CH711057A2 - Arrangement for CSS coating of substrates with a pinhole diaphragm with optimized thermal emission behavior. - Google Patents

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CH711057A2
CH711057A2 CH00652/15A CH6522015A CH711057A2 CH 711057 A2 CH711057 A2 CH 711057A2 CH 00652/15 A CH00652/15 A CH 00652/15A CH 6522015 A CH6522015 A CH 6522015A CH 711057 A2 CH711057 A2 CH 711057A2
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crucible
arrangement
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Peng Shou
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China Triumph Int Eng Co Ltd
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Abstract

Es wird eine Anordnung zur CSS-Beschichtung von Substraten vorgestellt, bei der zwischen einem beheizten Tiegel (3) mit einem sublimierenden Stoff (31) und dem zu beschichtende Substrat (1) eine Lochblende (2) angeordnet ist, wobei die Lochblende (2) auf der, dem Tiegel und/oder dem Substrat zugewandten Seite eine Oberflächenstruktur und/oder Beschichtung und/oder Abdeckung aufweist, welche die thermische Emission in Richtung des Tiegels (3) erhöht und/oder in Richtung des Substrates (1) reduziert.An arrangement for the CSS coating of substrates is presented in which a perforated diaphragm (2) is arranged between a heated crucible (3) with a subliming substance (31) and the substrate (1) to be coated, wherein the perforated diaphragm (2) on the side facing the crucible and / or the substrate has a surface structure and / or coating and / or covering which increases the thermal emission in the direction of the crucible (3) and / or reduces in the direction of the substrate (1).

Description

[0001] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine verbesserte Lochblende zwischen Tiegel und Substrat für den Einsatz im CSS-Verfahren, die insbesondere bei der Herstellung von CdTe-Dünnschichtsolarzellen bzw. eines Halbzeugs dafür, zum Einsatz kommt und durch ein optimiertes thermisches Emissionsverhalten eine gleichmässigere Beschichtung des Substrates unterstützt. The present invention is an improved pinhole between the crucible and substrate for use in the CSS method, which is used in particular in the production of CdTe thin-film solar cells or a semi-finished for this, and by an optimized thermal emission behavior a more uniform coating supported by the substrate.

[0002] Bei der Herstellung von Dünnschichtsolarzellen nach dem Stand der Technik wird auf einem Substrat, üblicherweise Glas, eine transparente Frontkontaktschicht bzw. -schichtfolge (bspw. TCO - transparent conducting oxide) aufgebracht. Auf dieser Frontkontaktschicht wird eine Schicht aus reinem oder modifiziertem CdS (Kadmiumsulfid) abgeschieden, auf die nachfolgend die CdTe-Schicht (Kadmiumtellurid) abgeschieden wird. Abschliessend erfolgt das Aufbringen der Rückkontaktschicht bzw. -schichtfolge. In the production of thin-film solar cells according to the prior art, a transparent front contact layer or layer sequence (eg. TCO - transparent conducting oxides) is applied to a substrate, usually glass. On this front contact layer, a layer of pure or modified CdS (cadmium sulfide) is deposited on which subsequently the CdTe layer (cadmium telluride) is deposited. Finally, the application of the back contact layer or layer sequence takes place.

[0003] Das Aufbringen der CdS-Schicht erfolgt nach dem Stand der Technik häufig im CSS-Verfahren (Close spaced Sublimation), bei dem das Glassubstrat mit der vorbereiteten Frontkontaktschicht im Vakuum über einen Tiegel mit CdS bewegt wird. Dieser Tiegel ist beheizt und das aufzudampfende Material (CdS) verdampft (sublimiert) aus dem Tiegel und schlägt sich auf der Frontkontaktschicht des Substrates nieder, die auf einer niedrigeren Temperatur gehalten wird, als der Tiegel. The application of the CdS layer is carried out according to the prior art often in the CSS method (close spaced sublimation), in which the glass substrate is moved with the prepared front contact layer in vacuum on a crucible with CdS. This crucible is heated and the material to be evaporated (CdS) evaporates (sublimates) from the crucible and settles on the front contact layer of the substrate, which is maintained at a lower temperature than the crucible.

[0004] Das nachfolgende Aufbringen der CdTe-Schicht erfolgt ebenfalls bevorzugt mit dem CSS-Verfahren. The subsequent application of the CdTe layer is also preferably carried out with the CSS method.

[0005] Bei der beschriebenen Vorgehensweise und auch im Folgenden werden Reinigungs-, Temper- und Versiegelungsschritte nach dem Stand der Technik als bekannt vorausgesetzt und nicht näher erläutert. Auch das Aufbringen von Antireflexions- und Schutzschichten (bspw. Rückseitenlaminat oder -glas) wird vorausgesetzt. In the procedure described and also below, cleaning, tempering and sealing steps according to the prior art are assumed to be known and not explained in detail. Also, the application of anti-reflection and protective layers (for example, backside laminate or glass) is required.

[0006] Bei dem CSS-Prozess der CdS-Abscheidung wird angestrebt, die CdS-Schicht möglichst dünn zu gestalten, um die Verschlechterung der optischen Eigenschaften der Solarzelle durch diese Schicht zu begrenzen. Gleichzeitig muss jedoch gewährleistet werden, dass die CdS-Schicht keine Fehlstellen (Löcher – pin holes) aufweist, durch die es zu Kurzschlüssen zwischen dem Frontkontakt und der CdTe-Schicht kommen könnte. Nach dem Stand der Technik wird zur Erfüllung dieser beiden Anforderungen eine CdS-Schichtdicke von 60 nm bis 200 nm bevorzugt. In the CSS process of CdS deposition, the aim is to make the CdS layer as thin as possible in order to limit the deterioration of the optical properties of the solar cell by this layer. At the same time, however, it must be ensured that the CdS layer has no pinholes, which could cause short circuits between the front contact and the CdTe layer. According to the state of the art, a CdS layer thickness of 60 nm to 200 nm is preferred in order to meet these two requirements.

