專利名稱：用于襯底上的薄膜層的持續(xù)淀積和處理的氣相淀積過(guò)程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題大體涉及用于在制造碲化鎘光伏裝置期間淀積薄膜的方法和系統(tǒng)。更具體而言，本文公開的主題大體涉及用于在制造碲化鎘光伏裝置期間淀積碲化鎘層以及隨后進(jìn)行氯化鎘處理的一體化系統(tǒng)，以及它們的使用方法。
背景技術(shù)：
基于作為光反應(yīng)性成分的與硫化鎘(CdS)配對(duì)的碲化鎘(CdTe)的薄膜光伏(PV) 模塊(也稱為“太陽(yáng)能板”)在工業(yè)中正獲得廣泛接受和關(guān)注。CdTe是具有特別適于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電的特性的半導(dǎo)體材料。例如，CdTe具有1. 45eV的能帶隙，這使其與在歷史上用于太陽(yáng)能電池應(yīng)用中的更低帶隙的半導(dǎo)體材料(例如對(duì)于硅為大約1. IeV)相比能夠從太陽(yáng)光譜中轉(zhuǎn)換更多的能量。而且，與更低帶隙的材料相比，CdTe會(huì)在更低的或散射光條件下轉(zhuǎn)換輻射能，并且因而與其它傳統(tǒng)材料相比，在白天的時(shí)間里或在多云條件下具有更長(zhǎng)的有效轉(zhuǎn)換時(shí)間。η型層和ρ型層的結(jié)一般負(fù)責(zé)在CdTe PV模塊暴露于諸如陽(yáng)光的光能時(shí)產(chǎn)生電勢(shì)和電流。具體而言，碲化鎘(CdTe)層和硫化鎘(CdS)形成ρ-η異質(zhì)結(jié)，其中CdTe層用作ρ 型層(即正的電子接收層)，而CdS層用作η型層(即負(fù)的電子貢獻(xiàn)層)。自由載體對(duì)由光能產(chǎn)生，并且然后被Ρ-η異質(zhì)結(jié)分開而產(chǎn)生電流。在CdTe模塊的生產(chǎn)期間，CdTe PV模塊的表面典型地被冷卻，被輸送到后續(xù)處理設(shè)備以進(jìn)行氯化鎘處理(例如氯化鎘洗滌)，并且然后隨后被退火。加熱、冷卻和再加熱的這個(gè)過(guò)程在能量消耗和成本兩者方面是效率低的。另外，碲化鎘層在被輸送到后續(xù)處理設(shè)備期間暴露于環(huán)境。這種暴露可導(dǎo)致額外的大氣材料被引入碲化鎘層中，這可導(dǎo)致雜質(zhì)被引入CdTe PV模塊中。另外，室內(nèi)大氣自然地隨時(shí)間而改變，從而對(duì)CdTe PV模塊的大規(guī)模制造過(guò)程增加了變數(shù)。這樣的雜質(zhì)和額外的變數(shù)可導(dǎo)致同一生產(chǎn)線和過(guò)程中有不一致的 CdTe PV 模塊。因而，存在對(duì)用于減少雜質(zhì)和額外的變數(shù)引入制造CdTe PV模塊的大規(guī)模制造過(guò)程中以及提高該過(guò)程的能量效率的方法和系統(tǒng)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
將在以下描述中部分地闡述本發(fā)明的各方面和優(yōu)點(diǎn)，或者根據(jù)描述，本發(fā)明的各方面和優(yōu)點(diǎn)可為顯而易見(jiàn)的，或者可通過(guò)實(shí)踐本發(fā)明來(lái)學(xué)習(xí)本發(fā)明的各方面和優(yōu)點(diǎn)。大體提供了一種用于使升華的源材料作為薄膜而按順序氣相淀積到光伏(PV)模塊襯底上且對(duì)該薄膜進(jìn)行氣相處理的一體化設(shè)備。該設(shè)備可包括裝載真空室、第一氣相淀積室和第二氣相淀積室，它們一體地連接成使得輸送通過(guò)設(shè)備的襯底保持在小于大約760 托的系統(tǒng)壓力處。裝載真空室可連接到構(gòu)造成將裝載真空室內(nèi)的壓力降低到初始裝載壓力的裝載真空泵上。傳送器系統(tǒng)可以可操作地設(shè)置在設(shè)備內(nèi)，并且構(gòu)造成以串行布置來(lái)以受控的速度將襯底輸送到裝載真空室中且輸送通過(guò)其中，輸送到第一氣相淀積室中且輸送通過(guò)其中，以及輸送到第二氣相淀積室中且輸送通過(guò)其中。還提供了用于制造薄膜碲化鎘薄膜光伏裝置的過(guò)程。首先可將襯底轉(zhuǎn)移到連接到裝載真空泵上的裝載真空室中，并且使用裝載真空泵來(lái)在裝載真空室中抽真空，直到在裝載真空室中達(dá)到初始裝載壓力為止。然后可將襯底從裝載真空室輸送到第一氣相淀積室中。第一氣相淀積室包括源材料(例如碲化鎘)，并且可通過(guò)加熱源材料以產(chǎn)生淀積到襯底上的源蒸氣來(lái)使碲化鎘層淀積到襯底上。然后可將襯底從第一氣相淀積室輸送到第二氣相淀積室中。第二氣相淀積室包括處理材料(例如氯化鎘)，并且可通過(guò)加熱處理材料以產(chǎn)生淀積到襯底上的處理蒸氣來(lái)處理碲化鎘層。在該過(guò)程中，在小于大約760托的系統(tǒng)壓力處將襯底輸送通過(guò)第一氣相淀積室和第二氣相淀積室。參照以下描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，或者根據(jù)描述或權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)可為顯而易見(jiàn)的，或者可通過(guò)實(shí)踐本發(fā)明來(lái)學(xué)習(xí)本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。


