蒸发装置和方法

蒸发装置和方法
【专利摘要】本发明提供了一种蒸发装置和方法，包括被配置成其中包括至少一个待涂覆的衬底和与蒸发源相连接的至少一个散布喷嘴的腔室。该腔室具有限定可调的孔的至少一个可调屏蔽件。该屏蔽件设置在散布喷嘴和衬底所在位置之间。孔在由面积、形状和方向所构成的组中的至少一个方面上是可调的。至少一个可调屏蔽件具有加热器。
【专利说明】蒸发装置和方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及蒸发装置以及沉积薄膜的方法。

【背景技术】
[0002]光伏电池或太阳能电池是由阳光直接产生电流的光伏部件。由于对清洁能源的需求的增长，近些年来太阳能电池的制造急剧扩展并且持续地扩展。出现并且持续研发出各种类型的太阳能电池。太阳能收集组件大体上包括大而平的衬底，在其上形成有背面接触层、吸收层、缓冲层和正面接触层。
[0003]多个太阳能电池形成在一个衬底上并且通过每个太阳能电池中的相应的互连结构而串联连接从而形成太阳能电池组件。吸收层吸收太阳光，使用背面接触层将该太阳光转换成电流。在至少一些已知的太阳能电池的制造或生产中使用半导体材料以作为形成吸收层的材料。诸如铜铟镓硒(CIGS)的基于黄铜矿的半导体材料用来形成沉积在衬底上的吸收层。
[0004]然而，对于使用这种技术而言仍存在挑战和限制。例如，当使用共蒸法时，难以在大面积上方均匀地蒸发诸如铟、镓和硒的金属元素。


【发明内容】

[0005]为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种蒸发装置，包括:腔室，被配置成其中包含至少一个待涂覆的衬底和至少一个与蒸发源相连接的散布喷嘴；所述腔室具有至少一个限定有可调的孔的可调屏蔽件，所述屏蔽件设置在所述散布喷嘴和所述衬底的位置之间，所述孔在由面积、形状和方向所构成的组中的至少一方面上是可调的，所述至少一个可调屏蔽件具有加热器。
[0006]在所述装置中，所述腔室具有在涂覆所述衬底时使所述衬底移动经过所述孔的输送机。
[0007]在所述装置中，所述至少一个可调屏蔽件包括沿着所述孔的至少一侧布置的多个独立的可移动板条。
[0008]在所述装置中，还包括:用于每个相应的可移动板条的相应的线性致动器或伺服电机。
[0009]在所述装置中，所述腔室被配置成在低于大气压的局部真空压力下运行；以及所述线性致动器或所述伺服电机被配置成在所述腔室处于所述局部真空压力下时被远程调节。
[0010]在所述装置中，还包括:被配置为操作所述线性致动器或所述伺服电机的控制单
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[0011]在所述装置中，还包括:位于包含所述喷嘴的歧管之上或与所述歧管相邻接的至少一个加热器、将蒸汽输送至所述歧管的导管或控制对所述喷嘴的蒸汽供应的阀。
[0012]在所述装置中，还包括:被配置为控制对所述至少一个加热器的电流供给的控制单元。
[0013]在所述装置中，所述至少一个可调屏蔽件包括沿着所述孔的至少两个相对侧中的每一侧布置的多个可独立移动的板条。
[0014]在所述装置中，所述板条可定位为使得每个板条围绕其纵轴独立旋转。
[0015]在所述装置中，所述至少一个可调屏蔽件包括位于所述孔的第一侧的至少一个可移动板，所述至少一个可移动板具有至少一个既不平行于又不垂直于所述孔的第二侧的边缘，所述孔的第二侧与所述孔的第一侧相邻接。
[0016]根据本发明的另一方面，提供了一种蒸发装置，包括:腔室，被配置成其中包含至少一个待涂覆的衬底和至少一个与蒸发源相连接的散布喷嘴；以及多个可移动板，被设置在所述至少一个散布喷嘴和所述至少一个衬底的位置之间，所述板限定有可调的孔，所述板中的至少一个具有加热器。
[0017]在所述装置中，所述至少一个可移动板包括沿着所述孔的至少一侧的每一侧布置的多个可独立移动的板条；所述装置还包括用于每个相应的可移动板条的相应的线性致动器或伺服电机，所述腔室被配置成在低于大气压的局部真空压力下进行工作，所述线性致动器或所述伺服电机被配置成在所述腔室处在局部真空压力下时被远程调节。
[0018]根据本发明的又一方面，提供了一种方法，包括:提供其中包含至少一个待涂覆的衬底和至少一个与蒸发源相连接的散布喷嘴的腔室；调节至少一个可调屏蔽件以在由孔的面积和形状所构成的组中的至少一个方面进行设定，所述屏蔽件设置在所述至少一个散布喷嘴和所述至少一个衬底之间；以及在将蒸汽从所述喷嘴喷到所述衬底上之前或同时，力口热所述至少一个可调屏蔽件。
