CN102560376A - 用于持续沉积的设备和过程中CdTe的时间上可变的沉积速率 - Google Patents
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Abstract
本发明名称为“用于持续沉积的设备和过程中CdTe的时间上可变的沉积速率”。一般地提供用于将升华的源材料气相沉积为光伏模块基板(14)上的薄膜的设备(100)。该设备(100)包括分发板(152)，分发板(152)设在分发管汇(124)下方以及设在输送通过设备(100)的基板(14)的上表面的水平输送面上方限定的距离处。分发板(152)限定经由其中的通道(153)的样式，该通道的样式配置成对升华的源蒸气流在第一纵向端(160)处比在第二纵向端(161)处提供更大的阻力。还提供一种用于将升华的源材料气相沉积以在光伏模块基板(14)上形成薄膜的过程，该过程通过如下步骤完成：通过分发板(152)将升华的源材料分发到基板(14)的上表面上，分发板(152)位于基板(14)的上表面与容器(116)之间。
Description
技术领域
本文公开的本发明主题一般涉及薄膜沉积过程的领域，其中将如半导体材料层的薄膜层沉积在基板上。更具体地，本发明主题涉及用于在光伏(PV)模块的形成中将光反应材料(例如，CdTe)的薄膜层沉积在玻璃基板上的气相沉积设备和关联的过程。
背景技术
基于与硫化镉(CdS)配对的碲化镉(CdTe)作为光反应组件的薄膜光伏(PV)模块(也称为“太阳能面板”)正在获得业界的广泛接受和关注。CdTe是具有尤其适于将太阳能转换成电力的特性的半导体材料。例如，CdTe具有约1.45eV的能量带隙，这使之与过往在太阳能电池应用中使用的较低带隙半导体材料(例如，对于硅约为1.1eV)相比能够转换来自太阳光谱的更多能量。再有，与较低带隙材料相比，CdTe在较低光情况或漫射光情况中转换辐射能量，并且因此与其他常规材料相比，在日间期间或多云情况中具有更长的有效转换时间。
使用CdTe PV模块的太阳能系统一般被认为，就生成的每瓦特功率的成本而言是最具成本效率的可商业获得的系统。尽管CdTe具有这些优点，但是，太阳能的可持续商用和被接受作为工业和民用电力的补充或主要来源取决于大规模以及以成本有效的方式生产高效PV模块的能力。
某些因素极大地影响CdTe PV模块在成本和发电容量方面的效率。例如，CdTe相对昂贵，并且因此材料的高效利用(即，最小浪费)是主要成本因素。此外，模块的能量转换效率是沉积的CdTe膜层的某些特性的因素。膜层中的不均匀性或缺陷可能极大地降低模块的输出，由此增加每个单位电力的成本。再有，在经济上合理的商用规模上处理较大的基板的能力是关键的考量。
CSS(封闭系统升华)是用于CdTe模块制造的公知商用气相沉积过程。参考例如美国专利号6,444,043和美国专利号6,423,565。在CSS系统中的气相沉积室内，将基板放置在以较小距离(即，约2-3mm)面对CdTe源的相对位置处。CdTe材料升华并沉积在基板的表面上。在上文引述的美国专利号6,444,043的CSS系统中，CdTe材料是颗粒形式的，并且保持在气相沉积室内的加热的容器中。升华的材料穿过置于容器上方的封盖中的孔移动，并沉积在静止的玻璃表面上，静止的玻璃表面以最小可能距离(1-2mm)被固定在封盖框上方。
通过孔板恒定地供给CdTe蒸气产生用于在基板上沉积的均匀蒸气压。因此，整个CdTe层的沉积速率可以是基本恒定的，以便确保在基板上形成基本均匀的薄膜层。但是，如果初始沉积速率太快，则可能在初始沉积过程中产生空隙(即，无CdTe的小区域)。这些空隙随着沉积过程继续可能被扩大。
因此，业界中一直需要一种改进的气相沉积设备和过程，用于经济上可行地大规模制造高效PV模块，具体为CdTe模块。具体来说，需要一种改进的升华板，用于在CSS过程中，经济上可行地大规模制造高效PV模块，具体为CdTe模块。
发明内容
在下文描述中将部分地阐述，或可以从该描述中显见或可以通过本发明的实践认识到本发明的多个方面和优点。
在一个实施例中，一般地提供一种设备，用于将升华的源材料气相沉积为光伏模块基板上的薄膜。该设备包括设在沉积头中且配置成接收颗粒状源材料的容器。在容器下方设置加热的分发管汇，并将其配置成将所述容器加热到足够使容器内的源材料升华的程度。将分发板设在分发管汇下方以及设在输送通过该设备的基板的上表面的水平输送面上方限定的距离处。该分发板限定经由其中的通道的样式，该通道的样式配置成创建在从第一纵向端到第二纵向端的纵向方向中的压力梯度。
在一个实施例中，该设备可以具有第一分发板和第二沉积板。可以将第一沉积板设在所述分发管汇下方以及限定经由其中的通道的第一样式。可以将第二分发板设在第一分发板下方以及设在输送通过所述设备的基板的上表面的水平输送面上方限定的距离处。第二分发板限定经由其中的通道的第二样式，所述通道的第二样式配置成对升华的源蒸气流在第一纵向端处比在第二纵向端处提供更大的阻力。
还一般地提供一种用于将升华的源材料气相沉积以在光伏模块基板上形成薄膜的过程。将源材料供给到沉积头内的容器。然后利用热源构件将该容器加热以使源材料升华。可以输送单独基板通过沉积头，并且可以经由分发板将升华的源材料分发到基板的上表面上，该分发板位于基板的上表面与容器之间。分发板限定经由其中的通道的样式，该通道的样式对升华的源蒸气流在第一纵向端处比在第二纵向端处提供更大的阻力。
