专利名称：用于向基片施加均匀薄液层的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1和权利要求14的前序部分的用于向基 片 一一尤其是用于光电应用的硅电池一一施加均匀薄液层一_尤其是磷 酸层一一的设备，同时本发明还涉及一种根据权利要求18的前序部分的用 于向基片一_尤其是用于光电应用的硅电池一一施加均匀薄液层——尤 其是磷^一一的方法。
背景技术：
为了能够制造由硅制成的光电池，首先必须在未成品的电池上掺杂 磷。在此第一步骤中，利用磷酸将电池弄湿并且将弄湿的电池放置在大 约为800°C至900°C的高温炉中，在此，磷从变干的酸扩散到硅基片内。 涂层设计成非常均匀以在扩散过程中取得均衡分布，并且涂层还以节约 的方式设计，因为过量的磷酸融到电池上成为"磷玻璃"，"磷玻璃"仅 能够利用氢氟酸除去，并且这种去除实现起来很复杂。通常以如下方式向硅基片施加磷酸，即通过高频超声设备将磷酸雾 化，并使磷酸雾凝在硅基片上。磷酸雾从处理腔输送到落降通道，落降 通道较宽，并且以较远的距离设置在输送经过落降通道的硅基片即电池 上方。该已知设备的一个缺点在于它不能够保证使雾均匀分布，因为即 使轻微的气流也足够"吹动"雾。此外，处理腔的构造导致有破坏性的 冷凝滴落到硅电池上，这会妨碍取得均匀变湿或均匀涂敷的结果。已经 进行尝试在落降通道下面使用承液盘来接住上述类型的冷凝滴，然而这 样甚至产生了更加防碍雾均匀散布的效果。发明内容因此，本发明的目的是制造一种用于向基片一一尤其是前述类型的光 电应用的硅电池一一施加均匀薄液层一一尤其是磷酸层一一的设备，该设 备允许向所讨论的基片一一尤其是硅电池一一上施加液体一一尤其是磷 酸一一，就表面区域和用量而言，该薄液层施加得基本上更加均匀。 权利要求1中指出的特征以用于向基片一一尤其是用于前述类型的光电应用的硅电池一 一上施加均匀薄液层尤其是磷酸层一一的i殳备实 现了此目的。根据本发明提出的措施在基本闭合的循环系统内取得了均匀产生 的雾以及取得了液雾从产生位置(处理腔)到施加位置以及在施加到基 片上的过程中的均勻输送。这种均匀性涉及到在硅基片上沉积过程的关 于表面区域方面和量的方面。此外，由于液雾落降通道的逐渐变细和因 此导致的雾的阻碍而使液雾被压缩且进一步均匀化。根据权利要求2的特征指出 一种从生产工艺角度来看很简单的落降 通道的设计。根据权利要求3的特征指出通道装置的盖设置在从通道中穿过的硅 基片的上面，所述盖保持在一定的温度以使液雾不能够冷凝并因此不可 能形成液滴，这样还提高了液雾的均匀性和其施加的均匀性。基于根据权利要求4和/或5的特征，从初始点到施加点以及在施加 过程中实现了液雾的可控、均匀及有效的输送。在本文中，当使用排气 管时，有利地设置根据权利要求6所述的特征使得不会削弱通道装置通 道端处的液雾的均匀性并且给液雾提供规定的流速。根据权利要求7所述的特征，由于作用在液雾上的重力以及使反应 时间的持续时间延长超过用于传送所需要的时间，以优选地和有利地方 式使液雾均匀并足够量地沉积到硅基片上。根据权利要求8所述的特征，在液雾产生的地方配置碰撞元件，其 具有利用其塑料网接住液体以防止飞溅并使液体流回到液体盘中的优 点。从权利要求9所述的特征能够得出用于这种目的的有利构造。根据权利要求10所述的特征，关于液雾的均匀性，处理腔的盖的 构造的优点在于，由于其倾斜设置，在所述盖处收集的冷凝液能够输送 回到液体盘。相应地，根据权利要求ll，在液雾落降通道中采取措施使其能够除 去形成在落降通道壁上的冷凝液而不允许液滴的形成。为了这个目的， 有利地提供根据权利要求12所述的特征使得冷凝液能够通过通道被排
