CN103261468A - 蒸发源、蒸发室、涂覆方法以及喷嘴板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及蒸发源(1,1’)、蒸发室（20）、涂覆方法以及喷嘴板（4）。根据本发明的蒸发源(1,1’)可以在真空条件下于硒气氛中生成高而稳定的质量流率，使层厚度均匀性改善。此外，可以相对于衬底支承调节蒸发源(1,1’)的分子束方向，其中该衬底支承位于所述蒸发源(1,1’)之上。

Description

蒸发源、蒸发室、涂覆方法以及喷嘴板
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的线型蒸发源、根据权利要求7的前序部分的蒸发室、根据权利要求10的前序部分的涂覆方法以及根据权利要求11的前序部分的喷嘴板。
通常已知真空下制备薄层的沉积技术。对工业化应用分子束外延（MBE）及其它气体沉积方法的需求正持续增长，尤其是为了获取具有不断增长的衬底宽度的柔性衬底支承，并实现均匀的层沉积、尽可能高的沉积速率以及它们的操作环境。
例如，在光伏领域，越来越多的薄层太阳能电池供应商进入该市场。尤其是基于黄铜矿吸收层的薄层太阳能电池，绝大多数制备在例如玻璃的刚性载体衬底上，但它们也具有还能够在轻的、柔性载体衬底上制备的优点，例如采用卷对卷（R2R）工艺。对于柔性衬底，尤其是钢、钛、铝、铜以及聚酰亚胺（PI），可以使用箔片。随后用金属电极涂覆衬底，例如钼薄膜。然后，应用黄铜矿作为吸收层，这通常采用基于真空的气体沉积工艺。具体地，将CuInSe2、Cu(In,Ga)Se2以及Cu(In,Ga)(Se2S)2用做黄铜矿，以下称作CIS。已经证明，在硫、碲和/或硒气氛中蒸发元素特别有利。接着，由CdS或者类似物制成的半导体层和由薄的透明导体层（透明导体氧化物，简称TCO）——如，ITO（氧化铟锡）或者ZnO——制成的第二电极层（在正面侧）被应用。此外，CIS太阳能电池的效率可以通过控制碱的供应来提高，碱优选锂、钾、钠以及/或者通过它们与氧、硫或卤素的复合来提高——这例如可以通过蒸发的方法来实现。
为了进一步最小化制备工艺的成本，尤其是CIS吸收部的成本，未来几年衬底宽度将进一步增长，沉积速度将被增大。因此，要实现相对于材料良率而言高效的高速沉积，从点状蒸发源向线型蒸发源的发展将不可避免。
线形状的蒸发源（以下称作线型蒸发源）是多个（这意味着至少两个）点状蒸发源（以下称作点状蒸发器）的串联，点状蒸发器具有共同的蒸发材料容器或者蒸发器装置，其开在线型蒸发源的纵向上的蒸气出口被配置为狭槽形状，这意味着蒸气释放开口的纵向延伸部远大于其横向延伸部。
开发线型蒸发源的最大的挑战之一是提供在衬底上沉积的层蒸气的尽可能好的横向均匀性。衬底的横向均匀性被定义为正交于传输方向的蒸气沉积层的均匀性。优化横向均匀性的选择之一是调适沿线型蒸发源的纵向的分子流动密度，该线型蒸发源布置在与衬底的横向方向平行的纵向上。
在该方法中，从内到外地增大沿线型蒸发源的纵向布置的多个蒸气释放开口的表面，并且/或者从内到外地减小沿线型蒸发源的纵向布置的多个蒸气释放开口的距离，使得蒸发材料的分子束的分子流动密度的梯度被提供，该梯度从内到外地增大，该分子束叠加在衬底表面上以形成均匀膜。影响横向均匀性的另一个选择是对分子束的形状进行调制。
结果，在蒸气释放开口和蒸汽流通开口之间形成差异，其中，蒸气释放开口是蒸气从蒸发源脱出的开口。在节流阀孔之类的开口下，材料不离开蒸发源，因此，这种开口被称作蒸汽流通开口。
EP0402842B1描述了一种蒸发装置，其中，从至少一个管中蒸发物质，以便将该蒸气用作一个蒸气离子激光器设备中的受激介质或者电离介质，其中，接近该管的轴向相对端的蒸气释放开口的直径大于在中心的蒸气释放开口的直径或者蒸气释放开口的数量在朝外方向上增加。
DE4422697C1示出一种线型蒸发源，该蒸发源包括：具有材料接收缺口的向上开口的蒸发材料容器，以及包围该蒸发材料容器的可加热反射器元件,其中，反射器元件的线型释放轮廓包括彼此前后布置的多个单独开口，其中，开口的释放截面朝向反射器管的端部而增大，并且/或者开口的距离朝向反射管的端部而减小。而且，在一个配置于蒸气释放狭槽部分中的反射管周围布置热屏蔽罩，使得蒸气流不受影响。
