CN102234779B - 用于将复合半导体高速溅射到大面积基底上的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于将复合半导体高速溅射到大面积基底上的方法。具体而言，该方法主要提供成用于将薄膜溅射到单独基底(12)上。单独基底(12)可传送到真空室中以抽取小于大约50mTorr的溅射压力。然后，单独基底(12)可传送到溅射室(166)中，且穿过平面磁控管由电离气体以溅射压力连续地溅射靶材(170)，使得薄膜形成在单独基底的表面上。该靶材(170)经受高频功率，该高频功率在大于大约1kW的功率水平下具有从大约400kHz至大约4MHz的频率。在一个特定实施例中，该方法可主要针对将薄膜溅射到单独基底(12)上，该单独基底限定具有大约1000cm2至大约2500cm2的表面面积的表面。

Description

用于将复合半导体高速溅射到大面积基底上的方法
技术领域
本文所公开的主题主要涉及在基底上溅射薄膜的方法。更具体而言，本文所公开的主题涉及在大面积基底上高速溅射薄膜的方法。
背景技术
薄膜光伏(PV)模块(也称为″太阳能面板″或″太阳能模块″)在行业中日益得到广泛的认可和关注，尤其是基于与硫化镉(CdS)配对的碲化镉(CdTe)来作为光反应构件的模块。CdTe是一种具有尤其适用于将太阳能(日光)转换成电的特性的半导体材料。例如，CdTe具有1.45eV的能量带隙，这使其能够比过去用于太阳能电池应用的较低带隙(1.1eV)的半导体材料从太阳光谱中转换更多的能量。另外，相比于较低带隙的材料，CdTe在较少光照或散射光的条件下更高效地转换能量，且因此相比于其它常规材料，在白天期间或低光照(例如，多云)条件下具有更长的有效转换时间。
通常，CdTe PV模块包括在沉积CdTe层之前沉积在玻璃基底上的多个膜层。例如，透明的传导(或导电)氧化物(TCO)层首先沉积在玻璃基底的表面上，且电阻透明缓冲(RTB)层然后施加在TCO层上。RTB层可为氧化锌锡(ZTO)层，且可称为″ZTO层″。硫化镉(CdS)层施加在RTB层上。这些不同的层以常规的溅射沉积工艺予以施加，该工艺涉及从靶材(即，材料源)喷射材料，以及将喷射的材料沉积到基底上以形成膜。
使用CdTe PV模块的太阳能系统根据每瓦功率产生的成本，通常认作是成本效益最为合算的市售系统。然而，CdTe不能耐受持续性商业使用和接受太阳能作为工业电力或住宅电力的辅助电源或主要电源，其优点取决于以大规模和成本效益合算的方式制造有效的PV模块的能力。与生产PV模块相关的资金成本，尤其是沉积上述多个薄膜层所需的机器和时间，是主要的商业考虑因素。
具体而言，从电阻性质的半导电靶材(例如，硫化镉)溅射可能难以高速和足够均匀地大量生产PV装置，尤其是当靶材具有相对较大的表面面积时。
因此，在行业中持续需求一种改进的系统，其用于经济可行且高效地大规模生产PV模块、尤其是基于CdTe的模块。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下说明中部分地阐述，或可根据该说明而清楚，或可通过实施本发明而懂得。
提供的是通常用于将薄膜溅射到单独基底上的方法。单独的基底可传送到真空室中以抽取小于大约50毫托(mTorr)的溅射压力。然后，单独基底可传送到溅射室中，且穿过平面磁控管由电离气体以溅射压力连续地溅射靶材，使得薄膜形成在单独基底的表面上。该靶材经受高频功率，其在大于大约1kW的功率水平具有从大约400kHz至大约4MHz的频率。
在一个特定实施例中，该方法可通常涉及将薄膜溅射到单独基底上，该单独基底限定表面面积为大约1000cm2至大约2500cm2的表面。例如，单独基底可传送到真空室中以抽取小于大约50mTorr的溅射压力，且经加热达到大约50℃至大约200℃的溅射温度。该单独基底可传送到溅射室中，且穿过平面磁控管由电离气体以溅射压力连续地溅射靶材，使得薄膜形成在单独基底的表面上。在溅射时，基底可以大致恒定的线传送速率连续地传送，使得形成在单独基底表面上的薄膜具有大约50nm至大约250nm的平均厚度，而不均匀性为平均厚度的大约7％至大约15％。该靶材能经受高频功率，其在大于大约1kW的功率水平具有从大约400kHz至大约4MHz的频率。
参照以下说明和所附权利要求，本发明的这些及其它特征、方面和优点将会得到更好的理解。并入本说明书中且构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，且结合说明一起用于阐述本发明的原理。
附图说明
在参照附图的以下说明书中，针对本领域的普通技术人员阐述了本发明包括其最佳模式的完整和能够实施的公开内容，在附图中：
图1为示例性CdTe光伏模块的截面视图；
图2示出了根据本发明的方面的示例性系统的顶平面视图；
图3示出了根据本发明的方面的备选系统的顶平面视图；
图4为基底载体构造的实施例的透视图；