[0019]在所述方法中，将所述至少一个可调屏蔽件加热至所述蒸汽所含物质的至少一个溶融温度的温度。
[0020]在所述方法中，还包括:在将蒸汽从所述喷嘴喷到所述衬底上之前或同时，加热包含所述喷嘴的歧管、将所述蒸汽输送给所述歧管的导管或控制所述喷嘴的蒸汽供给的阀。
[0021]在所述方法中，还包括:在所述调节之前，在所述腔室中执行第一散布操作以涂覆第一衬底；在所述第一散布操作过程中确定沉积在所述第一衬底上的涂层的厚度轮廓；基于所述厚度轮廓确定所述调节的量或类型；以及在所述调节之后，在所述腔室中对第二衬底执行第二散布操作。
[0022]在所述方法中，如果沉积在所述第一衬底上的所述涂层的所述厚度轮廓在所述衬底的端部处厚于所述衬底的中心处，则执行所述调节使得孔在所述调节之后具有至少一个为凸形的侧面。
[0023]在所述方法中，如果沉积在所述第一衬底上的所述涂层的所述厚度轮廓在所述衬底的端部处薄于所述衬底的中心处，则执行所述调节使得孔在所述调节之后具有至少一个为凹形的侧面。
[0024]在所述方法中，所述第一散布步骤、所述第二散布步骤和所述调节步骤均在局部真空条件下执行。

【专利附图】

【附图说明】
[0025]图1是蒸发装置的示意性正面视图；
[0026]图2是从图1的剖面线2-2处观看时得到的图1中的装置的示意性底视图；
[0027]图3是图2所示的可调屏蔽件的等距视图；
[0028]图4是图3所示的可调屏蔽件的板条之一的等距视图；
[0029]图5示出了用于定位图4中的板条的线性致动器或伺服电机；
[0030]图6示出了用于定位图3中的板条的多个线性致动器或伺服电机；
[0031]图7是图1中的孔和可调屏蔽件的部件分解视图；
[0032]图8A是示出了在对图SB所示的可调屏蔽件进行调节之前以及之后通过蒸发装置所产生的涂层厚度轮廓的曲线图；
[0033]图9A是示出了在对图9B所示的可调屏蔽件进行调节之前以及之后通过蒸发装置所产生的涂层厚度轮廓的曲线图；
[0034]图1OA至图1OC示出了对图1中的可调屏蔽件的单个板条的驱动以提供不对称的孔；
[0035]图11示出了图1中的可调屏蔽件的旋转以改变屏蔽件的高度角；
[0036]图12A至图12D示出了具有可以围绕每个板条的相应轴独立旋转的板条的可调屏蔽件的一个实施例；
[0037]图13A和图13B分别示出了用于旋转图11和图12D的板条的伺服机构；
[0038]图14是调节蒸发装置的方法的流程图。

【具体实施方式】
[0039]对于示例性实施例的描述旨在接合附图进行阅读，附图被认为是整个书面描述的一部分。在说明中，相关术语，诸如，“下面的”、“上面的”、、“水平的”、“垂直的“、“在…上面”、“在…下面”、“向上的”、“向下的”、“顶部”和“底部”以及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应与随后所描述的或在论述过程中视图所示出的方向相关。这些相对关系术语旨在更容易地描述，并不要求部件按此特定的方向装配或操作。除非另有明确说明，否则这些涉及了连接，耦合等的术语(诸如“连接的”和“互连的”)涉及的是彼此直接固定或连接或通过中间结构间接地固定或连接的结构之间的关系，以及两者可移动或不可移动的连接或关系。
[0040]本发明所描述的方法和装置用于通过使用带有加热器的至少一个可调屏蔽件或板来改善薄膜厚度的一致性。可以通过自动控制或手动方式来调节屏蔽板的孔区的轮廓。还可以通过自动控制或手动方式来调节至少一个可调屏蔽件或板的温度。
[0041]图1是蒸汽沉积装置的示意性正视图。图2是图1中的装置的底视图。装置100包括腔室100，该腔室被配置成包括具有至少一个散布喷嘴120η的至少一个歧管102以及被喷嘴102η所喷出的蒸汽涂覆的至少一个衬底104。尽管示出了圆柱形的蒸发歧管102，但也可以使用具有其他配置(例如，具有一个或多个平面)的歧管。
[0042]通过适合的真空泵(未示出)将在其中进行沉积的腔室100保持在真空状态下。提供真空端口 118以用于排出腔室100中的空气。装置100适用于处理衬底104，该衬底的表面积大于待沉积的材料所穿过的孔108的截面。因此，在大衬底(诸如，太阳能板)的情况下，无法将材料同时沉积在衬底104的整个表面区域上方。衬底104在循环输送机101上穿行经过腔室100。材料沉积在衬底104的每个区域上，当该区域在孔108下方经过时。
[0043]在一些实施例中，如图2中所示，歧管102具有多个用于喷出蒸汽的喷嘴102η，该蒸汽基本上均匀地覆盖住太阳能电池衬底的宽度。宽度方向与输送衬底104经过歧管102的输送机101的运动方向垂直。蒸汽由蒸发源115供给。在一些实施例中，蒸发源115包括不锈钢罐，其内表面涂有钛。