EP1927674A2描述一种线型蒸发源，其包括：蒸发室以及在其上布置的束单元（盒部件），二者通过喷嘴或者节流阀孔彼此连接，其中，喷嘴元件包括多个喷嘴。喷嘴孔包括蒸汽流通开口，蒸汽流通开口的表面从孔中心到孔边缘连续增大，以及/或者其中蒸汽流通开口的距离从孔中心到孔边缘变得更小。蒸汽流通开口的分子束通过喷嘴元件中的分隔板彼此分开。
WO2008/004792A1描述了一种线型蒸发源，包括：坩埚和喷嘴元件，其中，喷嘴元件包括多个蒸气释放开口。蒸气释放开口被引入到喷嘴元件中作为管状喷嘴，其纵轴线以相对于坩埚竖直轴成某一角度被布置。管状喷嘴沿着坩埚的纵向关于坩埚水平平面（纵向和横向延伸的水平平面）镜面对称地布置成两个或四个组，其中，一组中的喷嘴可以具有不同的倾斜度。此外，喷嘴的释放开口的表面可以通过形成喷嘴元件的平台而改变。
上述描述的概念通常非常复杂，并且/或者仍不能提供需要的均匀性。
因此，本发明的目的是提供线型蒸发源，其克服已知蒸发源的现存弊端。根据本发明的线型蒸发源将尤其在真空条件下于硫、碲和/或硒气氛中，提供尽可能高且稳定的质量流率，使层厚度均匀性改善。有利的是，蒸发源的分子流动方向相对于布置于蒸发源之上的衬底支承或者夹持器可调整。此外，感兴趣的是一种改善的方法——其中优选地连续引导柔性衬底，以产生真空蒸气沉积层，优选地为黄铜矿层，尤其是CIS。优选地，线型蒸发源应可以灵活地适应衬底宽度，这意味着可缩放。
通过根据权利要求1的线型蒸发源、根据权利要求7的蒸发室、根据权利要求10的涂覆方法以及根据权利要求11的喷嘴板达到该目的。从属权利要求中提供了有利的实施例。
根据本发明的线型蒸发源，尤其用于真空沉积装置，该线型蒸发源包括至少一个具有凹陷部的蒸发材料容器和至少一个热源，该凹陷部用于接收蒸发材料，蒸发材料尤其为铜、铟、镓，但也可以为金、铝、银、钠、钾和锂以及它们与氧、硫或卤素的复合物，其中蒸发材料容器具有容器轴线和此外还具有至少一个沿纵向延伸的喷嘴以及/或者至少两个沿线型蒸发源的纵向间隔开布置的喷嘴，其中，各个喷嘴分别包括至少一个蒸气释放开口，其特征在于至少一个蒸气释放开口包括至少两个壁部分，所述至少两个壁部分优选地基本垂直于上述纵向延伸部延伸，并且至少两个壁部分被定向为和/或能定向为彼此不平行。根据该发明的技术方案使得能够实现特别有效的束的形成，由此而使得能够调节出最佳的层均匀性。
因此，可以提供至少一个沿线型蒸发源的纵向延伸的喷嘴或者提供至少两个在线型蒸发源的纵向间隔开布置的喷嘴。可替换地，这些元件也是可彼此组合的，即，例如，一个沿线型蒸发源的纵向延伸部的喷嘴例如具有矩形横截面，以及一个间隔开布置的喷嘴（其不具有特别明显的纵向延伸）具有例如方形或者圆形的横截面。因此在此情况下，矩形喷嘴同时构成所述的间隔开布置的喷嘴中的一个。
有利的是，蒸气释放开口的两个壁部分优选地被构造呈圆锥形，尤其被构造呈非对称圆锥形扩张，这使得束轮廓以更有利的方式被影响。优选地，所述构造是相对于蒸气束方向的圆锥形扩张的构造。
特别有利的是，蒸气释放开口包括纵轴线，该纵轴线被布置为和/或能布置为相对于所述容器轴线倾斜，其中所述倾斜优选地为1°到90°，优选地为10°到60°，特别优选地为10°到45°，尤其为20°到30°。然后，对于刚性表面衬底，可以很好地调整两个或者多个线型蒸发器对特定衬底部分的同时蒸气沉积，其中所述两个或者多个线型蒸发器具有不同的蒸发材料。所述部分的倾斜特别适合于在弯曲的衬底支承上的柔性带状衬底的涂覆。不仅对于刚性的衬底，而且对于柔性的衬底，都可以提供在线处理及批处理。
在本文的上下文中，“容器轴线”意指容器底部和容器盖子之间的延伸，其中限定有蒸气释放开口，其中，轴线是关于容器本体的几何轴线。所述倾斜可以静态地加以改变或者可以以受控的方式加以调整（例如，可连续或者离散地调整）。
在本文的上下文中，喷嘴开口的“纵”轴线意指喷嘴开口的几何轴线，通过该轴线还确定蒸气优选的离开方向。
有利的是，蒸发器的喷嘴的喷嘴开口具有相对于容器轴线不同地定向的纵轴线。
