CN102693927A - 用于线性地传送的衬底的可变的加热或冷却的动态系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于线性地传送的衬底的可变的加热或冷却的动态系统。提供一种系统(100)，用于对沿传送方向在第一衬底的后缘(112)和后面的衬底的前缘(110)之间具有空隙(114)的分立的线性地传送的衬底(108)进行加热或冷却。该系统包括室(102)和在室内可操作地构造成使衬底以一定传送速率穿过的传送器(132)。诸如加热或冷却单元的多个受单独控制的温度控制单元(116)沿着传送方向线性地设置在室内。控制器(118)与温度控制单元通讯，并且构造成根据在室内传送的衬底相对于温度控制单元的空间位置而使温度控制单元的输出从稳态温度输出循环，以便减小衬底穿过室所导致的在衬底中的温度差异。

Description

用于线性地传送的衬底的可变的加热或冷却的动态系统
技术领域
本主题大体涉及用于加热传送通过其中的构件的系统，并且更具体而言，涉及用于加热诸如在光生伏打(PV)模块的生产中的玻璃衬底的线性地传送的衬底的系统。
背景技术
多种制造过程需要对被传送通过室的构件进行受控的加热或冷却，目的在于沿着构件实现均匀的温度轮廓。这种过程的一个实例是生产薄膜光生伏打(PV)模块(“面板”)，其中，在使光反应材料的薄膜层淀积到衬底的表面上之前，单独的玻璃衬底被线性地传送通过预热级。在淀积过程之前获得对衬底的均匀加热是重要的。不均匀的加热会导致处理问题，例如衬底的弯曲、膜层淀积不均匀、膜性能属性不一致等，它们全部都会不利地影响PV模块的整体性能。
分立的衬底持续地线性地流过稳态加热或冷却室易于在构件中产生温度不均匀性。这样的不均匀性可为多种因素的组合的结果，这包括存在于构件之间的空隙或空间、使构件移动经过固定的加热或冷却元件，以及构件的传送速率不均匀。关于构件之间的空隙，因为与构件的内部或中心区域相比，构件的边缘具有更大的表面积，所以边缘区域具有减小的热质量，并且在边缘区域被传送经过稳态加热或冷却元件时，边缘区域将更快速地加热或冷却。传统的稳态加热或冷却室无法充分地补偿这些边缘引起的温度不规则性。
沿着衬底温度差异的另一个潜在原因在于：在某些系统中，衬底被快速地传送到加热室中，使得在开始加热衬底的前缘和后缘时，在前缘和后缘之间产生可以忽略的时差。之后，衬底被以较恒定的速度传送通过室。这会在衬底线性地移动出加热区时沿着衬底的长度导致有增大的温度梯度，因为后缘部分比前缘部分停留在加热区中更长时间。
因此，在工业中正存在对用于均匀地加热或冷却分立的线性地传送的构件(尤其是在PV模块的生产期间被传送通过加热或冷却室的玻璃衬底)的改进的系统和方法的需要。
发明内容
将在以下描述中部分地阐述本发明的各方面和优点，或者根据描述，本发明的各方面和优点可为显而易见的，或者可通过实践本发明来学习本发明的各方面和优点。
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于具有前缘和后缘的分立的线性地传送的衬底的可变的加热或冷却的系统。该系统对由于传送通过稳态温度室而将在衬底中以别的方式引起的温度差异进行补偿。该系统包括室，以及在室内的、用以使衬底以一定传送速率穿过室的传送器，该传送速率可为恒定速率。多个受单独控制的温度控制单元沿着传送方向设置在室内。温度控制单元可为加热单元或冷却单元。控制器与温度控制单元通讯，并且构造成根据在室内被传送的衬底相对于相应的温度控制单元的空间位置而使温度控制单元中的一个或多个的输出从稳态温度输出循环(即减小/增大或者增大/减小)。照这样，由于衬底穿过室中的恒定温度而将在衬底中以别的方式导致的温度差异被减小。因而，应当理解，在衬底被传送通过室时，它们未被以恒定的稳态温度加热。
在系统的一个特定的实施例中，室包括光生伏打(PV)模块生产线中的多个对准的处理模块，各个模块具有至少一个温度控制单元。例如，处理模块可在PV生产线中限定预热处理区段，并且具有与控制器通讯的可控的加热器单元，借此，在衬底穿过处理模块时，根据衬底的空间位置而使加热器单元的热输出循环。在一个特定的实施例中，缓冲模块在预热处理区段之前，并且传送器构造成以快速的传送速率快速地将衬底从缓冲模块传送到处理模块中的第一个中，其中，随后以降低的恒定传送速率将衬底传送通过其余的下游模块。控制器构造成根据衬底相对于模块的空间位置而使处理模块中的至少一个的输出循环，以对由于以降低的恒定传送速率将衬底传送出第一处理模块而将以别的方式引起的温度梯度进行补偿。
多个线性地间隔开的边缘检测器可在室中设置在第一处理模块的下游，并且与控制器通讯，以提供指示衬底相对于被循环的处理模块的实际空间位置的信号。关于这个实施例，控制器可构造成在检测到衬底的前缘到达边缘检测器中的第一个之后减小被循环的处理模块的输出，以及在前缘到达下游边缘检测器之后增大模块的输出。
