汽相沉積設(shè)備及方法中的高發(fā)射率分送板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了用于使升華的源材料的汽相沉積為基底上的薄膜的設(shè)備及方法。該設(shè)備可包括沉積頭；設(shè)置在沉積頭中并被構(gòu)造成用于接收源材料的容器；設(shè)置在容器下方并被構(gòu)造成將容器加熱至足以使源材料在容器內(nèi)升華程度的加熱分送歧管；以及，設(shè)置在分送歧管下方并設(shè)置在被傳送穿過設(shè)備的基底的上表面的水平傳送平面上方限定距離處的沉積板。分送板可限定穿過其的通路的圖案，其進(jìn)一步分送穿過分送歧管的升華的源材料。分送板在沉積期間的板溫度下可具有大約0.7至理論上最大1.0的范圍內(nèi)的發(fā)射率。
【專利說明】汽相沉積設(shè)備及方法中的高發(fā)射率分送板
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]在本文中公開的主題大體上涉及薄膜沉積方法領(lǐng)域，其中諸如半導(dǎo)體材料層的薄膜層沉積在基底上。更具體而言，本主題涉及用于在光伏(PV)模塊的形成中使光反應(yīng)材料薄膜層沉積在玻璃基底上的汽相沉積設(shè)備以及相關(guān)聯(lián)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以作為光反應(yīng)構(gòu)件與硫化鎘(CdS)配對(duì)的碲化鎘(CdTe)為基礎(chǔ)的薄膜光伏(PV)模塊(也稱為"太陽能電池板〃)正在獲得廣泛的接受，并且在行業(yè)中是令人感興趣的。CdTe是具有特別適用于將太陽能轉(zhuǎn)換成電力的特性的半導(dǎo)體材料。例如，CdTe具有大約
1.45eV的能量帶隙，這使其能夠比歷史上用于太陽能電池應(yīng)用的低帶隙半導(dǎo)體材料(例如，對(duì)于硅是大約1.1eV)從太陽光譜轉(zhuǎn)換更多能量。另外，相比于低帶隙材料，CdTe在較低的光或漫射光條件下轉(zhuǎn)換輻射能，并且因此相比于其它常規(guī)材料在一天里或者在多云條件下具有較長(zhǎng)的有效轉(zhuǎn)化時(shí)間。
[0003]使用CdTe PV模塊的太陽能系統(tǒng)大體上被認(rèn)為是按照每瓦發(fā)電成本折算的成本效益最高的市售系統(tǒng)。然而，CdTe不與可持續(xù)商業(yè)開發(fā)和接受太陽能作為工業(yè)或住宅電力的補(bǔ)充來源或主來源矛盾的優(yōu)點(diǎn)，取決于大規(guī)模且以成本有效方式生產(chǎn)有效PV模塊的能力。 [0004]某些因素在成本和發(fā)電能力方面極大地影響CdTe PV模塊的效率。例如，CdTe相對(duì)昂貴，并且因此材料的有效利用(即，最少浪費(fèi))是主要成本因素。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。膜層的不均勻性或缺陷可顯著地減少模塊的輸出，從而增加到每單位電力的成本中。另外，以經(jīng)濟(jì)上明智的商業(yè)規(guī)模處理相對(duì)較大的基底的能力是關(guān)鍵的考慮因素。
[0005]CSS(封閉系統(tǒng)升華)是用于生產(chǎn)CdTe模塊的已知商業(yè)汽相沉積方法。例如，參照美國(guó)專利第6，444，043號(hào)和美國(guó)專利第6，423，565號(hào)。在CSS系統(tǒng)中的汽相沉積室內(nèi)，基底被帶至與CdTe源相對(duì)的較小距離(即，大約2-3mm)的相對(duì)位置。CdTe材料升華并且沉積在基底的表面上。在上文引用的美國(guó)專利第6，444，043號(hào)的CSS系統(tǒng)中，CdTe材料為顆粒形式，并且保持在汽相沉積室內(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，并且沉積在靜止的玻璃表面上，玻璃表面保持在蓋框架上方最小可能的距離(l-2mm)處。將理解的是，CSS為一類擴(kuò)散輸送沉積(DTD)系統(tǒng)，并且擴(kuò)散輸送沉積系統(tǒng)更廣義來說不一定在性質(zhì)上是合格的〃封閉空間〃。
[0006]目前相信，薄膜的最佳膜質(zhì)量是在剛好處于膜將要開始升華比其沉積更快(例如，對(duì)于碲化鎘是在大約600°C下開始)的點(diǎn)以下的較窄溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)的。然而，在此較高溫度下，已經(jīng)存在于基底上的下方層的材料(例如，CdS)可從基底升華。例如，在高于大約525°C的溫度下，CdS可開始從基底升華。因此，由于基底且特別是任何下方的薄膜層暴露于此相對(duì)較高溫度的副作用，通常不期望在其最佳溫度下使薄膜沉積(例如，對(duì)于CdTe是接近600°C )。
[0007]因此，對(duì)于用于有效PV模塊(特別是CdTe模塊)的經(jīng)濟(jì)可行的大規(guī)模生產(chǎn)的改進(jìn)的汽相沉積設(shè)備和方法，本行業(yè)中存在著不斷的需求。具體而言，CSS方法中存在著用于在有效PV模塊(特別是CdTe模塊)的經(jīng)濟(jì)可行的大規(guī)模生產(chǎn)中使用的改進(jìn)的升華板的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)將部分地在以下描述中進(jìn)行闡明，或者可從描述成為顯而易見，或者可通過實(shí)施本發(fā)明來被理解。
