一种隔离腔室及使用该种隔离腔室制备太阳电池材料的方法

专利名称：一种隔离腔室及使用该种隔离腔室制备太阳电池材料的方法
一种隔离腔室及使用该种隔离腔室制备太阳电池材料的方法相关申请的交叉引用本申请请求于2010年2月3日提交的序号为61/337，485的美国临时专利申请的权益。
背景技术：
本发明针对一种隔离腔室，其用作线内连续制造光伏太阳电池器件的一部分。由于在用以形成太阳电池材料的各个沉积区中存在非常不同的环境条件，因而此种线内连续太阳电池制备是受到限制的。由于沉积区中的不同环境条件，大多数太阳电池材料在一个以上的工艺路线上制得，其中太阳电池材料的各个组分被分开地沉积。例如，太阳电池的半 导体材料在一成形操作中沉积在一基板上，而透明导电顶层在一分开的沉积路线上涂敷在该半导体材料上。利用多个工艺路线形成太阳材料大大地增加了太阳电池材料的生产成本。另外，太阳电池材料的额外处理会导致产生显著地降低完成的太阳电池材料的效率的缺点。因此，在线内连续太阳电池形成工艺的工业中存在一种需求在一个连续的线内工艺中，半导体材料可涂覆于基板上且透明导电材料可被涂敷于该半导体材料上。

发明内容
根据本发明的一方面，一真空沉积装置包括一基板载入腔室和一基板复卷腔室。一基板支撑装置从基板载入腔室延伸至基板复卷腔室。在一实施例中，真空沉积装置进一步包括一高气压真空沉积腔室和一低气压真空沉积腔室。真空沉积装置进一步包括一气压差分工艺隔离单元(DPIU)，其安置在高气压真空沉积腔室与低气压真空沉积腔室之间。在一实施例中，高气压沉积腔室经配置用于形成一半导体(或含半导体)薄膜。在一实施例中，低气压沉积腔室经配置用于形成一透明导体薄膜，诸如一铟锡氧化物(ITO)薄膜。本发明的一方面提供了一种真空沉积装置，其包括一基板载入腔室和一基板复卷腔室。该装置进一步包括从基板载入腔室延伸至基板复卷腔室的一基板支撑装置。在实施例中，装置包括一半导体真空沉积腔室、一透明导体真空沉积腔室及安置在半导体真空沉积腔室与透明导体真空沉积腔室之间的一气压差分工艺隔离单元(DPIU)。在实施例中，DPIU设置为提供并维持半导体真空沉积腔室与透明导体真空沉积腔室之间的一气压差。DPIU防止来自真空沉积腔室的气体进入透明导体真空沉积腔室，且反之亦然。在优选实施例中，半导体真空沉积腔室与透明导体真空沉积腔室之间的该气压差大于或等于I 1，大于或等于10 1，或大于或等于100 1，或大于或等于1,000 1，或大于或等于
10,000 I。根据本发明的另一方面，一装置，用于在一基板之上形成薄膜，该装置包括一基板载入腔室，以提供基板。该装置进一步包括一第一反应区间，其经配置在基板之上形成一半导体薄膜；及一第二反应区间，其经配置在基板之上形成一透明导体。该装置包括安置在该第一反应区间与该第二反应区间之间的一 DPIU，该DPIU经配置防止来自该第一反应区间的一或多种气体进入该第二反应区间。该装置进一步包括一基板复卷腔室，其用于收集该基板；及一基板支撑装置，其用于将基板从基板载入腔室移至第一反应区间，从第一反应区间移至第二反应区间，并从第二反应区间移至基板复卷腔室。在实施例中，DPIU经配置提供并维持第一反应区间与第二反应区间之间的一气压差。DPIU防止来自第一反应区间的气体进入第二反应区间，且反之亦然。在优选实施例中，第一反应区间与第二反应区间之间的气压差大于或等于I : 1，大于或等于10 1，或大于或等于100 1，或大于或等于
1,000 1，或大于或等于10,000 I。本发明的又一方面提供了一种工艺隔离单元(PIU)，PIU包括一基板支撑件；一第一端口，其经配置允许基板支撑件移入PIU ;及一第二端口，其经经配置允许基板支撑件移出PIU。PIU进一步包括介于第一端口与第二端口之间的一第一传导空间，第一传导空间安置在一基板支撑件之下。Piu进一步包括介于第一端口与第二端口之间的一第二传导空间，第二传导空间在基板支撑件之上。在实施例中，PIU包括一第一限流器，其安置在第一传导空间与第一端口之间；及一第二限流器，其安置在第一传导空间与第二端口之间。 本发明的又一方面提供了一种用于形成半导体薄膜的方法，该方法包括将一基板从一基板载入腔室移至一第一腔室的步骤。接着，基板被从第一腔室移至一 DPIU。然后，将基板从DPIU移至一第二腔室。然后，将基板移至一基板复卷腔室。在一实施例中，DPIU经配置防止来自第一腔室的气体进入第二腔室，第二腔室安置在DPIU与基板复卷腔室之间。在一实施例中，DPIU维持第一腔室与第二腔室之间的一气压差。在一实施例中，在将基板移至基板复卷腔室之前，将基板移至一在线测量腔室。根据本发明的又一方面，用于在一基板之上形成多层薄膜层的一装置包括经配置提供基板的一基板载入腔室。装置进一步包括一第一反应区间，其经配置使用等离子体清洗工艺清洗基板；一第二反应区间，其经配置在已清洗基板之上形成一或多层非半导体背反射体(BR)层；一第三反应区间，其经配置在已涂敷BR的基板之上形成半导体薄膜硅层；及一第四反应区间，其经配置在已涂敷BR层/硅层的基板之上形成一非半导体透明导电层。装置进一步包括两个气压差分工艺隔离单元。第一气压差分工艺隔离单元(DPIU)安置在用于形成非半导体的第二反应区间与用于形成半导体的第三反应区间之间。在实施例中，第一 DPIU经配置提供并维持第二反应区间与第三反应区间之间的一气压差，并经配置防止来自第二反应区间的一或多种气体进入第三反应区间，且反之亦然。在优选实施例中，第二反应区间与第三反应区间之间的气压差小于或等于I : 10，或小于或等于I : 100，或小于或等于I : 1000，或小于或等于I : 10，000。一第二 DPIU安置在用于形成半导体的第三反应区间与用于形成非半导体的第四反应区间之间。在实施例中，第二 DPIU经配置提供并维持第三反应区间与第四反应区间之间的一气压差，并经配置防止来自第三反应区间的一或多种气体进入第四反应区间，反之亦然。在优选实施例中，第三反应区间与第四反应区间之间的气压差大于或等于10 1，或大于或等于100 1，或大于或等于1000 1，或大于或等于10，000 I。装置进一步包括一基板复卷腔室，其用于收集涂敷了多层的基板；及一基板支撑装置，其经配置将基板从基板载入腔室移至第一反应区间，从第一反应区间移至第二反应区间，然后穿过第一 DPIU移至第三反应区间，并从第三反应区间穿过第二DPIU移至第四反应区间，并从第四反应区间移至基板复卷腔室。本发明针对太阳电池材料的线内生产中使用的一种隔离腔室。提供了一种用于生产太阳电池材料的一封闭腔室。一基板前移穿过封闭腔室，且基板用于接收太阳电池材料。至少一个半导体沉积区位于封闭腔室中，用于将半导体材料涂敷于移动中的基板。半导体材料以在一半导体沉积区中产生相对高气压的方式在半导体沉积区中被沉积。一导电材料沉积区位于封闭腔室中，用于将一透明导电氧化物层涂敷于半导体材料的表面上。透明导电氧化物层以如此的方式沉积在导电材料沉积区中产生显著地小于半导体沉积区中压力的一压力。一隔离腔室位于封闭腔室中，介于至少一个半导体沉积区与导电材料沉积区之间。隔离腔室具有用于接收来自半导体沉积区的基板和半导体材料的一第一腔室。第一腔室限定了用于接收基板和半导体材料的一孔。孔具有仅较大地大于基板和半导体材料厚度的一高度，由此，孔限制来自半导体沉积区的挥发性材料流入第一腔室。至少一个供应端口位于第一腔室上，且供应端口与第一腔室的内部相连通。一惰性气体源连接至供应端口。一真空源连接至第一腔室上的一开孔，用于排空第一腔室。真空源从半导体材料抽取挥发物并从第一腔室的内部抽取惰性气体。基板和半导体材料从第一腔室穿过，第一腔室处于半导体沉积区中已发现压力的约10%至约95%的一压力下。在实践中，已发现如果压力为半导体沉积区中已发现压力的约30%至约70%是优选的。隔离腔室具有用于接收基板和半导体材料的一第二腔室，且第二腔室邻近第一腔室定位。一第一对差分嵌件位于第二 腔室中，形成用于接收基板和半导体材料的一入口槽。入口槽具有略大于基板和半导体材料厚度的高度，由此，入口槽限制来自半导体沉积区的挥发性材料进入第二腔室。第一对差分嵌件具有由低摩擦材料制成的至少一个侧面，其配合基板以在基板通过第二腔室时将其弄直。一第二对差分嵌件位于第二腔室中且限定了用于基板和半导体材料的一出口槽。出口槽具有仅略大于基板和半导体材料高度的一高度，并限制挥发性材料从导电材料沉积区流入第二腔室，以及从第二腔室流入导电材料沉积区。