在一个备选实施例中，控制器可构造成根据衬底相对于模块的计算空间位置而使被循环的处理模块的输出循环。这个计算可以衬底的传送速率(预先限定的或测量到的)和已知长度为基础。
本发明还包括用于加热或冷却室中的分立的线性地传送的衬底以减小衬底中的温度差异的多种方法实施例。该方法包括以一定传送速率线性地将衬底传送通过室，该室具有沿着传送方向设置在其中的多个温度控制单元。根据室内的衬底相对于相应的温度控制单元的实际空间位置或计算空间位置而使温度控制单元的输出从稳态温度循环，以便减小由于衬底穿过稳态温度室而将在衬底中以别的方式导致的温度差异。在某些实施例中，通过在衬底被传送通过室时相对于温度控制单元而检测衬底的前缘和后缘来控制温度控制单元的输出。在其它实施例中，通过例如基于衬底的传送速率和预先限定的长度计算衬底的前缘和后缘相对于温度控制单元的空间位置来控制温度控制单元的输出。
在其中衬底最初被以快速的传送速率传送到室中且之后被以恒定传送速率传送通过室的系统中，该方法可包括根据衬底相对于单元的空间位置而使温度控制单元中的至少一个的输出循环，以对由于衬底在最初被快速地传送到室中之后被以恒定的传送速率传送而将以别的方式引起的潜在的温度梯度进行补偿。
该方法可包括在邻近的衬底的前缘和后缘之间有空隙的情况下将衬底传送通过室，以及根据室内的衬底的前缘和后缘的实际空间位置或计算空间位置而按顺序使温度控制单元的输出循环，以减小由于衬底穿过稳态温度室而将以别的方式导致的边缘引起的温度差异。
该方法可用于控制光生伏打(PV)模块生产线中的真空室，其中，温度控制单元是设置在真空室的预热区段中的受单独控制的加热器单元，或者设置在室的冷却区段中的冷却单元。
上面所论述的系统组件的实施例的变型和改良在本发明的范围和精神内，并且可在本文中对它们进行进一步的描述。
参照以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面与优点。
附图说明
在说明书中阐述了本发明的完整和能够实施的公开，包括其最佳模式，说明书参照了附图，其中：
图1是根据本发明的各方面的系统的一个实施例的侧视平面图；
图2是示出了衬底前进通过系统的图1的实施例的侧视平面图；
图3是根据本发明的各方面的系统的另一个实施例的侧视平面图；
图4是根据本发明的各方面的系统的又一个不同的实施例的侧视平面图；
图5是传统的PID控制器的框图；
图6是修改成具有用以考虑衬底在温度处理室内的相对空间位置的经空域调制的功能的PID控制环路的框图和相关联的图例；
图7是结合了本发明的各方面的光生伏打(PV)制造系统的侧视平面图；以及，
图8是图7的系统的透视图。
部件列表
10气相淀积系统
14衬底
16真空室
18预热区段
20预热模块
21加热器单元
22气相淀积模块
24气相淀积设备
26冷却区段
28冷却模块
29冷却单元
30后热区段
32后热模块
34真空锁定台
36加载模块
38缓冲模块
40出口真空锁定台
42出口缓冲模块
44出口锁定模块
46加载传送器
48进料系统
52控制器
54系统控制器
56真空泵
58真空泵
60真空泵
62阀
65传送器
66传送器
68传感器
100系统
102室
104入口
106出口
108衬底
110前缘
112后缘
114空隙
116温度控制单元
118控制器
120加热器单元
122加热器元件
124初始边缘检测器
125边缘检测器
126边缘检测器
127边缘检测器
128传送方向
130传输线路
132传送器
134传送器速度输入
136检测器输入
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，在图中示出了实施例的一个或多个实例。以阐明本发明而非限制本发明的方式来提供各个实例。事实上，将对本领域技术人员显而易见的是，可在本发明中作出改良和变型，而不偏离本发明的范围或精神。例如，示出或描述成一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生另外的另一个实施例。因而，意图的是本发明包括在所附权利要求及其等效方案的范围内的这样的改良和变型。
图1和2示出了用于加热或冷却被线性地传送通过室102的分立的衬底108的系统100的一个示例性实施例。衬底108沿通过室102的传送方向128具有前缘110和后缘112。应当理解，本发明不限于任何特定类型的衬底108，并且在其中期望沿着分立的线性地传送的物品获得均匀的温度轮廓的任何制造或处理应用中都有用。如下面更加详细地描述的那样，本发明特别良好地适于在PV模块制造系统中处理玻璃衬底。
诸如辊式传送器、带式传送器、链式传送器、分立的传送器的组合等的任何方式的适当的传送器132将衬底108传送通过室102。合乎需要地控制传送器，以便以较恒定的传送速率将衬底108传送通过室102。但是，本系统100也可适应不定的传送速率，包括步进式传送。
室102也不是本发明的限制因素，并且可为适于对衬底108进行温度变化处理的任何方式的封罩。室102可为单个结构，如图1至3中描绘的那样，或者可由沿衬底108的传送方向邻近地对准的多个结构或模块限定，如下面参照图4的实施例所描述的那样。