参考下文描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。结合在本说明书中并构成其一部分的附图图示了本发明的实施例，以及附图连同描述用于解释本发明的原理。
附图说明
在说明书中给出针对本领域普通技术人员的、包含其最佳模式的本发明的全面且使能性公开，其参考了附图，在附图中：
图1是可以并入本发明的气相沉积设备的实施例的系统的平面图；
图2是在第一操作配置中根据本发明的方面的气相沉积设备的实施例的截面图；
图3是在第二操作配置中的图2的实施例的截面图；
图4是与基板输送器协作的图2的实施例的截面图；
图5是图2的实施例内的容器组件的顶视图；
图6是在第一操作配置中根据本发明方面的气相沉积设备的另一个实施例的截面图；
图7是在第一操作配置中根据本发明方面的气相沉积设备的又一个实施例的截面图；
图8示出在分发板和第二孔板之间具有多个扩散隔室的备选气相沉积设备的实施例；
图9示出图8的第二孔板的底视图；
图10示出在分发板和第二孔板之间具有多个扩散隔室的备选气相沉积设备的另一个实施例；以及
图11示出图10的第二孔板的底视图。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的实施例，附图中图示了其一个或多个示例。每个示例通过解释本发明而非限制本发明的方式来提供。实际上，本领域技术人员将显见到，在不背离本发明的范围或精神的前提下可以在本发明中进行多种修改和改变。例如，作为一个实施例的一部分图示或描述的特征能够与另一个实施例结合使用来获得再一个实施例。因此，本发明应涵盖落在所附权利要求及其等效物的范围内的此类修改和改变。
在本文公开中，当将一个层描述为在另一个层或基板“上”或“上方”时，应理解这些层可能直接彼此接触或在这些层之间具有另一个层或特征。因此，这些术语仅描述层的彼此相对位置，而不一定意味着“在其顶上”，因为在上方或下方的相对位置取决于器件相对于观察者的朝向。此外，虽然本发明不限于任何特定的膜厚度，但是描述光伏器件的任何膜层的术语“薄”一般是指该膜层具有小于约10微米(“微米”或“μm”)的厚度。
要理解，本文提到的范围和限制包括位于规定的限制内的所有范围(即，子范围)。例如，从约100到约200的范围还包括从110到150、从170到190、从153到162和从145.3到149.6的范围。此外，直到约7的限制还包括直到约5、直到约3以及直到约4.5的限制，以及该限制内的、例如从约1到约5和从约3.2到约6.5的范围。
图1图示可以并入根据本发明实施例的气相沉积设备100(图2到图5)的系统10的实施例，其配置成用于在光伏(PV)基板14(下文称为“基板”)上沉积薄膜层。该薄膜可以是例如碲化镉(CdTe)的膜层。正如所提到的，本领域中普遍认识到，PV模块基板上的“薄”膜层一般小于约10微米(μm)。
气相沉积设备100包括分发板152，分发板152设在分发管汇124下方、底层基板14的上表面的水平面上方限定的距离处，如图4所描绘的。分发板152限定通道的样式，例如，孔、缝隙等，经过这些通道进一步将升华的源材料通过分发管汇124分发，以使源材料争气在横向T中不间断。换言之，将这些通道的样式构形并交错或以其他方式布置成确保升华的源材料在横向中完全沉积在基板上，以便避免基板上的“未涂覆上的”区域的纵向条痕或条纹。
分发板152中的通道的样式可以配置成对于通过其中的源蒸气流在分发板152的第一纵向端160处比在第二纵向端161处提供更大的阻力。这种在第一纵向端160处更大的阻力能够提供基板14上的CdTe层的初始沉积速率(在基板14通过分发板152的第一纵向端160下方时)小于(即慢于)最后沉积速率(在基板14通过分发板152的第二纵向端161下方时)，此处对源蒸气的通道存在较小阻力。通过这些阻力差，可以在设备内的分发板152与底层基板14之间形成在纵向方向中的压力梯度。例如，沿着分发板152的第一纵向端160的源材料(即，CdTe材料)的蒸气压力可以比沿着第二纵向端161的源材料的蒸气压力低。
因此，能够以初始沉积速率形成CdTe层的基础，该初始沉积速率较慢，以防止沿着CdTe层的异质结(heterojunction)表面形成空隙。例如，CdTe层在基板14上的最初沉积速率随着基板14通过分发板152的第一纵向端160的下方可以约为0.5μm/分钟到约20μm/分钟(例如约1μm/分钟到约5μm/分钟)。相反，CdTe层在基板14上的最后沉积速率随着基板14通过分发板152的第二纵向端161的下方可以约为5μm/分钟到约100μm/分钟(例如约20μm/分钟到约75μm/分钟)。
在特定实施例中，整个CdTe层的平均沉积速率可以约为5μm/分钟到约50μm/分钟，从而形成厚度约1μm到约5μm(例如，约2μm到约4μm)的CdTe层。
在图2和图3所示的实施例中，分发板152限定通道153的样式，通道153的样式具有与在基板14行进的方向平行的纵向方向中递增的平均面积(例如，如果通道153是圆形孔，则为直径)。例如，这些通道沿着分发板152的第一纵向端160的平均面积比这些通道沿着分发板152的第二纵向端161的平均面积小。因此，源蒸气(即，CdTe蒸气)能够在第二纵向端161处比在第一纵向端160处更自由地通过分发板152，从而在第二纵向端161处比在第一纵向端160处产生CdTe蒸气的更高蒸气压力。因此，相对于第二纵向端161处的第二沉积速率的较快的沉积速率，CdTe层的沉积速率在第一纵向端160处较慢。