特别有利的是，所述喷嘴布置在至少一个喷嘴元件内，优选布置在一个喷嘴板内。这样，蒸发器以特别简单的方式构成。然后特别有利的是，喷嘴元件可松脱地与蒸气材料容器连接。在本文上下文中，“连接”意味着直接及间接连接（因此，用附加元件连接于其间）。然后，蒸发器可以快速地适应于不同的要求，因为喷嘴元件可容易地更换。这样，在蒸气释放开口的纵轴线固定的情况下，通过旋转喷嘴元件，束的形成简单而可调整。所述的可松脱的连接可以通过例如夹状连接器或类似器件实现。
特别有利的是，在喷嘴和凹陷部之间布置节流阀元件，其中节流阀元件包括至少一个节流阀开口，该节流阀开口沿着观察方向布置于喷嘴和凹陷部之间。在本文的上下文中，“观察方向”意指由每个凹陷部的点和喷嘴之间的几何状束限定的方向。这样，该方向被指定为穿过喷嘴向凹陷部看进去所限定的方向。该节流阀元件促成对每个喷嘴的材料蒸气量的可控调节。这样，可以设置单个节流阀开口与每个喷嘴相关联。可替换地，将一个或者多个节流阀开口与每个喷嘴相关联也是可行的，其中节流阀开口优选地包括相同的横截面。
这样，优选地，布置在所述纵向延伸方向更外侧的至少一个喷嘴的各个喷嘴的节流阀开口的总横截面区域可以等于或大于布置于所述纵向延伸方向更内侧的至少一个喷嘴的的节流阀开口的总横截面区域。优选地，这仅涉及非常靠外侧的具有另一横截面的节流阀开口。可以通过节流阀横截面表面积极地影响所述层均匀性，其中，该节流阀横截面表面在外侧被扩大，因为由于更外侧缺失毗邻喷嘴而导致的材料量的损失可以因此被补偿。
更为非常有利地是，在凹陷部和节流阀开口之间沿观察方向布置遮挡元件作为喷溅防护装置，并且/或者在节流阀开口和喷嘴之间沿观察方向布置遮挡元件作为喷溅防护装置，其中遮挡元件特别地覆盖节流阀开口沿观察方向的总横截面表面。该遮挡元件有效地阻止蒸发材料以喷溅形式脱出。对该配置要求予以独立的专利保护，这意味着还将保护具有这种类型的遮挡元件的蒸发源——其中不含喷嘴开口的特定配置及喷嘴开口关于容器轴线的特定定向特征。
有利的是，喷嘴可以包括至少一个热反射器，该热反射器包括至少至少一个金属片，所述金属片由耐温材料制成，例如，来自包括元素周期表的第四至第十族的金属和/或它们的合金的集合的材料，所述金属优选为钨、钛、钼以及钽，因此优选地为超过1200℃的高熔点金属，该热反射器有利地毗邻或围绕所述蒸气释放开口布置。该热反射器用于最小化蒸发材料容器与喷嘴表面之间的温度梯度。
此外，在超过20cm的长度的情况下，蒸发材料容器应可以以模块化方式可分割，这意味着可分割成多个小蒸发材料容器。蒸发材料容器模块的纵向延伸部与横向延伸部的比率L纵/L横应至少为5倍，至多为30倍，优选为15≤L纵/L横≤25，特别是19≤L纵/L横≤22。对于高达10m的线型蒸发源长度，将蒸发材料容器分割成两个，有利地为3到40个，优选为3到20，特别是5到10个更小的蒸发材料容器。特定的蒸发材料容器可以被构造为使得每个蒸发材料容器中的节流阀元件和蒸发材料的熔化表面之间的蒸气压力平衡独立地形成，或者来自全部蒸发材料容器的蒸发材料的蒸发产生的蒸气压力平衡被共同地形成。
在本文上下文中或者可替换地，特别优选地将喷嘴和可选的附加喷嘴布置在作为孔封锁器的喷嘴板内。特别有利的是，喷嘴板被配置为固体，尤其由石墨制成。
还可以将喷嘴元件或喷嘴板用多个喷嘴元件或者喷嘴板分段模块化地加以配置。这对于具有大的纵向延伸长度的线型蒸发源是有利的。
喷嘴板被用作局部调节蒸气流的通量和轮廓，为此，蒸气释放开口的开口横截面被彼此不同地配置，也可以在喷嘴板中以不同间隔布置，使得喷嘴板具有适用于各个期望的工艺几何形状的蒸汽释放开口结构。根据每个线型蒸发源的蒸发材料容器的数量，可以设置相同数量的喷嘴板。对于期望的涂覆轮廓，特定喷嘴板的顺序和定向是重要的。可替换地，还可以设置用于两个或者多个蒸发材料容器的喷嘴板。
对喷嘴及喷嘴板的这种配置，要求予以独立的保护，这意味着与此有关的是，不必设置特定的壁部分结构。
此外，还要求对具有各种配置的喷嘴板予以独立的专利保护。这样，与喷嘴板及喷嘴相关联的本发明的特征是可任意组合的，并且不强制要求：喷嘴板包括至少一个具有至少两个壁部分的蒸气释放开口——所述两个壁部分被定向为和/或能定向为彼此不平行。
