专利名称：用于衬底上的薄膜层的连续沉积的气相沉积设备和方法
技术领域：
本文公开的主题一般地涉及薄膜沉积工艺领域，其中诸如半导体材料层的薄膜层 沉积在衬底上。更特别地，该主题涉及气相沉积设备及相关工艺，其用于将光反应材料的薄 膜层沉积在呈光伏(PV)模块形态的玻璃衬底上。
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”)作为光反应器件在工业上正在赢得广泛的认可和兴趣。CdTe是具有特别适合 于将太阳能转换成电力的特性的半导体材料。例如，CdTe具有大约1. 45eV的能带隙，这使 得与历史上用在太阳能电池应用中的较低能带隙的半导体材料(例如，对于硅大约1. IeV) 相比，其能够从太阳光谱转换更多的能量。并且，与较低能带隙的材料相比，CdTe在较低或 漫射光条件下转换辐射能，并且因而与其它常规材料相比在白天期间或多云条件下具有更 长的有效转换时间。使用CdTe PV模块的太阳能系统通常被认为在所产生的功率的每瓦特成本方面是 商业可获得系统中最具成本效益的。然而，尽管CdTe有多种优点，太阳能作为工业或民用 电力的补充来源或主要来源的可持续商业开发和认可取决于大规模并以成本经济的方式 生产高效PV模块的能力。某些因素在成本和发电能力方面极大地影响CdTe PV模块的效率。例如，CdTe是 相对昂贵的，并且因而材料的有效利用(即浪费最小)是主要的成本因素。此外，模块的能 量转换效率是沉积的CdTe薄膜层的某些特性的一个要素。薄膜层中的不均勻性或缺陷会 极大地降低模块的输出，从而增加每功率单位的成本。并且，以经济上切合实际的商业规模 加工相对大的衬底的能力是至关重要的考虑。CSS (封闭系统升华)是用于生产CdTe模块的已知商业气相沉积工艺。例如参考美 国专利第6，444，043号和美国专利第6，423，565号。在CSS系统的气相沉积室内，将衬底带 至位于CdTe源对面的相对较小距离(例如，大约2-3mm)处的相反位置。CdTe材料升华并 沉积在衬底的表面上。在以上引用的美国专利第6，444，043号的CSS系统中，CdTe材料呈 颗粒状并被容纳在气相沉积室内的加热容器中。升华的材料穿过放置在容器上的盖子中的 孔并沉积在静止的玻璃表面上，该玻璃表面保持在盖子框架上方最小的可能距离(l-2mm) 处。由于薄膜的最佳膜质量只在这样一个点下的狭窄温度范围内才能获得，在该点膜 将开始比其沉积更快地升华(例如，对于碲化镉在大约600°C到大约650°C之间)，因此期望 在整个CSS过程期间将衬底温度保持在此狭窄的温度范围之间。然而，在CSS过程中，盖子 必须被加热到远大于衬底的温度(例如，当沉积碲化镉时大约800°C)以确保没有材料会沉 积并累积在盖子上。由于盖子比衬底热，盖子将通过来自盖子的辐射(例如，热交换)而升 高衬底的温度。由于薄膜的沉积期间衬底的温度升高，此温度增加会导致贯穿膜的厚度的 膜质量梯度。此外，如果衬底的温度增加过高，膜厚度受到限制，因为衬底会变得太热而不能接受任何更多的材料。这会要求在衬底处在较低温度下开始该过程，导致沉积的第一薄 膜在结晶质量方面较低。因此，在工业中对于改进的气相沉积设备和工艺存在持续的需求，该改进的气相 沉积设备和工艺用于经济上可行地大规模生产高效的PV模块，特别是CdTe模块。特别是， 存在对 于改进的升华板的需求，该改进的升华板用来在CSS工艺中以经济上可行的大规模 生产高效PV模块，尤其是CdTe模块。
发明内容
本发明的多个方面和优点在以下描述中将部分地陈述，或者可从该描述变得明 显，或者可通过本发明的实践而获悉。通常提供一种设备，用于将升华的源材料在光伏(PV)模块衬底上气相沉积成薄 膜。在一个实施例中，该设备可包括沉积头。可将容器设置在该沉积头中，并构造成用于容 纳颗粒状源材料。加热的分配歧管可设置在容器下，允许该容器被该分配歧管间接加热至 足以使容器内的源材料升华的程度。该加热的分配歧管可限定通过其中的多个通道。可将 钼沉积板设置在该分配歧管下方，并位于通过该设备输送的衬底的上表面的水平输送平面 上方限定的距离处。该钼分配板还可限定通过其中的通道的图案，其进一步分配通过分配 歧管的升华的源材料。该钼分配板包括按重量计大于大约75%的钼。还提供了一种方法，用于升华的源材料的气相沉积，从而在光伏(PV)模块衬底上 形成薄膜。例如，源材料可供应给沉积头内的容器。该容器可用设置在容器下的热源构件 间接加热，以升华源材料。升华的源材料可在沉积头内向下引导通过热源构件，同时单个衬 底在热源构件下输送。通过热源构件的升华的源材料可通过位于衬底的上表面和热源构件 之间的钼分配板分配到衬底的上表面上，使得在输送方向上衬底的前部和后部暴露于大致 相同的气相沉积条件，以在衬底的上表面上获得期望的大致均勻的薄膜层厚度，其中所述 钼分配板包括按重量计大于75%的钼。参考以下描述及所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面以及优点将变 得更好理解。结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附示了本发明的实施例， 并与描述一起用于解释本发明的原理。