[0007] Bei der CdTe-Abscheidung wird ebenfalls eine Schicht möglichst konstanter Dicke angestrebt. Die Schichtdicke des CdTe beträgt bevorzugt 2000 nm bis 10 000 nm, besonders bevorzugt 3000 nm bis 5000 nm. In CdTe deposition, a layer as constant as possible thickness is also desired. The layer thickness of the CdTe is preferably 2000 nm to 10,000 nm, particularly preferably 3000 nm to 5000 nm.

[0008] Im grosstechnischen Einsatz erfolgt die Aufbringung der CdS- und CdTe-Schichten, indem die Substrate mit der vorbereiteten Frontkontaktschicht (die in Richtung der Tiegel zeigt) erhitzt und mit konstanter Geschwindigkeit über die Tiegelöffnung hinweggeführt werden, so dass sich CdS bzw. CdTe-Schichten gleichmässiger Dicke ausbilden. Die Substrate haben beim CSS-Verfahren eine Temperatur T1, bei der sich der aufzubringende Stoff (CdS bzw. CdTe) auf der Substratoberfläche niederschlägt. Damit der Stoff aus dem Tiegel verdampft herrscht in diesem eine Temperatur T2, bei dem der aufzubringende Stoff sublimiert. Diese Temperatur T2 ist deutlich höher als die Temperatur T1 des Substrates. In large-scale use, the application of the CdS and CdTe layers takes place by heating the substrates with the prepared front contact layer (which points in the direction of the crucible) and led away at a constant speed over the crucible opening, so that CdS or CdTe Form layers of uniform thickness. In the CSS process, the substrates have a temperature T1 at which the substance to be applied (CdS or CdTe) precipitates on the substrate surface. In order for the substance to evaporate from the crucible, it has a temperature T2 at which the material to be applied sublimes. This temperature T2 is significantly higher than the temperature T1 of the substrate.

[0009] Der Prozess wird nach dem Stand der Technik in hintereinandergeschalteten, beheizten Vakuumkammern ausgeführt, durch die die Substrate auf einem Transportsystem aus Rollen, Transportbändern oder in Transportrahmen, die die Substrate an ihrer seitlichen Kante stützen, bewegt werden. The process is carried out according to the prior art in series, heated vacuum chambers through which the substrates on a transport system of rollers, conveyor belts or transport frames, which support the substrates at its lateral edge, are moved.

[0010] Untersuchungen haben gezeigt, dass beim CSS-Verfahren die Adsorption und die Desorption des aufgedampften Stoffes ein Gleichgewicht anstreben. Dieses ist abhängig von der Substrattemperatur (genauer der Temperatur der aufgedampften Schicht). Die exakte Regelung der Substrattemperatur ist somit zum Erreichen der angestrebten Schichtdicke essentiell. Investigations have shown that in the CSS process, the adsorption and the desorption of the deposited substance strive for an equilibrium. This depends on the substrate temperature (more precisely, the temperature of the deposited layer). The exact control of the substrate temperature is thus essential for achieving the desired layer thickness.

[0011] Bei der Bewegung des Substrates über einen Tiegel steigt die Temperatur des Substrates jedoch aufgrund der thermischen Einstrahlung aus dem Tiegel stetig an. Dies kann bis zu einem Mass erfolgen, bei dem die Abscheidung des aufzubringenden Stoffes reduziert wird oder sich gar umkehrt und somit der abzuscheidende Stoff bzw. die vorhergehend abgeschiedene Stoffschicht erneut verdampft. Im aktuellen Stand der Technik muss Wärme über die Substratrückseite abgeführt werden (Kühlung). Im Ergebnis der zunehmenden Erwärmung der dem Tiegel zugewandten Substratseite entstehen variierende Temperaturen über einzelne Schichtdickenabschnitte. Es ist jedoch erforderlich, dass die gesamte Schichtabscheidung (von den ersten Nanometern bis zum letzten Mikrometer) in einem engen Temperaturbereich vollzogen wird. In the movement of the substrate via a crucible, however, the temperature of the substrate rises steadily due to the thermal radiation from the crucible. This can be done to a degree in which the deposition of the substance to be applied is reduced or even reversed and thus the material to be deposited or the previously deposited layer of material evaporates again. In the current state of the art, heat has to be dissipated via the back of the substrate (cooling). As a result of the increasing heating of the substrate side facing the crucible, varying temperatures occur over individual layer thickness sections. However, it is required that the entire layer deposition (from the first nanometers to the last micrometer) be performed in a narrow temperature range.

[0012] Darüber hinaus muss innerhalb einer Beschichtungskampagne, d.h. vom Auffüllen eines Tiegels bis das Material in dem Tiegel völlig verdampft ist, die Tiegeltemperatur nachgeregelt werden, um eine konstante Beschichtungsrate zu gewährleisten (am Anfang z.B. 640 °C, am Ende 680 °C). Damit verbunden ist auch eine ungewünschte Änderung der Substrattemperatur im Verlauf einer Kampagne (aufgrund der veränderten Wärmeabstrahlung der Tiegel). Deshalb wird angestrebt, die thermische Kopplung zwischen Tiegel und Substrat zu verringern. In addition, within a coating campaign, i. from filling a crucible until the material in the crucible has completely evaporated, the crucible temperature is readjusted to ensure a constant coating rate (initially 640 ° C, at the end 680 ° C). Also associated with this is an undesirable change in substrate temperature in the course of a campaign (due to the changed heat radiation of the crucibles). Therefore, the aim is to reduce the thermal coupling between the crucible and the substrate.