至少一个供应端口位于第二腔室上，且与第一对差分嵌件位于其中的第二腔室的内部相连通。至少一个供应端口位于第二腔室上，且与第二对差分嵌件位于其中的第二腔室的内部相连通。一惰性气体源连接至第二腔室上的供应端口。一真空源连接至第二腔室上的一开孔，用于排空第二腔室。真空源从半导体材料沉积区、导电材料沉积区抽取挥发物，并从第二腔室的内部抽取惰性气体。基板和半导体材料在第一腔室中发现的压力的约1%至约50%的一压力下从第一对差分嵌件穿过。在实践中，已发现，如果压力为第一腔室中已发现压力的约2%至约25%是优选的。基板和半导体材料在一压力下从第二对差分嵌件穿过，压力为第一对差分嵌件位于其中的第二腔室的区域中已发现的压力的约O. 1%至约50%。在实践中，已发现优选的范围为约1%至约10%。隔离腔室的第一和第二腔室有效地限制了来自半导体沉积区和导电材料沉积区的挥发性材料的转移，有效地了消除了线内形成太阳电池材料过程中的太阳电池材料污染。在线内连续太阳电池制备装置和工艺的工业中，存在一种需求在一个连续线内工艺中，可将半导体材料敷于一基板并可将一透明导电氧化物或其他组分涂敷于半导体材料。为了达成种线内工艺，需要有效地隔离用以形成太阳电池材料的沉积区中的不同环境条件。另外，需要调节各个沉积区中的显著的气压差，以有效地消除沉积区中利用的活性组分的交叉污染。正如现有技术中已知的，背反射体沉积区、半导体沉积区和透明导电氧化物沉积区中使用的活性组分是不相容的，且沉积区之间的组分的任何污染可能会显著地降低所完成太阳电池材料的质量。对于隔离腔室，存在一种可有效地消除轴向连续太阳电池材料制造工艺中使用的沉积区之间的交叉污染的需求。种隔离腔室将需要有效地分隔具有显著不同环境条件的沉积区。在研究了优选实施例的以下实施方式和伴随附图之后，本发明的其他目的和优点对于本领域的技术人员来说是显而易见的。


图I为根据本发明一实施例的具有在线QC测量的一综合卷对卷制造系统的横截面侧视图。图2为根据本发明一实施例的一在线测量腔室的横截面侧视图。图3为根据本发明一实施例的一工艺隔离单元(PIU)的横截面侧视图。图4为根据本发明一实施例的一气压差分工艺隔离单元(DPIU)系统的横截面侧视图。图5为根据本发明一实施例的一气压差分工艺隔离单元(DPIU)的横截面侧视图。图6为根据本发明一实施例的一气压差分工艺隔离单元(DPIU)的横截面侧视图。图7图示根据本发明一实施例使用多个卷对卷生产系统形成的一光伏(或太阳电池)器件。图8为根据本发明一实施例的一背反射体卷对卷生产机器的横截面侧视图。图9为根据本发明一实施例的硅-PECVD/IT0-溅射的卷对卷生产机器的横截面侧视图(用通过连接线连接的顶部和底部两个部分来图示以适合页面)。图10为根据本发明一实施例的一等离子体-清洗/BR-溅射/硅-PECVD/IT0-溅射的卷对卷生产机器的横截面侧视图(用通过连接线连接的顶部和底部两个部分来图示以适合页面)。及图11为根据本发明一实施例的一残余气体分析仪(RGA)的出图。图12为本发明的侧视图。图13为隔离腔室的分解透视图。图14为隔离腔室的端视图。图15为沿图14中A-A线的横截面视图。图16为隔离腔室的横截面视图。图17为隔离腔室的端视图。图18为横截面视图。
具体实施例方式本发明的实施例提供用于生产大面积半导体和非半导体薄膜的新的卷对卷薄膜沉积方法和装置。各个实施例提供使用以下组件的系统及方法一气压差分抽气组件；用于薄膜硅基半导体层的一等离子体增强化学气相沉积(PECVD)组件，诸如a-Si、a-SiGe、nc-Si、μ c-Si及多硅层；及用于在一基板之上沉积一透明导电氧化物(TCO)非半导体层的一溅射组件，诸如铟锡氧化物(ITO)层。在实施例中，借助于一卷对卷机器提供基板。在一实施例中，在与形成薄膜硅基层相同的机器中沉积ITO层也允许在生产时直接在线测量光 伏(PV)材料。在一些实施例中，也可以结合等离子体清洗腔室和/或背-反射体溅射腔室。在现有技术中，当相邻腔室处于相似压力下且使用大体上相同的气体时，存在有用于防止交叉污染(真空腔室之间)的装置。然而，当相邻腔室处于不同的压力下时(例如，第一腔室处于比第二腔室更高的压力下)，此类的装置并不能防止交叉污染。在本发明的各个实施例中，提供了在有利地避免交叉污染的同时，具有可在不同压力下操作的工艺的装置及方法。在一些实施例中，即使当各个腔室中使用不同的气体(气体组分低至0%共性)时，仍可以避免交叉污染。对于tf-Si PECVD工艺和ITO溅射沉积，常规工艺需要单独的工艺设备，其需要昂贵的真空泵、另一对驱动系统以及归因于单独PECVD工艺和溅射工艺的更多的设备空间与时间消耗。tf-Si PECVD工艺和TCO溅射工艺与各个实施例中提供的一个卷对卷机器的新的结合可允许除去PECVD工艺之后的中间插页层，从而导致生产成本降低。材料成本的降低和产量的提高可显著地降低制造本身的总成本。由于不需要中间卷绕(卷绕可能会因微划痕而引起产率问题)，一个复卷和载入系统被排除，因此预期良率将更高。因为需要一个机器操作员而不是两个，且除去了转移工艺，所以人工成本下降。另外，加工过程中的库存量将降低。在本发明的实施例中，可通过直接实时在线(在本文中也称为“在线”)测量已完成的电池结构来进行快速质量保证(QA)或质量控制(QC)，结构可包括一 ITO顶部-接触(或顶部-接触器)层。在本发明的一实施例中，可通过在相同的机器或装置中形成a-Si和ITO来进行快速QA/QC，其中装置包括一 DPIU。本发明实施例的卷对卷制造装置、系统和工艺包括一系列真空沉积工艺和一在线QC工艺。本发明一实施例的一装置包括结合六个主要部件的卷对卷制造设备包括载入、复卷和引导元件的一运输系统；一真空容器或容器；用于半导体制备的一等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积区或反应区间；一气压差分工艺隔离系统；用于顶部-接触层的一溅射沉积区；及一综合测量系统，其可位于顶部-接触层的溅射沉积区与复卷轮之间的一点处。装置也可包括经配置用于物理气相沉积、原子层沉积和热丝化学气相沉积的一或多个区(或腔室)。在本发明的一些实施例中，装置可包括经配置用于结合PECVD和热丝CVD的一混合CVD工艺的一或多个区，如2008年7月7日申请的申请号为12/168，833的美国专利申请案中所描述的，其以引用方式全部并入本文。装置允许单程制作半导体和顶部接触层，并提供在线质量控制数据。在本发明的一实施例中，卷对卷真空沉积装置或系统包括一载入腔室；一复卷腔室；一基板支撑装置；至少一个半导体真空沉积腔室；至少一个透明导体真空沉积腔室；位于沉积腔室之间的至少一个DPIU ;及至少一个实时在线性能测量腔室。在本发明的一实施例中，至少一个半导体真空沉积腔室经配置沉积薄膜硅或薄膜硅合金。在本发明的另一实施例中，至少一个透明导体真空沉积腔室经配置沉积铟锡氧化物(ITO)。在本发明的又一实施例中，至少一个透明导体真空沉积腔室经配置沉积任一透明导电氧化物(TCO)。在本发明的又一实施例中，实时在线测量系统可位于透明导电沉积腔室与复卷腔室之间。在本发明的另一实施例中，实时在线测量系统可包括一电流-电压(IV)测量系统。在本发明的又一实施例中，实时在线测量系统可包括一电池隔离系统。电池隔离系统可包括一激光划片器。在本发明的其他实施例中，卷对卷真空沉积装置或系统包括一载入腔室；一复卷腔室；一基板支撑装置；至少一个半导体真空沉积腔室；至少一个透明导体真空沉积腔室；及位于沉积腔室之间的至少一个DPIU。除铟锡氧化物之外，本发明实施例的卷对卷真空沉积装置还可经配置沉积薄膜硅或薄膜硅合金。在本发明的一实施例中，至少一个半导体真空沉积腔室经配置沉积薄膜硅或薄膜硅合金。在本发明的另一实施例中，至少一个透明导体真空沉积腔室经配置沉积铟锡氧化物(ITO)。在本发明的又一实施例中，至少一个透明导体真空沉积腔室经配置沉积任一透明导电氧化物(TCO)。在本发明的实施例中，卷对卷真空沉积装置包括一计算机系统，其经配置控制太阳电池的形成。在在线QA/QC测量期间，计算机系统可收集QA/QC数据。计算机系统还可以控制太阳电池形成期间在一基板之上沉积薄膜的速率。因此，计算机系统可控制腔室压力、在沉积期间进入真空腔室的一或多种反应物的流速及在薄膜沉积期间一基板移动穿过
