DE102009026300A1 - Manufacturing method and apparatus for producing thin-film solar cells - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren und eine Herstellungsvorrichtung zur Herstellung von Dünnfilmsolarzellen, wobei das Verfahren einen Schritt des Anbringens eines Substrats (1) auf einer Heizplatte (5) und einen Schritt des Abscheidens eines Films (2) auf dem Substrat (1) umfasst, wobei während des Anbringungsschritts eine Pufferschicht (3) zwischen der Heizplatte (5) und einer Anbringungsfläche (12) des Substrats (1) angeordnet wird, die zumindest einen Mittelbereich (121) der Substratanbringungsfläche (12) bedeckt.The invention relates to a production method and a production device for producing thin film solar cells, the method comprising a step of attaching a substrate (1) to a heating plate (5) and a step of depositing a film (2) on the substrate (1), wherein during the application step, a buffer layer (3) is arranged between the heating plate (5) and an application surface (12) of the substrate (1), which covers at least a central region (121) of the substrate application surface (12).
Description
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren und eine Herstellungsvorrichtung zur Herstellung von Dünnfilmsolarzellen, insbesondere Kupfer-Indium-Gallium-Selenid-Dünnfilmsolarzellen (CIGS-Dünnfilmsolarzellen) und monolithischen Solarzellenmodulen.The The invention relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus for the production of thin-film solar cells, in particular copper indium gallium selenide thin film solar cells (CIGS thin film solar cells) and monolithic solar cell modules.
Handelsübliche Herstellungseinrichtungen zur Produktion von Dünnfilmen für Solarzellen umfassen eine Heizplatte, auf der ein Substrat angeordnet wird. Das Substrat wird mit Hilfe eines Vakuums durch Sauglöcher in der Heizplatte auf der Heizplatte gehalten. Danach werden auf dem Substrat Dünnfilmschichten abgelagert, um die Dünnfilmsolarzellen oder die monolithischen Module zu bilden. Ein Teil der CIGS-Dünnfilmsolarzellen kann durch eine chemische Badabscheidung (chemical bath deposition, CBD) abgelagert werden, beispielsweise eine Cadmiumsulfid-Pufferschicht auf einer CIGS-Schicht.Commercially available manufacturing facilities for Production of thin films for solar cells comprise a heating plate on which a substrate is placed. The substrate is vacuumed through suction holes in the heating plate held on the heating plate. After that, on the Substrate thin film layers deposited to the thin-film solar cells or to form the monolithic modules. Part of the CIGS thin film solar cells can be obtained by a chemical bath deposition (CBD) be deposited, for example, a cadmium sulfide buffer layer on a CIGS layer.
Ein wesentliches Problem nach der Herstellung der Dünnfilmsolarzellen ist die mechanische Stabilität des Substrats. Das Substrat, das gewöhnlich aus Glas besteht, ist nach dem CBD-Vorgang für Beschädigungen anfällig und hält im Besonderen häufig standardisierten Belastungsversuchen, wie sie durch den Technischen Überwachungsverein (TÜV) vorgesehen sind, nicht stand.One A major problem after the production of thin-film solar cells is the mechanical stability of the substrate. The substrate, usually is made of glass, is susceptible to damage after the CBD process and stops in Particular often standardized load tests, as provided by the Technical Inspection Association (TÜV) are not standing.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren und eine Herstellungsvorrichtung zur Herstellung von Dünnfilmsolarzellen oder Modulen mit verbesserter mechanischer Stabilität bereitzustellen.It is therefore an object of the present invention, a manufacturing method and a manufacturing apparatus for producing thin-film solar cells or provide modules with improved mechanical stability.