放到旁边。从权利要求13能够得到更优选的设计构造，其优点在于这种类型 设备的宽度能够延长至几乎不受限制的程度。在上面引用的公知设备中，所使用的高频超声设备的高频超声发射 机或发生器不能抵抗磷酸的腐蚀。因此，必须使用充满水、排放并连接 到调温线路上的中间容器。将所述高频超声发生器附连到中间容器的下 侧并且将振动膜附连到中间容器的上侧，因此水和振动膜的功能是将声 波从高频发射机传送到位于水和振动膜上面的磷酸盆或磷酸盘。关于这 个方面的不利之处在于麻烦及昂贵的技术、由于疲劳导致的振动膜的频 繁破裂、导致的振动膜费时费力的更换过程以及这种类型的声波传送装 置的衰减特性。为了避免这些不利之处，前述类型的设备具有权利要求14指出的 特征。作为本发明措施的结果，磷酸和声波都集中在石英玻璃喷嘴内。有 利地提供了权利要求15所述的特征使得压入到石英玻璃喷嘴中的液体 能够通过供给线路流回。通过根据权利要求16所述的特征指出了关于这方面的一个优选设 计构造。根据权利要求17所述的特征使高频超声设备能够大体上直接与磷 酸接触而不会导致不利于发生高频超声的强度。此外，根据权利要求18的前序部分，本发明涉及一种用于在基片一 —尤其是用于光电应用的硅电池一一上施加均匀的薄液层一一尤其是磷 酸层——的方法。正如前面所提及的，迄今以前的类似的方法呈现了在液雾输送过程 中缺少均勻性并且因此在磷酸沉积过程中缺少均匀性。为了改善前述类型方法的这个方面，提供了权利要求18指出的特征。基于根据本发明的措施，液雾能够被有效且均匀地从液雾生成点输
送到将液雾层施加或沉积到基片上的点。通过根据权利要求19和/或20的特征指出了关于这一点的有利实施 方式。
从下面的描述中能够得到本发明更多的细节，其中基于附图描述的 典型实施方式更具体地描述和讨论本发明。在附图中图1描述了向用于光电应用的硅基片上施加均匀薄磷酸层的设备 的示意性的部分纵剖侧视图，以及图2描述了应用在根据图l的设备中的高频超声设备在安装状态下 的横截面图。
具体实施方式
如图1描述的设备10的功能是向用于光电应用的硅基片或电池12 上施加均勻的薄磷酸层。在本文中，硅基片12在传送设备13上沿箭头 A的方向传入和传出，并且在传送运动过程中由于硅基片12被传送通 过由处理腔14内的高频超声设备11生成的磷酸雾15而使硅基片12的 磷酸层变得均匀。根据图1，容纳磷酸的盘16设置在垂至于图纸平面在规定长度上延 伸的、处理腔14的底部上。磷酸盘16通过管线18连接到磷酸罐19。 有利地，根据需要可以调节盘16中、来自所述罐19的磷酸。高频超声 设备11附连到液体盘16的底部21，所述高频超声设备11将在下面基 于图2进行更详细的描述。根据图1，处理腔14是以右侧壁22、相对的左侧壁23、盖24以及 平行于图纸平面的未描述的端壁作为边界。位于液体罐19上方的处理 腔14在临向左侧壁23的区域配置有指向传送i殳备13的落降通道25。 处理腔14的盖24设置成从右侧壁23倾斜地上升并以密封方式结合到 左侧壁23，所述左侧壁23的指向传送设备13的延伸部分23，形成了落 降通道25的侧壁。侧壁23、 23，以朝向右侧壁22的方向倾斜的方式 向传送装置13，从而落降通道25产生锥形，即大致地为楔形，侧壁23、 23，的相对侧壁26垂直地延伸并因此平行于位置较高的、处理腔14的 侧壁22。落降通道25的侧壁26作为液体盘16的边界并且延伸超过液 体盘16的液面20而形成挡件27。在处理腔14的右侧壁22的上部区域附连有撞击元件28，撞击元件 28朝下倾斜、即朝向液体盘16倾斜，突出进入到处理腔14中并终止在 挡件27之前的一定距离处，形成通路29。撞击元件28具有覆盖有塑料网30的框，因此塑料网30以防止飞 溅的方式接住由高频超声设备11喷出的磷酸雾15内的磷酸小滴，并且 使小滴流回到液体盘16中。因此仅使磷酸雾穿过通路29和撞击元件28 的塑料网30进入到处理腔14中位于通路29和撞击元件28后面的空间。 撞击元件28的塑料网30还允许在处理腔14的盖24上聚集以及朝向侧 壁22流回的冷凝液穿过并流回到液体盘16中。在盘16的液面20与撞击元件28之间的区域配置有空气供给连接 器31，空气供给连接器31的供给线路配置有调节设备32。通过这种方 法，产生的磷酸雾通过可控空气供给线路31、 32推动、即有效地移动， 并且经过挡件27并朝向落降通道25的入口。