在图2-3所示的实施例中，通道153的平均面积贯穿从第一纵向端160到第二纵向端161的纵向方向逐渐增加。通道153的平均面积的增加可以是基本线性增加；但是，样式可以具有采用任何适合方式的通道平均面积的增加。
例如，这些通道的平均面积可以通过形成分段分发板152的多个分段步进式地增加。参考图6的实施例，分发板152中的通道的样式限定第一分段162、第二分段164和第三分段166。第一分段162位于靠近(例如邻近)第一纵向端160，以及第三分段166位于靠近(例如邻近)第二纵向端161。第二分段164位于第一分段162与第三分段166之间。当然，可以根据期望的在分发板中包括多于三个分段。
第一分段162包含多个第一通道163；第二分段164包含多个第二通道165；以及第三分段166包含多个第三通道167。第一通道163具有较小的平均面积，以使第二通道165的平均面积大于第一通道的平均面积。相似地，第三通道167具有的平均面积大于第二通道165的平均面积。例如，第二通道165的平均面积可以是第一通道163的平均面积的约1.1到约2.5倍(即，第二通道165的平均面积是第一通道163的平均面积的约110％到约250％)。例如，第二通道165的平均面积可以是第一通道163的平均面积的约1.5到约2倍(即，第二通道165的平均面积是第一通道163的平均面积的约150％到约200％)。接着，第三通道167的平均面积可以是第二通道165的平均面积的约1.1到约2.5倍(即，第三通道167的平均面积是第二通道165的平均面积的约110％到约250％)。例如，第三通道167的平均面积可以是第二通道165的平均面积的约1.5到约2倍(即，第三通道167的平均面积是第二通道165的平均面积的约150％到约200％)。
因此，源蒸气(即，CdTe蒸气)能够在第二纵向端161处(即，通过第三分段166)比在第一纵向端160处(即，通过第一分段162)更自由地通过分发板152，从而在第二纵向端161处比在第一纵向端160处产生CdTe蒸气的更高蒸气压力。因此，相对于第二纵向端161处的第二沉积速率的较快的沉积速率，CdTe层的沉积速率在第一纵向端160处较慢。
图7示出在分发板152中限定的通道153的又一个样式，其使得沿着分发板152的第一纵向端160的源材料(即，CdTe材料)的蒸气压力比沿着第二纵向端161的源材料的蒸气压力低。在图7所示的实施例中，分发板152限定通道153的样式，通道153的样式具有在基板14行进的方向平行的纵向方向中递增的通道密度。例如，靠近第一纵向端160的第一通道密度小于靠近第二纵向端161的第二通道密度。因此，源蒸气(即，CdTe蒸气)能够在第二纵向端161处比在第一纵向端160处更自由地通过分发板152，从而在第二纵向端161处比在第一纵向端160处产生更高的CdTe蒸气的蒸气压力。因此，相对于第二纵向端161处的第二沉积速率的较快的沉积速率，CdTe层的沉积速率在第一纵向端160处较慢。
在图7所示的实施例中，通道153的样式密度贯穿从第一纵向端160到第二纵向端161的纵向方向逐渐增加。通道153的样式密度的增加可以是基本线性增加；但是，样式可以具有采用任何适合方式的通道样式密度的增加，包括如图6所示的利用分段的步进式地增加。
在图7的实施例中，通道153可以在整个分发板152上具有基本相同的平均面积，如图所示。作为备选，平均面积可以在纵向方向中增加(连同递增的通道密度)，如图2-6所示。
图8示出在分发板152和第二分发板170之间具有多个扩散隔室的备选气相沉积设备的实施例。第二分发板170一般配置成控制源蒸气(即，CdTe蒸气)至下方通过的基板14的扩散速率。具体地，源蒸气能够在第二纵向端161处比在第一纵向端160处更自由地通过第二分发板170，从而在第二纵向端161处比在第一纵向端160处产生CdTe蒸气的更高蒸气压力。因此，相对于第二纵向端161处的第二沉积速率的较快的沉积速率，CdTe层的沉积速率在第一纵向端160处较慢。
在图8的实施例中，源蒸气流经分发板152进入多个扩散隔室171、173、175和177。每个扩散隔室171、173、175和177分别对应于第二分发板170中的纵向分段180、182、184和186。扩散隔室171、173、175和177及其相应的纵向分段180、182、184和186的组合使得经由第二分发板170的扩散速率在从第一纵向端160到第二纵向端161的纵向方向中步进式地增加。因此，源蒸气(即，CdTe蒸气)能够在第二纵向端161处比在第一纵向端160处更自由地通过第二分发板170，从而在第二纵向端161处比在第一纵向端160处产生CdTe蒸气的更高蒸气压力。因此，相对于第二纵向端161处的第二沉积速率的较快的沉积速率，CdTe层的沉积速率在第一纵向端160处较慢。
例如，参考图9所示的第二分发板170，这些通道的平均面积可以贯穿第二分发板170中的纵向分段180、182、184和186步进式地增加。参考图8的实施例，第二分发板170中的通道的样式限定第一分段180、第二分段182、第三分段184和第四分段186。第一分段180位于靠近(例如邻近)第一纵向端160，以及第四分段186位于靠近(例如邻近)第二纵向端161。第二分段182和第三分段184位于第一分段180与第四分段186之间。当然，可以根据期望的在分发板中包括二个、三个或多于四个的分段。