此外，要求对根据本发明的蒸发室予以独立的专利保护，该蒸发室具有至少一个蒸发源和用于平坦衬底、柔性带状衬底及类似物的至少一个衬底夹持器以及/或者衬底支承，其特征在于至少一个蒸发源是根据本发明的线型蒸发源。
优选地，设置平坦部分作为衬底支承和/或衬底夹持器，衬底于该平坦部分中被蒸汽沉积，传统的刚性衬底（比如，玻璃）或柔性衬底也可以用作衬底。包括弯曲部分的带状衬底支承也可以用作衬底支承，并且线型蒸发源可以被配置为使得衬底材料蒸气沉积于该弯曲部分。当使用衬底支承时，使用衬底的移动，这是动态衬底涂覆——如在在线工艺中所执行的。当使用衬底夹持器时，在涂覆过程中不相对于线型蒸发源移动衬底。这是在批处理工艺中常见的静态涂覆。
在平面衬底支承情况下，有利的是，对涂覆区的独立于蒸发器位置的最佳利用，然而在弯曲的衬底支承情况下，只能涂覆依赖于蒸发器位置的特定部分。弯曲衬底支承相对于平面的带状衬底支承的优点是实现更简单的带状衬底操作。
特别有利地是，将线型蒸发源的容器轴线被布置为和/或能布置为相对于重力方向成0°到40°，优选地10°到25°，特别优选为15°。接着可以在蒸发器室内以特别节省空间的方式布置线型蒸发源，尤其当使用多个蒸发源时也如此。
当设置至少两个线型蒸发源时，有利的是，所述至少两个线型蒸发源就其容器轴线而言，被布置为和/或能布置为相对于彼此成倾斜角度。可替换地，还可以使至少两个线型蒸发源相对于重力轴线具有相同的倾斜度。
此外，设置如下至少两个线型蒸发源非常有利：其中两个线型蒸发源的蒸气释放开口的各自的纵轴线相对于各个容器轴线不同地布置。特别是，当容器轴线垂直于重力轴线定向时，可以提供连续的蒸发器功率用于限定的束的形成，因为凹陷部的蒸发材料的表面保持恒定，直到该材料完全用尽。因此可以说，布置平行于重力轴线的容器轴线也是有益的。
已经证明，特别有利的是，不管涂覆区被配置为平坦或弯曲，上述蒸发室内的所述线型蒸发源至衬底具有0.05m到2.00m,优选地0.1m到1m,尤其为0.3m到0.7m的距离。衬底和蒸发器的蒸发器释放开口之间的最短直线被定义为蒸发器衬底距离。当使用至少两个线型蒸发源时，已经证明，额外有利的是，线型蒸发源彼此之间具有0.01m到3.00m,优选地0.1m到2m,尤其为0.15m到1m的距离。在本文上下文中，蒸发器距离是两个线型蒸发源的指向彼此的蒸气释放开口的最短直线距离。
还有利的是，在蒸发器室中布置至少一个点状或者线形状的离子束源或者其他等离子体源，该离子束源或者其它等离子体源还可以被加热，其离子束或其它等离子体可以或多或少地和从蒸发材料的所述至少一个线型蒸发源脱出的分子束相互作用，该蒸发材料尤其为铜，铟，镓，但也可以是金、铝、银、钠、钾和锂。在本文上下文中，相互作用意味着离子束、等离子体和分子束在涂覆过程中在衬底上的涂覆部分内至少部分交叠。
在本文上下文中，或者可替换地，可以接近蒸发室的外边界或者蒸发室的中心设置点状或者线型离子束源或者等离子体源。这样，例如，使得可以进行衬底预处理或者MoSe过渡层的受控改进，然而对于位于中心的点状和/或线形状离子束源，将实现与（蒸发器）分子束的更好的交叠，该交叠将限定于接近边缘的结构处。
最后，要求对用于涂覆衬底的根据本发明的方法予以独立的专利保护，其中，该方法的特征在于，使用线型蒸发源作为至少一个蒸发源，并且有利地使用根据本发明的蒸发室。然后有利的是，使蒸发室的工艺环境有利地包括硫、碲和/或硒，并且特别地生成至少一个黄铜矿层。
以下将基于参考附图的实施例更详细地描述本发明的特征及其优点，其中：
图1示出根据第一有利的实施例的发明的线型蒸发器；
图2示出根据基于图1的发明的线型蒸发器的节流阀元件；
图3示出根据本发明的蒸发室，蒸发室具有根据图1的发明的两个线型蒸发器；
图4示出根据本发明的蒸发室的优选实施例；
图5示出CIS薄膜太阳能电池的沉积层的顺序的实施例；
图6a示出根据第二优选实施例的发明的线型蒸发器；
图6b示出第三优选实施例的线型蒸发器；以及
图7a和7b示出在顶视图和横截面图中根据优选实施例的发明的喷嘴板。