[0013] Um eine möglichst gleichmässige Verteilung des verdampften aufzubringenden Stoffes zu erreichen, sind häufig zwischen Tiegeln und Substraten Lochblenden angeordnet. Durch diese Lochblenden kann der verdampfte aufzubringende Stoff hindurchtreten, wobei die Verteilung des aufzubringenden Stoffes vergleichmässigt wird. Zur Gewährleistung eines kontinuierlichen Materialdurchtritts durch die Lochblende wird diese aktiv beheizt, um eine Kondensation von Material zu verhindern. Diese Beheizung erfolgt bevorzugt mittels einer elektrischen Widerstandsheizung, die entweder direkt oder indirekt ausgeführt wird. Bei HÄDRICH, Kapitel 4, S. 25–27 wird näheres zu den Eigenschaften der Lochblende, dem CSS-Verfahren und den ablaufenden Prozessen erläutert. In order to achieve the most uniform possible distribution of the vaporized material to be applied, aperture plates are often arranged between crucibles and substrates. Through these apertured diaphragms, the vaporized material to be applied can pass through, whereby the distribution of the substance to be applied is made uniform. To ensure a continuous passage of material through the pinhole this is actively heated to prevent condensation of material. This heating is preferably carried out by means of an electrical resistance heating, which is carried out either directly or indirectly. HÄDRICH, Chapter 4, pp. 25-27 explains more about the properties of the pinhole, the CSS method, and the processes involved.

[0014] In Punkt 4.2, S. 28 führt HÄDRICH aus: «Eine wesentliche Modifikation ... ist die Verwendung eines 3 mm dicken FTO (SnO 2: F)-beschichteten Glassubstrats, auf das auch das Temperaturprofil bei der Bedampfung angepasst werden muss, um zu vermeiden, dass die CdS-Schicht durch zu lange Beheizung re-evaporiert.» In point 4.2, p. 28, HÄDRICH states: "An essential modification ... is the use of a 3 mm thick FTO (SnO 2: F) -coated glass substrate to which the temperature profile during vapor deposition must also be adapted to prevent the CdS layer from re-evaporating due to overheating. "

[0015] Es wird also bereits in der Literatur darauf abgehoben, dass die zu starke thermische Erwärmung des Substrates (genauer, der bereits aufgedampften Materialien) beim CSS-Verfahren problematisch ist. It is therefore already highlighted in the literature that the excessive thermal heating of the substrate (more precisely, the already vapor-deposited materials) is problematic in the CSS method.

[0016] Es stellt sich somit die Aufgabe, die thermische Erwärmung des Substrates über dem Tiegel beim CSS-Verfahren zu reduzieren. It thus raises the task of reducing the thermal heating of the substrate above the crucible in the CSS process.

[0017] Erfindungsgemäss wird die Aufgabenstellung mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung sind in den rückbezogenen Unteransprüchen offenbart. According to the invention, the task is solved with the device according to claim 1. Advantageous embodiments of the device are disclosed in the dependent claims.

[0018] Die Lochblenden sind nach dem Stand der Technik flächig und eben ausgeführt und zwischen Tiegelöffnung und Substrat, parallel zu diesem, angeordnet. Aktuell eingesetzte Lochblenden sind aus homogenem Material gefertigt (bspw. Graphit, Molybdän). Die Dicke der Lochblenden liegt im Bereich von 3 mm bis 10 mm, vorzugsweise bei ca. 5 mm. Die Löcher sind gleichmässig oder aber nach einem, die Beschichtungshomogenität verbessernden Muster in der Lochblende verteilt. Ausführungen zur Anordnung und Abmessungen der Löcher bzw. den zu deren Auslegung notwendigen Kalkulationen finden sich ebenfalls bei HÄDRICH. Kennzeichnend ist, dass die Zahl der Löcher am Rand der Lochblende meist zunimmt, da der meiste Stoff in der Mitte des Tiegels verdampft und dies durch eine höhere Lochzahl im Randbereich kompensiert werden muss. Neben der Zahl der Löcher in der Lochblende können jedoch auch die Lochdurchmesser variiert werden. Die Lochblenden nach dem Stand der Technik weisen in alle Raumrichtungen (sowohl Richtung Substrat als auch in Richtung Tiegel) gleiche thermische Eigenschaften, insbesondere gleiche thermische Emissionseigenschaften auf. The pinhole diaphragms are flat and flat according to the prior art and arranged between the crucible opening and the substrate, parallel to this. Currently used pinhole diaphragms are made of homogeneous material (eg graphite, molybdenum). The thickness of the pinhole is in the range of 3 mm to 10 mm, preferably about 5 mm. The holes are evenly or after a, the coating homogeneity improving pattern distributed in the pinhole. Designs for the arrangement and dimensions of the holes or the calculations necessary for their design can also be found at HÄDRICH. It is characteristic that the number of holes at the edge of the pinhole usually increases, since most of the substance in the center of the crucible evaporates and this must be compensated by a higher number of holes in the edge region. In addition to the number of holes in the pinhole but also the hole diameter can be varied. The pinhole diaphragms of the prior art have the same thermal properties, in particular the same thermal emission properties, in all spatial directions (both in the direction of the substrate and in the direction of the crucible).

