在制造期间用于保护太阳能电池的覆盖件的制作方法

在制造期间用于保护太阳能电池的覆盖件的制作方法
【专利摘要】一种用于在制造期间保护太阳能电池不暴露于湿气的可移除式覆盖系统。覆盖系统包括具有与待在存在湿气的装置中处理的太阳能电池衬底的配置互补的配置的覆盖件。连接到覆盖件的可弹性变形的密封元件定位与覆盖件接合并密封衬底的顶面。在一个实施例中，为防止湿气渗透进覆盖件的下方，设置覆盖件的尺寸并且布置该覆盖件从而使密封元件接合衬底的外周角边和角部。还公开了一种使用覆盖件和相关方法来制造太阳能电池的装置。
【专利说明】在制造期间用于保护太阳能电池的覆盖件
【技术领域】
[0001]一般而言，本发明涉及薄膜太阳能电池，更具体而言，涉及在制造工艺期间用于临时保护太阳能电池和在其上形成的半导体层的覆盖件。
【背景技术】
[0002]薄膜光电(PV)太阳能电池是一类能源器件，利用光形式的可再生能源，将其转换成可以用于各种用途的有用电能。薄膜太阳能电池是通过在衬底上沉积半导体和其他材料的各种薄的层和膜形成的多层半导体结构。这些太阳能电池可以被制成以由多个独立电互连电池组成的一些形式存在的轻质柔性板(light-weight flexible sheet)。轻质和柔性的属性给予薄膜太阳能电池广泛的潜在应用性，使其能够作为电源用于便携式电子设备、航空航天、以及住宅和商业建筑，在这些建筑中，它们可以被结合到诸如屋顶板、外立面、以及天窗的各种建筑部件中。
[0003]通常薄膜太阳能电池半导体封装件包括形成在背面玻璃或者聚合物衬底上的背导电接触件或电极以及形成在背电极之上的前导电接触件或电极。前电极已经例如由透光导电氧化物(“TC0”)膜材料形成。在前电极和背电极之间散置吸光有源层或者吸收层(“ABS”)，其吸收太阳辐射光子并且激活电子以产生电流，从而以化学方式将太阳能转换成电能。
[0004]用于形成吸收层的工艺包括基于炉的硒化/硫化工艺，所述吸收层由诸如铜铟联硒化物物质(CIS)、铜铟镓联硒化物物质或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，将诸如铜、铟和镓(用于CIGS或者CIGSS吸收层)的基础材料溅射或者以其他方式沉积在太阳能电池衬底的背电极上。然后将衬底装载在炉子中，向该炉子中引入包含硫化物的气体之后引入包含硒化物的载体气体，所有这些都伴随着加热。
[0005]在用于形成薄膜太阳能电池的其他工艺中，由硫化镉(CdS)形成的缓冲层通常通过化学浴沉积(CBD)工艺形成在吸收层上，在该工艺中将整个衬底浸没在电解化学浴中。
[0006]前述硒化/硫化和CBD工艺在预期目标区域以外的太阳能电池表面上产生不想要的残留物并且形成化学化合物沉积物。因此，通常在形成前述吸收层和缓冲层之后，需要蚀刻和清洁背面玻璃衬底的背面以去除可能附着在该表面上并且污染该表面的任何化学化合物残渣或沉积物，从而避免潜在的太阳能电池性能退化或者表面缺陷。背面衬底的背面蚀刻/清洁操作使用化学蚀刻、刷洗和水的组合。然而，如果形成在背面玻璃衬底的相反面上的硫族化物吸收层膜暴露于湿气、水和蚀刻溶液，则其易受到剥离和其他形式的损伤。这可能引起表面缺陷并且对太阳能电池的可靠性产生更加明显不利的影响。因此，保护吸收层在清洁背面衬底时不暴露于水和湿气是有用的。

【发明内容】

[0007]为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一方面，提供了一种用于在制造工艺期间保护太阳能电池衬底的可移除式覆盖系统，所述太阳能电池衬底具有顶面、底面和通过围绕所述太阳能电池衬底水平延伸的外周角边限定的周界，所述系统包括:覆盖件，具有形成内腔的顶部和外周侧壁，所述外周侧壁限定围绕所述覆盖件水平延伸的周界，所述周界接近于所述太阳能电池衬底的周界；可弹性变形的密封元件，与所述侧壁连接并且围绕所述覆盖件的周界延伸，其中当所述覆盖件接合到所述太阳能电池衬底时，所述密封元件被配置成在所述外周角边密封所述太阳能电池衬底的顶面。
[0008]在所述的覆盖系统中，所述太阳能电池衬底的形状为矩形或者正方形。
[0009]在所述的覆盖系统中，所述太阳能电池衬底的形状为矩形或者正方形，其中，所述覆盖件的长度和宽度的尺寸被设置成至少等于或者大于所述太阳能电池衬底的对应长度和宽度。
[0010]在所述的覆盖系统中，所述密封元件与所述覆盖件的外周侧壁的底面连接。
[0011]在所述的覆盖系统中，所述密封元件由密闭性结构的乙烯-丙烯-双烯单体形成。
[0012]在所述的覆盖系统中，所述密封元件包括泡沫橡胶。