[0009]一種設(shè)備被大體上提供用于使升華的源材料的汽相沉積為基底上的薄膜。該設(shè)備大體上可包括沉積頭；設(shè)置在沉積頭中并被構(gòu)造成用于接收源材料的容器；設(shè)置在容器下方并被構(gòu)造成將容器加熱至足以使源材料在容器內(nèi)升華程度的加熱分送歧管；以及，設(shè)置在分送歧管下方并設(shè)置在被傳送穿過設(shè)備的基底的上表面的水平傳送平面上方限定距離處的沉積板。分送板可限定穿過其的通路的圖案，其進(jìn)一步分送穿過分送歧管的升華的源材料。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，分送板可在沉積期間的板溫度下具有大約0.7至理論上最大1.0的范圍內(nèi)的發(fā)射率。
[0011 ] 在一個(gè)特定實(shí)施例中，分送板可包括面朝向加熱分送歧管的第一層和面朝向基底的上表面的水平傳送平面的第二層。第一層可具有第一發(fā)射率，并且第二層可具有第二發(fā)射率。例如，第一發(fā)射率在沉積期間的板溫度下可低于第二發(fā)射率。作為備選，第一發(fā)射率在沉積期間的板溫度下可高于第二發(fā)射率。 [0012]一種方法還被大體上提供用于升華的源材料的汽相沉積在基底上形成薄膜。在一個(gè)實(shí)施例中，可將源材料供應(yīng)至沉積頭內(nèi)的容器。容器可利用設(shè)置在容器下方的熱源部件間接地加熱來使源材料升華，使得升華的源材料在沉積頭內(nèi)被向下引導(dǎo)穿過熱源部件。可將單獨(dú)的基底在熱源部件下方進(jìn)行傳送，并且可使升華的源材料沉積在其上。例如，升華的源材料可穿過熱源部件，并且經(jīng)由被定位在基底的上表面與熱源部件之間的分送板到達(dá)基底的上表面上。分送板可被定位成離基底的上表面大約5mm至大約50mm,并且可具有充分的發(fā)射率，使得當(dāng)分送板由熱源部件加熱至板溫度時(shí)，基底在大約20秒或更短內(nèi)從初始基底溫度加熱至少75 °C。
[0013]本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將參照以下描述和所附權(quán)利要求變得更好理解。并入本說明書并且構(gòu)成本說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，并且與描述一起用于闡釋本發(fā)明的原理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]包括其最佳模式的本發(fā)明的完整及開放的公開內(nèi)容在參照附圖的說明書中進(jìn)行闡明，在附圖中:
圖1為可結(jié)合本發(fā)明的汽相沉積設(shè)備的實(shí)施例的系統(tǒng)的平面視圖；
圖2為第一操作構(gòu)造中的根據(jù)本發(fā)明的方面的汽相沉積設(shè)備的實(shí)施例的截面視圖；
圖3為第二操作模式中的圖2的實(shí)施例的截面視圖；
圖4為與基底傳送器協(xié)作的圖2的實(shí)施例的截面視圖；
圖5為圖2的實(shí)施例內(nèi)的容器構(gòu)件的頂視圖；圖6為圖2-5的汽相沉積設(shè)備中使用的分送板的一個(gè)示例性實(shí)施例的側(cè)視圖；以及 圖7為圖2-5的汽相沉積設(shè)備中使用的分送板的另一個(gè)示例性實(shí)施例的側(cè)視圖。
[0015]本說明書及附圖中的參考標(biāo)號(hào)的重復(fù)使用旨在表示相同或類似的特征或元件。
【具體實(shí)施方式】
[0016]現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例在附圖中示出。每一個(gè)實(shí)例通過闡釋本發(fā)明的方式進(jìn)行提供，而不限制本發(fā)明。事實(shí)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚的是，可在本發(fā)明中作出各種改型和變型，而不會(huì)脫離本發(fā)明的范圍或精神。例如，顯示為或描述為一個(gè)實(shí)施例的一部分的特征可與另一個(gè)實(shí)施例一起使用來產(chǎn)生再一個(gè)實(shí)施例。因此，期望本發(fā)明覆蓋歸入所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)的此類改型及變型。
[0017]在本公開 內(nèi)容中，當(dāng)層被描述為在另一層或基底〃上〃或〃上方〃時(shí)，將理解的是，除非另外指出，層可直接地接觸彼此或者具有在層之間的另一層或特征。因此，這些用語僅描述了層對(duì)于彼此的相對(duì)位置，并且不必意味著在〃頂部上〃，因?yàn)樯戏交蛳路降南鄬?duì)位置取決于裝置與觀察者的定向。此外，盡管本發(fā)明不限于任何特定的膜厚度，但是描述光伏裝置的任何膜層的用語〃薄〃大體上是指具有小于大約10微米(〃微米〃或〃 μ m〃)的厚度的膜層。
[0018]將理解的是，本文提到的范圍和極限包括位于規(guī)定極限內(nèi)的所有范圍(即，子范圍)。例如，從大約100到大約200的范圍還包括從110到150、170到190、153到162和145.3到149.6的范圍。此外，達(dá)到大約7的極限還包括達(dá)到大約5、達(dá)到大約3和達(dá)到大約4.5的極限，以及極限內(nèi)的范圍，諸如，從大約I到大約5，以及從大約3.2到大約6.5。