第一分段180包含多个第一通道181，多个第一通道181具有较小的平均面积，以使第二分段182的第二通道183的平均面积大于第一通道181的平均面积。相似地，第三通道185具有的平均面积大于第二通道183的平均面积。接着，第四分段186的第四通道187具有的平均面积大于第三通道185的平均面积。
例如，第二通道183的平均面积可以是第一通道181的平均面积的约1.1到约2.5倍(即，第二通道183的平均面积是第一通道181的平均面积的约110％到约250％)。例如，第二通道183的平均面积可以是第一通道181的平均面积的约1.5到约2倍(即，第二通道165的平均面积是第一通道163的平均面积的约150％到约200％)。接着，第三通道185的平均面积可以是第二通道183的平均面积的约1.1到约2.5倍(即，第三通道185的平均面积是第二通道183的平均面积的约110％到约250％)。例如，第三通道185的平均面积可以是第二通道183的平均面积的约1.5到约2倍(即，第三通道185的平均面积是第二通道183的平均面积的约150％到约200％)。例如，第四通道187的平均面积可以是第三通道185的平均面积的约1.1到约2.5倍(即，第四通道187的平均面积是第三通道185的平均面积的约110％到约200％)。例如，第四通道187的平均面积可以是第三通道185的平均面积的约1.5到约2倍(即，第四通道187的平均面积是第三通道185的平均面积的约150％到约200％)。
扩散隔室171、173、175和177分别被示为由内壁172、174和176分隔，内壁172、174和176在基本与纵向方向垂直的横向方向中延伸。在第一纵向端160处，第一端壁178封闭第一扩散隔室171，而在第二纵向端161处，第二端壁179封闭第四扩散隔室177。
可以在第一分发板152下方使用扩散隔室，第一分发板152具有基本均匀的通道分布和尺寸。因此，源蒸气可以按基本均匀的方式通过第一分发板152进入扩散隔室171、173、175和177。但是，由于第二分发板170中的纵向分段180、182、184和186中的通道的样式的原因，每个扩散隔室171、173、175和177可具有递减的蒸气压力，因为源蒸气能够自由流经邻近第二纵向端161的第四分段186比流经邻近第一纵向端160的第一分段180更自由。
图10和图11示出在分发板152和第二分发板170之间具有多个扩散隔室的备选气相沉积设备的另一个实施例，这些多个扩散隔室配置成控制源蒸气(即，CdTe蒸气)至下方通过的基板14的扩散速率。具体地，源蒸气能够在第二纵向端161处比在第一纵向端160处更自由地通过第二分发板170，从而在第二纵向端161处比在第一纵向端160处产生CdTe蒸气的更高蒸气压力。因此，相对于第二纵向端161处的第二沉积速率的较快的沉积速率，CdTe层的沉积速率在第一纵向端160处较慢。
在图10的实施例中，源蒸气流经分发板152进入多个扩散隔室197、198和199。每个扩散隔室197、198和199分别对应于第二分发板170中的纵向分段200、202和204。扩散隔室197、198和199及其相应的纵向分段200、202和204的组合使得经由第二分发板170的扩散速率在从第一纵向端160到第二纵向端161的纵向方向中步进式地增加。因此，源蒸气(即，CdTe蒸气)能够在第二纵向端161处比在第一纵向端160处更自由地通过第二分发板170，从而在第二纵向端161处比在第一纵向端160处产生CdTe蒸气的更高蒸气压力。因此，相对于第二纵向端161处的第二沉积速率的较快的沉积速率，CdTe层的沉积速率在第一纵向端160处较慢。
例如，参考图11所示的第二分发板170，这些通道的密度可以贯穿第二分发板170中的纵向分段200、202和204步进式地增加。参考图10的实施例，第二分发板170中的通道的样式限定分别被内壁201和203分隔的第一分段200、第二分段202和第三分段204。
使用过程中，将分发板152(和分发板170(如果存在的话))加热到比基板14的温度高的温度以确保没有材料沉积和构筑于分发板152上。例如，当沉积薄膜碲化镉层时，可以将基板14加热到介于约550℃和约700℃(例如，介于约600℃与约650℃之间)的基板温度，同时可以将分发板加热到高于约725℃的分发板温度，例如从约750℃到约900℃(例如，从约800℃到约850℃)。
应该意识到，本发明的气相沉积设备100不限于在图1所示的系统10中使用，而是可以并入配置成用于在PC模块基板14上气相沉积薄膜层的任何适合加工线中。为了引述和理解可以使用该气相沉积设备100的环境，下文描述图1的系统10，然后详细地描述设备100。
参考图1，示范系统10包括由多个互连的模块限定的真空室12，这些多个互连的模块包括多个加热器模块16，加热器模块16限定真空室12的预热分段，基板14被输送经过该预热分段并加热到期望的温度，然后才输送进气相沉积设备100。每个模块16可以包括多个独立受控的加热器18，其中这些加热器限定多个不同的热区。某特定热区可包括多于一个加热器18。
真空室12还包括位于气相沉积设备100下游的多个互连的降温模块20。降温模块20限定真空室12内的降温分段，其上沉积有升华的源材料薄膜的基板14被输送经过降温分段，并按受控的降温速率进行降温，然后才从系统10移除基板14。每个模块20可以包括强制冷却系统，其中经由与模块20结合配置的冷却线圈(未示出)泵入如冷冻水、制冷剂或其他介质的冷却介质。
