专利名称：用于连续沉积掺杂薄膜层到基底上的汽相沉积设备及方法
技术领域：
本文所公开的主题主要涉及诸如半导体材料层的掺杂薄膜层沉积到基底上的薄膜沉积工艺领域。更具体而言，本主题涉及汽相沉积设备，以及用于在光伏(PV)模块形成中将光反应材料的掺杂薄膜层沉积到玻璃基底上的相关工艺。
背景技术：
基于与硫化镉(CdS)配对的碲化镉(CdTe)的薄膜光伏(PV)模块(也称为"太阳能电池板")作为光反应构件在行业中获得了日益广泛的认可和关注。CdTe是一种半导体材料，其具有特别适合将太阳能(太阳光线)转换成电的特性。例如，CdTe具有1. 45eV的能量带隙，这使其能够比曾用于太阳能电池应用的较低带隙(l.leV)的半导体材料从太阳光谱(太阳光线)中转换更多能量。另外，相比于较低带隙的材料，CdTe在较少光照的条件或漫射光条件下更为高效地转换光线，且因此相比于其它常规材料，在一天期间或较少光照(例如，多云)条件下具有更长的有效转换时间。使用CdTe PV模块的太阳能系统依据每瓦功率所产生的成本，通常认为是成本效益最为合算的市售系统。然而，CdTe不能耐受持续性商业使用和接受太阳能作为工业电力或住宅电力的辅助电源或主要电源，其优点取决于以大规模和成本效益合算的方式制造有效PV模块的能力。某些因素在成本和发电性能方面较大地影响CdTe PV模块的效率。例如，CdTe相对昂贵，且因此材料的有效利用(即，最少浪费)是主要的成本因素。此外，模块的能量转换效率是沉积CdTe膜层的某些特性的因素。膜层中的不均勻或缺陷可显著地减少模块的输出，从而增加到每单位电力的成本上。另外，以经济实际的商业规模处理相对较大基底的能力是关键考虑因素。CSS (近距离升华)是一种公知的用于生产CdTe模块的商用汽相沉积工艺。例如， 请参看美国专利No. 6，444，043和美国专利No. 6，423，565。在CSS系统中的汽相沉积室内， 基底被引至以相对较小的距离(即，大约2mm至3mm)与CdTe源相对的相对位置处。CdTe 材料升华并沉积到基底的表面上。在上文引用的美国专利No. 6，444，043的CSS系统中， CdTe材料为粒状的形式并保持在汽相沉积室内的加热容器中。升华的材料移动穿过置于容器上的盖中的孔并沉积到静止的玻璃表面上，该静止的玻璃表面以最小的可能距离(Imm 至2mm)保持在盖框架的上方。盖经加热达到高于容器的温度。尽管对于CSS工艺而言存在优点，但相关系统实质上为分批的过程，其中，将玻璃基底引入汽相沉积室中，在该室内保持有限的时长，在此时长内形成了膜层，且随后引出该室。该系统更适于表面面积相对较小的基底的分批处理。该过程必须周期性地中断以便再填充CdTe源，这对大规模生产过程不利。此外，沉积过程不能容易地以受控的方式停止和重启，从而导致在将基底引入和引出该室期间，以及在将基底定位在该室内所需的任何步骤期间明显未对CdTe材料予以利用(也即，浪费)。因此，行业中不断地需要一种用于经济可行地大规模生产高效PV模块、尤其是CdTe模块的改进型汽相沉积设备和工艺。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下说明中部分地阐述，或可根据该说明而清楚，或可通过实施本发明而懂得。根据本发明的实施例，提供了一种用于将诸如CdTe的升华源材料作为薄膜汽相沉积在光伏(PV)模块基底上的设备。尽管本发明不限于任何特定的膜厚，但在本领域中" 薄"膜层通常认作是小于10微米(μπι)。设备包括沉积头部，以及设置在沉积头部中的容器。第一进料管构造成用以将源材料(例如，粒状CdTe材料)供送到沉积头部中，以及第二进料管构造成用以将掺杂材料作为流体供送到沉积头部中。在一个实施例中，喷嘴可附接到第二进料管上以便将掺杂材料作为流体供送至沉积头部。容器构造成用以收容源材料。 加热式分配歧管设置在容器下方，且包括限定为经由其穿过的多个通路。容器由分配歧管间接地加热至将源材料在容器内有效升华的温度。升华的源材料流出容器且在头部室中向下流动穿过分配歧管中的通路。在特定的实施例中，分配板设置在分配歧管的下方，且处在传送穿过设备的基底的上表面水平面上方的限定距离。