专利名称：Pv太阳能电池或薄膜太阳能模块的制造设备的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及在光电(PV)太阳能电池或薄膜(TF)模块的制造中所使用的装备领域。在一实施例中，本发明涉及当太阳能电池或TF模块衬底经由线上处理设备传送时太阳能电池或TF模块衬底的支撑物。
背景技术：
太阳能被广泛地接受作为可再生能量的优异来源。在过去70年内，业已研究可将太阳光转化为电的光电(PV)电池。因PV电池展现较差转化效率且制造昂贵，故其采用以及广泛普及应用仍较缓慢。因此，利用PV电池以产生电的经济性(美元/瓦特)无法与传统能源如煤炭、油、天然气等竞争。该美元/瓦特度量值表示产生一瓦特能量的总系统成本。较低的PV太阳能电池效率以及较高的PV太阳能电池系统成本会提高此度量值并降低 PV太阳能电池系统相对传统能量产生系统的竞争力。设计及制造的最近发展已经提高PV太阳能电池的效率并降低制造成本因而提高基于PV的太阳能系统的经济性。目标是在不久的将来使基于PV的太阳能系统能以与传统的产生电的方法可竞争的成本产生电力。为了实现这个目标，需持续发展以提高PV太阳能电池的转化效率并降低制造成本。在PV太阳能电池或TF模块的制造中，通常是在配置成“线上”结构的装备中处理衬底。即，衬底是以连续方式或小步地移动通过该装备。该装备的入口部分定位在系统的一端且出口部分定位在相对端。此类装备区分于“批”系统，其中衬底通常被大批次地处理且通常发现装备的入口以及出口部分在系统的同一端。在线上装备中，使用自动化系统以将衬底自入口端传输至出口端。该自动化系统可包括输送机、带、分离托板、辊子、“步进梁” 系统、链条、线绳或缆绳等。用于制造基于PV的太阳能电池或TF模块的现有线上装备存在大量问题。这些问题的实例可为高装备成本、低产量、大占地面积、不良性能、衬底受自动化系统污染、衬底背侧受自动化系统遮蔽、衬底在处理过程期间的移动等。这些问题会单独或组合地作用而降低PV太阳能电池或TF模块的效率或升高制造PV太阳能电池或TF模块的成本。这将提高用于评价能量系统性能的美元/瓦特经济度量值且减缓PV太阳能系统的采用。因此，存在对可解决这些问题的在用于制造PV太阳能电池或TF模块的线上装备中使用的自动化系统
发明内容
相应地且有利地，本发明的一些实施例提供了一种在太阳能电池或TF模块衬底传送通过线上处理设备时用于太阳能电池或TF模块衬底的支撑系统。该支撑系统捕获衬底并在边缘周围支撑该衬底。该支撑系统允许衬底的背侧露出，从而不存在阴影效应。此外，该支撑系统是由选择的材料制成，以使PV太阳能电池或TF模块衬底在处理期间不受污染。该支撑系统适宜与配置在用于制造PV电池或TF模块的线上结构中的装备一起使用。根据本发明，这些优点及其它优点如下面详细描述地实现。
为便于理解，若可能则使用相同的附图标记以表示图中通用的相同元件。附图并非按比例缩放且图中各元件的相对尺寸仅是示例性地描绘且并非按比例缩放。本发明的技术可通过参照结合附图的如下详细论述而得以轻易理解，其中图1是根据本发明的一个实施例的衬底支撑系统的一个链环的示意图。图2是根据本发明的一个实施例的衬底支撑系统的一个链环的子组件中的一个的示意图。图3是根据本发明的一个实施例的衬底支撑系统的一个链环子组件中的一个的示意图。图4是说明衬底的捕获/释放的根据本发明的一个实施例的衬底支撑系统的示意图。图5是说明子组件的捕获/释放的根据本发明的一个实施例的衬底支撑系统的示意图。图6是说明子组件的捕获/释放的根据本发明的一个实施例的衬底支撑系统的示意图。图7是说明捕获狭槽细节的根据本发明的一个实施例的衬底支撑系统的示意图。图8A-8C是说明基本组块的根据本发明的一个实施例的衬底支撑系统的示意图。图9A-9D是说明一组装方法的根据本发明的一个实施例的衬底支撑系统的示意图。图10A-10B是说明衬底的支撑的根据本发明的一个实施例的衬底支撑系统的示意图。
