用于异质结太阳能电池形成的更换和翻转腔室设计的制作方法

本公开内容的实施方式大体涉及一种用于将衬底载体与一个或多个其它衬底载体进行更换以便于在多个衬底上进行正面沉积和背面沉积的腔室。更特定地，本文的实施方式大体涉及一种用于旋转衬底载体以使所述衬底载体的一个主面面向上取向而所述衬底载体的另一个主面面向下取向的腔室。

背景技术：

太阳能电池是将太阳光直接转换成电力的光伏(pv)装置。最常用的太阳能电池材料是单晶或多晶衬底形式的硅。由于形成硅基太阳能电池以产生电力的摊销成本目前高于使用传统方法产生电力的成本，因此期望降低形成太阳能电池的成本。

太阳能电池典型地具有一个或多个p-n结。每个p-n结包括半导体材料内的两个不同区域，其中衬底的一侧表示为p型区域，而另一侧表示为n型区域。当太阳能电池的p-n结暴露在太阳光下(由来自光子的能量组成)时，太阳光通过pv效应直接转换为电力。

形成p-n结需要在衬底的不同(例如，相对)侧上进行沉积。典型地，形成工艺需要改变衬底的取向(例如，“翻转”衬底)以使得能够在每一侧上进行沉积。翻转工艺需要对衬底进行物理处理，以便适当地定位衬底。另外，当在沉积期间使用衬底载体支撑多个衬底时，用于p或n沉积的载体应当与另一个载体更换以避免交叉污染。目前，在载体上的多个衬底在半自动工艺和/或大气条件下被翻转并传送到另一个载体。例如，可以使用真空夹具或其它取放装置翻转和传送衬底。该传送工艺是耗时的，并且可能使衬底暴露在大气气体和/或湿气下，这样可能降低所得的太阳能电池的质量。

因此，需要一种用于更换衬底和使衬底重新取向的改进的方法和设备。

技术实现要素：

在一个实施方式中，提供了一种腔室，所述腔室包括：腔室主体和盖，所述腔室主体和所述盖限定内部容积；框架，所述框架在所述内部容积内，所述框架被设定尺寸以接收在第一取向上的多个衬底；以及旋转驱动组件，所述旋转驱动组件耦接到所述框架以用于旋转所述框架并将所述多个衬底中的每个衬底翻转到与所述第一取向不同的第二取向。

在另一个实施方式中，提供了一种腔室，所述腔室包括：腔室主体和盖，所述腔室主体和所述盖限定内部容积；框架，所述框架在所述内部容积内，所述框架被设定尺寸以接收第一载体，所述第一载体具有以面向上取向设置在所述第一载体中的多个衬底；第二载体，所述第二载体能设置在所述第一载体上方；以及旋转驱动组件，所述旋转驱动组件耦接到所述框架以用于旋转所述第一载体和所述第二载体。

在另一个实施方式中，提供了一种用于传送多个衬底的方法，所述方法包括：将第一载体传送到在腔室内的框架结构，其中所述第一载体包括以面向上取向设置的多个衬底；将第二载体传送到所述框架结构而使所述第二载体位于与所述第一载体相邻的位置；以及旋转所述框架结构以将所述多个衬底移动到所述第二载体。

附图说明

为了能够详细地理解本公开内容的上述特征的方式，可以通过参考实施方式得到上面简要地概述的本公开内容的更特定的描述，其中一些实施方式在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出了本公开内容的典型实施方式，因此不应认为是对其范围的限制，因为本公开内容可以允许其它同等有效的实施方式。

