圖6)。在風干部分330中，可以通過模擬風夾雨(wind-driven rain)的高壓鼓風機類似地將保留在襯底110的這些暴露角部115的表面區(qū)域上的沖洗水驅(qū)趕至密封件342的下方。由于密封件342將至少在角部的襯底110的頂部平坦表面113與非共形的覆蓋件340接合起來(即，平坦-平坦表面接觸)，密封件342下方的頂面113上的微小表面缺陷可以形成濕氣和液體的路徑，因而泄漏到覆蓋件下方并到達吸收層130。
[0074]為減少或消除前述潛在的泄漏問題，圖7至圖10示出根據(jù)本發(fā)明的包括共形覆蓋件400和密封元件420的保護覆蓋系統(tǒng)的各種實施例。與例如在圖5和圖6中示出的前述覆蓋件340系統(tǒng)不同，覆蓋件400被配置成直接在襯底110的線形上角邊111和密封元件420 (見圖8)之間而非平坦頂部襯底表面113形成防水密封從而密封342如覆蓋件340 (見圖6)中的界面。根據(jù)本發(fā)明的這種邊緣密封界面對濕氣滲透提供改進的保護并且消除襯底110上的任何平坦的暴露頂面113區(qū)域(尤其在角部115)，如上所述該區(qū)域蓄積有可以進入覆蓋件密封下方的液體。襯底110的外周角邊111提供與密封元件420的線性接合，與覆蓋件400形成不透水密封。
[0075]參考圖7中的俯視圖，為實現(xiàn)邊緣密封尤其是在背面襯底110的角部115，覆蓋件400的外周邊遵循襯底110的形狀并且與襯底110的形狀互補(在示出的俯視圖或平面圖中)。在各種實施例中，例如但不限于，根據(jù)襯底的形狀，覆蓋件400可以具有矩形、帶有圓角的矩形、多邊形或者圓形形狀。在示出的實施例中，覆蓋件400和襯底110的形狀是矩形。覆蓋件400的四個角401與襯底110的角部115 (在俯視平面圖)的配置特異性匹配從而實現(xiàn)完全圍繞襯底周界的邊緣密封(見圖7)。
[0076]從尺寸上來說，覆蓋件400的長度和寬度的外部尺寸等于或者略大于襯底110的長度和寬度。在各種實施例中，密封元件420與覆蓋件400連接并且仍接合襯底110的線性邊緣，覆蓋件的寬度和長度略大于襯底的寬度和長度以容納密封元件420。
[0077]保護覆蓋件400可以由包括塑料或者金屬的任何合適的材料形成。在一個實施例中，覆蓋件400由聚碳酸酯形成，其可以是透明或不透明的。因此，覆蓋件400可以是整體結構，并且根據(jù)所使用的材料可以通過包括模塑、鑄造、沖壓、壓力擠壓等任何合適的工藝形成。覆蓋件400的厚度適合于提供形成結構上基本為剛性的覆蓋件所需的結構強度從而抵抗在裝置300的加工期間出現(xiàn)的彎曲、偏轉或者翹曲，其可能以其他方式降低覆蓋系統(tǒng)的防泄漏性能。
[0078]參考圖8至圖10，覆蓋件400包括通常為水平的頂部402以及從頂部402向下延伸的垂直側壁404。在不損傷已經(jīng)在襯底110上形成的諸如吸收層130的任何太陽能電池層的情況下，垂直側壁404限定內(nèi)腔408的高度和區(qū)域要足以覆蓋其內(nèi)的襯底110。在一些實施例中，側壁404限定覆蓋件400的外周邊和周界。在一個實施例中，頂部402是基本上平坦的或者略微呈圓頂狀的。如圖所示，側壁404的取向可以垂直于頂部402或者可以稍微傾斜。在圍繞覆蓋件400的周界延伸的每一側壁404的底部邊緣和下方形成外周底面406。底面406的寬度足以允許覆蓋件400穩(wěn)定地安置在襯底110上并且容納密封元件420相對于底面406的側面寬度。