[0019]可被描述為擴(kuò)散輸送沉積系統(tǒng)的汽相沉積的設(shè)備被大體上提供，其包括具有相對(duì)較高發(fā)射率的分送板，以確保在其沉積期間輻射能被傳輸至穿過其附近的任何基底。因此，基底可在初始基底溫度下開始沉積，并且在沉積期間被加熱到最終基底溫度。因此，可將初始基底溫度選擇成減少任何下方層的升華，即使其低于用于薄膜沉積的最佳沉積溫度。然后，隨著沉積過程繼續(xù)，基底溫度可由于來自分送板的熱發(fā)射而升高。當(dāng)薄膜沉積并且基底被加熱時(shí)，其可涂布和覆蓋下方的薄膜層，以抑制較高基底溫度對(duì)下方薄膜的影響，同時(shí)允許薄膜被沉積來更接近期望的溫度發(fā)生或者在期望的溫度下發(fā)生。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，分送板可具有大約0.7至小于1.0的發(fā)射率，諸如，大約0.85至大約0.95。
[0020]圖1示出了系統(tǒng)10的實(shí)施例，其可結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的被構(gòu)造成用于使薄膜層沉積在基底14上的汽相沉積設(shè)備100 (圖2至5)，基底14在一個(gè)特定實(shí)施例中可為光伏(PV)模炔基底或覆蓋物。例如，薄膜可為碲化鎘(CdTe)的膜層。如所提到的那樣，本領(lǐng)域中大體上認(rèn)識(shí)到了 PV模炔基底上的〃薄〃膜層大體上小于10微米(μ m)。
[0021]如圖4中所描繪的，汽相沉積設(shè)備100包括分送板152，分送板152被沉積在分送歧管124下方離下方基底14的上表面的水平面上方一個(gè)限定的距離。分送板152限定了諸如孔、縫隙等通路的圖案，通過其進(jìn)一步分送穿過分送歧管124的升華的源材料，使得源材料蒸氣在橫向方向上不中斷。換言之，通路的圖案被定形并且交錯(cuò)，或者以其它方式被定位成確保升華的源材料沿著橫向方向完全地沉積在基底上，以便避免了基底上的"未涂布"區(qū)的縱向條痕或條紋。
[0022]在使用期間，沉積板152被加熱至高于基底14溫度的溫度，以確保沒有材料沉積并累積在沉積板152上。例如，當(dāng)使薄膜碲化鎘層沉積時(shí)，基底14可被加熱至大約475°C至大約550°C之間的初始升華溫度(例如，大約500°C至大約525°C之間)，而沉積板可被加熱至大約725°C或以上的板溫度，諸如從大約750°C至大約850°C (例如，從大約775°C )。此外，基底14的傳送器160可被加熱至傳送器溫度，諸如，大約50(TC或更高(例如，大約550°C至大約650°C，諸如，大約600°C )。通過使用相對(duì)較高發(fā)射率的分送板152，基底14還可在沉積步驟期間(例如，大約20秒或更短的時(shí)段內(nèi))被加熱至少大約75°C (例如，大約75°C至大約150°C )。即，分送板152具有足夠的發(fā)射率，使得其被加熱至板溫度時(shí)，基底14在大約20秒或更短內(nèi)從初始基底溫度被加熱至少75°C。在該實(shí)施例中，分送板152可被定位成離基底14的上表面大約5mm至大約50mm。
[0023]如本領(lǐng)域中已知的那樣，表面的發(fā)射率系數(shù)是根據(jù)斯忒芬-玻爾茲曼定律比較具有來自理想〃黑體〃的輻射熱的表面與在給定溫度下的發(fā)射率系數(shù)ε=1來計(jì)算出的。例如，石墨化碳具有100°C下大約0.76、300°C下大約0.75，以及500°C下大約0.71的發(fā)射率系數(shù)。
[0024]按照規(guī)定，分送板152的發(fā)射率在沉積期間的板溫度下可在大約0.7至大約1.0的理論極限(例如，大約0.85至大約0.95)的范圍內(nèi)，以便控制沉積板152與基底14之間的熱傳遞。此外，可將沉積板152選擇成在沉積期間的板溫度下(例如，大約725°C或更高)控制發(fā)射率同時(shí)仍大致保持其形狀。例如，板溫度在使碲化鎘薄膜層沉積在基底14上期間可為大約700°C至大約800°C (例如，大約750°C至大約775°C )。當(dāng)使不同材料沉積時(shí)，可使用其它的板溫度。
[0025]可將任何適合的材料選擇成用于分送板152，以便實(shí)現(xiàn)此性質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，分送板152可 包括石墨(也稱為石墨化碳)。作為備選或此外，分送板152可包括陶瓷材料，諸如，氧化鋁、耐火土等。
[0026]通常，分送板具有充分的熱性質(zhì)以確保沉積板152始終被大致均勻加熱，同時(shí)在沉積期間使沉積板152與基底14之間的熱交換最大化。例如，分送板152可具有極高的熔點(diǎn)(例如，大約KKKTC )，允許分送板152被加熱至極端溫度，而不用擔(dān)心其熔化或其它方式的破壞(例如，由高溫化學(xué)相互作用或熱沖擊引起)。諸如氧化鋁、熔凝石英和耐火土的陶瓷耐火材料是以它們的熱和化學(xué)穩(wěn)定性為人所知的材料，并且可被大體上認(rèn)為是用于分送板152的候選材料。
[0027]最后，分送板152可具有對(duì)腐蝕和摩擦相對(duì)較高的抵抗力。因此，沉積板152可在沉積頭中使用多次，包括加熱和冷卻，以使層在商業(yè)規(guī)模制造設(shè)置中沉積。
[0028]在具有沉積板152的沉積汽相沉積設(shè)備100中的基底14的實(shí)際溫度升高可取決于許多因素。例如，穿過設(shè)備100的基底14的行進(jìn)速度影響了暴露于汽相沉積設(shè)備100內(nèi)上升溫度的基底14的時(shí)間長(zhǎng)度，并且因此可影響溫度增益。然而，在碲化鎘層形成為大約I到 5 μ m的厚度的特定實(shí)施例中，基底14可在沉積期間同時(shí)在汽相沉積設(shè)備100內(nèi)溫度升高至少大約75°C，諸如，從大約75°C至大約150°C。換言之，基底14的基底溫度可從其在離開汽相沉積設(shè)備100之前進(jìn)入汽相沉積設(shè)備100的初始溫度升高至少15%，諸如，從大約15%至大約25%。