在說(shuō)明書中闡述了本發(fā)明的完整和能夠?qū)嵤┑墓_，包括其最佳模式，說(shuō)明書參照了附圖，其中圖1是可結(jié)合本發(fā)明的氣相淀積設(shè)備的實(shí)施例的系統(tǒng)的平面圖；圖2是成第一操作構(gòu)造的、根據(jù)本發(fā)明的各方面的氣相淀積設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的截面圖；圖3是成第二操作構(gòu)造的圖2的實(shí)施例的截面圖；圖4是與襯底傳送器協(xié)作的圖2的實(shí)施例的截面圖；圖5是在圖2的實(shí)施例內(nèi)的容器構(gòu)件的俯視圖；以及，圖6表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性過(guò)程的圖示。部件列表10示例性系統(tǒng)12進(jìn)入真空鎖緊臺(tái)13加熱臺(tái)14單獨(dú)的襯底15離開真空鎖緊臺(tái)16第一加熱器模塊18加熱器19第一氣相淀積室20 室21第二淀積室22至少一個(gè)后熱室23第一冷卻室24進(jìn)料裝置25第二進(jìn)料裝置26裝載傳送器
27退火室
28裝載模塊
30裝載緩沖室
32粗真空泵
34第一閥
36促動(dòng)機(jī)構(gòu)
38高真空泵
40高真空泵
42緩沖模塊
44下游離開鎖緊
46離開傳送器
48傳送器
50相關(guān)聯(lián)的獨(dú)立
52中央控制器
54傳感器
100設(shè)備
110淀積頭
112端壁
113側(cè)壁
114頂壁
116容器
117側(cè)壁
118端壁
119蒸氣
120內(nèi)部肋
122熱電偶
124分配歧管
126通道
128加熱器元件
130殼部件
132下部殼部件
134腔體
136遮板
138通道
140促動(dòng)機(jī)構(gòu)
142桿
144分配器
146排出端口
148進(jìn)料管
150碎片防護(hù)件152分配板154密封件155密封結(jié)構(gòu)156 進(jìn)入槽口158 離開槽口160傳送器162 板條164 鏈輪600 過(guò)程602、604、606、608、610、612、614、616、618、620 步驟
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)參照，在圖中示出了實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例。提供各個(gè)實(shí)例來(lái)作為對(duì)本發(fā)明的闡述，而非對(duì)本發(fā)明的限制。實(shí)際上，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將為顯而易見(jiàn)的是，可在不偏離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，在本發(fā)明中作出各種修改和改變。例如，被示為或描述成一個(gè)實(shí)施例的一部分的特征可用于另一個(gè)實(shí)施例，以產(chǎn)生又一個(gè)實(shí)施例。因此，意圖的是本發(fā)明包含落在所附權(quán)利要求及其等效方案的范圍內(nèi)的這樣的修改和改變。在本公開中，當(dāng)將層描述為在另一個(gè)層或襯底“上”或“上面”時(shí)，將理解，層或者可直接接觸彼此或者在層之間具有另一個(gè)層或特征。因而，這些用語(yǔ)只是描述層相對(duì)于彼此的相對(duì)位置，而未必意味著“在頂部上”，因?yàn)橄鄬?duì)位置上方或下方取決于裝置相對(duì)于觀察者的定向。另外，雖然本發(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(yǔ)“薄”大體指的是具有小于大約10微米(“微米”或“ym”)的厚度的膜層。圖1示出了可結(jié)合至少兩個(gè)氣相淀積設(shè)備100 (圖2至5)的系統(tǒng)10的一個(gè)實(shí)施例，該至少兩個(gè)氣相淀積設(shè)備100按順序定位在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的構(gòu)造成將薄膜層淀積在光伏(PV)模塊襯底14 (下文稱其為“襯底”)上且進(jìn)行后續(xù)處理的系統(tǒng)內(nèi)。薄膜可為例如碲化鎘(CdTe)的膜層，而后續(xù)處理可為例如對(duì)碲化鎘膜層進(jìn)行的氯化鎘處理。