在本说明书中陈述了本发明的完整的且能够实施的公开，包括其最佳模式，其参 考了附图，其中图1是可结合本发明的气相沉积设备的实施例的系统的平面视图；图2是呈第一操作构造的根据本发明的多方面的气相沉积设备的一个实施例的 横截面视图；图3是呈第二操作构造的图2的实施例的横截面视图；图4是与衬底传送装置配合的图2的实施例的横截面视图；以及图5是图2的实施例内容器部件的顶视图。本说明书以及图形中参考标号的重复使用意在表示相同或类似的特征或元件。部件列表
权利要求
1.一种用于将升华的源材料在光伏(PV)模块衬底(14)上气相沉积成薄膜的设备 (100)，所述设备包括沉积头(110)；设置在所述沉积头(110)中的容器(116)，所述容器(116)构造成用于容纳颗粒状的源 材料；设置在所述容器(116)下方的加热的分配歧管(124)，所述加热的分配歧管(124)构造 成用来将所述容器(116)加热至足以使所述容器(116)内的源材料升华的程度；以及钼沉积板(152)，其设置在所述分配歧管(124)的下方，并处在被输送通过所述设备 (100)的衬底(14)的上表面的水平输送平面上方限定的距离处，所述钼分配板(152)限定 通过其中的通道的图案，所述通道进一步分配通过所述分配歧管(124)的所述升华的源材 料，其中所述钼分配板(152)包括按重量计大于大约75%的钼。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其特征在于，所述钼分配板(152)包括按重量计 大于大约85%的钼，甚至更优选地优选按重量计大于大约95%的钼。
3.根据权利要求1或2所述的设备(100)，其特征在于，所述钼分配板(152)基本上由 钼构成，优选地所述钼分配板(152)由钼构成。
4.根据任一前述权利要求所述的设备(100)，其特征在于，所述钼分配板(152)中的所 述通道呈这样的图案，使得来自所述分配歧管(124)的升华的源材料的流越过所述分配板 (152)横穿通过所述设备(100)的所述衬底(14)的输送方向不被打断。
5.根据权利要求4所述的设备(100)，其特征在于，所述分配歧管(124)限定通过其中 的多个通道(126)，以允许通过所述分配歧管(124)的升华的源材料的通过。
6.如任一前述权利要求所述的设备(100)，其特征在于，所述设备还包括设置在所述 分配歧管(124)上方的能够移动的百叶板(136)，所述百叶板(136)包括通过其中的多个通 道(138)，其在所述百叶板(136)的第一位置上与所述分配歧管(124)中的所述通道(126) 对齐，以允许升华的源材料穿过所述分配歧管(124)的通过，所述百叶板(136)能够移动至 第二位置，其中所述百叶板(136)阻塞所述分配歧管(124)中的所述通道(126)，以使得升 华的材料不能流过其中。
7.根据权利要求6所述的设备(100)，其特征在于，所述设备还包括连接到所述百叶板 (136)上的促动机构(14)，以使所述百叶板(136)在所述第一位置与第二位置之间移动。
8.根据任一前述权利要求所述的设备(100)，其特征在于，所述分配歧管(124)包括布 置在所述歧管(124)中的所述通道(126)之间的内部加热元件(128)。
9.根据任一前述权利要求所述的设备(100)，其特征在于，所述设备还包括设置在所 述沉积头(110)下方的输送器(160)，所述输送器(160)包括连续环输送器，所述衬底在所 述连续环输送器上被支承在所述钼分配板(152)的下方，所述输送器(160)构造成以通过 所述设备(100)的大体上恒定的线性速度在进口槽(156)和出口槽(158)之间输送所述衬 底，使得所述衬底的前部和后部在所述沉积头(110)内在通过所述设备(100)的所述衬底 (14)的输送方向上暴露于大体上相同的气相沉积条件下。
10.一种用于气相沉积升华的源材料从而在光伏(PV)模块衬底上形成薄膜的方法，所 述方法包括将源材料供应至沉积头内的容器；用设置在所述容器下的热源构件间接加热所述容器以升华所述源材料； 将升华的源材料在所述沉积头内向下引导通过所述热源构件； 在所述热源构件下方输送各个衬底；以及经由位于所述衬底的上表面和所述热源构件之间的钼分配板将通过所述热源构件的所述升华的源材料分配到所述衬底的上表面上，其中所述钼分配板包括按重量计大于大约 75%的钼。
全文摘要
本发明涉及用于衬底上的薄膜层的连续沉积的气相沉积设备和方法，具体而言，提供了用于将升华的源材料在光伏(PV)模块衬底上气相沉积成薄膜的一种设备及相关方法。容器设置在真空头部室内并构造成用于容纳源材料。加热的分配歧管设置在容器下方，并包括通过其中限定的多个通道。容器由该分配歧管间接加热至足以使容器内的源材料升华的程度。钼分配板设置在分配歧管下方，并位于被输送通过该设备的衬底的水平平面上方限定距离处。钼分配板包括通过其中的孔的图案，这些孔进一步将通过分配歧管的升华的源材料分配到下面的衬底的上表面上。该钼分配板包括按重量计大于大约75％的钼。
文档编号C23C16/455GK102108501SQ20101061589
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者C·拉思维格, M·J·佩沃尔, M·W·里德 申请人:初星太阳能公司