图1是根据一个实施方式的腔室的等距视图。

图2是沿着图1中的线2-2的载体的部分截面图。

图3a是图1的腔室的一部分的等距俯视图。

图3b示出了第一载体被传送到腔室的内部容积中。

图3c示出了第一载体被支撑在框架上方。

图3d示出了第一升降板，其中第一升降板上支撑有第一载体，第一升降板由线性驱动组件降低。

图3e示出了第一升降板与第二升降板相邻，其中第二升降杆延伸穿过第一升降板的开口。

图3f示出了定位在第二升降板的第二升降杆上方的第二载体。

图3g是由第一升降板的第一升降杆支撑的第一载体的一部分和由第二升降板的第二升降杆支撑的第二载体的一部分的侧视截面图。

图3h示出了由夹具夹持到框架中的第一载体和第二载体。

图3i和3j示出了根据本文描述的实施方式的翻转和衬底传送工艺。

图4示出了在夹具已经被向外驱动并远离第一载体和第二载体之后升高到框架的平面上方的第一载体。

图5示出了在框架的平面上方间隔开的第二载体，在第二载体上具有衬底。

图6示出了将第一载体和第二载体传送出腔室。

图7是耦接到第一升降板和第二升降板的线性驱动组件的示意性侧视图。

为了便于理解，在可能情况下，使用相同的标记数字表示各图共有的相同元件。可以预期，一个实施方式的元件和特征可以有利地并入其它实施方式，而无需进一步叙述。

具体实施方式

本公开内容的实施方式涉及执行载体更换工艺和衬底重新取向(翻转)工艺的腔室。载体可以支撑和传送多个衬底。在更换和翻转工艺期间，腔室中的压力可以保持在次大气压力下。腔室可以耦接到传送腔室，传送腔室是群集工具或线性处理系统的一部分。或者，腔室可以定位在至少两个群集工具或线性处理系统的传送腔室之间。

图1是根据一个实施方式的腔室100的等距视图。腔室100包括腔室主体105和盖110。腔室主体105包括载体传送口115，载体传送口115被设定尺寸以允许载体120a和120b从中通过。第一载体120a容纳多个衬底125。载体120a和120b中的每个载体包括第一主面130和相对的第二主面135。第一主面130可包括凹陷区域或凹坑140，每个凹陷区域或凹坑140容纳或适于容纳一个衬底125。第二主面135可以是平坦的或平面的。

第一载体120a上的多个衬底125中的每个衬底可包括具有暴露的n掺杂层(在与面向第一载体120a的表面相对的上表面处)的硅晶片。第一载体120a可由传送机器人(未示出)支撑并传送到腔室主体105中。同样地，第二载体120b可由另一个传送机器人(未示出)支撑并传送到腔室主体105中。一旦进入腔室100，衬底125就可通过使第一载体120a和第二载体120b翻转180度而从第一载体120a的凹坑140传送出并传送到形成在第二载体120b的第一主面130中或上的凹坑(未示出)中。如下面更详细地描述的，第一载体120a可然后从腔室主体105传送出。第二载体120b也可从腔室主体105传送出，其中第一主面130面向上(类似于图1中描绘的第一载体120a)。衬底125将定位在第二载体120b的凹坑140中，其中n掺杂层向下或面向第二载体120b的第一主面130，以便为后续沉积工艺准备好衬底125的暴露表面。例如，在衬底上形成异质结太阳能电池的工艺中，衬底125可在第二载体120b上传送到用于p掺杂的沉积腔室。

如上所述，腔室100可以定位在两个传送腔室(未示出)之间，作为一对群集工具或线性沉积系统(都未示出)的一部分。载体传送口115可耦接到传送腔室中的每个传送腔室的端口。与之耦接的传送腔室可保持在次大气压力下。腔室100可通过将腔室100的内部容积与真空泵145耦接而也保持在次大气压力下。在一个实施方式中，腔室100内保持的压力可与传送腔室内的压力基本上相同。在一个实施方式中，腔室100内的压力可保持小于1托。真空泵145可耦接到一个或多个阀150。当腔室100的容积是约8,000升时，多个阀150用于节省抽空时间。尽管腔室100可在真空压力下操作，但是腔室100也可在环境压力下操作。

腔室100还包括线性驱动组件155，线性驱动组件155耦接到腔室100内的升降板156、158。腔室100还包括在腔室100的侧壁上的一个或多个旋转驱动组件160(仅示出了一个)。每个旋转驱动组件160可包括环形驱动构件165，诸如带。环形驱动构件165耦接在滚筒170与腔室100内的框架(未示出)之间。框架用于保持第一载体120a和第二载体120b并利用旋转驱动组件160使载体120a和120b在腔室100内旋转180度。线性驱动组件155可包括耦接到两个升降板156、158的轴组件175。升降板156、158用于传送第一载体120a和第二载体120b进出框架，并向和从传送机器人(未示出)传送第一载体120a和第二载体120b。腔室100还包括致动器180，致动器180可选择性地与腔室100内的夹具(未示出)耦接。夹具可用于将载体120a和120b固定到框架(未示出)。下面将更详细地论述载体120a和120b的传送和翻转的细节。腔室100还可包括一个或多个观察口185。

