专利名称：用于在基板上持续沉积薄膜层的气相沉积设备和过程的制作方法
技术领域：
本文所公开的主题大体而言涉及薄膜沉积过程的领域，其中薄膜层(诸如半导体 材料层)沉积到基板上。更特定而言，该主题涉及在形成光伏(PV)模块中用于将光反应性 材料的薄膜层沉积到玻璃基板上的气相沉积设备和相关联的过程。
背景技术：
薄膜光伏(PV)模块(也被称作“太阳能电池板”)基于与硫化镉(CdS)配对的碲 化镉(CdTe)作为光反应性部件，这种薄膜光伏(PV)模块在工业中被广泛地接受和关注。 CdTe是一种半导体材料，其特征特别适合于将太阳能(阳光)转换成电。举例而言，CdTe 具有1.45eV的能量带间隙，与在过去用于太阳能电池应用的较低带间隙(1. IeV)的半导体 材料相比，其能转换更多的来自太阳光谱(阳光)的能量。而且，与较低带间隙材料相比， CdTe在较低或漫射光条件下更有效地转换光，且因此与其它常规材料相比，在一天中或在 低光(即，多云)条件下具有更长的有效转换时间。使用CdTe PV模块的太阳能系统在所生成的每瓦功率的成本方面被普遍认为是可 购买到的系统中最具成本效益的。但尽管CdTe具有这些优点，可持续商业开发和接受太阳 能作为工业或住宅电力的补充或主要能源取决于大规模且以成本效益方式生产高效PV模 块的能力。某些因素在成本和发电能力方面显著地影响CdTe PV模块的效率。举例而言，CdTe 相对昂贵且因此有效地利用(即，最小浪费地)该材料是主要成本因素。此外，该模块的能 量转换效率是所沉积的CdTe膜层的某些特征的因素。膜层中的非均勻性或缺陷可能会显 著地降低模块的输出，从而增加每单位功率的成本。而且，在经济上明智的商业规模上处理 相对较大基板的能力是关键考虑。CSS (近空间升华)是用于生产CdTe模块的已知商业气相沉积过程。例如，参考美 国专利第6，444，043号与第6，423，565号。在CSS系统中气相沉积腔室内，将基板带到与 CdTe源对置的相对较小距离(即，大约2-3mm)的对置位置。CdTe材料升华且沉积到基板 表面上。在上文所引用的美国专利第6，444，043号的CSS系统中，CdTe材料呈颗粒形式且 保持在气相沉积腔室内的热容器内。升华的材料通过置于容器上的覆盖物中的孔移动且沉 积到固定玻璃表面上，其保持在覆盖物框架上方最小可能距离(l-2mm)。覆盖物被加热到大 于容器的温度。虽然CSS过程有一些优点，但相关系统固有地为分批过程，其中玻璃基板被索引 到气相沉积腔室，保持在腔室中有限时段，期间形成膜层，且随后从腔室被索引出来。该系 统更适合于批处理相对较小表面积基板。该过程必须被周期性地中断以补充CdTe源，其不 利于大规模生产过程。此外，沉积过程不易于以受控方式停止和重启，导致基板被索引进 出腔室期间和将基板定位于腔室内所需的任何步骤期间，CdTe材料的显著未利用(即，浪 费)。因此，目前在工业中存在用于经济可行地大规模生产高效PV模块(特别是CdTe模块)的改进的气相沉积设备和过程的需要。
发明内容
本发明的方面和优点将在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见， 或者可通过实践本发明而学习。根据本发明的实施例，提供一种用于在光伏(PV)模块基板上气相沉积诸如CdTe 的升华的源材料为薄膜的设备。尽管本发明并不限于任何特定膜厚度，“薄”膜层在本领域 中普遍被认为小于10微米(μ m)。该设备包括沉积头，和设置在沉积头中的容器。容器被 配置成接纳源材料，诸如颗粒CdTe材料。热分配歧管设置在容器下方且包括穿过它限定的 多个通道。容器由分配歧管间接地加热到使容器内的源材料有效地升华的温度。升华的源 材料从容器流出且在头腔室中向下通过分配歧管中的通道。在特定实施例中，分配板设置 在分配歧管下方且在经过该设备输送的基板的上表面的水平面上方的限定距离处。分配板 包括穿过它的孔图案，其进一步分配升华的源材料使得材料在基板的上表面上沉积为具有 基本上均勻厚度的薄膜。基板可以恒定(即，不停止)线性输送速率输送经过该设备。