[0044]气体导管117将歧管102连接至蒸发源。导管117可以具有位于其上或与其相邻的加热器117h，该加热器用于将导管加热至用导管输送的蒸汽的熔点以上的温度。位于气体导管117中的电可控的气阀111控制蒸发源115中的蒸汽的喷发速率。
[0045]在一些实施例中，衬底104是薄膜太阳能电池或具有多个薄膜太阳能电池的平板。这种太阳能电池或板104包括在衬底上方形成、充当光吸收材料的光伏薄膜。适用于下方衬底的材料包括但不限于，例如，玻璃(诸如，钠钙玻璃)、陶瓷，金属(诸如不锈钢和铝的薄片)或聚合物(诸如，聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯奈、高分子碳氢化合物、纤维类聚合物、聚碳酸酯、聚醚)以及它们的组合物等。吸收薄膜形成在衬底之上。
[0046]在一些实施例中，吸收材料是铜铟镓(二)硒(CIGS)，S卩，由铜、银、镓和硒组成的1-1I1-VI2族半导体材料。CIGS是硒化铜铟(经常缩写成“CIS”)和硒化铜镓的固溶体。CIGS是四面体键合的半导体，其具有黄铜矿晶体结构以及X值从约l.0eV (对于硒化铜铟)持续变化至约1.7eV (对于硒化铜镓)的能带隙。
[0047]在一个实施例中，光电材料可以包括P型材料。例如，吸收层可以是P型硫化物材料。在另一个实施例中，吸收层可以是CIGSjP Cu(In，Ga)Se2材料。在其他实施例中，可以将包括但并不限于 Cu (In, Ga) (Se, S)2 *“CIGSS”、CuInSe2、CuGaSe2、CuInS2 和 Cu (In, Ga)S2的硫化物材料用作为吸收层材料。可以用来形成吸收层的适合的P型掺杂物包括但不限于硼(B)或元素周期表中II族或III族的其他元素。在另一个实施例中，吸收层可以包括η型材料，该材料包括但不限于硫化镉(CdS)。
[0048]在其他实施例中，光电材料是非晶态硅(a-Si )、原生结晶体、纳米晶体(nc-Si或nc-S1: H)、黑硅、其他薄膜硅(TF-Si )、碲化镉(CdTe )、染料敏化太阳能电池(DSC)或其他有机太阳能电池材料。
[0049]在一些实施例中，本发明所述的可调的屏蔽方法和装置用于沉积CIGS吸收层中的一个或多个前体(例如，铟、镓和/或硒)。在一些实施例中，本发明所述的可调的屏蔽方法和装置用于沉积除了光电材料以外的一个或多个其他层。
[0050]例如，在一些实施例中，首先将包括初始钥(Mo)双分子层的背电极溅射到玻璃、金属箔片或聚合物衬底上以作为第一电极层。在Mo层中划出Pl微沟道。然后将上述光电(吸收)层沉积在Mo层上方。在一些实施例中，通过蒸发源将钠层沉积在背面电极上方。在一些实施例中，通过共蒸将一个或多个吸收体CIGS的前体从一个或多个蒸发源沉积到腔室中。然后，通过溅射、原子层沉积(ALD)或化学浴沉积(CBD)来形成包括CdS、AnS或InS的缓冲层。划出P2微沟道。然后，将第二电极层(例如，氧化锌(1-ZnO)、铝掺杂的ZnO (AZO)或硼掺杂的ZnO (BZO))溅射(或通过金属有机化学汽相沉积(MOCVD)而形成)在缓冲层上方。然后形成P3划线。在一些实施例中，在形成P3划线之后，还可将蒸发方法用于沉积抗反射涂层，诸如，氟化镁(MgF2)。在各个实施例中，本发明所述的屏蔽方法和装置可以用于蒸发或共蒸背面电极层、吸收层、缓冲层、正面电极层和/或抗反射涂层中的任意一个或多个层。
[0051]蒸发装置也适用于将材料沉积在其他类型和尺寸的衬底上，包括但不限于半导体晶圆。
[0052]再次参考图1和图2，腔室100具有至少一个限定可调的孔108的可调屏蔽件106(例如，至少一块屏蔽板)。至少一个屏蔽件106被设置在至少一个散布歧管102和至少一个衬底104之间。
[0053]孔108在由面积和形状构成的组中的至少一个方面上是可调的。一些实施例(例如，图3至图9B)包括一个沿着孔108的一个较长侧边的可调屏蔽件106。其他实施例(例如，图1至图2)包括位于孔108的两个长侧边中的每个侧边上的相应的可调屏蔽件106。其他实施例(未示出)包括与板111相邻、位于孔108的两个短端中的一端或两端上的相应的可调屏蔽件106。如下所述，至少一个可调屏蔽件106包括用于加热可调屏蔽件的加热元件 107h。
[0054]散布歧管102具有一个或多个散布喷嘴102η和一个或多个加热元件103。在一些实施例中，如图1和图2中所示，将加热元件103局部设置在与喷嘴102η邻接处。在其他实施例中(未示出)，加热元件围绕着歧管102的整个圆周延伸(在喷嘴102η所占据的区域之外)。