图1在剖视图中原理性地示出根据第一优选的实施例的发明的线型蒸发源1。线型蒸发源1包括具有凹陷部3的蒸发材料容器2，凹陷部3用于接收待蒸发的材料（未示出）。此外，设置具有喷嘴——该喷嘴具有蒸气释放开口5a、5b、5c——的喷嘴板4，其中，蒸气释放开口5a、5b、5c沿线型蒸发源1的纵向L彼此间隔开布置。此外，设置节流阀元件6以及遮挡元件7a、7b和7c。
蒸气释放开口5a、5b、5c分别包括四个壁部分8、9、10、11，其中，两个壁部分8、9垂直于纵向L延伸，两个壁部分10、11平行于纵向L延伸，如图3更详细所示。蒸气释放开口5a、5b、5c另外包括圆锥形的开口构造，其中，平行于纵向L延伸的壁部分10、11相对于喷嘴元件4具有不同的倾斜度。两个外侧的蒸气释放开口5a、5c的垂直于纵向L延伸的壁部分8、9相对于喷嘴元件4也具有不同的倾斜度。另一侧的中心蒸气释放开口5b包括垂直于纵向L延伸的壁部分，其中，所述壁部分具有相对于喷嘴元件4的相同的倾斜度。因此，蒸气释放开口5a、5b、5c的纵轴线B以相对于容器轴线A倾斜的角度延伸。
在本实施例中，每个喷嘴分别提供一个蒸气释放开口5a、5b、5c，使得相同的元件被提供。然而，还可以设置一个（或多个）喷嘴包括多个蒸气释放开口。
如图2所示，节流阀元件6分别包括节流阀开口12、13，它们分别与蒸气释放开口5a、5b、5c相关联，节流阀开口12、13的横截面基本与蒸气释放开口5a、5b、5c的初始开口14a、14b、14c对应。在本实施例中，额外地设定：圆形地配置节流阀开口12、13的角部分15。这样，节流阀元件6不用于调整分子束密度而用于保护喷嘴元件4免遭受蒸发材料的破坏。然而，为了控制特定的分子束密度，可以相对于蒸气释放开口5a、5b、5c的初始开口14a、14b、14c可控地减小个别或者全部节流阀开口12、13的横截面。
节流阀开口12、13沿观察方向布置在凹陷部3和蒸气释放开口5a、5b、5c之间。在节流阀开口12、13和凹陷部3之间，各个节流阀开口12、13的遮挡元件7a、7b、7c和各个蒸气释放开口5a、5b、5c是彼此相关联的。遮挡元件7a、7b、7c因此能分别延伸，使得它们沿观察方向完全覆盖节流阀开口12、13，从而使得以有效阻止蒸发材料作为喷射物穿过蒸气释放开口5a、5b、5c而逃出。
喷嘴元件4通过夹状连接器附接到线型蒸发源1，使得能够容易地和另一个喷嘴元件4进行替换。此外，喷嘴元件4还可以沿绕着容器轴线A旋转的取向以及沿绕着纵向L旋转的取向布置在线型蒸发源1上，使得，即使喷嘴几何形状被固定，一个喷嘴元件也促成四种不同的束形状。可替换地，也可以设定，一个或多个壁部分8、9、10、11相对于喷嘴元件4可倾斜，以形成特定的束形状。
此外，热反射器16被加工到喷嘴元件4中。这些热反射器16减小蒸发材料的熔化表面和蒸气释放开口5a、5b、5c之间的温度梯度。通过使用这些热反射器16，阻止蒸发材料及其与例如蒸发室内布置的硒的复合物的沉积以及与沉积相应的蒸气释放开口5a、5b、5c的阻塞。
在图3中，在优选的实施例中以剖视图原理性地示出根据本发明的蒸发室20。在蒸发室20中，通过平坦的衬底支承（未示出）,例如通过传送辊和带状鼓,引导柔性的带状衬底21，通过蒸发室20的涂覆部分22，其中也未详细示出蒸发室的外壁。
蒸发室20包括根据本发明的两个线型蒸发源1和1’,其中，相似元件提供有相似的附图标记。线型蒸发源1和1’分别包括相对于重力G不同定向的容器轴线A和A’，其中，容器轴线A和A’相对于重力G的倾斜可以通过适当的设备调适。此外，线型蒸发源1和1’的蒸气释放开口5a、5a’的纵轴线B和B’相对于相应的容器轴线A和A’不同地倾斜。这样方便线型蒸发源1和1’的蒸气束分别以特定方式形成并以最优方式在衬底上沉积或混合。例如，在第一个线型蒸发源1中蒸发铟，在第二个线型蒸发源1’中蒸发硒，并且提供用于铜的第三涂覆设备以将用于薄膜太阳能电池的黄铜矿层沉积在衬底上。采用这种特殊方法，可以将线型蒸发源1和1’特别紧密地分隔，这意味着达到0.05m，并且为了沉积特别均匀的层，应该尽可能紧密地布置线型蒸发源1和1’，这意味着例如布置距衬底0.1m。