[0013]在所述的覆盖系统中，所述密封元件被配置成在所述密封元件的横向边之间的中点附近接合所述太阳能电池衬底的外周角边。
[0014]在所述的覆盖系统中，所述密封元件的截面形状具有空心。
[0015]在所述的覆盖系统中，所述密封元件的截面形状具有空心，其中，所述密封元件的截面形状选自由ο形环和d形环所组成的组。
[0016]在所述的覆盖系统中，所述太阳能电池衬底的顶面包括吸收层，当所述覆盖件接合到所述太阳能电池衬底时所述吸收层被置于所述覆盖件的下方和所述密封元件的内部。
[0017]在所述的覆盖系统中，当将所述覆盖件放置在所述衬底上时，所述覆盖件的周界被配置成并且其尺寸被设置成具有与所述太阳能电池衬底互补的形状从而使所述覆盖件完全覆盖所述衬底的顶面。
[0018]根据本发明的另一方面，提供了一种太阳能电池制造工艺装置，包括:工艺外壳，具有至少一种湿式太阳能电池制造工艺；覆盖件，具有形成内腔的顶部和外周侧壁，所述外周侧壁限定围绕所述覆盖件水平延伸的周界，所述周界接近于部分制造的太阳能电池衬底的周界；可弹性变形的密封元件，与所述侧壁连接并且围绕所述覆盖件的周界延伸；框架，可连接于所述覆盖件并且与所述装置连接，所述装置通过操作将所述覆盖件降低至与所述太阳能电池衬底的顶面接合的闭合位置并且将所述覆盖件提升离开所述太阳能电池衬底的顶面至与所述太阳能电池衬底解除接合的打开位置；其中，当所述覆盖件位于所述闭合位置时，所述密封元件被配置成在所述外周角边密封所述太阳能电池衬底的顶面。
[0019]在所述的装置中，所述装置通过操作在所述闭合位置处对所述覆盖件施加下向的力。
[0020]在所述的装置中，至少一种湿式太阳能电池制造工艺是对所述衬底的底面实施的湿式衬底背面蚀刻。
[0021]在所述的装置中，所述太阳能电池衬底的形状为矩形或者正方形。
[0022]在所述的装置中，所述覆盖件长度和宽度的尺寸被设置成至少等于或者大于所述太阳能电池衬底的对应长度和宽度。
[0023]在所述的装置中，所述密封元件是截面形状选自由O形环和d形环所组成的组的泡沫橡胶，以及其中，所述密封元件被配置成在所述密封元件的横向边之间的中点附近接合所述太阳能电池衬底的外周角边。
[0024]根据本发明的又一方面，提供了一种用于制造太阳能电池的方法，所述包括:在衬底的顶面上沉积导电的底部电极层；在所述底部电极层上沉积吸收层；对所述吸收层实施硒化；通过将保护覆盖件放置在所述衬底的顶面上来保护所述吸收层，其中所述覆盖件上的可弹性变形的密封元件接合所述衬底的外周角边以形成防泄漏密封件；以及湿式蚀刻具有在所述衬底的顶面上设置的保护覆盖件的衬底的底面以去除硒化化合物沉积物。
[0025]所述的方法还包括:在湿式蚀刻之后用去离子水冲洗所述衬底以及在所述冲洗之后风干所述衬底。
[0026]所述的方法还包括:在湿式蚀刻之后用去离子水冲洗所述衬底以及在所述冲洗之后风干所述衬底；以及在冲洗和风干之后从所述衬底去除所述覆盖件。
【专利附图】

【附图说明】
[0027]将参照以下附图描述示例性实施例的部件，在附图中以类似的方式标记相同的元件，其中:
[0028]图1是根据本发明的薄膜太阳能电池的第一实施例的截面侧视图；
[0029]图2是示出用于形成薄膜太阳能电池的示例性工艺中的连续步骤的流程图；
[0030]图3是传统的衬底背面湿式蚀刻/清洁装置的示意性侧视图；
[0031]图4是图3的装置中所用的传统保护衬底覆盖件的截面侧视图；
[0032]图5是示出图4的衬底和覆盖件的配置的俯视平面图；
[0033]图6是沿着图5中的线6-6截取获得的图5的衬底和覆盖件组合的角部区域的侧视图；
[0034]图7是示出根据本发明的衬底和保护覆盖件的配置的俯视平面图；
[0035]图8是位于衬底上的图7的覆盖件的截面侧视图；
[0036]图9是图8中虚线圈A所示的部分的放大的侧面详视图，其中示出以未压缩状态置于衬底上或者衬底附近的密封元件；
[0037]图10是图8中虚线圈A所示的部分的放大的侧面详视图，其中示出压缩在衬底上的压缩状态的密封元件；
[0038]图11至图15是供图9的覆盖件使用的密封元件的几个实施例的截面透视图；以及
[0039]图16是图9的保护覆盖件的放大的侧面详视图，示出密封元件的可选的安装布置。
[0040]所有附图都是示意性的并且没有按比例绘制。
【具体实施方式】
[0041]结合附图阅读示例性实施例的描述，其中附图被认为是整个说明书的一部分。在本文公开的实施例的描述中，对任何方向或方位的提及仅仅是为便于描述，而不用于以任
何方式限制本发明的范围。相对性术语，诸如“下”、“上”“水平的”、“垂直的”、“在......之