[0019] Die erfindungsgemässe Anordnung sieht vor, die Substrate oberhalb von Lochblenden anzuordnen, die richtungsabhängige thermische Eigenschaften haben. Insbesondere sollen die Lochblenden in Richtung auf das Substrat ein geringeres thermisches Emissionsvermögen aufweisen als in Richtung auf den Tiegel. Die Lochabmessungen und -anordnungen können aus dem Stand der Technik übernommen werden. The inventive arrangement provides to arrange the substrates above pinhole, which have directional thermal properties. In particular, the pinhole diaphragms should have a lower thermal emissivity in the direction of the substrate than in the direction of the crucible. The hole dimensions and arrangements can be taken from the prior art.

[0020] Das unterschiedliche thermische Emissionsvermögen wird durch unterschiedliche Materialien oder aber durch unterschiedliche Materialeigenschaften (Oberflächenstruktur) auf der dem Tiegel und/oder der dem Substrat zugewandten Seite der Lochblende erreicht. Das thermische Emissionsvermögen wird als thermischer Emissionsgrad (hier: Emissionsgrad) bestimmt. Die Messung des thermischen Emissionsgrades erfolgt mit Methoden nach dem Stand der Technik. So werden bspw. Strahlungsthermometer (Thermosäulen), Bolometer oder Quantendetektoren eingesetzt. The different thermal emissivity is achieved by different materials or by different material properties (surface structure) on the crucible and / or the substrate side facing the pinhole. The thermal emissivity is determined as the thermal emissivity (here: emissivity). The measurement of the thermal emissivity is carried out by methods according to the prior art. For example, radiation thermometers (thermopiles), bolometers or quantum detectors are used.

[0021] In einer ersten bevorzugten Ausführungsform weist die Seite der Lochblende, die dem Tiegel zugewandt ist, eine aufgeraute Oberflächenstruktur auf, während die dem Substrat zugewandte Seite glatt oder sogar poliert ist. Die Aufrauhung kann bspw. durch Sandstrahlen erzeugt werden. In a first preferred embodiment, the side of the pinhole facing the crucible has a roughened surface structure while the side facing the substrate is smooth or even polished. The roughening can be generated, for example, by sandblasting.

[0022] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Seite der Lochblende, die dem Tiegel zugewandt ist, mit einem Material beschichtet, das einen höheren Emissionsgrad aufweist, als das Lochblendenmaterial. In a further preferred embodiment, the side of the pinhole, which faces the crucible, coated with a material having a higher emissivity than the pinhole material.

[0023] In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Seite der Lochblende, die dem Substrat zugewandt ist, mit einem Material beschichtet, das einen niedrigeren Emissionsgrad aufweist, als das Lochblendenmaterial. In yet another preferred embodiment, the side of the pinhole facing the substrate is coated with a material having a lower emissivity than the pinhole material.

[0024] Ein weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Seite der Lochblende, die dem Tiegel zugewandt ist, mit einem Material beschichtet wird, das einen höheren Emissionsgrad aufweist und die Seite der Lochblende, die dem Substrat zugewandt ist, mit einem Material beschichtet wird, das einen niedrigeren Emissionsgrad aufweist als das Lochblendenmaterial. A further preferred embodiment provides that the side of the pinhole, which faces the crucible, is coated with a material having a higher emissivity and the side of the pinhole, which faces the substrate, is coated with a material that has a lower emissivity than the pinhole material.

[0025] Bevorzugte Ausführungsformen sehen vor, dass die Lochblende mehrschichtig, vorzugsweise zweischichtig oder dreischichtig, hergestellt ist, wobei das Material mit dem geringeren Emissionsgrad dem Substrat zugewandt ist. Vorteilhafte Weiterbildungen weisen zur Reduzierung des Wärmedurchganges durch die Lochblende einen Freiraum zwischen mindestens zwei dieser Schichten oder aber die Anordnung von wärmedämmendem Material zwischen mindestens zwei dieser Schichten auf. Preferred embodiments provide that the pinhole plate is made in multiple layers, preferably two-layered or three-layered, with the material with the lower emissivity facing the substrate. Advantageous developments have to reduce the heat transfer through the pinhole a free space between at least two of these layers or the arrangement of heat-insulating material between at least two of these layers.

[0026] Die oben genannten Massnahmen zur Erhöhung des thermischen Emissionsgrads auf der Tiegelseite können mit Massnahmen zur Senkung des thermischen Emissionsgrads auf der Substratseite je nach technischer Anforderung kombiniert werden bzw. umgekehrt. The above measures to increase the thermal emissivity on the crucible side can be combined with measures to reduce the thermal emissivity on the substrate side depending on the technical requirement or vice versa.

[0027] Die Daten zu den thermischen Emissionsgraden sind den öffentlich zugänglichen Nachschlagewerken und Datenbanken zu entnehmen. Ebenso sind die Messmethoden im Stand der Technik dokumentiert. The data on the thermal emissivities can be found in the publicly available reference works and databases. Likewise, the measuring methods are documented in the prior art.

[0028] Die Lochblende besteht in einer bevorzugten Ausführungsform aus Graphit mit einer Materialdicke, die vorzugsweise im Bereich von 3 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt, von 4 mm bis 8 mm und ganz besonders bevorzugt von 5 mm bis 7 mm liegt. The pinhole is in a preferred embodiment of graphite having a material thickness which is preferably in the range of 3 mm to 10 mm, more preferably, from 4 mm to 8 mm and most preferably from 5 mm to 7 mm.