一真空腔室的速率。在本发明的实施例中，可以在大于约O. 05托，或大于约O. I托，或大于约O. 5托的压力下形成一 a-Si层，且可以在低于约O. I托，或低于约O. 05托，或低于约O. 005托的压 力下形成一 ITO层。在一实施例中，可在小于或等于约O. 001托的压力下形成ITO层。在本发明的一方面，一真空沉积装置包括一基板载入腔室和一基板复卷腔室。真空沉积装置进一步包括从基板载入腔室延伸至基板复卷腔室的一基板支撑系统。例如，基板支撑装置可并入磁辊，其是2009年6月3日提交的序号为61/212，614的美国临时专利申请案的主题，申请案在此以引用方式全部并入。真空沉积装置还包括一第一真空沉积腔室和一第二真空沉积腔室。在一实施例中，第一真空沉积腔室(本文中也称为“反应腔室”)为一高气压真空沉积腔室，且第二真空沉积腔室为一低气压真空沉积腔室。在一实施例中，高气压真空沉积腔室中的压力大于低气压真空沉积腔室中的压力。在一个实例中，高气压真空沉积腔室可以具有在O. I托至20托范围内的压力，且低气压真空沉积腔室可以具有在O. 0001托至2托范围内的压力。真空沉积装置进一步包括一气压差分工艺隔离单元(“DPIU”)。在一实施例中，DPIU安置在高气压真空沉积腔室与低气压真空沉积腔室之间。在一实施例中，DPIU经配置维持高气压真空沉积腔室与低气压真空沉积腔室之间的一气压差。在实施例中，用Pl表示高气压真空沉积腔室中的压力，且用P2表示低气压真空沉积腔室中的压力，DPIU经配置维持一气压差P1/P2，其大于或等于约I : 1，大于或等于约10 1，或大于或等于约100 I，或大于或等于约1，000 I，或大于或等于约10 : 000 : I。在一实施例中，第一真空沉积腔室经配置在基板之上形成P-掺杂或η-掺杂半导体薄膜之一。在一实施例中，真空沉积装置包括介于第一气相沉积腔室与DPIU之间的一第三气相沉积腔室。第三气相沉积腔室经配置在基板之上形成一本征半导体薄膜。在一实施例中，真空沉积装置进一步包括介于第三气相沉积腔室与DPIU之间的一第四气相沉积腔室，第四气相沉积腔室经配置在基板之上形成P-掺杂或η-掺杂半导体薄膜中的另一种。在一实施例中，第一气相沉积腔室经配置形成一 η-掺杂(η型半导体)半导体薄膜，第三气相沉积腔室经配置形成一本征半导体薄膜，而第四气相沉积腔室经配置形成一 P-掺杂半导体薄膜。在另一实施例中，第一气相沉积腔室经配置形成一 P-掺杂(ρ型半导体)半导体薄膜，第三气相沉积腔室经配置形成一本征半导体薄膜，而第四气相沉积腔室经配置形成一 η-掺杂半导体薄膜。
“反应区间”用以表示一反应器、反应腔室、真空沉积腔室、真空沉积反应器，或一任意限定的体积，其中可通过各种真空沉积方法来调节条件以影响一基板之上的薄膜生长，诸如，化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、物理气相沉积(PVD)、溅射与蒸发，包括上述方法的等离子体增强变化。反应区间可包括易受所有反应气体脉冲影响的表面，在正常操作期间，通过夹带的流体或扩散，气相化学物(或气体)或粒子可从表面流向基板。反应区间可以例如为本发明实施例的卷对卷系统中的一等离子体增强CVD(PECVD)反应腔室。作为另一实例，反应区间可为经配置用于在一基板之上形成一透明导体薄膜的一真空沉积腔室，诸如一 ITO薄膜(或层)。现参阅诸图，其中相同元件符号始终代表相同部件。应了解，诸图并不一定按比例绘制。 参阅图1，展示了根据本发明一实施例的具有在线QC测量的一综合卷对卷制造系统或装置。一卷基板材料装入载入腔室1，并经引导穿过一预处理腔室2、一 η-掺杂沉积腔室3、一本征沉积腔室4及一 ρ-掺杂沉积腔室5。每个沉积腔室可通过桥接腔室6连接至相邻腔室，桥接腔室6经构造在大体上阻碍掺杂物材料从一个沉积腔室(或反应区间)流动到相邻沉积腔室的同时，允许一基板薄片7(本文中也称为“薄片”)自由通行。此外，基板薄片经引导穿过一 DPIU 8，DPIU 8经构造在阻碍气体流穿过它到产生并维持一气压差12的程度并防止从一端口到另一个端口的任何交叉污染的同时，允许薄片自由移动。薄片7进一步经引导穿过一顶部接触沉积腔室9和一桥接腔室6，进入一在线测量腔室10，并且最后进入复卷腔室11，在此被卷绕。在发明的实施例中，气压差12满足Pl大于Ρ2的条件，且比率Ρ1/Ρ2大于或等于约10，或大于或等于约100，或大于或等于约1，000，或大于或等于约10,000。在其他实施例中，气压差12满足Pl小于Ρ2的条件，且比率Ρ2/Ρ1大于或等于约10，或大于或等于约100，或大于或等于约1，000，或大于或等于约10,000。在一实施例中，当一基板正被运输或移动穿过沉积腔室和在线测量腔室时，气压差被保持。可对图I的装置进行多种变化。例如，可增加或减少沉积腔室的数目(例如，图I的装置可具有1、2或3个腔室或反应区间)。作为另一实例，可在半导体沉积区之前结合一第二溅射区和相应的DPIU，以允许制作背反射体。作为另一实例，可在半导体沉积区之前或背反射体溅射区之前结合一等离子体清洗腔室，根据需要连同相应的DPIU—起。作为又一实例，DPIU (本文中也称为“工艺DPIU” )可经设计具有零度或90度或180度的包角，或实际上实用于机器布局的任一值。作为另一实例，在线测量腔室10和复卷腔室11可合并为单一腔室。继续参阅图1，在一实施例中，装置可进一步包括用于形成一背反射体的一背反射体沉积腔室(未图示)。可将背反射体沉积腔室安置在任一真空沉积腔室之前(例如，在基板载入腔室与预处理腔室2之间)。在一实施例中，预处理腔室2可经配置用于在薄膜沉积之前等离子体清洗一基板。在这种情况下，预处理腔室2可称为等离子体清洗腔室。可经由离子溅射(例如，Ar离子溅射)执行等离子体清洗。图2展示根据本发明一实施例的一在线性能测量腔室100。参阅图2，包括源106和光学器件105的一激光划片系统安装在第一窗口 103附近，以使得在已涂敷的基板薄片101以速度V(113)移动经过窗口时，光学器件具有一自由视野。在一实施例中，激光划片系统能够划开TCO层102，从而隔离电池-薄片的一部分107。在一实施例中，划片系统(或光学器件)可经构造以允许在横跨薄片宽度的任一位置隔离一小部分，例如，通过将其安装在平行于第一窗口的一线性平移台上。在一实施例中，划片系统可用以在其移动穿过第一窗口时横跨薄片宽度创建多个小电池。继续参阅图2，可在腔室外面提供一光源110，光源110经定位以使得在已被隔离的小电池移动穿过第二窗口 104时对其进行照明。当一小电池被照亮时，在真空容器内的一可移动(或可伸缩)电探针109可接触电池，且可进行IV(S卩，电流-电压)测量。在一实施例中，测量探针的位置*(114)和薄片的速度v(113)可用于测定测量时间。或者，可通过一光学检验系统来测定待测量的电池的位置。在一实施例中，可用一电或静电探针与被隔离电池接触(或充分地接近)来进行测量。在一实施例中，选择探针的结构以便在测量期间大体上不毁坏小电池。在一实施例中，探针组件可横跨薄片移动以测量随薄片移动而位于横跨薄片宽度的不同位置处的已隔离小电池。探针组件可收容于腔室内，或可经由引线112来操纵。可对图2的装置进行多种变化。例如，可将可移动探针组件替换为多个探针。作 为另一实例，可将可移动激光划片器替换为多个划片器。作为又一实例，可将第一和第二窗口替换为足够大的单个窗口以容纳激光划片束和测量照明束两者。作为另一实例，光源可定位于真空容器内。这可以消除对窗口的需要。作为另一实例，激光划片系统或其一部分可位于真空容器内。这可以消除对窗口的需要或允许使用一较小窗口。图3展示一工艺隔离单元(PIU) 200，其在大体上不允许气体从第一端口流至第二端口的同时，却能够维持横跨其两个端口的气压差，且反之亦然。在一实施例中，图3的PIU可安置在位于第一反应区间(或腔室)与第二反应区间之间的一 PIU内，PIU经配置在允许一基板从第一反应腔室移至第二反应腔室的同时，防止气体从第一反应腔室流至第二反应腔室。参阅图3，工艺隔离单元200包括一第一端口(或入口)201和一第二端口 202，各自分别经构造以允许气体和具有一基板的一基板支撑件211的自由移动。在一实施例中，基板支撑件211为一基板薄片。第一端口 201和第二端口 202经配置以允许基板支撑件211移入和移出PIU 200。在一实施例中，第一端口 201经配置以允许基板支撑件211移入隔离单元200，且第二端口 202经配置以允许基板支撑件211移出PIU 200。在一替代实施例中，第一端口 201经配置以允许基板支撑件211移出PIU200，且第二端口 202经配置以允许基板支撑件211移入PIU 200。