衬底108在传送器132上间隔开，使得在第一衬底108的后缘112和后面的衬底108的前缘110之间限定空隙114。合乎需要地，这个空隙114沿着该多个衬底108是均匀的，但是系统可构造成适应不定间隔的空隙114。
多个温度控制单元116沿着传送方向128线性地设置在室102内。这些单元116设置成大体跨过室102的宽度，并且间隔开，以便在衬底108前进通过室102时，对衬底应用较均匀的温度处理。单元116可如图1至3中描绘的那样设置在衬底108上面，或者设置在衬底下面，例如在衬底108由架空传送器132传送的情况下。温度控制单元116的类型将取决于系统100的功能。在一个特定的实施例中，系统100设计成加热衬底，并且单元116是包含一个或多个加热器元件122(图3)的加热器单元120。加热器元件122可为任何类型的传统加热元件或传统加热元件的任何组合，包括电阻加热器、石英灯、电子束加热器、激光等。对于以较大的传送速率将衬底108传送通过室102而言，诸石英灯的响应较迅速的加热元件可为较有用的。
在其中系统100设计成对衬底108应用受控的强制冷却的实施例中，温度控制单元116可为任何构造的传统冷却元件，包括再循环制冷系统、气体系统、强制空气系统等。应当理解，也可在冷却过程期间应用加热器元件122，以控制衬底的冷却速率。
温度控制单元116受单独控制，使得可根据衬底108在室102内的相对位置而使温度控制单元116的输出向下和向上返回而循环(或向上和向下返回)。单元116的“循环”可包括仅仅打开和关闭单元，以及单元116的输出的任何其它相对的减小和增大(包括相位角或调制/包络控制)。
控制器118与各个温度控制单元116通讯(通过传输线路130)，以根据衬底108相对于加热器控制单元的空间位置而沿着传送方向128按顺序改变单元116的输出，可通过衬底108的边缘112、110的位置来确定该空间位置。换句话说，控制器118以与边缘112、110(至隙114)穿过室102同步的方式使单元循环。在空隙114穿过温度控制单元116的有效温度区时，使单元向下循环(例如减小输出或关闭)。在空隙114超越温度区时，使单元116向上返回而循环。
应当理解，一般地使用用语“控制器”118，以包含用以实现本文描述的期望功能的任何方式的硬件和软件构造。例如，控制器118可包含与和各个相应的温度控制单元116等相关联的单独的辅助控制器通讯的中央系统控制器。
图1和2描绘了在不同的顺序时间时的本质上相同的室102。在图1中，衬底108在室102内的相关位置处，并且在间隔开的边缘112、110(间隙114)上方的温度控制单元116的动力被关闭(如下方缺少阴影的某些单元116所指示的那样)。在图2中，衬底108已经进一步前进通过室102，并且已经使动力在之前被关闭的单元116向上返回而循环，同时使邻近的单元116(沿传送方向128)向下循环。单元116的这个顺序循环与空隙114穿过室102的运动一致。
因而应当理解，衬底108的前缘区域110和后缘区域112暴露于温度控制单元116的较低程度的温度改变作用，这会对由于沿着边缘的热质量差异的原因而引起的边缘区域的较迅速的加热/冷却进行补偿。在衬底108前进通过室102时，对衬底108实现了较“平的”和均匀的线性温度轮廓。
可按多种方式构造对温度控制单元116的控制。例如，在例如图1中描绘的一个实施例中，控制器118在衬底108移动通过室102时根据衬底边缘112、110的计算位置而使单元116循环。例如，可在室102内的一位置处设置有源或无源边缘检测器124，以在衬底移动到室102中时检测前缘110和后缘112。利用检测器124所提供的边缘信号，控制器可计算空隙114的实际宽度尺寸(间隔)。备选地，控制器可设有预先限定的空隙宽度值。控制器118还可接收来自实际速度监测器的传送器速度信号134或预先限定的速度输入变量。备选地，利用预先限定的空隙宽度，可用来自边缘检测器124的输入来计算传送器速度。基于空隙宽度和传送速度，控制器可准确地计算空隙114在边缘112、110穿过室102时的位置，以及因而根据计算边缘位置来控制温度单元116。在这个实施例中，实际的传送器速度信号134将补偿传送器速度的差异。
在例如图3中描绘的一个备选实施例中，控制器118构造成在衬底108穿过室102时根据边缘112、110的检测到的实际位置来使温度控制单元116循环。关于这个实施例，可在室102内将多个边缘检测器126线性地设置在相关位置处，以检测衬底108的存在或缺失，以及从而检测衬底108之间的空隙114的存在。检测器126对控制器118提供信号136。例如，检测器126可为沿着室102的壁设置在基本上处于衬底108的传送平面上的水平处的有源发送器/接收器。空隙114的存在(衬底的缺失)允许穿过传送器传输有源信号，而这个信号的缺失或接收指示空隙114的存在。因而，检测器126的顺序激活/失活提供关于衬底边缘112、110穿过室102的实际指示。