應(yīng)當(dāng)理解，本系統(tǒng)10不限于圖2-5中示出的氣相淀積設(shè)備100?？稍谙到y(tǒng)10中使用其它氣相淀積設(shè)備來(lái)使薄膜層氣相淀積到PV模塊襯底14上。參看圖1，最初將單獨(dú)的襯底14置于裝載傳送器沈上，并且隨后使襯底14運(yùn)動(dòng)到進(jìn)入真空鎖緊臺(tái)12上，進(jìn)入真空鎖緊臺(tái)12包括裝載真空室觀和裝載緩沖室30。為裝載真空室觀構(gòu)造了 “粗”(即初始)真空泵32，以抽初始裝載壓力，并且為裝載緩沖室30構(gòu)造了 “高”(即最終)真空泵38，以使裝載緩沖室30中的真空增大(即降低初始裝載壓力)， 以降低進(jìn)入真空鎖緊臺(tái)12內(nèi)的真空壓力。閥34(例如閘門型狹縫閥或旋轉(zhuǎn)型瓣閥)可操作地設(shè)置在裝載傳送器沈和裝載模塊觀之間，在裝載真空室洲和裝載緩沖室30之間，以及在裝載真空室30和加熱臺(tái)13之間。這些閥34按順序由馬達(dá)或其它類型的促動(dòng)機(jī)構(gòu)36 促動(dòng)，以便以逐步的方式將襯底14引入真空臺(tái)12中，而不影響后續(xù)加熱臺(tái)12內(nèi)的真空。
在系統(tǒng)10的運(yùn)行中，通過(guò)粗真空泵和/或高真空泵40的任何組合來(lái)在系統(tǒng)10中保持工作真空。為了將襯底14引入裝載真空臺(tái)12中，最初對(duì)裝載真空室觀和裝載緩沖室 30通氣(兩個(gè)模塊之間的閥34在打開位置上)。關(guān)閉在裝載緩沖室30和第一加熱器模塊 16之間的閥34。打開在裝載真空室觀和裝載傳送器沈之間的閥34，并且使襯底14運(yùn)動(dòng)到裝載真空室觀中。這時(shí)，關(guān)上第一閥34，并且粗真空泵32然后在裝載真空室觀和裝載緩沖室30中抽初始真空。襯底14然后傳送到裝載緩沖室30中，并且關(guān)閉裝載真空室觀和裝載緩沖室30之間的閥34。高真空泵38然后將裝載緩沖室30中的真空提高到與加熱臺(tái)13中的真空大致相同。這時(shí)，打開裝載緩沖室30和加熱臺(tái)13之間的閥34，并且將襯底 14傳送到第一加熱器模塊16中。因而，首先通過(guò)裝載真空室觀來(lái)將襯底14輸送到示例性系統(tǒng)10中，裝載真空室 28將裝載真空室12中的真空抽到初始裝載壓力。例如，初始裝載壓力可小于大約250毫托，例如大約1毫托至大約100毫托。可選地，裝載緩沖室可將壓力降低到大約1X10—7托至大約1X10_4托，并且然后被系統(tǒng)10內(nèi)的后續(xù)室中(例如在濺射淀積室112內(nèi))的惰性氣體(例如氬氣)回填至淀積壓力(例如大約10毫托至大約100毫托)。然后可將襯底14輸送到包括加熱室16的加熱臺(tái)13中且輸送通過(guò)其中。該多個(gè)加熱室16限定系統(tǒng)10的預(yù)熱區(qū)段13，襯底14傳送通過(guò)該預(yù)熱區(qū)段13，并且在傳送到氣相淀積室19中之前被加熱到第一淀積溫度。各個(gè)加熱室16可包括多個(gè)受獨(dú)立控制的加熱器 18，加熱器限定多個(gè)不同的熱區(qū)。特定的熱區(qū)可包括不止一個(gè)加熱器18。加熱室16可將襯底14加熱到淀積溫度，例如大約350°C至大約60(TC。雖然顯示了具有三個(gè)加熱室16，但是可使用任何適合數(shù)量的加熱室16。然后可將襯底14轉(zhuǎn)移到第一氣相淀積室19中且輸送通過(guò)其中，以使薄膜淀積到襯底14上，例如碲化鎘薄膜。第一氣相淀積室19可包括淀積設(shè)備100，例如圖2-5中顯示的以及下面更加詳細(xì)地論述的那樣。如圖1以圖解的方式示出的那樣，為氣相淀積設(shè)備100 構(gòu)造了第一進(jìn)料裝置24，以供應(yīng)源材料，例如粒狀碲化鎘。進(jìn)料裝置M可采取在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的各種構(gòu)造，并且用來(lái)供應(yīng)源材料，而不中斷設(shè)備100內(nèi)的持續(xù)的氣相淀積過(guò)程或者襯底14通過(guò)設(shè)備100的傳送。在薄膜淀積到第一氣相淀積室19中之后，襯底14可輸送到第二氣相淀積室21中且輸送通過(guò)其中，以對(duì)薄膜進(jìn)行后續(xù)氣相處理。第二氣相淀積室21也可包括淀積設(shè)備100， 例如圖2-5中顯示的那樣。如圖1以圖解的方式示出的那樣，為氣相淀積設(shè)備100構(gòu)造了第二進(jìn)料裝置25，以供應(yīng)處理材料，例如氯化鎘。第二進(jìn)料裝置M可采取在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的各種構(gòu)造，并且用來(lái)供應(yīng)源材料，而不中斷設(shè)備100內(nèi)的持續(xù)的氣相淀積過(guò)程或者襯底14通過(guò)設(shè)備100的傳送。