具体实施例方式在参照如下说明后，本领域技术人员将清楚地意识到在PV太阳能电池或TF模块制造中可轻易利用本发明的教导。PV太阳能系统的一种构造包括PV太阳能模块。PV太阳能模块的一种类型可以是由串联或并联连接的多个PV太阳能电池构造而成。PV太阳能电池可以是基于单晶半导体衬底或基于多晶半导体衬底。合适的半导体衬底的实例包括Si、多晶-Si和GaAs等。为了本公开中的语言经济性，短语“PV太阳能电池”将理解为意指在PV太阳能模块的制造中使用的半导体衬底。PV太阳能模块的第二种类型可以是通过在刚性衬底上涂覆半导体材料的薄膜来构造。半导体薄膜的实例包括a-Si、CdTe、CIGS (Cu-In-Ga-S ；或Cu-In-Gale)以及有机半导体材料等。典型的刚性衬底的实例是玻璃片。为了本公开中的语言经济性，短语“TF模块”将理解为意指通过在刚性衬底上涂覆半导体材料薄膜来形成PV太阳能模块。线上装备通常用于制造PV太阳能电池或TF模块。在PV太阳能电池的情况中，通过使该装备足够宽以在通过该装备的一个或多个通道中来将PV太阳能电池传送通过该装备，可利用该线上装备来处理多个PV太阳能电池。在PV太阳能电池制造中使用的典型衬底包括准方形单晶Si晶片、方形多晶-Si片、矩形多晶-Si片和GaAs晶片等。衬底的典型尺寸包括125mmX 125mm、156mmX 156謹、210_Χ 210謹且为了将来而提出的更大的衬底。在PV太阳能TF模块的实例中，通过使装备足够宽以通过该装备的一个或多个通道来将PV太阳能TF模块传送通过该装备，可利用该线上装备来处理多个PV太阳能TF模块。在PV太阳能TF模块的制造中使用的典型衬底包括方形刚性衬底(如玻璃)和矩形刚性衬底(如玻璃)等。图1是根据本发明的一个实施例的衬底支撑系统的一个链环101的示意图。该链环101由子组件103和105组成，该子组件103和105被组装以形成链环且赋予该链环可挠性。该衬底(未显示)可保持在凸缘107上。组装时组合成链环以捕获衬底的每个子组件103、105包括凸缘107。传统线上装备可使用线网带作为将衬底输送通过系统的自动化系统。因线网带没有主动捕获衬底，故该衬底可由于机械振动及系统中的气体运动影响而在处理顺序中自其初始配置移动。这对于非常薄的衬底尤其普遍。图2是组合以形成链环101的子组件103中之一的示意图。子组件103具有顶表面201。凸缘107形成在顶表面201内以形成用于在子组件103内部的衬底(未显示)的支撑物。凸缘107可为平坦的或可包括升高的区域(未显示)以使衬底提升成稍高于凸缘。 升高区域的典型实例包括凸块、突片、台面和锥体等。升高区域用以使该衬底与凸缘107热隔离以使该衬底可均勻受热而不致从衬底传导损失至凸缘107。子组件103进一步包括凹口 203a及203b。凹口形成于子组件103的将处于链环 101中心的末端处。凹口形成于子组件外部上。凹口进一步包括销20 及205b。销20 及20 呈椭圆形且包括长轴及短轴。椭圆形状沿长轴的宽度大于椭圆形状沿短轴的宽度。 销面向子组件的外部。椭圆形状的长轴在子组件103的平面内对齐。子组件103进一步包括突片207a及207b。突片形成于子组件103的将远离链环 101中心且朝着毗邻链环(未显示)的末端。突片形成于子组件外部上。突片进一步包括销209a及209b。销面向子组件的外部。销209a及209b呈椭圆形且包括长轴及短轴。椭圆形状沿长轴的宽度大于椭圆形状沿短轴的宽度。销面向子组件的外部。椭圆形状的长轴在子组件103的平面内对齐。图3是组合以形成链环101的子组件105中之一的示意图。子组件105具有顶表面301。凸缘107形成在顶表面301内以形成用于在子组件105内部的衬底(未显示)的支撑物。凸缘107可为平坦的或可包括升高的区域(未显示)以使衬底提升成稍高于凸缘。 升高区域的典型实例包括凸块、突片、台面和锥体等。升高区域用以使该衬底与凸缘107热隔离以使该衬底可均勻受热而不致从衬底传导损失至凸缘107。子组件105进一步包括凹口 30 及305b。凹口形成于子组件105的将处于链环 101中心的末端处。凹口形成于子组件内部。凹口进一步包括狭槽303a及30 。狭槽面向子组件内部。