[0029]在一個(gè)實(shí)施例中，分送板152可以以一致的方式構(gòu)成(例如，始終大致相同的成分)。例如,分送板152可按照規(guī)定由高發(fā)射率材料構(gòu)成(例如，基于石墨的材料、陶瓷材料或其組合)。
[0030]在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖6中所示，分送板152可包括具有表面涂層200的芯板
202。表面涂層可存在于頂部表面204上(即，如圖2至5中所示，面朝向加熱分送歧管)，底部表面206上(即，如圖2-5中所示，面朝向傳送穿過所述設(shè)備的基底的上表面的水平傳送平面)，和/或在被限定于分送板152中的孔口 153內(nèi)。例如，表面涂層為在沉積溫度下具有至少0.8的發(fā)射率的高發(fā)射率材料(例如，石墨)。例如，芯板202可由涂布有相對(duì)較高發(fā)射率的表面涂層(例如，石墨、陶瓷等)的具有相對(duì)較低發(fā)射率的鑰、鈦或另一金屬構(gòu)成。
[0031]在另一個(gè)實(shí)施例中，分送板152可包括形成面朝向加熱分送歧管(圖7)的第一表面204的第一層208。此外，如圖7中所示，分送板152還可包括形成了第二表面206的第二層209，第二表面206面朝向基底的上表面的水平傳送平面。在該實(shí)施例中，第一層可具有不同于第二層的第二發(fā)射率的第一發(fā)射率。例如，第一發(fā)射率可高于第二發(fā)射率，或者第一發(fā)射率可低于第二發(fā)射率。第一層和第二層可彼此連接在一起(例如，焊接、軟釬焊或以其它方式附接)。盡管示出的僅具有2層，但應(yīng)當(dāng)理解的是，可使用多層(例如，3、4、5等)來形成分送板152。
[0032]在一個(gè)實(shí)施例中，多層分送板152 (如圖7中所不)還可具有表面涂層(如圖6中所示)。
[0033]通過圖6-7的實(shí)施例中的這些組合材料，分送板152的發(fā)射率可通過改變涂層和/或?qū)拥某叽绾?或成分按期望精細(xì)調(diào)節(jié)。還將理解的是，成分梯度可在給定層內(nèi)產(chǎn)生，例如，如果如此期望，則允許選擇的表面的發(fā)射率穿過分送板152的長(zhǎng)度變化。
[0034]應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，本汽相沉積設(shè)備100不限于在圖1中所示的系統(tǒng)10中使用，而是可組合到被構(gòu)造成用于使薄膜層的汽相沉積到PV模炔基底14上的任何適合的處理線中，并且實(shí)際上可延伸至非PV應(yīng)用中的薄膜的汽相沉積。為了參照和理解可使用汽相沉積設(shè)備100的環(huán)境，下文描述了圖1的系統(tǒng)10，隨后是設(shè)備100的詳細(xì)描述。
[0035]參看圖1，示例性系統(tǒng)10包括由多個(gè)互連模塊限定的真空室12，包括多個(gè)加熱器模塊16，其限定了真空室12的預(yù)熱區(qū)段，基底14被傳送穿過真空室，并且在被傳送到汽相沉積設(shè)備100中之前被加熱到期望的溫度。每一個(gè)模塊16可包括多個(gè)單獨(dú)控制的加熱器18，其中這些加熱器限定了多個(gè)不同的熱區(qū)。特定的熱區(qū)可包括一個(gè)以上的加熱器18。
[0036]真空室12還包括汽相沉積設(shè)備100下游的多個(gè)互連的冷卻模塊20。冷卻模塊20限定了真空室12內(nèi)的冷卻區(qū)段，具有沉積在其上的升華的源材料的薄膜的基底14被傳送穿過冷卻區(qū)段，并且在將基底從系統(tǒng)10除去之前以受控的冷卻速率進(jìn)行冷卻。每一個(gè)模塊20均可包括強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)，其中冷卻介質(zhì)如冷凍水、制冷劑或其它介質(zhì)被泵送穿過構(gòu)造有模塊20的冷卻盤管(未圖不)。
[0037]在系統(tǒng)10的所示實(shí)施例中，至少一個(gè)后加熱模塊22在基底的傳送方向上剛好位于汽相沉積設(shè)備100的下游和冷卻模塊20的上游。當(dāng)基底14的前區(qū)段被傳送出汽相沉積設(shè)備100時(shí)，其移動(dòng)到后加熱模塊22中，后加熱模塊22將基底14的溫度保持在與仍在汽相沉積設(shè)備100內(nèi)的基底的后部部分相同的溫度下。以此方式，當(dāng)后區(qū)段仍在汽相沉積設(shè)備100內(nèi)時(shí)，不允許基底14的前區(qū)段冷卻。如果允許基底14的前區(qū)段在其離開設(shè)備100時(shí)冷卻，則將沿基底14縱向地生成不一致的溫度輪廓。該情況可導(dǎo)致熱應(yīng)力引起的基底破? ο
[0038]如圖1中圖解示出的那樣，供給裝置24被構(gòu)造有汽相沉積設(shè)備100以供應(yīng)源材料如顆粒CdTe。供給裝置24可采用本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的各種構(gòu)造以及功能，以便供應(yīng)源材料，而不中斷設(shè)備100內(nèi)的連續(xù)汽相沉積過程或者基底14經(jīng)由設(shè)備100的傳送。