继续参阅图3，PIU 200进一步包括介于第一端口 201与第二端口 202之间的一第一传导空间207和一第二传导空间208。在已图示的实施例中，第一传导空间207安置在基板支撑件211之下，且第二传导空间208安置在基板支撑件211之上。一或多种气体(本文中也称为“气相化学物”)可经由一第一吹扫气入口(或进气口)205进入第一传导空间207。气体可经由一第二吹扫气入口 206进入第二传导空间208。第一和第二吹扫气入口205,206可经配置允许任何吹扫气进入，诸如，H2, N2、He、Ne和Ar中的一或多种。根据本发明的一些实施例，吹扫气入口(例如，205、206)可具有一期望的横截面积或形状。在一些实施例中，可以提供多个吹扫气入口。吹扫气入口可具有相同的横截面积和/或形状，或者吹扫气入口的横截面积和/或形状可以变化。在一些示例中，一或多个吹扫气入口 205、206的横截面积可小于第一传导空间207、第二传导空间208、第三传导空间210、第四传导空间209、第一传导203和/或第二传导204的横截面积。或者，一或多个吹扫气入口 205、206的横截面积可大于第三传导空间210、第四传导空间209、第一传导203和/或第二传导204的横截面积。继续参阅图3，在某些实施例中，传导空间互相成流体连通。在一些实施例中，传导空间207和208合并为单个空间，单个空间与一单个吹扫气入口成流体连通。一第一限流器(或气体限流器)212安置在第一传导空间207与第一端口 201之间，其经定位提供一第一传导203。位于第一传导空间207与第二端口 202之间的为一第二限流器213，其经定位提供一第二传导204。在一实施例中，在基板远离限流器的一侧为将第一端口 201连接至第二传导空间208的一第三传导空间210。在基板远离限流器的一侧,存在将第二端口 202连接至第二传导空间208的一第四传导空间209。在一优选实施例中，空间209和210可具有大体上比传导203和204中的任一个更小的传导。在一些实施例中，第一传导203大体上可与第二传导204大小不同。在一实施例 中，第一传导203大于第二传导204。在另一实施例中，第一传导203小于第二传导204。在某些实施例中，可改变限流器212和213的几何形状以使传导203和204产生变化。在一实施例中，选择限流器212和213的几何形状，以便根据需要提供影响横跨限流器212和213的压降的传导203和204。在一实施例中，第一和第二限流器212、213可为安置在PIU200内的壁。换句话说，可以选择第一和第二限流器以使得第一传导203和第二传导204可具有期望的横截面积。例如，第一传导可具有比第二传导更大的横截面积，或反之亦然。例如，第一传导和第二传导的横截面积可以变化，以使得它们的面积比率可大约为100 I、50 1,20 UlO 1、5 1、3 1、2 1、1 1，或者相反。也可选择第一和第二限流器以便第一传导和第二传导可具有期望的横截面形状。例如，第一和第二传导可以形成一圆形、正方形、矩形、梯形、三角形、六边形、八边形或任何其他几何形状。参阅图4，展示了能够维持两个沉积空间(或反应区间)之间的气压差的一DPIU(本文中也称为“隔离系统”)300，其在允许一基板薄片(或基板支撑件)自由移动的同时，使得两个沉积空间(或腔室)之间的气体大体上无交叉污染。在实施例中，DPIU300经配置维持大于或等于约10 I的一气压差，或大于或等于约100 1，或大于或等于约1000 1，或大于或等于约10,000 I。在一实施例中，图4的气压差分工艺隔离单元(DPIU) 300可包括图3的PIU 200。在某些情况下，DPIU可包括多个PIU。继续参阅图4，DPIU 300包括与一第一 PIU 301和一第二 PIU 302成流体连通的一抽气区间303。第一 PIU 301的一个端口连接至第一沉积空间307，而第一 PIU的一第二端口连接至抽气区间303。第二 PIU 302的一个端口连接至第二沉积空间308，而第二 PIU302的一第二端口连接至抽气区间303。在一实施例中，第一沉积空间307中的压力大于第二沉积空间308中的压力。继续参阅图4，第一沉积空间307中最接近第一 PIU 301处的压力为‘P1’。第二沉积空间308中最接近第二 PIU 302处的压力为‘P4’。抽气区间303中最接近第一 PIU 301处的压力为‘P2’。抽气区间303中最接近第二 PIU 302处的压力为‘P3'。吹扫气经由第一吹扫气进气口 305进入第一 PIU 301。吹扫气经由第二吹扫气进气口 306进入第二 PIU302。一基板309可以自由地从第一沉积空间307移至第二沉积空间308，且反之亦然。
在实施例中，DPIU经配置维持第一和第二沉积空间之间超过约I : 10的一气压差，或超过约I : 100，或超过约I : 1000，或超过约I : 10,000。在一个实施例中，Pl与P4间的比率(即，P1/P4)大于等于约10(即，10 I)，或大于等于约100 (即，100 : 1)，或大于等于约1，000 (即，1,000 I)，或大于等于约10,000(即，10，000 I)。在另一实施例中，P4与Pl间的比率(即，P4/P1)大于或等于约10，或大于或等于约100，或大于或等于约1，000，或大于或等于约10,000。在一优选实施例中，当基板309移动(或经引导)穿过第一沉积空间307和第二沉积空间308时，气压差被维持。可以借助于一基板支撑件使基板309移动穿过沉积空间，诸如一基板支撑轮。图5图示经配置维持多个沉积空间之间气压差的一 DPIU 400，在允许一基板支撑件(例如，基板薄片)自由移动的同时，使得多个沉积空间之间的气体大体上无交叉污染。在一实施例中，DPIU 400为与一真空系统成流体连通的一气压差分抽气腔室。在这种情况下，DPIU 400可以被描述为一 DPIU (或气压差分工艺隔离单元)。在一实施例中，DPIU 400经配置维持两个沉积空间之间的气压差。在实施例中，DPIU 400经配置维持大于或等于约10 I的一气压差，或大于或等于约100 1，大于或等于约1000 1，或大于或等于约
10,000 I，在实施例中，DPIU 400经配置维持DPIU 400 —侧的一第一压力，和DPIU 400另一侧的一第二压力，其中第一压力介于约O. I托与20托之间，且其中第二压力小于或等于约O. 01托，或小于或等于约O. 001托。继续参阅图5，DPIU 400包括与一第一 PIU 401和一第二 PIU 402成流体连通的一抽气区间403。第一 PIU 401的一个端口连接至(或邻接)一第一沉积空间407，而PIU401的一第二端口连接至抽气区间403。第二 PIU 402的一个端口连接至一第二沉积空间408，而PIU 402的一第二端口连接至抽气区间403。第一沉积空间407中最接近第一 PIU401处的压力为‘ΡΓ。第二沉积空间408中最接近第二 PIU 402处的压力为‘Pt。抽气区间403中最接近第一 PIU 401处的压力为‘P2'。抽气区间403中最接近第二 PIU 402处的压力为‘P3’。可以经由进气口 405将第一吹扫气提供至第一 PIU 401。一第二吹扫气可以经由进气口 406进入第二 PIU 402。经由排气口(或出口)404将第一和第二吹扫气从抽气区间移除。在一实施例中，借助于具有(例如)一机械泵或一涡轮分子(“涡轮”)泵的一抽真空系统将气体从抽气区间403中排出。在一实施例中，第一吹扫气为氢气(H2)或氦气(He)，或具有H2或He的混合物，且第二吹扫气为氩气(Ar)、氖气(Ne)或He，或含有Ar,Ne或He的混合物。在优选实施例中，选择第一吹扫气以使其对第一沉积空间407中的工艺无危险(即，第一吹扫气大体上不与第一沉积空间407中的一或多种蒸气或气体起反应)。并选择第二吹扫气以使其对第二沉积空间408中的工艺无危险(S卩，第二吹扫气大体上不与第二沉积空间408中的一或多种气体起反应)。在一实施例中，第一吹扫气与第二吹扫气为相同气体。虽然DPIU 400包括两个进气口 405和两个进气口 406，应了解，系统400可以包括任何数目的进气口。例如，系统可以包括一个进气口 405和两个进气口 406。作为另一实例，系统可以包括两个进气口 405和三个进气口 406。可以根据需要分布和按大小排列进气口以提供本发明实施例的气压差。