分配板包括经由其穿过的孔图案(pattern)，这些孔进一步分配升华的源材料，使得该材料作为具有大致均勻的期望厚度的薄膜沉积在基底的上表面上。基底可以恒定(即，不停止)的线性传送速率连续地传送穿过设备。在又一实施例中，一种用于将升华的源材料作为薄膜汽相沉积在光伏(PV)模块基底上的设备包括沉积头部，以及设置在沉积头部上区段中用于收容源材料的容器。第一进料管构造成用以将源材料(例如，粒状CdTe材料)供送到沉积头部中，以及第二进料管构造成用以将掺杂材料供送到沉积头部中。加热式分配歧管设置在容器下方，且包括限定为经由其穿过的多个通路。容器由分配歧管间接地加热至足以升华容器内源材料的程度。 在特定的实施例中，容器包括横向延伸的端壁，该端壁与沉积头部的壁间隔开一定距离，使得升华的源材料主要流出且越过容器的端壁并且作为横向的前幕帘(curtain)和后幕帘向下朝向和穿过分配歧管。升华源材料的幕帘可在沉积到传送穿过设备的基底上表面上之前，沿横向方向，且在一定程度上沿纵向方向进一步分配。基底可以恒定的线性传送速率传送穿过设备。上述汽相沉积设备实施例的变型和改进在本发明的范围和精神内，且可在文中进一步描述。在又一实施例中，本发明包含了一种用于将诸如CdTe的升华源材料作为薄膜汽相沉积到光伏(PV)模块基底上的工艺。该工艺包括将源材料供送至沉积头部内的容器，以及将掺杂材料作为流体供送至沉积头部中。容器可利用设置在容器下方的热源部件间接地加热以升华源材料。升华的源材料通过热源向下导送至沉积头部内。单独的基底在热源下方传送，并且穿过热源的升华源材料沉积到基底的上表面上，使得基底沿传送方向上的前区段和后区段受到头部室内的相同汽相沉积状态，以便在基底的上表面上获得大致均勻厚度的薄膜层。基底可以恒定的线性速度传送穿过设备，其中，升华的源材料主要从容器导送而作为相对于基底传送方向的横向延伸的前幕帘和后幕帘。在通过例如导送穿过设置在热源部件下方的分配板而穿过热源部件之后，升华的源材料幕帘可相对于基底传送方向沿横向，且在一定程度上沿纵向进一步分配。上述汽相沉积工艺的实施例的变型和改进在本发明的范围和精神内，且可在文中进一步描述。本发明的这些及其它特征、方面和优点将参照以下说明和所附权利要求而变得更好理解，或可根据说明或权利要求而清楚，或可通过实施本发明而懂得。
在参照附图的说明书中阐明了本发明包括其最佳模式的完整和能够实施的公开内容，在附图中图1为可结合本发明汽相沉积设备的实施例的系统的平面视图；图2为根据第一操作构造中的本发明的方面的汽相沉积设备实施例的截面视图；图3为第二操作构造中的图2的实施例的截面视图；图4为与基底传送机协作的图2中的一个实施例的截面视图；图5为图2中的实施例内的容器构件的顶视图；以及，图6为用于图1中的系统的汽相沉积设备的备选实施例的截面视图。零件清单10示例性系统12 室14单独的基底16加热器模块18加热器20冷却模块22后加热模块M第一进料装置25第二进料装置26负载传送机28负载模块30缓冲模块32真空泵34 阀36促动机构38真空泵40真空泵42缓冲模块44退出锁定模块46退出传送机48传送机50控制器52中央控制器
54传感器100 设备110 室112 端壁113 侧壁114 顶壁116 容器117 侧壁118 端壁119 蒸气120内部肋条122热电偶124分配歧管126 通路1 加热器元件130上壳部件132下壳部件134 空腔136 闸板138 通路140促动机构142 杆144分配器146 排出端口148第一进料管150碎屑防护件151第二进料管152分配板153 喷嘴154密封件155密封结构156 进入槽口157流动控制装置158 退出槽口160传送机161 源罐(tank)162 板条163第二进料管164 链轮
165 喷嘴167流动控制装置169 源罐