彼此成为一体的左侧壁部分23、 23，以及落降通道25的侧壁26两 者都配置有覆盖网34，使得凝在落降通道25的壁上的磷酸雾15的冷凝 液能够从所述覆盖网34引导朝向底部而不形成液滴。为了这个目的， 侧壁23、23，的下边缘以及26的下边缘分别终止在通道36和37的上面， 通道36和37以未具体描述的方式将冷凝液排放到一旁，即沿着垂直于 图纸平面的方向。在传送设备13的上方，即，在放置有珪基片12并且沿箭头A的方 向移动硅基片12的传送设备13上侧39的上方，配置有通道装置40， 通道装置40具有位于落降通道25上游的入口区域41和位于落降通道 25下游的出口区域42。在入口区域41与出口区域42之间，通道装置 40在其顶部开口，落降通道排放进入到这个开口区域。在沿通路方向A 的尾端处，通道装置40的出口区域42配置有抽气箱43，在抽气箱43 面向传送设备13的侧面39的开口内设置有屋顶形状的塑料网45以生 成层流箱。在抽气箱43中远离所述塑料网45的一端附连有抽气线路46,在抽气线路46中设置有调节设备47，调节设备47具有用于有效地移动 磷酸雾15——即使磷酸雾15流动——的抽风机48。在抽风机48的后 面配置有排放到磷酸罐19内的冷凝液返回线路49。基于用于供给和除去空气的调节设备32和47，磷酸雾一旦产生就 能够以可控的方式从它的产生位置——即处理腔14——经由在处理腔 14和液体盘16下面延伸的落降通道25移动进入到通道装置40并最终 移动到对硅基片12进行涂敷的位置。由于落降通道25的楔形构造，磷 酸雾通过阻塞被压缩并均匀化。因为磷酸雾15直接从落降通道25传送 到相对低的通道装置40，磷酸雾15保持均匀和压缩并因此完全填满通 道装置40的出口区域42。因为抽气箱43从通道装置40的出口区域42 的整个宽度上均匀地吸走没有沉积的磷酸雾15的部分，所以在出口区 域42内保持磷酸雾的均匀性。因此，由于作用在磷酸雾上的重力，以 及反应时间的持续时间延长超过用于传送所需要的时间，磷酸均匀并且 足够量地沉积在基片12上。通过调节空气的供给和除去以及通过调节 供给到高频超声设备ll的能量灵敏地调整磷酸雾的喷出量。由于用于 传送硅基片12的传送设备13的传送速度与磷酸雾15从处理腔14经由 落降通道25和通道装置42到抽气箱43从而移动通过基本上闭合的循 环系统的速度相配，还取得了在硅基片12上磷酸雾的均一和(时间与 空间上)均匀的作用，其中用于传送硅基片12的传送设备13的传送速 度有利地与磷酸雾15的速度同步，即相等。为了在整个路径上均匀地输送磷酸雾15，重要的是竖直液雾落降通 道25及界定出用于基片12的沉积腔的通道装置40的尺寸即排出端彼 此相配，并且优选为相同。为了防止磷酸雾15的冷凝液在通道装置40的出口区域42下面形 成在通道装置40的盖51上，在出口区域42的上面配置有以盖51形成 为其底部的返回通道52。返回通道52在通道装置40的出口区域42的 进入端区域通过线路53连接到磷酸盘16的填充高度管54，使得从盘 16中溢出的、所调节的磷酸能够在通道装置40的上面以传送方向A流 动。在返回通道52的端头位于类似挡件的元件56的后面连接有将过量 磷酸返回到磷酸罐19的管线57。图2以图1中的细节示出用于设备10中的高频超声设备ll的示意 性纵剖图。高频超声设备11具有塑料壳体61,塑料壳体61穿过磷酸盘
底部21的钻孔62并且通过凸缘63附连到盘底部21的下侧。在由凸缘 63围绕的下部中空壳体部分64内设置有压电元件65，压电元件65作 为高频超声发生器设置于盘底部21的区域内，压电元件65的下侧以未 描述的方式配置有连接线路并且压电元件65的上侧通过石英玻璃盘66 填充并优选地粘合到石英玻璃盘66。石英玻璃盘66的厚度与压电元件 65的高频超声频率相配使得声波能够有效地传递而不会损失。这个由压 电元件65和石英玻璃盘66组成的单元安装到中空壳体部分64中，使 得以气密的方式朝向下侧密封，石英玻璃盘首先设置在临向盘16中的 磷酸的一侧。