CN102330066A - 用于隔离视口的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明名称为“用于隔离视口的设备和方法”，公开了测量具有可隔离的视口(402)的涂层工艺的工艺参数的方法、检修的方法以及设备。该设备包括视口(402)、为将视口(402)与工艺室(406)选择性隔离而放置的器件(404)、以及置于视口(402)和器件(404)之间的第二室(408)。该器件(404)包括第一位置，以将视口(402)与工艺室(406)选择性隔离并选择性保持工艺室(406)中预定的工艺压力，该器件(404)包括第二位置，以选择性允许从视口(402)对工艺室(406)的视线测量，以及当该器件(404)在第二位置中时，第二室(408)保持工艺室(406)中预定的工艺压力。

Description

用于隔离视口的设备和方法

技术领域

本公开针对用于涂层工艺的测量的方法、检修的方法和设备。

背景技术

视线测量，例如使用高温计的温度测量，已知为用于与诸如溅射的受控气氛工艺一起使用。通过视口进行这种测量，所述视口提供受控气氛内的工件或其它组件的视线可见性。

通常，在某些涂层工艺(例如，气相沉积)中，固体材料由气相而沉积在气相沉积室内物体的暴露表面上。沉积还发生在其它表面上。这些表面能包括室壁、视口或其它暴露表面。随着时间过去，涂层能积累在室壁、视口或其它暴露表面上。当视口上发生积累时，通过视口的测量能变得不可靠。为了检修视口，常规系统要求关闭工艺。

本领域中将期望提供减少视口上涂层的积累并允许视口检修而不使工艺离线的设备和方法，其中该设备和方法可连同光伏模块的形成一起使用。

发明内容

在一示范实施例中，一种挡板(shutter)设备具有视口、为将视口与工艺室选择性隔离而放置的器件、以及置于视口和器件之间的第二室。该器件包括第一位置，以将视口与工艺室选择性隔离并选择性保持工艺室中预定的工艺压力。该器件包括第二位置，以通过选择性地允许从视口对工艺室的视线测量。当该器件在第二位置中时，第二室保持工艺室中的预定的工艺压力。

在另一示范实施例中，一种用于检修具有可隔离的视口的涂层设备的方法，包括提供挡板设备、使第二室排气、并在检修涂层设备期间保持工艺室中的预定工艺压力。所述挡板设备包括视口、为将视口与工艺室选择性隔离而放置的器件、以及置于视口和器件之间的第二室。该器件包括第一位置，以将视口与工艺室选择性隔离并选择性保持工艺室中预定的工艺压力。该器件包括第二位置，以选择性地允许从视口对工艺室的视线测量。当该器件在第二位置中时，第二室保持工艺室中预定的工艺压力。

在另一示范实施例中，一种测量具有可隔离的视口的涂层工艺的工艺参数的方法，包括提供挡板设备、调节第二室中的压力、以及驱动器件。挡板设备包括视口、为将视口与工艺室选择性隔离而放置的器件、以及置于视口和器件之间的第二室。该器件包括第一位置，以将视口与工艺室选择性隔离并选择性保持工艺室中预定的工艺压力。该器件包括第二位置，以选择性允许从视口对工艺室的视线测量。当该器件在第二位置中时，第二室保持工艺室中预定的工艺压力。当该器件在第二位置中时，为涂层工艺测量工艺参数。

附图说明

图1显示了根据本公开的安装在基底上的薄膜模块。

图2是根据本公开的构成模块电池的层系统的图。

图3是根据本公开的用于形成模块的示范工艺的工艺流程图。

图4是根据本公开的具有示范挡板设备的多个室的示意图。

图5是根据本公开的示范挡板设备的示意图。

图6是根据本公开的示范挡板设备的示意图。

在有可能之处，相同的引用数字将遍及附图使用以表示相同的部分。

具体实施方式

提供的是提供视口上涂层减少的积累并允许视口检修(例如，清洁、更换等)而不使工艺离线的设备和方法。该设备和方法可连同光伏模块的形成一起使用。

本公开的实施例可以减少视口上的涂层积累，可以通过具有用于清洁视口的更少停机时间而增加操作容量，可以减少涂层室内温度测量上的影响，和/或可以提供一种用于监视并由此控制涂层室内温度和压力的简单而低成本的解决方法。