[0079]根據(jù)各種實施例，密封元件420是在配置和結構方面具有極大彈性的可高度壓縮和變形的彈性體元件，從而使得保護覆蓋件400在圖3的裝置300的背面襯底蝕刻/清潔期間對襯底110的外周邊緣的臨時密封的有效性最大化。在一些實施例中，密封元件420由泡沫橡膠(例如EPDM (乙烯-丙烯-雙烯類單體))密閉性結構海綿形成。EPDM在整個壓縮和膨脹的重復循環(huán)期間具有防泄漏密封所期望的可壓縮性和彈性或者存儲特性?？梢允褂闷渌筛叨茸冃蔚拿芊獠牧?，諸如但不限于天然或者合成橡膠、硅橡膠、丁基橡膠、氯丁橡膠或者具有合適配置的NBR (腈基丁二烯橡膠)。
[0080]在操作中，如圖8和圖9所示，裝置300最初將覆蓋件400置于襯底110上，其中密封元件420靠近或略微接合襯底的邊緣111。最好如圖9所示，密封元件420是未變形的和未壓縮的狀態(tài)。然后將覆蓋件400向下按壓在襯底110上，其中襯底的邊緣111變形并且至少部分地壓縮密封元件420 (見圖10)以便足以產(chǎn)生圍繞襯底外周邊緣的防泄漏密封。密封元件420處于壓縮狀態(tài)并且有效地將覆蓋件400密封到襯底110以開始背面清潔工藝。
[0081]密封元件420可以具有眾多截面配置，包括具有諸如圖11至圖13所示的具有被密封材料壁圍繞的空心區(qū)域的不同配置的開放式結構或者具有諸如圖14至圖15所示的不同配置的封閉式實心結構。結構類型(即，開放式或封閉式)和截面配置部分取決于所選的用于連接密封元件420和覆蓋件400的方法、期望的變形程度以及所提供的側壁底面406的配置和尺寸。在一些實施例中，密封元件420具有如圖11至圖13所示的O形密封圈或者改良的O形密封圈形狀的一般配置。在一個實施例中，密封元件420是具有如圖13所示的D形截面的O形密封圈。
[0082]密封元件420的長度適合于在側壁底面406上完全圍繞覆蓋件400的周界延伸，從而不存在可以使?jié)駳鉂B透到覆蓋件下方以到達襯底Iio上的吸收層130的間隙。因此，密封元件420的總長度與完全圍繞襯底延伸的襯底110的外周角邊111的總合并長度相同。可以諸如在覆蓋件400的角部401處疊接、斜接密封元件420或者以其他方式連接到一起，從而形成圍繞覆蓋件的整個周界延伸的連續(xù)環(huán)密封。
[0083]在一些實施例中，可以通過包括粘合的任何合適的方式將密封元件420連接到覆蓋件400的底面406。當?shù)酌?06具有平坦輪廓時，使用粘著劑可以容易地連接具有諸如圖
12、圖13和圖15所示的平坦側面或表面的密封元件420的配置。在如圖16所示的其他實施例中，底面406包括接收密封元件420的一部分的安裝槽401，其通過除了使用粘合劑之外或者代替使用粘附劑的摩擦配合將密封件固定在覆蓋件400的合適位置上。示出的密封元件的任何截面配置可以供安裝槽401使用。具體來說，采用通過明確將密封件設置在側壁底面406的安裝槽，可以以更安全的密封方式使用諸如圖11和圖14示出的這些沒有平坦面或表面的密封件。
[0084]在一些實施例中，為最大化變形和密封的有效性，配置并且布置覆蓋件400和密封元件420從而使得襯底110的上部外周角邊111在接近密封件的中點處接合密封，如圖9、10和16所示。
[0085]應該理解，本文中所描述的保護覆蓋系統(tǒng)的實施例不但適合于為基于CIGS的吸收層太陽能電池提供保護性濕氣阻擋，而且還可以用于可能易受濕氣損傷的基于CdTe的薄膜太陽能電池和其他類型的薄膜太陽能電池，具有等同的益處。