图5为基底载体构造的备选实施例的透视图；
图6为用于将薄膜沉积在基底上的溅射室的实施例的图解视图；以及
图7为溅射室的备选实施例的图解视图。
本说明书和附图中重复使用参考标号意在表示相同或相似的特征或元件。
零件清单
10    PV模块
12    基底
14    TCO层
16    RTB/ZTO层
18    CdS层
20    CdTe层
22    接触层
24    封装玻璃
100   系统
102    第一处理侧
103    方向箭头
104    处理站
106    入口
108    出口
110    第二处理侧
111    方向箭头
112    处理站
114    入口
116    出口
118    第一传输站
120    第二传输站
121    转台
122    载体
124    框架部件
125    垂直处理模块
126    传送器
128    垂直沉积模块
132    装载模块
134    装载缓冲模块
136    过程缓冲模块
138    过程后缓冲件
140    出口缓冲件
142    出口模块
144    外部缓冲件
148    冷却站
150    卸载站
152    装载站
154    真空阀
156    阀马达/控制器
158    模块控制器
160    系统控制器
162    粗真空泵
164    细真空泵
165    涡轮泵
166    溅射室
168    功率源
170    阴极
172    阳极
174    等离子场
176    靶材源材料
178    加热器元件
具体实施方式
现将详细地参照本发明的实施例，其中的一个或多个实例在附图中示出。各实例均是通过阐述本发明来提供的，而并非限制本发明。实际上，本领域的技术人员清楚的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出各种修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一实施例来使用，以产生又一个实施例。因此，期望的是，本发明涵盖归入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变型。
在本公开内容中，当一层描述为在另一层或基底″上″或″上方″时，将应理解的是这些层可直接地彼此接触或在这些层之间具有另一个层或特征。因此，这些用语仅描述各层相对于彼此的位置，而并不必然地表示″一层在另一层之上″，因为在上方或在下方的相对位置取决于装置相对于观察者的定向。此外，尽管本发明不限于任何特定的膜厚，但描述光伏装置的任何膜层的用语″薄″通常表示具有小于大约10微米(″百万分之一米″或″μm″)厚度的膜层。
将应理解的是，本文所提到的范围和极限包括处在预先规定的极限(即，子范围)内的所有范围。例如，从大约100至大约200的范围还包括从110至150、170至190、153至162，以及145.3至149.6的范围。此外，直至大约7的极限也包括直至大约5、直至3和直至4.5的极限，以及该极限内的范围，例如从大约1至大约5，以及从大约3.2至大约6.5。
大体上提供的是将薄膜溅射到单独基底上的方法。该方法尤其适用于从半导体材料(例如，硫化镉)的靶材溅射到单独基底上。该方法可将具有可接受的均匀度的薄膜层沉积到基底整个表面上，甚至在相对较大的基底上(例如，限定大于大约1000cm2的表面面积，如大约1500cm2至大约2500cm2)。因此，当前所公开的方法可适用于大规模制造过程。
例如，形成在单独基底的表面上的薄膜可具有小于平均厚度的大约20％的不均匀性(例如，平均厚度的大约7％至大约15％)。溅射层可具有大约50nm至大约250nm(例如，大约70nm至大约100nm)的平均厚度。
薄膜层，尤其是当从半导电靶材溅射时，可在相对较低频率的RF功率源处形成。例如，在一个特定实施例中，施加到溅射室上的RF功率源的频率可在大于大约1kW的功率水平下为大约400kHz至大约4MHz，例如，在从大约2kW至大约5kW的功率水平下为大约1MHz至3MHz。在不希望由任何特定理论束缚的情况下，人们认为使用这些相对较低频率的RF功率源相比于除使用更高频率的RF功率源(例如，大约10kW至大约14kW)外的其它同样的溅射方法，可形成更为均匀的薄膜层。
如所提到的那样，本系统和方法对于在制造PV模块、尤其是碲化镉薄膜PV模块中沉积多个薄膜层，具有特定的有用性。图1表示可至少部分地根据本文所述的系统和方法的实施例所制成的示例性的CdTe模块10。模块10包括作为基底12的顶部玻璃板，其可为高透射玻璃(例如，高透射硅酸硼玻璃)、低铁浮法玻璃或其它高度透明的玻璃材料。玻璃通常足够厚以提供对后续膜层的支承(例如，从大约0.5mm至大约10mm厚)，且大致是平的，以提供用于形成后续膜层的良好表面。