因而，可用系統(tǒng)10內(nèi)的氯化鎘來(lái)處理襯底14上的碲化鎘薄膜，而不預(yù)先暴露于外部環(huán)境。在第一氣相淀積室19和第二氣相淀積室21之間的是加熱室，襯底14可輸送到后熱室22和第一冷卻室23中且輸送通過(guò)其中。在系統(tǒng)10的示出的實(shí)施例中，至少一個(gè)后熱室22沿襯底14的傳送方向位于氣相淀積設(shè)備100的直接下游以及第二氣相淀積室21的上游。后熱室22保持襯底14的受控的加熱分布，直到整個(gè)襯底運(yùn)動(dòng)出第一氣相淀積室19 為止，以防止對(duì)襯底14有損害，例如不受控的或劇烈的熱應(yīng)力造成的扭曲或斷裂。如果允許襯底14的前區(qū)段在其離開設(shè)備100時(shí)以過(guò)度的速率冷卻，則將沿著襯底14沿縱向產(chǎn)生潛在地有害的溫度梯度。這種狀況會(huì)導(dǎo)致襯底由于熱應(yīng)力而斷裂、破裂或扭曲。然后，在進(jìn)入第二氣相淀積室21之前，襯底14可在第一冷卻室23中冷卻到氣相處理溫度。例如，在進(jìn)入第二氣相淀積室21之前，第一冷卻室23可隨后將襯底冷卻到小于淀積溫度的氣相處理溫度。處理溫度可為例如大約20°C至大約下面論述的退火溫度?？蓪⒁r底14從第二氣相淀積室21輸送到由加熱器18加熱的退火室27中。在用氯化鎘蒸氣處理碲化鎘層之后，可通過(guò)將襯底14加熱到350°C至大約500°C的退火溫度來(lái)使襯底14在退火室27中退火，例如大約375°C至大約450°C或大約390°C至大約420°C。冷卻室20定位在第一氣相淀積室19和第二淀積室21的下游。在襯底14被從系統(tǒng)10中移除之前，冷卻室20允許具有經(jīng)處理的薄膜的襯底14被傳送且以受控的冷卻速率冷卻。冷卻室20可包括強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)，其中，諸如冷凍水、冷卻劑、氣體或其它介質(zhì)的冷卻介質(zhì)被泵送通過(guò)為室20構(gòu)造的冷卻螺旋管(未示出)。在其它實(shí)施例中，可在系統(tǒng)10中使用多個(gè)冷卻室20。離開真空鎖緊臺(tái)15構(gòu)造在冷卻室20的下游，并且與上面描述的進(jìn)入真空鎖緊臺(tái) 12基本相反地操作。例如，離開真空鎖緊臺(tái)15可包括離開緩沖模塊42和下游離開鎖緊模塊44。按順序操作的閥34設(shè)置在緩沖模塊42和最后一個(gè)冷卻模塊20之間，在緩沖模塊42 和離開鎖緊模塊44之間，以及在離開鎖緊模塊44和離開傳送器46之間。為離開緩沖模塊 42構(gòu)造了高真空泵38，并且為離開鎖緊模塊44構(gòu)造了粗真空泵32。泵32、38和閥34按順序操作，以便以逐步的方式使襯底14運(yùn)動(dòng)出系統(tǒng)10，而不損失系統(tǒng)10內(nèi)的真空條件。系統(tǒng)10還包括構(gòu)造成使襯底14運(yùn)動(dòng)進(jìn)入、通過(guò)且離開裝載真空臺(tái)12、預(yù)熱臺(tái)12、 第一氣相淀積室19、后熱室22、第一冷卻室23、第二氣相淀積室21、退火室27和第二冷卻室20中的各個(gè)的傳送器系統(tǒng)。在示出的實(shí)施例中，此傳送器系統(tǒng)包括多個(gè)單獨(dú)控制的傳送器48，多種模塊中的各個(gè)包括傳送器48中的相應(yīng)的一個(gè)。應(yīng)當(dāng)理解，傳送器48的類型或構(gòu)造可有所變化。在示出的實(shí)施例中，傳送器48是具有可被旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)的滾子的滾子傳送器，滾子傳送器被控制，以便實(shí)現(xiàn)襯底14通過(guò)相應(yīng)的模塊和整個(gè)系統(tǒng)10的期望的傳送速率。如所描述的那樣，獨(dú)立地控制系統(tǒng)10中的各種模塊和相應(yīng)的傳送器中的各個(gè)來(lái)執(zhí)行特定功能。對(duì)于這種控制，各個(gè)單獨(dú)的模塊可具有為其構(gòu)造的相關(guān)聯(lián)的獨(dú)立的控制器 50，以控制相應(yīng)的模塊的單獨(dú)的功能。該多個(gè)控制器50又可與中央系統(tǒng)控制器52通訊，如圖1中以圖解的方式所示出的那樣。中央系統(tǒng)控制器52可監(jiān)測(cè)和控制(通過(guò)獨(dú)立的控制器50)模塊中的任一個(gè)的功能，以便在處理通過(guò)系統(tǒng)10的襯底14時(shí)，實(shí)現(xiàn)整體的期望的加熱速率、淀積速率、冷卻速率、傳送速率等。參看圖1，為了獨(dú)立地控制單獨(dú)的相應(yīng)的傳送器48，各個(gè)模塊可包括任何方式的有源或無(wú)源傳感器54，當(dāng)襯底14被傳送通過(guò)模塊時(shí)，傳感器M探測(cè)襯底14的存在性。傳感器討與相應(yīng)的模塊控制器50通訊，模塊控制器50又與中央控制器52通訊。