CN103805951B - 太阳能电池形成装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了在太阳能电池基板上形成具有基本上均匀的厚度的材料膜的装置及其形成工艺。在一些实施例中，在该装置中所实施的工艺是物理汽相沉积(PVD)。在一个实施例中，装置包括专门配置的流通孔。在另一个实施例中，装置包括可移动关闭器，该关闭器与其上安装有待处理的基板的旋转鼓轮保持同步地打开和关闭。在其他实施例中，装置包括可变电源或鼓轮速度控制器，该可变电源或鼓轮速度控制器分别与旋转鼓轮保持同步地自动改变供应给装置的电源或鼓轮速度。本发明还提供了太阳能电池形成装置和方法。

Description

太阳能电池形成装置和方法
技术领域
本发明一般地涉及光伏太阳能电池，更具体地，涉及薄膜太阳能电池及其形成方法。
背景技术
薄膜光伏(PV)太阳能电池是一种利用被转换成可以用于许多应用的可用电能的光形式的可再生能源的能源装置。薄膜太阳能电池是通过在基板上沉积半导体和其他材料的各种薄层和膜所形成的多层半导体结构。这些太阳能电池可以制造成具有包括多个独立的电互连电池的一些形式的轻便灵活的板。轻便灵活的属性提供了薄膜太阳能电池广泛的潜在应用，作为电力来源用在便携式电子设备、航空与航天空间、以及包括诸如屋顶木瓦、建筑物外立面和天窗的各种建筑部件的住宅和商用建筑物中。
薄膜太阳能电池通常包括按次序排列的背部基板(诸如玻璃、聚合物或金属)、底部电极层(也称为“背部接触件”)、有源p型光吸收层、缓冲层和n型透明导电氧化物(TCO)顶部电极层。通常通过在顶部电极层上直接施加EVA-丁基密封剂，然后施加诸如玻璃或聚合物的保护性顶部覆盖物来完成太阳能电池。
硫系材料已经用于吸收层。硒化铜铟镓(CIGS)是一种在薄膜太阳能电池中普遍使用的硫系吸收层材料。基于CIGS的薄膜太阳能电池已经实现了卓越的转化效率(例如在实验室环境中超过20％)。用于沉积CIGS薄膜的一种方法是顺序两步溅射电沉积-硒化工艺。首先，利用合适材料的靶将铜、镓和铟溅射在基板上以形成CIG前体膜。接着，实施硒化，硒化涉及使CIG前体膜与Se蒸汽或H2Se气体反应从而完成CIGS吸收层膜。
有时，在具有旋转鼓轮的PVD(物理汽相沉积)装置中实施溅射-硒化工艺，当多个太阳能电池基板经历吸收层沉积/形成工艺时，该多个太阳能电池基板安装在旋转鼓轮上。这种装置倾向于产生基板边缘处的厚度通常厚于中心区域处的厚度的CIGS膜厚度。当处理更大的旋转或转动基板时，该问题最显著。由于所沉积的CIGS膜的吸收层厚度均匀性会影响太阳能电池的效率，所以通常不期望厚度不均匀。
因此需要解决上述问题的改进的薄膜太阳能电池。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种用于在太阳能电池基板上形成材料膜的装置，所述装置包括：壳体，限定真空室；旋转鼓轮，设置在所述真空室中并且限定多个基板支撑表面，每个基板支撑表面都被配置成保持要被处理的刚性基板；溅射源，可操作地与所述真空室连接并且提供用于将材料膜成分运送至所述真空室的溅射气体；溅射钯，与所述溅射源相关联并且包含材料膜成分；以及屏蔽板，在所述溅射钯和所述真空室之间被安装在所述壳体中，所述屏蔽板包括与所述溅射源和所述真空室流体连通的细长的流通孔，所述流通孔包括具有一宽度的相对端部和宽度小于至少一个端部的宽度的中间部分。
在该装置中，所述中间部分限定出所述孔大约在所述孔的中间高度处的最小宽度。
在该装置中，所述流通孔大体呈沙漏形状，包括在所述端部之间延伸的向内凸起的侧边。
在该装置中，所述材料膜成分是吸收层成分。
在该装置中，与所述流通孔的其他部分相比，所述溅射气体以降低的流动速率流过所述流通孔的所述中间部分，以在所述基板上沉积材料膜。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于在太阳能电池基板上形成材料膜的装置，所述装置包括：壳体，限定真空室；旋转鼓轮，设置在所述真空室中并且限定多个基板支撑表面，每个基板支撑表面都被配置成保持要被处理的刚性基板；溅射源，可操作地与所述真空室连接并且提供用于将材料膜成分运送至所述真空室的溅射气体；溅射钯，与所述溅射源相关联并且包含材料膜成分；以及一对流通关闭器，可移动地设置在所述溅射钯和所述真空室之间，所述关闭器可在打开位置和关闭位置之间枢转运动；其中，所述关闭器与所述旋转鼓轮的旋转保持同步地打开和关闭以调节经过其流向所述真空室的溅射气体流，从而控制沉积在所述基板上的材料膜的厚度。
在该装置中，当所述基板的中心区域经过所述钯时，所述关闭器移动至所述打开位置。
在该装置中，当所述基板的边缘经过所述钯时，所述关闭器移动至所述关闭位置。
在该装置中，所述关闭器在所述打开位置和所述关闭位置之间切换的速度与所述旋转鼓轮的旋转速度成比例地进行改变。
在该装置中，由可编程控制器控制所述关闭器的位置。
在该装置中，所述控制器控制可操作地与至少一个所述关闭器连接的至少一个伺服电机的操作。
在该装置中，每个所述关闭器都被配置为直叶片，所述关闭器被定向为与设置在所述关闭器和所述真空室之间的前流通开口垂直。
在该装置中，所述材料膜成分是吸收层成分。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于在太阳能电池基板上形成材料膜的装置，所述装置包括：壳体，限定真空室；旋转鼓轮，设置在所述真空室中并且限定多个基板支撑表面，每个基板支撑表面都被配置成保持要被处理的刚性基板；可变速电机驱动器，可操作地与所述鼓轮连接并且被配置成使所述鼓轮以一种以上的旋转速度旋转，所述电机驱动器使所述鼓轮以基线速度水平旋转；溅射源，可操作地与所述真空室连接并且提供用于将材料膜成分运送至所述真空室的溅射气体；溅射钯，与所述溅射源相关联并且包含材料膜成分；以及可编程控制器，可操作地与所述电机驱动器连接，所述控制器与所述旋转鼓轮上的所述基板相对于所述钯的位置同步地运转，以增加或降低所述鼓轮的旋转速度。
