CN215911401U - 基片承载器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基片承载器，其具有通过加工孔大范围敞开的用于容纳基片、尤其太阳能基片的衬底巢或者具有布置在一个平面中的用于容纳多个基片的多个衬底巢，其中，基片承载器设置成衬底加工设备的在衬底加工设备、尤其PVD涂层设备中进行衬底加工期间用于容纳衬底的附件。本实用新型的目的，即提供适用于制造由部分基片构成的器件的基片承载器，通过一种基片承载器实现，该基片承载器的特征是，基片承载器具有至少一个遮掩条，其中，遮掩条可以在衬底加工中用作遮蔽掩膜，使得基片的经遮掩的表面区域没有被加工或比基片的未被遮掩的表面区域更少地被加工。

Description

基片承载器

技术领域

本实用新型涉及一种基片承载器，其具有通过加工孔大范围敞开的用于容纳基片、尤其太阳能基片的衬底巢或者具有布置在一个平面中的用于容纳多个基片的多个衬底巢，其中，基片承载器设置成衬底加工设备的在衬底加工设备、尤其PVD涂层设备中进行衬底加工期间用于容纳衬底的附件。

背景技术

基片是盘状的半导体衬底，由半导体衬底制成不同的产品，例如电子器件或传感器。在一些情况下，器件具有直至基片的整个尺寸的大横向尺寸，例如一个太阳能基片通常仅制造一个太阳能电池。基片承载器尤其应用在由整个基片或一个基片的大部分制成的大面积器件的制造或批量生产中。术语“承载器”表示呈托盘形式的衬底支撑件，其具有用于多个衬底的限定位置。通过在基片承载器上快速地同时加工多个基片可以能够实现例如在制造太阳能电池时所要求的高的设备生产率(每小时基片数)。基片承载器广泛地应用在连续生产设备和集群设备中，其中，多个基片被容纳在一个平面式的基片承载器上并且共同地借助该承载器在连续生产设备中进行加工。该加工例如是涂层、置入、温度处理或蚀刻。基片在基片承载器上被分配到限定位置，即衬底巢。在水平应用的衬底支撑件中，衬底巢例如可以是凹口，基片被置入凹口中。基片在基片承载器上的位置可以例如通过衬底巢边沿限定。在一些情况下，衬底巢也通过钩部、止挡部或其他的限位部实现。在特殊情况中，基片承载器也可以是用于唯一的大面积衬底的衬底支撑件。在直排式的连续生产设备中，衬底巢通常矩阵式地以横行和纵列布置在矩形的承载器中，其中，通常在基片承载器上布置尽可能多的衬底巢，以便在给定加工腔室尺寸的情况下实现高的设备生产率。

在下面提及的实用新型范围中，涉及一种具有大范围敞开的衬底巢的承载器，其中，使用承载器对至少一个衬底面进行的加工通过穿过基片承载器的加工孔来实现。大范围敞开是指，所加工的衬底面的至少大部分均是加工可接触到的，并且承载器的结构最多遮挡衬底的相对小的部分。例如，156mm×156mm尺寸的太阳能基片以环周放置在1mm宽的边缘上。太阳能基片的大部分、即其154mm×154mm尺寸的中间表面可以通过加工孔接触到以进行加工。在过去几年中，太阳能电池通常分别由完整的基片制成。

但是目前越来越追求由半个太阳能基片制造太阳能模块，因为使用由对半分割的太阳能基片制造的半电池因降低了功率损耗而能够相比于由整个太阳能基片制成的模块实现更大的太阳能模块效用。所述的半电池或者说半基片太阳能电池通常通过对先前由整个基片制成的太阳能电池的后续的分割而制成。制造方法中的对半分割步骤例如采用激光工艺。首先，半电池至少在断裂边沿附近可能存在品质缺陷，这是因为此处缺少边缘隔离。此外，边缘不平整有时也被视作在美学上的缺点。在制造其他的平面式器件时，基片或相应的衬底、例如用于显示器的玻璃片被分成若干、例如2、3或4个分部件，使得在此必须解决与在制造半基片太阳能电池时类似的技术任务。但是本实用新型的领域不涉及将微电子基片分割成大量的、有时上千个芯片的多倍分割。

实用新型内容

本实用新型的目的是，提供适用于制造由部分基片构成的器件的基片承载器，其中，减少了现有技术中的由分部件构成的器件的缺陷。

该目的通过一种基片承载器实现，该基片承载器的特征是，基片承载器具有至少一个遮掩条，其中，遮掩条可以在衬底加工中用作遮蔽掩膜，使得基片的经遮掩的表面区域没有被加工或比基片的未被遮掩的表面区域更少地被加工。