Die
Aufgabe wird bei dieser Erfindung durch das Bereitstellen eines
Herstellungsverfahrens mit den Merkmalen von Anspruch 1 und einer
Herstellungsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 14 erfüllt. Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The
Task is in this invention by providing a
Manufacturing method with the features of
Die Erfindung beruht auf dem Verständnis, dass während der Bearbeitung des Substrats im Herstellungsprozess der Dünnfilmsolarzellen der direkte Kontakt des Substrats mit der Heizplatte zu kleinen Fehlern führen kann, die in das Substrat eingebracht werden. Derartige kleine Fehler können kleine Kratzer oder Sprünge in der Substratoberfläche oder im Substrat umfassen, die infolge einer Ungleichmäßigkeit des Substrats oder der Heizplatte in einem sehr kleinen Maßstab eingebracht werden können. Andererseits ist ein enger Kontakt zwischen dem Substrat und der Heizplatte erwünscht, um während des Abscheidungsprozesses für eine leistungsfähige und gesteuerte Erhitzung des Substrats zu sorgen.The Invention is based on the understanding that while the processing of the substrate in the manufacturing process of the thin film solar cells the direct contact of the substrate with the heating plate to small errors to lead can be introduced into the substrate. Such small mistakes can small scratches or cracks in the substrate surface or in the substrate due to unevenness of the substrate or the heating plate is introduced on a very small scale can be. On the other hand, a close contact between the substrate and the Hotplate desired, around during the deposition process for a powerful and controlled heating of the substrate.
Die Pufferschicht, die zwischen der Heizplatte und einer Anbringungsfläche des Substrats angeordnet wird, wird die Wärmeübertragung von der Heizplatte zum Substrat sicherstellen, während sie eine gleichmäßige Verteilung der auf die Anbringungsfläche wirkenden Kräfte bereitstellt, um unnötige Spannungen, die das Substrat beschädigen könnten, zu vermeiden. Im Besonderen ist der Mittelbereich der Substratanbringungsfläche gefährdet. Daher könnte es genügen, diesen Teil der Anbringungsfläche mit der Pufferschicht zu bedecken.The Buffer layer between the heating plate and a mounting surface of the Substrate is placed, the heat transfer from the heating plate ensure to the substrate while a uniform distribution the on the mounting surface acting forces provides unnecessary Avoid stresses that could damage the substrate. In particular the central region of the substrate attachment surface is at risk. Therefore it could sufficient this part of the mounting surface to cover with the buffer layer.
Der Mittelbereich könnte sich auf jeden beliebigen einzelnen fortlaufenden oder auf mehrere Bereiche auf der Anbringungsfläche beziehen, die nicht an den Rand des Substrats grenzen. Mit anderen Worten wird es wahrscheinlich nicht genug sein, die Pufferschicht zum Beispiel in der Form eines Rahmens nur einen Grenzbereich der Anbringungsfläche bedecken zu lassen. Vielmehr ist es nötig, dass ein Mittelbereich bedeckt wird. Dies liegt daran, dass vor allem der Mittelbereich oder der Mittelteil des Substrats einer Beanspruchung ausgesetzt ist, während er an der Heizplatte angebracht ist, da dort der größte Vakuumdruck oder Unterdruck auftritt. Daher wird eine Beschädigung des Substrats am wahrscheinlichsten in diesem Bereich oder in der Masse des Substrats über diesem Bereich auftreten.Of the Middle range could to any single consecutive or multiple Areas on the mounting surface which do not border on the edge of the substrate. In other words it will probably not be enough, for example, the buffer layer in the form of a frame cover only a border area of the mounting surface allow. Rather, it is necessary that a central area is covered. This is because, first of all the central region or the central part of the substrate of a stress is suspended while it is attached to the heating plate because there is the largest vacuum pressure or negative pressure occurs. Therefore, damage to the substrate is most likely in this area or in the bulk of the substrate above this Area occur.
Vorteilhaft umfasst der Mittelbereich zumindest einen zentralen Bereich der Anbringungsfläche des Substrats. Dies kann zum Beispiel ein Bereich um das geometrische Zentrum der Anbringungsfläche sein. Falls die Substratanbringungsfläche eine rechteckige Form aufweist, kann der zentrale Bereich ein Bereich sein, der den Kreuzungspunkt der beiden Diagonalen des Rechtecks umgibt.Advantageous the central area comprises at least one central area of the Mounting surface of the Substrate. This can be, for example, an area around the geometric Center of the mounting surface be. If the substrate attachment surface has a rectangular shape, For example, the central area may be an area that is the intersection point surrounds the two diagonals of the rectangle.