具体实施例方式现将详细地参照本发明的实施例，其中的一个或多个实例在附图中示出。各实例均是以阐释本发明来提供的，而并非对本发明的限制。实际上，本领域的技术人员很清楚， 在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行各种修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一个实施例来使用，以产生又一个实施例。因此，本发明意图包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变型。在本公开内容中，使用了化学元素如在元素周期表中所常见的常用化学缩写来对其阐述。例如，氢由其常用化学缩写H表示；氦由其常用化学缩写He表示；等。在本公开内容中，当层描述在另一层或基底〃上〃或〃上方〃时，应理解为该层可直接地彼此接触或在层之间具有另一层或特征。因此，这些用语仅描述层彼此的相对位置而并不必然地表示"在顶部上"，因为上方或下方的相对位置取决于装置相对于观察者的定向。此外，尽管本发明不限于任何特定的膜厚，但描述光伏装置的任何膜层的用语" 薄"主要是指膜层具有小于大约10微米(“micron"或"μπι")的厚度。图1示出了可结合根据本发明实施例的汽相沉积设备100(图2至图5)的系统10 的实施例，该汽相沉积设备构造成用于将薄膜层沉积到光伏(PV)模块基底14(下文称为" 基底")上。例如，该薄膜可为碲化镉(CdTe)膜层。如上文所述，本领域中通常认作是PV 模块基底上的"薄"膜层一般小于大约10微米(μπι)。应当认识到的是，本汽相沉积设备 100不限于在图1所示的系统10中使用，而是可结合到构造成用于将薄膜层汽相沉积到PV 模块基底14上的任何适合的加工线中。除用于薄膜的源材料外，掺杂剂或掺杂剂的混合物(共同称为"掺杂剂")可共同沉积到汽相沉积设备100的基底上。如文中所用，"掺杂剂"为杂质元素，其嵌在薄膜 (以很低的浓度)中以便改变薄膜的电性质或光学性质。例如，掺杂剂的原子可替代原本在薄膜晶格中的元素。例如，在薄膜半导体中使用适合类型和数量的掺杂剂可产生P型半导体和η型半导体。在某些实施例中，掺杂剂(多种)可以痕量浓度包括在薄膜中，例如大约百万分之0. 1原子份(ppm)至大约1，OOOppm (例如，大约Ippm至大约750ppm)。在碲化镉薄膜PV装置的制造中，当薄膜从碲化镉的源材料(也即碲化镉薄膜层) 沉积时，适合的掺杂剂可包括但不限于B，Al，Ga，In，Sc，Y，Cu，Au，N, As，P，Sb，Bi，Cl，F， Br, Li, Na, K、包含这些元素的化合物，以及它们的混合物。在一个特定实施例中，碲化镉层可包括P型掺杂剂，例如元素Cu，Au，N, As，P，Sb，Bi, Cl, F，Br, Li，Na, K、包含这些元素的化合物，或它们的混合物。在特定实施例中，掺杂材料可包括Cl，N，0或它们的混合物。然而，根据需要可包括其它掺杂剂或掺杂剂的组合。为了参照和理解可使用汽相沉积设备100的环境，下文描述了图1中的系统10，接着是对设备100的详细说明。
参看图1，示例性系统10包括由多个互连模块限定的真空室12。低真空泵和高真空泵40的任何组合都可构造为具有用以抽取和保持室12内的真空的模块。真空室12包括多个加热器模块16，这些模块限定真空室的预热区段，基底14传送穿过该预热区段且在传送到汽相沉积设备100中之前加热至所期望的温度。各模块16均可包括多个独立受控的加热器18，其中加热器18限定多个不同的加热区。特定的加热区可包括一个以上的加热器18。真空室12还包括位于汽相沉积设备100下游的多个互连冷却模块20。冷却模块 20限定真空室12内的冷却区段，具有沉积于其上的升华源材料薄膜的基底14传送穿过该冷却区段且在基底14从系统10移除之前以受控的冷却速率冷却。各模块20均可包括强制冷却系统，其中冷却介质如冷水、制冷剂、气体或其它介质泵送穿过构造成具有模块20的冷却盘管(未示出)。在系统10的所示实施例中，至少一个后加热模块22在基底传送方向上直接定位在汽相沉积设备100的下游和冷却模块20的上游。后加热模块22保持基底14的受控加热轮廓(profile)直到整个基底移出汽相沉积设备100以防止对基底的损坏，例如由不受控或剧烈的热应力造成的翘曲或破损。如果容许基底14的前区段在其离开设备100时以过大的速率冷却，则潜在破坏温度梯度将沿基底14纵向地产生。这种情况可由热应力导致基底的破损、开裂或翘曲。