在本公开中，当层描述为在另一层或衬底的“邻近”、“之上”或“上方”时，要理解，该层能够直接接触，或者另一层或特征能够介入。

图1显示了安装于基底103上的薄膜PV模块100。PV模块100布置成接收光105。PV模块分成串联布置的多个电池107。电池107通过空隙、不传导材料和/或其它结构分隔电路来划分。例如，电池107可以通过由激光刻划而形成的划线与彼此隔离。由于光105照射在PV模块100上，因此而产生电。该公开不限于图示的布置，并且可以包括其它的安装布置和/或电池107。该公开的一个实施例包括薄膜CdTe太阳能光伏(PV)模块100。使用这种模块来产生太阳能电以用于许多应用，例如，大型地面安装的系统以及商业和住宅建筑上的屋顶系统。

图2是形成PV模块100的电池107的层系统的图。电池107的层包括上衬底(superstrate)201、第一传导层203、缓冲层205、第一半导体层207、第二半导体层209、第二传导层211和封装玻璃213。电池107的层布置成在暴露于光105下时生成并传导可用形式中的电。

上衬底201是在其上生长薄膜的高透射玻璃片。上衬底201在下面的层之前接收光105(见例如图1)。上衬底201可以是高透射、低铁浮法玻璃或对于光105具有高透射率的任何其它合适的玻璃材料。在另一实施例中，上衬底201也可以是高透射硼硅玻璃。

光105穿过上衬底201以后，光穿过第一传导层203。第一传导层203可以是允许光105的透射而几乎没有或无吸收的透明传导氧化物(TCO)。第一传导层203还是导电的，允许电传导以提供电池107的串联布置。在一个实施例中，第一传导层203是化学计量为大约0.3pm的锡酸镉(名称上是Cd₂SnO₄)。

其它合适的传导层可以包括掺氟的氧化锡、掺铝的氧化锌、氧化铟锡。第一传导层203可以允许光105穿过以到达半导体层(例如，第一半导体层207和第二半导体层209)，同时还用作欧姆电极以远离光吸收材料而传输光生的载荷子。

缓冲层205邻近于第一传导层203。缓冲层205是更具电阻性的，并保护电池107的层免受来自玻璃的化学相互作用和/或可能由后续工艺导致的相互作用。包括缓冲层205减少或阻止了跨电池107和跨模块100可能发生的电或其它损耗。用于缓冲层205的合适材料可以包括氧化锌，其包含相比第一传导层203具有更多电阻率并能够保护电池层免受来自玻璃的相互作用或来自后续工艺的相互作用的材料和/或任何其它合适的阻挡材料。另外，包括缓冲层205允许形成准许光子通过并同时保持能生成电的高质量结(junction)的第一半导体层207。在某些实施例中，缓冲层205可以被省略或由另一材料或层来代替。在一个实施例中，缓冲层205包括ZnO和SnO₂的组合。例如，缓冲层205可以形成为约0.1μm厚或更少的厚度，并可以包括化学计量比为大约1比2(1∶2)的ZnO和SnO₂。

如图2中所示，第一半导体层207邻近于缓冲层205，并在上衬底201、第一传导层203和缓冲层205之后接收光105。第一半导体层207包括宽带隙n-型半导体材料。用于第一半导体层207的合适的半导体材料包括，但不限于CdS、SnO₂、CdO、ZnO、AnSe、GaN、In₂O₂、CdSnO、ZnS、CdZnS或其它合适的n-型半导体材料。在一个实施例中，第一半导体层包括CdS。第一半导体层207可以具有从大约0.01至大约0.1μm的厚度。第一半导体层207可以通过化学浴沉积或通过溅射而形成。第一半导体层207优选具有平滑的表面，并且是大致均匀的，没有杂质和针孔。