在该装置中，当所述基板的边缘接近所述钯的附近时，所述鼓轮的旋转速度增加至所述基线速度水平之上。
在该装置中，当所述基板的边缘离开所述钯的附近时，所述鼓轮的旋转速度降低至所述基线速度水平。
在该装置中，当所述基板的中间部分接近所述钯的附近时，所述鼓轮的旋转速度保持在所述基线速度水平。
在该装置中，所述控制器以根据速度相对于所述鼓轮的旋转角的正弦曲线增加和降低速度的方式来控制所述鼓轮的旋转速度。
在该装置中，所述材料膜成分是吸收层成分。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于在太阳能电池基板上形成材料膜的装置，所述装置包括：壳体，限定真空室；旋转鼓轮，设置在所述真空室中并且限定多个基板支撑表面，每个基板支撑表面都被配置成保持要被处理的刚性基板；溅射源，可操作地与所述真空室连接并且提供用于将材料膜成分运送至所述真空室的溅射气体；电力电源，与所述溅射源连接，所述电源可操作地生成所述溅射源的基线功率水平；溅射钯，与所述溅射源相关联并且包含材料膜成分；以及可编程控制器，可操作地与所述电源连接，所述控制器与所述旋转鼓轮上的所述基板相对于所述钯的位置同步地运转以增加或降低所述溅射源的功率水平。
在该装置中，当所述基板的边缘接近所述钯的附近时，所述溅射源的功率水平增加至所述基线功率水平之上。
在该装置中，当所述基板的边缘离开所述钯的附近时，所述溅射源的功率水平降低至所述基线功率水平。
在该装置中，当所述基板的中间部分接近所述钯的附近时，所述溅射源的功率水平保持在所述基线功率水平。
在该装置中，所述材料膜成分是吸收层成分。
该装置还包括与所述真空室流体连接的硒气源，所述装置被配置成在所述基板上沉积硒。
附图说明
下文关于以下附图描述优选的实施例的特征，其中，相同的元件被类似地标示，其中：
图1是根据本发明的用于在太阳能电池基板上形成薄膜的溅射装置的第一实施例的顶部截面平面图；
图2是图1的装置的溅射源外壳的等距视图；
图3和图4是可以在图1的装置中使用的可打开/可关闭关闭器系统的顶部截面平面图；
图5是具有具体配置的流通孔(flowaperture)的图2的外壳的等距正视图；
图6是图2的外壳和图3和图4的关闭器系统的等距正视图；
图7是图1的装置中可使用的溅射源钯的正视图；
图8是可以在图1的溅射装置中使用的用于保持基板的备选的可旋转鼓轮的顶部截面平面图；
图9是示出在图8的鼓轮的旋转过程中基板相对于钯的运动路径的基板和溅射钯的示意性俯视图；以及
图10是示出鼓轮速度控制轮廓曲线的曲线图，该鼓轮速度控制轮廓曲线可以用于控制图8的鼓轮的速度以改进膜厚度的均匀性。
所有的附图都是示意性的而并没有按比例绘制。
具体实施方式
预期结合附图阅读示例性实施例的这种描述，所述附图被认为是整个书面说明书的一部分。在本文公开的实施例的描述中，对方向或定向的任何引用仅为了描述的方便，而并不预期以任何方式限制本发明的范围。诸如“下”、“上”、“水平”、“垂直”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”的空间相对位置的术语及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应该被解释为是指如随后所述的或者如论述中的附图所示的定向。这些空间相对位置的术语是为了便于描述，并不要求在具体定向上构造或操作装置。除非另有明确描述，否则关于“附接”、“附加”、“连接”和“互连”等的术语是指其中结构彼此直接固定或附接或通过中间结构彼此间接地固定或附接的关系以及两者都是可移动的或刚性的附接或关系。再者，通过引用实施例说明了本发明的特征和优点。因此，明显地本发明不限于这些实施例，这些实施例说明了可以单独存在的或以其他组合特征的方式存在的一些可能的非限制组合特种；本发明的范围由所附的权利要求限定。术语“芯片”和“管芯”在本文中可交换使用。
根据本发明，发明人已经发现可以通过膜沉积装置设计和/或工艺操作中的一种或多种改进来实现更好的CIGS吸收层膜厚度的均匀性。这些改进包括如本文将描述的以下改进：(a)利用可以通过溅射装置的外部真空室控制的专门设计的屏蔽件(shield)可以改进沿着基板在垂直方向上的膜厚度的均匀性；(b)通过与旋转的基板传送带或鼓轮速率同步的机械关闭器(shutter)可以改进沿着基板在水平方向上的膜厚度的均匀性；(c)通过与旋转鼓轮速率同步的电子控制的溅射电源可以改进沿着基板在水平方向上的膜厚度的均匀性；以及(d)通过调整与旋转的基板和固定的溅射钯之间的距离同步的鼓轮旋转速率可以改进沿着基板在水平方向上的膜厚度的均匀性。优选地，这些上述改进提高了CIGS吸收层膜厚度的均匀性，从而改进了太阳能电池性能和效率。
现进一步详细描述上述改进。
图1是示出根据本发明的用于形成吸收层膜的物理汽相沉积(PVD)装置100的一个示例性实施例的俯视图。装置100包括其中限定出真空室102的壳体105。在一些实施例中，真空室102可以是环形。在各个实施例中(不用于限制)，壳体105可以成形为多边形。例如，如说明的实施例所示，壳体105可以是八边形。在各种其他可能的实施例中，多边形壳体可以是六边形、十面体或其他合适的形状。壳体105可以包括设置在真空室102的一个或多个面上的一个或多个可移动的出入口。在一些实施例中，壳体105可以由诸如不锈钢的金属或用于溅射装置的其他合适金属和合金形成。