图2是沿着图1的线2-2的第一载体120a的部分截面图。第二载体120b可在具有下面所述的除外的情况下与第一载体120a类似地构造。第一载体120a包括可由石墨制成的主体200。如上所述，第一载体120a包括形成在主体200中的凹坑140，其中衬底(未示出)可定位在凹坑140中。主体200包括约5毫米(mm)的深度尺寸205。每个凹坑140也可包括约0.5mm的深度尺寸210。在一个实施方式中，每个衬底125可包括约0.2mm的厚度，并且装配在每个凹坑内，使得每个衬底的表面在第一主面130下方约0.3mm。在一个实施方式中，第一载体120a的长度和宽度是约1.5米×1.85米。

图3a是图1的腔室100的一部分的等距俯视图。盖110(图1中所示)以及腔室100的其它外部部分被移除，以便显示腔室100的内部容积300。示出了支撑构件或框架302的一部分以及上部或第一升降板156。尽管图3a中没有完整地示出，但是框架302可以是矩形的(具有四个侧边)。多个夹具组件304被示出为耦接到框架302。夹具组件304中的每个夹具组件包括耦接到夹具轴308的至少一个夹具306。每个夹具组件304通过夹具轴308中的一个或多个夹具轴耦接到致动器180(仅示出了一个)。夹具306定位在框架302的内周边310内。夹具306可被设定尺寸以在载体120a和120b定位在框架302内时接收载体120a和120b两者的厚度。

轴308中的每个轴可包括偏置构件(未示出)，诸如弹簧，所述偏置构件将夹具306朝向框架302的中心偏置。在该位置，夹具306将两个载体120a和120b(未示出)保持在框架内。然而，当致动器180启动时，致动器轴312向外和/或远离框架302的中心拉动夹具轴308。该向外力拉动夹具306，使其不与载体120a和120b接触，使得载体120a和120b脱离框架302。当未被夹持时，载体120a和120b可由第一升降板156支撑。

第一升降板156包括多个第一升降杆314，多个第一升降杆314安装到第一升降板156的面向框架302的表面315。下部或第二升降板158(图3a中未示出但图1中示出)定位得更远离框架302。第一升降板156和第二升降板158耦接到线性驱动组件155(图1中示出)。线性驱动组件155适于在z方向上单独地或一起地提升或降低第一升降板156和第二升降板158。第二升降板158包括多个第二升降杆316，多个第二升降杆316以与第一升降杆314的图案不同的图案定位。第二升降杆316与第一升降杆314横向地间隔开。第一升降杆314以可用于接触载体120a和120b的第二主面135(图1中示出)的图案布置，以便相对于框架302支撑载体120a和120b中的一者或两者。第二升降杆316可用于相对于载体120a和120b中的一个支撑载体120a和120b中的另一个。第一升降板156包括从中穿过而形成的多个开口318，多个开口318被设定尺寸以使第二升降杆316从中通过。因此，第二升降板158可独立于第一升降板156使用，如下面将更详细地解释的。

在一些实施方式中，第二升降板158包括对准杆317(图3a中示出了两个)。对准杆317可从第二升降板158的第二升降杆316向外定位。对准杆317的长度可比第二升降杆316短。对准杆317可用于最小化第一载体120a的移动。例如，第一载体120a可设置在安装在第一升降板156上的第二升降杆316上。对准杆317可用于保持和/或对准第一载体120a以防止其横向移动。

图3b示出了第一载体120a被传送到腔室100的内部容积300中。第一载体120a可由传送机器人(未示出)支撑。第一载体120a可在框架302的平面上方的平面处进入腔室100。