[0039]仍參看圖1，單獨(dú)基底14首先被放置在負(fù)載傳送器26上，并且隨后被移動(dòng)到進(jìn)入真空鎖站點(diǎn)中，其包括負(fù)載模塊28和緩沖模塊30。〃粗"(即，初始)真空泵32被構(gòu)造有負(fù)載模塊28以抽初始真空，而〃精〃(即，最終)真空泵38被構(gòu)造有緩沖模塊30以將緩沖模塊30中的真空升高至基本上真空室12內(nèi)的真空壓力?；瑒?dòng)閘或滑閥34被可操作地設(shè)置在負(fù)載傳送器26與負(fù)載模塊28之間、負(fù)載模塊28與緩沖模塊30之間，以及緩沖模塊30與真空室12之間。這些閥34由電機(jī)或其它類型的促動(dòng)機(jī)構(gòu)36相繼地促動(dòng)，以便以分步方式將基底14引入真空室12中，而不會(huì)影響室12內(nèi)的真空。
[0040]在系統(tǒng)10的操作中，在真空室12內(nèi)借助于粗和/或精真空泵40的任何組合的方式保持操作真空。為了將基底14引入真空室12中，負(fù)載模塊28和緩沖模塊30首先被排出(利用兩個(gè)模塊之間的滑閥34處于開啟位置)。緩沖模塊30與第一加熱器模塊16之間的滑閥34閉合。負(fù)載模塊28與負(fù)載傳送器26之間的滑閥34被開啟，并且基底14被移動(dòng)到負(fù)載模塊28中。在該點(diǎn)處，第一滑閥34被關(guān)閉，并且粗真空泵32然后在負(fù)載模塊28和緩沖模塊30中抽取初始真空。基底14然后被傳送到緩沖模塊30中，并且負(fù)載模塊28與緩沖模塊30之間的滑閥34被閉合。精真空泵38然后將緩沖模塊30中的真空增大至真空室12中的大致相同的真 空。在該點(diǎn)處，緩沖模塊30與真空室12之間的滑閥34被開啟，并且基底14被傳送至第一加熱器模塊16中。
[0041]退出真空鎖站點(diǎn)被構(gòu)造在最后的冷卻模塊20下游，并且基本上與上文所述的進(jìn)入真空鎖站點(diǎn)相反操作。例如，退出真空鎖站點(diǎn)可包括退出緩沖模塊42和下游的退出鎖模塊44。按順序操作的滑閥34被設(shè)置在緩沖模塊42與最后一個(gè)冷卻模塊20之間，緩沖模塊42與退出鎖模塊44之間，以及退出鎖模塊44與退出傳送器46之間。精真空泵38被構(gòu)造有退出緩沖模塊42，并且粗真空泵32被構(gòu)造有退出鎖模塊44。泵32，38和滑閥34按順序操作來使基底14以分步方式移出真空室12，而不會(huì)損失真空室12內(nèi)的真空狀態(tài)。
[0042]系統(tǒng)10還包括被構(gòu)造成使基底14移入、移動(dòng)穿過和移出真空室12的傳送器系統(tǒng)。在所圖示的實(shí)施例中，該傳送器系統(tǒng)包括多個(gè)單獨(dú)控制的傳送器48，其中各種模塊中的每一個(gè)包括相應(yīng)一個(gè)傳送器48。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，傳送器48的類型或構(gòu)造可變化。在所圖示的實(shí)施例中，傳送器48為具有可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)的滾子的滾子傳送器，這些滾子受到控制以便實(shí)現(xiàn)基底14穿過總體相應(yīng)的模塊和系統(tǒng)10的期望傳送速率。
[0043]如所述的，系統(tǒng)10中的各種模塊和相應(yīng)傳送器中的每一個(gè)單獨(dú)地受到控制以執(zhí)行特定功能。為了這樣控制，單獨(dú)模塊中的每一個(gè)可具有與其構(gòu)造在一起的相關(guān)聯(lián)的單獨(dú)控制器50，以便控制相應(yīng)模塊的單獨(dú)功能。如圖1中示意性示出那樣，多個(gè)控制器50繼而又可與中央系統(tǒng)控制器52連通。中央系統(tǒng)控制器52可監(jiān)測(cè)和控制(經(jīng)由單獨(dú)的控制器50)任何一個(gè)模塊的功能，以便在基底14穿過系統(tǒng)10的處理中實(shí)現(xiàn)總體期望的加熱速率、沉積速率、冷卻速率、傳送速率等。
[0044]參看圖1，對(duì)于單獨(dú)的相應(yīng)傳送器48的單獨(dú)控制，每一個(gè)模塊可包括任何方式的主動(dòng)或被動(dòng)傳感器54，其在它們被傳送穿過模塊時(shí)檢測(cè)基底14的存在。傳感器54與相應(yīng)的模塊控制器50通信，模塊控制器50繼而又與中心控制器52通信。以此方式，單獨(dú)的相應(yīng)傳送器48可控制成確保保持基底14之間的適當(dāng)間距，并且基底14以期望的傳送速率被傳送穿過真空室12。
[0045]圖2至圖5涉及汽相沉積設(shè)備100的特定實(shí)施例。具體參看圖2和圖3，設(shè)備100包括限定了內(nèi)部空間的沉積頭110，其中容器116被構(gòu)造成接收顆粒源材料(未示出)。如提到的那樣，顆粒源材料可由供給裝置或系統(tǒng)24(圖1)經(jīng)由供給管148(圖4)供應(yīng)。供給管148連接到分送器144上，分送器144被設(shè)置在沉積頭110的頂壁114中的開口中。分送器144包括多個(gè)排出端口 146，其被構(gòu)造成將顆粒源材料均勻地分送至容器116中。容器116具有開口頂部，并且可包括內(nèi)部肋條120或其它結(jié)構(gòu)元件的任何構(gòu)造。
[0046]在所圖示的實(shí)施例中，至少一個(gè)熱電偶122被可操作地設(shè)置成穿過沉積頭110的頂壁114，以監(jiān)測(cè)鄰近容器116或在容器116中的沉積頭110內(nèi)的溫度。
[0047]沉積頭110還包括縱向端壁112和側(cè)壁113 (圖5)。具體參看圖5，容器116具有一形狀和構(gòu)造，使得端壁118與頭室110的端壁112被間隔開。如圖5中所示，容器116的側(cè)壁117位于沉積頭的側(cè)壁113附近并且緊鄰側(cè)壁113，以便很小的間隙存在于相應(yīng)的壁之間。如圖2、圖3和圖5所示，利用該構(gòu)造，升華的源材料將流出容器116的開口端部，并且在端壁118上向下流動(dòng)來作為蒸氣119的前幕簾和后幕簾。很少的升華源材料將在容器116的側(cè)壁117上流動(dòng)。