上”、“在......之下”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”以及它们的派生词(例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应该被解释为是指如随后所述的或者如论述中的附图所示出的方位。这些相对术语仅仅是为描述的方便，并不需要在特定方位上构造或者操作装置。
[0042]除非另有说明，术语，诸如“接合的”、“粘附的”、“偶联的”、“连接的”和“互连的”是指其中一个结构直接或通过插入结构间接地固定或接合至另一个结构的关系以及两者都是可移动的或刚性的接合或关系。而且，参照实施例示出了本发明的部件和优点。因此，本发明明显不应该限制为示出可能单独地或以部件的其他组合存在的部件的一些可能的非限制性组合的这些实施例。
[0043]图1是薄膜太阳能电池100的示例性实施例的截面图。太阳能电池100主要包括背面衬底110、在背面衬底110上形成的底部电极层120、在底部电极层120上形成的吸收层130、在吸收层130上形成的缓冲层140、以及在缓冲层140上形成的TCO顶部电极层150。在层150之上可以形成其他层和结构以完成太阳能电池。如图6、图7和图9中进一步示出的，衬底110具有通过上部外周角边111限定的位于衬底的垂直面112的顶部(图6和图7中示出)围绕整个衬底水平延伸的周界。参考图6、图7和图9，在一些实施例中边111形成90度的角，在截面图中形成一个点(参见例如图9)和完全围绕衬底的整个周界水平延伸的相应的线性边(参见例如图7)。
[0044]太阳能电池100进一步包括微沟道，在半导体结构中对其进行图案化和划割，以互连各个导电材料层并且分离邻近的太阳能电池。对如本领域中常提及的这些微沟道或“划线”给定与其在半导体太阳能电池制造工艺期间的功能和步骤相关的“P”命名(designation)。Pl划线将吸收层130与衬底110互连。P2划线在底部电极120和顶部电极150之间形成导电连接。P3划线完全穿过前述的太阳能电池层延伸至背面衬底110以隔离邻近的太阳能电池。
[0045]以图2中的连续步骤示出用于形成太阳能电池100的示例性方法。
[0046]现参考图1和图2，首先在步骤200中通过本领域中所用的任何合适的方式清洁背面衬底110，以制备用于接收底部电极层的衬底。在一个实施例中，可以通过使用刷洗工具或者超声波清洁工具中的清洁剂或化学制品来清洁衬底110。
[0047]可以用于背面衬底110的合适材料包括但不限于:玻璃，诸如，例如但不限于钠钙玻璃；陶瓷；金属，诸如，例如但不限于不锈钢和铝的薄片；或聚合物，诸如，例如但不限于聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalates)、聚合烃、纤维素类聚合物、聚碳酸酯、聚醚和其他。在一个实施例中，玻璃可以用于背面衬底110。
[0048]接下来，然后通过在本领域中所用的任何方法，包括但不限于溅射、原子层沉积(ALD)、化学汽相沉积(CVD)或其他技术在衬底110上形成底部电极层120 (步骤205)。
[0049]在一个实施例中，底部电极层120可以由钥(Mo)形成；然而，也可以使用本领域中使用的诸如Al、Ag、Sn、T1、N1、不锈钢、ZnTe等其他合适的导电金属和半导体材料。
[0050]在一些示例性而非限制性的实施例中，底部电极层120的厚度可以优选介于约
0.1至1.5 (含0.1和1.5)微米(μ m)的范围内。在一个实施例中，层120的代表性厚度为约0.5 μ m量级。
[0051]继续参考图1和图2，接下来在底部电极层120中形成Pl图案化划线(步骤210)，以暴露出衬底Iio的顶面113，如图所示。可以使用本领域中常用的任何合适的切割方法，诸如但不限于使用刻针的机械划割或激光划割。
[0052]接下来，在底部电极层120的顶部上形成P型掺杂的半导体光吸收层130 (步骤215)。如图1所示，吸收层130的材料进一步填充Pl划线并且接触衬底110的暴露顶面113，从而将层130和衬底互连起来。
[0053]在一些实施例中，吸收层130是本领域中常用的P型掺杂硫族化物材料，诸如但不限于Cu(In，Ga)Se2或“CIGS”。可以使用的其他合适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族元素的其他组合。在一些代表性而非限制性的实施例中，吸收层130的厚度可以优选介于大约0.5至5.0 (包含0.5和5.0)微米(μ m)的范围内。在一个实施例中，吸收层130的代表性厚度为约2 μ m量级。