如图1中图解示出的那样，第一进料装置M构造成结合汽相沉积设备100来供送用于将薄膜沉积到基底14上的源材料，例如粒状CdTe。第一进料装置M可采用在本发明范围和精神内的各种构造，并且用来在不中断设备100内的连续汽相沉积过程或基底14经由设备100的传送的情况下供送源材料。此外，第二进料装置25构造成结合汽相沉积设备100来供送用于包括在基底14 上的薄膜内的掺杂剂(多种)材料。第二进料装置25可采用本发明范围和精神内的各种构造，并且用来在不中断设备100内的连续汽相沉积过程或基底14经由设备100的传送的情况下供送掺杂剂(多种)材料。仍参看图1，单独的基底14最初安置在负载传送机沈上，且随后移动到包括负载模块观和缓冲模块30的入口真空锁定站中。“低"(即，最初的)真空泵32构造成结合负载模块观来抽取初始真空，而"高"(即，最终的)真空泵38则构造成结合缓冲模块30 来将缓冲模块30中的真空基本上提高至真空室12内的真空压力。阀34 (例如，闸门型槽缝阀或旋转型挡板阀)可操作地设置在负载传送机26与负载模块观之间，负载模块观与缓冲模块30之间，以及缓冲模块30与真空室12之间。这些阀34按顺序由马达或其它类型的促动机构36促动，以便将基底14以分步方式引入真空室12中而不影响室12内的真空。在系统10的操作中，借助于低真空泵和/或高真空泵40的任何组合而在真空室 12中保持操作真空。为了将基底14引入真空室12中，负载模块观和缓冲模块30首先排空(此时，处于两个模块之间的阀34位于开启位置)。缓冲模块30与第一加热器模块16 之间的阀34关闭。负载模块观与负载传送机沈之间的阀34开启，且基底14移入负载模块观中。这里，第一阀34关闭，且低真空泵32然后在负载模块观和缓冲模块30中抽取初始真空。基底14然后传送至缓冲模块30，且负载模块观与缓冲模块30之间的阀34关闭。高真空泵38然后将缓冲模块30中的真空提高到真空室12中大致相同的真空。这里， 缓冲模块30与真空室12之间的阀34开启，且基底14传送至第一加热器模块16中。退出真空锁定站构造在最末的冷却模块20的下游，且与上述进入真空锁定站基本上相反地操作。例如，退出真空锁定站可包括退出缓冲模块42和下游的退出锁定模块 44。按顺序操作的阀34设置在缓冲模块42与冷却模块20中的最末一个之间，在缓冲模块 42与退出锁定模块44之间，以及在退出锁定模块44与退出传送机46之间。高真空泵38 构造成结合退出缓冲模块42，而低真空泵32构造成结合退出锁定模块44。泵32，38和阀 34以分步方式按顺序操作以将基底14移出真空室12而不损失真空室12内的真空状态。系统10还包括传送机系统，该系统构造成用以移动基底14进入、穿过和离开真空室12。在所示的实施例中，该传送机系统包括多个单独控制的传送机48，其中各种模块中的各个均包括相应的一个传送机48。应当认识到的是，传送机48的类型或构造可变化。在所示的实施例中，传送机48为具有可旋转从动滚轮的滚动式传送机，其经受控制以便获得基底14穿过相应模块和整个系统10的期望传送速率。如图所示，系统10中的各种模块和相应传送机中的各个均独立地受到控制以执行特定的功能。对于此种控制，各单独模块均可具有构造成与其一起用以控制相应模块的单独功能的相关独立控制器50。如图1中图解示出那样，多个控制器50继而可与中央系统控制器52连通。中央系统控制器52可监测和控制(通过独立的控制器50)其中任何一个模块的功能，以便在基底14穿过系统10的过程中获得总体期望的加热速率、沉积速率、冷却速率、传送速率等。参看图1，对于单独的相应传送机48的独立控制而言，各模块均可包括任何方式的主动或被动传感器M，该传感器M在基底14传送穿过模块时检测该基底的存在。传感器M与相应的模块控制器50通信，而模块控制器50又与中央控制器52通信。以此方式， 单独的相应传送机48可经受控制以确保在基底14之间保持适当的间距且基底14以期望的传送速率传送穿过真空室12。图2至图5涉及汽相沉积设备100的特定实施例。具体参看图2和图3，设备100 包括限定内部空间的沉积头部或沉积室110，在该内部空间中容器116构造成用以收纳粒状源材料(未示出)和掺杂材料。