子组件105进一步包括突片307a及307b。突片形成于子组件105的将远离链环 101中心且朝着毗邻链环(未显示)的末端。突片形成于子组件外部。突片进一步包括狭槽309a及309b。狭槽面向子组件内部。突片进一步包括孔311a及311b。孔用于与如下描述的驱动系统形成接口。子组件103及105可以由在处理期间不污染衬底的材料组成。在一些处理顺序中， 该衬底可通过预沉积材料保护且可进行简单热处理。在此情况中，子组件103及105可由金属或金属合金组成。典型金属材料包括掺杂有钒的镍铬耐热合金、钢合金以及高温耐火金属合金等。在一些处理顺序中，衬底可不通过预沉积材料保护或可经历利用活性物质的处理。在此情况中，重要的是用于形成子组件103及105的材料不会污染衬底。典型实例是各种陶瓷材料例如AlN、BN、SiC、Al203、^O2等。这些陶瓷具有高温稳定性且对许多活性化学物质相对具有惰性。子组件103及105可通过任何熟知的制造方法形成。典型实例包括机加工、从金属板料冲压并弯曲、以及铸造等。子组件103及105有利地通过例如铸造的低成本制造方法形成。链环101可经由子组件103与105的组合而形成。子组件103与105可对齐以使其等顶表面201及301在相同方向上定向。子组件103的销203a及20 与子组件105的狭槽303a及30 接合。该组装形成如图1所示的完整链环101。衬底(未显示)如上述地通过凸缘107保持。多个链环可组合以形成传送系统。可通过子组件103上的突片207a及207b与毗邻子组件105的突片307a及307b 的相互作用使链环101连接于毗邻链环。子组件103的销209a及209b与毗邻子组件105 的狭槽309a及309b接合。以此方式，可通过重复此过程来形成任何长度的传送系统。因此，该传送系统仅通过两部分，具体而言是子组件103与105的组合而形成。图4是表示多个链环的多通道(即，三个)衬底传送系统的示意图。三个毗邻链环IOlaUOlb及IOlc与相应的子组件103a、103b、103c及lOfe、105b、105c —起显示。该链环与驱动构件405接合，其中该驱动构件上的销407a、407b与子组件105中的孔311a、 311b接合。驱动构件405围绕驱动轴403旋转。驱动构件405有利地具有具30度角的多边形截面以致于操作时链环将弯曲以与该多边形一致。图4已被画出以说明衬底自右向左的运动并说明系统的入口部分。如箭头所显示，若驱动轴403逆时针旋转，则衬底401被装载到链环101中。衬底401b通过自动化系统(未显示)放置于通过衬底10 的凸缘107形成的袋形物中。因驱动构件405持续旋转，故子组件10 向上旋转以使该袋形物完整并将衬底401b卡在链环IOlb内。在系统的出口部分，(未示出)晶片传送顺序将颠倒。子组件103a将向下挠曲以与出口驱动构件的轮廓相仿。这会使衬底401a的前边缘暴露于出口自动化系统且衬底会自凸缘107取出。用于线上工具的传送系统一般是封闭环带。对于常用的金属网带组件，若该带损坏，则需替换整个带。对于制造PV电池或TF模块而言，这会造成高成本且最主要的是高度浪费生产时间。在本发明的一些实施例中，单独损坏的链环可轻易地替换。这通过使入口与出口驱动构件的拉紧或分离减小至足以允许链环或链环子组件向上弯曲至90度实现。当向上角达到90度时，可移除损坏的链环或子组件并以新链环或子组件替换。
图5是说明在修复期间子组件的捕获/释放及损坏链环或子组件的替换的衬底支撑系统的示意图。图6是说明在修复期间子组件的捕获/释放及损坏链环或子组件的替换的衬底支撑系统的示意图，其显示子组件103的销209及子组件105的狭槽303的特写。当子组件 103相对子组件105以90度角定位时，椭圆形销209的长轴与子组件105的狭槽303对齐。 这允许销209进入狭槽303。在图7中示出狭槽303的细节。狭槽303包括狭窄入口 701及较宽下部703。狭槽入口 701的宽度略大于椭圆形销209的短轴宽度但小于椭圆形销209长轴的宽度。当子组件103旋转以与子组件105共平面时，销209捕获狭槽303中。使用类似接合机构以通过销209与狭槽309的相互作用来连接毗邻链环。