专利名称：用于制造太阳能电池的设备的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及在制备光伏(PV)太阳能电池或薄膜(TF)模块中使用的装备的领域。在一些实施例中，本发明涉及一种送气系统和排气系统。
背景技术：
太阳能广泛地认为是一种极好来源的可再生能源。能够将太阳光转换为电力的光伏(PV)电池在过去的70年已经被研究。由于PV电池表现出较差的转换效率并且制造比较昂贵，所以PV电池的采用及普遍推广进展缓慢。因而，利用PV电池产生电力的经济性($/ 瓦)较之如煤、石油、天然气等传统能源还不具有竞争力。$/W度量值表示产生一瓦特能量的总系统成本。较低的PV太阳能电池效率和较高的PV太阳能电池系统成本增加了该度量值，并降低了 PV太阳能电池系统较之传统能量生产系统的竞争力。近来，设计和制造上的进步已经改进了 PV太阳能电池的效率并降低了制造成本， 从而改进了基于PV的太阳能系统的经济性。目标是在不久的将来，基于PV的太阳能系统能够以较之传统发电方法具有竞争力的成本发电。为了实现该目标，必须做出改进以持续改进PV太阳能电池的转换效率并降低制造成本。在制造PV太阳能电池或TF模块的另一个步骤中，通常在用于将衬底暴露于各种气体的装备中处理衬底。衬底可以被加热，并且气体可以被用来掺杂衬底以改变衬底的电学或化学特性、在衬底上沉积材料、从衬底上去除材料或改变衬底的表面特性等。在这种装备包含用于同时处理大批量的衬底的大型的外壳的情况下，均勻处理衬底是重要的。当前，在基于PV的太阳能电池或TF模块的制造期间，采用气体处理衬底的装备面临着许多问题。这些问题的示例可能是高装备成本、低生产量、大的占用面积、性能差、气体供给不均勻、反应副产物排出不均勻等。这些问题可能单独或组合作用而降低了 PV太阳能电池或TF模块的效率或增加了 PV太阳能电池或模块的制造成本。这将增加用于评价能量系统性能的$/瓦经济性度量值并减慢PV太阳能能量系统的应用。因而，存在对在用于制造PV太阳能电池或模块的装备中使用的解决了这些问题的送气和排气操作系统的需要。
发明内容
在本发明的一些实施例中，送气和排气系统设置成用于在用于处理太阳能电池或 TF模块衬底的外壳中使用。送气系统包括一个或多个注入器，其具有沿注入器的长度布置的一个或多个孔。孔相对于衬底的中心线以一定角度范围布置，从而衬底均勻地暴露于来自注入器的气体。另外，排气系统包括一个或多个排气岐管，其具有沿岐管的长度布置的一个或多个孔。孔相对于衬底的中心线以一定角度范围布置，从而衬底均勻地暴露于来自送气注入器的气体，同时反应副产物从外壳去除。选择送气注入器和排气岐管中的孔的相对尺寸使得衬底均勻地暴露于来自送气注入器的气体。根据如下详细描述的本发明来实现这些和其它优点。
为了便于理解，尽可能采用相同的附图标记来表示附图中通用的相同元件。附图不成比例，且附图中不同元件的相对尺寸是示意性地描绘并且不成比例。通过结合附图的下面的详细描述，可以容易地理解本发明的技术，其中图1是依据本发明的一个实施例的处理系统的示意图。图2是图1的处理系统的横截面示意图。图3是图1的处理系统的横截面示意图。
具体实施例方式在考虑下面的描述后，本领域技术人员将清楚地意识到本发明的教导能够很容易地应用于PV太阳能电池或TF模块的制造。PV太阳能能量系统的一种构造包括PV太阳能模块。PV太阳能模块的一种方案可以由串联或并联的多个PV太阳能电池构成。PV太阳能电池可以基于单晶半导体衬底或多晶半导体衬底。合适的半导体衬底的示例包括Si、多晶硅和GaAs等。为了当前公开内语言的经济性，短语“PV太阳电池”可以理解为代表用在制造PV太阳能模块中的半导体衬底。PV太阳能模块的第二方案可以由在刚性衬底或柔性衬底上涂覆半导体材料薄膜构成。半导体薄膜的示例包括如α-Si、CdTe、CIGS(Cu-In-Ga-S ；或Cu-In-Gale)、和有机半导体材料等。典型的刚性衬底的示例是玻璃片。柔性衬底的示例包括如金属卷或箔、聚合物材料卷和其它的柔性材料。为了当前公开内语言的经济性，短语“TF模块”将被理解为代表通过在刚性衬底或柔性衬底上涂覆半导体材料薄膜来形成PV太阳能模块。用于PV太阳电池或TF模块的典型的制造顺序包括其中当保持在升高的温度时将衬底暴露于各种气体中的步骤。气体与衬底相互作用从而能够进行多种处理。