[0054]由CIGS形成的吸收层130可以通过本领域中使用的任何合适的真空或非真空工艺形成。这些工艺包括但不限于硒化、硒化后硫化(“SAS”)、蒸发、溅射电沉积、化学汽相沉积、喷墨等(步骤215)。
[0055]当使用步骤215的硒化和硫化工艺时，通常会在背面衬底110的背面或底面114(在图4中标出)上留下有机和/或无机化合物的沉积物或者残留物，通过衬底背面清洁工艺将其去除(步骤219)。这些清洁工艺通常包括背面衬底表面的化学蚀刻与机械刷洗和水清洗的组合。下面进一步详细描述这种清洁工艺。
[0056]现继续参考图1和图2，然后在吸收层130上形成可以是CdS (硫化镉)的η型缓冲层140以形成电有源η-ρ结(步骤220)。可以使用本领域中常用的任何合适的方法形成缓冲层140。在一个实施例中，可以使用含硫的电解质溶液通过电解质化学浴沉积(CBD)工艺形成缓冲层140。在一些代表性而非限制性的实施例中，缓冲层140的厚度可以优选介于约0.005至0.15 (含0.005和0.15)微米(μ m)的范围内。在一个实施例中，缓冲层140的代表性厚度为约0.015 μ m量级。
[0057]形成CdS缓冲层的CBD工艺通常也在背面衬底110的背面或底面114上留下有机和/或无机化学化合物的沉积物或者残留物，通过在形成吸收层130的一些实施例中所使用的硫化和硒化工艺(步骤215)之后重复前文所述的相同的衬底清洗工艺(步骤222)去除这些沉积物或者残留物。下面进一步详细描述这种清洁工艺。
[0058]在形成CdS缓冲层140之后，接下来穿过吸收层130切割P2划线，从而暴露出位于开口划线或沟道内的底部电极120的顶面113 (步骤225)。如先前所描述的，本领域中所使用的任何合适的方法都可以用于切割P2划线，这些方法包括但不限于机械(例如刻针)划割或者激光划割。之后将用顶部电极层150的导电材料填充P2划线，从而将顶部电极与底部电极层120互连起来。
[0059]继续参考图1和图2，在形成P2划线之后，接下来在缓冲层140的顶部上形成优选由TCO材料形成的透光η型掺杂的顶部电极层150，用于收集来自电池的电流(电子)并且优选吸收最少量的穿过且到达光吸收层130的光(步骤230)。这通过将电荷运送至外部电路的顶部电极，形成用于收集电流的另外的有源表面区域。如图1所示，Ρ2划线在Ρ2划线的垂直侧壁上以及在其内的底部电极层120的顶部上也至少部分地填充有TCO材料，从而在顶部电极层150和底部电极120之间形成电连接，建立电子流路径。
[0060]铝(Al)和硼⑶是常用于薄膜太阳能电池中的TCO顶部电极的两种可能的η型掺杂物；然而，可以使用其他合适的掺杂物，诸如但不限于铝(Al)、硼(B)、镓(Ga)、铟(In)或者周期表中III族的其他元素。
[0061]在一个实施例中，用于顶部电极层150的TCO可以是本领域中常用于薄膜太阳能电池的的任何材料。可以使用的合适的TCO包括但不限于氧化锌(ZnO)、硼掺杂ZnO ( 120”)、铝掺杂2110( “ΑΖ0”)、镓掺杂 ZnO ( “GZ0”)、铟掺杂 ZnO ( “ΙΖ0”)、氟锡氧化物(“FT0”或SnO2:F)或者铟锡氧化物(“ΙΤ0”)。顶部电极层150可以由具有用于顶部电极期望特性的任何其他合适的涂层材料(诸如纳米碳管层)形成。在一个实施例中，所使用的TCO是BZO。
[0062]在顶部电极层150可以由硼掺杂ZnO或“ΒΖ0”形成的一些实施例中，应该注意到，在形成较厚的η型掺杂TCO顶部电极层150期间，可以在吸收层130的顶部上形成薄本征ZnO膜(未示出)。
[0063]继续参考图1和图2，在形成TCO顶部电极层150之后，在薄膜太阳能电池100中形成Ρ3划线(步骤240)。如图所示，Ρ3划线向下穿过(从顶部至底部)顶部电极层150、缓冲层140、吸收层130和底部电极层120延伸至衬底110的顶部。
[0064]然后采取本领域技术人员熟知和理解的其他最终后段步骤来完成太阳能电池模块。这包括使用诸如但不限于EVA(醋酸乙烯酯)和丁基的组合的合适的密封剂将诸如覆盖玻璃的顶部覆盖件(未示出)层压到电池结构上以密封太阳能电池(图2中的步骤245和 250)。
[0065]实施进一步的后段工艺(步骤255)，其可以包括通过本领域中已知的方式在顶部电极150之上形成前导电栅格接触件和一层或多层抗反射涂层(未示出)。栅格接触件将向上伸出穿过并超过任何抗反射涂层的顶面用于连接外部电路。这制造出完整的太阳能电池模块(步骤260)。