Obwohl ein Mittelbereich der Substratanbringungsfläche im Allgemeinen einem Mittelbereich der Heizplatte, auf der das Substrat angebracht ist, entspricht, könnte dies nicht der Fall sein, wenn die Heizplatte eine Fläche aufweist, die sich in der Größe und/oder in der Form von der Anbringungsfläche des Substrats unterscheidet.Even though a central region of the substrate attachment surface is generally a central region the heating plate on which the substrate is mounted corresponds, could this will not be the case if the heating plate has a surface, which are in size and / or differs in shape from the mounting surface of the substrate.
Nach dem Anbringen des Substrats an der Heizplatte, wobei dazwischen die Pufferschicht angeordnet ist, kann der Abscheidungsschritt begonnen werden, um einen oder mehrere Dünnfilme abzulagern. Als ein Beispiel können derartige Dünnfilme, die Teil von Kupfer-Indium-Gallium-Selenid(CIGS)Dünnfilmsolarzellen sind, zum Beispiel einen auf einem CIGS-Film abgelagerten Cadmiumsulfid(CdS)film beinhalten. Die Pufferschicht selbst kann Fiberglas umfassen, zum Beispiel in Form eines Glasfasergewebes. Darüber hinaus ist die Pufferschicht vorzugsweise so gestaltet, dass sie antistatisch ist.To attaching the substrate to the heating plate, with between them the buffer layer is arranged, the deposition step can be started, one or more thin films deposit. As an example Such thin films, the Part of Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) thin-film solar cells are, for For example, a cadmium sulfide (CdS) film deposited on a CIGS film include. The buffer layer itself may comprise fiberglass, for Example in the form of a glass fiber fabric. In addition, the buffer layer is preferably designed to be antistatic.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Pufferschicht zwischen der Heizplatte und dem Substrat angeordnet, wobei sie im Wesentlichen die gesamte Substratanbringungsfläche bedeckt. Im Gegensatz zu einer nur teilweisen Bedeckung der Anbringungsfläche weist dies den Vorteil auf, dass der Schutz der gesamten Fläche des Substrats gestattet wird. Es ist jedoch möglich, dass die Pufferschicht für verschiedenste Zwecke perforiert ist oder Löcher umfasst.In a preferred embodiment the buffer layer is disposed between the heating plate and the substrate, covering substantially the entire substrate mounting surface. As opposed to only partially covering the mounting surface, this has the advantage of allowing protection of the entire surface of the substrate. However, it is possible that the buffer layer is perforated for various purposes or includes holes.
In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die zwischen der Heizplatte und dem Substrat angeordnete Pufferschicht aus einem biegsamen Material. Zusätzlich dazu, dass es über bessere Puffereigenschaften verfügt, gestattet dieses Merkmal eine leichte Aufbringung und Entfernung der Pufferschicht, da diese gerollt oder gefaltet werden kann. Darüber hinaus kann ein Vorrat oder eine Versorgung mit der Pufferschicht auf einem Versorgungszylinder gehalten werden.In an advantageous embodiment which is arranged between the heating plate and the substrate Buffer layer of a flexible material. In addition to that it has better Has buffering properties, this feature allows easy application and removal the buffer layer, since this can be rolled or folded. Furthermore can store or supply the buffer layer on a Supply cylinders are kept.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die zwischen der Heizplatte und dem Substrat angeordnete Pufferschicht aus einem Kunststoffmaterial. Die Zusammensetzung des Kunststoffs kann gemäß den benötigten Eigenschaften abgestimmt werden, zum Beispiel, um die Wärmeleitfähigkeit der Pufferschicht zu erhöhen. Die Pufferschicht kann Polytetrafluorethylen (PTFE) umfassen.In a preferred embodiment which is arranged between the heating plate and the substrate Buffer layer of a plastic material. The composition of the plastic can according to the required properties be tuned, for example, to the thermal conductivity of the buffer layer too increase. The buffer layer may comprise polytetrafluoroethylene (PTFE).