[0029] Beschichtungen mit Materialien, die Emissionsgrade aufweisen, die von dem des Materials der Lochblende abweichen, liegen bevorzugt im Dickenbereich von 100 nm bis 0,1 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 150 nm und 50 um und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 300 nm bis 10 um. Die Beschichtung kann in Richtung auf den Tiegel als Schwärzung (SiC, Graphit) ausgeführt sein. Die Beschichtung kann in Richtung auf das Substrat als Aufhellung (Al2O3) oder Verspiegelung ausgeführt sein. Geeignete Materialien für die Beschichtungen verunreinigen den Prozess nicht. Sie sind häufig oxidische oder keramische Materialien mit natürlicher Rauheit. Derartige Materialien sind bevorzugt: Al2O3, SiC oder pyrolytischer Graphit. Coatings with materials having emissivities that differ from those of the material of the pinhole are preferably in the thickness range of 100 nm to 0.1 mm, more preferably in the range of 150 nm and 50 μm, and most preferably in the range of 300 nm to 10 μm. The coating can be designed in the direction of the crucible as blackening (SiC, graphite). The coating can be carried out in the direction of the substrate as lightening (Al 2 O 3) or mirroring. Suitable materials for the coatings do not contaminate the process. They are often oxidic or ceramic materials with natural roughness. Such materials are preferred: Al 2 O 3, SiC or pyrolytic graphite.

[0030] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, ist die Lochblende aus Graphit der oben genannten Materialdicke ausgeführt und in Richtung des Substrates mit einem flächig aufliegenden und zur Lochblende korrespondierende Öffnungen aufweisenden Blech versehen. Das Blech besteht vorzugsweise aus Molybdän und weist dabei bevorzugt eine Dicke von 0,05 mm bis 1,5 mm, besonders bevorzugt von 0,075 bis 1,25 mm und ganz besonders bevorzugt von 0,1 mm bis 1 mm auf. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Öffnungen des Blechs grösser als die der Lochblende. So wird vorteilhaft ein Zuwachsen der Öffnungen durch sich auf dem Blech niederschlagendes Beschichtungsmaterial verhindert. Weiterhin bevorzugt ist dazu das Beheizen des Blechs (direkt oder indirekt). In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform besteht zwischen der Lochblende und dem Blech ein Freiraum (1 mm bis 3 mm), wobei die Lochblende und/oder das Blech lokale Abstandshalter aufweisen, die für einen konstanten Abstand von Lochblende und Blech sorgen. Eine vorzugsweise eingesetzte Ausführungsform sieht die Abstandshalter als Umrandungen um die Öffnungen vor. Vorteilhaft hierbei ist insbesondere, dass um die Öffnungen ein wärmeleitender Kontakt gewährleistet ist, der die Temperatur des Bleches, insbesondere im Bereich der Öffnungen, der der Lochblende annähert. Dies trägt dazu bei, Ablagerungen von Beschichtungsmaterial im Öffnungsbereich des Bleches zu vermeiden. Eine Weiterentwicklung dieser Ausführungsform weist ein Wärmedämmmaterial im Freiraum aus. Als Wärmedämmmaterial können bspw. Kohle- oder Glasfasern eingesetzt werden. Die so ausgebildete mehrschichtige Lochblende weist einen vorteilhaft reduzierten Wärmedurchgang auf. In a further preferred embodiment, the perforated plate made of graphite of the above-mentioned material thickness and provided in the direction of the substrate with a flat resting and corresponding to the aperture plate openings having sheet metal. The sheet is preferably made of molybdenum and preferably has a thickness of from 0.05 mm to 1.5 mm, more preferably from 0.075 to 1.25 mm and most preferably from 0.1 mm to 1 mm. In a preferred embodiment, the openings of the sheet are larger than those of the pinhole. Thus, it is advantageous to prevent the openings from being covered by coating material which deposits on the metal sheet. Further preferred is the heating of the sheet (directly or indirectly). In a further preferred embodiment, there is a free space (1 mm to 3 mm) between the pinhole plate and the metal sheet, wherein the pinhole plate and / or the sheet metal have local spacers which ensure a constant spacing between pinhole plate and sheet metal. A preferred embodiment provides the spacers as borders around the openings. In this case, it is advantageous in particular that a heat-conducting contact is ensured around the openings, which approaches the temperature of the sheet, in particular in the region of the openings, which approximates the pinhole. This helps to prevent deposits of coating material in the opening area of the sheet. A further development of this embodiment comprises a thermal insulation material in the free space. For example, carbon or glass fibers can be used as thermal insulation material. The multi-layered perforated diaphragm formed in this way has an advantageously reduced heat transmission.