这些处理的示例包括引入掺杂物质以改变衬底的电学性能(即，掺杂有B、P、As等)，气体与衬底表面发生反应以生成薄膜(即，Si氧化以形成SiO2)、气体反应以在衬底表面上沉积薄膜(即， SixNy的沉积)、气体与衬底表面或与表面上的薄膜反应以从表面去除材料(即，从表面去除介电层)。在PV太阳电池或TF模块的制造中，典型的情况是在炉子中处理衬底。卧式炉是制造PV太阳电池过程中处理衬底的普通系统。卧式炉具有在单一处理程序中处理多达500 个衬底的能力。此外，卧式炉系统典型地包括多达四个处理室从而允许并行处理多达2000 个衬底。附图1根据本发明的一个实施例的处理系统的示意图。处理室101典型地为石英管。处理室通常包含在具有圆形截面的加热系统(未图示)中。加热系统典型地包括多个控制区域从而可以沿着处理室101的长度独立地控制温度。加热系统和处理室典型地布置在共轴的构造中。采用包含在一体形成于处理室101内的石英护套107中的多结热电偶 (TC)组件来监测加热器的多级控制区域。TC组件在每个控制区域包括至少一个TC结。在处理序列期间，衬底109包含在处理室101中。衬底穿过处理室的一个开口端引入处理室。 在处理序列期间，管的开口端由一个门机构113封闭，从而防止气体从处理室中逃逸。热组件111放置于衬底与门机构之间从而改进处理室中的热均勻性并保护门机构免于暴露于尚温。在传统的卧式炉中，气体通过处理室的一端引入，并且从相对端排出。衬底温度、 气体温度、气体流速和气体组分的差异导致衬底与气体之间的不均勻的相互作用。在本发明的一些实施例中，气体通过包含在处理室中的一个或多个注射器岐管 103引入。注射器岐管103为密封管，其沿其长度包含至少三个分布孔。分布孔的尺寸可以相等或可以沿着注射器岐管的长度变化。分布孔的尺寸可以相等或可以在用于其中使用不止一个注射器岐管的配置的注射器岐管之间变化。分布孔的间隔可以相等或可以沿着注射器岐管的长度变化。分布孔的间隔可以相等或可以在用于其中使用不止一个注射器岐管的配置的注射器岐管之间变化。在本发明的一些实施例中，反应副产物通过包含在处理室内的一个或多个排气岐管105排出。排气岐管105为密封管，其沿其长度包含至少三个排气孔。排气岐管中的孔的数量可以小于、等于或大于注射器岐管中的孔的数量。优选地，排气岐管中的孔数量约等于注射器岐管中的孔数。排气孔的尺寸可以相等或可以沿着排气岐管的长度变化。排气孔的尺寸可以相等或可以在用于其中使用不止一个排气岐管的配置的排气岐管之间变化。排气岐管中孔的总面积(即全部排气岐管中的全部孔的面积之和)可以小于、等于或大于注射器岐管中孔的总面积(即全部注射器岐管中的全部孔的面积之和)。有利地，排气岐管中孔的总面积约为注射器岐管中孔的总面积的两倍。排气孔的间隔可以相等或可以沿着排气岐管的长度变化。排气孔的间隔可以相等或可以在用于其中使用不止一个排气岐管的配置的排气岐管之间变化。排气孔的间隔可以小于、等于或大于注射器岐管中孔的间隔。有利地，排气孔的间隔可以约等于注射器岐管的孔的间隔。图2为图1的处理系统的横截面示意图。衬底109保持在托架或舟201 (典型的由石英形成)中并大致处于处理室101的中心位置。用于加热器组件的控制的热电偶组件 (未图示)包含在位于处理室101中的护套107中。通过包含在处理室中的一个或多个注射器岐管103引入气体。注射器岐管图示为配置在衬底的下方，但是它们可以放置在处理室内的任何构造中(即顶部、侧部等)。图2 图示了两个气体注射器岐管，但很清楚可以采用任意数量。反应副产物通过包含在处理室内的一个或多个排气岐管105排出。排气岐管图示为配置在衬底的上方，但是它们可以放置在处理室内的任何构造中(即底部、侧部等)。注射器岐管和排气岐管有利地配置在处理室的相对侧(即顶部/底部、左边/右边)，从而气体从注射器岐管流动穿过衬底表面并进入排气岐管。图2图示了两个排气岐管，但很清楚可以采用任意数量。图3是图1的处理系统的横截面示意图。注射器岐管的出口孔的对准通过线301a、 301b指示。注射器岐管的出口孔的对准影响气体与衬底的反应的均勻性。注射器岐管的出口孔的对准角度将使用图3中指示的图标描述，其中“0度”对准角度理解为描述一种注射器岐管，其中气体以与通过注射器岐管接触处理室的点所画的切线平行的角度离开注射器岐管。对准角度将通过沿着圆以顺时针方式移动来增大且90度角度总是指向所示出的处理室的纵轴。对于每个注射器岐管301a和301b，已示出90度、180度和270度的代表性角度。