專利名稱：用于連續(xù)沉積薄膜層到基底上的模塊系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開的主題主要涉及將諸如半導(dǎo)體材料層的薄膜層沉積到基底上的薄膜 沉積工藝領(lǐng)域。更具體而言，所公開的主題涉及一種用于在形成光電(PV)模塊時(shí)沉積光反 應(yīng)材料的薄膜層到玻璃基底上的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
基于硫化鎘(CdS)配以碲化鎘(CdTe)作為光反應(yīng)構(gòu)件的薄膜光電(PV)模塊(也 稱為"太陽能板"或"太陽能模塊")在行業(yè)中獲得廣泛的認(rèn)可和關(guān)注。CdTe是具有尤其 適用于將太陽能(太陽光線)轉(zhuǎn)換成電的特性的半導(dǎo)體材料。例如，CdTe具有1. 45eV的 能量帶隙(bandgap)，這使其比歷史上用于太陽能電池應(yīng)用的較低帶隙(l.leV)的半導(dǎo)體 材料能夠從太陽光譜中轉(zhuǎn)換更多的能量。另外，在較少光照或漫射光的條件下，CdTe相比 于較低帶隙的材料更為高效地轉(zhuǎn)換能量，且因此相比于其它常規(guī)材料，在一天期間或較少 光照(例如，多云)的情況下具有更長的有效轉(zhuǎn)換時(shí)間。根據(jù)產(chǎn)生每瓦功率的成本，使用CdTe PV模塊的太陽能系統(tǒng)通常認(rèn)作是成本效益 最為合算的市售系統(tǒng)。然而，CdTe不能耐受持續(xù)性商業(yè)使用和接受太陽能作為工業(yè)用電或 居民用電的輔助電源或主要電源，其優(yōu)點(diǎn)取決于以大規(guī)模和成本效益合算的方式制造有效 的PV模塊的能力。某些因素在模塊的成本和發(fā)電性能方面影響CdTe PV模塊的效率。例如，CdTe相 對(duì)昂貴，且因此材料的有效利用(即，最少的浪費(fèi))成為主要的成本因素。此外，模塊的能 量轉(zhuǎn)換效率是沉積的CdTe膜層的某些特性的因素。膜層的不均勻或缺陷可顯著地減少模 塊的輸出，從而增加每單位功率的成本。另外，以經(jīng)濟(jì)地切合實(shí)際的商業(yè)規(guī)模處理相對(duì)較大 基底的能力也是至關(guān)重要的考慮因素。CSS(近間隔升華或近空間升華)是一種公知的用于生產(chǎn)CdTe模塊的商用汽相沉 積工藝。例如，請(qǐng)參看美國專利No. 6，444，043和美國專利No. 6，423，565。在CSS工藝中 的沉積腔室內(nèi)，將基底引至以相對(duì)較小的距離(即大約2mm至3mm)與CdTe源相對(duì)的相對(duì) 位置處。CdTe材料升華并沉積到基底的表面上。在上文引用的美國專利No. 6，444，043的 CSS系統(tǒng)中，CdTe材料為粒狀的形式，且保持在汽相沉積腔室內(nèi)的加熱容器中。升華的材料 移動(dòng)穿過置于容器上的蓋中的孔，且沉積到靜止的玻璃表面上，該靜止的玻璃表面以最小 的可能距離(Imm至2mm)保持在蓋構(gòu)架的上方。該蓋經(jīng)加熱直至高于容器的溫度。盡管CSS工藝具有優(yōu)點(diǎn)，但該系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上為分批處理，其中，將玻璃基底引入汽相 沉積腔室中，在腔室內(nèi)保持有限的時(shí)長，在此時(shí)長內(nèi)形成膜層，以及隨后引出腔室。該系統(tǒng) 更適用于表面面積相對(duì)較小的基底的分批處理。該過程必須周期性地中斷，以便再填充 CdTe源，這對(duì)大規(guī)模的生產(chǎn)過程不利。此外，沉積過程不能以受控的方式容易地停止和重 啟，從而導(dǎo)致在將基底引入和引出腔室期間以及在將基底定位在腔室內(nèi)所需的任何步驟期 間明顯未對(duì)CdTe材料加以利用(也即浪費(fèi))。因此，行業(yè)中持續(xù)需要一種用于經(jīng)濟(jì)可行地大規(guī)模生產(chǎn)高效的PV模塊、尤其是基于CdTe的模塊的改進(jìn)系統(tǒng)及方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)將在以下說明中部分地闡述，或可根據(jù)該說明而清楚，或可 通過實(shí)施本發(fā)明而懂得。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種用于將薄膜層如CdTe層汽相沉積到光電(PV) 模塊基底上的方法。在本領(lǐng)域中，“薄"膜層通常認(rèn)作是小于10微米(ym)，但本發(fā)明不 限于任何特定的膜厚。