在一实施例中，DPIU 400经配置维持介于约O. I托与约20托之间的P1，以及小于或等于约O. I托，或小于或等于约O. 01托的P4。在另一实施例中，DPIU 400经配置维持介于约O. I托与约20托之间的P4，以及小于或等于约O. 01托，或小于或等于约O. 001托的Pl0在实施例中，当一基板经引导穿过第一沉积空间407和第二沉积空间408时，DPIU 400将PI和P4维持在特定水平。在实施例中，第一沉积腔室407经配置在一基板之上沉积一含半导体材料，且第二沉积腔室408经配置在基板之上形成一透明导体层(即，第二沉积腔室408为一透明导体沉积腔室)。在一实施例中，Pl大于P4,或大体上大于P4。在实施例中，第一沉积空间407经配置用于气相沉积。在一实施例中，第一沉积空间407经配置用于化学气相沉积(CVD)。在另一实施例中，第一沉积空间407经配置用于原子层沉积(ALD)。在一实施例中，第一沉积空间407可以经配置用于等离子体增强CVD或ALD。在实施例中，第二沉积空间408经配置用于在一基板之上形成一透明导体。在一实施例中，第二沉积空间408经配置用于离子溅射。在另一实施例中，第二沉积空间408经配置用于物理气相沉积。在一实施例中，第二沉积空间408经配置用于在一基板之上沉积一铟 锡氧化物薄膜。在实施例中，一基板可以自由地从第一沉积空间407移至第二沉积空间408，且反之亦然。可以借助于基板支撑件409来提供基板。基板支撑件409可以为卷对卷沉积系统(参见图I)的一部分。在一实施例中，基板支撑件409可为一基板薄片。实例I图6图示一 DPIU 500，其包括与一第一 PIU 501和一第二 PIU 502成流体连通的一抽气区间503。第一 PIU 501的一个端口连接至一第一沉积空间507，而PIU 501的一第二端口连接至抽气区间503。第二 PIU 502的一个端口连接至一第二沉积空间508，而PIU502的一第二端口连接至抽气区间503。第一沉积空间507中最接近第一 PIU 501处的压力为‘P1’。第二沉积空间508中最接近第二 PIU 502处的压力为‘P4’。抽气区间503中最接近第一 PIU 501处的压力为‘P2’。抽气区间403中最接近第二 PIU 502处的压力为‘P3’。经由进气口 505将一第一吹扫气(例如，H2)提供至第一 PIU 501。一第二吹扫气(例如，Ar)经由进气口 506进入第二 PIU 502。经由排气口(或出口)504将第一和第二吹扫气从抽气区间503移除。可以借助于具有(例如)一机械泵或一涡轮分子(“涡轮”)泵的一抽真空系统将气体从抽气区间503中排出。实例2多个卷对卷沉积系统可用以形成图7的光伏电池。前端设施中的大规模薄膜硅太阳电池生产线包括一个卷对卷冲洗机器(未图示)、一个背反射体卷对卷生产机器(图8)及一个PECVD/IT0卷对卷生产机器(图9)。不锈钢(SS)卷用作基板，在一些实施例中，其可以具有O. 005" (O. 127_)的厚度，10"的最小宽度，36"的优选宽度及5000ft的最小长度。在卷对卷冲洗机器中，在载入(卷开)腔室处装载的一卷未清洗SS基板薄片在卷对卷湿法化学清洗工艺中经引导穿过一清洁剂槽、一 Dl水漂洗槽、一鼓风机和干燥站。然后，一无油、无粒子的清洁SS基板薄片与保护性中间插页层一起在冲洗机器的复卷(卷绕)腔室处卷绕于一卷轴芯上。接着，一背反射体沉积在基板上。对于背反射体沉积，可以将一不锈钢卷的已清洗3ft宽SS基板薄片装入一大规模背反射体卷对卷生产机器(参见图8)，并经受以下工艺已清洗SS薄片将移入金属(Al或Ag)溅射腔室和ZnO溅射腔室，以分别沉积一金属反射层(具有IOOnm的最小厚度)和一 ZnO阻挡层(具有300nm的最小厚度)。在BR机器处涂有Al (或Ag)/ZnO背反射体的柔性SS薄片卷将被转入PECVD/IT0机器以充当用于薄膜硅和ITO材料沉积的基板。接着，沉积光伏器件结构。在薄膜硅和ITO沉积期间，将涂敷有BR的SS卷装入一大规模PECVD/IT0卷对卷生产机器中，如图9所示。图示为两部分以适应页面的图9的卷对卷生产机器可以为单一、连续式卷对卷系统。一基板薄片将以4英尺(ft)/分的速度移动穿过所有薄膜硅PECVD腔室以被沉积600纳米(nm)的9-层膜(nl/il/pl/n2/i2/p2/n3/i3/p3,其中‘η'、‘p'和‘i'分别表示η型、ρ型和本征膜或薄膜)先进的a_Si/a_SiGe/a-SiGe结构。然后，已涂敷薄膜硅的材料薄片将移动穿过一气压差分腔室和一 ITO溅射腔室，以在顶部完成70nm的透明导电ITO沉积。因此，可以在大规模薄膜硅太阳电池生产线处 使用上述工艺在一轮中生产大面积(最小3英尺X 5000英尺)柔性薄膜硅光伏(或太阳电池)材料，具有约10%的最小初始点-电池效率(约2. 15V的V0C，约7. 5mA/cm2的Jsc，及约62%的FF)，和约90%的最低产率。气压差分抽气腔室可以为图6的DPIU 500。实例3参阅图10，一真空卷对卷薄膜生产机器可用以形成图7的光伏电池。图示为两部分以适应页面的卷对卷生产机器可以为单一、连续式卷对卷系统。前端设施中的一大规模薄膜硅太阳电池卷对卷生产机器包括一基板载入腔室、一等离子体清洗腔室、一背反射体溅射沉积腔室、一薄膜硅PECVD沉积腔室、一透明导体沉积腔室及一基板复卷腔室。一气压差分工艺隔离单元(DPIU)安置在背反射体沉积腔室与PECVD腔室之间。一第二DPIU安置在PECVD腔室与透明导电沉积腔室之间。不锈钢(SS)卷用作基板，其具有约
O.005” (O. 127mm)的厚度，约10"的最小宽度，约36"的优选宽度，及约5000ft的最小长度。在离子体清洗腔室中，压力约O. 01托的含Ar或Ar/02等离子体用以清洗SS基板。接着，在约5毫托下通过Ar溅射在基板之上沉积一金属层/ZnO层背反射体(BR)。金属(Al或Ag)和ZnO分别沉积约IOOnm和约300nm的最小厚度。涂有Al (或Ag) /ZnO背反射体的柔性SS薄片卷移动穿过一气压差分工艺隔离单元(DPIU)，进入在约O. 5托与5托之间的压力下操作的薄膜硅PECVD沉积腔室。向DPIU的BR侧面供给Ar吹扫气，向PECVD侧面供给H2吹扫气。然后，具有SS/BR/a-SiGe/a-SiGe/a-Si多层结构的已涂敷薄膜硅的材料薄片，移动穿过一第二 DPIU，进入一 ITO溅射腔室，以完成在顶部沉积一 ITO透明导电层，ITO透明导电层具有约70nm的厚度。向第二 DPIU的PECVD侧面供给H2吹扫气，向ITO侧面供给Ar吹扫气。因此，可以在大规模薄膜硅太阳电池生产线处使用上述工艺在单个机器中生产大面积(最小约3英尺X 5000英尺)的柔性薄膜硅光伏(或太阳电池)材料，具有约10%的最小初始点-电池效率(约2. 15V的V0C，约7. 5mA/cm2的Js。，及约62%的填充因子(FF))，和约90%的最低产率。DPIU可以为图6的系统500。实例4一薄膜硅PECVD腔室充满流速为约12000sccm，压力为约I. O托的H2气体。一ITO溅射腔室充满流速为约IOOOsccm的Ar气体和流速为约5sccm的O2气体。PECVD腔室和ITO溅射腔室邻接于一 DPIU，诸如图6的DPIU 500。包含H2气体的一吹扫气流505以约4000sccm的流速进入PIU 501。包含Ar气体的一吹扫气流506以约5000sccm的流速进入PIU 502。抽气区间503具有约60毫托的压力。ITO溅射腔室(例如，图6的腔室508)具有约4毫托的压力。参阅图11，在ITO溅射时用残余气体分析仪(RGA)检测的H2、02、Ar气体峰得出约O. 42%的H2/Ar比率和约O. 55%的02/Ar比率。基于以上工艺参数，以卷对卷方式于薄膜硅上生产了高质量ITO膜。正如现有技术中已知的，背反射体沉积区、半导体沉积区和透明导电氧化物沉积区中使用的组分是不相容的，且这些两个沉积区之间的组分的任何污染将会显著地降低所完成太阳电池材料的质量。因此，需要一种隔离腔室，其可有效地消除用于线内连续太阳电池材料制造工艺的沉积区之间的交叉污染。另外，需要一种隔离腔室，其可有效地分隔在各自区具有明显不同环境条件的沉积区。本发明针对太阳电池材料生产中所使用的一种隔离腔室。更特别地，隔离腔室用以分隔用于形成太阳电池材料的连续工艺的沉积区。隔离腔室可在大体上消除沉积区之间的任何交叉污染的同时，分隔具有明显不同操作压力的沉积区。通过结合以下描述参阅附 图，本发明的特征将更容易被理解。