在一个典型的示例性实施例中(不用于限制)，壳体105可以在其中限定出单个真空室102，该单个真空室的高度为约2.4m(例如2.3m至2.5m)，其长度和宽度为约9.8m(例如9.7m至9.9m)。
继续参考图1，PVD装置100包括旋转和可旋转的基板支撑鼓轮120，该鼓轮120被配置成在设置在鼓轮上的多个垂直基板支撑表面122上可释放地支撑和保持多个基板130(也参考图7)。如图所示，表面122从鼓轮120向外呈放射状地面向由壳体105所限定的真空室102的内表面，使得可以向用于在基板上沉积硒的布置在鼓轮周围的一个或多个固定的溅射源135和蒸发源140提供基板。
参考图7，图7是基板130被安装在基板支撑鼓轮120上时被定位的正视图，在一些实施例中该基板的结构是基本上平坦和多边的，包括顶部边缘131、底部边缘132以及相对的一对侧边缘133。在所示的实施例中，基板130的形状是直线。可以使用的任何合适的平面的或平坦的刚硬薄膜太阳能电池基板材料可以被安装至基板支撑鼓轮120。在一些实施例中，例如，基板130包括诸如钙玻璃的硬质玻璃。在其他可能的实施例中，基板130包括诸如硬质金属或塑料片材的其他太阳能电池材料。可以在PVD装置100中加工的基板130的典型的具有代表性的尺寸包括(但不限于)那些测量宽度是大约60cm至100cm和测量高度是大约1.5m至2.0m的尺寸。可以使用具有其他合适尺寸的基板。
再次参考图1，基板鼓轮120可以在真空室102中绕中心垂直的旋转轴进行枢轴旋转并限定出中心垂直的旋转轴。尽管图1示出用于鼓轮120的顺时针方向旋转，但是在一些实施例中，鼓轮120被配置和布置成以逆时针方向旋转。在各个实施例中，可旋转的基板鼓轮120与驱动轴可操作地连接，该驱动轴通过安装至装置100并可操作地旋转和转动鼓轮的电机驱动器(motordrive)108或其他驱动装置旋转。各个实施例中的电机驱动器可以安装在装置壳体105的顶部或底部处。在一个实施例中(不用于限制)，如本文中进一步描述的，将变速电机用于通过合适配置的电机转速控制器控制的电机驱动器108，该电机转速控制器可操作地使基板鼓轮120以恒速和/或变速旋转。在一些实施例中，可编程控制器220控制电机驱动轴的速度。
在一些实施例中，例如，基板鼓轮120以大约5RPM和100RPM(例如3RPM和105RPM)之间的速度旋转。在各个实施例中，选择可旋转基板鼓轮120的旋转速度(每分钟转动次数或RPM)以使吸收层部件在多个基板130上的过量沉积最小化。在一个示例性实施例中，基板鼓轮120以大约80RPM(例如75RPM至85RPM)的速度旋转。在一些实施例中，装置100包括设置在基板鼓轮120内的并可移动地与由壳体105支撑的电机驱动器连接的可旋转内部驱动筒110。如图所示，可旋转内部驱动筒110通过一个或多个从中心106向外呈放射状延伸并与电机驱动器的驱动轴直接或间接连接的支撑臂104可操作地与共心布置的外部基板鼓轮120连接。如图所示，在不用于限制的一个实施例中，内部驱动筒110具有与基板鼓轮120的形状(即，多边形)基本上共形和互补的形状。然而，驱动筒110可以具有包括圆形的任何合适形状。
继续参考图1，PVD装置100包括具有至少一个溅射源135的溅射系统200，溅射源135被配置成在多个基板130的每一个的至少一部分表面上方沉积第一类型的多个吸收层原子。在一些实施例中，如图所示，溅射系统200包括可以布置在直径的相对位置上的两个溅射源135。当基板130为了形成薄膜太阳能电池的CIGS吸收层而旋转经过溅射源时，溅射源135可操作地在基板130上沉积铜、铟和镓原子。取决于要沉积在太阳能电池基板130上的材料的数量和性质，可以提供任何合适数量的溅射源。
在一个实施例中，如图1和图2所示，溅射源135被设置在屏蔽箱外壳250中，屏蔽箱外壳250附接至壳体105并且被配置为与形成在壳体105内的真空室102物理连通。在一个实施例中，溅射源135在真空室102的外部被安装在外壳105上，如图所示，溅射源135被定位和设置在真空室102的外部上。如本文进一步描述的，在一个实施例中，屏蔽箱外壳250支撑溅射系统200的溅射源135和其他附属部件。
图2是当从真空室102内部向外观看时所观察到的屏蔽箱外壳250的透视图。在一个实施例中，屏蔽箱外壳250包括结构支撑架，该结构支撑架包括前壁251、后壁253、一对连接前壁和后壁的相对侧壁252、顶壁254和底壁256。这些壁限定出包含和支撑溅射源135、固定钯137、可枢转关闭器(shutter)300(例如，参见图3至图4)和其他附属部件的内腔255。前壁251限定出流通开口，在一个实施例中，该流通开口是前壁251中的前开口258，该前开口258垂直和水平地延伸以在腔255和PVD装置100的真空室102之间提供开放流通路径，该开放流通路径被配置为和可操作地允许来自钯137的溅射或运载气体和吸收层膜成分通过以到达设置在可旋转的鼓轮120上的基板130并在该基板130上形成层。在其他实施例中，如本文进一步描述的，可以通过屏蔽板230的流通孔232形成流通开口(例如，参见图2和图5)。例如，在一些实施例中，可以用包括诸如不锈钢的金属的任何合适的材料制成外壳250。
现在继续参考图1和图2，例如，溅射源135可以是磁电管、离子束源、RF发生器或者被配置成在多个基板130的每一个的至少部分表面上方沉积多个第一类型的吸收层原子的任何合适的溅射源。提供电源180，该电源180恰当地被配置为选择使用的特定类型的溅射源135供电。在一个实施例中，电源180具有输出至通过可编程控制器220控制的溅射源135的可调节电流。在一些实施例中，第一溅射源135包括设置在旋转基板130的视野范围内的多个溅射钯137中的至少其中一个，以在基板130上沉积原子。第一溅射源135可以利用为了沉积膜而将吸收层成分运送至基板130的惰性溅射气体或运载气体。在一些实施例中，用氩气实施溅射。可以使用的其他可能的溅射气体包括但不限于氪气、氙气、氖气和类似的惰性气体。