注射器岐管103a的对准角度301a可以在0度和180度之间，且有利地在30度和 60度之间。注射器岐管10 的对准角度301b可以在0度和180度之间，且有利地在120 度和150度之间。排气岐管的入口孔的对准由线303a、30;3b指示。排气岐管的入口孔的对准角度影响气体与衬底的反应的均勻性。排气岐管的出口孔的对准角度使用附图3中的图标描述， 其中“0度”的对准角度理解为描述一种排气岐管，其中气体以与通过排气岐管接触处理室的点所画的切线平行的角度离开排气岐管。对准角度将通过沿着圆以顺时针方式移动来增大且90度角度总是指向所示出的处理室的中心位置。对于每个排气岐管303a、303b已示出90度、180度和270度的代表性角度。排气岐管10 的对准角度303a可以在0度和180度之间，并且有利地在120度和150度之间。排气岐管10 的对准角度30 可以在0度和180度之间，并且有利地在 30度和60度之间。尽管此处已经示出并描述了包含在本发明的教导中的各种实施例，但是本领域技术人员可以容易地设计出仍旧包含在这些教导中的许多其它变化的实施例。
权利要求
1.一种用于衬底处理的设备，包括能够保持多个衬底的处理室；其中所述处理室的形状是大致柱形的，所述处理室具有纵轴；其中所述处理室包括包含在所述处理室中的一个或多个注射器岐管，所述一个或多个注射器岐管具有与所述处理室的纵轴大致平行的纵轴；其中所述处理室包括包含在所述处理室中的一个或多个排气岐管，所述一个或多个排气岐管具有与所述处理室的纵轴大致平行的纵轴；其中所述处理室包括包含在所述处理室中的用于保持热电偶的一个或多个护套，所述用于保持热电偶的一个或多个护套具有与所述处理室的纵轴大致平行的纵轴；其中所述处理室在所述柱形形状的一端处大致封闭，所述一个或多个注射器岐管、所述一个或多个排气岐管，和所述用于保持热电偶的一个或多个护套穿过所述一端；并且其中所述处理室在所述柱形形状的相对端处开口。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个注射器岐管定位在所述处理室的与所述一个或多个排气岐管相对的侧上。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述一个或多个注射器岐管包括沿所述一个或多个注射器岐管的长度分布的至少三个孔，并且所述一个或多个排气岐管包括沿所述一个或多个排气岐管的长度分布的至少三个孔。
4.如权利要求3所述的设备，其中所述至少三个孔沿所述一个或多个注射器岐管的长度均勻分布。
5.如权利要求3所述的设备，其中所述至少三个孔沿所述一个或多个注射器岐管的长度不均勻地分布。
6.如权利要求3所述的设备，其中沿所述一个或多个注射器岐管的长度分布的所述至少三个孔具有大致相等的尺寸。
7.如权利要求3所述的设备，其中沿所述一个或多个注射器岐管的长度分布的所述至少三个孔具有大致不相等的尺寸。
8.如权利要求3所述的设备，其中所述至少三个孔沿所述一个或多个排气岐管的长度均勻分布。
9.如权利要求3所述的设备，其中所述至少三个孔沿所述一个或多个排气岐管的长度不均勻地分布。
10.如权利要求3所述的设备，其中沿所述一个或多个排气岐管的长度分布的所述至少三个孔具有大致相等的尺寸。
11.如权利要求3所述的设备，其中沿所述一个或多个排气岐管的长度分布的所述至少三个孔具有大致不相等的尺寸。
12.如权利要求3所述的设备，其中沿所述一个或多个排气岐管的长度分布的所述至少三个孔的面积之和等于或大于沿所述一个或多个注射器岐管的长度分布的所述至少三个孔的面积之和。
13.如权利要求3所述的设备，其中沿所述一个或多个注射器岐管的长度分布的所述至少三个孔和沿所述一个或多个排气岐管的长度分布的所述至少三个孔以0度和180度之间的角度离开所述岐管，其中0度角度是与通过所述岐管接触所述处理室的点所画的切线平行的角度，并且其中所述角度以顺时针方式增大，并且90度角度指向所述处理室的纵轴ο
全文摘要
本发明涉及用于制造PV电池或模块的装备。在一些实施例中，设置送气和排气系统用于处理多个衬底。送气和排气系统设计为使得衬底以均匀方式暴露于气体。
文档编号C23C16/00GK102369307SQ201080009813
公开日2012年3月7日 申请日期2010年2月26日 优先权日2009年2月27日
发明者小H·威廉·卢卡斯, 蒂克·约翰逊, 里斯·雷诺兹 申请人:山特维克热传动公司