[0055]散布歧管102通过适合的气体导管与蒸发源115流控连接。气流控制阀111控制前体蒸汽流向腔室100的流速。在一些实施例中，加热元件Illh应用于阀111。选择阀111以在待沉积的材料的温度范围内输送蒸汽。为了蒸发沉积铟、镓、硒和/或硫，阀被配置成在约200°C至约1000°C的温度范围内输送蒸汽。阀111可以是内表面涂有钛的一种类型。在一些实施例中，导管117由加热器117h加热至蒸汽熔点以上的温度，从而防止材料在导管中冷凝或积累。
[0056]提供了至少一个加热器控制单元113。在一些实施例中，单个的加热器控制单元113控制着加热器103、107h、lllh和117h。例如，对于每种待沉积的材料而言，加热控制单元113对于可调屏蔽板107、歧管102、阀111和导管117具有相应的、预先设定的设定值温度。对于闭合环路控制而言，在蒸发沉积过程中对板107、歧管102、阀111和导管117的温度进行感测，并且加热器控制单元控制对加热器的电流供应以将温度保持在设定值上。在一些实施例中，加热器控制单元113是编程通用处理器。在其他实施例中，加热器控制单元113是嵌入式微控制器、微处理器或可编程的逻辑控制器(PLC )。
[0057]在其他实施例中，最多设有四个独立的加热器控制单元(未示出)以分别控制可调屏蔽板107、歧管102、阀111和导管117。
[0058]如图3至图6所示，在一些实施例中，至少一个可调屏蔽件106包括多个独立的可动板条107，这些板条沿着孔108的至少一侧相互平行分布。板条107可以由屏蔽材料(诸如，金属(例如，碳、钥、不锈钢、涂有Ti或Ni/Al的不锈钢))形成，该板条阻挡了源于喷嘴102η的蒸汽颗粒。使位于至少一侧上的多个板条107的彼此间距足够近，从而使得限定孔的边缘沿着多个板条的端部是基本连续的，并且孔沿着相对两侧基本上是连续的。
[0059]因此，如果每对相邻的板条107之间存在小的间隙(相对于板条的宽度)，则大大减小了孔108的尺寸，因为穿过任何相邻板条107之间的间隔的蒸汽的通道都是小的。
[0060]如图4所示，可调屏蔽件106中的每个单独的板条107均包括至少一个加热元件107h。在各个实施例中，加热元件107b可以是，例如，高阻抗引线或分立电阻器。可以根据每个独立的板条107的尺寸、形状和热容量以及可调屏蔽件106所需的温度控制范围来改变加热元件107h的数量、电阻和配置。
[0061]发明人确定，通过将板(板条107)、歧管102、阀111和/或导管117加热至需要通过蒸发而沉积在衬底104上的材料的熔融温度以上的温度可以避免前体材料在板、歧管和阀上冷凝(以及粘附在这些表面上)。另外，通过防止材料与歧管的冷凝和粘附避免了堵塞喷嘴102η。如果没有加热，则在接近于歧管的蒸汽入口处的堵塞可能更严重，这可能导致厚度的一致性差。加热歧管可以均匀地防止在歧管的整个受热长度中出现堵塞，从而消除导致不良的厚度一致性的原因。根据前体沉积在何种器件上，可以将板(板条107)、歧管102和/或阀111的温度设定为在约200°C至约1000°C之间的值。
[0062]类似地，通过加热孔屏蔽板107来防止材料粘附在板上。这种方法防止了板相互粘结并且防止板由于沉积材料的累积而出现尺寸变化。同时，通过加热阀111防止材料粘附在阀的流体表面，从而能够可靠地控制阀的流速，并且避免阀的堵塞。可以通过黄铜矿薄膜的平滑的形态和均匀的组分来提高黄铜矿基电池的效率。
[0063]使用在此所述的装置，还可以解决导致出现不一致薄膜厚度的其他原因。例如，在一个或多个喷嘴102η被堵塞的情况下，可以改变可调屏蔽件106的孔面积来补偿堵塞的喷嘴102η。类似地，可调屏蔽件106还可以补偿由于蒸发源115的残留量和/或阀111的打开百分比而出现的任何厚度不一致或偏差。
[0064]在图3中，孔108的相对两侧具有框架构件109。在一些实施例中，框架构件的形式为钢或铝角材(angle stock)。多个板条107中的每个均具有用来引导该板条的运动的引导机构107p。在图7的实例中，引导机构107p是突起。每个板条107均具有位于其表面上的突起107p。突起107p可以具有多种形状，诸如，圆形、椭圆形或矩形。板105安装在框架构件109上并且具有多个适配于相应的板的突起107p的狭槽105s。屏蔽板113 (图7)保护板105，并且免受蒸发源115的材料所产生的污染。在其他实施例中(未示出)，板105具有多个突起，并且每个板条107均具有相应的被配置为适配相应突起的狭槽。