在图1中，透明传导氧化物(TCO)层14示为在模块10的基底12上。TCO层14容许光穿过而吸收最少，同时还容许由模块10产生的电流侧向地传输至不透明的金属导体(未示出)。TCO层14可具有大约0.1μm至大约1μm之间的厚度，例如从大约0.1μm至大约0.5μm，如从大约0.25μm至大约0.35μm。
电阻透明缓冲(RTB)层16示为在TCO层14上。该层16相比于TCO层14通常电阻更大，且可有助于保护模块10在模块10处理期间免受TCO层14与后续层之间的化学相互作用。在有些实施例中，RTB层16可具有大约0.075μm至大约1μm之间的厚度，例如从大约0.1μm至大约0.5μm。在特定实施例中，RTB层16可具有大约0.08μm至大约0.2μm之间的厚度，例如，从大约0.1μm至大约0.15μm。在特定实施例中，RTB层16例如可包括氧化锌(ZnO)和氧化锡(SnO2)的组合，且称为氧化锌锡(″ZTO″)层16。
ZTO层16可通过溅射、化学汽相沉积、喷雾热解或任何其它适合的沉积方法而形成。在特定实施例中，ZTO层16通过溅射(例如，DC溅射或RF溅射)到TCO层14上而形成。例如，层16可使用DC溅射方法，通过将DC电流施加到金属源材料(例如，元素锌、元素锡，或其混合物)上且在存在氧化气氛(例如，O2气体)时将金属源材料溅射到TCO层14上而沉积。
CdS层18在图1中示为处在模块10的ZTO层16上。CdS层18为n型层，其通常包括硫化镉(CdS)，但还可包括其它材料，如硫化锌、硫化镉锌等及其混合物，以及掺杂物和其它杂质。CdS层18可包括直至大约25％的原子百分率的氧，例如从大约5％至大约20％的原子百分率。CdS层18可具有宽的带隙(例如，从大约2.25eV至大约2.5eV，如大约2.4eV)，以便容许最多的辐射能量(例如，太阳辐射)通过。因此，硫化镉层18认作是装置10上的透明层。
CdS层18可通过溅射、化学汽相沉积、化学浴沉积以及其它适合的沉积方法而形成。在一个特定实施例中，CdS层18通过溅射(例如，射频(RF)溅射)而形成到RTB层16上，且可具有小于大约0.1μm的厚度。小于大约0.1μm的这种减小的厚度降低了通过CdS层18对辐射能量的吸收，从而有效地增大了到达下方CdTe层20的辐射能量的总量。
在图1的示例性模块10中，CdTe层20示为处在硫化镉层18上。层20为p型层，其通常包括碲化镉(CdTe)，但还可包括其它材料。作为模块10的p型层，CdTe层20为光伏层，该光伏层与CdS层18(即，n型层)相互作用，以通过由于其高吸收系数和产生电子空穴对而吸收进入模块10中的大多数辐射能量从而由吸收的辐射能量产生电流。CdTe层20可具有设计成用以吸收辐射能量的带隙(例如，从大约1.4eV至大约1.5eV，如大约1.45eV)，以便在吸收辐射能量时利用最高电势(电压)产生最大数目的电子空穴对。电子可从p型侧(即，CdTe层20)越过结点(或接合部)传输至n型侧(即，CdS层18)，而相反的是，空穴可从n型侧传递至p型侧。因此，形成在CdS层18和CdTe层20之间的p-n结点形成二极管，在其中，充电不平衡导致产生越过p-n结点的电场。常规电流容许仅沿一个方向流动，且使得由光引起的电子空穴对分离。
碲化镉层20可由任何公知的工艺形成，如汽相输运沉积、化学汽相沉积(CVD)、喷雾热解、电极沉积、溅射、封闭空间升华(CSS)等。在特定的实施例中，CdTe层20可具有大约0.1μm至大约10μm之间的厚度，例如从大约1μm至大约5μm。
一系列在成形后的处理可应用于CdTe层20的暴露表面。这些处理可设计CdTe层20的功能性，以及制备其表面以便随后附接到后部接触层22上。例如，碲化镉层20可在升高的温度(例如，从大约350℃至大约500℃，如从大约375℃至大约424℃)下煅烧足够的时间(例如，从大约1分钟至大约10分钟)，以便形成一定质量的p型碲化镉层。在不希望由理论束缚的情况下，人们认为煅烧碲化镉层20(和模块10)会将正常较轻的p型掺杂或甚至n型掺杂的CdTe层20转换成具有相对较低电阻的更坚固的p型层。此外，CdTe层20可再结晶，且在煅烧期间经历晶粒生长。
此外，铜可加至CdTe层20上。连同适当的蚀刻一起，将铜加至CdTe层20可在CdTe层20上形成碲化铜(Cu2Te)表面，以便在碲化镉层20(即，p型层)与后部接触层22之间获得低电阻电接触。