照這樣，就可控制單獨(dú)的相應(yīng)的傳送器48，以確保在襯底14之間保持恰當(dāng)間距，以及確保襯底14以期望的傳送速率被傳送通過(guò)真空室12。圖2至5涉及可用于第一氣相淀積室19和/或第二氣相淀積室21中的任一個(gè)或兩者的氣相淀積設(shè)備100的一個(gè)特定的實(shí)施例。特別參看圖2和3，設(shè)備100包括限定內(nèi)部空間的淀積頭110，在該內(nèi)部空間中構(gòu)造容器116來(lái)接收源材料(未顯示)或處理材料。如提到的那樣，源材料或處理材料可分別由進(jìn)料裝置或系統(tǒng)對(duì)、25通過(guò)進(jìn)料管148(圖4)來(lái)供應(yīng)。進(jìn)料管148連接到設(shè)置在淀積頭110的頂壁114中的開口中的分配器144上。分配器144包括構(gòu)造成將粒狀源材料均勻地分配到容器116中的多個(gè)排出端口 146。容器116 具有開放式頂部，并且可包括任何構(gòu)造的內(nèi)部肋120或其它結(jié)構(gòu)元件。在示出的實(shí)施例中，通過(guò)淀積頭110的頂壁114而操作地設(shè)置至少一個(gè)熱電偶 122，以監(jiān)測(cè)淀積頭110內(nèi)的在容器116的附近或在容器116中的溫度。淀積頭110還包括縱向端壁112和側(cè)壁113(圖5)。特別參看圖5，容器116具有使得容器116的沿橫向延伸的端壁118與頭室110的端壁112間隔開的形狀和構(gòu)造。容器 116的沿縱向延伸的側(cè)壁117定位成鄰近且緊鄰淀積頭的側(cè)壁113，使得相應(yīng)的壁之間存在非常小的空隙，如圖5中描繪的那樣。關(guān)于這個(gè)構(gòu)造，升華的源材料將流出容器116的開放式頂部，并且向下流過(guò)橫向端壁118，作為上面的蒸氣119的前幕和后幕，如圖2、3和5中的流動(dòng)線所描繪的那樣。非常少的升華的源材料將流過(guò)容器116的側(cè)壁117。蒸氣119幕 “沿橫向”定向，因?yàn)樗鼈冄由炜邕^(guò)淀積頭110的大體垂直于襯底通過(guò)系統(tǒng)的傳送方向的橫向尺寸。受加熱的分配歧管IM設(shè)置在容器116的下方。這個(gè)分配歧管IM可采取在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的各種構(gòu)造，并且用來(lái)間接地加熱容器116，以及分配從容器116中流出的升華的源材料。在示出的實(shí)施例中，受加熱的分配歧管1 具有包括上部殼部件130和下部殼部件132的蛤殼構(gòu)造。殼部件130、132中的各個(gè)在其中包括凹部，凹部在殼部件如圖2和3中描繪的那樣匹配在一起時(shí)限定腔體134。加熱器元件1 設(shè)置在腔體134內(nèi)， 并且用來(lái)將分配歧管1 加熱到足以間接地加熱容器116內(nèi)的源材料以使源材料升華的程度。加熱器元件1 可由與源材料蒸氣反應(yīng)的材料制成，并且在這點(diǎn)上，殼部件130、132還用來(lái)隔離加熱器元件128，使其不與源材料蒸氣接觸。分配歧管IM產(chǎn)生的熱還足以防止升華的源材料鍍出到頭室110的構(gòu)件上。合乎需要地，頭室110中最冷的構(gòu)件是傳送通過(guò)其中的襯底14的上表面，以便確保升華的源材料鍍到襯底上，而不是鍍到頭室110的構(gòu)件上仍然參看圖2和3，受加熱的分配歧管IM包括限定成通過(guò)其中的多個(gè)通道126。 這些通道具有一定形狀和構(gòu)造，以便朝下面的襯底14(圖4)均勻分配升華的源材料。在示出的實(shí)施例中，分配板152在分配歧管IM的下方設(shè)置在下面的襯底14的上表面的水平面的上方規(guī)定距離處，如圖4中描繪的那樣。這個(gè)距離例如可介于大約0. 3cm 至大約4. Ocm之間。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，該距離為大約1. Ocm0在分配板152的下方的襯底的傳送速率可在例如大約10毫米/秒至大約40毫米/秒的范圍中。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，這個(gè)速率可為例如大約20毫米/秒。淀積到襯底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)有所變化，并且例如可介于大約1微米至大約5微米之間。 在一個(gè)特定的實(shí)施例中，膜厚度可為大約3微米。分配板152包括一定型式的通道，例如孔、狹縫等，通過(guò)通道來(lái)進(jìn)一步分配穿過(guò)分配歧管IM的升華的源材料，使得源材料蒸氣在橫向方向上不被中斷。換句話說(shuō)，該型式的通道形狀設(shè)置成和交錯(cuò)排列成或以別的方式定位成確保升華的源材料沿橫向方向完全淀積在襯底上面，使得避免襯底上有縱向“未涂覆”區(qū)域條或帶。如之前提到的那樣，升華的源材料的大部分將作為蒸氣的前幕和后幕而流出容器 116，如圖5中描繪的那樣。