第一半导体层207与第二半导体层209形成结从而在电池107中创建光伏效应，这允许由光105来生成电。第二半导体层209在与第一半导体层207一起提供时可以包括Cd、CdTe或其它p-型半导体材料，当暴露于光105时提供光伏效应。

如图2中所示，第二半导体层209邻近于第一半导体层207。第二传导层211邻近于第二半导体层209，并提供导电材料，该导电材料能传导在暴露于光105时由第一半导体层207和第二半导体层209的组合所形成的电。尽管图2显示了第一半导体层207和第二半导体层209的两层的布置，但可以利用包括间隙层的任何层来提供光伏效应。

第二传导层211可以由任何合适的传导材料和其组合来制成。例如，合适的材料包括的材料包括但不限于石墨、金属银、镍、铜、铝、钛、钯、铬、钼、以及金属银、镍、铜、铝、钛、钯、铬和钼的合金及其任何组合。在一个实施例中，第二传导层211可以是石墨、镍和铝合金的组合。

可以邻近于第二传导层211来粘合封装玻璃213。封装玻璃213可以是适合于与电池107的薄膜一起使用的刚性结构。封装玻璃213可以是与上衬底201相同的材料或可以不同。另外，尽管图2中没有示出，封装玻璃213可以包括允许接线和/或连接至电池107的结构或开口。

模块100和各个电池107可以包括图3中没有示出的其它层和结构。例如，上衬底201和/或封装玻璃213可以包括阻挡涂层或其它结构，以减少或阻止杂质扩散至层中。另外，封装玻璃213可以包括粘合层，以将封装玻璃213粘合到层上。模块100和/或电池107中可以存在的另外结构包括划线、总线连接结构、外部接线以及有用于薄膜和/或PV结构的各种常规组件。

图3显示了用于形成模块100的示范工艺的工艺流程图。该工艺包括形成电池107的薄膜堆叠的形成，其中所述膜或层形成在上衬底201上(图2中从顶部向下所示)。

如图3的流程图中所示，提供上衬底201(框301)。上衬底201可以由能够接纳用于用作光伏电池107的薄膜并足够透明以允许透射光105的任何合适的材料来制成。

提供上衬底201之后，将第一传导层203沉积到上衬底201上(框303)。第一传导层203是导电的，其允许电传导以提供电池107的串联布置。在一个实施例中，第一传导层203是化学计量为大约0.3μm的锡酸镉(名称上是Cd₂SnO₄)。其它合适的传导层可以包括掺氟的氧化锡、掺铝的氧化锌、和/或氧化铟锡。第一传导层203能够例如通过直流(DC)或射频(RF)溅射来形成。在一个实施例中，第一传导层203是溅射到上衬底201上的基本无定形Cd₂SnO₄的层。此类溅射能从包含1比2的比例中的化学计量量的SnO₂和CdO的热压靶到上衬底201上来执行。锡酸镉能够备选地通过喷雾热解使用醋酸镉和氯化锡(II)前体(tin(II)chloride precursor)来制备。

一旦施加第一传导层203，缓冲层205可施加至第一传导层203(框305)。在一个实施例中，缓冲层205可以例如通过溅射来形成。在一个示例中，缓冲层205可以通过从包含化学计量量为大约67mol％的SnO₂和大约33mol％的ZnO的热压靶溅射到第一传导层203上来形成。如通过溅射而沉积的，用于缓冲层205的氧化锌锡材料可以是基本无定形的。层205的厚度可以在大约200到3000埃之间，或者在大约800到1500埃之间，以具有合乎需要的机械、光和电性质。缓冲层205可以具有宽光学带隙，例如大约3.3eV或更多，以便允许光105的透射。