如图1所示，PVD装置100包括设置在真空室102的视野范围内的第一溅射源135和设置在该真空室的视野范围内并与第一溅射源相对的第二溅射源135，其中，第一溅射源135被配置和形成为在多个基板130的每一个的至少部分表面上方沉积多个第一类型的吸收层原子，而第二溅射源135被配置和形成为在多个基板130的每一个的至少一部分表面上方沉积多个第二类型的吸收层原子。在其他实施例中，第一溅射源135和第二溅射源135在真空室内被设置为彼此相邻。在一些实施例中，第一和第二溅射源135可以均包括多个溅射钯137中的至少一个或多个。
在各个实施例中，第一溅射源135由多个第一类型的吸收层原子(例如铜(Cu))组成并被配置成在多个基板130的每一个的至少一部分表面上方沉积多个第一类型的吸收层原子，第二溅射源135由多个第二类型的吸收层原子(例如铟(In))组成并被配置成在多个基板130的每一个的至少一部分表面上方沉积多个第二类型的吸收层原子。在一些实施例中，第一溅射源135被配置成在多个基板130的每一个的至少一部分表面上方沉积多个第一类型(例如铜(Cu))和第三类型(例如镓(Ga))的吸收层原子。在一些实施例中，第一溅射源135包括一个或多个铜-镓溅射钯137，而第二溅射源135包括一个或多个铟溅射钯137。例如，第一溅射源135可以包括两个铜-镓溅射钯，而第二溅射源135可以包括两个铟溅射钯。在一些实施例中，铜-镓溅射钯137的材料包括大约70％至80％(例如69.5％至80.5％)的铜和大约20％至30％(例如19.5％至30.5％)的镓。在各个实施例中，PVD装置100具有具有第一铜：镓浓度的第一铜-镓溅射钯137和具有第二铜：镓浓度的第二铜-镓溅射钯137以用于梯度组成溅射。例如，第一铜-镓溅射钯的材料可以包括65％铜和35％镓以控制单层沉积为第一梯度镓浓度，而第二铜-镓溅射钯的材料可以包括85％铜和15％镓以控制单层沉积为第二梯度镓浓度。
溅射钯137可以是任何合适的尺寸和结构。对于一个典型的实例，可以提供平面或平坦的直线溅射钯137，该溅射钯137的测量尺寸是(但不限于)大约10cm至20cm的宽度和大约1.5m至2.0m的高度。至少部分根据要加工的基板130的相应尺寸，可以使用其他合适的尺寸。
在一些实施例中，被配置成在多个基板130的每一个的至少一部分表面上方沉积多个吸收层铟原子的溅射源135可以掺杂有钠(Na)。可以用钠(Na)元素掺杂溅射源135的铟溅射钯137。发明人已经发现用钠掺杂铟溅射钯137可以使在太阳能电池中沉积碱性硅酸盐层的需求最小化。由于钠直接引入吸收层，所以这一改进可以为太阳能电池带来更低的制造成本。在一些实施例中，溅射源135是具有约2％和10％之间的钠(例如1.95％至10.1％钠)的掺钠铜源。在各个实施例中，例如，铟溅射源135可以掺杂有诸如钾的其他碱元素。在其他实施例中，装置100可以包括多个铜-镓溅射源135和多个掺钠铟溅射源135。例如，太阳能电池形成装置可以具有用于梯度组成溅射的65∶35的铜-镓溅射源135和85∶15的铜-镓溅射源135。
溅射源135和钯137的以上组合提供了用于在薄膜太阳能电池基板上形成CIGS吸收层的CIG基础。
继续参考图1，在各个实施例中，PVD装置100还包括蒸发源140，蒸发源140被配置成在具有由CIG组成的沉积膜的多个基板130的每一个的至少一部分表面上方沉积多个第四类型的吸收层原子。在一个实施例中，第四类型是无毒的元素硒并且可以包括任何合适的蒸发源材料。在一些实施例中，蒸发源140被配置和可操作地制造第四类型的蒸发源材料的蒸汽。该蒸汽可以凝结在一个或多个基板130上，以完成CIGS吸收层。例如，蒸发源140可以是蒸发皿、坩埚、灯丝线圈、电子束蒸发源或任何合适的蒸发源140。在一些实施例中，蒸发源140设置在真空室102的第一分室中。在各个实施例中，第四类型的蒸汽源材料的蒸汽在基板上方凝结之前可以被离子化(例如利用电离放电)以增加反应性能。在所示的实施例中，第一和第二溅射源135设置在真空室102的相对侧并且沿着真空室102的的外围被设置为基本上与蒸发源140等距。
参考图1，在各个实施例中，PVD装置100还包括诸如隔离泵152的第一隔离源，隔离泵152被配置和可操作地使蒸发源140和第一溅射源135隔离。第一隔离源可以被配置成防止来自蒸发源140的第四类型的材料(例如，硒)污染第一溅射源135。在所示的实施例中，例如，隔离泵152可以是真空泵。在其他实施例中，装置100可以包括多个隔离泵152。
在一些实施例中，第一隔离泵152设置在与真空室102流体相通的第一分室102内(参见图1)。隔离泵152可操作地保持第一分室102中的压力低于位于第一分室外部的真空室102内的压力，从而将来自蒸发源140的气流和蒸汽流转移至分室内。包括隔离泵152的隔离源设置在蒸发源140和溅射源135之间，以拦截和疏散由蒸发源引入真空室102的原子(例如，汽化铯源材料原子)，从而防止污染溅射源135。例如，隔离源152可以是真空泵152，真空泵152被设置在保持蒸发源140的真空室的第一分室内并被配置成疏散蒸发源材料原子以防止污染溅射源135。