图4以原理方式示出根据本发明的蒸发室30的特定优选的实施例，其通常的部件比如泵、门、阀等对于本领域技术人员是熟知的，因此不详细示出。在此情况下，在涂覆装置30中，由Cu(Ga,In)Se2制成的CIS层以在线工艺沉积在玻璃衬底31上，以制造根据图5的CIS薄膜太阳能电池40。已经证明，为了形成硒铜混合层42，有利的是，将已经涂覆有背面接触剂41的衬底31首先用来自图1示出的线型蒸发源1’’蒸发的铜和来自第一离子束源32的硒形成的离子束的进行涂覆，其中，线型蒸发源1’’的分子束和离子束源32的离子束在涂覆表面上交叠。随后，如此涂覆的衬底31用图1中绘制的线型蒸发源分别涂覆镓和铟以形成镓铟混合层43。为了增加太阳能电池的效率（其本质上由吸收部限定），用来自图1中描述的线型蒸发源1’’’中的一个线型蒸发源涂覆氟化钾（其分子束与第二离子束源33的附加的含硫离子束交叠），以形成钾-硒混合物层44。
在涂覆装置30的不同部分34、35、36分别执行这些沉积工艺，其中，这些不同部分被彼此分隔。为了执行基于离子束的局部工艺，已证明线型蒸发源1,1’,1’’,1’’’距衬底31的高达3m的大距离是有利的。其结果是，调整铜线型蒸发器距镓铟线型蒸发器的的距离高达1.0m。铜、铟和镓在描述的多步骤涂覆工艺中的这部分的混合将消极地影响太阳能电池的效率。因为线型蒸发源1、1’、1’’、1’’’在该特殊应用中距加热的衬底31具有大的距离，喷嘴不得不设置有由钽制成的热反射器16，否则包括硒的混合物沉积在蒸气释放开口5a、5b、5c处将会另外地引起堵塞。
为了形成薄膜太阳能电池40，附加地应用CdS层44作为缓冲层，应用前端电极45到由层42、43形成的Cu(Ga,In)Se2吸收层上。
因此，图4示出了用于CIS沉积的优选的实施例。当该原理性示出的工艺将被推广至更大的衬底宽度时，线型蒸发源和线型离子束源也不得不相应地放大。例如1m的蒸发材料容器在清洗和蒸发材料填充过程中可能仍是可管理的，对于该过程，蒸发材料容器不得不从线型蒸发源除去。对于更长的线型蒸发源，蒸发材料长度例如为3m、5m或后文的甚至直达10m，这不再可能。仅除去蒸发材料容器就很困难，极有可能是不可行。单凭其毛重，蒸发材料容器在不利的操作过程中也可能断裂。当蒸发材料容器2填充有蒸发材料时，蒸发材料容器可能断裂的风险增加。此外，需要附加的空间用于维持和支撑例如补充性的蒸发材料容器。
因此，蒸发材料容器，尤其是适合批量生产CIS的线型蒸发源的蒸发材料容器，应被划分成多个所谓的蒸发材料容器模块。图6a和6b示出线型蒸发材料源50、60的两个优选的实施例，其中模块51、52、53、54、61、62、63、64被不同地配置。
图6a示出的概念的优点是蒸发材料消耗均匀，在该概念中，使模块彼此分开，在每个模块中建立分立的蒸气压力均衡。然而，布置于其上的部件(即节流阀元件6’和喷嘴元件4’)的复杂配置是缺点。
图6b示出的蒸发材料容器模块的概念的优点是：衬底的稳定的横向均匀性——在位于衬底上的部件(即节流阀元件6’’和喷嘴元件4’’)的相对简单的配置下；在该概念中，通过使模块彼此不分开，而在每个模块61、62、63、64内或上建立相同的蒸气均衡压力。
通过图2示出的外部蒸气释放开口5a和5c的更大的横截表面14a和14c（与内部蒸气释放开口5b相比），使得充足的材料也施加到衬底的边缘部分。图1示出的喷嘴轴线B关于纵向L相对于容器轴线A的倾斜导致蒸发材料沿纵向L（因而沿衬底21的横向方向）具有特别高的均匀性，其中，衬底21垂直于线型蒸发源1的纵向L被移动。
因此，根据本发明的这种配置促成特别高的均匀性，促成高的质量流率。这种质量流率的稳定性可以进一步增加，因为线型蒸发源1和1’的容器轴线A、A’平行于重力方向G而排列。因此，具有恒定表面的蒸发材料被分别布置在凹陷部3处，使得确保恒定的质量流动——也直到完全消耗蒸发材料。在此情况下，线型蒸发源1和1’不得不相对于彼此更紧密地定位，并且/或者喷嘴轴线B和B’不得不相对于容器轴线A和A’更强烈地倾斜，使得蒸气流垂直地冲击衬底表面。然而，在特定情况下，非垂直的冲击可能有益而令人期待。
尽管在有利的实施例中示出具有相应的蒸气释放开口5a、5b、5c的多个喷嘴，根据本发明还可以设置线型蒸发源包括具有单一蒸气释放开口的单一喷嘴，其中，该蒸气释放开口沿线型蒸发源的纵向延伸。