遮掩条延伸跨越基片承载器的孔，以便遮挡基片表面在加工孔中的条状区域，因此在由承载器容纳的衬底的至少一个加工步骤中产生遮挡。遮掩条可以用作掩膜。掩膜尤其应用在物理涂层方法中、即气相沉积或溅射方法中，因为期望的遮蔽效果是由于这些方法具有很高的方向性而产生的，即使在衬底和遮掩条彼此并非完美贴靠时也是如此。但是，通过遮掩条避免在衬底遮挡区域中进行加工也能够作用在其他的加工方法、例如PECVD涂层中。

根据本实用新型基片承载器获得如下可能性，即，随后需要分割成半基片或分割成多于两个部分基片的基片被特别地加工，使得基片为随后的分割做好准备并且最终制造出更好的半基片或其他的部分基片。由于遮掩条的遮蔽，在随后进行激光加工的表面区段上缺少涂层。由于缺少涂层，因此也排除由此产生的寄生涂层。在太阳能电池的情况下，遮掩条在太阳能电池上防止在随后的断裂边沿附近沉积透明导电层，由此载流子不能很好地引导到断裂边缘处。因此降低了载流子对在断裂边缘处的复合中心复合的可能性。因此提高了太阳能电池的效率。由此能够最终制造出具有更好的功能特性的产品。此外，借助遮掩条，在部分基片的边缘区域中，在靠近断裂边沿处制造在视觉上与在部分基片的其他边沿处相同的外观，由此由部分基片制成的产品、例如太阳能模块具有较高的美感。为了制造这种改善的产品，基本上还可以使用现有的设备技术。仅是传统的基片承载器被根据本实用新型的基片承载器替代。根据本实用新型的基片承载器使得能够以低成本改进用于制造部分基片的方法。

遮掩条可以与基片承载器固定连接。每个衬底巢的至少一个遮掩条或者全部的多个遮掩条在这种情况下与基片承载器的其余部分或者共同地由一个工件制成，或者固定地相连。通过固定连接，遮掩条的位置被精确地限定并且随后在基片承载器的制造后不再产生误差。

遮掩条和基片承载器可以作为一体的单元制成。因此，它们可以通过减材制造方法(例如钻孔和铣削)由一个工件制成，但是它们也可以通过直接成型方法，例如铸造、3D打印或CFC制造方法制成，在CFC制造方法中将碳纤维置入随后硬化的树脂基质中。缩写CFC在德语中称为“Kohlenstofffaserverbundwerkstoff(碳纤维复合材料)”或者在英语中称为“carbon fiber compound”。

遮掩条也可以通过置入、夹紧、粘接、焊接或另外的安装方法安装在基片承载器中。在这种情况下，基片承载器和遮掩条分开地制成并且安装成根据本实用新型的基片支撑件。遮掩条也可以被置入并且简单地通过重力保持在基片承载器中。

基片承载器可以由不锈钢或CFC构成。这些材料由于其较高的机械负荷能力和耐化学性而证实是合适的。但是根据需求也可以使用其他的材料、例如另外的金属来制造基片承载器。

衬底巢可以分别是正方形或伪正方形的用于容纳太阳能基片的衬底巢，并且遮掩条可以将衬底巢分成两个大小相同的矩形的半部。太阳能基片通常具有正方形或伪正方形的形状，以便充分利用可用于制造基片的原材料。将一个完整的太阳能基片分割成两个或多于两个的分部件是额外的耗费，而这种耗费必须通过可实现的收益来证实是合理的。目前，主要通过半电池实现收益。原则上，根据本实用新型的基片承载器还可以在每个衬底巢配备多于一个的遮掩条或配备由遮掩条组成的格栅，以便由原始基片制造3个、4个或更多个部分基片。窄长的条状基片也可称为瓦片，其中，瓦片类似于建筑物屋顶上的屋顶瓦片在瓦式太阳能模块中彼此重叠构造。由于在各个太阳能电池之间没有间距，因此充分地利用了太阳能模块的面积。

基片承载器可以具有以纵列和横行布置的衬底巢并且可以是连续生产设备的附件，其中，纵列和横行沿着运行方向布置在连续生产设备中，并且其中，遮掩条分别平行或垂直于运行方向地布置。这种矩形的基片承载器是广泛使用的并且在结构上分别匹配所用设备的构造。若在其他的特殊设备中使用特殊形状的基片承载器、例如呈弧段形状的基片承载器，此时这些特殊的承载器也可以相应地配备遮掩条。