第一半导体层207沉积在缓冲层205上(框307)。在一个实施例中，第一半导体层207可以例如通过化学浴沉积或溅射来形成。第一半导体层207可以沉积到从大约0.01到0.1μm的厚度。一种用于用作第一半导体层207的合适材料是CdS。用于CdS层的合适厚度可以是从大约500到800埃。第一半导体层207与第二半导体层209形成结，以在电池107中创建光伏效应，从而允许它从光105生成电。

形成第一半导体层207之后，第二半导体层209沉积在第一半导体层207上(框309)。第二半导体层209可包括Cd、CdTe或其它p-型半导体材料。第二半导体层209可以通过扩散传输沉积、溅射或用于沉积p-型半导体薄膜材料的其它合适沉积方法来沉积。

第二半导体层209形成之后，形成第二传导层211(框311)。第二传导层211可以从任何合适的传导材料来制成。第二传导层211可以通过溅射、电沉积、丝网印刷、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或喷射来形成。在一个实施例中，第二传导层209是被丝网印刷到表面上的石墨以及溅射在其上的镍和铝合金的组合。

上述所有溅射步骤适合地是在环境温度、高纯气氛下的磁控管溅射。但是，还可以使用其它沉积工艺，包括较高温溅射、电沉积、丝网印刷、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或喷射。另外，处理可以在连续线路中提供或者可以是一系列批量操作。当工艺是连续式工艺时，溅射或沉积室分别隔离，在每个涂层循环期间达到涂层条件，并重复进行。

一旦形成第二传导层211，封装玻璃213粘合至第二传导层211(框313)。封装玻璃213可以是适于与薄膜结构一起使用的刚性材料，并可以是与上衬底201相同的材料或不同的材料。封装玻璃213可以使用任何合适的方法粘合至第二传导层211。例如，封装玻璃213可以使用粘接剂或其它接合组合物而粘合至第二传导层211。

尽管图3中没有示出，其它工艺步骤可包括在用于形成模块100和电池107的工艺中。例如，还可以利用清洁、蚀刻、掺杂、介电或其它选择性绝缘材料沉积、间隙层的形成、刻划、热处理和接线。例如，可以提供接线和/或总线连接器件，以完成PV电路(即，串联布置的电池107)，并提供PV电路到负载或其它外部器件的连接性。

可利用刻划来形成层和隔离电池和/或薄膜堆叠的层之间的互连。刻划可以使用用来对薄膜层进行刻划和/或互连的任何已知技术来完成。在一个实施例中，刻划使用从一个或多个方向在一个或多个层引导的激光来完成。可以利用一个或多个激光划线，以选择性去除薄膜层，并提供电池107的隔离和/或互连性。在一个实施例中，完成划线和层沉积，以互连和/或隔离电池107，从而提供具有串联电布置中的电池107的PV电路。

图4显示了多个热室417和工艺室406，其具有挡板设备400。工艺室406可以是气相沉积室。在气相沉积中，由蒸气形成的固体材料在室406内沉积在物体403的暴露表面上(见图5)，从而形成涂层405。例如，可以使用气相沉积来给玻璃表面(例如，上衬底201)涂覆碲化镉(图3中的框309)。

在一个实施例中，室406可以具有入口和出口，该入口和出口允许物体在气相沉积期间在预定时间进入并退出室406。例如，室406可以是成直线的(in-line)室，作为基本连续式制造线的一部分。入口和出口可以成直线地位于热室417的前面、后面和/或邻近处。热室417可包括在气相沉积的一些或所有时段期间在工艺室406的前面、后面和/或里面用于保持真空的特征。在另一实施例中，工艺室406可以是具有可用于施加涂层的固定体积的空间的批工艺室。

挡板设备400包括视口402、为将视口402与工艺室406选择性隔离而放置的器件404、以及置于视口402和器件404之间的第二室408，第二室408具有端口410(如下面参考图5进一步描述的)。设备可以用来使用高温计412测量工艺室406内的温度。