該方法包括以串接布置傳送基底經(jīng)過真空腔室中的汽相沉積設(shè)備， 在該汽相沉積設(shè)備中，升華的源材料的薄膜沉積在基底的上表面上?；滓允芸氐暮愣ň€ 速度傳送經(jīng)過汽相沉積設(shè)備，使得基底的在傳送方向上的前部區(qū)段和后部區(qū)段在汽相沉積 設(shè)備內(nèi)經(jīng)受相同的汽相沉積條件。當(dāng)基底傳送出汽相沉積設(shè)備時(shí)，對(duì)基底進(jìn)行后加熱，使得 沿基底的長度維持大致均勻的溫度輪廓(或分布，profile)，直到整個(gè)基底傳送出汽相沉 積設(shè)備。然后，在從真空腔室移除基底之前，對(duì)基底進(jìn)行可控地冷卻。在備選的方法實(shí)施例中，當(dāng)基底以一定方式傳送出汽相沉積設(shè)備時(shí)，對(duì)基底進(jìn)行 后加熱，以便沿基底的長度產(chǎn)生受控的逐漸降低的溫度梯度，直到整個(gè)基底傳送出汽相沉 積設(shè)備。該降低的溫度梯度具有一定特性以便防止對(duì)基底的損壞，例如翹曲、破損等。對(duì)于上述方法的變型和改進(jìn)在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)，且可在本文中進(jìn)一步描 述。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種用于將薄膜層如CdTe膜層汽相沉積到光電(PV) 模塊基底上的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括真空腔室，在特定的實(shí)施例中，該真空腔室可由多個(gè)互連的 模塊限定。真空腔室包括汽相沉積設(shè)備，該汽相沉積設(shè)備構(gòu)造成用于將升華的源材料的薄 膜沉積到傳送穿過其的基底的上表面上。傳送器系統(tǒng)可操作地布置在真空腔室內(nèi)，并且構(gòu) 造成用于以串接布置在受控的恒定線速度下將基底傳送經(jīng)過汽相沉積設(shè)備。后加熱區(qū)段布 置在所述真空腔室內(nèi)，在基底傳送方向上緊接位于汽相沉積設(shè)備的下游。后加熱區(qū)段構(gòu)造 成用以將傳送自汽相沉積設(shè)備的基底維持在期望的加熱溫度輪廓以防止熱損傷基底，直到 整個(gè)基底已引出汽相沉積設(shè)備。后加熱區(qū)段可包括一個(gè)或多個(gè)具有可控加熱區(qū)的后加熱模 塊。在特定的實(shí)施例中，后加熱區(qū)段構(gòu)造成用以加熱基底，使得沿基底的長度維持大 致均勻的溫度輪廓，直到整個(gè)基底傳送出汽相沉積設(shè)備。在備選的實(shí)施例中，后加熱區(qū)段構(gòu)造成以一定方式加熱基底，使得沿著基底的長 度產(chǎn)生受控的逐漸降低的溫度梯度輪廓，直到整個(gè)基底傳送出汽相沉積設(shè)備。對(duì)于上述系統(tǒng)組件的實(shí)施例的變型和改進(jìn)在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)，且可在本文 中進(jìn)一步描述。參照以下說明和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)得到 更好的理解。零件清單10 系統(tǒng)1214 基底16 真空腔室
18預(yù)熱區(qū)段
20預(yù)熱模塊
21加熱器元件
22汽相沉積設(shè)備
24汽相沉積模塊
26冷卻區(qū)段
28冷卻模塊
30后加熱區(qū)段
32后加熱模塊
34進(jìn)入真空閘站
36負(fù)載模塊
38緩沖模塊
40引出真空閘站
42引出緩沖器
44引出模塊
46負(fù)載傳送器
48饋送系統(tǒng)
50引出傳送器
52控制器
54中央控制器
56粗真空泵
58細(xì)真空泵
60真空泵
62閥
64控制器
65沉積模塊傳送器
66傳送器
67傳送器驅(qū)動(dòng)器
68傳感器