如上文所述，粒状源材料可通过系统的第一进料装置 24(图1)经由第一进料管148(图4)供送。此外，掺杂材料可通过系统的第二进料装置25 经由第二进料管151供送。第一进料装置M和第二进料装置25可构造成用以分别控制源材料和掺杂材料至设备100的供送速率。如图所示，第一进料管148连接到设置在沉积头部110顶壁114中的开口中的分配器144。分配器144包括多个排出端口 146，该排出端口 146构造成用以均勻地分配粒状源材料到容器116中。容器116具有开口顶部，且可包括内部肋条120或其它结构元件的任何构造。在第一进料管148用于将源材料供送至容器116的同时，第二进料管151连接到喷嘴153上用于将掺杂材料作为流体(S卩，液体和/或气体)供送至容器116。在图4中所示的实施例中，掺杂材料可作为液体供送。第二进料管151中的流动控制装置157(例如， 阀)可控制液体掺杂材料从源罐161供送至容器116的流速。因此，掺杂材料的流动可经控制以便提供期望量的掺杂材料到沉积的薄膜中。在备选实施例中，图6中所示的汽相沉积设备100包括第一进料管148，该第一进
10料管148用于将源材料供送到容器116，同时第二进料管163连接到喷嘴165上用于将处于气态的掺杂材料供送到汽相沉积设备100中。第二进料管163中的流动控制装置167(例如，阀)可控制从源罐169供送至设备100的气态掺杂材料的流速。因此，掺杂材料的流动可经控制以便提供期望量的掺杂材料到沉积的薄膜中。在这些实施例中，掺杂材料在室温下可为流体(即，液态或气态)，且在没有预先加热的情况下供送至沉积设备100。例如，可作为流体供送的特别适合的化合物包括但不限于HCIjCI2, N2O, NH3, O2, NH4OH, NH4Cl, Br，Hg，CdCl2溶液，或它们的混合物。作为备选，掺杂材料可在供送给沉积设备100之前加热或以其它方式气化。掺杂材料可以纯净形式提供，或利用运载流体(例如，运载液体或运载气体)。在一个特定实施例中，运载流体为惰性材料，其将不会影响形成在基底上的薄膜层的性质，且不会趋于沉积到该层中。例如，当作为液体供送时，掺杂材料可在运载液体中供送，例如水、 甲醇等，或它们的混合物。同样，当作为气体供送时，掺杂材料可在运载气体中供送，例如惰性气体(例如，氩)、N2、O2等，或它们的混合物。在所示的实施例中，至少一个热电偶122可操作地设置成穿过沉积头部110的顶壁114，以便监测容器116附近或容器116中的沉积头部110内的温度。沉积头部110还包括纵向端壁112和侧壁113(图5)。具体参看图5，容器116具有一定的形状和构造，使得容器116沿横向延伸的端壁118与头部室110的端壁112间隔开。容器116的纵向延伸侧壁117邻近且紧邻沉积头部的侧壁113，以便使得相应的壁之间存在很小的间隙，如图5中所示。如图2、图3和图5中的流线所示，利用该构造，升华的源材料将流出容器116的敞口顶部，且作为蒸气119的前幕帘和后幕帘越过横向端壁118向下流动。很少的升华源材料将越过容器116的侧壁117流动。蒸气119的幕帘"沿横向" 定向，因为它们延伸跨过沉积头部110的横向尺寸，该横向尺寸大致垂直于基底穿过系统的传送方向。加热式分配歧管IM设置在容器116的下方。该分配歧管IM可采用本发明的范围和精神内的各种构造，并且用于间接地加热容器116以及分配从容器116流出的升华源材料。在所示的实施例中，加热式分配歧管1 具有蛤壳构造，其包括上壳部件130和下壳部件132。各个壳部件130，132均包括在其中的凹部，该凹部当壳部件如图2和图3中所示那样配合在一起时限定空腔134。加热器元件1 设置在空腔134内，并用于将分配歧管 1 加热至足以间接地加热容器116内的源材料而引起源材料升华的程度。加热器元件128 可由与源材料蒸气反应的材料制成，且鉴于此，壳部件130，132还用于将加热器元件1 与源材料蒸气的接触隔离开。由分配歧管1 产生的热还足以防止升华的源材料电镀到头部室110的构件上。期望的是，头部室110中的最冷构件为传送经由其穿过的基底14的上表面以便确保升华的源材料电镀到基底上，且不会电镀到头部室110的构件上。