工艺能够涉及监视并控制各种参数。例如，可以控制沉积工艺的持续期，可以控制所提供的蒸气量，还可以控制所提供的蒸气的性质。所提供的蒸气的性质可以包括温度和压力。在工艺室406内，可以提供不同温度的多种蒸气和/或在进入工艺室406的气氛时提供的蒸气可改变温度。监视工艺室406内的温度可通过测量穿过沿工艺室406的壁或其它部位放置的一个或多个挡板设备400的温度来执行。一般，室406可以暴露于从大约10^-10torr到大约5000torr、10^-10torr到1torr、或10^-4torr到大约10^-3torr的压力和大约100℃和大约800℃之间的温度。

图5显示了用于减少或消除视口402上涂层405的积累的挡板设备400的备选实施例。挡板设备400包括视口402、为将视口402与工艺室406选择性隔离而放置的器件404，以及置于视口402和器件404之间的第二室408。挡板设备400可放置成具有挡板设备400的所有或部分在工艺室406的外部或凹入工艺室406内。在一示范实施例中，器件404、第二室408和视口402都沿工艺室406的外面放置，并且工艺室406包括与器件404最接近的开口401。

视口402可以是用于用高温计412测量工艺室406内温度的任何合适的视口。视口402由包括不更改温度测量的光学特性的材料形成。例如，视口402可以是氟化钙窗口。为了测量工艺室406内的温度，视口402可以承受与涂层工艺关联的高温和低压。合乎需要的是视口402的温度保持在测量器件412的检测限制之下的预定温度，以避免更改物体403的温度测量。

进行测量时，视口402和/或第二室408可暴露于来自工艺室406内的蒸气，从而接触并可能涂敷视口402和/或第二室408。因此，合乎需要的是视口402和第二室408是惰性的和具化学抵抗性的。为了去除视口402或第二室408上积累的涂层405，可以在关闭器件404(如图5中所示)和第二室408排气以后，去除并清洁视口402和/或第二室408。视口402和/或第二室408的去除和清洁可以在工艺室406未正在操作时或者在器件404为将视口402和第二室408隔离而放置时(例如，当关闭器件404时)执行。在一个实施例中，可以在工艺室406排气时去除并清洁视口402和/或第二室408。在清洁以后，可以重新附连第二室408和/或视口402。

参考图5和6，器件404可以为将视口402和工艺室406选择性隔离而放置。在本文使用时，术语“选择性隔离”是指隔离视口402和工艺室406之间的视线视野和气氛。器件404可以是任何合适的阀门、闸门、或用于提供工艺室406和第二室408之间开口的选择性调整的选择性可调器件。例如，器件404可以是高真空闸阀。器件404包括第一位置(关闭)，以将视口402和工艺室406选择性隔离，并在工艺室406中选择性保持预定的压力(或其它合适的预定工艺条件)。在第一位置中，器件404可以物理上阻挡工艺室406内的蒸气418传播到第二室408内并传播至视口402。合乎需要的是由器件404进行的物理阻挡很紧密，使得在关闭器件时几乎没有或没有蒸气能够从工艺室406穿过器件404传播到第二室408中。例如，设备400中可以包括一个或多个密封装置(seal)407。密封装置407可以是O环或任何合适的器件，用来基本上防止工艺室406和/或第二室408内不想要的压力变化(或其它合适的预定工艺条件)。另外，器件404可以包括用来调整附加区域(例如，区域413和室408内)内压力的端口411以平衡压力。在一个实施例中，器件404可以是高真空闸阀或旋转式瓣阀。

器件404还包括第二位置(开启)，以选择性允许从视口402对工艺室406的视线测量。器件404可以通过任何合适机制从第一位置移动到第二位置。例如，器件404可以通过杆409从第一位置移动到第二位置，杆409由用来调节器件404位置的任何合适机制来驱动。由于器件404通过杆409从第二位置(开启)被驱动至第一位置(关闭)，凸轮特征416可以迫使密封装置407朝密封表面向外压紧。在第二位置(开启)中，可以通过移动杆409来调节凸轮特征416，从而在工艺室406和视口402之间允许开路。