在參照附圖的說明書中闡述了本發(fā)明包括其最佳模式的完整和能夠?qū)崿F(xiàn)的公開 內(nèi)容，在附圖中圖1為根據(jù)本發(fā)明的方面的系統(tǒng)的實(shí)施例的平面視圖；以及，圖2為圖1中系統(tǒng)的實(shí)施例的透視圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)將詳細(xì)地參照本發(fā)明的實(shí)施例，其中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例在附圖中示出。各實(shí)例 均是以闡述本發(fā)明的方式提供的，而并不限制本發(fā)明。實(shí)際上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員很清楚，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，可在本發(fā)明中作出各種修改和變型。例如，示為或 描述為一個(gè)實(shí)施例的一部分的特征可結(jié)合另一實(shí)施例來使用，以產(chǎn)生又一個(gè)實(shí)施例。因此， 期望的是，本發(fā)明包含歸入所附權(quán)利要求及其等同方案范圍內(nèi)的這些修改和變型。圖1和圖2示出了系統(tǒng)10的實(shí)施例，該系統(tǒng)10構(gòu)造成用于將薄膜層汽相沉積到 光電(PV)模塊基底14(下文稱為"基底")上。例如，該薄膜可為碲化鎘(CdTe)膜層。 盡管本發(fā)明不限于所提到的任何特定的膜厚，但在本領(lǐng)域中一般認(rèn)為PV模塊基底上的" 薄"膜層通常小于大約10微米(μπι)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，本系統(tǒng)不限于汽相沉積特定類型 的膜層，以及CdTe僅是一種可通過系統(tǒng)10進(jìn)行沉積的膜層。參看圖1，系統(tǒng)10包括真空腔室16，該真空腔室16可由任何構(gòu)件構(gòu)造限定。在所 示的特定實(shí)施例中，真空腔室16由多個(gè)互連的模塊限定，如在下文中更為詳細(xì)地論述。通 常，真空腔室16可認(rèn)作是系統(tǒng)10的區(qū)段或部分，在其中，為了汽相沉積過程的各個(gè)方面而 抽取和保持真空。系統(tǒng)10包括處于真空腔室16內(nèi)的預(yù)熱區(qū)段18。預(yù)熱區(qū)段18可為在傳送基底14 穿過真空腔室16時(shí)對(duì)該基底預(yù)熱的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)件。在所示的實(shí)施例中，預(yù)熱區(qū)段18由 基底14傳送穿過其的多個(gè)互連模塊20限定。真空腔室16還包括在基底14傳送方向上處于預(yù)熱區(qū)段18下游的汽相沉積設(shè)備 Μ。該設(shè)備M可構(gòu)造為汽相沉積模塊22，且為諸如粒狀的CdTe材料的源材料在其中升華 并沉積到基底14上作為薄膜層的構(gòu)件構(gòu)造。應(yīng)當(dāng)容易認(rèn)識(shí)到的是，各種汽相沉積系統(tǒng)和工 藝是本領(lǐng)域中所公知的，如上述CSS系統(tǒng)，以及汽相沉積設(shè)備M不限于任何特定類型的汽 相沉積系統(tǒng)或工藝。真空腔室16還包括位于汽相沉積設(shè)備M下游的冷卻區(qū)段26。在所示的實(shí)施例 中，冷卻區(qū)段26由多個(gè)互連的冷卻模塊觀限定，基底14在從系統(tǒng)10移除之前傳送穿過該 多個(gè)互連的冷卻模塊觀，如在下文中更為詳細(xì)地描述。系統(tǒng)10還包括可操作地設(shè)置在真空腔室16內(nèi)的傳送器系統(tǒng)。在所示的實(shí)施例中， 該傳送器系統(tǒng)16包括多個(gè)單獨(dú)的傳送器66，而系統(tǒng)10中的各模塊均包括相應(yīng)的一個(gè)傳送 器66。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，傳送器66的類型或構(gòu)造并非是本發(fā)明的限制因素。在所示的實(shí)施 例中，傳送器66為由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器67(圖2、驅(qū)動(dòng)的輥式傳送器，其中，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器67(圖2) 經(jīng)受控制以便實(shí)現(xiàn)基底14穿過相應(yīng)的模塊以及整個(gè)系統(tǒng)10的期望傳送速率。系統(tǒng)10還包括饋送系統(tǒng)48 (圖2)，該饋送系統(tǒng)48構(gòu)造成結(jié)合汽相沉積設(shè)備M用 以向該設(shè)備M供送諸如粒狀CdTe材料的源材料。饋送系統(tǒng)48可采用本發(fā)明的范圍和精 神內(nèi)的各種構(gòu)造，以及進(jìn)行工作用以供送源材料而不會(huì)中斷汽相沉積設(shè)備M內(nèi)的連續(xù)汽 相沉積過程或基底14穿過汽相沉積設(shè)備M的傳送。