[0066]背面蚀刻和清洁装置
[0067]图3是用于实施图2的步骤219和222中所示的和上文所述的背面衬底110的背面蚀刻和清洁操作的装置300的示意图。装置300具有内联工艺系统，其包括装载部分302、湿式蚀刻工艺部分310、水冲洗或者淋洗部分320、鼓风或者风干部分330以及卸载部分304。如图所示，装置300包括从装载部分302横向延伸至卸载部分304的伸长的工艺外壳306。这在太阳能电池100 (或者部分形成的太阳能电池)周围形成用于实施连续蚀刻、冲洗和风干操作的可控环境。装置300包括用于实施每一操作的所有合适的和必要的辅助设备，诸如例如液体化学物质贮藏和分配设备、泵、发动机、刷子、鼓风机/风扇、擦拭片、电源、控制器等。如示意图示出的蚀刻和清洁装置是可商购的，诸如来自德国卡尔辛格拉斯公司(Singulus of Kahl, Germany)的 VITRUM_Etch2000 工具和 VITRUM_Clean2000 工具。
[0068]在蚀刻和清洁工艺期间，在图3左边示出的装载部分302中接收太阳能电池衬底110。在图2示出的太阳能电池100制造工艺的步骤219中，吸收层130已经形成在背面衬底110上(步骤215)并且在硒化炉中进行处理从而需要从衬底背面(即，图6中的底面114)去除不想要的残留化学化合物沉积物(步骤219)。这可能是在太阳能电池100上的第一次蚀刻/清洁操作。可选地，可以在第二次蚀刻/清洁操作(步骤222)之前刚好通过CBD形成CdS缓冲层140 (步骤220)。在第一次或者第二次清洁操作中(步骤219或者222)，吸收层130形成在衬底110的正面(背面的相反面)上的衬底110需要保护背面不进行如上所述的蚀刻/清洁工艺。
[0069]参考图3和图4，在装载室302中的衬底110的顶部上放置保护覆盖件340。图4是示出工艺中置于衬底上的覆盖件的图3的放大图(见向下的箭头)。覆盖件340可以由适当配置的合适的结构框架311支撑并暂时地连接至装置用于装载到湿式蚀刻工艺部分310中并且从鼓风或者风干部分330卸载。装置300包括覆盖件装卸系统，配置并操作该系统以通过框架311升降覆盖件340并在处理期间保持覆盖件340和衬底110之间的接合。在覆盖件装载部分302中，将覆盖件340向下按压至衬底110的顶面113(见图4和图6)的上部平坦周界部分。将完全围绕覆盖件340的周界延伸的片型ο形圈式的周边密封342压缩在上表面上以形成密封从而在随后的蚀刻和清洁工艺期间保护覆盖件340内的吸收层130。如图4所示，这种类型的密封件具有向上延展部分(通常以约45度角设置)，当向下按压在衬底上时该部分向上折叠并变平。
[0070]接下来，在蚀刻/清洁工艺中(图2中的步骤219或222)，具有覆盖件340的受保护衬底110在图3中在适当位置从左向右移动，并且首先移动通过装置300的湿式蚀刻工艺部分310以从背面衬底110的背面或者底面114去除化学化合物。在一些实施例中，衬底110可以在输送机(通过多个滚轮308示意性表示)上自动移动通过装置300。在其离开装载部分302并工艺处理部分310之后，覆盖件装卸系统释放覆盖件340。装置300保持针对覆盖件的压力，其保持与衬底110密封。使用通过多个化学喷嘴314分配的诸如H2O2 (过氧化氢)和/或其他物质的湿式或者液体蚀刻化学物质的组合以及通过多个刷子312机械刷洗衬底110的背面从衬底110的背面去除化学化合物沉积物。
[0071]继续参考图3，接下来，受保护衬底110移动通过湿式冲洗或者淋洗部分320，在该部分中多个去离子水(DI)喷嘴322润湿衬底的暴露部分和覆盖件340以冲洗掉任何残留的蚀刻化学物质。在冲洗之后，衬底110移动通过鼓风或风干部分330，在该部分中一个或多个鼓风机322驱动高压清洁空气吹过覆盖件340和衬底的暴露部分以去除大量的残留水分和湿气。接下来，衬底110移动至如右边所示的卸载部分304。此时，衬底110已离开有源工艺部分或室310、320和330，现在可以通过覆盖件装卸系统经由框架311将保护覆盖件340升起脱离衬底。装置300将覆盖件340送回至装载部分302，应用于待进行背面蚀刻/清洁处理的另一衬底。
[0072]在某些情况下，图3和图4中示出的保护覆盖件340可能不能完全有效地阻止一些量的液体化学物质和/或水在背面蚀刻/清洁期间渗透到覆盖件下方。液体化学物质和/或水有时可以找到密封件下方的泄漏路径并到达吸收层130，从而在美学上和结构上损伤吸收层130以及降低制造中的太阳能电池的性能。数种因素可以导致这种泄漏。