石英玻璃喷嘴68的下部、较大直径端旋进上部中空壳体 部分67，上部中空壳体部分67与中空壳体部分64构成一个整体并且突 出进入到磷酸盘16中。绕圆周设置的多个径向钻孔69引入到上部中空 壳体部分67中，盘16中容纳的磷酸能够通过径向钻孔69流入到石英 玻璃喷嘴68的空间并且还能够与石英玻璃盘66接触。石英玻璃喷嘴68 渐缩至突出进入处理腔14中的孔71。因此配置有孔71的石英玻璃喷嘴 68的末端略突出超过盘16中的磷酸的液面20。磷酸和声波都集中在石 英玻璃喷嘴68内，容纳在喷嘴68中的磷酸由于压电元件65的高频超 声能量通过盘66飞溅超出盘16中的磷酸的液面20。在围绕飞溅的磷酸 的区域生成了显著聚集的磷酸雾15。正如所提到的，在撞击元件上从磷 酸雾中分离出的磷酸小滴被盘16接住。压入到石英玻璃喷嘴68中以形成磷酸雾15的磷酸能够经由径向钻 孔69从盘16中流出。应当指出，图1描述的设备10还可以配置以不同的方式构造的高 频超声设备来取代根据图2的高频超声设备11。
权利要求
1.一种设备(10)，用于向尤其是光电应用的硅电池的基片(12)上施加均匀薄液层尤其是磷酸层，其具有处理腔(14)，所述处理腔(14)配置有液体盘(16)和把液体转变成液雾(15)的高频超声设备(11)；以及用于所述基片(12)的传送设备(13)，所述传送设备(13)设置在所述处理腔(14)的液雾落降通道(25)下面；其特征在于，所述处理腔(14)的所述液雾落降通道(25)的内截面朝着所述传送设备(13)的方向渐缩并排放到覆盖在所述传送设备(13)上的用于所述基片(12)的通道装置(40)中，并且所述液雾落降通道(25)的孔端的内截面和所述通道装置(40)的内截面相配并优选为基本相同。
2.如权利要求l所述的设备，其特征在于，所述液雾落降通道(25) 沿所述通道装置(40)的方向是楔形的。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，在所述通道装置(40 ) 上沿着通路方向(A)在所述落降通道(25)的孔的下游，设置有连接到 液体盘(16)的返回通道(52)，所述返回通道(52)的远离所述孔的尾端 连接到液体罐(19)。
4.如权利要求1至3中至少一项所述的设备，其特征在于，在所述高 频超声设备(11)上方区域内设置有连接到第一调节设备(32)的空气供 给管(31)。
5.如前述权利要求中至少一项所述的设备，其特征在于，所述通道装 置(40)的端头配置有连接到第二调节设备(47)的排气通道(46)。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，在所述通道装置(40)与 所述排气通道(46)之间设置带有层流箱(45)的抽气箱(43)，所述抽气 箱(43 )连接于抽风机(48 )。
7.如前述权利要求中至少一项所述的设备，其特征在于，用于所述雾 从所述处理腔(14)移动通过所述通道装置(40)移动速度的第一和第二 调节设备(32、 47)与用于所述基片(12)的传送设备(13)的速度相配， 优选为同步。
8.如前述权利要求中至少一项所述的设备，其特征在于，在所述处理 腔(14)内的所述高频超声设备(11)和所述液体盘(16)的上方配置有 具有网(30)的撞击元件(28)，所述网(30)优选为塑料网。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，在所述撞击元件(28)的 自由端与挡件(27)之间具有用于液雾的通路(29),所述撞击元件(28) 从远离所述落降通道(25)的处理腔壁(22)开始倾斜，所述挡件(27) 设置在所述液体盘(16)远离所述处理腔壁(22)的一端。
10.如前述权利要求中至少一项所述的设备，其特征在于，所述处理 腔(14)的盖(24)从远离所述落降通道(25)的所述处理腔壁(22)开 始上升地倾斜。
11. 如前述权利要求中至少一项所述的设备，其特征在于，所述楔形 液雾落降通道(25)在其边界壁(23、 26)上配置有覆盖网(34)。