雖然這些蒸氣幕在穿過(guò)分配板152之前將沿縱向方向有一定程度的擴(kuò)散，但是應(yīng)當(dāng)理解，將不可能實(shí)現(xiàn)升華的源材料沿縱向方向的均勻分配。換句話說(shuō)， 與分配板的中間部分相比，更多升華的源材料將通過(guò)分配板152的縱向端區(qū)段來(lái)分配。但是，如上面論述的那樣，因?yàn)橄到y(tǒng)10以恒定(不停止)的線速度將襯底14傳送通過(guò)氣相淀積設(shè)備100，所以襯底14的上表面將暴露于相同的淀積環(huán)境，而不管沿著設(shè)備100的縱向方面的蒸氣分配的任何不均勻性如何。分配歧管124中的通道1 和分配板152中的孔確保升華的源材料沿氣相淀積設(shè)備100的橫向方面有較均勻的分配。只要保持蒸氣的均勻的橫向方面，較均勻的薄膜層就淀積到襯底14的上表面上，而不管沿著設(shè)備100的縱向方面的氣相淀積的任何不均勻性如何。如圖中示出的那樣，在容器116和分配歧管IM之間包括碎片防護(hù)件150可為期望的。這個(gè)防護(hù)件150包括限定成通過(guò)其中的孔(其可大于或小于分配板152的孔的大小)，并且主要用來(lái)保持任何粒狀源材料或微粒源材料，使其不穿過(guò)其中以及潛在地干擾分配歧管124的可動(dòng)構(gòu)件的操作，如下面更加詳細(xì)地論述的那樣。換句話說(shuō)，碎片防護(hù)件150 可構(gòu)造成用作抑制顆粒穿過(guò)而基本不干擾流過(guò)防護(hù)件150的蒸氣的透氣屏。特別參看圖2至4，設(shè)備100合乎需要地包括在頭室110的各個(gè)縱向端處的沿橫向延伸的密封件154。在示出的實(shí)施例中，密封件在頭室110的縱向端處限定進(jìn)入槽口 156 和離開槽口 158。這些密封件巧4設(shè)置在襯底14的上表面上方小于襯底14的表面和分配板152之間的距離的距離處，如圖4描繪的那樣。密封件IM有助于將升華的源材料保持在襯底的上方的淀積區(qū)域中。換句話說(shuō)，密封件154防止升華的源材料通過(guò)設(shè)備100的縱向端而“泄漏出去”。應(yīng)當(dāng)理解，密封件1 可由任何適合的結(jié)構(gòu)限定。在示出的實(shí)施例中， 密封件巧4實(shí)際上由受加熱的分配歧管124的下部殼部件132的構(gòu)件限定。還應(yīng)當(dāng)理解， 密封件IM可與氣相淀積設(shè)備100的其它結(jié)構(gòu)協(xié)作，以提供密封功能。例如，密封件可抵靠著而接合淀積區(qū)域中的下面的傳送器組件的結(jié)構(gòu)。還可為設(shè)備100構(gòu)造任何方式的沿縱向延伸的密封結(jié)構(gòu)155，以沿著設(shè)備100的縱向側(cè)提供密封。參看圖2和3，這個(gè)密封結(jié)構(gòu)155可包括沿縱向延伸的側(cè)部部件，該側(cè)部部件設(shè)置成大體合理地盡可能接近下面的傳送表面的上表面，以便抑制升華的源材料流出， 而不以摩擦的方式抵靠著而接合傳送器。參看圖2和3，示出的實(shí)施例包括設(shè)置在分配歧管IM上的可動(dòng)遮板136。這個(gè)遮板136包括限定成通過(guò)其中的多個(gè)通道138，在圖3中描繪的遮板136的第一操作位置上， 該多個(gè)通道138與分配歧管124中的通道1 對(duì)準(zhǔn)。如可從圖3中容易地理解的那樣，在遮板136的這個(gè)操作位置上，升華的源材料自由流過(guò)遮板136以及流過(guò)分配歧管124中的通道126，以便隨后通過(guò)板152進(jìn)行分配。參看圖2，遮板136能夠相對(duì)于分配歧管124的上表面而運(yùn)動(dòng)到第二操作位置，在該位置上，遮板136中的通道138與分配歧管IM中的通道1 未對(duì)準(zhǔn)。在這個(gè)構(gòu)造中，升華的源材料被阻擋而無(wú)法穿過(guò)分配歧管124，并且基本容納在頭室110的內(nèi)部體積內(nèi)。任何適合的促動(dòng)機(jī)構(gòu)(大體140)可構(gòu)造成使遮板136在第一操作位置和第二操作位置之間運(yùn)動(dòng)。在示出的實(shí)施例中，促動(dòng)機(jī)構(gòu)140包括桿142和將桿142連接到遮板136上的任何方式的適合的連結(jié)件。通過(guò)位于頭室110的外部的任何方式的機(jī)構(gòu)來(lái)使桿142旋轉(zhuǎn)。圖2和3中示出的遮板136構(gòu)造是特別有益的，因?yàn)椴徽摵畏N原因，升華的源材料可迅速且容易地容納在頭室110內(nèi)，并且被阻止穿到傳送單元的上方的淀積區(qū)域。例如在頭室內(nèi)的蒸氣濃度積聚到足以啟動(dòng)淀積過(guò)程的程度時(shí)在系統(tǒng)10啟動(dòng)期間，這可為期望的。 同樣，在系統(tǒng)的停機(jī)期間，將升華的源材料保持在頭室110內(nèi)可為期望的，以防止材料冷凝在設(shè)備100的傳送器或其它構(gòu)件上。