仍参看图2和图3，加热式分配歧管IM包括限定为经由其穿过的多个通路126。 这些通路具有一定的形状和构造，以便朝下方基底14(图4)均勻地分配升华的源材料。在所示的实施例中，如图4中所示，分配板152设置在分配歧管IM下方，处于下方基底14上表面的水平面上方的限定距离。例如，该距离可为大约0. 3cm至大约4. Ocm之间。在特定实施例中，该距离为大约1.0cm。分配板152下方基底的传送速率例如可在大约IOmm/秒至大约40mm/秒的范围内。在特定的实施例中，该速率例如可为大约20mm/秒。电镀到基底14上表面上的CdTe膜层的厚度可在本发明的范围和精神内变化，且例如可在大约1微米至大约5微米之间。在特定的实施例中，膜厚可为大约3微米。分配板152包括经由其穿过的通路图案，如孔、槽缝等，其进一步分配穿过分配歧管IM的升华源材料，使得源材料蒸气在横向方向上不间断。换言之，通路图案定形和交错或以其它方式定位成以便确保升华的源材料沿横向方向完全沉积在基底上，从而避免基底上"未涂布"区的纵向条纹或斑纹。如前文所述，升华源材料的较大部分将作为蒸气前幕帘和后幕帘流出容器116，如图5中所示。尽管这些蒸气幕帘将在穿过分配板152之前沿纵向方向扩散至一定程度，但应当认识到的是，将不可能实现升华源材料沿纵向方向的均勻分布。换言之，相比于分配板的中间部分，更多的升华源材料将经由分配板152的纵向端区段分配。然而，如上文所述， 由于系统10以恒定(不停止)的线性速度传送基底14穿过汽相沉积设备100，故基底14 的上表面将暴露于相同的沉积环境，而不论沿设备100纵向方面的蒸气分配的任何不均勻性。分配歧管124中的通路1 和分配板152中的孔确保了汽相沉积设备100横向方面中的升华源材料相对均勻的分布。只要保持蒸气的均勻横向方面，则相对均勻的薄膜层便沉积到基底14的上表面上，而不论沿设备100纵向方面的汽相沉积中的任何不均勻性。如附图中所示，可能期望的是在容器116与分配歧管IM之间包括碎屑防护件 150。如下文更为详细描述那样，该防护件150包括限定为经由其穿过的孔(其可大于或小于分配板152的孔的尺寸)，且主要用于保持任何粒状或颗粒源材料不会穿过和潜在可能地干扰分配歧管124的活动构件的操作。换言之，碎屑防护件150可构造为用作可呼吸式筛网，其阻止颗粒通过而不会显著干扰蒸气流过防护件150。具体参看图2至图4，设备100期望的是包括位于沉积头部110的各纵向端处的沿横向延伸的密封件154。在所示的实施例中，密封件限定在头部室110的纵向端处的进入槽口 156和退出槽口 158。如图4中所示，这些密封件巧4设置在基底14上表面上方的一定距离处，该距离小于基底14表面与分配板152之间的距离。密封件IM有助于将升华的源材料保持在基底上方的沉积区域中。换言之，密封件巧4防止升华的源材料经由设备100 的纵向端"漏出"。应当认识到的是，密封件1 可由任何适合的结构限定。在所示的实施例中，密封件154实际上由加热式分配歧管IM下壳部件132的构件所限定。还应当认识到的是，密封件1 可与汽相沉积设备100的其它结构协作以提供密封功能。例如，密封件可抵靠接合沉积区域中的下方传送机组件的结构。任何方式的沿纵向延伸的密封结构155还可构造成结合设备100用以提供沿其纵向侧的密封。参看图2和图3，该密封结构155可包括沿纵向延伸的侧部件，该侧部件大致设置成尽可能合理地靠近下方传送表面的上表面，以便阻止升华的源材料外流而不会摩擦地抵靠接合传送机。参看图2和图3，所示的实施例包括设置在分配歧管IM上方的活动闸板136。如图3中所示，该闸板136包括限定为经由其穿过的多个通路138，这些通路138在闸板136 的第一操作位置上与分配歧管1 中的通路1 对准。如可容易地从图3中认识到的那样， 在闸板136的该操作位置，升华的源材料自由流过闸板136且流过分配歧管124中的通路 126，以便随后经由板152分配。参看图2，闸板136相对于分配歧管124的上表面可移动至第二操作位置，在其中闸板136中的通路138与分配歧管124中的通路1 未对准。