12. 如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述落降通道(25)的 边界壁(23、 26)通过流出通道(36、 37)终止在所述通道装置(40)的 孔区域。
13. 如前述权利要求中至少一项所述的设备，其特征在于，根据所述 传送i殳备(13)横过所述通道方向(A)的宽度以及所述处理腔(14)的 宽度，设置有多个在此方向上以预先设定的间隔设置的高频超声设^( 11 )。
14. 一种设备(IO)，用于向尤其是光电应用的硅电池的基片(12)施 加均匀的尤其是磷酸层的薄液层，其具有尤其是如权利要求1和后面的任意权利要求中所述的处理腔(14)，所述处理腔(14)配置有液体盘(16); 以及把液体转变成液雾(15)的高频超声设备(11 )，其特征在于，用于把 液体喷成雾状的所述高频超声设备(11)配置有优选为石英玻璃制成的喷 嘴(68),在所述喷嘴(68)下面设置高频超声发生器(65)。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，在从所述液体盘(16) 的液面(20)突出的所述喷嘴(68)与所述高频超声发生器(65)之间配 置有供给线路(69)以允许流体从所述盘(16)流入到所述喷嘴(68)中。
16.如权利要求14或15所述的设备，其特征在于，所述喷嘴(68) 保持在优选为塑料制成的壳体(61)中，所述壳体(61)固定到所述液体 盘(16)的底部(21)并且以液密的方式从所述底部穿出，在所述盘底部 (21)的区域中所述高频超声发生器(65)附连到所述壳体(61),并且多 个径向供给钻孔(69 )配置在所述壳体(61)位于所述液体盘(16)内的 部分(67)中。
17.如权利要求14至16中至少一项所述的设备，其特征在于，所述 高频超声发生器是压电元件(65 )，石英玻璃盘(66)附连优选地粘合在所 述压电元件(65)上，所述石英玻璃盘(66)朝向所述喷嘴(68)并与超 声频率相配。
18. —种方法，用于向尤其是光电应用的硅电池的基片施加均匀的尤 其是磷酸层的薄液层，其中，高频超声设备在处理腔内生成液雾，所述液 雾沉淀即沉积在优选地由传送i史备移动的基片上，其特征在于，所迷液雾接到所述处理腔的落降通道中被压缩和均匀化，所述液雾从所述处理腔的 落降通道输送进入到设置在移动的基片上面的通道装置中并且沉积在所 述基片上，其中所述液雾的有效运动与所述基片的速度相配，优选地与其 同步。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，加热的液体直接返回到 输送要沉积的所述液雾的所述通道装置上。
20.如权利要求18或19所述的方法，其特征在于，在所述通道装置 的端头处所述液雾作为残留物被均匀地吸走。
全文摘要
本发明涉及一种用于向光电应用的硅电池(12)施加均匀的、尤其是磷酸层的薄液层的设备(10)，其配置有处理腔(14)；液体盘(16)；以及将液体转化成液雾(15)的高频超声设备(11)；以及用于硅电池(12)的传送设备(13)，其设置在处理腔(14)的液雾落降通道(25)的下方。根据本发明可以实现这种允许关于施加的表面和用量将液体以更均匀的方式施加到相关硅电池的设备(10)，因此，所述处理腔(14)的所述液雾落降通道(25)的内截面朝着所述传送设备(13)的方向渐缩并排放到覆盖在所述传送设备(13)上的所述基片(12)的通道装置(40)中，并且所述液雾落降通道(25)的孔端的内截面和所述通道装置(40)的内截面相配并优选为基本相同。
文档编号H01L21/00GK101164139SQ200680013599
公开日2008年4月16日 申请日期2006年3月28日 优先权日2005年4月22日
发明者克里斯蒂安·布赫纳, 约瑟夫·真蒂舍尔, 约翰·布鲁纳, 赫尔穆特·卡尔姆巴赫 申请人:施密德技术系统有限公司