遮掩条可以具有在0.5mm和4mm之间的宽度、尤其具有2mm的宽度，并且在衬底巢中的用于衬底的支撑边缘可以为0.25mm至2mm宽、尤其1mm宽。太阳能基片的支撑部的宽度可在0.5mm和4mm之间的范围中。遮掩条的宽度可以是基片的其余支撑部的宽度的两倍，由此在基片对半分割后，形成的部分基片环绕地存在宽度均匀的未经加工的边缘区域(也包括断裂边沿处)。在一种具体的实施例中，在衬底巢中的支撑边缘为2mm宽并且遮掩条具有4mm的宽度，从而由在该基片承载器上加工的太阳能基片制造的半电池环绕地具有2mm宽的未经加工的边缘。在其他的实施例中，支撑部宽度和遮掩部宽度被最小化，以便最大程度地利用太阳能基片。

根据本实用新型的基片承载器的支撑边缘可以在考虑遮掩条也具有衬底支撑功能的情况下来构造。基片承载器的遮掩条也用作位于其上的衬底的机械支撑结构。衬底的尺寸可以相对于其标称尺寸具有偏差。基片承载器的支撑边缘宽度必须设计得如此宽，以使得能够可靠地放置在给定公差内允许的最小尺寸的衬底并且使得衬底掉落的可能性低于允许的极限值。因为遮掩条除了其遮掩功能还具有保证衬底放置在衬底巢中的支撑功能，支撑边缘可以相比于没有遮掩条的基片承载器设计得更窄，而不会增大衬底损毁的风险。若遮掩条不是从一个衬底巢边缘直达相对置的衬底巢边缘，则也实现了足够的支撑功能。衬底巢边缘处的短的保持条已经足够了。这种保持条优选地布置在最优位置、尤其在基片随后被分割成部分基片的位置。

根据本实用新型的基片承载器的遮掩条遮盖第一基片表面，基片承载器还可以具有至少一个衬底巢掩膜，其中，衬底巢掩膜的掩膜遮掩条遮掩第二基片表面，并且其中，可以借助遮掩条和掩膜遮掩条在基片上遮盖基片表面的彼此相对的条状区域。在前述段落中提及的基片承载器尤其用于单面加工的设备。在一个表面处通过使用根据本实用新型的基片承载器加工的基片可以在加工后重新装载到根据本实用新型的另一基片承载器上，以便在另一基片承载器上也在遮蔽条状区域的情况下加工基片的另一个表面。但是也有在加工过程中加工基片的两个表面、即正面和背面的衬底加工设备。用于这种设备的基片承载器除了上面已经说明的基片承载器(或者说承载器下部)的例如用于遮蔽被置入的基片的背面的遮掩条，还具有在衬底巢掩膜中的掩膜遮掩条，其中，也可以称为承载器上部的衬底巢掩膜布置在基片的另一表面、例如基片的正面上。衬底巢掩膜(或承载器上部)如同基片承载器(或承载器下部)在掩膜遮掩条旁具有部分加工孔，其中，通过部分加工孔加工基片。在基片承载器上可以设置多个衬底巢掩膜、例如每个衬底巢设有一个衬底巢掩膜，或可以使用较大的衬底巢掩膜，其遮盖多个衬底巢。为了在基片承载器上限定衬底巢掩膜的位置，可以存在止挡部、配合件等辅助构件。为了在基片承载器上安装和拆卸衬底巢掩膜，可以提供合适的作为衬底加工设备的组成部件或作为单独机器的自动化解决方案。

根据本实用新型，为了制造分割成两个部分或者多个部分的部分基片太阳能电池，在部分基片太阳能电池的至少一个制造步骤中，在根据本实用新型的基片承载器上实施涂层。在现有技术中已知不同的方法，其中，首先对整个衬底、尤其晶体硅太阳能基片实施涂层，随后实施分割。通过使用根据本实用新型的基片承载器，可以制造改善的衬底、尤其具有更高效率的部分太阳能电池。此外，由此得到的生产率可以得到改进，其方式是：利用遮掩条的支撑作用降低了使用基片承载器的沉积设备中的基片损失的风险，因此提高了设备的生产使用性。