图3c和3d描绘了没有腔室主体105和盖110的腔室100，以示出第一载体120a向框架302的传送。在图3c中，第一载体120a由传送机器人(未示出)支撑在框架302上方。第一载体120a靠近框架302并定位成与框架302同心。第一升降板156通过线性驱动组件155在z方向上朝向第一载体120a的第二主面135移动。第一升降杆314延伸穿过在第一载体120a下方的框架302的内周边310。可通过向下(在z方向上)移动传送机器人(未示出)来实现第一载体120a向第一升降板156的第一升降杆314的传送，以便将第一载体120a放置到第一升降杆314上。或者，第一升降板156可升高，使得第一升降杆314接触第一载体120a的第二主面135并将第一载体120a从传送机器人提升。一旦第一载体120a由第一升降杆314支撑，传送机器人就可移动远离第一载体120a并缩回到腔室100外。夹具306可通过致动器180缩回，使得第一载体120a的周边320可以由此转到图3d中所示的位置。

在图3d中，第一升降板156(第一升降板156上支撑有第一载体120a)由线性驱动组件155降低(在z方向上)。第一升降板156使第一载体120a降低为与框架302在同一平面内。第二升降板158也可朝向第一载体120a升高(在z方向上)。第二升降板158升高，使得第二升降杆316延伸穿过第一升降板156中的开口318，如图3e所示。

图3e示出了第一升降板156与第二升降板158相邻，其中第二升降杆316延伸穿过第一升降板156的开口318。示出了第一载体120a的一部分。第一载体120a具有多个穿孔322(仅示出了一个)，其中第二升降板158的一部分可以从中延伸穿过。当第二升降板158放置在第一升降板156(第一升降板156支撑第一载体120a)附近时，第二升降杆316的一部分穿过穿孔322延伸到在第一载体120a的平面上方的位置。第二升降杆316的另一部分围绕第一载体120a的周边320延伸经过第一载体120a的平面。当穿过穿孔322和/或围绕第一载体120a的周边320延伸时，第二升降杆316就位以接收第二载体120b，如图3f所示。

图3f示出了定位在第二升降板158的第二升降杆316上方的第二载体120b。第二载体120b可由传送机器人(未示出)支撑在图3f中所示的位置。可通过向下(在z方向上)移动传送机器人来实现第二载体120b向第二升降板158的第二升降杆316的传送，以便将第二载体120b放置到第二升降杆316上。或者，第二升降板158可升高，使得第二升降杆316接触第二载体120b的第二主面135并将第二载体120b从传送机器人升高。一旦第二载体120b由第二升降杆316支撑，如图3g所示，传送机器人就可移动远离第二载体120b并缩回到腔室100外。夹具306可由致动器180保持缩回，使得第二载体120b的周边324可以由此转到图3h中所示的位置。

图3g是由第一升降板156的第一升降杆314支撑的第一载体120a的一部分和由第二升降板158的第二升降杆316支撑的第二载体120b的一部分的侧视截面图。第一载体120a和第二载体120b均具有穿孔322。第一载体120a和第二载体120b中的穿孔322形成在凹坑140的侧壁326中。然而，穿孔322在不同的位置，这取决于相应载体的取向。例如，当第一载体120a具有面向第一升降板156的第二主面135时，第二升降杆316适于穿过第一载体120a中的穿孔322。当第二载体120b的第二主面135面向第一升降板156时，第二升降杆316适于穿过第二载体120b中的穿孔322。如本文所述，由第一载体120a支撑的衬底125将通过下面描述的翻转工艺传送到第二载体120b的凹坑140。为了完成传送，第二载体120b应当在第一载体120a上方，如图所示。然而，衬底125可由第二载体120b的凹坑140支撑，并且然后传送到第一载体120a。在该配置中，可交换第一载体120a和第二载体120b的位置和取向，如图3g所示。因此，当第二载体120b支撑衬底125时，第一载体120a将会位于第二载体120b上方，并且第二载体120b中的穿孔322将与第二升降杆316对准，以便支撑第一载体120a。

返回图3g，第一载体120a和第二载体120b应当彼此靠近，以便便于衬底传送工艺。特别地，第一载体120a和第二载体120b的第一主面130应当彼此靠近。另外，第一载体120a和第二载体120b中的每个载体的凹坑140应当对准。