參看圖4，氣相淀積設(shè)備100可進(jìn)一步包括設(shè)置在頭室110的下方的傳送器160。 與上面關(guān)于圖1的系統(tǒng)10所論述的傳送器48相比，這個(gè)傳送器160可與別個(gè)不同地構(gòu)造成用于淀積過(guò)程。例如，傳送器160可為包括連續(xù)環(huán)路傳送器的整裝傳送單元，襯底14在分配板152的下方支承在該連續(xù)環(huán)路傳送器上。在示出的實(shí)施例中，傳送器160由多個(gè)板條162限定，該多個(gè)板條162為襯底14提供平的、未中斷的(即各板條之間無(wú)空隙)的支承表面。板條傳送器在繞著鏈輪164的無(wú)端環(huán)路中被驅(qū)動(dòng)。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于用于使襯底14運(yùn)動(dòng)通過(guò)氣相淀積設(shè)備100的任何特定類型的傳送器160。本發(fā)明還包括用于使升華的源材料氣相淀積而在PV模塊襯底上形成薄膜且進(jìn)行后續(xù)氣相處理的多種過(guò)程實(shí)施例?？捎蒙厦婷枋龅南到y(tǒng)實(shí)施例或通過(guò)任何其它構(gòu)造的適合的系統(tǒng)構(gòu)件來(lái)實(shí)踐該多種過(guò)程。因而應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的過(guò)程實(shí)施例不限于本文描述的系統(tǒng)構(gòu)造。例如，圖6顯示了過(guò)程600的示例性圖示，其中襯底可在602處經(jīng)受裝載真空，并且在604處被加熱到淀積溫度。在606處，碲化鎘然后可淀積到襯底上(例如淀積到襯底上的硫化鎘層上)，以形成碲化鎘層。在步驟608、610和612處，襯底然后可被加熱或冷卻以及經(jīng)受緩沖真空。例如，610的緩沖真空可分離碲化鎘源材料，防止其與氯化鎘處理混雜。 在614處，可用氯化鎘來(lái)處理碲化鎘層，以及在616處，隨后使碲化鎘層退火。最后，在618 處，襯底可冷卻，以及然后在620處離開系統(tǒng)。合乎需要地，過(guò)程實(shí)施例包括在氣相淀積過(guò)程期間以恒定的線速度持續(xù)地傳送襯底。本書面描述使用實(shí)例來(lái)公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可授予專利權(quán)的范圍由權(quán)利要求書限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這樣的其它實(shí)例包括不異于權(quán)利要求書的字面語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)元素，或者如果它們包括與權(quán)利要求書的字面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則這樣的其它實(shí)例意圖處于權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造薄膜碲化鎘薄膜光伏裝置的過(guò)程，所述過(guò)程包括將襯底(14)輸送出到第一氣相淀積室(19)中，其中，所述第一氣相淀積室(19)包括源材料，其中，所述源材料包括碲化鎘；通過(guò)加熱所述源材料以產(chǎn)生淀積到所述襯底(14)上的源蒸氣來(lái)使碲化鎘層淀積到所述襯底(14)上；將所述襯底(14)從所述第一氣相淀積室(19)輸送到第二氣相淀積室中，其中， 所述第二氣相淀積室0 包括處理材料，其中，所述處理材料包括氯化鎘；以及，通過(guò)加熱所述處理材料以產(chǎn)生淀積到所述襯底(14)上的處理蒸氣來(lái)處理所述碲化鎘層，其中，所述襯底(14)在小于大約760托的系統(tǒng)壓力處輸送通過(guò)所述第一氣相淀積室 (19)和所述第二氣相淀積室01)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)程，其特征在于，所述第一氣相淀積室(19)包括用于保持所述源材料的容器(116)；加熱歧管(IM)，其用于加熱所述容器(116)，使得所述源材料蒸發(fā)成源蒸氣；以及限定孔的淀積板(152)，所述源蒸氣穿過(guò)所述孔以使所述碲化鎘層淀積到所述襯底(14)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的過(guò)程，其特征在于，所述第二氣相淀積室包括用于保持所述處理材料的容器(116)；加熱歧管(IM)，其用于加熱所述容器(116)，使得所述源材料蒸發(fā)成源蒸氣；以及限定孔的淀積板(152)，所述處理蒸氣穿過(guò)所述孔以淀積到所述碲化鎘層上。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的過(guò)程，其特征在于，所述過(guò)程進(jìn)一步包括 將所述襯底(14)從裝載真空室08)輸送到定位在所述裝載真空室08)和所述第一氣相淀積室(19)之間的加熱室(16)中；以及，在進(jìn)入所述第一氣相淀積室(19)之前，將所述加熱室(16)內(nèi)的所述襯底(14)加熱到第一氣相淀積溫度。