[0065]在图3的实例中，配置板条的大小和形状，使得每个板条与位于其两侧的相邻板条可滑动邻接。在一些实施例中，邻接侧边107a，107b是平坦的。在其他实施例中，每个板条107的一个侧边107a都具有纵向的凹槽，而另一个侧边107b都具有纵向的凸脊或舌部，该纵向凸脊或舌部的大小与形状与邻接的板条107的凹槽相配。
[0066]如图5和图6所示，装置包括用于每个相应的可动板条107的相应的线性致动器或伺服电机110。腔室100被配置成工作在低于大气压的局部真空压力下；而线性致动器或伺服电机110被配置成在腔室处在局部真空压力下时可受到远程调节。因此，可以在不打开腔室100或不破坏真空的情况下实现对孔108的调节和重新配置。
[0067]可以通过有线的或无线的接口来控制线性致动器或伺服电机110。在一些实施例中，每个致动器均与控制单元112相连接。在一些实施例中，控制单元112是编程通用处理器。在其他实施例中，控制单元是嵌入式微控制器或微处理器或可编程逻辑控制器(PLC)。在其他实施例中(未示出)，控制单元112包括编程处理器，其中，控制单元112包括存储在与加热器控制单元113相同的处理器上的程序。
[0068]在一些实施例中，控制单元112根据一系列预先设定的轮廓之一来设定每个致动器或伺服电机110的伸展长度。例如，这些轮廓可以包括如图8B中所示的凸孔108 (中心比末纟而览)，或如图9B中所不的四孔108 (末纟而比中心览)。
[0069]如图6中所示的那样，如果所有可动的板条107完全缩回，则板条107的末端将形成与板105平行的直线，从而使得由可调屏蔽件106限定的孔108基本上为矩形。可以通过等距地伸展或缩回所有板条107来调节孔108的尺寸(但不改变孔的形状)。
[0070]图3示出了经过配置的板条107，使得每个相应板条107的延伸长度从至少一个可调屏蔽件106的一端线性变化至另一端。尽管邻接的板条107之间存在小伸展递增，但这个布置仍接近于斜直线。每个侧边中的板条数量越大(以及每个板条的宽度越小)，孔的边缘越接近于直线或平滑的曲线形状。在孔108的三个侧边上均为直线边缘并且图3的布置基本上与其他三个边缘斜交的情况下，可以将孔108调节成具有基本上呈直角梯形的形状。
[0071]图2示出了沿着孔108的每个长侧边的可调屏蔽件106的配置。可配置可调屏蔽件106使得孔108在中心较宽而在端部较窄。在这个配置中，孔108具有基本上呈六边形的形状。如果在调节孔108之前厚度轮廓是对称的，则向位于孔108的相对两侧的屏蔽件106施加相同的调节是有用的。
[0072]图7示出了配置可调屏蔽件106成使得孔108的一个较长侧边在中心是平坦的但朝向两端逐渐变细的配置。换言之。屏蔽件的轮廓在中心处是平坦的而从端部处朝向中心方向是向内伸展。在这个配置中，孔108具有基本上呈六角形的形状。另外，如果沿着孔108的两个较长的侧边都包括可调屏蔽件106并且按照这种配置来对其布置，则可以形成八角形的孔。
[0073]图SB示出了沿着孔108的一个长侧边的可调屏蔽件106的配置。可配置可调屏蔽件106使得孔108的较长一侧在中心处较宽而在端部较窄。在这个配置中，孔108具有基本上呈五角形的形状。如果喷嘴102η的不均匀堵塞使位于衬底每个侧边上的薄膜厚度之间产生了相当大的差别，并且在调节屏蔽件106之前涂层的厚度是非对称的，那么向位于孔的相对侧的屏蔽件106施加不同的调节是有利的，由此降低了厚度的不对称。因此，如图8Β所示，对孔108的一侧边缘的调节可以降低厚度的不对称。
[0074]图9Β示出了经过调节的可调屏蔽件106使得孔1Scc在中心处比端部更窄。在孔108的两个长侧边上均具有可调屏蔽件106的配置中，孔1Scc具有沙漏形配置。
[0075]仅仅给出了几个实例。取决于调节之前所观察到的厚度轮廓，根据需要可用其他配置来布置板条107，从而施加对称或非对称调节。例如，使用二阶多项式来计算每个板条107的延展长度，从而得到基本上为椭圆形的孔108。
[0076]图1OA至图1OC示出了非对称调节的一个实例。例如，在通过蒸发将材料层施加给衬底104之后，原位测量可以显示出:薄膜的厚度在Y轴线方向(图10C)上并不一致，该Y轴线方向横向于行走方向(X轴线方向)。可以通过将各个板条107的长度调节得更短(图10Α)或更长(图10Β)来消除这种不一致性。如图1OC所示，为了校正沉积薄膜的复杂形貌，可调屏蔽件106的轮廓可以是不规则的和变化的。同时，如图1OC所示，孔108可以是不对称的。在图1OC的实例中，孔108具有不规则的后缘(左侧)和笔直的前缘(右侧)。如图1OA至图1OB所示，为了防止材料粘附在可调屏蔽件106上，可以将可调屏蔽件106的板条107加热至超过沉积在衬底104上的材料的熔点的温度。