如图1所示，在包括多个溅射源135和/或多个蒸发源140的各个实施例中，PVD装置100可以包括多个诸如隔离真空泵152的隔离源，以使每个蒸发源与每个溅射源135隔离。例如，如图所示，在具有设置在真空室102的相对侧的第一和第二溅射源135以及具有在真空室102的外围表面上分别设置在第一和第二溅射源135之间的第一和第二蒸发源140的实施例中，装置100可以包括设置在第一溅射源135和蒸发源140之间的第一隔离泵152以及设置在第二溅射源135和蒸发源140之间的第二隔离泵。因此，在所示的实施例中，装置100包括设置在蒸发源140和两个溅射源135中的一个之间的隔离泵152。
如图1所示，PVD装置100可以还包括一个或多个加热器117，以加热设置在可旋转鼓轮120的多个表面122上的多个基板130。在所示的实施例中，加热器117设置在加热器装置115中并被加热器装置115支撑，该加热器装置115被配置成将加热器设置为紧邻每个基板130。加热器装置115可以具有与可旋转的鼓轮120的形状基本上共形的形状。在所示的实施例中，多个加热器117示出为以基本上八边形的布置被设置在加热装置115内。然而，加热器装置115可以具有任何其他合适的形状。在各个实施例中，加热器装置115被设置成沿着基板装置120的外围保持基本上均匀的距离。在所示的实施例中，加热器装置115被设置在可旋转基板装置120的内表面上，更具体地，在一些实施例中，加热器117被设置在位于垂直的基板支撑表面122的后面的可旋转鼓轮120的内侧上。一个或多个额外的独立加热器117可以进一步被设置沿着可旋转鼓轮110的外表面的多个位置处以提供补充加热。在其他可能的实施例中，包括多个加热器117的加热器装置115可以沿着可旋转鼓轮110的外表面进行设置。
为加热器装置115提供合适的可商购的电源，该电源可以包括穿过可旋转鼓轮110的表面和/或来自鼓轮之下或之上的电线以为加热器117供电。
在各个实施例中，继续参考图1，基板支撑鼓轮120可以围绕加热器装置115旋转，该加热器装置115在PVD装置100的壳体105内保持固定。在其他实施例中，具有多个加热器117的加热器装置115可以与鼓轮120一起旋转。加热器117可以包括(但是不限于)红外线加热器、卤素灯泡加热器、电阻加热器或用于在沉积工艺期间加热基板130的任何合适类型的加热器。在一些实施例中，加热器装置115可以将基板130加热至大约300℃和550℃(例如295℃和555℃)之间的温度。
如图1所示，装置100还可以包括在蒸发源140周围设置的隔离挡板170。隔离挡板170可以被配置成将蒸汽源材料(例如硒)的蒸气引导和导向多个基板130的表面的特定部分。隔离挡板170可以进一步被配置成引导蒸发源材料的蒸汽远离溅射源135，从而防止蒸汽源材料122污染一个或多个溅射源135。在一些实施例中，例如，隔离挡板170可以由诸如不锈钢或其他类似的金属和金属合金的材料组成。在一些实施例中，隔离挡板170是一次性的。在其他实施例中，隔离挡板170是可清洗的。
在一些实施例中，参考图1，PVD装置100可以包括应用于装置的一个或多个部分的一个或多个原位监测装置160，以监测诸如温度、室压力、膜厚度、旋转鼓轮120位置和速度、供应给钯137的电源电流的工艺参数或在控制和监测装置100操作方面需要关注的任何其他合适的工艺参数。在各个实施例中，装置100可以包括装载互锁室(loadlockchamber)182和/或卸载互锁室(unloadlockchamber)184。在本发明的实施例中，装置100可以包括缓冲室155，缓冲室155用于提供真空破坏以及与壳体105中的内部真空室102连通以装载/卸载太阳能电池基板130。
参考图1，在一些实施例中，PVD装置100包括可编程控制器220，可编程控制器220被配置成和可操作地控制装置操作和膜沉积工艺。一些实施例中，控制器220包括如本领域技术人员公知的诸如中央处理单元(CPU)或多个微处理器(MPU)的适当配置的可编程计算机数据处理器、控制电路和母线、机器可读非易失性存储介质(例如光和磁存储装置，诸如硬盘、CD-ROM、DVD、磁带/盒、USB、RAM等)、易失性和非易失性存储器(例如ROM和RAM)、输入设备(例如键盘、鼠标、控制钮等)、输出设备(例如视觉显示器、打印机等)、有线和无线通讯接口、电源等，以提供用于预期的本申请的完整功能控制器。控制器220可操作地从监测装置160、通讯接口和输入装置接收数据输入信号以及将输出数据和控制信号提供给PVD装置100或与装置100相关的有关附属部件。用计算机可执行指令对机器可读介质进行编码，当处理器220读取和执行计算机可执行指令时，该计算机可执行指令配置和导致处理器引导和控制PVD装置100和相关附属部件(包括本文更具体地详细说明的那些)的各种操作。
根据本发明的第一方面，图2至图5示出在沿着基板130从顶边缘到底边缘的垂直方向上改进垂直吸收层膜厚度的均匀性的装置的一个实施例。在一个实施例中，PVD装置100包括至少一个专门配置的具有流通孔232的屏蔽板230，屏蔽板230设置在溅射源钯137和真空室102内部的基板130之间。屏蔽板230可操作地控制和分散其中携带有膜化合物的惰性载气流(或者运载气体流)并相应地控制沉积在由基板支撑鼓轮120运载旋转基板130上的材料(即，原子)的最终膜厚度的均匀性。图3和图4是屏蔽箱外壳250及其相关附属部件的一部分的俯视图。图5是箱体外壳250和屏蔽板230的正视图。
参考图2至图5，在一个实施例中，屏蔽板230被安装至箱体外壳250的前壁251并有效地封闭除了流通孔232之外的前开口258(参考图2)。屏蔽板230限定出顶边缘231、底边缘233以及一对横跨在顶边缘231和底边缘233之间纵向延伸的侧边缘235。在一个实施例中，屏蔽板230具有包括平行的前和后表面234的基本上平坦或平面的主体，并且还具有比该板的厚度大得多的长度和宽度。在一些实施例中，屏蔽板230具有可以是矩形或正方形的直线形状。可以提供其他合适的形状。