应当理解，检测器126可为任何方式的有源发送器/接收器，包括红外、无线电频率、激光和可经受住室102的工作环境的其它有源装置。检测器126可为检测从衬底(108)的侧部边缘反射的信号的单个发送器/接收器单元，或者可具有检测传送通过空隙114的信号的远程接收器。还应当理解，在备选实施例中，检测器可定位在衬底108的上方或下方。
检测器126也可为无源接触装置。例如，检测器126可包括偏置凸块，并且沿着室102的壁而设置，使得凸块抵靠着衬底108的侧部边缘而进行接合。凸块偏转到空隙114中将产生对应的信号，该信号由控制器118接收。
图3也描绘了各个温度控制单元116包括多个单独的元件122，例如单独的加热器元件。这些元件122可在任何给定的单元116内作为共同的组而运行，或者可在单元116内受单独控制，以在任何给定的温度区内提供甚至更精细的温度控制。
图4描绘了其中室102被分成多个邻近地对准的模块的系统100的一个实施例。模块可为例如在PV模块生产线的真空室中在气相淀积模块22前面的预热模块20，如下面参照图7和8更加详细地论述的那样。与各个模块20相关联的温度控制单元116可包括一个或多个受独立控制的加热器单元120，加热器单元120将衬底的温度提高到在气相淀积模块22中足以使半导体的薄膜层气相淀积到该衬底上的水平。
一旦模块38和模块20之间的压力平衡，衬底108则通过传送器132来从缓冲台/模块38传送到第一模块20中，以及随后以较恒定的传送速率被传送通过模块20。一旦第一模块20中的初始位置是“空的(clear)”，则缓冲模块38中的下一个衬底108被以显著地大于衬底108通过模块20的恒定传送速率的传送速率快速地传送(“转换(index)”)到第一模块20中。其实，衬底108到第一模块20中的初始传送速率可认为是“瞬间”的，因为在衬底的前缘110和后缘112之间产生很少显著加热差异，或者没有显著加热差异。一旦衬底108已经快速地转换到第一模块20中，则其在其前缘110和邻近的上游衬底108的后缘112之间有空隙114的情况下以其它衬底108的恒定的传送速率传送。
仍然参照图4，因而应当理解，在衬底108穿过模块20且在传送到气相淀积模块22中之前被逐渐加热时，与前缘部分相比，各个衬底的后缘部分在模块20中度过更长时间。这将导致在衬底中沿长度方向(沿传送方向)引起增大的温度梯度。换句话说，在气相淀积模块22中，衬底108的后缘部分将比前缘部分处于更高的温度，这对于薄膜层均匀地淀积在衬底108的表面上是有害的。
系统100还可设计成通过这样的方式来补偿上面论述的传送引起的温度差异，即通过根据室内的衬底相对于单元120的空间位置来减小加热器单元120中的一个或多个的热输出，使得与前缘相比，有更少热传递到后缘部分。例如，参照图4的实施例，在室102内将边缘检测器125设置在第一位置处，以检测从第一模块20传送出的衬底108的前缘110。在进行这个检测时，在衬底的后缘部分被传送通过第一模块20时，控制器118可使第一模块20中的加热器单元120(单独地或作为组)的输出减小设定量(例如稳态输出的减小量％)，或者甚至关闭单元120。照这样，后缘部分被加热到较低的程度。当前缘110到达下游的边缘检测器127时，加热器单元120的输出返回到它们的稳态状况。因而，通过根据衬底108相对于单元的空间位置而使加热器单元120的输出循环，将在衬底中以别的方式产生的温度梯度会得到补偿。
应当理解，补偿过程不必在第一模块20中进行。该过程也可在其它模块20中的任何一个或任何组合中实现，目标在于：在衬底108传送到气相淀积室22之前，在衬底108中实现均匀的线性温度轮廓。例如，该过程可在第一模块20和下一个邻近的模块20等中执行。
在图4的实施例中，通过检测衬底108相对于被循环的加热器单元120的实际位置(通过边缘检测器125、127)来控制补偿过程。在备选实施例中，控制器118可构造成基于例如限定的传送速率、在衬底之间的间隔、衬底长度等来计算空间位置。
图4描绘了额外的边缘检测器126，它可根据上面关于减小衬底中的边缘引起的温度差异所论述的过程而与控制器118一起起作用。可在室102中同时执行不同的补偿过程。
可按多种方式来实现对温度控制单元116的控制。在一个特定的实施例中，控制器118可利用PID(比例积分微分)控制算法，根据通过处理室的衬底108相对于温度控制单元116的空间位置和速度速率来调制该算法，以实现上面描述的温度补偿过程中的任何一个或组合。PID控制器是在处理应用中广泛用于将“误差”计算为实测过程值(PV)(例如温度)和期望设定点值(SP)之间的差异的一般的控制环路反馈机制。控制器试图通过调节过程控制输入来最大程度地减小误差。PID控制器在各种制造应用中普遍地用于进行温度控制。