參看圖1和圖2，大體上而言，單獨(dú)的基底14最初放置在負(fù)載傳送器46上，該負(fù)載 傳送器46例如可包括在其它系統(tǒng)模塊中使用的相同類型的從動(dòng)輥式傳送器66?；?4首 先傳送穿過真空腔室16上游的進(jìn)入真空閘站(lock station) 34。在所示的實(shí)施例中，真空 閘站34包括在基底14傳送方向上處于緩沖模塊38上游的負(fù)載模塊36。"粗"(S卩，初始 的)真空泵56構(gòu)造為結(jié)合負(fù)載模塊36用以抽取初始真空水平，而"細(xì)"(也即高)真空 泵58構(gòu)造為結(jié)合緩沖模塊38用以將緩沖模塊38中的真空基本上提高至真空腔室16內(nèi)的 真空水平。閥62 (例如，閘門型槽縫閥或旋轉(zhuǎn)型擋板閥)可操作地設(shè)置在負(fù)載傳送器46與
7負(fù)載模塊36之間、負(fù)載模塊36與緩沖模塊38之間，以及緩沖模塊38與真空腔室16之間。 這些閥62依序由馬達(dá)或其它類型的促動(dòng)機(jī)構(gòu)64促動(dòng)，以便將基底14以逐步(或分步)的 方式引入真空腔室16中，而不會(huì)不利地影響腔室16內(nèi)的真空。在正常操作條件下，通過真空泵58、56和60的任何組合而在真空腔室16中保持 操作真空。為了將基底14引入真空腔室16中，負(fù)載模塊36與緩沖模塊38之間的閥62最 初是閉合的，而負(fù)載模塊是通風(fēng)(或開放)的。緩沖模塊38與第一預(yù)熱模塊20之間的閥 62是閉合的。負(fù)載模塊36與負(fù)載傳送器46之間的閥62開啟，且相應(yīng)模塊中的單獨(dú)傳送器 66受到控制以便使基底14行進(jìn)到負(fù)載模塊36中。此時(shí)，第一閥62關(guān)閉且基底14隔離在 負(fù)載模塊36中。然后，粗真空泵56在負(fù)載模塊36中抽取初始真空。在此時(shí)期間，細(xì)真空 泵58在緩沖模塊38中抽取真空。當(dāng)負(fù)載模塊36與緩沖模塊38之間的真空大致平衡時(shí)， 模塊之間的閥62開啟，且基底14移入緩沖模塊38中。模塊之間的閥62閉合，且細(xì)真空泵 58提高緩沖模塊38中的真空(度)直到該緩沖模塊38與相鄰的預(yù)熱模塊20大致平衡。 緩沖模塊38與預(yù)熱模塊20之間的閥62然后開啟，且基底移入預(yù)熱模塊20中。對(duì)于傳送 到真空腔室16中的各基底14而言將重復(fù)該過程。在所示的實(shí)施例中，預(yù)熱區(qū)段18由多個(gè)互連的模塊20限定，該多個(gè)互連的模塊20 限定用于基底14穿過真空腔室16的加熱傳送通路。各模塊20均可包括多個(gè)獨(dú)立受控的 加熱器21，且加熱器21限定多個(gè)不同的加熱區(qū)。特定的加熱區(qū)可包括一個(gè)以上的加熱器 21。各預(yù)熱模塊20還包括獨(dú)立受控的傳送器66。對(duì)于各模塊20而言，加熱器21和傳 送器66受到控制以便實(shí)現(xiàn)基底14穿過預(yù)熱區(qū)段18的傳送速率確保在基底14傳送到下游 的汽相沉積模塊22中之前基底14具有期望的溫度。在所示的實(shí)施例中，汽相沉積設(shè)備M包括基底14在其中經(jīng)受汽相沉積環(huán)境的模 塊22，在該汽相沉積環(huán)境中，諸如CdTe的升華的源材料的薄膜沉積到基底14的上表面上。 單獨(dú)的基底14以受控的恒定線速度傳送穿過汽相沉積模塊22。換言之，基底14未停止或 保持于模塊22內(nèi)，而是以受控的線速率連續(xù)不斷地移動(dòng)穿過模塊22?；?4的傳送速率 例如可在大約10毫米/秒(mm/sec)至大約40mm/sec的范圍內(nèi)。在特定的實(shí)施例中，該速 率例如可為大約20mm/sec。以此方式，基底14的沿傳送方向的前部區(qū)段和后部區(qū)段在汽 相沉積模塊22內(nèi)經(jīng)受相同的汽相沉積條件。基底14頂面的所有區(qū)域都經(jīng)受相同的汽相條 件，以便在基底14的上表面上獲得大致均勻的升華源材料的薄膜層厚度。汽相沉積模塊22包括相應(yīng)的傳送器65，該傳送器65可不同于多個(gè)上游模塊和下 游模塊中的傳送器66。傳送器65可具體構(gòu)造成用以支持模塊22內(nèi)的汽相沉積過程。在所 示的實(shí)施例中，循環(huán)式板條傳送器65出于此目的而構(gòu)造在模塊22內(nèi)。然而，應(yīng)當(dāng)容易認(rèn)識(shí) 到的是，還可使用任何其它類型的適合的傳送器。汽相沉積設(shè)備M構(gòu)造成結(jié)合饋送系統(tǒng)48 (圖幻用以按一定方式向設(shè)備M連續(xù) 不斷地供送源材料以便不中斷汽相沉積過程或基底14穿過模塊22的不間斷傳送。