在一些实施例中，例如，屏蔽板230可以由包括诸如不锈钢的金属的任何合适材料制成。可以通过任何合适的方法将屏蔽板230附接至箱体外壳250，例如，包括但不限于焊接或机械紧固件。在一个实施例中，如图所示，屏蔽板230附接至箱体外壳250的前壁251。
如图2和图5最好示出的，在一个实施例中，流通孔232垂直延伸，以具有比最大宽度W1或W2大的高度H1。W1定义为孔232的顶端237和底端238处的宽度。W2定义为顶端237和底端238之间的宽度。
在一个实施例中，流通孔232具有沙漏形状，该沙漏形状具有比顶端237或底端238处的宽度W1小的最小宽度W2(参见图2和图5)。在一个实施例中，孔232的最小宽度W2位于中间高度H2处的孔的垂直中点处，中间高度H2定义为高度H1的一半。在一些实施例中，流通孔232的侧边236具有弓形的，向内凸的形状，其中，在一个实施例中，侧边之间的最窄点位于大约中间高度H2处。在其他实施例中，侧边236之间的最窄点或测量的宽度W2可以在中间高度H2之上或之下。因此，在一些实施例中，流通孔232的处于顶端237和底端238之间的中间部分的宽度W2小于顶端和底端处的宽度。
优选地，发明人已经发现图2和5所示的向内凸形状的流通孔与具有直边的孔相比在基板130上产生从顶边缘至底边缘的更好的垂直膜厚度的均匀性。膜厚度(在大基板上倾向于在接近顶边缘和底边缘处更厚)更均匀并且与更靠近基板中心处的膜厚保持一致。
根据本发明的第二方面，通过机械关闭器300可以改进沿着基板在水平方向上的吸收层膜厚度的均匀性，在PVD装置100中的加工过程中，机械关闭器300的位置与其上安装有基板130的旋转鼓轮120的旋转同步。
图3和图4示出箱体外壳250内的俯视图。图6是箱体外壳250的透视图。参考这些附图，一对相对并且垂直定向的关闭器300以支点P可枢转地安装在外壳250中。在一个实施例中，可以通过作为伺服机构的一部分所设置的电子伺服马达310的驱动轴限定支点P，该电子伺服马达310可操作地旋转关闭器300或使关闭器310枢轴旋转，以控制关闭器300相对于箱体外壳250的位置。在一个实施例中，为每个关闭器300都提供一个伺服马达。在一些实施例中，伺服马达310被安装在诸如顶壁254的箱体外壳250上并被箱体外壳250支撑，而关闭器300相应地均可移动地与伺服马达的驱动轴连接以及被伺服马达的驱动轴支撑。本领域的技术人员公知伺服马达和伺服机构，因此不需要进一步详细说明。
在一个实施例中，如图所示，支点P可以位于每个关闭器300的最后端从而为关闭器的最靠近PVD装置100的真空室102的相对前端提供最大运动。在其他实施例中，支点P可以位于包括接近中点的每个关闭器的端部之间。
在一个实施例中，关闭器300的形状为基本上直且平坦的叶片，该叶片在水平面上具有整体上矩形的结构和截面。可以使用其他合适的多边形和非多边形的整体和截面形状。关闭器300可以由包括诸如但是不限于不锈钢、铝或钛(作为一些非限制性实例)的金属的任何合适的材料制成。
继续参考图3、图4和图6，一对关闭器300用作可变的文丘里管或孔板以调节其中携带有膜化合物或原子(例如膜成分)的惰性溅射或运载气体流进入PVD装置100的真空室102中的量。这相应地允许在该结构旋转经过外壳250中的每个钯237的任何给定时间点处控制沉积在结构130上的吸收层膜厚度。在一个实施例中，如图3和图4最好示出的，关闭器300等距地设置在由屏蔽板230中的流通孔232限定的流通中心线CL的相对侧上并且在该流通中心线CL的相对侧上被对准。
通过伺服马达310控制关闭器300的位置和运动，在一个实施例中，由本文已经描述的控制溅射工艺的可编程控制器220控制伺服马达210。关闭器300可在图3所示的完全打开位置和图4所示的关闭位置之间可枢转移动。关闭位置可以是部分关闭的位置，以允许比关闭器处于完全打开位置时更少的携带有膜沉积成分的运载气体流离开箱体外壳250和进入真空室102。处于完全打开位置时，每个关闭器300均被定向为基本上与箱体外壳250的屏蔽板230和前壁251垂直。处于部分关闭位置时，关闭器300被定向为与箱体外壳250的屏蔽板230和前壁251成一定角度。
在一个实施例中，控制器220控制每个关闭器300的枢转运动以同时和同步或一致地发生，使得关闭器一起运动，以导致每个关闭器被定向为与屏蔽板230(或如果实施例不包括屏蔽板，前开口258)成相同的角度。在其他可能的实施例中，可以提供每个关闭器300的不同枢转运动，使得每个关闭器以与屏蔽板或前开口成不同角度打开。在一些实施例中，一个或另一个关闭器300可以枢轴运动而剩下的关闭器保持固定。根据目前的特定应用的需求可以对控制器220进行编程，以提供任何上述类型的操作。在一个实施例中，两个关闭器一起同时和一致地运动。
在在不具有本文公开的气流关闭器的优势的情况下进行先前的PVD工艺期间，如图3和图4所示，当基板130在鼓轮120上旋转时，相比于基板的中心部分，基板的侧边缘133更接近地经过钯137和箱体外壳250。这是因为无论被处理的结构的位置怎样，从箱体外壳250的前开口258离开的运载气体流基本上是恒定的，这不利地使得与侧边缘133之间的中心区域相比，侧边缘133(即，水平方向)处沉积的吸收层膜厚度更厚。横跨在基板的表面上方的活性吸收层的非均匀膜厚度相应地降低了太阳能电池能量转换效率和性能。基板越大，该非均匀问题越严重。
为了弥补上述缺陷，优选地，取决于基板相对于箱体外壳250和钯137的位置，本文公开的关闭器系统允许按照需求控制(即增加/降低)到达基板130的运载气体流以产生更均匀的膜厚度。到达基板的气流越大，得到的吸收层膜沉积会越厚。在一个实施例中，如下所述，关闭器300的位置由可编程控制器220进行控制并且与鼓轮120的旋转以及基板相对于箱体外壳和钯的位置同步。