图5是PID控制算法的框图，该算法是众所周知的，并且不需要在本文对其进行详细的阐述。大体上，PID控制算法包括三个独立的参数：比例(P)值、积分(I)值和微分(D)值。这些值结合起来提供从PID控制器输出的、随时间而变化的操纵变量(MV(t))。在时域中，比例(P)值(也称为“增益”)使输出(MV)有与设定点值(SP)和过程值(PV)之间的当前误差值(e(t))乘以可调比例增益因子Kp成比例的变化：
Pout＝Kpe(t)
积分(I)值(也称为“复位”)通过在时间上对误差求积分以及用该值乘以可调积分增益因子Ki来使输出(MV)有与误差的量级和持续时间成比例的变化：
I out = K i ∫ 0 t e ( τ ) dτ
积分(I)项会使过程朝向设定点加速，并且消除纯比例控制器发生的固有的稳态误差。
微分(D)值(也称为“速率”)根据误差对时间的斜率乘以可调微分增益因子Kd而使输出(MV)变化：
D out - K d d dt e ( t )
微分(D)项会减慢控制器输出的变化速率，并且减小积分(I)项所产生的过调量的幅度。
加总比例(P)项、积分(I)项和微分(D)项，以计算PID控制器的输出(u(t))：
u ( t ) = MV ( t ) = K p e ( t ) + K i ∫ 0 t e ( τ ) dτ + K d d dt e ( t )
通过调节不同的增益值(Kp、Ki、Kd)来针对过程的具体要求“调谐”控制环路，以实现最佳的控制响应。对于这个“环路调谐”，存在多种已知的方法。
图6是可在用于加热或冷却被传送通过处理室的衬底的系统中执行的反馈控制环路的框图(带有图例)，其中，如上面论述的那样控制温度控制单元116，以补偿边缘引起的温度差异或传送差异(图4)。在图6中描绘的特定实施例中，根据衬底相对于单元116的空间位置而调制标准PID控制器，以适应随时间变动的温度设定点。如在对图6中的框图提供的图例中所阐明的那样，标准PID传递函数G(s)被修改成具有由衬底108在处理室102内的相对位置触发的经空域调制的传递函数G2(s)，该相对位置可由与控制器118通讯的边缘检测器124-127的任何组合检测。经空域调制的传递函数G2(s)可为例如斜坡函数，当被触发时，该斜坡函数与PID传递函数G(s)的输出结合起来改变操纵信号U(s)，以在邻近的衬底108的边缘112、110在单元116的下方经过时，减小/增大温度控制单元116的输出(例如，减小限定的百分比(％)，以及随后增大)，如上面论述的那样。
应当理解，本发明不限于任何特定类型的反馈控制，而且本文描述的经调制的PID控制算法是为了示例性目的。
图7和8示出了构造成使薄膜层(大体小于大约10微米(μm))气相淀积在被传送通过系统10的PV模块衬底14上的气相淀积系统10的一个实施例。薄膜可为例如碲化镉(CdTe)膜层。如下面更加详细地描述的那样，根据本发明的各方面，系统10可结合温度控制室102中的一个或多个。
系统10包括真空室16，真空室16可由任何构造的构件限定。在特定的示出的实施例中，真空室16由多个互连的模块限定，如下面更加详细地论述的那样。大体上，真空室16可认为是系统10的在其中抽真空且针对气相淀积过程的各方面而保持真空的区段或部分。
系统10在真空室16内包括预热区段18。预热区段18可为在衬底14传送通过真空室16时预热衬底14的一个或多个构件。在示出的实施例中，预热区段18由多个互连的模块20限定，该多个互连的模块20限定用于使衬底14通过真空室16的受加热的传送路径。各个模块20可包括多个受独立控制的加热器21，加热器21限定多个不同的加热区。特定的加热区可包括不止一个加热器21，并且加热器21可包括多个受独立控制的加热器元件，如上面关于图3所论述的那样。如上面描述的那样控制预热区段18，使得根据被传送通过预热区段的衬底14之间的空隙的相对位置而使加热器21向上和向下循环。
各个预热模块20也包括受独立控制的传送器66。针对各个模块20来控制加热器21和传送器66，以便实现衬底14通过预热区段18的这样的传送速率：该传送速率确保在衬底14传送到下游气相淀积模块22中之前有期望温度。
真空室16还沿衬底14的传送方向在预热区段18的下游包括气相淀积设备24。这个设备24可构造成气相淀积模块22，并且是其中诸如粒状CdTe材料的源材料升华且作为薄膜层淀积到衬底14上的构件构造。应当容易地理解，多种气相淀积系统和过程在本领域中是已知的，例如上面论述的CCS系统，而且气相淀积设备24不限于任何特定类型的气相淀积系统或过程。
真空室16还在气相淀积设备24的下游包括冷却区段26。在示出的实施例中，冷却区段26由多个互连的冷却模块28限定，在衬底被从系统10中移除之前，衬底14被传送通过该多个互连的冷却模块28。冷却模块28在真空室16内限定沿纵向延伸的区段，在该区段中，在衬底14被从系统10中移除之前，允许其上淀积有升华的源材料薄膜的衬底以受控的冷却速率冷却。冷却模块28具有受独立控制的传送器66。各个模决28可包括一个或多个受独立控制的冷却单元29，单元29限定多个不同的冷却区。特定的冷却区可包括不止一个冷却单元29，并且单元29可包括多个受独立控制的冷却元件，如上面关于图3所论述的那样。可如上面描述的那样控制冷却区段26，使得根据衬底14之间的空隙的相对位置而使冷却单元29向下和向下循环，或者补偿传送引起的温度差异。