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的過(guò)程，其特征在于，所述過(guò)程進(jìn)一步包括 將所述襯底(14)從裝載真空室08)輸送到按順序定位在所述裝載真空室08)和所述第一氣相淀積室(19)之間的加熱室(16)系列中且輸送通過(guò)其中；以及，在進(jìn)入所述第一氣相淀積室(19)之前，將多個(gè)所述加熱室(16)內(nèi)的所述襯底(14)加熱到氣相淀積溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的過(guò)程，其特征在于，所述氣相淀積溫度為大約350°C至大約 600"C。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的過(guò)程，其特征在于，所述過(guò)程進(jìn)一步包括 將所述襯底(14)輸送到連接到裝載真空泵(3 上的裝載真空室0 中；以及， 使用所述裝載真空泵(32)來(lái)在所述裝載真空室08)中抽真空，直到在所述裝載真空室08)中達(dá)到初始裝載壓力為止，其中，將所述襯底(14)從所述裝載真空室08)輸送到所述第一氣相淀積室(19)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的過(guò)程，其特征在于，所述過(guò)程進(jìn)一步包括將所述襯底(14)從所述裝載真空室08)輸送到多個(gè)高真空室(30)中且輸送通過(guò)其中，其中，各個(gè)高真空室(30)連接到高真空泵(38)上，以抽到淀積壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的過(guò)程，其特征在于，所述淀積壓力為大約10毫托至大約100托。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的過(guò)程，其特征在于，所述過(guò)程進(jìn)一步包括 將所述襯底(14)輸送到定位在所述第一氣相淀積室(19)和所述第二氣相淀積室之間的真空緩沖室03)中且輸送通過(guò)其中，其中，所述真空緩沖室03)連接到構(gòu)造成將所述真空緩沖室03)內(nèi)的壓力降低到緩沖壓力的緩沖真空泵GO)上。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的過(guò)程，其特征在于，所述過(guò)程進(jìn)一步包括 將所述襯底(14)從所述第一淀積室(19)輸送到定位在所述第一氣相淀積室(19)和所述第二氣相淀積室之間的冷卻室中且輸送通過(guò)其中；在將所述襯底(14)輸送到所述第二氣相淀積室中之前，將所述襯底(14)冷卻到氣相處理溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的過(guò)程，其特征在于，所述氣相處理溫度為大約350°C至大約 500 "C。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的過(guò)程，其特征在于，所述襯底(14)在大約1毫托至大約250毫托的系統(tǒng)壓力處輸送通過(guò)所述第一氣相淀積室(19)和所述第二氣相淀積室 01)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的過(guò)程，其特征在于，所述過(guò)程進(jìn)一步包括 將所述襯底(14)從所述第二淀積室輸送到所述第二淀積室后面的退火室(27)中且輸送通過(guò)其中；在大約350°C至大約50(TC的退火溫度處使所述襯底退火。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于襯底上的薄膜層的持續(xù)淀積和處理的氣相淀積過(guò)程。提供了一種用于使升華的源材料作為薄膜而氣相淀積到光伏模塊襯底上以及進(jìn)行后續(xù)氣相處理的一體化設(shè)備。該設(shè)備可包括裝載真空室、第一氣相淀積室和第二氣相淀積室，它們一體地連接成使得輸送通過(guò)設(shè)備的襯底保持在小于大約760托的系統(tǒng)壓力處。傳送器系統(tǒng)可以可操作地設(shè)置在設(shè)備內(nèi)，并且構(gòu)造成以串行布置來(lái)以受控的速度將襯底輸送到裝載真空室中且輸送通過(guò)其中，輸送到第一氣相淀積室中且輸送通過(guò)其中，以及輸送到第二氣相淀積室中且輸送通過(guò)其中。還提供了用于制造薄膜碲化鎘薄膜光伏裝置的過(guò)程。
文檔編號(hào)C23C14/56GK102560377SQ20111046269
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者S·D·費(fèi)爾德曼-皮博迪 申請(qǐng)人:初星太陽(yáng)能公司