[0073]例如，如图5所示，太阳能电池衬底110在配置上通常为矩形。相反，保护覆盖件340在尤其是沿着整个周界的配置上可能不能完全遵循衬底110的形状，并且在一些实施例中覆盖件可以具有如图5所示的圆角落或者弧形角落。当如上所述将覆盖件放置在衬底上时，衬底110的顶面113上的角部如图所示保持暴露于本文中所描述的装置300的湿式工艺。这形成暴露的上部角部115的平坦表面区域，在该区域中在衬底上方和下方在压力下分配的液体化学物质和/或水可能蓄积成池(pond或pool)，并且这些液体化学物质和/或水可能被驱赶至密封件342的下方从而到达吸收层130 (见例如图6)。在风干部分330中，可以通过模拟风夹雨(wind-driven rain)的高压鼓风机类似地将保留在衬底110的这些暴露角部115的表面区域上的冲洗水驱赶至密封件342的下方。由于密封件342将至少在角部的衬底110的顶部平坦表面113与非共形的覆盖件340接合起来(即，平坦-平坦表面接触)，密封件342下方的顶面113上的微小表面缺陷可以形成湿气和液体的路径，因而泄漏到覆盖件下方并到达吸收层130。
[0074]为减少或消除前述潜在的泄漏问题，图7至图10示出根据本发明的包括共形覆盖件400和密封元件420的保护覆盖系统的各种实施例。与例如在图5和图6中示出的前述覆盖件340系统不同，覆盖件400被配置成直接在衬底110的线形上角边111和密封元件420 (见图8)之间而非平坦顶部衬底表面113形成防水密封从而密封342如覆盖件340 (见图6)中的界面。根据本发明的这种边缘密封界面对湿气渗透提供改进的保护并且消除衬底110上的任何平坦的暴露顶面113区域(尤其在角部115)，如上所述该区域蓄积有可以进入覆盖件密封下方的液体。衬底110的外周角边111提供与密封元件420的线性接合，与覆盖件400形成不透水密封。
[0075]参考图7中的俯视图，为实现边缘密封尤其是在背面衬底110的角部115，覆盖件400的外周边遵循衬底110的形状并且与衬底110的形状互补(在示出的俯视图或平面图中)。在各种实施例中，例如但不限于，根据衬底的形状，覆盖件400可以具有矩形、带有圆角的矩形、多边形或者圆形形状。在示出的实施例中，覆盖件400和衬底110的形状是矩形。覆盖件400的四个角401与衬底110的角部115 (在俯视平面图)的配置特异性匹配从而实现完全围绕衬底周界的边缘密封(见图7)。
[0076]从尺寸上来说，覆盖件400的长度和宽度的外部尺寸等于或者略大于衬底110的长度和宽度。在各种实施例中，密封元件420与覆盖件400连接并且仍接合衬底110的线性边缘，覆盖件的宽度和长度略大于衬底的宽度和长度以容纳密封元件420。
[0077]保护覆盖件400可以由包括塑料或者金属的任何合适的材料形成。在一个实施例中，覆盖件400由聚碳酸酯形成，其可以是透明或不透明的。因此，覆盖件400可以是整体结构，并且根据所使用的材料可以通过包括模塑、铸造、冲压、压力挤压等任何合适的工艺形成。覆盖件400的厚度适合于提供形成结构上基本为刚性的覆盖件所需的结构强度从而抵抗在装置300的加工期间出现的弯曲、偏转或者翘曲，其可能以其他方式降低覆盖系统的防泄漏性能。
[0078]参考图8至图10，覆盖件400包括通常为水平的顶部402以及从顶部402向下延伸的垂直侧壁404。在不损伤已经在衬底110上形成的诸如吸收层130的任何太阳能电池层的情况下，垂直侧壁404限定内腔408的高度和区域要足以覆盖其内的衬底110。在一些实施例中，侧壁404限定覆盖件400的外周边和周界。在一个实施例中，顶部402是基本上平坦的或者略微呈圆顶状的。如图所示，侧壁404的取向可以垂直于顶部402或者可以稍微倾斜。在围绕覆盖件400的周界延伸的每一侧壁404的底部边缘和下方形成外周底面406。底面406的宽度足以允许覆盖件400稳定地安置在衬底110上并且容纳密封元件420相对于底面406的侧面宽度。
[0079]根据各种实施例，密封元件420是在配置和结构方面具有极大弹性的可高度压缩和变形的弹性体元件，从而使得保护覆盖件400在图3的装置300的背面衬底蚀刻/清洁期间对衬底110的外周边缘的临时密封的有效性最大化。在一些实施例中，密封元件420由泡沫橡胶(例如EPDM (乙烯-丙烯-双烯类单体))密闭性结构海绵形成。EPDM在整个压缩和膨胀的重复循环期间具有防泄漏密封所期望的可压缩性和弹性或者存储特性。可以使用其他可高度变形的密封材料，诸如但不限于天然或者合成橡胶、硅橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶或者具有合适配置的NBR (腈基丁二烯橡胶)。