Figurencharacters

[0031] <tb>Fig. 1<SEP>zeigt schematisch die Anordnung einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Lochblende über dem Tiegel (3) mit granuliertem zu verdampfendem Stoff (31). Die Lochblende (2) besteht hier aus der eigentlichen Lochblende (2) und dem über dieser angeordneten Blech (21), das von der eigentlichen Lochblende (2) durch eine Abstand (22) getrennt ist. Oberhalb der Lochblende (2) ist der in seiner räumlichen Verteilung vergleichmässigte verdampfte Stoff (33) dargestellt. Dieser schlägt sich anschliessend auf der Unterseite des kontinuierlich mit der Geschwindigkeit (11) bewegten Substrats (1) nieder. <tb>Fig. 2a<SEP>zeigt schematisch eine erfindungsgemässe Lochblende (2) mit einer Beschichtung (24) auf der dem Substrat zugewandten Seite, die einen geringeren thermischem Emissionsgrad aufweist, als die dem Tiegel zugewandte unbeschichtete Seite der Lochblende (2). <tb>Fig. 2b<SEP>zeigt schematisch eine erfindungsgemässe Lochblende (2) mit einer Beschichtung (25) auf der dem Tiegel zugewandten Seite, die einen höheren thermischem Emissionsgrad aufweist, als die dem Substrat zugewandte unbeschichtete Seite der Lochblende (2). <tb>Fig. 2c<SEP>zeigt schematisch eine erfindungsgemässe Lochblende (2) mit einer Beschichtung (24) auf der dem Substrat zugewandten und einer Beschichtung (25) auf der dem Tiegel zugewandten Seite. Die Beschichtung auf der dem Substrat (24) zugewandten Seite weist einen geringeren thermischen Emissionsgrad auf, als das unbeschichtete Material der Lochblende (2), während die Beschichtung (25) auf der dem Tiegel zugewandten Seite einen höheren thermischen Emissionsgrad aufweist, als das unbeschichtete Material der Lochblende (2).[0031] <Tb> FIG. 1 <SEP> shows schematically the arrangement of an embodiment of the inventive pinhole above the crucible (3) with granulated material to be vaporized (31). The pinhole (2) here consists of the actual pinhole (2) and arranged above this plate (21), which is separated from the actual pinhole (2) by a distance (22). Above the pinhole (2) is the uniform in its spatial distribution evaporated material (33) shown. This then settles on the bottom of the continuously moving at the speed (11) substrate (1) down. <Tb> FIG. 2a shows schematically a pinhole diaphragm 2 according to the invention with a coating 24 on the side facing the substrate, which has a lower thermal emissivity than the uncoated side of the pinhole diaphragm 2 facing the crucible. <Tb> FIG. FIG. 2 b schematically shows an apertured diaphragm 2 according to the invention with a coating 25 on the side facing the crucible, which has a higher thermal emissivity than the uncoated side of the apertured diaphragm 2 facing the substrate. <Tb> FIG. 2c <SEP> schematically shows a perforated diaphragm (2) according to the invention with a coating (24) on the side facing the substrate and a coating (25) on the side facing the crucible. The coating on the side facing the substrate (24) has a lower thermal emissivity than the uncoated material of the pinhole (2), while the coating (25) on the side facing the crucible has a higher thermal emissivity than the uncoated material the pinhole (2).

Ausführungsbeispielembodiment

[0032] Ein Substrat (1) mit den Abmessungen (1600 mm x 1200 mm x 3,2 mm) wird mit einer Schicht aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) einer Dicke von 250 nm als transparenter Frontkontaktschicht beschichtet. A substrate (1) with the dimensions (1600 mm x 1200 mm x 3.2 mm) is coated with a layer of indium tin oxide (ITO) of a thickness of 250 nm as a transparent front contact layer.

[0033] Anschliessend wird das Substrat (1) mit der nach unten gerichteten Frontkontaktschicht in eine Abfolge von Vakuumkammern oder aber eine durchgehende Vakuumkammer mit verschiedenen Abschnitten eingeschleust. Das Substrat wird in der ersten Vakuumkammer (dem ersten Abschnitt) auf eine Temperatur von 500 °C erhitzt. Dies erfolgt mittels geeigneter Heizvorrichtungen, während das Substrat (1), auf einer Transportvorrichtung (nicht dargestellt) ruhend, von dieser durch die erste Vakuumkammer (bzw. den ersten Abschnitt der Vakuumkammer) bewegt wird. Das Substrat erreicht die folgende Vakuumkammer (bzw. den folgenden Abschnitt) und wird weiterhin von der Transportvorrichtung (Bewegungsgeschwindigkeit 1,5 m/min) mit einem Abstand von 0,5 cm über einen Tiegel (3) mit granulierten CdS (31) bewegt. Der Tiegel (3) reicht über die gesamte Breite (senkrecht zur Transportrichtung (11)) des Substrates (1) und erstreckt sich in Transportrichtung (11) über eine Länge von 17 cm. Das CdS (31) im Tiegel (3) ist auf 620 °C erhitzt und sublimiert. Die aufsteigenden Gase (32) treten durch eine Lochblende (22) einer Dicke von 6 mm und schlagen sich auf der Frontkontaktschicht des Substrates (1) nieder. Beim Durchtritt des aufsteigenden gasförmigen CdS (32) durch die Öffnungen (23) der Lochblende (2) wird dieses in seiner räumlichen Verteilung oberhalb der Lochblende (2) vergleichmässigt. Die Lochblende (2) besteht aus Graphit einer Materialdicke von 5 mm und weist kreisrunde Öffnungen (23) eines Durchmessers von 3 mm auf. Auf der tiegelzugewandten Seite ist die Lochblende (2) aufgeraut. Die substratzugewandte Seite weist ein Molybdänblech (21) von 1 mm mit zu der Lochblende (2) korrespondierenden Öffnungen auf. Aufgrund des Molybdänbleches (21) strahlt die erhitzte Lochblende 2 nicht direkt auf das Substrat (1) ab. Das zwischen Lochblende (2) und Substrat (1) befindliche Molybdänblech (21) schirmt das Substrat ab. Da die Unterseite der Lochblende (2) aufgeraut ist, erfolgt eine bevorzugte Abstrahlung der Hitze der Lochblende 2 zurück in Richtung Tiegel (3). Die Oberseite der Graphitanteils der Lochblende (2) ist glatt und gibt bereits so weniger Wärme an das darüber angeordnete Molybdänblech (21) weiter. Subsequently, the substrate (1) is introduced with the downwardly directed front contact layer in a sequence of vacuum chambers or a continuous vacuum chamber with different sections. The substrate is heated in the first vacuum chamber (the first section) to a temperature of 500 ° C. This is done by means of suitable heating devices, while the substrate (1), on a transport device (not shown) resting, is moved by the latter through the first vacuum chamber (or the first portion of the vacuum chamber). The substrate reaches the following vacuum chamber (or the following section) and is further moved by the transport device (moving speed 1.5 m / min) with a distance of 0.5 cm over a crucible (3) with granulated CdS (31). The crucible (3) extends over the entire width (perpendicular to the transport direction (11)) of the substrate (1) and extends in the transport direction (11) over a length of 17 cm. The CdS (31) in the crucible (3) is heated to 620 ° C and sublimated. The rising gases (32) pass through a pinhole (22) having a thickness of 6 mm and are deposited on the front contact layer of the substrate (1). When passing the ascending gaseous CdS (32) through the openings (23) of the pinhole (2) this is uniform in its spatial distribution above the pinhole (2). The pinhole (2) consists of graphite of a material thickness of 5 mm and has circular openings (23) of a diameter of 3 mm. On the side facing the crucible, the pinhole (2) is roughened. The substrate-facing side has a molybdenum sheet (21) of 1 mm with openings corresponding to the pinhole (2). Due to the molybdenum sheet (21), the heated pinhole 2 does not radiate directly onto the substrate (1). The molybdenum sheet (21) between the pinhole (2) and the substrate (1) shields the substrate. Since the underside of the pinhole (2) is roughened, a preferred radiation of the heat of the pinhole 2 takes place in the direction of the crucible (3). The upper side of the graphite part of the pinhole (2) is smooth and already gives less heat to the molybdenum sheet (21) arranged above it.