In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die zwischen der Heizplatte und dem Substrat angeordnete Pufferschicht aus einem Fasermaterial und/oder aus Verbundmaterialien. Das Fasermaterial, das ein Cellulosematerial wie etwa einen Papierbogen umfassen kann, weist den Vorteil auf, dass eine Vakuumsaugwirkung durch die Pufferschicht hindurch ausgeübt werden kann, ohne dass in der Schicht Löcher bereitgestellt werden müssen. Ein Verbundmaterial kann zum Beispiel eine glasfaserverstärkte Polytetrafluorethylen(PTFE)schicht oder -folie umfassen.In an advantageous embodiment which is arranged between the heating plate and the substrate Buffer layer of a fiber material and / or composite materials. The fibrous material, which is a cellulosic material such as a paper sheet has the advantage that a vacuum suction effect through the buffer layer can be exercised without in the layer of holes must be provided. A composite material may be, for example, a glass fiber reinforced polytetrafluoroethylene (PTFE) layer or foil.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die zwischen der Heizplatte und dem Substrat angeordnete Pufferschicht eine Dicke von weniger als etwa 1 mm, vorteilhaft von weniger als etwa 0,4 mm und noch vorteilhafter von weniger als etwa 0,15 mm auf. Dünne Pufferschichten weisen den Vorteil auf, dass eine bessere Wärmeübertragung zwischen der Heizplatte und dem Substrat gestattet wird. Vorteilhafte Pufferschichtdicken können etwa 0,07 mm, etwa 0,25 mm oder etwa 0,35 mm betragen.In a preferred embodiment has the buffer layer disposed between the heating plate and the substrate a thickness of less than about 1 mm, preferably less than about 0.4 mm and more preferably less than about 0.15 mm. Thin buffer layers have the advantage of providing better heat transfer between the heating plate and the substrate is allowed. Advantageous buffer layer thicknesses can about 0.07 mm, about 0.25 mm or about 0.35 mm.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Anbringungsschritt das Bereitstellen einer Saugwirkung durch Sauglöcher in der Heizplatte, um das Substrat durch ein Vakuum auf der Heizplatte zu halten. Das Halten des Substrats mit Hilfe eines Vakuums auf der Heizplatte weist den Vorteil auf, dass im Gegensatz zum Beispiel zu einer Anbringung mit anderen Mittel wie etwa Klammern ein sehr gleichmäßiger Haltedruck auf das Substrat ausgeübt werden kann.In an advantageous embodiment the attaching step comprises providing a suction effect through suction holes in the hot plate to the substrate by a vacuum on the hot plate to keep. Holding the substrate by means of a vacuum the heating plate has the advantage that, in contrast to the example a very attaching to other means such as braces even holding pressure exerted on the substrate can be.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Anbringungsschritt einen Schritt des Ausrichtens von Löchern, die in der Pufferschicht bereitgestellt sind, mit den Sauglöchern in der Heizplatte. Derartige Löcher könnten in einem regelmäßigen oder in einem regellosen Muster bereitgestellt sein.In a preferred embodiment the attaching step comprises a step of aligning holes which are provided in the buffer layer, with the suction holes in the heating plate. Such holes could in a regular or be provided in a random pattern.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Vakuumdruck zum Halten des Substrats auf der Heizplatte auf zwischen etwa 10 mbar und etwa 800 mbar eingestellt. Der Vakuumdruck kann abhängig von der Größe und vom Gewicht des Substrats und von der Größe der Heizplattenfläche eingestellt werden.In an advantageous embodiment is the vacuum pressure for holding the substrate on the hot plate set to between about 10 mbar and about 800 mbar. The vacuum pressure can be dependent on the size and of Weight of the substrate and the size of the Heizplattenfläche set become.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Substrat während der Abscheidung des Films auf dem Substrat auf eine Temperatur von mehr als etwa 40°C, vorteilhaft von mehr als etwa 50°C und noch vorteilhafter von mehr als etwa 60°C erhitzt. Im Allgemeinen wird eine Temperatur von zwischen etwa 40°C und etwa 90°C bevorzugt. Die Pufferschicht muss aus einem Material bestehen, das eine ausreichende Hitzebeständigkeit aufweist. Die Hitzebeständigkeit sollte bis zu 100°C oder darüber betragen.In a preferred embodiment the substrate becomes during the deposition of the film on the substrate to a temperature of more than about 40 ° C, advantageously greater than about 50 ° C and more preferably heated above about 60 ° C. In general, will a temperature of between about 40 ° C and about 90 ° C is preferred. The buffer layer must be made of a material that has a sufficient heat resistance having. The heat resistance should be up to 100 ° C or above be.