系统10还包括可操作地设置在真空室16内的传送器系统。在示出的实施例中，这个传送器系统16包括多个单独的传送器66，系统10中的各个模块包括传送器66中的相应的一个。应当理解，传送器66的类型或构造不是本发明的限制因素。在示出的实施例中，传送器66是由马达驱动器驱动的辊式传送器，对马达驱动器进行控制，以便实现衬底14通过相应的模块以及通过整个系统10的期望传送速率。
系统10还包括对气相淀积设备24构造的进料系统48(图8)，以对设备24供应源材料，例如粒状CdTe材料。进料系统48可采取在本发明的范围和精神内的各种构造，并且用来供应源材料，而不中断气相淀积设备24内的持续的气相淀积过程或衬底14的通过气相淀积设备24的传送。
最初将单独的衬底14置于加载传送器46上，加载传送器46可包括例如在其它系统模块中使用的同样类型的从动辊式传送器66。衬底14首先被传送通过在真空室16的上游的入口真空锁定台34。在示出的实施例中，真空锁定台34沿衬底14的传送方向在缓冲模块38的上游包括加载模块36。对加载模块36构造“粗”(即初始)真空泵56，以抽初始真空水平，并且对缓冲模块38构造“精”(即高)真空泵58，以将缓冲模块38中的真空基本提高到真空室16内的真空水平。阀62(例如闸门型闸板阀或旋转型瓣阀)可操作地设置在加载传送器46和加载模块36之间、在加载模块36和缓冲模块38之间，以及在缓冲模块38和真空室16之间。这些阀62按顺序被马达或其它类型的促动机构64促动，以便以逐步的方式将衬底14引入到真空室16中，而不会不利地影响室16内的真空。
在正常的运行状况下，通过真空泵58、56和60的任何组合的方式在真空室16中保持工作真空。为了将衬底14引入到真空室16中，最初关闭在加载模块36和缓冲模块38之间的阀62，并且使加载模块通气。关闭在缓冲模块38和第一预热模块20之间的阀62。打开在加载模块36和加载传送器46之间的阀62，并且对相应的模块中的单独的传送器66进行控制，以便使衬底14前进到加载模块36中。在这时，关闭第一阀62，并且衬底14被隔离在加载模块36中。然后粗真空泵56在加载模块36中抽初始真空。在此期间，精真空泵58在缓冲模块38中抽真空。当加载模块36和缓冲模块38之间的真空基本平衡时，打开模块之间的阀62，并且将衬底14移动到缓冲模块38中。关闭模块之间的阀62，并且精真空泵58提高缓冲模块38中的真空，直到它与邻近的预热模块20基本平衡为止。然后打开缓冲模块38和预热模块20之间的阀62，并且将衬底移动到预热模块20中。针对传送到真空室16中的各个衬底14重复这个过程。
根据以上描述应当理解，由于加载过程的原因，真空室16内的衬底14从而将在邻近的衬底之间具有空隙。
在示出的实施例中，气相淀积设备24包括模块22，在其中，衬底14暴露于气相淀积环境，在其中，诸如CdTe的升华的源材料的薄膜淀积到衬底14的上表面上。单独的衬底14以受控的恒定的线性速度传送通过气相淀积模块22。换句话说，衬底14没有停止或者保持在模块24内，而是以受控的线性速率持续地穿过模块22。衬底14的传送速率可在例如大约10毫米/秒至大约40毫米/秒的范围中。可将线性速度简单地作为衬底的“追赶(catch-up)”调节来进行调节(例如每分钟小于5秒)。在一个特定的实施例中，这个速率可为例如大约20毫米/秒。照这样，衬底14的沿传送方向的前区段和后区段在气相淀积模块22内暴露于同一气相淀积条件。衬底14的顶表面的全部区域均暴露于同一蒸气条件，以便在衬底14的上表面上实现升华的源材料的厚度基本均匀的薄膜层。
气相淀积模块22包括可不同于多个上游和下游模块中的传送器66的相应的传送器65。传送器65可特别地构造成支持在模块22内的气相淀积过程。在所示出的实施例中，为了这个目的而在模块22内构造环形板条式传送器65。但是，应当容易地理解，也可使用任何其它类型的适当的传送器。
气相淀积设备24构造有进料系统48(图8)，以便以不中断气相淀积过程或衬底14的不断传送通过模块22的方式对设备24持续地供应源材料。进料系统48不是本发明的限制因素，而且可设计任何适当的进料系统48，以将源材料供应到模块22中。
在示出的实施例中，在气相淀积模块22的直接下游在真空室16内限定后热区段30。这个后热区段30可由构造有加热器单元21的一个或多个后热模块32限定。加热单元21可包括多个受独立控制的加热区，各个区具有一个或多个加热器。在衬底14的前区段被传送出气相淀积模块24时，衬底14移动到后热模块32中。后热模块32保持衬底有受控的加热轮廓，直到整个衬底移出气相淀积模块22为止，以防止衬底有损伤，例如不受控的或剧烈的热应力所导致的翘曲或破裂。如果允许衬底14的前区段在其离开模块22时以过度的速率冷却，将沿着衬底14沿纵向产生潜在地有害的温度梯度。这个状况可由于热应力而在衬底中引起破裂。