饋送系 統(tǒng)48并非是本發(fā)明的限制因素，以及任何適合的饋送系統(tǒng)48都可設(shè)計(jì)成用以將源材料供 送到模塊22中。例如，饋送系統(tǒng)48可包括依序操作的真空閘，其中，外部材料源作為計(jì)量 用量按分步的方式引導(dǎo)穿過真空閘并進(jìn)入汽相沉積設(shè)備M內(nèi)的容器中。源材料的供送認(rèn) 作是"連續(xù)的"，因?yàn)槠喑练e過程不必為了向設(shè)備M再次供送源材料而停止或中止。只要保持外部供送，則饋送系統(tǒng)48便將連續(xù)不斷地供送分批的或計(jì)量用量的材料到汽相沉 積設(shè)備M中。在所示的實(shí)施例中，后加熱區(qū)段30限定在真空腔室16內(nèi)緊接位于汽相沉積模塊 22的下游。該后加熱區(qū)段30可由一個(gè)或多個(gè)后加熱模塊32限定，該后加熱模塊32具有構(gòu) 造成與其結(jié)合的加熱器單元21。加熱單元21可包括多個(gè)獨(dú)立受控的加熱區(qū)，且各加熱區(qū)均 具有一個(gè)或多個(gè)加熱器。當(dāng)基底14的前部區(qū)段傳送出汽相沉積模塊M時(shí)，其移動(dòng)進(jìn)入后 加熱模塊32。后加熱模塊32維持基底的受控加熱輪廓直到整個(gè)基底已移出汽相沉積模塊 22，以防止損壞基底，例如由不受控的或過度熱應(yīng)力引起的翹曲或破損。如果基底14的前 部區(qū)段容許當(dāng)其離開模塊22時(shí)以過度的速率冷卻，則將會(huì)沿基底14縱向地產(chǎn)生潛在的具 有破壞性的溫度梯度。這種情況會(huì)導(dǎo)致基底由于熱應(yīng)力而破損。在特定的實(shí)施例中，后加熱區(qū)段30經(jīng)控制以在整個(gè)區(qū)段30上產(chǎn)生大致均勻或恒 定的溫度。例如，在后加熱區(qū)段30包括模塊32和加熱器單元21的實(shí)施例中，該加熱器單 元沿模塊32的縱向維度維持恒定的溫度。在該構(gòu)造中，當(dāng)基底14傳送出汽相沉積設(shè)備M 并經(jīng)過后加熱模塊32時(shí)，在基底14中產(chǎn)生大致均勻的溫度輪廓，直到整個(gè)基底14傳送出 汽相沉積設(shè)備24。在基底維持在均勻的溫度輪廓下經(jīng)過后加熱模塊32的實(shí)施例中，基底可以第一 傳送速率傳送進(jìn)入模塊32中，并以顯著更大的第二傳送速率從后加熱模塊32傳送進(jìn)入相 鄰的冷卻區(qū)段沈中(例如，進(jìn)入第一冷卻模塊觀中)，該第二傳送速率對(duì)于防止沿基底14 的長度產(chǎn)生熱梯度是有效的。換言之，基底14以沿基底的長度不會(huì)產(chǎn)生破壞性熱梯度的這 樣的速率移動(dòng)進(jìn)入冷卻區(qū)段26中。實(shí)質(zhì)上，整個(gè)基底14基本上同時(shí)經(jīng)受冷卻條件，從而不 會(huì)在基底材料中引發(fā)熱應(yīng)力。在特定的實(shí)施例中，第一傳送速率為大約10毫米/秒(mm/ sec)至大約40mm/sec，而第二傳送速率為大約200mm/sec至大約600mm/sec?；?4然后 可以大約第一傳送速率傳送經(jīng)過冷卻區(qū)段26。在涉及后加熱過程的備選實(shí)施例中，后加熱區(qū)段(例如，后加熱模塊32)以一定方 式受控以便沿基底14的長度產(chǎn)生受控的逐漸降低的溫度梯度輪廓，直到整個(gè)基底傳送出 汽相沉積設(shè)備對(duì)。換言之，相較于基底的后部區(qū)段，隨著基底移動(dòng)經(jīng)過模塊32，基底14的 前部區(qū)段將具有降低的溫度。該降低的溫度梯度小心謹(jǐn)慎地經(jīng)受控制以便不會(huì)產(chǎn)生過度的 和有潛在破壞性的梯度。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，基底14可耐受一定程度的熱梯度而不會(huì)受到損 壞，以及該特定的實(shí)施例通過容許基底14的前部區(qū)段進(jìn)行一定的初始冷卻而利用該特性。 該實(shí)施例容許基底14以大致相同的恒定線速度傳送經(jīng)過汽相沉積設(shè)備M、進(jìn)入并經(jīng)過后 加熱模塊32，以及進(jìn)入并經(jīng)過冷卻區(qū)段26。上面討論的用于基底14的逐漸降低的溫度梯度可通過沿后加熱區(qū)段的長度在其 入口處維持大約400攝氏度到大約600攝氏度的溫度輪廓以及在其出口處維持大約200攝 氏度到大約500攝氏度的溫度輪廓而實(shí)現(xiàn)。