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Abscheidung des Films auf das Substrat durch eine chemische Badabscheidung (CBD) durchgeführt. Das Substrat kann aus diesem Grund entweder in ein chemisches Bad eingetaucht werden, oder es kann alternativ auf der Substratoberfläche eine flüssige Schicht des chemischen Bads eingerichtet werden.In an advantageous embodiment the deposition of the film on the substrate by a chemical Badabscheidung (CBD) performed. For this reason, the substrate can either be in a chemical bath be immersed, or it may alternatively on the substrate surface a liquid Layer of the chemical bath to be set up.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Pufferschicht von Hand oder automatisch auf der Heizplatte angeordnet. Zum Beispiel kann die Pufferschicht durch das Bewegen eines Zylinders, auf den sie gewickelt ist, über die Heizplatte auf die Heizplatte gerollt werden, bevor das Substrat positioniert wird. Alternativ kann die Heizplatte unter einen gedehnten Bogen der Pufferschicht bewegt werden. Wenn nacheinander mehrere Substrate auf der Heizplatte angeordnet werden, kann die automatische oder händische Anordnung der Pufferschicht vor der Anordnung jedes Substrats auf der Heizplatte vorgenommen werden, oder es kann eine einzelne Pufferschicht für mehrere Substrate verwendet werden und nur ausgetauscht werden, nachdem sie beschädigt wurde oder wenn sie wahrscheinlich beschädigt wird.In a preferred embodiment the buffer layer is manually or automatically on the heating plate arranged. For example, the buffer layer may be moved by moving of a cylinder, on which it is wound, over the heating plate on the Heating plate to be rolled before the substrate is positioned. Alternatively, the hot plate may be under a stretched arc of the buffer layer to be moved. If successively several substrates on the heating plate can be arranged, the automatic or manual arrangement of the buffer layer before placing each substrate on the hot plate or it can be a single buffer layer for multiple Substrates are used and only exchanged after she was damaged or if it is likely to get damaged.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Pufferschicht eine selbstklebende Fläche, die während der Anbringung des Substrats an der Heizplatte angeordnet wird. Alternativ kann zwischen der Pufferschicht und der Heizplatte eine Klebstoffschicht angeordnet werden. Beide Fälle weisen den Vorteil auf, dass sich die Pufferschicht nicht bewegen wird, während das Substrat darauf angeordnet wird. Die Selbstklebrigkeit kann auf Bereiche oder Stellen der Pufferschicht beschränkt sein. Zum Beispiel kann ein Grenz- oder Randbereich und/oder ein mittlerer oder zentraler Bereich der Pufferschicht der einzige Teil sein, der mit einem Klebstoff bedeckt ist.In an advantageous embodiment, the buffer layer comprises a self-adhesive surface, which is placed on the heating plate during attachment of the substrate. Alternatively, an adhesive layer can be arranged between the buffer layer and the heating plate. Both cases have the advantage that the buffer layer will not move while the substrate is placed thereon. Self-tackiness may be limited to areas or locations of the buffer layer. For example, a marginal area and / or a central or central area of the buffer layer may be the only part that is covered with an adhesive.
In der folgenden Beschreibung werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen einige Beispiele für Ausführungsformen der Erfindung ausführlicher beschrieben werden, wobeiIn The following description will be made with reference to the attached schematic drawings some examples of embodiments of the invention in more detail be described, wherein
Wie
in
Danach
wird wie in
Alternativ
können
sich die Größen der
Substratanbringungsfläche
Bei
der in
Die
Saugwirkung wird durch Sauglöcher
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Substratsubstratum
- 1212
- SubstratanbringungsflächeSubstrate mounting surface
- 121121
- Mittelbereich der Anbringungsflächethe central region the mounting surface
- 122122
- Grenzbereich der Anbringungsflächeborder area the mounting surface
- 22
- abgelagerter Filmseasoned Movie
- 33
- Pufferschichtbuffer layer
- 3333
- Löcherholes
- 55
- Heizplatteheating plate
- 5353
- Sauglöchersuction holes
- 5555
- Heizelementheating element
- 77
- Vakuumpumpevacuum pump
Claims (14)
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-
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