[0048]加熱分送歧管124被設(shè)置在容器116下方。該分送歧管124可采用本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的構(gòu)造，并且用于間接地加熱容器116，以及分送從容器116流出的升華源材料。在所圖示的實(shí)施例中，加熱分送歧管124具有蛤殼構(gòu)造，其包括上殼部件130和下殼部件132。每一個(gè)殼部件130，132包括其中的凹口，當(dāng)殼體部件如圖2和3中所示那樣匹配在一起時(shí)凹口限定了腔134。加熱器元件128設(shè)置在腔134內(nèi)，并且用于加熱分送歧管124至足以間接地加熱容器116內(nèi)的源材料以引起源材料升華的程度。加熱器元件128可由與源材料蒸氣反應(yīng)的材料制成，并且在此方面，殼部件130，132還用于將加熱器元件128與源材料蒸氣的接觸隔離開。由分送歧管124生成的熱還足以防止升華的源材料在頭室110的構(gòu)件上析出。期望的是，頭室110中的最冷構(gòu)件為被傳送穿過其的基底14的上表面，以便確保升華的源材料涂鍍到基底上，而不是在頭室110的構(gòu)件上。
[0049]仍參看圖2和圖3，加熱分送歧管124包括被限定為穿過其的多個(gè)通路126。這些通路具有一形狀和構(gòu)造，以便將升華的源材料朝向下方的基底14(圖4) 一致地分送。
[0050]在所圖示的實(shí)施例中，如圖4中所示，分送板152被設(shè)置在分送歧管124下方離下方基底14的上表面的水平面有限定距離處。例如，該距離可在大約0.3cm至大約4.0cm之間。在特定實(shí)施例中，該距離為大約1.0cm。分送板152下方的基底的傳送速率例如可在大約IOmm/秒至大約40mm/秒的范圍內(nèi)。在特定實(shí)施例中，例如，該速率可為大約20mm/秒。涂布到基底14的上表面上的CdTe膜層的厚度可在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)變化，并且例如可為大約I微米至大約5微米。在特定實(shí)施例中，膜厚度可為大約3微米。如上文更詳細(xì)所述，分送板152為高發(fā)射率分送板152。
[0051]如前文提到的那樣，如圖5中所示，升華的源材料的較大部分將流出容器116來作為蒸氣119的前幕簾和后幕簾。盡管蒸氣119的這些幕簾將在穿過分送板152之前沿縱向方向擴(kuò)散一定程度，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，不太可能實(shí)現(xiàn)升華的源材料沿縱向方向的一致分送。換言之，相比于分送板的中間部分，大部分升華的源材料將經(jīng)由分送板152的縱向端部區(qū)段進(jìn)行分送。然而，如上文所述，由于系統(tǒng)10以恒定(不停)的線速度傳送基底14穿過汽相沉積設(shè)備100，故基底14的上表面將暴露于相同的沉積環(huán)境，而不管沿設(shè)備100的縱向方面的蒸氣分送的任何不一致。分送歧管124的通路126和分送板152中的孔確保了汽相沉積設(shè)備100的橫向方面的升華的源材料的相對(duì)一致的分送。只要保持蒸氣的一致橫向方面，則相對(duì)一致的薄膜層可沉積在基底14的上表面上，而不管沿設(shè)備100的縱向方面的汽相沉積的任何不一致。
[0052]如圖中所圖示的，可能期望包括容器116與分送歧管124之間的碎屑防護(hù)物150。該防護(hù)物150包括被限定為穿過其的孔(其可大于或小于分送板152的孔的尺寸)，并且如下文更詳細(xì)所述，主要用于保持任何顆粒或粒狀源材料免于穿過和可能干擾分送歧管124的可動(dòng)構(gòu)件的操作。換言之，碎屑防護(hù)物150可被構(gòu)造成充當(dāng)可呼吸的篩，其阻止顆粒通過，而基本上不干擾蒸氣119流過防護(hù)物150。
[0053]具體參看圖2至4，期望著設(shè)備100包括在頭室110的每一個(gè)縱向端部處的沿橫向延伸的密封件154。在所圖示的實(shí)施例中，密封件限定了在頭室110的縱向端部處的進(jìn)入槽口 156和退出槽口 158。如圖4中所示，這些密封件154被設(shè)置在基底14的上表面上方一距離處，該距離小于基底14的表面與分送板152之間的距離。密封件154有助于保持基底上方的沉積區(qū)域中的升華的源材料。換言之，密封件154防止升華的源材料經(jīng)由設(shè)備100的縱向端部"漏 出"。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，密封件154可由任何適合的結(jié)構(gòu)限定。在所圖示的實(shí)施例中，密封件154實(shí)際上由加熱分送歧管124的下殼部件132的構(gòu)件限定。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，密封件154可與汽相沉積設(shè)備100的其它結(jié)構(gòu)協(xié)作來提供密封功能。例如，密封件可接合沉積區(qū)域中的下方的傳送器組件的結(jié)構(gòu)。
[0054]沿縱向延伸的密封結(jié)構(gòu)155的任何方式還可被構(gòu)造有提供沿其縱向側(cè)的密封件的設(shè)備100。參看圖2和圖3，該密封結(jié)構(gòu)155可包括沿縱向延伸的側(cè)部件，其被大體上設(shè)置成離下方的傳送表面的上表面盡可能得靠近，以便阻止升華的源材料的流出，而不會(huì)摩擦地接合傳送器。