可如上面描述的那样控制后热区段30，从而根据衬底14前进通过后热区段时的衬底14之间的空隙的相对位置而使加热器21向下和向上循环。
在冷却区段26的下游构造出口真空锁定台40。这个出口台40与上面描述的入口真空锁定台34基本相反地操作。例如，出口真空锁定台40可包括出口缓冲模块42和下游出口锁定模块44。按顺序操作的阀62设置在缓冲模块42和冷却区段26中的模块28中的最后一个之间、在出口缓冲模块42和出口锁定模块44之间，以及在出口锁定模块44和出口传送器50之间。对出口缓冲模块42构造精真空泵58，而对出口锁定模块44构造真空泵56。泵58、56和阀62按顺序操作(基本与入口锁定台34相反)，以便以逐步的方式将衬底14移出真空室16，而不损失真空室16内的真空条件。
如所提到的那样，在所示出的实施例中，系统10由多个互连的模块限定，各个模块起特定功能。为了控制的目的，各个单独的模块可具有对其构造的相关联的单独的控制器52，以控制相应的模块的单独的功能。多个控制器52又可与中央系统控制器54通讯，如图7中示出的那样。中央系统控制器54可监测和控制(通过独立的控制器52)模块中的任何一个的功能，以便实现衬底14通过系统10的总的期望传送速率和衬底14的处理。控制器52和54可单独或组合起来起上面在图1至中引用的控制器118的作用，以根据本文所描述的原理来控制预热区段18、后热区段30和冷却区段26。
参照图7，为了独立地控制单独的相应的传送器66，各个模块可包括在衬底14被传送通过模块时检测衬底的存在的任何方式的有源或无源传感器68。传感器68与模块控制器52通讯，模块控制器52又与中央控制器54通讯。照这样，可控制单独的相应的传送器66，以确保在衬底14之间保持恰当的间隔，以及确保衬底14被以期望的恒定的传送速率传送通过真空室16。传感器68也可起上面参照图3的实施例所描述的检测器126的作用。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这样的其它实例包括不异于权利要求的字面语言的结构元素，或者如果这样的其它实例包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则它们意图处于权利要求的范围之内。

Claims (15)

1.一种用于分立的线性地传送的衬底(108)的可变的加热或冷却的系统(100)，其补偿所述衬底中的温度差异，所述系统包括：
室(102)；
在所述室内的传送器(132)，其用以使所述衬底以一定传送速率穿过所述室，所述衬底相对于通过所述室的传送方向具有前缘(110)和后缘(112)；
沿着所述传送方向设置在所述室内的多个受单独控制的温度控制单元(116)；以及，
与所述温度控制单元通讯的控制器(118)，所述控制器构造成根据在所述室内传送的所述衬底相对于所述温度控制单元的空间位置而使所述温度控制单元的输出从稳态温度输出循环，以便减小所述衬底穿过所述室所导致的在所述衬底中的温度差异。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述室(102)包括在所述衬底线性地传送通过其中的光生伏打(PV)模块生产线(10)中的多个对准的处理模块(20，28)，各个所述模块包括至少一个所述温度控制单元(116)。
3.根据权利要求2所述的系统(100)，其特征在于，所述处理模块(20)限定预热处理区段(18)，并且包括与所述控制器(118)通讯的可控的加热器单元(120)，借此，在所述衬底穿过所述处理模块时，根据所述衬底的空间位置来使所述加热器单元的热输出循环。
4.根据权利要求3所述的系统(100)，其特征在于，所述系统(100)进一步包括在所述预热处理区段(18)之前的缓冲模块(38)，所述传送器(132)构造成以快速的传送速率将所述衬底(108)从所述缓冲模块快速地传送到所述处理模块(20)中的第一个中，其中，所述衬底随后被以降低的恒定传送速率传送，所述控制器(118)构造成根据所述衬底相对于所述处理模块的空间位置而使所述处理模块中的至少一个的输出循环，以对以所述降低的恒定传送速率将所述衬底传送出所述第一处理模块进行补偿。
5.根据权利要求4所述的系统(100)，其特征在于，所述系统(100)进一步包括在所述室(102)中设置在所述第一处理模块(20)下游的多个线性地间隔开的边缘检测器(124-127)，所述边缘检测器与所述控制器(118)通讯，以提供指示所述衬底(108)相对于所述被循环的处理模块的实际空间位置的信号，所述控制器构造成在检测到所述衬底的前缘(110)到达所述边缘检测器中的第一个之后减小所述被循环的处理模块的输出，以及在所述前缘到达下游的边缘检测器之后增大所述被循环的处理模块的输出。