[0077]图11示意性地示出了另一个实例，其中可调屏蔽件106可以绕Y轴旋转以调节可调屏蔽件106的高度角。由于可调屏蔽件106在衬底104所在平面上的投影是l*cos0，其中，I是屏蔽件的长度，所以屏蔽件106的旋转可以减小屏蔽件在衬底104所在平面上的投影，并且有效地增大孔的尺寸。正如图11中所示，为了防止材料粘附在可调屏蔽件106上，可以将可调屏蔽件106加热至超过沉积在衬底104上的材料的熔点的温度。
[0078]图12A至图12D示出了另一个实例，其中，可调屏蔽件106的板条107可以独立地旋转。
[0079]图12A和图12B是具有可调屏蔽件206的蒸发装置200的侧视图和顶视图，其中，可调屏蔽件206包括多个延伸至孔的细长板条207。当所有板条207平置并且与衬底平行时，孔完全闭合。
[0080]图12C和图12D是蒸发装置200的侧视图和俯视图，其中，可调屏蔽件206的各个板条207以角度Θ绕离图12A的水平位置。对于长度为I的板条而言，每个板条207在衬底104所在平面上的投影为w*cos( Θ )，其中，w是宽度，而Θ是绕离图12A的水平位置的转动角度。通过分别旋转每个板条207，可以分别控制相邻板条207之间的每个间隔208的宽度。因此，可以改变蒸汽的分布从而消除沉积薄膜的厚度不一致性。
[0081]图13A示出了使得图11的屏蔽件106绕固定的旋转点106f旋转的机械装置的实例。可以通过连杆结构将诸如伺服电机I1的线性致动器连接至可调屏蔽件106。因此，伺服电机110的线性驱动使得屏蔽件106旋转至所需的高度角。为了对间隔尺寸(granularity)提供更为精细的控制,每个独立的板条107可以具有各自的伺服电机110。在其他实施例中，可以通过一个伺服电机来驱动两个以上的板条107以降低成本和复杂性。一个或多个伺服电机I1与上述控制器112相连接。
[0082]图13B示出了使图12A至图12D中的可调屏蔽件206的细长板条207旋转的机械装置的一个实例。每个板条都绕着其自身相应的纵轴旋转。如上所述，伺服电机210被配置成以所需的角度Θ来旋转板条207。为了对间隔尺寸(granularity)提供更为精细的控制，每个独立的板条207都可以具有相应的伺服电机210。在其他实施例中，可以通过连杆机构将两个或更多板条107与同一的伺服电机210相连接，并且通过同一的伺服电机使其旋转。一个或更多伺服电机210与以上所述的控制器112相连接。
[0083]使用包括相应伺服电机和连杆机构的可调屏蔽板，当腔室100处于真空状态下时，可以对孔进行调节。无需破坏真空或打开腔室100来实现调节。
[0084]图14是操作装置的方法的一个实例的流程图。
[0085]在步骤1400处，提供了其中包括至少一个散布喷嘴和至少一个待涂覆的衬底的腔室。散布喷嘴包括在歧管中，该歧管通过适合的导管与蒸发源相连接。导管具有位于蒸发源和歧管之间的控制阀。在一些实施例中，衬底是用于制造太阳能板的钠钙玻璃板。
[0086]在步骤1402处，加热至少一个孔屏蔽板。可以将孔屏蔽板包括在多个共同限定可调的孔的板之中。例如，可以将孔屏蔽板加热至超过沉积在衬底上的材料的熔点的温度。在一些实施例中，包括喷出蒸汽的喷嘴102η的歧管102的至少一部分也受到加热。在一些实施例中，输气导管117和控制蒸汽输送至腔室100的输送速率的阀111也受到加热。在一些实施例中，每次通过蒸发来沉积不同的材料时，均要调节板、歧管、导管和/或阀的加热温度。
[0087]在步骤1404处，在调节孔之前在腔室内对第一衬底执行第一蒸汽沉积操作。
[0088]在步骤1406处，确定在第一蒸发操作过程中沉积在第一衬底上的涂层的厚度轮廓。确定是涂层的厚度是否在衬底的中心、衬底的一端，还是在衬底的相对两端处是最大的。
[0089]在步骤1408处，基于第一衬底的厚度轮廓来确定调节的量或类型。例如，如图8A和图SB所示，如果沉积在第一衬底上的涂层的厚度轮廓为在衬底的端部处厚于衬底的中心(图8A)，则进行调节使得孔108在调节之后具有至少一个为凸形的侧面1Scv (例如，图8B中的孔108的顶侧)。根据另一个实例，如图9A中所示，如果沉积在第一沉底上的涂层的厚度轮廓为在衬底的端部处薄于衬底的中心，则执行调节使得孔108在调节之后具有至少一个为凹形侧面(图9B)。在这两种情况下，通过在第一衬底上的较薄涂层处提供较大的孔108而在第一衬底上的较厚涂层处提供较小的孔108来使得随后具有在腔室中形成的蒸汽沉积的衬底得到更为一致的涂层厚度。