后加熱區(qū)段30中的單獨(dú)的加熱區(qū)可經(jīng)控制而 沿后加熱區(qū)段30的長度以線性或分步的方式產(chǎn)生該輪廓。參看上文所述，冷卻區(qū)段沈在 真空腔室16內(nèi)處于后加熱區(qū)段30的下游。冷卻區(qū)段沈可包括具有獨(dú)立受控的傳送器66 的一個(gè)或多個(gè)冷卻模塊28。冷卻模塊觀在真空腔室16內(nèi)限定沿縱向延伸的區(qū)段，在其中， 在基底14從系統(tǒng)10移除之前，容許以受控的冷卻速率來冷卻升華的源材料薄膜沉積于其 上的基底。各模塊觀均可包括強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)，在其中，諸如冷凍水、制冷劑或其它介質(zhì)的冷卻介質(zhì)經(jīng)泵送而穿過構(gòu)造成結(jié)合模塊觀的冷卻盤管(coil) 29，如具體在圖2中所示。引出真空閘站40構(gòu)造在冷卻區(qū)段沈的下游。該引出站40基本上與上述進(jìn)入真 空閘站34相反地操作。例如，引出真空閘站40可包括引出緩沖模塊42和下游引出閘模塊 44。依序操作的閥62設(shè)置在緩沖模塊42與冷卻區(qū)段沈中的最后一個(gè)模塊觀之間、引出 緩沖模塊42與引出閘模塊44之間，以及引出閘模塊44與引出傳送器50之間。細(xì)真空泵 58構(gòu)造成結(jié)合引出緩沖模塊42，而粗真空泵56構(gòu)造成結(jié)合引出閘模塊44。泵58、56和閥 62依序操作(基本上與進(jìn)入閘站34相反)，以便按分步的方式將基底14引出真空腔室16， 而不會(huì)損失真空腔室16內(nèi)的真空狀態(tài)。如上文所述，在所示的實(shí)施例中，系統(tǒng)10由多個(gè)互連的模塊限定，而各模塊均起 到特定的功能。例如，模塊36和38用來將單獨(dú)的基底14引入真空腔室16中。構(gòu)造為結(jié)合 這些相應(yīng)模塊的傳送器66以及閥62和相關(guān)促動(dòng)器64出于此目的而受到適當(dāng)?shù)乜刂?。與 預(yù)熱區(qū)段18中的多個(gè)模塊20相關(guān)的傳送器66和加熱器單元21受到控制以將基底14預(yù) 熱至期望的溫度，以及確?；?4以期望的受控恒定線性傳送速率引入汽相沉積模塊22 中。出于控制的目的，各單獨(dú)模塊均可具有構(gòu)造成與其結(jié)合的相關(guān)的獨(dú)立控制器52，以便控 制相應(yīng)模塊的單獨(dú)功能。如圖1中所示，多個(gè)控制器52依序可與中央系統(tǒng)控制器M進(jìn)行 通信。中央系統(tǒng)控制器M可監(jiān)測和控制(經(jīng)由獨(dú)立的控制器5 任何一個(gè)模塊的功能，以 便實(shí)現(xiàn)總體期望的傳送速率和基底14穿過系統(tǒng)10的過程。參看圖1，對(duì)于單獨(dú)的相應(yīng)傳送器66的獨(dú)立控制而言，各模塊均可包括任何方式 的主動(dòng)或被動(dòng)式傳感器68，該傳感器68在基底傳送穿過模塊時(shí)檢測基底14的存在。傳感 器68與模塊控制器52進(jìn)行通信，而模塊控制器52又與中央控制器M進(jìn)行通信。以此方 式，單獨(dú)的相應(yīng)傳送器66可受到控制用以確保在基底14之間保持適當(dāng)?shù)拈g距，以及確?；?底14以期望的恒定傳送速率傳送穿過真空腔室16。本發(fā)明還包含用于將薄膜層汽相沉積到光電(PV)模塊基底上的各種方法實(shí)施 例。該方法可利用上述各種系統(tǒng)實(shí)施例，或通過適合的系統(tǒng)構(gòu)件的任何其它構(gòu)造來實(shí)施。因 此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)施例不限于本文所述的系統(tǒng)構(gòu)造。在特定的實(shí)施例，該方法包括構(gòu)建汽相腔室和將PV基底單獨(dú)地引入腔室中。基底 在其以串接布置傳送穿過真空腔室時(shí)預(yù)熱至期望的溫度。預(yù)熱的基底然后傳送穿過真空腔 室內(nèi)的汽相沉積設(shè)備，在該真空腔室中，諸如CdTe的升華源材料的薄膜沉積到基底的上表 面上?；滓允芸氐暮愣ň€速度傳送穿過汽相沉積設(shè)備，使得基底的沿傳送方向的前部區(qū) 段和后部區(qū)段在汽相沉積設(shè)備內(nèi)經(jīng)受相同的汽相沉積條件，以便在基底的上表面上實(shí)現(xiàn)均 勻的薄膜層厚度。在特有的實(shí)施例中，按一定方式向汽相沉積設(shè)備供送源材料以便不中斷汽相沉積 過程或基底穿過汽相沉積設(shè)備的傳送。該方法還可包括在隨后從真空腔室移除各冷卻的基底之前在真空腔室內(nèi)于汽相 沉積設(shè)備下游冷卻該基底?？赡芷谕氖牵诶鋮s基底之前，當(dāng)將基底引出汽相沉積設(shè)備時(shí)對(duì)基底進(jìn)行后加 熱，使得基底在傳送方向上的前部區(qū)段不經(jīng)受冷卻直到整個(gè)基底已引出汽相沉積設(shè)備。以 此方式，在基底的后部區(qū)段在汽相沉積設(shè)備內(nèi)經(jīng)受沉積處理的同時(shí)，該基底沿其縱向長度 保持相對(duì)恒定的溫度。