6.根据权利要求4所述的系统(100)，其特征在于，所述控制器(118)构造成根据所述衬底(108)相对于所述被循环的处理模块(20)的计算空间位置而使所述处理模块(20)的输出循环。
7.一种用于使薄膜层气相淀积在光生伏打(PV)模块衬底(14)上的系统(10)，包括：
真空室(16)，所述真空室进一步包括气相淀积设备(24)，所述气相淀积设备(24)构造成使升华的源材料的薄膜淀积到传送通过其中的衬底的上表面上；
传送器系统(66)，其可操作地设置在所述真空室内，并且构造成以一定传送速率以串联布置将所述衬底传送通过所述真空室；
沿所述衬底的传送方向在所述真空室内设置在所述气相淀积设备的上游的预热区段(18)，所述预热区段包括
沿着所述传送方向线性地设置在所述真空室内的多个受单独控制的加热器单元(21)；以及，
与所述加热器单元中的各个通讯的控制器(52)；
在所述真空室之前的缓冲台(38)，所述缓冲台进一步包括构造成以大于所述真空室中的传送速率的快速的传送速率将所述衬底传送到所述预热区段中的传送器(66)；以及，
所述控制器(52)构造成根据所述传送衬底相对于所述加热器单元的空间位置而使至少一个所述加热器单元的输出循环，以对所述衬底在最初被快速地传送到所述预热区段中之后被以降低的恒定传送速率传送而引起的潜在的温度梯度进行补偿。
8.根据权利要求7所述的系统(10)，其特征在于，所述预热区段(18)包括所述衬底线性地传送通过其中的多个对准的加热器模块(20)，各个所述加热器模块进一步包括至少一个所述加热器单元(21)，所述控制器构造成根据穿过所述预热区段的所述衬底的前缘(110)和后缘(112)的位置而按顺序使所述加热器单元循环，并且进一步包括设置在所述真空室中的多个线性地间隔开的边缘检测器(124-127)，所述边缘检测器与所述控制器(52)通讯，以提供指示所述衬底相对于所述加热器模块的实际空间位置的信号。
9.根据权利要求8所述的系统(10)，其特征在于，所述加热器模块(20)包括接收来自所述缓冲台(38)的所述衬底的第一加热器模块，所述控制器构造成在检测到所述衬底(14)的前缘(110)到达所述边缘检测器(124-127)中的第一个之后减小所述加热器模块中的至少一个的输出，以及在所述前缘到达下游的边缘检测器之后增大所述加热器模块的输出。
10.一种用于加热或冷却在室(102)中的分立的线性地传送的衬底(108)以减小所述衬底中的温度差异的方法，所述方法包括：
以一定传送速率线性地将所述衬底传送通过室(102)，所述室(102)具有沿着传送方向设置在其中的多个温度控制单元(116)；
根据在所述室内的所述衬底相对于相应的温度控制单元的实际空间位置或计算空间位置而使所述温度控制单元中的至少一个的输出从稳态温度输出循环，以便减小所述衬底穿过所述室所导致的在所述衬底中的温度差异。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过在所述衬底被传送通过所述室(102)时相对于所述温度控制单元而检测所述衬底(108)的前缘(110)和后缘(112)来控制所述温度控制单元(116)的输出。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述衬底(108)传送通过所述室(102)时通过计算所述衬底的所述前缘(110)和后缘(112)相对于所述温度控制单元(116)的空间位置来控制所述温度控制单元(116)的输出。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以初始的快速传送速率将所述衬底(108)引入到所述室(102)中，以及之后以恒定传送速率将所述衬底传送通过所述室，所述方法包括根据所述衬底相对于所述被循环的温度控制单元的空间位置而使所述温度控制单元(116)中的至少一个的输出循环，以对所述衬底在被以所述快速的初始传送速率传送到所述室中之后被以所述恒定传送速率传送而引起的潜在的温度梯度进行补偿。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法包括在邻近的衬底的所述前缘(110)和后缘(112)之间有空隙(114)的情况下将所述衬底(108)传送通过所述室，并且进一步包括根据所述衬底的所述前缘(110)和后缘(112)在所述室内的实际空间位置或计算空间位置而按顺序使所述温度控制单元(116)的输出循环，以减小所述衬底穿过所述室所导致的边缘引起的温度差异。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述室(102)是光生伏打(PV)模块生产线(10)中的真空室(16)，而所述温度控制单元(116)是设置在所述真空室的预热区段(18)中的受单独控制的加热器单元(21)或设置在所述真空室的冷却区段(26)中的受单独控制的冷却单元(29)。
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