[0090]在一些实施例中，控制单元112确定涂层的厚度是否是基本一致、是中心处最厚还是两端处最厚，或是从一侧单调递增至另一侧。如果厚度是一致的，则选择图6中所示的分布。如果厚度在中心处最厚，则选择图9B中所示的分布。如果厚度在中心最薄，则选择图8B中所示的分布。如果厚度单调递增，则选择图3中所示的分布。如果厚度是非对称的和不规则的，则可以选择图1OC中所示的不规则的分布。
[0091]除了确定孔的形状以外，可以通过使每个板条107延伸相同的长度来调节孔的总面积。这导致孔的边缘向上或向下移动，而不改变孔边缘的斜率。
[0092]在步骤1410处，基于步骤1408的确定结果来调节至少一个可调屏蔽件，从而设定由孔的面积和形状所构成的组中的至少一个方面。控制单元112使用步骤1408中所选的分布并且确定可调屏蔽件106中的每个相应的板条107的位置。随后，控制单元112将控制信号传输至相应的线性致动器/伺服电机从而使每个板条都移动至与所选分布相对应的板条107的位置。
[0093]在步骤1412处，在调节之后在腔室中执行第二和/或后续的蒸汽沉积操作。第一和第二蒸汽沉积步骤和调节步骤都在局部真空条件下执行。因此，可以在不打开腔室或破坏真空的条件下执行该调节。尽管这个实例论述的是一次调节，但是可根据蒸汽沉积的均匀性的变化(例如，取决于歧管102中的任意一个或多个喷嘴102η是否部分或完全堵塞)来酌情多次改变可调屏蔽件(屏蔽)的孔面积。另外，在可调屏蔽件106处于合适位置的情况下不需要其他修正方法。
[0094]使用这些方法，可以改进涂层的沉积并且制造出改进的产品。例如，可以通过具有平滑的形态和一个或多个CIGS前体的均匀组成来提高基于CIGS的太阳能电池的效率。改进了大面积并且有序的蒸汽沉积的厚度的一致性。改进的厚度的一致性有益于生产大量的高质量和高效率的薄膜太阳能电池。当用于基于CIGS的太阳能电池时，该方法和结构改善了 Cu/(Ga+In)比率(在板的均匀性之内)。向CuInGa前体提供光滑的表面形态。
[0095]在一些实施例中，蒸发装置包括被配置为其中包括至少一个待涂覆的衬底和与蒸发源相连接的至少一个散布喷嘴的腔室。该腔室具有用于限定可调孔的至少一个可调屏蔽件。该屏蔽件设置在散布喷嘴和衬底的所在处之间。孔在由面积、形状和方向所构成的组中的至少一个方面上是可调的。至少一个可调屏蔽件具有加热器。
[0096]在一些实施例中，腔室具有在涂覆衬底的同时使衬底移动经过孔的输送机。
[0097]在一些实施例中，至少一个可调屏蔽件包括多个可独立地移动的、沿着孔的至少一个侧布置的板条。
[0098]一些实施例还包括用于每个相应的可动板条的相应的线性致动器或伺服电机。
[0099]在一些实施例中，腔室被配置成在低于大气压的局部真空压力下进行工作；并且当腔室处在局部真空压力下时，线性致动器或伺服电机被配置成受到远程调节。
[0100]一些实施例还包括被配置为操作线性制动器或伺服电机的控制单元。
[0101]一些实施例还包括位于包含喷嘴的歧管上的或与歧管相邻的至少一个加热器、向歧管输送蒸汽的导管或控制喷嘴蒸汽供给的阀门。
[0102]一些实施例还包括被配置为用于控制至少一个加热器的电流供给的控制单元。
[0103]在一些实施例中，至少一个可调屏蔽件包括多个可独立移动的、沿着孔的至少相对两侧中的每一侧布置的板条。
[0104]在一些实施例中，板条可定位为使得每个板条都独立地围绕其纵轴旋转。
[0105]在一些实施例中，至少一个可调屏蔽件包括位于孔的第一侧边上的至少一个可移动板，该至少一个可移动板具有至少一个与孔的第二侧边既不平行也不垂直的边缘，孔的第二侧边与孔的第一侧边相邻接。
[0106]在一些实施例中，蒸发装置包括被配置成其中包括至少一个待涂覆的衬底以及至少一个与蒸发源相连接的散布喷嘴的腔室。多个可移动的板被设置在至少一个散布喷嘴和至少一个衬底的所在处之间，该板限定了可调孔，并且该板中的至少一个板具有加热器。
[0107]在一些实施例中，至少一个可移动的板包括多个可独立移动的、沿着孔的至少一个侧布置的板条。该装置还包括用于每个相应板条的相应的线性致动器或伺服电机，腔室被配置成在低于大气压的局部真空压力下进行工作，并且当腔室处在局部真空压力下时，线性致动器或伺服电机被配置成受到远程调节。
[0108]在一些实施例中，一种方法包括:提供其中包括至少一个待涂覆的衬底和至少一个与蒸发源相连接的散布喷嘴的腔室；调节至少一个可调屏蔽件以设定由孔的面积和形状构成的组中的至少一个，该屏蔽件设置在至少一个散布喷嘴和至少一个衬底之间；以及在将源喷嘴中的蒸汽喷到衬底上之前或与此同时，加热至少一个可调屏蔽件。