在本发明的一些实施例中，衬底保持在形成该衬底支撑系统的平行“链条”之间。 该链条由被组装以形成所需长度的链条的基本组块(即链环)组成。图8A-8C是组合以形成链条的链环800中之一的示意图。链环800包括中心空腔 808。中心空腔808 —般形成为矩形盒形状，其具有表示为“顶”、“底”、“前”、“后”及“侧”(有两个侧)的侧面。图8A示出自底侧观察，S卩，链环的与衬底相对的表面观察的链环800。中心空腔808包括与驱动链(未显示)上的齿接合以推进并对齐链条的开口 809。支脚801 自中心空腔808的前面的中心突出。支脚801在支脚801的远端进一步包括在支脚801的相反侧上向外突出的两立柱802。立柱802在与中心空腔808的侧面对齐的方向上从支脚 801突出。捕获狭槽804(有两个)自中心空腔808的后表面突出。捕获狭槽804具有椭圆形状，其中长轴与链条的行进方向对齐且短轴平行于中心空腔的两侧地对齐。捕获狭槽804 朝着中心空腔808的两侧边对齐，并且以允许支脚801穿过两侧边的足够大的距离间隔。捕获狭槽804在它们的与中心空腔808的底表面对齐的表面上进一步包含插入狭槽805。插入狭槽805的大小使得允许立柱802接合该捕获狭槽804。中心空腔808及捕获狭槽804 在底表面上进一步包括支撑引导件803。支撑引导件803用于使链条与支撑杆(未显示) 对齐。图8B示出当从顶部，S卩，链环的支撑衬底的表面观察时的链环800。中心空腔808 及捕获狭槽804进一步包括衬底支撑表面806。衬底支撑表面806可为斜面的、弯曲的、成角度的，或含有小凸块以使与衬底的接触最小化。一般而言，支撑表面806在衬底边缘接触衬底。图8B示出本发明的一个实施例，其中链环800包括沿其长度连续的支撑表面806。由此类型链环组成的链条仅需要一种长度。衬底可沿链条的长度装载在任何位置。由此类型链环组成的链条不会防止衬底在运载通过该线上系统的同时沿行进长度改变它们的位置。 然而，由此类型链环制成的链条会防止衬底在运载通过该线上系统的同时垂直于行进长度 (即侧对侧)地改变它们的位置。图8C示出当从顶部，S卩，链环的支撑衬底的表面观察时的链环800。中心空腔808 及捕获狭槽804进一步包括衬底支撑表面807。衬底支撑表面807可为斜面的、弯曲的、成角度的，或含有小凸块以使与衬底的接触最小化。一般而言，衬底支撑表面807在衬底边缘接触衬底。如图8C显示的衬底支撑表面807用于捕获衬底(未显示)的前或后边缘。由此类型链环制成的链条可防止衬底在运载通过该线上系统的同时沿行进长度改变它们的位置，以及防止衬底在运载通过该线上系统的同时垂直于行进长度(即侧对侧)地改变它们的位置。利用具有图8C所示的衬底支撑表面807的链环的链条需要组合如图8B及图8C 所示的链环。该链条需要由具有支撑表面806的链环分离的具有衬底支撑表面807的链环。 该链环必须制造为使其形成对应衬底尺寸的袋形物。该线上系统必须经精确装载以使衬底适当地装载到袋形物中。图9A-9D示出组装链环800-A与800-B以形成链条的一部分的方法。自底表面观察的链环如上所述那样。链环800-B定位成使得支脚801垂直中心空腔808底表面对齐。 链环800-B的支脚801以箭头的方向移动且在链环800-A的两捕获狭槽804之间行进。在此次序的移动之后所得构造在图9B中示出。链环800-B随后如图9B中的箭头所示出地沿朝向链环800-A的顶表面的方向移动。此移动引起链环800-B的立柱802与链环800-A的插入狭槽805接合。在此次序的移动之后的所得构造在图9C中示出。链环800-B随后如图9B中的箭头所示出地沿朝向链环800-A的后部的弧状旋转。 此移动引起链环800-B的立柱802进一步与链环800-A的插入狭槽805接合且变成通过链环800-A的两捕获狭槽804捕获。在此次序的移动之后的所得构造在图9D中示出。链环 800-A及800-B现已牢固地附接并共平面。此顺序可重复以建立所需长度的链条。图10A-10B示出自多个链环800组装以支撑衬底1000的两平行链条的使用。图 IOA示出两种不同类型链环的使用。