[0086]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供用于在制造工藝期間保護太陽能電池襯底的可移除式覆蓋系統(tǒng)。太陽能電池襯底具有頂面、底面和通過圍繞太陽能電池襯底水平延伸的外周角邊限定的周界。覆蓋系統(tǒng)包括具有形成內(nèi)腔的頂部和外周側壁，外周側壁限定圍繞覆蓋件水平延伸的周界，該周界接近于太陽能電池襯底的周界；以及連接到側壁并且圍繞覆蓋件的周界延伸的可彈性變形的密封元件，其中當覆蓋件接合到太陽能電池襯底時，密封元件被配置成在外周角邊密封太陽能電池襯底的頂面。在一個實施例中，當將覆蓋件放置在襯底上時，為了防止?jié)駳膺M入覆蓋件的下方，設置覆蓋件的尺寸并布置該覆蓋件從而使密封元件接合襯底的外周角邊。在一個實施例中，太陽能電池襯底的矩形或者正方形配置具有在兩對相對的外周角邊之間形成的直角角部，并且覆蓋件具有與在兩對相對的側壁之間形成的直角角部相匹配的矩形或者正方形配置。在一個實施例中，配置覆蓋件的周界并設置其尺寸以使其具有與太陽能電池襯底互補的形狀，從而使得當將覆蓋件放置在襯底上時覆蓋件完全覆蓋襯底的頂面。
[0087]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供太陽能電池制造工藝裝置。太陽能電池制造工藝裝置包括:具有至少一種濕式太陽能電池制造工藝的工藝外殼；以及具有形成內(nèi)腔的頂部和外周側壁的覆蓋件，其中外周側壁限定圍繞覆蓋件水平延伸的周界，該周界接近于部分制造的太陽能電池襯底的周界。該裝置進一步包括連接到側壁并且圍繞覆蓋件周界延伸的可彈性變形的密封元件，以及可連接到覆蓋件并且與裝置連接的框架。該裝置通過操作將覆蓋件降低到與太陽能電池襯底的頂面接合的閉合位置和將覆蓋件提升離開太陽能電池襯底的頂面至與太陽能電池襯底解除接合的打開位置。當覆蓋件處于閉合位置時，密封元件被配置成在外周角邊密封太陽能電池襯底的頂面。
[0088]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種用于制造太陽能電池的方法。該方法包括:在襯底的頂面上沉積導電的底部電極層；在底部電極層上沉積吸收層；對吸收層實施硒化；通過將保護覆蓋件放置在襯底的頂面上來保護吸收層，其中覆蓋件上的可彈性變形的密封元件接合襯底的外周角邊以形成防泄漏密封件；以及濕式蝕刻具有在襯底頂面上設置的保護覆蓋件的襯底的底面以去除硒化化合物沉積物。
[0089]盡管前述描述和附圖描述了本發(fā)明的示例性實施例，但應該理解，可以在不背離所附權利要求等同的實施例的構思和范圍的情況下，進行各種改變、替換和更改。具體來說，根據(jù)本發(fā)明在不背離本發(fā)明的構思和實質(zhì)特點的情況下，可以以其他形式、結構、布置、比例、尺寸以及其他元件、材料和部件來配置各種實施例，這對本領域普通技術人員來說將是顯而易見的。此外，可以在不背離本發(fā)明的情況下對本文中所描述的示例性方法和工藝作出數(shù)種變化。因此，本發(fā)明公開的實施例在各個方面被認為是示例性的而不是限制性的并且所附權利要求和其等同表達限定的本發(fā)明的范圍并不限于前述描述或者實施例。
【權利要求】