借助根据本实用新型，可以制造异质结太阳能电池，其中，在根据本实用新型的基片承载器上沉积透明导电氧化层(TCO)。在申请专利时，硅异质结太阳能电池是最佳的、量产中效率最高的太阳能电池。为了制造异质结太阳能电池，将不同的层沉积到晶体太阳能基片上。对于太阳能电池所需的pn结，例如可以通过沉积与衬底相反掺杂的非晶硅层(或a-Si层)来制造，其中，该pn结由于衬底基片和沉积层的结晶度不同而称为异质结。如从现有技术中已知的，该制造方法也可以包括沉积另外的本征的和/或掺杂的层。为了异质结太阳能电池的电连接，可以在太阳能电池的一个表面或两个表面上沉积透明导电氧化层(其源于英语翻译在德语中以TCO缩写)。该TCO沉积可有利地在根据本实用新型的基片承载器上进行。根据本实用新型，实现了具有更好效率ETA(η)的半电池的更好的太阳能电池。

附图说明

下面根据附图进一步描述本实用新型，其中，

图1示出了根据本实用新型的基片承载器，

图2a示出了根据本实用新型的基片承载器的衬底巢的俯视图，

图2b示出了衬底巢的横截面，以及

图3示出了根据本实用新型的具有衬底巢掩膜的基片承载器。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本实用新型的基片承载器1的实施例的立体图。在该实施例中，基片承载器1是具有二十四个衬底巢3的矩形的衬底支撑件，衬底巢矩阵式地(4×6矩阵)以四横行和六纵列布置。基片承载器1是连续生产设备的附件，基片承载器以运行方向或运输方向T沿着纵列穿过连续生产设备。基片承载器1的纵列同时相应于在连续生产设备中的加工轨迹。在按规定使用基片承载器1时，在衬底巢3中分别装入有正方形的基片、即太阳能基片。在该具体的实施例中，太阳能基片具有156.75mm×156.75mm的尺寸。太阳能基片的厚度为0.2mm的值或者更低，其厚度明显小于其横向尺寸，使得基片也可近似地看作为二维物体，该二维物体减少至两个表面、即正面和背面。在其他的实施例中，基片承载器1用于容纳具有其他尺寸的半导体基片或者容纳与基片类似的衬底，例如具有在其上沉积的薄层的玻璃片。每个衬底巢3或者更确切地说衬底巢3的加工孔通过遮掩条4在形成两个部分加工孔2a、2b的情况下分成两个部分。在按规定使用基片承载器1时，将太阳能基片以第一加工表面、例如背对太阳的背面向下置入到每个衬底巢3中。然后，在基片承载器1中加工基片的背面的表面区域，表面区域通过部分加工孔2a、2b可接触到并且进行加工。在提出的实施例中，加工包括PVD-TCO涂层。

在不同附图中的相同附图标记表示相同的或类似的物体。只要没有特别说明区别，针对一个附图的实施方式也适用于其他的附图。

图2a和图2b放大地示出了衬底巢3，因此绘出根据本实用新型的衬底支撑件1的局部。在这些示意图中可看出，衬底的通过遮掩条4遮盖的未经加工的表面占比比通过部分加工孔2a、2b加工的表面占比小得多。具体而言，在提出的实施例中，遮掩条4具有2mm的遮掩条宽度B，其中，遮掩条宽度B刚好是支撑边缘宽度C的两倍，支撑边缘宽度为1mm。由此，随后通过分割在基片承载器1上加工的太阳能基片来制造的半基片太阳能电池环绕地具有1mm宽的、没有TCO涂层的被遮掩的区域。通过该环绕的未经涂层的边缘使得半基片太阳能电池在技术上以及美学上都相对于传统的半基片太阳能电池得到改进。

单晶的硅太阳能基片通常具有伪正方形的形状，即衬底的角部经过倒圆。根据预设的基片形状，衬底巢3也具有衬底巢角填充部7，以便实现仅在基片的中心表面而非在基片边缘处的均匀涂层和环绕的支撑部。在示出的实施例中，部分加工孔2a、2b在遮掩条4附近的角部也具有遮掩条角填充部8。这种逐渐过渡的结构降低了可能在尖锐边沿处产生的材料过载的风险，因此实现衬底支撑件1以及遮掩条4的机械可靠性。此外，角遮掩部也改善了半基片太阳能电池的视觉外观。

为了在部分加工孔2a、2b中直至这些区域的边缘均实现均匀的加工，邻接部分加工孔2a、2b的轮廓具有小于90°、在本实施例中45°的斜面角。通过相应的135°的张角，以一定的散布角度进入的涂层颗粒基本上完全地到达衬底表面上并且在此产生均匀的涂层。在提出的实施例中，基片承载器1由不锈钢板通过减材加工方法、尤其铣削制成。基片承载器1的制造方法的其他加工步骤、例如固定运行轨道在本实用新型说明书的范围中不相关，因此不再熬述。