后部接触层22通常用于后部电接触，相关的是，相对的TCO层14用于前部电接触。后部接触层22可形成在CdTe层20上，且在一个实施例中，与CdTe层20直接接触。后部接触层22适于由一种或多种较高传导性的材料制成，如元素镍、铬、铜、锡、铝、金、银、锝或合金或它们的混合物。此外，后部接触层22可为单层，或可为多层。在一个实施例中，后部接触层22可包括石墨，如沉积在p层上的碳层，跟随p层之后的是一个或多个金属层，如上述金属。后部接触层22如果由一种或多种金属制成或包括一种或多种金属，则适于由诸如溅射或金属蒸发的技术施加。如果其由石墨和聚合物的混合物，或碳膏剂(或称为碳浆料)制成，该混合物或膏剂由用于使混合物或膏剂扩散的任何适合方法施加到半导体装置上，例如丝网印刷、喷雾或通过″刮″刀。在施加石墨混合物或碳膏剂之后，该装置可经加热以将混合物或膏剂转变成传导性后部接触层。如果使用的话，碳层可为大约0.1μm至大约10μm厚，例如，从大约1μm至大约5μm。后部接触的金属层如果用于或作为后部接触层22的一部分时，可为大约0.1μm至大约1.5μm厚。
在图1的实施例中，封装玻璃24示为在后部接触层22上。
其它构件(未示出)可包括在示例性模块10中，如汇流条(或母线)、外部接线、激光蚀刻剂等。模块10可分成多个单独的电池，这些电池串联连接以实现期望的电压，例如通过电接线连接。串联连接的电池的各端均可附接到适合的导体上，如导线或汇流条，以将光伏产生的电流引导至方便的位置以便连接至使用所产生的电的装置或其它系统上。用于实现串联连接电池的常规方式是对模块10进行激光划线，以将装置分成由互连件连接的一系列电池。另外，电导线可连接到PV模块10的正端子和负端子上，以便提供引导导线来利用由PV模块10产生的电流。
图2表示根据本发明的方面的示例性系统100，其用于将多个薄膜层沉积到传送穿过系统100的PV模块基底12(图4)上。作为第一问题，如本文更为详细描述的那样，应当注意的是，系统100不受任何特定类型的薄膜或薄膜沉积工艺所限制。
所示的系统100包括第一处理侧102，在其中，装载在载体122上的基底沿由箭头103指示的第一方向传送。第一处理侧102包括多个不同的处理站104，这些处理站104构造成用于在基底沿第一处理侧102传送时将第一薄膜层沉积到基底上。处理站104可包括串联地布置的模块单元，这些单元排列成用以执行将第一膜层沉积到基底上所需的所有处理步骤。具有装载在其上的一个或多个基底的载体122在入口位置106引入第一处理侧102中。载体122可人工地载入装载站152中，或在备选实施例中，自动机器可用于将载体122引入装载站152中。例如，机器人或其它自动机器可用于该过程。
载体122在相对的出口位置108从第一处理侧102移除，该出口位置108可包括外部缓冲件144。另外，载体122可人工地卸载，或由包括机器人机械等的自动移动设备接收。
系统100包括第二处理侧110，该第二处理侧110相对于第一处理侧102可操作地设置成以便传送载体122(和由此运载的基底)，该载体122退出第一处理侧102沿方向箭头111指示的第二方向穿过第二处理侧110。第二处理侧110包括多个处理站112，这些处理站112构造和串联地布置成用于将第二薄膜层沉积到第一薄膜层上。正如第一处理侧102，沿第二处理侧110的处理模块112构造成用于在载体122和基底传送穿过第二处理侧110时执行沉积薄膜层所需的所有处理步骤。
第一传输站118可操作地设置在第一处理侧102与第二处理侧110之间，以便从第一处理侧102的出口108接收基底以及自动地将基底移动至通向第二处理侧110的入口114。传输站118可包括用于实现载体122传输的任何方式的自动机器。例如，传输站118可包括自动转台121，该自动转台121构造成用以从第一处理侧102的出口108接收载体122，反时针旋转180°，以及用以在第二处理侧110的入口144处引导载体122。转台121可包括用于此目的的任何方式的机器人或其它自动机器。在备选实施例中，传输站118可包括实现从第一处理侧102的出口108至第二处理侧110的入口144接收和传送载体122的作业的任何方式的传送器。应当容易认识到的是，任何方式的传输和传送构造都可用于此目的。
在所示的实施例中，第一处理侧102和第二处理侧110基本上彼此平行，使得相应处理侧的传送方向103和111基本上平行且方向相反。从节省生产设备空间的观点来看，这种布置会是有益的。然而，应当容易认识到的是，第二传送方向可相对于第一处理站102的轴线以任何相关的操作角度(包括共线或零角)设置，且本发明不限于附图所示的构造。
利用图2中所示的总体构造，应当容易认识到的是，载体122(具有基底)连续地移动穿过第一处理侧102和第二处理侧110以便将多个薄膜层沉积于其上。图2的构造为端部敞开的回路构造，在其中，载体122处在系统外部，且在入口位置106处引入第一处理侧102中。载体随后在第二处理侧110的出口位置116处从系统100中移除。如上文所述，该装载和卸载过程可人工地或通过自动机器完成。
仍参看图2，如下文更为详细描述的那样，各种处理站104，112可由垂直处理模块125限定，而各相邻排列的模块125用于特定的处理功能。各模块125均可包括单独驱动和控制的传送器126。基底载体122搁置在传送器126上，且从而以受控的方式移动穿过相应的模块125。在特定的实施例中，传送器126可为辊型传送器、带式传送器等。用于各相应模块125的传送器126可设有单独的驱动件(附图中未示出)。在备选实施例中，驱动件可构造成用于通过任何方式的传动布置驱动不同模块125的多个传送器126。单个的传送器126可与多个模块125相关联。