[0109]在一些实施例中，将至少一个可调屏蔽件加热至超过构成蒸汽的材料的至少一个溶融温度的温度。
[0110]一些实施例还包括在将喷嘴中的蒸汽喷到衬底上之前或与此同时，加热包括喷嘴的歧管、将蒸汽输送给歧管的导管或控制喷嘴蒸汽供应给的阀。
[0111]一些实施例还包括:在调节之前在腔室中执行第一散布操作以涂覆第一衬底；确定在第一散布操作过程中沉积在第一衬底上的涂层的厚度轮廓；基于厚度轮廓来确定调节的量或类型；以及在调节之后在腔室中对第二衬底执行第二散布操作。
[0112]在一些实施例中，如果沉积在第一衬底上的涂层的厚度轮廓为在衬底的端部处厚于衬底的中心处，则执行调节使得孔在调节之后具有至少一个为凸形的侧面。
[0113]在一些实施例中，如果沉积在第一沉底上的涂层的厚度轮廓为在衬底端部处薄于衬底的中心处，则执行调节使得孔在调节之后具有至少一个为凹形的侧面。
[0114]在一些实施例中，第一和第二散布步骤以及调节步骤均在局部真空条件下进行。
[0115]可以以用计算机实施的工艺和用于实行那些工艺的装置来至少部分地体现本发明所述的控制方法和控制单元112。还可以以具有计算机程序码代码的、有形的、非瞬态的机器可读存储媒介来至少部分体现所公开的方法。该媒介可以包括例如，RAM、ROMXD-ROM、DVD-ROM、BD-R0M，硬盘驱动、闪存或其他任意非瞬态机器可读存储媒介，其中，当计算机编码被下载到计算机中并且由计算机执行时，计算机变为用于实行该方法的装置。也可以以将计算机编码加载到其中和/或在其中执行该计算机编码的计算机来至少部分体现这些方法，从而使得该计算机变成用于实行这些方法的专用计算机。当在通用处理器上实施时，计算机编码段配置处理器以形成产生专用的逻辑电路。或者，可以以由用于执行这些方法的专用集成电路而形成的数字信号处理器来至少部分体现这些方法。
[0116]尽管已经以示例性的实施例对主题进行了描述，但该主体并不局限于此。反之，应该更为宽泛地解释所附的权利要求以包括本领域的技术人员可以实现的其他变型和实施例。
【权利要求】
1.一种蒸发装置，包括: 腔室，被配置成其中包含至少一个待涂覆的衬底和至少一个与蒸发源相连接的散布喷嘴； 所述腔室具有至少一个限定有可调的孔的可调屏蔽件，所述屏蔽件设置在所述散布喷嘴和所述衬底的位置之间，所述孔在由面积、形状和方向所构成的组中的至少一方面上是可调的，所述至少一个可调屏蔽件具有加热器。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述腔室具有在涂覆所述衬底时使所述衬底移动经过所述孔的输送机。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个可调屏蔽件包括沿着所述孔的至少一侧布置的多个独立的可移动板条。
4.根据权利要求3所述的装置，还包括:用于每个相应的可移动板条的相应的线性致动器或伺服电机。
5.根据权利要求4所述的装置，其中: 所述腔室被配置成在低于大气压的局部真空压力下运行；以及所述线性致动器或所述伺服电机被配置成在所述腔室处于所述局部真空压力下时被远程调节。
6.根据权利要求4所述的装置，还包括:被配置为操作所述线性致动器或所述伺服电机的控制单元。
7.根据权利要求6所述的装置，还包括:位于包含所述喷嘴的歧管之上或与所述歧管相邻接的至少一个加热器、将蒸汽输送至所述歧管的导管或控制对所述喷嘴的蒸汽供应的阀。
8.根据权利要求7所述的装置，还包括:被配置为控制对所述至少一个加热器的电流供给的控制单元。
9.一种蒸发装置，包括: 腔室，被配置成其中包含至少一个待涂覆的衬底和至少一个与蒸发源相连接的散布喷嘴；以及 多个可移动板，被设置在所述至少一个散布喷嘴和所述至少一个衬底的位置之间，所述板限定有可调的孔，所述板中的至少一个具有加热器。
10.一种方法，包括: 提供其中包含至少一个待涂覆的衬底和至少一个与蒸发源相连接的散布喷嘴的腔室； 调节至少一个可调屏蔽件以在由孔的面积和形状所构成的组中的至少一个方面进行设定，所述屏蔽件设置在所述至少一个散布喷嘴和所述至少一个衬底之间；以及 在将蒸汽从所述喷嘴喷到所述衬底上之前或同时，加热所述至少一个可调屏蔽件。
【文档编号】C23C14/24GK104233194SQ201310370283
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年8月22日 优先权日:2013年6月13日
【发明者】吴忠宪, 江济宇, 陈世伟, 严文材 申请人:台积太阳能股份有限公司