如上文所述，基底以恒定的線速度傳送穿過汽相沉積設(shè)備。在特有的實(shí)施例中，基 底可在可變的速度下傳送穿過真空腔室的其它區(qū)段。例如，當(dāng)基底在汽相沉積設(shè)備之前預(yù) 熱時(shí)，或當(dāng)基底在汽相沉積設(shè)備之后冷卻時(shí)，基底可在較慢或較快的速度下或分步地傳送。該方法還可包括通過進(jìn)入真空間過程和引出真空間過程而將基底單獨(dú)地引入和 引出真空腔室，其中，真空腔室內(nèi)的真空狀態(tài)不會(huì)中斷或不會(huì)有任何顯著程度的改變。為了保持連續(xù)的汽相沉積過程，該方法還可包括從外部可再填充的饋送系統(tǒng)將源 材料供送給汽相沉積設(shè)備。該饋送過程可包括從饋送系統(tǒng)將計(jì)量用量的源材料連續(xù)不斷地 引入汽相沉積設(shè)備中，而不會(huì)中斷汽相沉積過程。例如，計(jì)量用量的源材料可經(jīng)由相繼的真 空閘引入并沉積到汽相沉積設(shè)備內(nèi)的容器中。以此方式，汽相沉積過程不需要中斷來再填 充源材料到汽相沉積設(shè)備內(nèi)。本書面說明使用了包括最佳模式的實(shí)例來公開本發(fā)明，且還使本領(lǐng)域的技術(shù)人員 能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何相結(jié)合的方法。本發(fā)明可 取得專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所構(gòu)思出的其它實(shí)例。如果 這些其它的實(shí)例具有與權(quán)利要求的書面語言并無不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它實(shí)例 包括與權(quán)利要求的書面語言無實(shí)質(zhì)差異的同等結(jié)構(gòu)元件，則認(rèn)為這些實(shí)例處在權(quán)利要求的 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于汽相沉積薄膜層到光電(PV)模塊基底(14)上的方法，包括以串接布置傳送基底經(jīng)過真空腔室(16)中的汽相沉積設(shè)備(22)，在其中，升華的源材 料的薄膜沉積在所述基底的上表面上，所述基底以受控的恒定線速度傳送經(jīng)過所述汽相沉 積設(shè)備，使得在傳送方向上所述基底的前部區(qū)段和后部區(qū)段在所述汽相沉積設(shè)備內(nèi)經(jīng)受相 同的汽相沉積條件；當(dāng)所述基底傳送出所述汽相沉積設(shè)備時(shí)，對(duì)所述基底后加熱，以便沿所述基底的長度 維持大致均勻的溫度，直到整個(gè)所述基底傳送出所述汽相沉積設(shè)備；以及，在所述后加熱步驟之后冷卻所述基底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基底(14)從所述汽相沉積設(shè)備02) 傳送到后加熱模塊(3 中用于所述后加熱步驟，以及所述方法還包括在所述后加熱模塊 的整個(gè)縱向長度上維持大致恒定的溫度輪廓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述基底(14)以第一傳送速率傳送經(jīng)過 所述汽相沉積設(shè)備0 并進(jìn)入所述后加熱模塊(3 中，并且以顯著更大的第二傳送速率 從所述后加熱模塊傳送進(jìn)入下游的冷卻區(qū)段( )，所述第二傳送速率對(duì)于防止沿所述基底 的長度產(chǎn)生熱梯度是有效的。