以顶视图或横截面图将根据本发明的喷嘴板70的有利的实施例原理性地示出在图7a和图7b中。
显然，根据本发明的喷嘴板70包括不同的喷嘴71a、71b、71c、71d，即彼此的距离、喷嘴板纵向上以及横向方向上各自的宽度而不同。喷嘴71a、71b、71c、71d的开口角度例如相同，然而，在此也可以提供变型以调节特定期待的束轮廓。
使用具有模块化配置的蒸发材料容器——其由多个小的蒸发材料容器51、52、53、54、61、62、63、64组装而来——促成了蒸发器50、60纵向延展方面的简单推广，尤其是为了获取很长而操作简单的线型蒸发器。此外，显著降低在维持期间对蒸发材料容器的无意破坏的风险。另外，各个小的非功能性蒸发材料容器51、52、53、54、61、62、63、64可以迅速更换，这比更换大的蒸发材料容器更为低本高效。
可替换地或者除此之外附加地，还可以设置将喷嘴板根据多个喷嘴板分段模块化配置（未示出）。
根据本发明的线型蒸发器1和1’相对于点状蒸发小室具有改善30%到40%的材料良率。相对于已知的线型蒸发小室，显著地改善了均匀性，尤其更好地适合于柔性衬底支承和增长的衬底宽度，以及尤其可灵活地适应于特定的要求。
这种适应性特别地基于根据本发明提供的特殊的喷嘴形状或其相对于容器轴线A和A’的定向而存在，该定向可以通过各种喷嘴元件4而差别地提供。
此外，甚至可以在特定调适的喷嘴元件的范围内提供喷嘴形状的可调整性，其中，例如可倾斜地布置壁部分8、9、10、11。

Claims (13)

1.一种线型蒸发源（1,1’,1’’,1’’’;50;60），其尤其用于真空沉积装置，该线型蒸发源包括：
至少一个蒸发材料容器（2），所述蒸发材料容器包括用于接收所述蒸发材料的凹陷部（3），
至少一个热源，
和一个沿所述线型蒸发源（1,1’,1’’,1’’’;50;60）的纵向（L）延伸的喷嘴，和/或
至少两个沿所述线型蒸发源（1,1’,1’’,1’’’;50;60）的纵向（L）间隔开布置的喷嘴，其中，所述喷嘴分别包括至少一个蒸气释放开口（5a，5b，5c），其中，所述蒸发材料容器（2）具有容器轴线（A，A’），
其特征在于，所述至少一个蒸气释放开口（5a，5b，5c）包括至少两个壁部分（8,9,10,11），所述至少两个壁部分优选地基本垂直于所述纵向延伸部（L）而延伸，并且所述至少两个壁部分被定向为和/或能定向为彼此不平行，其中，所述蒸气释放开口（5a，5b，5c）的两个壁部分（8,9,10,11）被构造呈圆锥形，尤其被构造呈非对称圆锥形扩张。
2.根据权利要求1所述的线型蒸发源（1,1’,1’’,1’’’），其中，所述喷嘴包括至少一个热反射器（16），所述热反射器优选地由至少一个金属片制成，所述金属片由来自元素周期表的第四至第十族的金属族的耐温材料及/或其合金制成，所述金属优选为钨、钛、钼以及钽，所述热反射器尤其毗邻或围绕所述蒸气释放开口（5a，5b，5c）布置。
3.根据权利要求1或2所述的线型蒸发源（50；60），其中，所述蒸发源包括蒸发材料容器，所述蒸发材料容器被模块化配置为具有至少两个，优选地为3至40个，优选地3至20个，尤其是5至10个更小的蒸发材料容器模块（51,52,53,54；61,62,63,64），其中，优选地，所述模块（51,52,53,54；61,62,63,64）的纵向延伸部（L纵）比它们的横向延伸部（L横）大得多。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的线型蒸发源，其中，所述蒸气释放开口（5a，5b，5c）具有纵轴线，所述纵轴线被布置为和/或能被布置为相对于所述容器轴线倾斜，其中所述倾斜有利地为1°到90°，优选为10°到60°，特别地优选10°到45°，尤其为20°到30°。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的线型蒸发源，其中，所述喷嘴布置在至少一个喷嘴元件（4）内，优选布置在一个喷嘴板内，所述喷嘴板尤其可松脱地与所述蒸气材料容器（2）连接，其中，所述喷嘴板优选地配置为固体，尤其由石墨制成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的线型蒸发源，其中，在所述喷嘴和所述凹陷部（3）之间布置节流阀元件（6），其中所述节流阀元件包括至少一个节流阀开口（12,13），所述至少一个节流阀开口沿着观察方向布置在所述喷嘴和所述凹陷部（3）之间，