在系统10的图示实施例中，至少一个后热模块22在基板的输送方向上位于紧接气相沉积设备100的下游和降温模块20的上游。随着基板14的前导分段被输送出气相沉积设备100，它移动进入后热模块22，后热模块22将基板14的温度保持在基本与仍在气相沉积设备100内的基板拖尾分段相同的温度。以此方式，拖尾分段仍在气相沉积设备100时，不让基板14的前导分段冷却。如果离开设备100时让基板14的前导分段冷却，则会沿着基板14纵向生成不均匀的温度剖面。此状况可能导致热应力所引起的基板裂损。
如图1示意性示出的，将给料装置24与气相沉积设备100结合配置以供给源材料，例如颗粒状CdTe。给料装置24可以采用本发明的范围和精神内的多种配置和功能来供给源材料而不会中断设备100内的持续气相沉积过程或基板14经过设备100的输送。
仍参考图1，最初将单独基板14置于装载输送器26上，然后被移送到入口真空锁闭站，入口真空锁闭站包括装载模块28和缓冲模块30。将“粗”(即，初始)真空泵32与装载模块28结合配置以抽取初始真空，以及将“精细”(即，最终)真空泵38与缓冲模块30结合配置以将缓冲模块30中的真空基本上增加到真空室12内的真空压力。滑动门或阀34可操作地设在装载输送器26和装载模块28之间，装载模块28与缓冲模块30之间以及缓冲模块30与真空室12之间。这些阀34被电动机或其他类型的促动机构36依次促动，以便以步进式方式将基板14带入真空室12中，而不影响真空室12内的真空。
在系统10的操作中，通过粗真空泵和/或精细真空泵40的任何组合保持真空室12中的有效真空。为了将基板14带入真空室12中，最初将装载模块28和缓冲模块30排气(这两个模块之间的滑动阀34处于打开位置)。缓冲模块30与第一加热器模块16之间的滑动阀34是关闭的。打开装载模块28与装载输送器26之间的滑动阀34，并将基板14移到装载模块28中。在此点处，第一滑动阀34是关闭的，并且粗真空泵32然后抽取装载模块28和缓冲模块30中的初始真空。然后，将基板14输送到缓冲模块30中，并关闭装载模块28与缓冲模块30之间的滑动阀34。精细真空泵38然后将缓冲模块30中的真空增加到真空室12中的大约相同的真空。在此点处，打开缓冲模块30与真空室12之间的滑动阀34，并将基板14输送到第一加热器模块16中。
出口真空锁闭站配置在最后一个降温模块20的下游，并且基本上与上述的入口真空锁闭站相反地操作。例如，出口真空锁闭站可以包括出口缓冲模块42和下游出口锁闭模块44。在缓冲模块42与降温模块20的最后一个之间，缓冲模块42与出口锁闭模块44之间，以及出口锁闭模块44与出口输送器46之间设置依次操作的滑动阀34。将精细真空泵38与出口缓冲模块42结合配置，以及将粗真空泵32与出口锁闭模块44结合配置。依次操作泵32、38和滑动阀34，从而以步进式方式将基板14移出真空室12，而不导致真空室12内的真空状况丧失。
系统10还包括输送器系统，该输送器系统配置成将基板14移入，使之通过和移出真空室12。在图示的实施例中，此输送器系统包括多个单独受控的输送器48，其中多种模块的每个均包括这些输送器48的相应一个。应该意识到，输送器48的类型或配置可以变化。在图示的实施例中，输送器48是辊道输送器，这些辊道输送器具有可旋转驱动的辊子，其受到控制以实现基板14完全通过相应的模块和系统10的期望输送速率。
正如所描述的，系统10中的多种模块以及相应的输送器的每个都独立地受控以执行特定的功能。为了实现此类控制，这些单独模块的每个模块可以具有与之结合配置的关联的独立控制器50，以便控制相应模块的单独功能。而多个控制器50可然后与中央系统控制器52通信，如图1所示。中央系统控制器52可以监视和控制(通过独立的控制器50)任何一个模块的功能，以便在通过系统10处理基板14时，实现整体期望的加热速率、沉积速率、降温速率、输送速率等。
参考图1，为了实现单独相应输送器48的独立控制，每个模块可以包括任何方式的有源传感器或无源传感器54，这些传感器54随着基板被输送通过模块检测基板14是否存在。传感器54与相应的模块控制器50通信，相应的模块控制器50又与中央控制器52通信。以此方式，可以控制单独相应输送器48来确保保持基板14之间的适合间隔，以及确保以期望的输送速率将基板14输送通过真空室12。
图2至图5涉及气相沉积设备100的特定实施例。具体参考图2和图3，设备100包括沉积头110，沉积头110限定其中配置用于接收颗粒状源材料(未示出)的容器116的内部空间(未示出)。正如所提到的，可以由给料装置或系统24(图1)经给料管148(图4)供给颗粒状源材料。给料管148连接到分发器144，分发器144设在沉积头110的上壁114中的开口中。分发器144包括多个排出口146，多个排出口146配置成均匀地将颗粒状源材料分发到容器116中。容器116具有敞开顶部，并且可以包括内部肋条120或其他结构单元的任何配置。
在图示的实施例中，操作上设置至少一个热电偶122穿过沉积头110的上壁114以监视与容器116相邻的沉积头110内或容器116中的温度。
沉积头110还包括纵向端壁112和侧壁113(图5)。具体参考图5，容器116具有使得端壁118与头室110的端壁112分隔开的形状和配置。容器116的侧壁117位于邻近且紧密靠近沉积头的侧壁113，以使相应的壁之间存在非常小的空隙，如图5所描绘的。利用此配置，升华的源材料将流出容器116的敞开顶部并以前后蒸气幕(curtain)119的形式从端壁118上方向下溢出，如图2、图3和图5所描绘的。非常小升华的源材料将溢出容器116的侧壁117。