对于挡板设备400合乎需要的是在第二位置中短的持续期，因为当器件在第二位置中时工艺室406内的蒸气可传播到第二室408中并传播到视口402。进一步合乎需要的是，器件404快速开启，以减少挡板设备400在第一位置中(其中几乎没有或没有蒸气可能从工艺室406传播到第二室408中)和挡板设备400在第二位置中(其中可以用高温计412执行工艺室406的温度测量)之间的时间持续期。

在一个实施例中，可以通过置于区域413中的一个或多个端口414执行差动泵浦，区域413通过器件404与第二室408和工艺室406选择性地在流动性上分离。差动泵浦可以允许工艺室406在更低压力下操作。端口414通过在空气(或其它气体)传播到工艺室406之前去除区域413中的空气(或其它气体)，可以减少或消除进入工艺室406的空气(或其它气体)。当器件404在第一位置(关闭)中时，端口414可以是真空泵浦的。在另一实施例中，密封装置407(与端口414上的差动泵浦一起)可用于选择性减少或消除蒸气在工艺室406进入区域413和第二室408之间的传播。同样，在将器件404驱动到第二位置(开启)之前，可以在第二室408和工艺室406内调整区域413内的压力(例如，基本上平衡压力)。其它合适的差动泵浦方法可附加或备选地使用。

参考图5，随着端口414被阻挡(或未包括)和端口411被开启，第二室408置于视口402和器件404之间。在器件404被驱动到第二位置(开启)之前，将第二室408调整到与工艺室406内的预定压力基本上相等的压力。压力可通过经由连接到泵或者用于控制气体压力的其它合适机制的端口410从第二室408去除气体来调节。在一示范实施例中，端口410沿第二室408的侧边放置。在其它实施例中，端口410可置于第二室408上的其它合适位置中。

虽然参考优选实施例描述了本公开，但本领域技术人员将理解，在不脱离本公开范围的情况下，可进行各种调整并使用等同物来代替其要素。另外，在不脱离其本质范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，意图是，本公开不限于为了实现本公开而设想的作为最佳模式所公开的特定实施例，而是本公开将包括落入随附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种具有可隔离的视口(402)的挡板设备(400)，所述挡板设备(400)包括：

视口(402)；

为将所述视口(402)与工艺室(406)选择性隔离而放置的器件；以及

置于所述视口(402)和所述器件(404)之间的第二室(408)；

其中所述器件(404)包括第一位置以将所述视口(402)与工艺室(406)选择性地隔离并选择性地保持所述工艺室(406)中预定的工艺压力；

其中所述器件(404)包括第二位置以选择性地允许从所述视口(402)对所述工艺室(406)的视线测量；以及

其中当所述器件(404)在第二位置中时，所述第二室保持所述工艺室(406)中的所述预定的工艺压力。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述第二室(408)配置成用于差动泵浦。

3.如权利要求1所述的设备，其中当在所述工艺室(406)中保持所述预定的工艺压力时所述第二室是可去除的。

4.如权利要求1所述的设备，其中所述第二室包括端口(411)，所述端口(411)配置成当在所述工艺室(406)中保持所述预定的工艺压力时使所述第二室排气。

5.如权利要求1所述的设备，其中当在所述工艺室(406)中保持所述预定的工艺压力时所述视口(402)是可去除的。

6.如权利要求5所述的设备，其中所述第二室包括端口(411)，所述端口(411)配置成当在所述工艺室(406)中保持所述预定的工艺压力时使所述第二室排气。

7.如权利要求5所述的设备，其中所述第二室包括端口(414)，所述端口(414)配置成调节所述第二室(408)的压力。

8.如权利要求1所述的设备，其中所述第二室包括端口(414)，所述端口(414)配置成调节所述第二室的压力。

9.如权利要求1所述的设备，其中所述器件(404)是高真空闸阀。

10.如权利要求1所述的设备，其中所述器件(404)是旋转式瓣阀。

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