在另一实施例中，一种用于在光伏(PV)模块基板上将升华的源材料气相沉积为 薄膜的设备包括沉积头，和设置在沉积头的上部中用于接纳诸如CdTe的颗粒源材料的容 器。热分配歧管设置在容器下方且包括穿过它限定的多个通道。容器由分配歧管间接地加 热到使容器内的源材料有效地升华的温度。在特定实施例中，容器包括横向延伸的端壁，横 向延伸的端壁与沉积头的壁以一定距离间隔开使得升华的源材料主要流出且在容器的端 壁上流动且向下作为横向前幕和后幕朝向分配歧管且通过分配歧管流动。升华的源材料幕 还可在横向且在某种程度上在纵向进一步分配，之后沉积到经过设备输送的基板的上表面 上。基板可以恒定线性输送速率输送经过该设备。对上文所公开的气相沉积设备的实施例的变型和修改在本发明的范围和精神内 且可在本文中进一步描述。在又一方面，本发明涵盖用于在光伏(PV)模块基板上将诸如CdTe的升华源材料 气相沉积为薄膜的过程。该过程包括向沉积头内的容器内供应源材料，且利用设置在容器 下方的热源构件加热该容器以使源材料升华。升华的源材料在沉积头内向下导向经过该热 源。各个基板在热源下方输送，且通过热源传递的升华的源材料沉积到基板上表面上使得 在输送方向基板的前部段与尾部段向头腔室中的相同气相沉积条件暴露以在基板上表面 上实现基本上均勻的薄膜层厚度。基板可以恒定线速率输送经过该设备，且升华的源材料 相对于基板的输送方向主要作为横向延伸的前幕和尾幕从容器导向。升华的源材料幕可 (例如)被导向通过设置在热源构件下方的分配板而在经过热源构件之后相对于基板的输 送方向在横向且在某种程度上在纵向进一步分配。对上文所讨论的气相沉积过程的实施例的变型和修改在本发明的范围和精神内 且可在本文中进一步描述。参考下文的描述和附图，本发明的这些和其它特点、方面和优点将会变得更好地 理解，或者可通过说明书或权利要求而变得明显，或者可通过实践本发明而学习。
本发明的全面并可实施的公开内容(包括其最佳实施方式)在说明书中陈述，说 明书参考附图，在附图中图1是可合并根据本发明的气相沉积设备的实施例的系统的平面图；图2是根据本发明的方面的气相沉积设备的实施例在第一操作配置的截面图；图3是图2的实施例在第二操作配置的截面图；图4是与基板输送机合作的图2的实施例的截面图；以及图5是图2的实施例内的容器部件的顶视图。
权利要求
1.一种用于在光伏(PV)模块基板(14)上将升华的源材料气相沉积为薄膜的设备 (100)，所述设备包括沉积头(110)；设置在所述沉积头中的容器(116)，所述容器被配置成用于接纳颗粒源材料；设置在所述容器下方的热分配歧管(1 )，所述分配歧管包括穿过它限定的多个通道 (126)，所述容器由所述分配歧管间接地加热到足以使所述容器内的源材料升华的程度；以 及分配板(152)，其设置在所述分配歧管下方且在经过所述设备输送的基板的上表面的 水平输送平面上方的限定距离处，所述分配板包括穿过它的通道的图案，所述通道进一步 分配通过所述分配歧管传递的升华的源材料。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其特征在于，所述容器包括横向延伸的端壁 (118)和纵向延伸的侧壁(117)，所述端壁与所述沉积头(110)间隔开一定距离使得所述升 华的源材料主要作为横向延伸的前幕和尾幕(119)在所述端壁上流动且向下通过所述分 配歧管(124)。
3.根据权利要求1所述的设备(100)，其特征在于还包括设置在所述分配歧管(124) 上方的可移动的闸板(136)，所述闸板包括穿过它的多个通道(138)，在所述闸板的第一位 置，所述多个通道(138)与所述分配歧管中的所述通道(126)对准以允许升华的源材料通 过所述分配歧管，所述间板能移动到第二位置，在所述第二位置，所述间板阻挡所述分配歧 管中的所述通道防止升华的材料流动通过，且还包括促动机构，所述促动机构连接到所述 闸板以在所述第一位置与第二位置之间移动所述闸板。