[0034] Im Rahmen der regelmässigen Auffüllung des CdS-Granulates in den Tiegeln wird auch die abnehmbar auf den Tiegeln aufliegende Lochblende (2) gereinigt und von Abscheidungen befreit. As part of the regular filling of the CdS granules in the crucibles and the detachable resting on the crucibles pinhole (2) is cleaned and freed of deposits.

[0035] Wenn das Substrat (1) den Tiegel (3) passiert hat, weist die Frontkontaktschicht eine vollständige (ausser an den Auflagestellen), homogene Schicht von CdS (nicht dargestellt) mit einer Dicke von 65 nm auf. Nach dem Aufbringen dieser CdS-Schicht erfolgt die Weiterverarbeitung des Substrates (1) nach dem Stand der Technik. Dazu wird das Substrat (1) bei 500 °C in die nachfolgenden Behandlungskammern transportiert. So wird nunmehr, ebenfalls im CSS-Verfahren und unter Einsatz einer erfindungsgemässen Lochblende (2), die CdTe-Schicht mit einer Dicke von 5000 nm aufgebracht. Danach erfolgt die Aufbringung der Rückkontaktschicht bzw. -schichten mit Verfahren nach dem Stand der Technik. Die Rückkontaktschicht besteht hier aus einer Schichtfolge von Anpassungsschicht und eigentlicher Kontaktschicht. Hier wird eine Anpassungsschicht aus Te (50 nm) durch NP-Ätzen der CdTe Schicht ausgebildet, auf die nachfolgend die Mo-Schicht (250 nm) als eigentliche Kontaktschicht abgeschieden wird. When the substrate (1) has passed the crucible (3), the front contact layer has a complete (except at the support points), homogeneous layer of CdS (not shown) with a thickness of 65 nm. After application of this CdS layer, the further processing of the substrate (1) according to the prior art. For this purpose, the substrate (1) is transported at 500 ° C in the subsequent treatment chambers. Thus, now also in the CSS method and using an inventive pinhole (2), the CdTe layer is applied with a thickness of 5000 nm. Thereafter, the application of the back contact layer or layers with methods according to the prior art. The back contact layer here consists of a layer sequence of matching layer and actual contact layer. Here, a matching layer of Te (50 nm) is formed by NP etching of the CdTe layer on which the Mo layer (250 nm) is subsequently deposited as the actual contact layer.

[0036] Abschliessend erfolgen die weiteren Verarbeitungsschritte nach dem Stand der Technik. Finally, the further processing steps according to the prior art.

Zitierte NichtpatentliteraturQuoted non-patent literature

[0037] Mathias HÄDRICH, «Materialwissenschaftliche Untersuchungen an CdTe-CdS-Heterosolarzellen» Dissertation, Friedrich-Schiller-Universität Jena, 2009, http://www.db-thueringen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate-18406/H%C3%A4drich/Dissertation.pdf (Link Stand 26.11.2013) Mathias HÄDRICH, "Material Science Studies on CdTe-CdS Heterosolarzellen" Dissertation, Friedrich Schiller University Jena, 2009, http://www.db-thueringen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate-18406/H%C3 % A4drich / Dissertation.pdf (Link as of 26.11.2013)