[0055]參看圖2和圖3，所圖示的實(shí)施例包括被設(shè)置在分送歧管124上方的可動(dòng)閘板136。該閘板136包括被限定為穿過其的多個(gè)通路138，其與如圖3中所示的閘板136的第一操作位置上的分送歧管124中的通路126對(duì)準(zhǔn)。如可從圖3中容易地認(rèn)識(shí)到的那樣，在該閘板136的該操作位置，升華的源材料是自由的流過閘板136并且穿過分送歧管124中的通路126，以便用于隨后分送穿過板152。參看圖2，閘板136可關(guān)于分送歧管124的上表面移動(dòng)至第二操作位置，其中閘板136中的通路138與分送歧管124中的通路126失準(zhǔn)。在該構(gòu)造中，升華的源材料被阻擋而不能穿過分送歧管124，并且基本上容納在頭室110的內(nèi)部容積內(nèi)。任何適合的促動(dòng)機(jī)構(gòu)(大體上140)可被構(gòu)造成用于使閘板136在第一操作位置與第二操作位置之間移動(dòng)。在所圖示的實(shí)施例中，促動(dòng)機(jī)構(gòu)140包括桿142和將桿142連接到閘板136上的任何方式的適合的連桿結(jié)構(gòu)。桿142由位于頭室110外的任何方式的機(jī)構(gòu)來旋轉(zhuǎn)。
[0056]圖2和圖3中所圖示的閘板136構(gòu)造特別有益，其中如期望地那樣，升華的源材料可以很快且容易地容納在頭室110內(nèi)，并且被防止穿過傳送單元上方的沉積區(qū)域。例如，這在系統(tǒng)10啟動(dòng)期間，在頭室內(nèi)的蒸氣119的濃度累積到足以開始沉積過程的程度時(shí)是期望的。同樣，在系統(tǒng)停機(jī)期間，可能期望保持頭室110內(nèi)的升華的源材料以防止材料冷凝在傳送器或設(shè)備100的其它構(gòu)件上。
[0057]參看圖4，氣相沉積設(shè)備100還可包括被設(shè)置在頭室110下方的傳送器160。相比于上文參照?qǐng)D1的系統(tǒng)10所述的傳送器48，該傳送器160可被獨(dú)特地構(gòu)造成用于沉積過程。例如，傳送器160可為整裝傳送單元，其包括連續(xù)循環(huán)傳送器，在分送板152的下方，基底14被支承在傳送器上。在所圖示的實(shí)施例中，傳送器160由多個(gè)條板162限定，條板162向基底14提供平的未破裂(即，條板之間沒有間隙)的支承表面。條板傳送器以無限循環(huán)圍繞鏈輪164驅(qū)動(dòng)。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，本發(fā)明不限于用于使基底14移動(dòng)穿過汽相沉積設(shè)備100的任何特定類型的傳送器160。
[0058]本發(fā)明還涵蓋用于汽相沉積升華的源材料以在基底上形成薄膜的各種方法實(shí)施例，舉例來說，基底可為PV模塊。各種方法可以以上文所述的系統(tǒng)實(shí)施例來實(shí)施，或者通過任何其它構(gòu)造的適合的系統(tǒng)構(gòu)件來實(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。
[0059]在特定實(shí)施例中，汽相沉積方法包括將源材料供應(yīng)至沉積頭內(nèi)的容器，并且利用熱源部件間接地加熱容器來升華源材料。升華的源材料被引導(dǎo)出容器，并且在沉積頭內(nèi)向下穿過熱源部件。單獨(dú)的基底在熱源部件下方傳送。穿過熱源的升華的源材料被分送在基底的上表面上，使得沿其輸送方向的基底的前區(qū)段和后區(qū)段經(jīng)歷相同的汽相沉積條件，以便在基底的上表面上實(shí)現(xiàn)期望的均勻厚度的薄膜層。
[0060]在獨(dú)特的方法實(shí)施例中，升華的源材料從容器主要以橫向延伸的前幕簾和后幕簾的形式關(guān)于基底的傳送方向來進(jìn)行引導(dǎo)。升華的源材料的幕簾朝基底的上表面被向下引導(dǎo)穿過熱源部件。升華的 源材料的這些前幕簾和后幕簾可在穿過熱源部件之后關(guān)于基底的傳送方向沿縱向分送成一定程度。
[0061]在又一個(gè)獨(dú)特方法實(shí)施例中，如上文所述，用于升華的源材料穿過熱源的通路可利用外部促動(dòng)的阻塞機(jī)構(gòu)來進(jìn)行堵塞。
[0062]期望的是，方法實(shí)施例包括在汽相沉積過程期間以大致恒定的線速度連續(xù)地傳送基底。
[0063]本書面說明使用了包括最佳模式的實(shí)例來公開本發(fā)明的某些實(shí)施例，并且還使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的某些實(shí)施例，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何組合方法。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員構(gòu)想出的其它實(shí)例。