4.根据权利要求1所述的设备(100)，其特征在于，所述分配歧管(124)包括上壳体构 件(130)与下壳体构件(132)，所述上壳体构件下壳体构件限定内腔(134)，加热元件(128) 设置在所述内腔(134)中。
5.根据权利要求1所述的设备(100)，其特征在于还包括分配器(144)，所述分配器 (144)被配置在所述沉积头(110)的顶壁(114)中以在所述容器各处分散所述源材料，并且 包括设置在所述分配歧管(124)与所述容器(116)之间的碎屑屏蔽(150)。
6.根据权利要求1所述的设备(100)，其特征在于还包括设置在所述沉积头(110)下 方的输送机(160)，所述输送机包括连续循环输送机，所述基板(14)在所述分配板(152)下 方支承于所述连续循环输送机上，所述输送机被配置成以恒定线性速度在入口槽与出口槽 之间输送所述基板经过所述设备，使得在所述基板经过所述设备的输送方向上所述基板的 前部段与尾部段向所述沉积头内的大体上相同的气相沉积条件暴露。
7.一种用于在光伏(PV)模块基板(14)上将升华的源材料气相沉积为薄膜的设备 (100)，所述设备包括沉积头(110)；设置在所述沉积头中的容器(116)，所述容器被配置成用于接纳源材料；设置在所述容器下方的热分配歧管(1 )，所述分配歧管包括穿过它限定的多个通道 (126)，所述容器由所述分配歧管间接地加热到足以使所述容器内的源材料升华的程度；并 且所述容器包括横向延伸的端壁(118)和纵向延伸的侧壁(117)，所述端壁与所述沉积头间隔开一定距离使得所述升华的源材料主要作为横向延伸的前幕和尾幕(119)在所述 端壁上流动且向下经过所述分配歧管。
8.根据权利要求7所述的设备(100)，其特征在于还包括设置在所述分配歧管(124) 上方的可移动闸板(136)，所述闸板包括穿过它的多个通道(138)，在所述闸板的第一位 置，所述多个通道(138)与所述分配歧管中的所述通道(126)对准以允许升华的源材料通 过所述分配歧管传递，所述间板能移动到第二位置，在所述第二位置，所述间板阻挡所述分 配歧管中的所述通道防止升华材料流动通过。
9.一种用于在光伏(PV)模块基板(14)上将升华的源材料气相沉积为薄膜的过程，所 述过程包括向沉积头(110)内的容器(116)供应源材料；利用设置在所述容器下方的热源构件(128)间接地加热所述容器以使所述源材料升华；向下导向所述沉积头内的升华的源材料通过所述热源构件；在所述热源构件下方输送各个基板；以及将通过热源构件传递的升华的源材料分配到所述基板的上表面上，使得在输送方向上 所述基板的前部段与尾部段向大体上相同的气相沉积条件暴露，以便在所述基板的上表面 上实现薄膜层的所需的基本上均勻的厚度。
10.根据权利要求9所述的过程，其特征在于，所述基板(14)在气相沉积过程中以恒定 线性输送速率持续地输送，所述升华的源材料相对于所述基板的输送方向主要作为横向延 伸的前幕与尾幕(119)从所述容器(116)导向，所述升华的源材料的幕向下导向通过所述 热源构件朝向所述基板的上表面，且还包括利用外部促动的阻挡机构(140，136)暂时地阻 挡所述升华的源材料通过所述热源构件。
全文摘要
本发明涉及用于在基板上持续沉积薄膜层的气相沉积设备和过程。其中，提供了一种在光伏(PV)模块基板(14)上将升华的源材料气相沉积为薄膜的设备(100)和相关过程。容器(116)设置在真空头腔室(110)内且被配置成用于接纳源材料。热分配歧歧管(124)设置在容器下方且包括穿过它限定的多个通道(126)。容器由分配歧管间接地加热到足以升华容器内的源材料的程度。分配板(152)设置在分配歧管下方且在经过该设备输送的基板的水平面上方的限定距离处。分配板包括穿过它的孔图案，其将通过分配歧管传递的升华的源材料进一步分配到下面基板的上表面上。
文档编号C23C14/24GK102102177SQ201010615938
公开日2011年6月22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·帕沃尔, M·W·里德, R·W·布莱克, S·D·费尔德曼-皮博迪 申请人:初星太阳能公司