其中，优选地，相对于所述纵向延伸部（L）而言布置在更外侧的至少一个喷嘴的各个喷嘴的节流阀开口（12,13）的总的横截面区域等于或大于相对于所述纵向延伸部（L）而言布置在更内侧的至少一个喷嘴的节流阀开口（12,13）的总的横截面区域；
其中，优选地沿观察方向，在所述凹陷部（3）和所述节流阀开口（12,13）之间，和/或在所述节流阀开口（12,13）和所述喷嘴之间，布置作为喷溅防护装置的遮挡元件，其中，所述遮挡元件尤其沿观察方向覆盖所述节流阀开口（12,13）的总横截面区域。
7.一种蒸发室（20；30），所述蒸发室包括至少一个蒸发源（1,1’）,
至少一个用于平坦衬底、带状衬底（21）或类似物的衬底夹持器以及/或者衬底支承，其中所述蒸发源为根据前述权利要求中任一项所述的线型蒸发源（1,1’），其中包括直的和/或弯曲部分的带状衬底支承优选地被设置作为衬底支承，并且所述线型蒸发源（1,1’）布置为使得蒸气在该直的或弯曲部分内沉积所述衬底材料，其中优选地使所述线型蒸发源（1,1’）的容器轴线（A,A’）被布置为和/或能布置为相对于重力取向（G）倾斜0°到40°，优选地10°到25°，特别优选为15°。
8.根据权利要求7所述的蒸发室(20;30)，其中至少提供两个线型蒸发源（1,1’），其中，所述至少两个线型蒸发源（1,1’）被布置为和/或能布置为相对于彼此倾斜，并且/或者它们的容器轴线（A,A’）取向相同。
9.根据权利要求7或8所述的蒸发室（20;30），其中，设置至少两个线型蒸发源（1,1’），其蒸汽释放开口(5a,5b,5c,5a’)的各个纵轴线（B,B’）相对于各自的容器轴线(A,A’)相同或者不同地布置，并且/或者其中所述线型蒸发源(1,1’,1’’,1’’’)至所述衬底具有0.05m到2.00m,优选地0.1m到1m,尤其为0.3m到0.7m的距离，并且/或者其中所述线型蒸发源(1,1’,1’’,1’’’)彼此之间具有0.01m到3.00m,优选地0.1m到2m,尤其为0.15m到1m的距离，并且/或者其中至少一个点状和/或线型离子束源（32,33）或等离子体源被布置在所述蒸发室（30）内，其中所述线型离子束源或者等离子体源优选地被加热并且尤其接近所述蒸发室（30）的外边界或者在所述蒸发室的中心被定位。
10.一种涂覆衬底（21）的方法，其中，在根据权利要求7至9中任一项所述的蒸发室中，优选地使用至少一个根据权利要求1至6中任一项所述的线型蒸发源(1,1’)，其中，工艺环境优选地包括硫、碲和/或硒，并且尤其生成至少一个黄铜矿层。
11.一种用于蒸发源的喷嘴板（4），所述蒸发源尤其为这样的线型蒸发源：所述线型蒸发源具有与线型蒸发源的纵向取向（L）相对应的纵向延伸部，并且具有在所述纵向延伸部中延伸的一个喷嘴，并且/或者具有在所述纵向延伸部中间隔布置的至少两个喷嘴，所述至少两个喷嘴分别具有至少一个蒸气释放开口(5a,5b,5c)，其中，所述至少一个蒸气释放开口(5a,5b,5c)包括至少两个壁部分(8,9,10,11)，所述至少两个壁部分(8,9,10,11)优选地基本正交于所述纵向延伸部（L）而延伸，并且至少两个壁部分(8,9,10,11)被定向为和/或能定向为彼此不平行，其中，所述蒸气释放开口(5a,5b,5c)的所述两个壁部分(8,9,10,11)优选地被构造呈圆锥形，尤其被构造呈非对称圆锥形地扩张。
12.根据权利要求11所述的喷嘴板，其中所述蒸气释放开口(5a,5b,5c)包括纵轴线，所述纵轴线被布置为和/或能布置为相对于大的喷嘴板表面的法向倾斜，其中所述倾斜有利地为1°到90°，优选地为10°到60°，特别优选地为10°到45°，尤其为20°到30°。
13.根据权利要求11或12所述的喷嘴板（4），其中所述喷嘴板被配置为固体，尤其由石墨制成。
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