Bezugszeichenreference numeral

[0038] <tb>1<SEP>Substrat (Glas) <tb>11<SEP>Bewegungsrichtung des Substrates <tb>2<SEP>Lochblende <tb>21<SEP>Blech <tb>22<SEP>Abstand zwischen Lochblende und Blech <tb>23<SEP>Öffnung in der Lochblende <tb>24<SEP>Beschichtung auf der Substratseite der Lochblende <tb>25<SEP>Beschichtung auf der Tiegelseite der Lochblende <tb>3<SEP>Tiegel <tb>31<SEP>Granulat des aufzudampfenden Stoffes <tb>32<SEP>sublimierter aufzudampfender Stoff vom Granulat aufsteigend <tb>33<SEP>sublimierter aufzudampfender Stoff nach dem Durchtritt durch die Lochblende[0038] <tb> 1 <SEP> substrate (glass) <tb> 11 <SEP> Direction of movement of the substrate <Tb> 2 <September> pinhole <Tb> 21 <September> Sheet <tb> 22 <SEP> Distance between pinhole and plate <tb> 23 <SEP> Opening in the pinhole <tb> 24 <SEP> coating on the substrate side of the pinhole <tb> 25 <SEP> Coating on the crucible side of the pinhole <Tb> 3 <September> pot <tb> 31 <SEP> Granules of the substance to be evaporated <tb> 32 <SEP> sublimed substance to be vaporized ascending from the granules <tb> 33 <SEP> sublimed substance to be vaporized after passing through the pinhole

Claims (10)

1. Anordnung zur CSS-Beschichtung von Substraten, aufweisend einen beheizten Tiegel mit einem sublimierenden Stoff und einer Öffnung, die zu einem vor dieser Öffnung angeordneten oder einem an dieser Öffnung vorbeigeführten zu beschichtenden Substrat gerichtet ist, wobei zwischen Substrat und Tiegelöffnung und die gesamte Tiegelöffnung bedeckend, eine Lochblende mit Öffnungen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochblende auf der dem Tiegel und/oder dem Substrat zugewandten Seite eine Oberflächenstruktur und/oder Beschichtung und/oder Abdeckung aufweist, welche die thermische Emission in Richtung des Tiegels erhöht und/oder in Richtung des Substrates, im Vergleich zu einer Lochblende ohne Oberflächenstruktur und/oder Beschichtung und/oder Abdeckung, reduziert.An arrangement for the CSS coating of substrates, comprising a heated crucible with a sublimating substance and an opening which is directed to a front of this opening or a guided past this opening to be coated substrate, wherein between substrate and crucible opening and the entire crucible opening covering, a pinhole is arranged with openings, characterized in that the pinhole on the side facing the crucible and / or the substrate side has a surface structure and / or coating and / or cover, which increases the thermal emission in the direction of the crucible and / or in the direction of the substrate, compared to a pinhole without surface structure and / or coating and / or cover reduced. 2. Anordnung zur CSS-Beschichtung von Substraten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur in einer aufgerauten Oberfläche der dem Tiegel zugewandten Seite der Lochblende besteht.2. Arrangement for the CSS coating of substrates according to claim 1, characterized in that the surface structure in a roughened surface of the crucible facing side of the pinhole. 3. Anordnung zur CSS-Beschichtung von Substraten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung in einer geschwärzten Oberfläche der dem Tiegel zugewandten Seite der Lochblende besteht.3. Arrangement for the CSS coating of substrates according to claim 1, characterized in that the coating in a blackened surface of the crucible facing side of the pinhole. 4. Anordnung zur CSS-Beschichtung von Substraten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung in der Anordnung eines Abdeckbleches mit zur Lochblende korrespondierenden Öffnungen auf der dem Tiegel zugewandten Seite der Lochblende besteht.4. Arrangement for the CSS coating of substrates according to claim 1, characterized in that the cover in the arrangement of a cover plate with openings corresponding to the perforated aperture on the side facing the crucible of the pinhole. 5. Anordnung zur CSS-Beschichtung von Substraten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur in einer polierten Oberfläche der dem Substrat zugewandten Seite der Lochblende besteht.5. Arrangement for the CSS coating of substrates according to one of claims 1 to 4, characterized in that the surface structure in a polished surface of the substrate facing side of the pinhole. 6. Anordnung zur CSS-Beschichtung von Substraten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung in einer hellen mit Al2O3oder einer Verspiegelung der dem Substrat zugewandten Seite der Lochblende besteht.6. Arrangement for the CSS coating of substrates according to one of claims 1 to 4, characterized in that the coating is in a bright with Al2O3 or a mirroring of the substrate facing the side of the pinhole. 7. Anordnung zur CSS-Beschichtung von Substraten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung in der Anordnung eines Abdeckbleches mit zur Lochblende korrespondierenden Öffnungen auf der dem Substrat zugewandten Seite der Lochblende besteht.7. Arrangement for the CSS coating of substrates according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cover in the arrangement of a cover plate with openings corresponding to the aperture on the substrate side facing the pinhole. 8. Anordnung zur CSS-Beschichtung von Substraten nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Abdeckung und Lochblende ein Freiraum besteht.8. Arrangement for the CSS coating of substrates according to claim 4 or 6, characterized in that there is a free space between the cover and the pinhole. 9. Anordnung zur CSS-Beschichtung von Substraten nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiraum mit wärmedämmendem Material gefüllt ist, wobei die Bereiche der Öffnungen und Lochblende und Abdeckung frei bleiben.9. Arrangement for the CSS coating of substrates according to claim 8, characterized in that the free space is filled with heat-insulating material, wherein the areas of the openings and pinhole and cover remain free. 10. Anordnung zur CSS-Beschichtung von Substraten nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmedämmende Material Kohlefaser oder Glasfaser ist.10. Arrangement for the CSS coating of substrates according to claim 9, characterized in that the heat-insulating material is carbon fiber or glass fiber.
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