[0080]在操作中，如图8和图9所示，装置300最初将覆盖件400置于衬底110上，其中密封元件420靠近或略微接合衬底的边缘111。最好如图9所示，密封元件420是未变形的和未压缩的状态。然后将覆盖件400向下按压在衬底110上，其中衬底的边缘111变形并且至少部分地压缩密封元件420 (见图10)以便足以产生围绕衬底外周边缘的防泄漏密封。密封元件420处于压缩状态并且有效地将覆盖件400密封到衬底110以开始背面清洁工艺。
[0081]密封元件420可以具有众多截面配置，包括具有诸如图11至图13所示的具有被密封材料壁围绕的空心区域的不同配置的开放式结构或者具有诸如图14至图15所示的不同配置的封闭式实心结构。结构类型(即，开放式或封闭式)和截面配置部分取决于所选的用于连接密封元件420和覆盖件400的方法、期望的变形程度以及所提供的侧壁底面406的配置和尺寸。在一些实施例中，密封元件420具有如图11至图13所示的O形密封圈或者改良的O形密封圈形状的一般配置。在一个实施例中，密封元件420是具有如图13所示的D形截面的O形密封圈。
[0082]密封元件420的长度适合于在侧壁底面406上完全围绕覆盖件400的周界延伸，从而不存在可以使湿气渗透到覆盖件下方以到达衬底Iio上的吸收层130的间隙。因此，密封元件420的总长度与完全围绕衬底延伸的衬底110的外周角边111的总合并长度相同。可以诸如在覆盖件400的角部401处叠接、斜接密封元件420或者以其他方式连接到一起，从而形成围绕覆盖件的整个周界延伸的连续环密封。
[0083]在一些实施例中，可以通过包括粘合的任何合适的方式将密封元件420连接到覆盖件400的底面406。当底面406具有平坦轮廓时，使用粘着剂可以容易地连接具有诸如图
12、图13和图15所示的平坦侧面或表面的密封元件420的配置。在如图16所示的其他实施例中，底面406包括接收密封元件420的一部分的安装槽401，其通过除了使用粘合剂之外或者代替使用粘附剂的摩擦配合将密封件固定在覆盖件400的合适位置上。示出的密封元件的任何截面配置可以供安装槽401使用。具体来说，采用通过明确将密封件设置在侧壁底面406的安装槽，可以以更安全的密封方式使用诸如图11和图14示出的这些没有平坦面或表面的密封件。
[0084]在一些实施例中，为最大化变形和密封的有效性，配置并且布置覆盖件400和密封元件420从而使得衬底110的上部外周角边111在接近密封件的中点处接合密封，如图9、10和16所示。
[0085]应该理解，本文中所描述的保护覆盖系统的实施例不但适合于为基于CIGS的吸收层太阳能电池提供保护性湿气阻挡，而且还可以用于可能易受湿气损伤的基于CdTe的薄膜太阳能电池和其他类型的薄膜太阳能电池，具有等同的益处。
[0086]根据本发明的一个方面，提供用于在制造工艺期间保护太阳能电池衬底的可移除式覆盖系统。太阳能电池衬底具有顶面、底面和通过围绕太阳能电池衬底水平延伸的外周角边限定的周界。覆盖系统包括具有形成内腔的顶部和外周侧壁，外周侧壁限定围绕覆盖件水平延伸的周界，该周界接近于太阳能电池衬底的周界；以及连接到侧壁并且围绕覆盖件的周界延伸的可弹性变形的密封元件，其中当覆盖件接合到太阳能电池衬底时，密封元件被配置成在外周角边密封太阳能电池衬底的顶面。在一个实施例中，当将覆盖件放置在衬底上时，为了防止湿气进入覆盖件的下方，设置覆盖件的尺寸并布置该覆盖件从而使密封元件接合衬底的外周角边。在一个实施例中，太阳能电池衬底的矩形或者正方形配置具有在两对相对的外周角边之间形成的直角角部，并且覆盖件具有与在两对相对的侧壁之间形成的直角角部相匹配的矩形或者正方形配置。在一个实施例中，配置覆盖件的周界并设置其尺寸以使其具有与太阳能电池衬底互补的形状，从而使得当将覆盖件放置在衬底上时覆盖件完全覆盖衬底的顶面。
[0087]根据本发明的另一方面，提供太阳能电池制造工艺装置。太阳能电池制造工艺装置包括:具有至少一种湿式太阳能电池制造工艺的工艺外壳；以及具有形成内腔的顶部和外周侧壁的覆盖件，其中外周侧壁限定围绕覆盖件水平延伸的周界，该周界接近于部分制造的太阳能电池衬底的周界。该装置进一步包括连接到侧壁并且围绕覆盖件周界延伸的可弹性变形的密封元件，以及可连接到覆盖件并且与装置连接的框架。该装置通过操作将覆盖件降低到与太阳能电池衬底的顶面接合的闭合位置和将覆盖件提升离开太阳能电池衬底的顶面至与太阳能电池衬底解除接合的打开位置。当覆盖件处于闭合位置时，密封元件被配置成在外周角边密封太阳能电池衬底的顶面。