捕获衬底的前边缘或后边缘的链环800包括衬底支撑表面807。捕获衬底中间部分的链环800包括衬底支撑表面806。图IOB示出沿行进长度以横截面观察的衬底支撑机构。衬底1000在链环800上是支撑在链环800的顶表面上。 链环800由沿支撑杆1001行进的支撑引导件803支撑并引导。利用此支撑系统，衬底的底表面有利地露出，从而允许以均勻方式处理衬底或允许衬底在顶表面及底表面上被同时处理。链环800可以由处理期间不会污染衬底的材料组成。在一些处理顺序中，衬底可通过预沉积材料保护且可进行简单热处理。在此情况中，链环800可以由金属或金属合金组成。典型金属材料包括掺杂有钒的镍铬耐热合金、钢合金以及高温耐火金属合金等。在一些处理顺序中，衬底可不通过预沉积材料保护或可经历利用活性物质的处理。在此情况中，重要的是用于形成链环800的材料不会污染衬底。典型实例是各种陶瓷材料例如A1N、 BN,SiC,Al203>Zr02等。这些陶瓷具有高温稳定性且对大多数活性化学物质相对具有惰性。链环800可通过任何熟知制造方法形成。典型实例包括机加工、从金属板料冲压并弯曲、以及铸造等。链环800优选地通过例如铸造的低成本制造方法形成。虽然本文已详细显示并描述并入在本发明的教导中的各种实施例，然而本领域技术人员能够容易设计出仍并入这些教导的许多其它不同实施例。
权利要求
1.一种用于衬底支撑的设备，包括 包括多个链环的链条；所述链环包括中心空腔；所述中心空腔具有顶表面、底表面、前表面、后表面和两个侧表面； 所述链环进一步包括从所述中心空腔的前表面的中心突出的支脚； 所述支脚进一步包括两个立柱，所述两个立柱从所述支脚的远端在与所述中心空腔的两侧对齐的方向上向外突出；所述链环进一步包括从所述中心空腔的后表面突出的两个捕获狭槽； 所述两个捕获狭槽具有椭圆形状，其中所述椭圆的长轴沿所述链条的行进方向对齐， 并且所述椭圆的短轴平行于所述中心空腔的两侧对齐； 所述两个捕获狭槽以大于所述支脚的宽度的距离分离；所述两个捕获狭槽进一步包括在其与所述中心空腔的底表面对齐的表面上的插入狭槽；所述中心空腔和所述两个捕获狭槽进一步包括在其底表面上的支撑引导件；并且所述中心空腔和所述两个捕获狭槽进一步包括在其顶表面上的衬底支撑引导件。
2.如权利要求1所述的设备，其中在所述中心空腔和所述两个捕获狭槽的顶表面上的所述衬底支撑引导件捕获衬底的前边缘或后边缘。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述链环是单一构造。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述链环是不同构造的混合体。
5.一种从链环组装链条的方法，包括第一链环及第二链环，每一个链环均包括中心空腔；具有两个立柱的支脚，和以大于所述支脚的宽度的距离分离的两个捕获狭槽，所述两个捕获狭槽具有在其底表面上的插入狭槽；将所述第二链环定位成大致垂直于所述第一链环，使得所述第二链环的支脚与分离所述第一链环的所述两个捕获狭槽的空间对齐，并且所述第二链环的所述支脚在朝向所述第一链环的顶表面的方向上对齐；使所述第二链环朝着所述第一链环的前表面移动，使得所述第二链环的所述支脚定位在所述第一链环的所述两个捕获狭槽之间；使所述第二链环在朝向所述第一链环的顶表面的方向上移动，使得所述第二链环的支脚上的所述两个立柱与所述第一链环的两个捕获狭槽上的所述插入狭槽相接合；以及使所述第二链环沿朝向所述第一链环的后部的弧旋转，使得所述链环变成共平面。
全文摘要
本发明涉及用于制造PV电池或模块的设备。在一些实施例中，提供一种支撑结构，该支撑结构对在PV电池或模块制造中使用的衬底提供支撑。该支撑结构在边缘处对衬底提供支撑，允许接近该衬底的后部且由在处理期间不会污染该衬底的材料组成。
文档编号B65G17/40GK102369150SQ201080009814
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
发明者切特温德·琼斯, 威尔·乔治·曼苏尔, 里斯·雷诺兹, 马克·迪彼得罗 申请人:山特维克热传动公司