如图12-图18所示，隔离或差分腔室用于太阳电池生产设施中，以分隔其中太阳电池的组分沉积在一基板上的各个沉积区。在太阳电池生产设施中可存在有几个沉积区。然而，应了解，隔离腔室可与用于形成太阳电池材料与组分的其他沉积区一起同样有效地利用。隔离腔室也可用以分隔太阳材料生产中所使用的背反射体区和等离子体清洗区。为了便于说明本发明，一半导体沉积区和一导电材料沉积区将用作一实例。半导体沉积和导电材料沉积实例的第一和第二嵌件腔室73、75处于一压力下，压力小于100托，但是大于或等于第二腔室59的内部61中的压力。内部61大体具有I毫托至20托范围内的一压力。第二腔室的壁58适应第二腔室的内部61与围绕第二腔室的大气之间的较大的气压差。第一和第二嵌件腔室73、75与内部61具有比内部61与第二腔室59外部的大气之间更小的气压差。结合第二腔室的外壁58与第一和第二嵌件腔室的外壁74，允许在没有损害太阳电池工艺效率的情况下适应较大的气压差。第二腔室59的外壁58和第一和第二嵌件腔室的外壁74保护嵌件腔室免受大气压力，且允许差分嵌件在太阳材料的处理过程中将薄片保持在平面方向。太阳电池生产操作具有多个部件，其以相邻关系定位并形成一封闭腔室15，一基板19经由封闭腔室15前移。基板用于接收太阳电池材料。至少一个半导体沉积区23是封闭腔室15的一部分。半导体沉积区用于将一半导体材料涂25涂敷于移动中的基板。可以使用各种沉积方法来涂敷半导体材料，但是已发现，利用等离子体增强化学气相沉积在移动中的基板上沉积半导体材料是特别有效的。在半导体材料的沉积中，有一小部分材料未沉积在基板上。这种未反应的气体是挥发性材料，其可以离开半导体沉积区并污染其他沉积区或处理区。在半导体沉积区23中涂敷半导体材料25在半导体沉积区23中产生约O. I托至约20托的压力。至少一个导电材料沉积区31是封闭腔室15的一部分。导电材料沉积区用于在半导体材料的与基板间隔开的表面上涂敷一透明导电氧化物层33。因为透明导电氧化物层位于半导体材料上，导电材料沉积区位于封闭腔室中半导体沉积区之后的位置处。可以通过各种涂敷技术来涂敷透明导电氧化物层33，但是已发现，通过溅射工艺来涂敷这个层是特别有利的。在导电材料的沉积中，有一小部分材料未沉积在半导体材料上。这种未反应的气体是挥发性材料，其可离开导电材料沉积区并污染沉积区。透明导电氧化物层的涂敷在导电材料沉积区中产生一压力。导电材料沉积区中的压力为约O. OOl托至约O. 020托，且为半导体材料沉积在其中的的半导体沉积区中的压力的约20%至约O. 01%。半导体沉积区与导电材料沉积区之间的气压差会产生工艺难点，因为半导体沉积区中的任何挥发性材料通常接近低气压导电材料沉积区。虽然大体上任何挥发性材料从高气压半导体沉积区流入低气压导电材料沉积区，应了解，导电材料沉积区中的挥发性材料转移至半导体沉积区也是可能的。半导体沉积区23中用以涂敷半导体材料的组分和导电材料沉积区31中用以涂敷透明导电氧化物层的组分是不相容的，且挥发性组分转移至不同沉积区污染了沉积工艺，且轻微地降低了生产的太阳电池材料的质量。虽然已叙述了用于半导体和导电材料沉积区的具体压力范围，应了解，此类压力可基于用以形成太阳电池材料的工艺参数而变化。另外，其他沉积区可以具有不同的压力范围。因此，要考虑的是在需要隔离的沉积区之间存在一气压差。因此，功能上地分隔半导体沉积区23与导电材料沉积区31来防止这些沉积区之间的任何交叉污染是特别重要的。为了达成各种沉积区的分隔，且用作说明性的目的，分隔半导体沉积区23与导电 材料沉积区31，一隔离腔室35是封闭腔室15的一部分。隔离腔室35位于至少一个沉积区与至少一个导电材料沉积区之间。隔离腔室35具有一第一腔室39，其用于接收基板或涂敷有半导体材料的基板，以及来自半导体沉积区23的未反应挥发物。第一腔室具有一入口孔43和一出口孔45，以允许基板和半导体材料前移穿过第一腔室39。进口孔和出口孔具有一开孔，其高度大于基板和半导体材料的厚度，以允许基板和半导体材料移动穿过腔室。第一腔室39具有由诸如不锈钢薄板的高强度材料形成的外壁40。加强筋41可沿外壁40的至少一部分定位，且筋通常由与外壁40相同的材料制成。外壁需要具有足够的强度来适应第一腔室的外部与第一腔室的内部47之间的气压差。因为外部大体上处于大气压力下，而内部47大体上处于降低的压力，相当大的力可能会置于第一腔室的壁40上。第一腔室39上具有一开孔51，且开孔与第一腔室的内部47成流体连通。一真空源55连接至第一腔室39上的开孔51。真空源被提供用于排空第一腔室，以从半导体材料沉积在其中的沉积区23，从第一腔室39的内部47中抽取未反应挥发物。重要的是，半导体沉积区23至隔离腔室35的第一腔室39的压降不大于半导体沉积区中压力的约10%至约95%，且在约30%至约70%的优选范围内。如果压降太大，第一腔室39中的降低的压力区可能会影响半导体沉积区中使用的反应气体，并降低半导体材料的沉积速率。隔离腔室35具有一第二腔室59，其用于接收来自第一腔室39的出口孔45的基板和半导体材料。第二腔室59邻近第一腔室定位。第二腔室59具有由诸如薄钢板的高强度材料形成的外壁58。加强筋57可定位在至少一些外壁上，以进一步加强外壁58。外壁58需是强壮的以适应第二腔室的外部上的大气压力与如先前所描述的第二腔室的内部61相对第一腔室39的降低的压力之间的气压差。第二腔室具有一入口槽67，其对准第一腔室39的出口孔45，用于接收基板和半导体材料的薄片。第二腔室具有一出口槽68，其位于第二腔室的相反的端部。一第一嵌件腔室73和一第二嵌件腔室75位于第二腔室59的内部61。第一嵌件腔室73与入口槽67相连通，而第二嵌件腔室75与出口槽68相连通。第一嵌件腔室73的与入口槽67间隔开的端部和第二嵌件腔室75的与出口槽68间隔开的端部与泵端口 79相连通。一端口通道80位于第一和第二嵌件腔室的与泵端口 79相连通的端部上。第一和第二嵌件腔室的外壁74由诸如薄钢板的高强度材料制成，以适应第二腔室59的内部61与第一和第二嵌件腔室的内部之间的气压差。第一和第二嵌件腔室73、75处于一压力下，压力小于100托，但是大于或等于第二腔室59的内部61中的压力。一般地，内部61具有I毫托至20托范围内的一压力。第二腔室的壁58适应第二腔室的内部61与围绕第二腔室的大气之间的较大的气压差。第一和第二嵌件腔室73、75与内部61具有比内部61与第二腔室59外部的大气之间的更小的气压差。结合第二腔室的外壁58与第一和第二嵌件腔室的外壁74，允许在没有损害太阳电池工艺效率的情况下适应大的气压差。第二腔室59的外壁58和第一和第二嵌件腔室的外壁74保护嵌件腔室免受大气压力，且允许差分嵌件在太阳材料的处理过程中将薄片保持在平面方向。隔离腔室也可用以分隔太阳材料生产中使用的背反射体区和等离子体清洗区。隔离腔室也可用以分隔太阳材料生产中使用的背反射体区和等离子体清洗区。相比先前引用的实例，这些区的气压差和大气条件将是不同的。然而，隔离腔室将以同样方式起作用以适应此等区之间的压力差或大气差异。—第一对差分嵌件65位于第二腔室59的第一嵌件腔室73中。第一对差分嵌件65具有相邻入口槽67定位的一第一嵌件和相邻泵端口 79相邻定位的一第二嵌件。第一嵌 件限定了一嵌件槽69。嵌件槽69限制来自半导体沉积区23的挥发性材料进入第一嵌件腔室73的内部。第一对差分嵌件具有由诸如聚四氟乙烯的低摩擦材料制得的至少一个侧面71。低摩擦材料经安置以配合基板19的与半导体材料25间隔开的侧面。在基板和半导体材料穿过第二腔室59时，低摩擦材料的至少一个侧面71将基板和半导体材料保持在非常直的方向。一磁棒105可定位在与基板19间隔开的低摩擦侧面71上。如果基板的一部分是磁性的，则可以使用磁棒105，其中磁棒将拉动基板接触差分嵌件的低摩擦侧面。第一对差分嵌件65的另一侧具有一可调节阻挡块109，其可移动地安置在一调节设备113上。调节设备可经启动，以相对基板19和半导体材料25移动可调节阻挡块109。嵌件槽69由低摩擦侧面71和可调节阻挡块109形成。低摩擦侧面71经安置配合基板，且可调节阻挡块与基板上沉积的半导体材料间隔约O. Imm至约5mm,且优选约O. 5mm至约3mm的范围。各隔离嵌件上的可调节阻挡块109可相对基板和半导体材料自由地移动。如果间隔被足够地限定，可能并不需要具有可在调节设备上不受限制地移动的可调节阻挡块。第二对差分嵌件77位于第二嵌件腔室75中。