[0088]根据本发明的又一方面，提供一种用于制造太阳能电池的方法。该方法包括:在衬底的顶面上沉积导电的底部电极层；在底部电极层上沉积吸收层；对吸收层实施硒化；通过将保护覆盖件放置在衬底的顶面上来保护吸收层，其中覆盖件上的可弹性变形的密封元件接合衬底的外周角边以形成防泄漏密封件；以及湿式蚀刻具有在衬底顶面上设置的保护覆盖件的衬底的底面以去除硒化化合物沉积物。
[0089]尽管前述描述和附图描述了本发明的示例性实施例，但应该理解，可以在不背离所附权利要求等同的实施例的构思和范围的情况下，进行各种改变、替换和更改。具体来说，根据本发明在不背离本发明的构思和实质特点的情况下，可以以其他形式、结构、布置、比例、尺寸以及其他元件、材料和部件来配置各种实施例，这对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。此外，可以在不背离本发明的情况下对本文中所描述的示例性方法和工艺作出数种变化。因此，本发明公开的实施例在各个方面被认为是示例性的而不是限制性的并且所附权利要求和其等同表达限定的本发明的范围并不限于前述描述或者实施例。
【权利要求】
1.一种用于在制造工艺期间保护太阳能电池衬底的可移除式覆盖系统，所述太阳能电池衬底具有顶面、底面和通过围绕所述太阳能电池衬底水平延伸的外周角边限定的周界，所述系统包括: 覆盖件，具有形成内腔的顶部和外周侧壁，所述外周侧壁限定围绕所述覆盖件水平延伸的周界，所述周界接近于所述太阳能电池衬底的周界； 可弹性变形的密封元件，与所述侧壁连接并且围绕所述覆盖件的周界延伸，其中当所述覆盖件接合到所述太阳能电池衬底时，所述密封元件被配置成在所述外周角边密封所述太阳能电池衬底的顶面。
2.根据权利要求1所述的覆盖系统，其中，所述太阳能电池衬底的形状为矩形或者正方形。
3.根据权利要求2所述的覆盖系统，其中，所述覆盖件的长度和宽度的尺寸被设置成至少等于或者大于所述太阳能电池衬底的对应长度和宽度。
4.根据权利要求1所述的覆盖系统，其中，所述密封元件与所述覆盖件的外周侧壁的底面连接。
5.根据权利要求1所述的覆盖系统，其中，所述密封元件被配置成在所述密封元件的横向边之间的中点附近接合所述太阳能电池衬底的外周角边。
6.根据权利要求1所述的覆盖 系统，其中，所述太阳能电池衬底的顶面包括吸收层，当所述覆盖件接合到所述太阳能电池衬底时所述吸收层被置于所述覆盖件的下方和所述密封元件的内部。
7.根据权利要求1所述的覆盖系统，其中，当将所述覆盖件放置在所述衬底上时，所述覆盖件的周界被配置成并且其尺寸被设置成具有与所述太阳能电池衬底互补的形状从而使所述覆盖件完全覆盖所述衬底的顶面。
8.一种太阳能电池制造工艺装置，包括: 工艺外壳，具有至少一种湿式太阳能电池制造工艺； 覆盖件，具有形成内腔的顶部和外周侧壁，所述外周侧壁限定围绕所述覆盖件水平延伸的周界，所述周界接近于部分制造的太阳能电池衬底的周界； 可弹性变形的密封元件，与所述侧壁连接并且围绕所述覆盖件的周界延伸； 框架，可连接于所述覆盖件并且与所述装置连接，所述装置通过操作将所述覆盖件降低至与所述太阳能电池衬底的顶面接合的闭合位置并且将所述覆盖件提升离开所述太阳能电池衬底的顶面至与所述太阳能电池衬底解除接合的打开位置； 其中，当所述覆盖件位于所述闭合位置时，所述密封元件被配置成在所述外周角边密封所述太阳能电池衬底的顶面。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述密封元件是截面形状选自由ο形环和d形环所组成的组的泡沫橡胶，以及 其中，所述密封元件被配置成在所述密封元件的横向边之间的中点附近接合所述太阳能电池衬底的外周角边。
10.一种用于制造太阳能电池的方法，所述包括: 在衬底的顶面上沉积导电的底部电极层； 在所述底部电极层上沉积吸收层；对所述吸收层实施硒化； 通过将保护覆盖件放置在所述衬底的顶面上来保护所述吸收层，其中所述覆盖件上的可弹性变形的密封元件接合所述衬底的外周角边以形成防泄漏密封件；以及 湿式蚀刻具有在所述衬底的顶面上设置的保护覆盖件的衬底的底面以去除硒化化合物沉积物。
【文档编号】H01L31/18GK103681950SQ201310119828
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年4月8日 优先权日:2012年9月6日
【发明者】黄志伟, 纪更新, 林建男, 魏华佐 申请人:台积太阳能股份有限公司