图3绘出了根据本实用新型的基片承载器1’，该基片承载器具有：基本上相应于根据图1、2a、2b所述的基片承载器1的承载器下部10，以及承载器上部、即衬底巢掩膜5。基片承载器1’也可称为基片承载笼，因为基片承载器在加工时在两侧锁定基片。基片承载器1’用于在对衬底的两个表面进行加工时对基片进行处理。在此，在从下方通过部分加工孔2a、2b涂覆基片的背面时，承载器下部10的遮掩条4遮掩中间的条状区域。在提出的实施例中，衬底巢掩膜5以限定的位置放置在承载器下部10上。掩膜遮掩条6在衬底巢掩膜5中将加工孔划分成两个部分加工孔2a’、2b’，由此在第二衬底表面、即太阳能基片的正面上，用于随后分割衬底的条状区域上因掩膜遮掩条6也没有进行处理。在提出的实施例中，掩膜遮掩条6具有与承载器下部10的遮掩条4相同的遮掩条宽度B。太阳能基片的正面边缘未被遮蔽，因为在此遮蔽背面外边缘已足够。所制造的半基片太阳能电池在两侧均以TCO涂层。在提出的实施例中，唯一的衬底巢掩膜5用于遮掩全部24个衬底巢。但是，为了更好地说明，仅代表性地绘出三个衬底巢遮掩区域。在提出的实施例中，衬底巢掩膜5由CFK构成。

附图标记列表

1、1’ 基片承载器

2a、2b 具有角填充部的部分加工孔

2a’、2b’ 衬底巢掩膜中的部分加工孔

3 衬底巢

4 遮掩条

5 衬底巢掩膜

6 掩膜遮掩条

7 衬底巢角填充部

8 遮掩条角填充部

9 45°的斜面

10 承载器下部

A-A 剖切线

B 遮掩条宽度

C 支撑边缘宽度

T 运输方向或运行方向

Claims (10)

1.一种基片承载器，其具有通过至少一个加工孔大范围敞开的用于容纳基片的衬底巢(3)或者具有布置在一个平面中的用于容纳多个基片的多个衬底巢(3)，其中，所述基片承载器(1)设置成衬底加工设备的在所述衬底加工设备中进行衬底加工期间用于容纳衬底的附件，

其中，所述基片承载器(1)具有至少一个遮掩条(4)，其中，所述遮掩条(4)将所述加工孔分成部分加工孔(2a、2b)并且能够在所述衬底加工中用作遮蔽掩膜，使得所述基片的经遮掩的表面区域没有被加工或比所述基片的未被遮掩的表面区域更少地被加工。

2.根据权利要求1所述的基片承载器，其特征在于，所述遮掩条(4)与所述基片承载器(1)固定连接。

3.根据权利要求2所述的基片承载器，其特征在于，所述遮掩条(4)和所述基片承载器(1)作为一体的单元制成。

4.根据权利要求3所述的基片承载器，其特征在于，所述基片承载器(1)由不锈钢或碳纤维复合材料构成。

5.根据权利要求2所述的基片承载器，其特征在于，所述遮掩条(4)通过置入、夹紧、粘接或焊接的安装方法安装在所述基片承载器(1)中。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的基片承载器，其特征在于，所述衬底巢(3)分别是正方形或伪正方形的用于容纳太阳能基片的衬底巢(3)，并且所述遮掩条(4)将所述衬底巢(3)分成两个大小相同的矩形或伪矩形的半部。

7.根据权利要求6所述的基片承载器，其特征在于，所述基片承载器(1)是连续生产设备的具有以纵列和横行布置的衬底巢(3)的基片承载器(1)，其中，所述纵列和横行沿着运行方向(T)布置在所述连续生产设备中，并且其中，所述遮掩条(4)分别平行或垂直于所述运行方向(T)地布置。

8.根据权利要求1中所述的基片承载器，其特征在于，所述遮掩条(4)具有在0.5mm和4mm之间的宽度，并且在所述衬底巢中的衬底的支撑边缘的支撑边缘宽度(C)为0.25mm至2mm。

9.根据权利要求1中所述的基片承载器，其特征在于，所述基片承载器的支撑边缘在考虑所述遮掩条(4)也具有所述衬底的支撑功能的情况下来构造。

10.根据权利要求1所述的基片承载器，其特征在于，所述基片承载器的遮掩条(4)遮掩第一基片表面，所述基片承载器(1’)还具有至少一个衬底巢掩膜(5)，其中，所述衬底巢掩膜(5)的掩膜遮掩条(6)遮掩第二基片表面，并且其中，能够借助所述遮掩条(4)和所述掩膜遮掩条(6)在所述基片上遮掩所述基片表面的彼此相对的条状区域。

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