在该构造中，阻挡了升华的源材料穿过分配歧管124，且基本上包含在头部室110的内部容积内。任何适合的促动机构，大体上为140，可构造成用于使闸板136在第一操作位置与第二操作位置之间移动。在所示的实施例中，促动机构140包括杆142和将杆142连接到闸板 136上的任何方式的适合联结件。杆142可由定位在头部室110外的任何方式的机构旋转。图2和图3中所示的闸板136构造特别有益的是，不论出于何种原因，升华的源材料都能很快地且容易地包含在头部室110内，且防止穿过传送单元上方的沉积区域。例如， 这在系统10的启动期间可能是期望的，同时头部室内的蒸气浓度累积到足够的程度以开始沉积过程。同样，在系统停机期间，可能期望将升华的源材料保持在头部室110内以防止材料冷凝在设备100的传送机或其它构件上。参看图4和图6，汽相沉积设备100还可包括设置在头部室110下方的传送机160。 相比于上文参照图1的系统10所述的传送机48，该传送机160可独特地构造为用于沉积工艺。例如，传送机160可为包括连续循环传送机的整装式传送单元，在该连续循环传送机上，基底14支承在分配板152的下方。在所示的实施例中，传送机160由多个板条162限定，这些板条162为基底14提供平坦、未破损(也即，板条之间没有间隙)的支承表面。板条式传送机以围绕链轮164的无限循环驱动。然而，应当认识到的是，本发明不限于用于使基底14移动穿过汽相沉积设备100的任何特定类型的传送机160。本发明还包含用于汽相沉积升华的源材料以在PV模块基底上形成薄膜的各种工艺实施例。各种工艺可利用上述各种系统实施例实施，或通过适合的系统构件的任何其它构造来实施。因此，应当认识到的是，根据本发明的工艺实施例不限于本文所述的系统构造。在特定实施例中，汽相沉积工艺包括将源材料供送至沉积头部内的容器，以及利用热源部件间接地加热该容器以升华源材料。升华的源材料导送出容器，且在沉积头部内向下导送穿过热源部件。单独的基底在热源部件下方传送。穿过热源的升华源材料分配到基底的上表面上，使得基底在其传送方向上的前区段和后区段受到相同的汽相沉积状态， 以便在基底上表面上获得所期望的均勻厚度的薄膜层。在独特的工艺实施例中，升华的源材料主要作为相对于基底方向的横向延伸的前幕帘和后幕帘从容器导送。升华源材料的幕帘朝基底上表面向下导送穿过热源部件。升华源材料的这些前幕帘和后幕帘可在穿过热源部件之后，一定程度上相对于基底传送方向纵向地分配。在又一特定的工艺实施例中，用于升华的源材料穿过热源的通路可利用外部促动的阻挡机构来阻挡，如上文所述。期望的是，工艺实施例包括在汽相沉积工艺期间以恒定的线性速度连续地传送基底。本书面说明使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何所结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员所构思出的其它实例。如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无实质差别的同等结构元件，则认为它们处在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于将升华的源材料作为薄膜汽相沉积到光伏(PV)模块基底(14)上的设备 (100)，所述设备包括沉积头部(110)；构造成用以将源材料供送到所述沉积头部中的第一进料管(148)； 构造成用以将掺杂材料作为流体供送到所述沉积头部(110)中的第二进料管(151)； 设置在所述沉积头部(110)中的容器(116)，所述容器(116)构造成用于从所述第一进料管(148)接收所述源材料；构造成用以加热所述容器(116)的加热式分配歧管(124)；以及， 分配板(152)，所述分配板设置在所述容器(116)下方并处在传送穿过所述设备(100) 的基底(14)的上表面的水平传送平面上方的限定距离，所述分配板(15 包括经由其穿过的通路图案。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其特征在于，所述第二进料管(151)构造成用以将所述掺杂材料作为液体供送至所述容器(116)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备(100)，其特征在于，所述第二进料管 (151)连接到喷嘴(153)上。