图3示出相对于箱体外壳250和钯137居中的基板130，当基板130的中心区域303最接近前开口258和在一些实施例中的屏蔽板230(如果提供的话)的流通孔232时，关闭器300处于完全打开的位置处，以从而使到达基板的气流最大化(参见图3)。如图4所示，当基板的尾端边缘133接近箱体外壳250的前开口或流通孔时，关闭器300通过由控制器220控制的伺服电机310的操作开始关闭并且朝向如图所示的部分关闭的位置移动。因此，携带有吸收层成分的运载气体流减少，使得当尾端边缘133经过箱体外壳250时，减小所沉积的膜的厚度。
当下一个基板130的前边缘133接近箱体外壳250时，关闭器300保持如图4所示的部分关闭位置。当基板130继续旋转时，基板的中心区域303接近图3所示的位置并且关闭器300返回其完全打开的位置。
应该理解，当其上安装有基板130的旋转鼓轮120旋转经过箱体外壳250和钯137时，关闭器300的上述打开和关闭周期可以快速发生。该周期的持续时间直接对应于鼓轮120的旋转速度(即，RPM或每分钟转速)并且被控制器220进行控制，使得关闭器300根据基板相对于箱体外壳250的方向和位置而处于它们合适的上述位置(即，部分关闭或完全打开)。因此，在一个实施例中，对可编程控制器220进行编程和配置，以当加工基板时，实现关闭器300的上述操作。使用控制器220，可以以硬件、固件、软件或它们的组合来实现关闭器操作。
根据本发明的第三方面，通过电子控制与旋转或转动的鼓轮120的速率或RPM同步的溅射电源可以改进在水平方向上的吸收层膜厚度的均匀性。沉积在基板130上的吸收层膜厚度与由电源180(参见图1)供应给溅射源135的功率强度或水平成比例。因此，当基板旋转经过箱体外壳250和溅射源钯137时，通过控制提供给溅射源135的电源或电流允许在任何给定的时间点处控制和调节基板130上的膜厚度。
在一个实施例中，继续参考图1，电源180是可调节的，使得提供给溅射源135和钯137的功率输出或电流也是可控的。在一个实施例中，对可编程控制器220进行编程以控制电源180的输出。使用控制器220，可以以硬件、固件、软件或它们的组合来实现功率调节。
以上述如图3和图4所示的利用关闭器300调节惰性气流的稍微类似方式，控制器220根据基板相对于钯137和箱体外壳250的方向和位置以避免在基板垂直边缘133处沉积的吸收层膜厚度大于中心区域303处的厚度的方式周期性地增加和降低提供给溅射源135的功率输出(参见图3，图4和图7)。当基板130处于图3所示的位置时，提供给溅射源135的电源处于增加的或最大的水平以将吸收层膜沉积在基板的中心区域303上。如图4所示，当基板的尾部边缘133接近钯137时，控制器220将提供给溅射源135的电源减小至降低的或最小的水平。这降低了PVD工艺的反应性能，因此更少的吸收层膜沉积在接近边缘133的基板表面上。当下一个将被处理的基板130的前部边缘133接近钯137时，功率水平保持在该降低的或最小的水平直到中心区域接近钯(如图3所示)。然后控制器220将功率水平增加至用于在基板的中心区域303上形成吸收层的最大值。
优选地，以上述方式操作PVD工艺功率水平产生从基板130的一垂直边缘至另一垂直边缘133的更均匀的水平膜的吸收层膜厚度。
根据本发明的第四方面，通过调整与旋转基板和固定钯137之间的距离同步的鼓轮120的旋转速度或RPM可以改进沿着基板在水平方向上的吸收层膜厚度的均匀性。沉积在基板130上的吸收层膜厚度基板邻近钯137的暴露时间成比例，该钯137安装在箱体外壳250中(参见图1)。暴露时间越长，沉积在基板上的吸收层膜的厚度越厚。因此，控制其上安装有基板的旋转鼓轮120的RPM将增加或减少基板相对于钯137的暴露时间。这就允许在基板旋转经过箱体外壳250和溅射源钯137的任何给定的时间点处控制和调节基板130上的膜厚度。
在一个实施例中，继续参考图1，通过可编程控制器220控制鼓轮120的旋转速度(RPM)，对可编程控制器220进行编程和配置，以当基板每次经过钯137时改变或调节鼓轮速度。因此，根据基板130的垂直边缘133或中心区域303是否最接近钯137，鼓轮120的RPM随着时间周期性地变化。使用控制器220，可以以硬件、固件、软件或它们的组合来实现鼓轮旋转速度控制。
为了方便地阐述可变鼓轮速度实施例，图8是由电机驱动器108驱动的10边或十边形可旋转鼓轮120的俯视图。10个基板130分别被安装在相应的垂直基板支撑表面122的一个上。每个支撑表面122代表环的一部分并且占据中心旋转角为36度的扇区。当鼓轮120旋转经过钯137时，每个基板130都暴露给钯以用于在36度的弧上方沉积吸收层膜。
以如图3和图4所示利用关闭器300调节惰性气流或调节上述提供给溅射源135的电源水平的稍微类似方式，控制器220根据基板130(即，中心区域303或垂直边缘133)相对于钯137和箱体外壳250的方向和位置以避免在基板垂直边缘133处沉积的吸收层膜厚度大于中心区域303处的厚度的方式(例如，参见示出基板相对于钯的位置的图3和图4)周期性地增大和减小鼓轮120的旋转速度或RPM。
图9和图10将进一步便于可变鼓轮速度的实施例的描述。图9是示出沿着由围绕鼓轮120的基板130的旋转垂直边缘133所限定的圆形运动路径的三个旋转参考点1至3的示意性俯视图。图10是示出编程和配置控制器220以控制鼓轮速度的结果的鼓轮速度图。在一个实施例中，如图所示，对控制器220进行编程和配置，使得鼓轮120速度呈如图所示的正弦曲线。