将加热的分发管汇124设在容器116下方。此分发管汇124可以采用本发明的范围和精神内的多种配置，并用于间接地加热容器116以及分发从容器116流出的升华的源材料。在图示的实施例中，加热的分发管汇124具有蛤壳配置，该蛤壳配置包括上壳构件130和下壳构件132。每个壳构件130、132在其中包括槽，这些槽在壳构件配合在一起时限定空穴134，如图2和图3所描绘的。将加热器单元128设在空穴134内，并用于将分发管汇124加热到足够间接地加热容器116内的源材料以导致源材料升华的程度。加热器单元128可以由与源材料蒸气起反应的材料制成，就此而言，壳构件130、132还用于将加热器单元128隔离免于接触源材料蒸气。由分发管汇124生成的热还足够防止升华的源材料镀敷在头室110的组件上。所期望的是，头室110中最冷的组件是经过其中输送的基板14的上表面，以便确保升华的源材料镀敷在基板上，而不镀敷在头室110的组件上。
仍参考图2和图3，加热的分发管汇124包括经其中限定的多个通道126。这些通道具有将升华的源材料向底层基板14(图4)均匀地分发的形状和配置。
在图示的实施例中，将分发板152设在分发管汇124下方、底层基板14的上表面的水平面上方限定的距离处，如图4所描绘的。此距离可以例如介于约0.3cm到约4.0cm之间。在具体实施例中，该距离是约1.0cm。基板在分发板152下方的输送速率可以在例如约10mm/秒到约40mm/秒的范围内。在具体实施例中，此速率可以是例如约20mm/秒。镀敷在基板14的上表面上的CdTe膜层的厚度可以在本发明的范围和精神内变化，并且可以例如介于约1微米到约5微米之间。在具体实施例中，该膜厚度可以是约3微米。
正如先前提到的，升华的源材料的很大部分将以前后蒸气幕119的形式流出容器116，如图5所描绘的。虽然这些蒸气幕119将某种程度地在纵向方向中扩散，然后通过分发板152，但是应该意识到，实现升华的源材料在纵向方向中均匀地分发是不可能的。换言之，与分发板的中间部分相比，更多升华的源材料将穿过分发板152的纵向端分段分发。但是，正如上文论述的，因为系统10以恒定(不停止)的线性速度将基板14输送通过气相沉积设备100，所以基板14的上表面将暴露于相同的沉积环境，而无论沿着设备100的纵向方向的蒸气分布是否存在任何不均匀性。分发管汇124中的通道126和分发板152中的孔确保了升华的源材料在气相沉积设备10的横向方向中相对均匀地分发。只要保持蒸气的均匀横向方向，就可在基板14的上表面上沉积相对均匀的薄膜层，而无论蒸气沉积沿着设备100的纵向方向是否存在任何不均匀。
如附图所示，可能期望在容器116与分发管汇124之间包括残碎物遮挡装置150。此遮挡装置150包括经由其中限定的孔(这些孔可以比分发板152的孔的尺寸更大或更小)，并且主要用于滞留任何颗粒状或粒状源材料以免其通过以及潜在地干扰分发管汇124的可移动组件的操作，下文对此予以更详细的论述。换言之，残碎物遮挡装置150可以配置成起到可呼吸筛网的作用，其阻止颗粒通过而基本不会影响蒸气119流经遮挡装置150。
具体参考图2至图4，设备100按期望地在头室110的每个纵向端处包括横向延伸的密封件154。在图示的实施例中，这些密封件限定头室110的纵向端处的入口槽156和出口槽158。这些密封件154设在基板14的上表面上方一定距离处，该一定距离小于基板14的表面与分发板152之间的距离，如图4所描绘的。这些密封件154有助于将升华的源材料保持在基板上方的沉积区域中。换言之，密封件154防止升华的源材料经设备100的纵向端“泄漏”。应该意识到，密封件154可以由任何适合的结构限定。在图示的实施例中，密封件154实际由加热的分发管汇124的下壳构件132的组件限定。还应该意识到，这些密封件154可以与气相沉积设备100的其他结构协作来提供密封功能。例如，这些密封件可以贴着密接沉积区域中的底层输送器装置的结构。
还可以将任何方式的纵向延伸的密封结构155与设备100结合配置以沿着其纵向侧提供密封。参考图2和图3，此密封结构155可以包括纵向延伸的侧构件，纵向延伸的侧构件一般尽可能合理地设为靠近底层输送表面的上表面，以便阻止升华的源材料向外流出，而不会以摩擦形式贴着密接输送器。
参考图2和图3，图示的实施例包括设在分发管汇124上方的可移动闸板136。此闸板136包括经其中限定的多个通道138，这些通道138在闸板136的第一操作位置中与分发管汇124中的通道126对齐，如图3所描绘的。正如可容易地从图3意识到的，在闸板136的此操作位置中，升华的源材料自由地流经闸板136以及流经分发管汇124中的通道126，以便随后经分发板152分发。参考图2，闸板136相对于分发管汇124的上表面可移动到第二操作位置，在此位置中闸板136中的通道138与分发管汇124中的通道126不对齐。在此配置中，阻挡升华的源材料通过分发管汇124，并且基本上被包含在头室110的内部容积内。可以将任何适合的促动机构(一般为140)配置成用于在第一操作位置和第二操作位置之间移动闸板136。在图示的实施例中，促动机构140包括杆142和将杆142连接到闸板136的任何适合方式的连接装置(linkage)。通过位于头室100外的任何方式的机构旋转杆142。