当如图3f所示第一载体120a在框架302的平面内时，第二载体120b可通过第二升降板158而降低(在z方向上)。当第二载体120b靠近第一载体120a时，夹具306可耦接到第一载体120a和第二载体120b中的每个，如图3h所示。夹具306的夹持可通过停用致动器180实现。

图3h示出了由夹具306夹持到框架中的第一载体120a和第二载体120b(第一载体120a在第二载体120b下方)。另外，在一些实施方式中，可致动稳定器组件328以固定第一载体120a和第二载体120b的中心区域。每个稳定器组件328可包括叶片330，叶片330从框架302朝向载体的中心区域延伸。叶片330可沿着由箭头332指示的弧形从框架302移动到图3h中所示的位置。叶片330可由耦接在框架302与叶片330之间的马达334致动。马达334可耦接到齿轮装置336，齿轮装置336可以是齿条和小齿轮。

使用夹具306夹持第一载体120a和第二载体120b、以及致动叶片330使第一载体120a和第二载体120b为如图3i和3j所描绘的载体翻转和衬底传送工艺做好准备。如图3h所示，第一升降板156和第二升降板158被致动到远离框架302的位置，使得框架302可如图3i和3j所描绘的那样旋转。

图3i和3j示出了没有腔室主体105和盖110(都在图1中示出)的腔室100，以示出翻转和衬底传送工艺。尽管致动器180和马达334在图3i中所示的视图中可能看起来是浮置的，但是应当注意，致动器180和马达334可由腔室主体105(未示出)支撑。

如上所述夹持第一载体120a和第二载体120b，并且致动一个或多个旋转驱动组件160，以使框架302(框架302上设置有第一载体120a和第二载体120b)旋转。框架302旋转180度，使得先前在框架302的上侧的第二载体120b现在位于框架302的下侧(在第一载体120a下方)，如图3j所示。在该翻转工艺期间，载体120a和120b改变取向(从面向上到面向下)，并且衬底125(未示出)从第一载体120a的凹坑140(未示出)传送到第二载体120b的凹坑140(未示出)。

图4、5和6是示出传送出腔室100的第一载体120a和第二载体120b的传送的各种视图。

图4示出了在夹具306已经被向外致动并远离第一载体120a和第二载体120b之后第一载体120a升高到框架302的平面上方。第二载体120b被示出为在第一载体120a下方，并且第二载体120b包括来自第一载体120a的多个衬底125。第一载体120a现在没有衬底，并且可由第一升降板156升高到在框架302和第二载体120b上方。第一载体120a可由第一升降板156支撑。在该位置，第一载体120a可由传送机器人(未示出)从腔室100移除，在框架302中留下在其上有衬底125的第二载体120b，如图6所示。第二载体120b可由第二升降板158支撑。

图5示出了在其上有衬底125的第二载体120b，第二载体120b在框架302的平面上方间隔开。第二载体120b可由第二升降板158支撑在框架302上方。在该位置，第二载体120b可由传送机器人(未示出)从腔室100移除，如图6所示。

图7是耦接到第一升降板156和第二升降板158的线性驱动组件155的示意性侧视图。第二升降杆316被示出为支撑载体700a，而第一升降杆314被示出为支撑载体700b。载体700a在该图中与载体700b间隔开，这可表示载体700a的载体传送位置。例如，在载体700b和载体700a之间提供间隙，间隙为机器人叶片或终端受动器(未示出)提供了足够空间。在一些实施方式中，对准杆317比第二升降板158的第二升降杆316短，使得当第二升降杆316接触载体700a时，对准杆317不接触载体700a。

线性驱动组件155可包括第一致动器705和第二致动器710，第一致动器705和第二致动器710移动第一升降板156和第二升降板158。第一致动器705可耦接到一个或多个升降轴715。同样地，第二致动器710可耦接到一个或多个升降轴720。在一些实施方式中，第一升降板156耦接到两个升降轴715(该视图中仅示出了一个)，并且第二升降板158耦接到中心升降轴720。

尽管前述内容针对的是本公开内容的实施方式，但是可在不脱离本公开内容的基本范围的情况下设计本公开内容的其它和进一步实施方式，并且本公开内容的范围由随附权利要求书确定。