各种模块125垂直地定向，因为载体122以垂直定向传送基底穿过处理侧102，110。参看图4，示例性载体122示为由框架部件124制成的框架型结构。框架部件124限定用于基底12的接收位置，使得基底12水平或垂直地(相对于其纵轴线)接收在载体122内。应当认识到的是，载体122可由任何方式的框架结构或部件限定，以便以垂直定向运载一个或多个基底12穿过处理侧。在图4的实施例中，载体122构造成用于接收处于水平位置的两个基底12。应当容易认识到的是，多个基底12还可设置成使得相应基底的纵轴线处于垂直位置。基底12在载体122内的任何定向都构思为在本发明的范围和精神内。框架部件124可限定敞开型框架，在其中，基底12基本上收容在由载体122限定的″窗口开口″内。在备选实施例中，载体122可限定基底12抵靠其设置的后部面板。
图5中所示的载体122的实施例构造成用于接收四个基底112，其中，成对的基底12处于背靠背的关系。例如，一对基底12设置在载体112的上部框架部分中，而第二对基底12设置在载体112的下部框架部分中。如下文参照图7中所示的沉积设备详细描述的那样，当在系统100中同时地处理四个或多个基底12时，可使用图5中的构造。
再次参看图2，第一处理侧104可具体地构造成具有一个或多个垂直沉积模块128，该模块128限定用于将氧化锌锡(ZTO)层沉积在经由其传送的基底上的真空溅射室。同样，第二处理侧110可包括一个或多个垂直沉积模块128，该模块128限定具体构造成用于将硫化镉(CDS)层沉积到ZTO层上的真空溅射室。真空溅射室的操作是本领域普通技术人员所公知的，且不需要在本文中详细描述。基本上而言，溅射沉积通常涉及从作为材料源的靶材喷射材料，以及将喷射的材料以薄膜层的形式沉积到基底上。DC溅射通常涉及将电压施加到定位在室内的基底附近的金属靶材(即，阴极)上以形成直流放电。溅射室可具有活性气氛(例如，氧气氛)，其在金属靶材与基底之间形成等离子场。活性气氛的压力可处在大约1mtorr至大约20mtorr之间以便进行磁控溅射。当金属原子在施加电压的情况下从靶材释放时，该金属原子与等离子反应并沉积到基底的表面上。例如，当气氛中含有氧时，从金属靶材释放的金属原子在基底上形成金属氧化物层。RF溅射是涉及通过在靶材源材料与基底之间施加交变电流(AC)或射频(RF)信号来激励电容放电的工艺。溅射室可具有惰性气氛(例如，氩气氛)，其具有大约1mtorr至大约20mtorr之间的压力。
图6示出了构造为RF或DC溅射室166的示例性垂直沉积模块128的总体示意性截面视图。功率源168构造成用以控制和供送DC或RF功率至室166。在DC室166的情况下，功率源168将电压施加到阴极170上以在阴极170与阳极172之间产生电压电势。在所示的实施例中，阳极172由室壁限定。玻璃基底12由载体122保持，以便与阴极170(也为靶材源材料176)大致相对。一旦溅射气氛发光且响应于阴极170与用作阳极172的室壁之间的电压电势而维持，则形成等离子场174。电压电势导致在等离子场174内产生等离子的离子，以便朝阴极170加速，从而使来自阴极170的原子朝基底12表面喷射。因此，阴极170为″靶材″，且由源材料限定，以便在基底12的表面上形成期望的特定类型的薄膜。例如，阴极170可为金属合金靶材，如元素锡、元素锌或不同金属合金的混合物。室166中的氧与喷射的靶材原子反应，以便在基底12上形成氧化物层，如ZT0层。
硫化镉(CdS)薄膜层可通过在基本上为惰性的气氛中在陶瓷靶材源材料与基底12之间施加交变电流(AC)或射频(RF)信号而形成在RF溅射室166(图6)中。
尽管图6和图7中示出了单个功率源，但大体上理解的是，多个功率源可与相应的靶材源联接在一起，以便在室166内产生所期望的溅射状态。
图6示出了室166内的加热器元件178。任何方式或构造的加热器元件都可构造在室166内，以便在室内保持期望的沉积温度和气氛。
在图6的实施例中，垂直沉积模块128构造成用于将薄膜层沉积到定向为朝向靶材源材料176的基底12一侧上。图7示出了一个实施例，在其中，室166包括双溅射系统，以便将薄膜施加到固定在载体122中的背靠背的基底12的向外面向的表面上，如图5所示和上文参照图5所述的载体122构造。因此，利用图7中所示的垂直沉积模块128，四个基底同时进行处理以便将特定的薄膜层沉积到其上。
再次参看图2中的系统100，与相邻设置的垂直沉积模块128相关联的单独传送器126受到控制，以便将载体122和附接的基底以受控的恒定线速度传送穿过真空溅射室，从而确保将薄膜均匀地沉积到基底的表面上。另一方面，载体122和基底以逐步的方式引入和引出相应的处理侧102，110。在此方面，系统100包括任何构造的入口和出口模块、相关的传送器126，以及与控制器156相关联的真空锁定阀154。此外，相应的处理侧102，110可包括在其相应的入口和出口侧处的附加非真空模块，其用于将载体112载入和卸出系统100，相对于传输站118缓冲载体122，以及在从系统100移除基底之前冷却基底和载体122。