第二对差分嵌件77具有与第一对差分嵌件65相同的结构且以相同的方式起作用。第二对差分嵌件具有相邻出口槽68定位的一第一嵌件和相邻泵端口 79定位的一第二嵌件。第一嵌件限定了用于由基板和半导体材料形成的薄片的一差分槽70。差分槽70限制挥发性材料从导电材料沉积区31流入第二腔室59，及从第二腔室59流入导电材料沉积区。至少一个供应端口 85定位在第二腔室59上，且与第一嵌件腔室73的内部相连通。至少一个供应端口 85与在第一对差分嵌件65之间区域的第一嵌件腔室59的内部相连通。至少一个供应通道87定位在第二腔室59上，且与第二嵌件腔室的内部相连通。至少一个供应通道87与第二对差分嵌件77之间的第二嵌件腔室的内部相连通。一惰性气体源89连接至第二腔室上的至少一个供应端口 85及至少一个供应通道87。一喷嘴121定位在第一对差分嵌件之间，位于形成用于基板和半导体材料的通道123的各侧面上。喷嘴121连接至惰性气体源，并向穿过第二腔室59的太阳电池材料的各侧面供应惰性气体。一对喷嘴121定位在第二对差分嵌件77之间，并连接至惰性气体源，且以与先前描述的相同方式向第二腔室59的区域供应惰性气体。一开孔91位于第二腔室59上且连接至泵端口 79。一真空源93连接至开孔91。真空源93经提供用于排空第二腔室59中的泵端口，以从半导体沉积区23和导电材料沉积区31抽取挥发物。真空源也抽取由至少一个供应端口 87和至少一个供应通道89提供的惰性气体，其向第一和第二嵌件腔室供应惰性气体。第一对差分嵌件65在第一嵌件腔室73中形成一第一压力区95,且第二对差分嵌件在第二嵌件腔室75中形成一第二压力区97。隔离腔室的第一腔室39和第二腔室59有效地限制了来自用于形成太阳电池材料的线内工艺的半导体沉积区和导电材料沉积区的挥发性材料的转移。隔离腔室的这个功能有效地消除了线内形成太阳电池材料过程中的太阳电池材料的污染。虽然隔离腔室35已被描述为具有两个嵌件腔室73和75及第一和第二对差分嵌件65、77，应了解，取决于工艺参数，仅仅一个嵌件腔室和仅仅一对差分嵌件可能也是足够的。相反地，工艺参数可能需要两个以上的嵌件腔室及两对以上的差分嵌件来控制各个工艺区之间的压差和大气压差。另外，可改变惰性气体的引入以适合操作条件。在操作中，包括基板19和半导体材料25的薄片从半导体沉积区23前移进入隔离腔室35的第一腔室39。可能有来自半导体沉积区的未反应的挥发物，其与薄片一起进入第一腔室35。因为第一腔室35通过开孔51连接至一真空源55，大部分任何此类挥发物将经由开孔51被从第一腔室39的内部47抽取。另外，连接至开孔51的真空源将导致供应给第二腔室59中的第一嵌件腔室73的一些惰性气体被经由第一嵌件，经由入口槽67抽取，并进入第一腔室39的内部47。然后，进入第一腔室39的惰性气体通过连接至开孔的真空源经由开孔51排出。惰性气体的这种流动进一步充当任何挥发物从半导体沉积区23移入第一腔室39的障碍。进入第一腔室39的基板和半导体材料的薄片处于高于第一腔室39的内部47的压力的一压力下。因此，随着薄片穿过第一腔室39，基板和半导体材料的薄片经受的压力显著地降低。重要的是，第一腔室39中达成的压力降低不是太大，因为大的气压差可能会促使未反应挥发物从半导体沉积区23转移至第一腔室39。因为除去沿工艺路线前移的任何此类的未反应挥发物是隔离设备的目标，不增加来自半导体沉积区的此类未反应的挥发物的转移是重要的。已发现，从半导体沉积区23转移的大部分未反应挥发物在第一腔室39中被移除。通常地，从半导体沉积区前移的未反应挥发物的约50%至约90%在第一腔室39中被除去。随着基板和半导体材料的薄片离开第一腔室39，其进入入口槽67，其中来自第一嵌件腔室73的惰性气体逆着薄片的前移方向进入第一腔室39，并进一步限制任何挥发物沿着薄片的前进路径转移。在第一嵌件腔室73中，第一差分嵌件65的至少一个侧面71经安置配合基板的与半导体材料间隔开的表面。因为至少一个侧面是由诸如聚四氟乙烯的低摩擦材料形成的，因此基板将沿第一差分嵌件的这个侧面滑动。第一嵌件的低摩擦侧面以将薄片保持在非常直且平坦的方向的方式配合薄片。第一差分嵌件的可调节阻挡块109由调节设备113引起向薄片上的半导体材料前移。可调节阻挡块109前移，直到其非常接近半导体材料。低摩擦侧面71与可调节阻挡块109之间的接近形成一非常限制性的通道，其阻碍任何未反应挥发物经过第一差分嵌件65的转移。另外，随着由真空源55抽入第一腔室39，引入第一嵌件腔室73的惰性气体流经形成于低摩擦侧面71与可调节阻挡块109之间的开孔。基板和半导体材料的薄片向第一腔室73中的第二差分嵌件65前移，并在低摩擦侧面71与可调节阻挡块109之间通过。低摩擦侧面71与可调节阻挡块109之间的间隔通常相同于或大于第一差分嵌件65上低摩擦侧面与可调节阻挡块之间的间隔。引入第一腔室73的惰性气体前移通过低摩擦侧面71与第一嵌件腔室73中的第二差分嵌件上的可调节阻挡块109之间的开孔前进。惰性气体经由开孔91被抽入连接至真空源93的泵端口 80。真空源将来自半导体沉积区的惰性气体和任何未反应挥发物抽入泵端口，并远离薄片的其他工序。在实践中，已发现，在薄片进入泵端口 79时，大体上所有来自半导体沉积区23的未反应挥发物被除去。薄片从泵端口 79进入第二嵌件腔室75，并穿过第二嵌件腔室中的第二差分嵌件。低摩擦侧面71和可调节阻挡块109以先前描述的相对第一嵌件腔室的方式形成用于薄片的一通道。随着薄片移动穿过这个通道，引入第二嵌件腔室75的惰性气体被横跨薄片以与薄片前移方向相反的方向抽入，并进入泵端口 79。惰性气体的这种移动进一步降低了来自半导体沉积区23的任何未反应的挥发物将前移越过第二嵌件腔室75中的第一差分嵌件的可能性。随着薄片前移穿过第二嵌件腔室75，第二嵌件腔室中的第一差分嵌件65以先前描述的方式限定了低摩擦侧面与可调节阻挡块109之间的一通道。通道经设计接近前移中的薄片。基本上，第二嵌件腔室75中的第一差分嵌件限定的通道将具有与第一嵌件腔室73中的第一差分嵌件65限定的相同的间隔。随着基板和半导体材料的 薄片前移通过第二嵌件腔室75中的第一差分嵌件，其进入其中导电材料沉积在半导体材料上的导电材料沉积区31。第二嵌件腔室75中的第一差分嵌件的接近限制半导体沉积区23的任何未反应挥发物经过第二嵌件腔室75中的第一差分嵌件65的移动。同时，用于由第二嵌件腔室中的第一差分嵌件形成的通道的紧凑间隔形成来自导电材料沉积区31的任何未反应挥发物在朝向第二嵌件腔室75的方向移动的障碍。另外，当导电材料沉积区处于比第二嵌件腔室更低的压力下时，引入第二嵌件腔室75的惰性气体通过由第二腔室75中的第一差分嵌件65形成的通道被抽取。惰性气体的这种流动进一步阻碍了来自导电材料沉积区的任何未反应挥发物的转移。在来自导电材料沉积区31的任何未反应的挥发物转移通过第二嵌件腔室75中的第一差分嵌件65的不太可能的情况下，此类的挥发物将被抽取通过第二嵌件腔室75中的第二差分嵌件65并进入泵端口 79，并在形成太阳电池材料的工艺中被除去。退出第二嵌件腔室75的薄片将基本上不含有来自半导体沉积区23的未反应挥发物。可能前移越过第二嵌件腔室75的来自半导体沉积区的任何此类未反应挥发物是如此少，以至于它们对导电材料沉积区中导电材料的沉积具有非常小的影响。因为大部分未反应挥发物从高气压区流入低气压区，通常，此处不多的来自导电材料沉积区的未反应挥发物在朝向半导体沉积区23的方向上流动。然而，如果此种转移发生了，则第二嵌件腔室75和泵端口 79将基本上除去来自导电材料沉积区31的任何此类的未反应挥发物。本发明的隔离腔室可利用在制备太阳电池材料中存在的沉积区之间。隔离腔室35可适应各个沉积区的较大的气压差，并提供较大的灵活性以适应此类沉积区的不同特性。可调节低摩擦侧面71和可调节阻挡块109在差分嵌件65上的位置，以控制压降和惰性气体的流动来适应各个沉积工艺。另外，可以改变供应给第一腔室39和第二腔室59的泵端口 79的真空源，以控制惰性气体的流动和由第一腔室39和第二腔室59产生的压降。这种灵活性使得隔离腔室特别适合于生产太阳电池材料，其中沉积区中的参数改变且需要调节处理参数来生产最好质量的太阳材料。也应了解，隔离腔室可被相邻地定位，并适应用以形成太阳电池材料的各个区域中的较大压降。正如本领域的技术人员所已知的，太阳电池材料对环境条件是尤其敏感的，诸如湿度。此外，如上所述，太阳电池材料的额外处理可能会导致在太阳电池材料中产生缺陷。