如果這些其它的實(shí)例包括并非不同于本權(quán)利要求的書面語言的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它實(shí)例包括與本權(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，則確定這些實(shí)例在本權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于使升華的源材料的汽相沉積作為基底上的薄膜的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 沉積頭； 容器，其設(shè)置在所述沉積頭中，所述容器被構(gòu)造成用于接收源材料； 加熱分送歧管，其設(shè)置在所述容器下方，所述加熱分送歧管被構(gòu)造成將所述容器加熱至足以使所述源材料在所述容器內(nèi)升華的程度；以及 沉積板，其設(shè)置在所述分送歧管下方并且在被傳送穿過所述設(shè)備的基底的上表面的水平傳送平面上方的限定距離處，所述分送板限定了穿過其的通路的圖案，其進(jìn)一步分送穿過所述分送歧管的所述升華的源材料，其中所述分送板在沉積期間的板溫度下具有大約0.7至理論上最大1.0的范圍內(nèi)的發(fā)射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述分送板在沉積期間的所述板溫度下具有大約0.85至大約0.95的發(fā)射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述分送板包括石墨。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述分送板包括陶瓷材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述陶瓷材料包括氧化鋁。
6.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述分送板包括具有表面涂層的芯板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述表面涂層包括高發(fā)射率材料，所述高發(fā)射率材料在沉積期間的板溫度下具有大約0.7至理論上最大1.0的范圍內(nèi)的發(fā)射率。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述表面涂層包括石墨。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述分送板包括第一層和第二層，其中所述第一層面朝向所述加熱分送歧管，并且所述第二層面朝向所述基底的所述上表面的水平傳送平面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一層具有第一發(fā)射率，并且所述第二層具有第二發(fā)射率，其中所述第一發(fā)射率不同所述第二發(fā)射率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一發(fā)射率高于所述第二發(fā)射率。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一發(fā)射率低于所述第二發(fā)射率。
13.一種用于使升華的源材料的汽相沉積作為基底上的薄膜的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 沉積頭； 容器，其設(shè)置在所述沉積頭中，所述容器被構(gòu)造成用于接收源材料； 加熱分送歧管，其設(shè)置在所述容器下方，所述加熱分送歧管被構(gòu)造成將所述容器加熱至足以使源材料在所述容器內(nèi)升華的程度；以及， 沉積板，其設(shè)置在所述分送歧管下方并且在被傳送穿過所述設(shè)備的基底的上表面的水平傳送平面上方的限定距離處，所述分送板限定了穿過其的通路的圖案，其進(jìn)一步分送穿過所述分送歧管的所述升華的源材料，其中所述分送板包括面朝向所述加熱分送歧管的第一層以及面朝向所述基底的所述上表面的水平傳送平面的第二層，并且其中所述第一層具有第一發(fā)射率，并且所述第二層具有第二發(fā)射率，其中在沉積期間的板溫度下所述第一發(fā)射率低于所述第二發(fā)射率。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二層包括石墨。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二層包括陶瓷材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，所述陶瓷材料包括氧化鋁。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二層包括具有至少0.8的發(fā)射率的高發(fā)射率材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一層被焊接到所述第二層上。
19.一種用于升華的源材料的汽相沉積在基底上形成薄膜的方法，所述方法包括: 將源材料供應(yīng)至沉積頭內(nèi)的容器； 利用設(shè)置在所述容器下方的熱源部件來間接地加熱所述容器以使所述源材料升華，其中所述升華的源材料在所述沉積頭內(nèi)被向下引導(dǎo)穿過所述熱源部件； 將單獨(dú)的基底傳送到所述熱源部件下方；以及 分送穿過所述熱源部件經(jīng)由分送板到達(dá)所述基底的上表面上的所述升華的源材料，所述分送板被定位在所述基底的所述上表面與所述熱源部件之間，其中所述分送板被定位成離所述基底的所述上表面大約5mm到大約50mm，并且其中所述分送板具有足夠的發(fā)射率，使得當(dāng)所述分送板由所述熱源部件加熱至板溫度時(shí)，所述基底在大約20秒或更短內(nèi)從初始基底溫度加熱至 少75 °C。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述分送板具有大約70(TC至大約800°C的板溫度。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK104024466SQ201280066366
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月8日
【發(fā)明者】M.J.帕沃爾, C.拉思維格 申請(qǐng)人:初星太陽能公司