例如，参看图2，第一处理侧102包括多个相邻设置的垂直处理模块125。这些模块125中的第一个限定装载站152，在其中，载体122载入该系统中。如所提到的那样，这可人工地或自动地完成。装载站152模块内的相应传送器使载体122移动至真空装载模块132。该模块132包括入口真空阀154，该入口真空阀154例如可为由相关马达156促动的闸门型狭缝阀或旋转挡板阀。初始阀154开启，且载体122从装载模块152传送至模块132。入口阀154然后关闭。在这里，″粗″真空泵162从大气压抽空至毫托范围内的初始″粗″真空。粗真空泵162例如可为具有罗茨型鼓风机的爪型机械泵。当抽空至限定的交叉压力(crossover pressure)时，位于装载模块132与相邻的装载缓冲模块134之间的阀154开启，且载体122传输至装载缓冲模块134中。位于模块132和134之间的阀154然后关闭，装载模块132通风，且初始阀154开启以将下一载体122接收到模块中。″高″或″细″真空泵164在装载缓冲模块134中抽取增大的真空，且模块134可回填过程气体以匹配下游处理室中的状态。例如，细真空泵164可为构造成用于将模块抽空至大约小于或等于9×10-5torr的低温泵的组合。
过程缓冲模块136位于装载缓冲模块134的下游，且在装载缓冲模块134内的预定真空压力和状态下，这两个模块之间的阀154开启，且载体122传送到过程缓冲模块136中。模块134和136之间的阀154然后关闭。过程缓冲模块136用于将载体122的逐步传送基本上转换成受控的线性传送，使得载体122的前缘距前一载体122的后缘处在窄的、限定的空间或距离(即，大约20mm)内，以便载体122以受控的恒定线速度传送穿过下游沉积模块128，且相应载体122之间的空间很小。因此，应当认识到的是，在正常生产操作期间，过程缓冲模块136与第一垂直沉积模块128之间的阀154开启。同样，相邻的垂直沉积模块128之间的阀154也是开启的。处于第二垂直沉积模块128出口处的阀154也是开启的。以此方式，保持了载体122以恒定处理速度连续地流动穿过相邻设置的垂直沉积模块128。
仍参看图2，过程后缓冲模块138设置在最末垂直沉积模块128的下游，且这些模块之间的阀154在正常处理期间是开启的。当载体122以受控的恒定线速度离开垂直沉积模块128时，它们进入过程后缓冲模块138，且然后以更大的速度朝向直接位于下游的出口缓冲模块140行进。在该传送步骤之前，模块138和140之间的阀154关闭，且模块140通过细真空泵164进行抽吸，且由过程气体回填以匹配处理区的状态。一旦满足这些条件，则各室之间的阀154便开启，且载体122以相对较高的速度传输到出口缓冲模块140中。在模块140与下游出口模块142之间的预定交叉压力(其可通过粗真空泵162在模块142内实现)下，这些模块之间的相应的阀154开启，且载体122传送到出口模块142中。出口模块142然后可与大气通风。这里，模块142出口处的阀154开启，且载体122传送到外部缓冲件144中。
从外部缓冲件144，载体122移动到转台121或构造在传输站118处的其它传输机构中。载体在传输站118处旋转或以另外的方式移动至一定位置，以便在第二处理侧110的入口点处进入外部缓冲件144中。
过程缓冲模块136和过程后缓冲模块138可包括一个或多个相应的真空泵165，如涡轮分子泵，其直接地安装在模块后部以便保持处理真空压力。同样，垂直沉积模块128还可包括任何方式的真空泵，如涡轮分子泵165，其直接安装在与相应模块相关的各阴极对之间的模块的后部上。
再次参看图2的系统100，传输至与第二处理侧110相关的外部缓冲件144的载体122随后以基本上与上文相对于第一处理侧102论述的相同方式传送穿过各个垂直处理模块125。如上文所述，各个阀154、泵162，164，165和相应传送器126的操作和顺序是为了以逐步的方式将载体122步进到处理模块中的目的，在其中，载体122然后以恒定的线速度传送穿过垂直沉积模块128。在第二处理侧110中的垂直沉积模块128构造成用于将第二薄膜层沉积到第一薄膜层上，如上文所述，例如CdS层。
在离开第二处理侧110的出口模块142之后，载体122移动到一个或多个冷却站148中，在其中，容许载体和附接的基底在从系统100移除之前冷却至期望的操纵温度。移除过程可为人工或自动的，例如，利用机器人机器。