4.根据任一前述权利要求所述的设备(100)，其特征在于，所述设备(100)还包括 流动控制装置(167)，所述流动控制装置连接到所述第二进料管(151)上且构造成用以控制所述掺杂材料到所述沉积头部(110)的流速。
5.根据任一前述权利要求所述的设备(100)，其特征在于，所述设备(100)还包括在所述沉积头部(110)的各纵向端处的沿横向延伸的密封件(IM)，所述密封件(154)限定用于基底(14)传送穿过所述设备(100)的进入槽口(156)和退出槽口(158)，所述密封件(IM) 设置在所述基底(14)的表面上方一定距离处，所述一定距离小于所述基底(14)的表面与所述分配板(152)之间的距离。
6.根据任一前述权利要求所述的设备(100)，其特征在于，所述设备(100)还包括设置在所述分配歧管(124)与所述容器(116)之间的碎屑防护件(150)。
7.根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述加热式分配歧管(124)设置在所述容器(116)下方，以及其中所述分配歧管(124)包括限定为经由其穿过的多个通路， 所述容器(116)由所述分配歧管(124)间接地加热至足以升华所述容器(116)内的源材料的程度。
8.一种用于汽相沉积升华的源材料以在光伏模块基底(14)上形成薄膜的方法，所述方法包括将源材料供送至沉积头部(110)内的容器(116)； 将掺杂材料作为流体供送至所述沉积头部(110)； 加热所述容器(116)以升华所述源材料； 在所述容器(116)下方传送单独的基底(14)；以及将所述升华的源材料分配到所述基底(14)的上表面上，使得所述基底(14)在传送方向上的前区段和后区段受到大致相同的汽相沉积状态，以便在所述基底(14)的上表面上获得所期望的大致均勻厚度的薄膜层。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述掺杂材料作为液体供送至所述沉积头部(110)，以及其中所述掺杂材料与所述升华的源材料一起蒸发。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的方法，其特征在于，所述源材料经由第一进料管(148)供送至所述容器(116)，以及其中所述掺杂材料经由第二进料管(16 供送至所述沉积头部(110)。
11.根据权利要求8至权利要求10中任一项所述的方法，其特征在于，所述掺杂材料作为液体供送。
12.根据权利要求8至权利要求11中任一项所述的方法，其特征在于，所述掺杂材料作为气体供送。
13.根据权利要求8至权利要求12中任一项所述的方法，其特征在于，所述掺杂材料利用运载流体供送。
14.根据权利要求8至权利要求13中任一项所述的方法，其特征在于，所述源材料包括碲化镉。
15.根据权利要求8至权利要求14中任一项所述的方法，其特征在于，所述掺杂材料包括Cl、N、0或它们的混合物。
全文摘要
本发明涉及用于连续沉积掺杂薄膜层到基底上的汽相沉积设备及方法。具体而言，提供了一种将升华的源材料作为掺杂薄膜汽相沉积到光伏(PV)模块基底上的设备及相关工艺。容器设置在真空头部室内且构造成用于接收从第一进料管供送的源材料。第二进料管可提供掺杂材料到沉积头部中。加热式分配歧管设置在容器下方且包括限定为经由其穿过的多个通路。容器由分配歧管间接地加热至足以升华容器内的源材料的程度。分配板设置在分配歧管下方且处在传送穿过设备的基底的水平面上方限定距离，以便将穿过分配歧管的升华源材料进一步分配到下方基底的上表面上。
文档编号C23C14/24GK102534508SQ20111045179
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者J·N·约翰森, S·D·费尔德曼-皮博迪, 赵宇 申请人:通用电气公司