4.一種用于汽相沉積薄膜層到光電(PV)模塊基底(14)上的方法，包括以串接布置傳送基底經(jīng)過真空腔室(16)中的汽相沉積設(shè)備(22)，在其中，升華的源材 料的薄膜沉積在所述基底的上表面上，所述基底以受控的恒定線速度傳送經(jīng)過所述汽相沉 積設(shè)備，使得在傳送方向上所述基底的前部區(qū)段和后部區(qū)段在所述汽相沉積設(shè)備中經(jīng)受相 同的汽相沉積條件；當(dāng)所述基底以一定方式傳送出所述汽相沉積設(shè)備時(shí)，對(duì)所述基底后加熱，使得沿所述 基底的長度產(chǎn)生受控的逐漸減小的溫度梯度，直到整個(gè)所述基底傳送出所述汽相沉積設(shè) 備；以及，在所述加熱步驟之后冷卻所述基底。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述基底(14)從所述汽相沉積設(shè)備02) 傳送進(jìn)入到后加熱模塊(32)中用于所述后加熱步驟，并進(jìn)入冷卻區(qū)段06)中用于所述冷卻步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法還包括沿所述后加熱模塊(32) 的縱向長度維持減小的溫度輪廓，其中，所述溫度輪廓在其入口處具有從大約400攝氏度 到大約600攝氏度的溫度，以及在其出口處具有從大約200攝氏度到大約500攝氏度的溫度。
7.一種用于在光電(PV)模塊基底(14)上汽相沉積薄膜層的系統(tǒng)(10)，包括真空腔室(16)，所述真空腔室還包括汽相沉積設(shè)備(22)，所述汽相沉積設(shè)備0 構(gòu)造 成用于將升華的源材料的薄膜沉積到經(jīng)由其傳送的基底的上表面上；傳送器系統(tǒng)(66)，其可操作地布置在所述真空腔室中并且構(gòu)造成用于以串接布置在受 控的恒定線速度下將所述基底傳送經(jīng)過所述汽相沉積設(shè)備；以及后加熱區(qū)段(18)，其布置在所述真空腔室中，在所述基底的傳送方向上直接位于所述 汽相沉積設(shè)備的下游，所述后加熱區(qū)段構(gòu)造成用以將傳送自所述汽相沉積設(shè)備的所述基底 維持在期望的加熱溫度輪廓，直到整個(gè)所述基底引出所述汽相沉積設(shè)備。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述后加熱區(qū)段(18)構(gòu)造成用以加 熱所述基底使其具有一定的溫度輪廓，以便沿所述基底的長度維持大致均勻的溫度，直到 整個(gè)所述基底傳送出所述汽相沉積設(shè)備02)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括冷卻區(qū)段( )，所述 冷卻區(qū)段06)在所述基底的傳送方向上位于所述后加熱區(qū)段(30)的下游，所述傳送器系 統(tǒng)(66)構(gòu)造成用以按第一傳送速率傳送所述基底(14)經(jīng)過所述汽相沉積設(shè)備0 并進(jìn) 入所述后加熱區(qū)段，以及按顯著更大的第二傳送速率將所述基底從所述后加熱區(qū)段傳送并 進(jìn)入所述冷卻區(qū)段，所述第二傳送速率對(duì)于防止沿所述基底的長度產(chǎn)生熱梯度是有效的。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述后加熱區(qū)段(30)構(gòu)造成用以 加熱所述基底(14)使其具有一定的溫度輪廓，以便沿所述基底的長度產(chǎn)生受控的逐漸減 小的溫度梯度，直到整個(gè)所述基底傳送出所述汽相沉積設(shè)備0 ，以及還包括在所述基底 的傳送方向上位于所述后加熱模塊下游的冷卻區(qū)段( )，所述傳送器系統(tǒng)(66)構(gòu)造成用 以按大致相同的恒定線速度傳送所述基底經(jīng)過所述汽相沉積設(shè)備，進(jìn)入并經(jīng)過所述后加熱 區(qū)段，以及進(jìn)入并經(jīng)過所述冷卻區(qū)段。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于連續(xù)沉積薄膜層到基底上的模塊系統(tǒng)和方法。具體而言，一種用于在光電(PV)模塊基底(14)上汽相沉積薄膜層的系統(tǒng)(10)及相關(guān)方法，包括建立真空腔室(16)以及將基底單獨(dú)地引入真空腔室中。傳送器系統(tǒng)可操作地布置在真空腔室中并且構(gòu)造成用于以串接布置在受控的恒定線速度下將基底傳送經(jīng)過汽相沉積設(shè)備。后加熱區(qū)段布置在所述真空腔室中，在基底傳送方向上直接位于汽相沉積設(shè)備的下游。后加熱區(qū)段構(gòu)造成用以將傳送自汽相沉積設(shè)備的基底維持在期望的加熱溫度輪廓，直到整個(gè)基底引出汽相沉積設(shè)備。
文檔編號(hào)C23C14/56GK102127747SQ201010625160
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者B·R·墨菲, C·拉思維格, E·J·利特爾, M·J·帕沃爾, M·W·里德, R·W·布萊克 申請(qǐng)人:初星太陽能公司