图2和图3中的系统100由多个互连模块限定，如上文所述，各个模块均用于特定的功能。构造成具有单独模块的相应传送器126对于各种功能还适当地受到控制，如同阀154和相关的促动器156一样。出于控制目的，各单独模块均可具有构造成与其结合的相关的控制器158，以便控制相应模块的单独功能。多个控制器158继而又可与中央系统控制器160通信。中央系统控制器160可监测和控制(通过单独的控制器158)任何一个模块的功能，以便实现总体期望的传送速率，以及在它们移动穿过系统100时处理由载体122运载的基底。
应当容易认识到的是，尽管本文在特定实施例中将沉积模块128描述为溅射沉积模块，但本发明不限于该种特定的沉积工艺。垂直沉积模块128可构造为任何其它适合类型的处理室，如化学汽相沉积室、热蒸发室、物理汽相沉积室等。在本文所述的特定实施例中，第一处理侧可构造成用于沉积ZTO层，而垂直沉积模块128构造为活性(使用氧)DC真空溅射室。各模块128均可构造成具有四个DC水冷式磁控管。如上文所述，各模块128还可包括安装在各阴极对之间的后部室上的一个或多个真空泵。与第二处理侧110相关的垂直沉积模块128可构造为RF真空溅射室，而各模块128均包括三个RF水冷式磁控管以便由CdS陶瓷靶材料沉积CdS层。这些模块128还可包括安装在阴极对之间的一个或多个真空泵。
图3示出了备选系统100，其类似于图2中的系统，但包括位于第二处理侧110的出口与第一处理侧102的入口之间的第二传输站120。因此，该特定系统限定了连续回路，在其中，载体122在处理回路中连续地传送穿过系统。载体122移出第二处理站110的出口模块142，且穿过冷却站148。载体122然后移动到第二传输站120中，该第二传输站120可如上文相对于第一传输站118所述那样构造。载体从最末冷却站148传输至与第一处理侧102对准的卸载站150。当载体122移动穿过卸载站150时，基底便从载体上移除。再次的是，该过程可为人工的，或通过自动机器人机器实现。空的载体然后移动到装载站152中，在其中，新的基底载入载体122中。如上文参照图2所述，载体122和相关的基底然后通过第一处理侧102和第二处理侧110进行处理。图3中的系统100是独特的，因为该过程以连续回路方式执行，在其中载体122不必从系统移除。系统的效率和生产量利用图3的构造可显著地提高。
图2和图3中所描绘的系统100的生产量可通过利用如图7所示的垂直沉积模块128来进一步提高，其中，模块128基本上为以面对关系构造的两个单独室的组合，以便将薄膜层沉积到安装在载体122内的背靠背基底的表面上，如图5的载体构造所示。
在图2和图3的系统100实施例中，处理真空单独地抽取且在相应的处理侧102，110中保持。载体沿第一处理侧102从真空处理模块125移除，传输至第二处理侧110，且引入如上文所述的第二处理侧110的真空处理模块125中。应当容易认识到的是，本发明还包含系统100，在其中，整个真空在第一处理侧102与第二处理侧110之间保持。在此种系统中，载体122将被缓冲且从一个处理侧传输至真空室内的另一侧。
本发明还包含用于将多个薄膜层沉积到光伏(PV)模块基底上的各种处理实施例。该处理可利用上述各种系统实施例，或通过适合的系统构件的任何其它构造来实施。因此，应当认识到的是，根据本发明的处理实施例不限于本文所述的系统构造。
在特定的实施例中，该过程包括将载体上的基底沿第一方向传送穿过第一处理侧，以及在它们移动穿过第一处理侧时将第一薄膜层沉积到基底上。载体在第一处理侧的出口处接收，且移动到第二处理侧的入口。载体和附接的基底然后传送穿过第二处理侧以将第二薄膜层沉积到第一薄膜层上。基底在第二处理侧出口下游的卸载站处从载体移除，且新的基底在第一处理侧入口上游的装载站处放置到载体上。
该过程可包括使载体和附接的基底沿第一处理侧和第二处理侧以逐步的方式移入和移出真空室，例如，穿过一系列真空锁(或真空闸)，但在沉积过程期间以连续的线速度传送载体和附接的基底穿过真空室。
在特定的实施例中，第一处理侧和第二处理侧大致平行，且载体沿连续回路移动穿过第一处理侧和第二处理侧，而卸载站和装载站在连续回路内相邻。
在另一实施例中，第一处理侧和第二处理侧大致平行，且载体在通向第一处理侧的入口处装载，而在第二处理侧的出口处移除。
在又一处理实施例中，薄膜层沉积在沿第一处理站和第二处理站限定的真空室内，且载体和附接的基底移动穿过系统，而不会破坏第一处理侧与第二处理侧之间的真空。
本书面说明使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且还使本领域普通技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何所结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域普通技术人员所构思出的其它实例。如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无实质差别的同等结构元件，则认为这些其它实例落在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种将薄膜溅射到单独基底上的方法，所述方法包括：