例如，当转移不具有沉积在其上的导电材料层的太阳电池材料时，太阳电池材料可能会被划痕。这在卷对卷工艺中尤其是有问题的，其中，当在复卷腔室中卷绕薄片时，薄片的未涂敷的表面可能会接触沉积在已涂敷表面上的太阳电池材料。因此，本发明还提供了一种用于生产高产率太阳电池材料的方法。方法包括提供单个机器的步骤，单个机器允许在一基板之上沉积一半导体材料，优选一移动中的金属基板，且允许在基板上沉积一导电材料，优选一移动中的金属基板。在一实施例中，在本发明的单个机器内，一层导电材料沉积在太阳电池材料之上。因此，单个机器包括至少一个太阳电池沉积腔室、隔离腔室及至少一个导电层材料沉积腔室。 在一实施例中，单个机器也允许沉积太阳电池材料和导电材料的额外层。例如，使用本发明的单个机器可以沉积一非晶硅三结太阳电池。另外，在另一个实施例中，本发明的单个机器允许在沉积太阳电池材料之前沉积导电层。例如，在一实施例中，一背反射层可由金属或金属合金形成，诸如铝或铝合金。在这个实施例中，可在沉积太阳电池材料之前沉积背反射体层。在另一实施例中，可在沉积太阳电池材料之前沉积一导电阻挡层材料。在这个实施例中，导电阻挡层材料可以为ZnO Al。方法进一步包括从单个机器中移除基板的步骤，其中基板具有沉积在基板之上的至少一个太阳电池材料层和至少一个导电层。在一实施例中，基板为一金属薄片。在另一实施例中，基板已被卷绕成太阳电池制造的卷对卷工艺中已知的卷。方法进一步包括防止碎片、湿气或大气气体接触太阳电池材料的步骤。本发明的上述实施方式是以说明性的目的给出的。对本领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行许多改变和修改。因此，全部前述内容是以说明性而非限制性的方式解释的，本发明的范围仅有附加权利要求来限定。
权利要求
1.一种隔离腔室，用于分隔太阳电池材料生产中使用的相邻的沉积区，沉积区处于不同的压カ下，隔离腔室大体上消除了来自相邻沉积区的挥发物的交叉污染，一基板前移穿过沉积区用于接收太阳电池材料，所述隔离腔室包括 一第一腔室，用于接收基板，该基板在第一腔室中的处于ー第一压カ下； 一真空源，其连接至第一腔室，该真空源从第一腔室中抽取挥发物； 一第二腔室，其邻近于用于接收基板的第一腔室定位，基板大体上以薄片离开第一腔室的压カ进入第二腔室； 至少ー个差分嵌件，其定位在第二腔室中，该至少ー个差分嵌件具有一由ー种低摩擦材料制成的第一側面，该低摩擦材料第一侧面用干与基板相配合；至少ー个差分嵌件的第ニ侧面为一可调节阻挡块，该可调节阻挡块邻近薄片设置，至少ー个差分嵌件形成ー槽，该槽限制来自第一腔室的未反应挥发物进入该第二腔室； 一真空源，其连接至该第二腔室，该真空源从第二腔室中抽取未反应挥发物，该真空源降低第二腔室中的压力。
2.根据权利要求I所述的隔离腔室，其中，一惰性气体供应给第二腔室，该惰性气体被连接至第一腔室的真空源抽取，并经由至少ー个差分嵌件形成的槽进入第一腔室，且被连接至第二腔室的真空源从第二腔室抽取，惰性气体从第二腔室中除去了未反应挥发物。
3.根据权利要求I所述的隔离腔室，其中，太阳电池材料的生产在一封闭腔室中进行。
4.根据权利要求3所述的隔离腔室，其中，用于向移动中的基板涂敷半导体材料的一半导体沉积区相邻第一腔室位于封闭腔室中，半导体材料经由一等离子体增强化学气相沉积来涂敷；半导体沉积区中的半导体材料处于约O. I托至约20托的ー压カ下。
5.根据权利要求4所述的隔离腔室，其中，ー导电材料沉积区相邻第二腔室位于封闭腔室中，导电材料沉积区用于在半导体材料的与基板间隔开的表面上涂敷一透明导电氧化物层，该透明导电氧化物经由溅射来涂敷；透明导电氧化物在约O. 001托至约O. 02托的压力下在导电材料沉积区中被涂敷。
6.根据权利要求5所述的隔离腔室，其中，第二腔室具有用于接收来自半导体沉积区的基板和半导体材料的一第一嵌件腔室，该第一嵌件腔室具有用于接收基板和半导体材料的一孔，该孔限制挥发性材料从半导体沉积区流入第一腔室，第二腔室具有用于接收基板和半导体材料的一第二嵌件腔室，第二嵌件腔室相邻第一嵌件腔室定位。
7.根据权利要求6所述的隔离腔室,其中，一第一对差分嵌件定位在第一嵌件腔室中，该第一对差分嵌件形成用于接收基板和半导体材料的一入ロ槽，该入口槽具有与半导体材料间隔约O. Imm至约5mm的ー侧面，入口槽限制挥发性材料从半导体沉积区的流入第二腔室，第一对差分嵌件具有由低摩擦材料制成的至少ー个侧面，至少ー个侧面配合基板以在基板通过第二腔室时将其弄直。
8.根据权利要求7所述的隔离腔室，其中，一第二对差分嵌件定位在第二嵌件腔室中，并限定了用于基板和半导体材料的一出口槽，该出口槽限制挥发性材料从导电材料沉积区流入第二腔室，及从第二腔室流入导电材料沉积区。
9.根据权利要求8所述的隔离腔室，其中至少ー个供应端ロ位于第二腔室上且与第一对差分嵌件位于其中的第二腔室的内部相连通。
10.根据权利要求9所述的隔离腔室，其中至少ー个供应端ロ位于第二腔室上且与第ニ对差分嵌件位于其中的第二腔室的内部相连通。
11.根据权利要求10所述的隔离腔室，其中，一惰性气体源连接至第二腔室上的至少一个供应端ロ。
12.根据权利要求11所述的隔离腔室，其中，真空源从半导体材料沉积区、导电材料沉积区抽取挥发物，并从第二腔室的内部抽取惰性气体，隔离腔室的第一嵌件腔室和第二嵌件腔室限制来自半导体沉积区和导电材料沉积区的挥发性材料的转移，以有效地消除在太阳电池材料的线内形成过程中的太阳电池材料的污染。
13.根据权利要求6所述的隔离腔室，其中，第二腔室的内部形成围绕第一和第二嵌件腔室的一空间，该空间处于小于第二腔室外部的大气压力的ー压カ下。
14.根据权利要求13所述的隔离腔室，其中第一和第二嵌件腔室处于大于或等于空间中的压カ的ー压カ下。
15.根据权利要求14所述的隔离腔室，其中第一和第二隔离腔室处于小于100托的ー压カ下，而空间处于约I毫托至约20托的压力下。
16.一种用于降低太阳电池材料的线内生产中的交叉污染的方法，其包括以下步骤 沿一线内太阳电池生产作业前移一基板； 在一第一沉积区中在基板上沉积一太阳电池材料，以形成基板和所沉积太阳电池材料的一薄片，第一沉积区处于ー第一压カ下； 前移薄片进入ー隔离腔室，该隔离腔室具有一第一腔室和一第二腔室； 将第一腔室连接至一真空源，以从第一腔室抽取未反应的挥发物，并降低第一腔室中的压カ； 前移薄片使其进入该隔离腔室的该第二腔室； 使薄片穿过至少ー个差分嵌件，差分嵌件限定了ー槽，该槽具有与该半导体材料间隔约O. Imm至约5_的ー侧面，该槽限制来自第一腔室的未反应挥发物进入第二腔室； 将第二腔室连接至一真空源，以从第二腔室抽取未反应挥发物，并降低第二腔室中的压カ； 前移薄片，使其从第二腔室进入ー第二太阳电池材料沉积区，第二太阳电池材料沉积区处于ー压カ下，该压カ小于隔离腔室的第二腔室中的压力。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，一惰性气体源连接至第二腔室，第一腔室中的真空源通过由至少ー个差分嵌件形成的槽将惰性气体抽入第一腔室，连接至第二腔室的真空源从第二腔室抽取惰性气体，惰性气体流从第一和第二腔室中抽取未反应挥发物。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，至少ー个差分嵌件具有由一低摩擦材料制成的ー侧面，该低摩擦材料侧面设置为以可滑动的方式配合基板，并当基板穿过槽时将其保持在直的方向。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，至少ー个差分嵌件具有一可调节阻挡块，其相对低摩擦侧面可移动地安装，可调节阻挡块经移动以控制槽的大小。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，第一真空源、第二真空源、惰性气体源及可调节阻挡块的位置是可调节的，以有效地消除相邻太阳材料沉积区之间的未反应挥发物的任何交叉污染，其中相邻的沉积区处于不同的压カ下。
全文摘要
本发明提供了用于连续形成太阳电池材料的装置和方法，其包括降低处于不同压力下的相邻形成区之间的交叉污染的一隔离腔室。
文档编号C23C16/54GK102869810SQ201180008781
公开日2013年1月9日 申请日期2011年2月1日 优先权日2010年2月3日
发明者曹新民, 布莱德利·S·牟林 申请人:美国迅力光能公司