1.一種用于在制造工藝期間保護太陽能電池襯底的可移除式覆蓋系統(tǒng)，所述太陽能電池襯底具有頂面、底面和通過圍繞所述太陽能電池襯底水平延伸的外周角邊限定的周界，所述系統(tǒng)包括: 覆蓋件，具有形成內(nèi)腔的頂部和外周側壁，所述外周側壁限定圍繞所述覆蓋件水平延伸的周界，所述周界接近于所述太陽能電池襯底的周界； 可彈性變形的密封元件，與所述側壁連接并且圍繞所述覆蓋件的周界延伸，其中當所述覆蓋件接合到所述太陽能電池襯底時，所述密封元件被配置成在所述外周角邊密封所述太陽能電池襯底的頂面。
2.根據(jù)權利要求1所述的覆蓋系統(tǒng)，其中，所述太陽能電池襯底的形狀為矩形或者正方形。
3.根據(jù)權利要求2所述的覆蓋系統(tǒng)，其中，所述覆蓋件的長度和寬度的尺寸被設置成至少等于或者大于所述太陽能電池襯底的對應長度和寬度。
4.根據(jù)權利要求1所述的覆蓋系統(tǒng)，其中，所述密封元件與所述覆蓋件的外周側壁的底面連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的覆蓋系統(tǒng)，其中，所述密封元件被配置成在所述密封元件的橫向邊之間的中點附近接合所述太陽能電池襯底的外周角邊。
6.根據(jù)權利要求1所述的覆蓋 系統(tǒng)，其中，所述太陽能電池襯底的頂面包括吸收層，當所述覆蓋件接合到所述太陽能電池襯底時所述吸收層被置于所述覆蓋件的下方和所述密封元件的內(nèi)部。
7.根據(jù)權利要求1所述的覆蓋系統(tǒng)，其中，當將所述覆蓋件放置在所述襯底上時，所述覆蓋件的周界被配置成并且其尺寸被設置成具有與所述太陽能電池襯底互補的形狀從而使所述覆蓋件完全覆蓋所述襯底的頂面。
8.一種太陽能電池制造工藝裝置，包括: 工藝外殼，具有至少一種濕式太陽能電池制造工藝； 覆蓋件，具有形成內(nèi)腔的頂部和外周側壁，所述外周側壁限定圍繞所述覆蓋件水平延伸的周界，所述周界接近于部分制造的太陽能電池襯底的周界； 可彈性變形的密封元件，與所述側壁連接并且圍繞所述覆蓋件的周界延伸； 框架，可連接于所述覆蓋件并且與所述裝置連接，所述裝置通過操作將所述覆蓋件降低至與所述太陽能電池襯底的頂面接合的閉合位置并且將所述覆蓋件提升離開所述太陽能電池襯底的頂面至與所述太陽能電池襯底解除接合的打開位置； 其中，當所述覆蓋件位于所述閉合位置時，所述密封元件被配置成在所述外周角邊密封所述太陽能電池襯底的頂面。
9.根據(jù)權利要求8所述的裝置，其中，所述密封元件是截面形狀選自由ο形環(huán)和d形環(huán)所組成的組的泡沫橡膠，以及 其中，所述密封元件被配置成在所述密封元件的橫向邊之間的中點附近接合所述太陽能電池襯底的外周角邊。
10.一種用于制造太陽能電池的方法，所述包括: 在襯底的頂面上沉積導電的底部電極層； 在所述底部電極層上沉積吸收層；對所述吸收層實施硒化； 通過將保護覆蓋件放置在所述襯底的頂面上來保護所述吸收層，其中所述覆蓋件上的可彈性變形的密封元件接合所述襯底的外周角邊以形成防泄漏密封件；以及 濕式蝕刻具有在所述襯底的頂面上設置的保護覆蓋件的襯底的底面以去除硒化化合物沉積物。
【文檔編號】H01L31/18GK103681950SQ201310119828
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年4月8日 優(yōu)先權日:2012年9月6日
【發(fā)明者】黃志偉, 紀更新, 林建男, 魏華佐 申請人:臺積太陽能股份有限公司