图2和图3所示的闸板136配置尤其有用，因为按期望的，能够将升华的源材料快速且容易地包含在头室110内，并防止其流经到输送单元上方的沉积区域。在例如系统10启动过程中(当头室内的蒸气119的浓度构建到足够开始沉积过程的程度时)，这是期望的。同样地，在系统关机的过程中，可能期望将升华的源材料保留在头室110内以防止该材料冷凝在设备100的输送器或其他组件上。
参考图4，气相沉积设备100还可以包括设在头室110下方的输送器190。与上文结合图1的系统10论述的输送器48相比，此输送器190可以独特地配置成用于沉积过程。例如，输送器190可以是自给的输送单元，其包括连续循环输送器，其上支撑基板14于分发板152下方。在图示的实施例中，输送器190由多个条板192限定，这些条板为基板14提供平坦不间断(即，条板之间无间隙)的支撑表面。在围绕链轮194的循环(endless loop)中驱动该条板输送器。但是，应该意识到，本发明不限于用于将基板14移动通过气相沉积设备100的任何特定类型的输送器190。
本发明还涵盖用于对升华的源材料进行气相沉积以在PV模块基板上形成薄膜的多种过程实施例。这些多种过程可以与上文描述的系统实施例一起来实践，或通过任何其他配置的适合系统组件来实践。因此，应该意识到，根据本发明的过程实施例不限于本文描述的系统配置。
在特定实施例中，该气相沉积过程包括将源材料供给到沉积头内的容器，并利用热源构件间接地加热容器以将源材料升华。将升华的源材料引导到容器外以及向下经由热源构件引导到沉积头内。将单独基板在热源构件下方输送。将通过热源的升华的源材料分发到基板的上表面上，以使基板在其输送的方向中的前导分段和拖尾分段暴露于相同的气相沉积条件下，以便在基板的上表面上实现期望的均匀厚度的薄膜层。
在唯一性过程实施例中，将升华的源材料以相对于基板的输送方向横向延伸的前后蒸气幕的形式从容器引导。经由热源构件将升华的源材料的蒸气幕向下引导朝向基板的上表面。升华的源材料的这些前后蒸气幕可以在通过热源构件之后，某种程度地相对于基板的输送方向纵向地分发。
在又一个独特过程实施例中，可以利用外部促动的阻挡机构阻挡升华的源材料通过热源的通道，正如上文论述的。
期望地，该过程实施例包括在气相沉积过程期间以基本恒定的线性速度持续地输送基板。
本书面描述使用示例来公开包括最佳样式的本发明，以及还使本领域技术人员能实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统及执行任何结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求确定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括与权利要求字面语言无不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求字面语言无实质不同的等效结构要素，则它们规定为在权利要求的范围之内。
10 示范系统
12 室
14 单独基板
16 加热器模块
18 加热器
20 降温模块
22 后热模块
24 给料装置
26 装载输送器
28 装载模块
30 缓冲模块
32 真空泵
34 第一滑动阀
36 促动机构
38 真空泵
40 真空泵
42 缓冲模块
44 出口锁闭模块
46 出口输送器
48 输送器
50 控制器
52 中央控制器
54 传感器
100 设备
110 沉积头
112 端壁
113 侧壁
114 上壁
116 容器
117 侧壁
118 端壁
119 蒸气
120 内部肋条
122 热电偶
124 分发管汇
126 通道
128 加热器单元
130 上壳构件
132 下壳构件
134 空穴
136 闸板
138 通道
140 促动机构
142 杆
144 分发器
146 排出口
148 给料管
150 残碎物遮挡装置
152 分发板
153 通道
154 密封件
155 密封结构
156 入口槽
158 出口槽
160 第一纵向端
161 第二纵向端
162 第一分段
163 第一通道
164 第二分段
165 第二通道
166 第三分段
167 第三通道
170 第二分发板
171 扩散隔室
172 内壁
173 扩散隔室
174 内壁
175 扩散隔室
177 第四扩散隔室
178 第一端壁
179 第二端壁
180 第一分段
181 第一通道
182 第二分段
183 第二通道
184 第三分段
185 第三通道
186 第四分段
187 第四通道
190 输送器
192 条板
194 链轮
197 扩散隔室
198 扩散隔室
200 第一分段
201 内壁
202 第二分段
203 内壁
204 第三分段
Claims (15)
1.一种用于将升华的源材料气相沉积为光伏模块基板(14)上的薄膜的设备(100)，所述设备(100)包括：
沉积头(110)；
设在所述沉积头(110)中的容器(116)，所述容器(116)配置成用于接收颗粒状源材料；
设在所述容器(116)下方的加热的分发管汇(124)，所述加热的分发管汇(124)配置成将所述容器(116)加热到足够使所述容器(116)内的源材料升华的程度；以及