将单独基底传送到真空室中以抽取小于50mTorr的溅射压力；以及，
将所述单独基底传送到溅射室中且穿过平面磁控管，从而由电离气体以所述溅射压力和在溅射温度下连续地溅射半导体靶材，使得薄膜形成在所述单独基底的表面上，以及其中，所述半导体靶材经受高频功率，所述高频功率在大于1 kW的功率水平下具有400 kHz至4 MHz的频率，其中，所述半导体靶材包括硫化镉。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溅射压力为1mTorr至25mTorr。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在溅射时，所述基底以大致恒定的线传送速率传送。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体靶材经受高频功率，所述高频功率在2kW至5kW的功率水平下具有1 MHz至3 MHz的频率。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高频功率经由阻抗匹配网络供送。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体靶材为具有大于1000cm2的表面面积的平面靶材。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体靶材为具有1500cm2至2500cm2的表面面积的平面靶材。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成在所述单独基底的表面上的所述薄膜具有50nm至250nm的平均厚度。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，形成在所述单独基底的表面上的所述薄膜具有70nm至100nm的平均厚度。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，形成在所述单独基底的表面上的所述薄膜具有小于所述平均厚度的20%的不均匀性。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，形成在所述单独基底的表面上的所述薄膜具有所述平均厚度的7%至15%的不均匀性。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜以快于15 nm·m2/分钟的速率形成在所述单独基底的表面上。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频率选择为使得在溅射期间形成的磁场线不会在所述基底的第一表面的前方闭合。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电离气体包括氩。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电离气体基本上由氩构成。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溅射温度为20℃至25℃。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述单独基底加热至溅射温度。
18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溅射温度为20℃至200℃。
19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溅射温度为50℃至150℃。
20.一种将薄膜溅射到单独基底上的方法，所述单独基底限定具有1000cm2至2500cm2的表面面积的表面，所述方法包括：
将单独基底传送到真空室中以抽取小于50mTorr的溅射压力；
将所述单独基底加热至50℃至200℃的溅射温度；以及
传送所述单独基底进入溅射室，且穿过平面磁控管，从而由电离气体以所述溅射压力连续地溅射平面的半导体靶材，以便薄膜形成在所述单独基底的表面上，所述半导体靶材限定1000cm2至2500cm2的表面面积，其中，在溅射时，所述基底以大致恒定的线传送速率连续地传送，以便形成在所述单独基底的表面上的所述薄膜具有50nm至250nm的平均厚度，而不均匀性为所述平均厚度的7%至15%，以及其中，所述半导体靶材经受高频功率，所述高频功率在大于1kW的功率水平下具有400 kHz至4 MHz的频率，其中，所述半导体靶材包括硫化镉。
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