分发板(152)，其设在所述分发管汇(124)下方以及设在输送通过所述设备(100)的基板(14)的上表面的水平输送面上方限定的距离处，所述分发板(152)限定经由其中的通道(153)的样式，以及其中将所述通道(153)的样式配置成对升华的源蒸气流在第一纵向端(160)处比在第二纵向端(161)处提供更大的阻力。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，所述通道(153)具有在与所述基板(14)行进的方向平行的纵向方向中递增的平均面积，以使沿着所述分发板(152)的所述第一纵向端(160)的所述通道(153)的平均面积小于沿着所述分发板(152)的所述第二纵向端(161)的所述通道(153)的平均面积。
3.根据权利要求1或2所述的设备(100)，其中，所述通道(153)具有通过形成分段式分发板(152)的多个分段以步进式样式递增的平均面积，以使沿着所述分发板的所述第一纵向端(160)的所述通道(153)的平均面积小于沿着所述分发板(152)的所述第二纵向端(161)的所述通道的平均面积。
4.根据权利要求3所述的设备(100)，其中，所述通道(153)的样式限定第一通道(163)的第一分段(162)、第二通道(165)的第二分段(164)和第三通道(167)的第三分段(166)，其中所述第一分段(162)邻近所述第一纵向端(160)，所述第二分段(164)位于所述第一分段和第三分段(162)、(166)之间，以及所述第三分段(166)邻近所述第二纵向端(161)，以及其中第二通道(165)具有的平均面积大于所述第一通道(163)的平均面积，以及所述第三通道(167)具有的平均面积大于所述第二通道(165)的平均面积。
5.根据权利要求4所述的设备(100)，其中，所述第二分段(165)的平均面积是所述第一通道(163)的平均面积的约1.1到约2.5倍，以及其中所述第三分段(167)的平均面积是所述第二通道(165)的平均面积的约1.1到约2.5倍。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的设备(100)，其中，所述通道(153)的样式具有在与所述基板行进的方向平行的纵向方向中递增的通道密度，以使邻近所述第一纵向端(160)的第一通道密度小于邻近所述第二纵向端(161)的第二通道密度。
7.根据权利要求6所述的设备(100)，其中，所述通道(153)在整个所述分发板(152)上具有基本相同的平均面积。
8.根据权利要求6或7所述的设备(100)，其中，所述通道(153)的样式具有在与所述基板行进的方向平行的纵向方向中通过所述多个分段以步进式样式递增的通道密度，以使邻近所述第一纵向端(160)的第一通道密度小于邻近所述第二纵向端(161)的第二通道密度。
9.一种用于将升华的源材料气相沉积为光伏模块基板(14)上的薄膜的设备(100)，所述设备(100)包括：
沉积头(110)；
设在所述沉积头(110)中的容器(116)，所述容器(116)配置成用于接收颗粒状源材料；
设在所述容器(116)下方的加热的分发管汇(124)，所述加热的分发管汇(124)配置成将所述容器加热到足够使所述容器(116)内的源材料升华的程度；
设在所述分发管汇(124)下方的第一分发板(152)，其中所述第一分发板(152)限定经由其中的通道(153)的第一样式；以及
第二分发板(170)，其设在所述第一分发板(152)下方以及设在输送通过所述设备(100)的基板(14)的上表面的水平输送面上方限定的距离处，所述第二分发板(170)限定经由其中的通道的第二样式，以及其中将所述通道的样式配置成对升华的源蒸气流在第一纵向端(160)处比在第二纵向端(161)处提供更大的阻力。
10.根据权利要求9所述的设备(100)，还包括：
所述第一分发板(152)与所述第二分发板(170)之间的多个扩散隔室，其对应于所述第二分发板(170)中限定的多个分段。
11.根据权利要求10所述的设备，其中相邻的扩散隔室通过内壁分隔，所述内壁在与所述纵向方向基本垂直的横向方向中延伸。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的设备，其中，所述第二样式限定这样的通道：其具有通过所述多个分段以步进式样式递增的平均面积，以使沿着所述第二分发板(170)的所述第一纵向端(160)的所述通道的平均面积小于沿着所述第二分发板(170)的所述第二纵向端(161)的所述通道的平均面积。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的设备，其中，所述第二样式具有在与所述基板行进的方向平行的纵向方向中通过所述多个分段以步进式样式递增的通道密度，以使邻近所述第一纵向端的第一通道密度小于邻近所述第二纵向端的第二通道密度。
14.一种用于将升华的源材料气相沉积以在光伏(PV)模块基板(14)上形成薄膜的过程，所述过程包括：
将源材料供给到沉积头(110)内的容器(116)；
利用热源构件将所述容器(116)加热以使所述源材料升华；
输送单独基板(14)通过所述沉积头(110)；以及
经由分发板(152)将所升华的源材料分发到所述基板(14)的上表面上，所述分发板(152)位于所述基板(14)的所述上表面与所述容器(116)之间，其中所述分发板(152)限定经由其中的通道(153)的样式，所述通道的样式对升华的源蒸气流在第一纵向端(160)处比在第二纵向端(161)处提供更大的阻力。
15.根据权利要求14所述的过程，还包括：
将所述升华的源材料分发到多个扩散隔室中，然后将所述升华的源材料分发到所述基板(14)的上表面上。
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