现在描述可变鼓轮速度实施例的操作。参考图8至图10，当基板130的前部边缘133首先定位在点1时(对应于图10中的0度旋转角)时，鼓轮120的旋转速度(RPM)处于如图10所示的其最低或正常基线速度(baselinespeed)(例如，参见点1(0度)和点3(36度))处。当前部边缘133接近点2(18度)时，如图10所示，速度增加至更高或最高水平，因为如果鼓轮120的速度保持恒定，则该边缘最接近钯137将导致在边缘附近沉积更厚的吸收层膜。速度的增大减少了钯137的暴露时间，从而减小了形成在基板边缘133上的吸收层膜的厚度。
如图10所示，接下来，当前部边缘133接近点3(36度)时，鼓轮120的速度(RPM)减小返回至基线水平。位于点2(18度)的基板130的中心区域303现在最接近钯137。以正常速率沉积吸收层膜，因为中心区域经过时不像前部边缘或尾部边缘133那样地接近钯(参见图9中的基板的位置和弓形的运动路径)。
如图9所示，当基板的中心区域303处于最接近钯137的点2时，尾部边缘133位于点1处。当基板130继续旋转时，接下来，尾部边缘133将接近点2(图10中的18度)。通过控制器220再次增加鼓轮120速度，使得基板130的尾部边缘部分接收较少的吸收层膜。
优选地，以上述方式操作旋转鼓轮120速度(RPM)产生从基板130的一垂直边缘至另一垂直边缘133的更均匀的水平膜的吸收层膜厚度。应该理解，相同的方法应用于具有任何数量的平面或垂直基板支撑表面122的鼓轮120。因此，根据本发明的速度控制系统的可能实施例明显地不限于具有10条边的鼓轮(其仅为一个非限制性的实例)。
根据本发明的溅射系统和PVD装置的各个实施例可以包括一个或多个水平和垂直的吸收层膜厚度的均匀性改进的组合，或者根据目前的特定应用的需求，实施例可以单独利用改进中的任何一个。
应该理解，通过选择不同的溅射135和蒸发源140材料，图1的PVD装置100也可以用于形成具有除了本文公开的CIGS之外的不同类型的吸收层膜的太阳能电池。因此，本发明的实施例明显地不限于单独形成CIGS吸收层。
根据一个示例性实施例，提供了一种在太阳能电池基板上形成材料膜的装置。该装置包括：限定真空室的壳体；设置在真空室中并且限定多个基板支撑表面的旋转鼓轮，每个基板支撑表面被配置成保持要处理的刚性基板；可操作地与真空室连接的溅射源，该溅射源提供用于材料膜成分运送至真空室的溅射气体；与溅射源相关并且包含材料膜成分的溅射钯；以及安装在壳体中并位于溅射钯和真空室之间的屏蔽板。屏蔽板包括与溅射源和真空室流体连通的长流通孔。流通孔包括具有宽度的相对端部和宽度小于至少一个端部的中间部分。
根据另一个示例性实施例，一种用于在太阳能电池基板上形成材料膜的第二装置包括：限定真空室的壳体；设置在真空室中并且限定多个基板支撑表面的旋转鼓轮，每个基板支撑表面被配置成保持要处理的刚性基板；可操作地与真空室连接的溅射源，该溅射源提供用于将材料膜成分运送至真空室的溅射气体；与溅射源相关并且包含材料膜成分的溅射钯，以及不固定地设置在溅射钯和真空室之间的一对流通关闭器。关闭器在打开位置和关闭位置之间可枢转运动。
根据另一个示例性实施例，一种用于在太阳能电池基板上形成材料膜的装置包括：限定真空室的壳体；设置在真空室中并且限定多个基板支撑表面的旋转鼓轮，每个基板支撑表面被配置成保持要处理的刚性基板；可操作地与鼓轮连接并且被配置成使鼓轮以一种以上的旋转速度旋转的可变速电机驱动器，该电机驱动器使鼓轮以基线速度水平旋转；可操作地与真空室连接的溅射源，该溅射源提供用于将材料膜成分运送至真空室的溅射气体；与溅射源连接并且包含材料膜成分的溅射钯；以及可操作地与电机驱动器连接的可编程控制器。该控制器与旋转鼓轮上的基板相对于钯的位置保持同步地或一致地运转以增大或减小鼓轮的旋转速度。
根据另一个示例性实施例，一种用于在太阳能电池基板上形成材料膜的装置包括：限定真空室的壳体；设置在真空室中并且限定多个基板支撑表面的旋转鼓轮，每个基板支撑表面都被配置成保持要处理的刚性基板；可操作地与所述真空室连接的溅射源，溅射源提供用于将材料膜成分运送至真空室的溅射气体；与溅射源连接的电力电源，该电源可操作地产生溅射源的基线功率水平；与溅射源相关并且包含材料膜成分的溅射钯；以及可操作地与该电源连接的可编程控制器。该控制器与旋转鼓轮上的基板相对于钯的位置保持同步地或一致地运转以增加或降低溅射源的功率水平。关闭器与旋转鼓轮的旋转保持同步地打开和关闭，以用于调节经过该关闭器流向真空室的溅射气体流，从而控制沉积在基板上的材料膜的厚度。
尽管以上描述和附图表示本发明的示例性实施例，但应该理解，可以在不背离所附权利要求的等同物的精神和范围的情况下，对其进行各种增加、改变和替换。具体地，本领域普通技术人员应该很清楚，在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，可以以其他形式、结构、布置、比例、尺寸以及用其他元素、材料和组分来实现本发明。另外，可以在不背离本发明的精神的情况下对本文描述的可应用的方法/工艺和/或控制逻辑作出各种变化。作为本领域的技术人员还应该理解，在不背离本发明的原理的情况下可以利用本发明的实践中使用的结构、布置、比例、尺寸、材料和组分等的许多改变使用本发明，这尤其适用于特定环境和操作需求。因此，目前公开的实施例从所有方面考虑都是示例性的而不是限制性的，由所附权利要求及其等同物限定的本发明的范围，而不限于以上描述或实施例。相反地，应该宽泛地解释所附的权利要求以包括本领域的技术人员在不背离本发明的等同物的范围的情况下可以做出的本发明的其他变型例和实施例。

Claims (25)

1.一种用于在太阳能电池基板上形成材料膜的装置，所述装置包括：
壳体，限定真空室；
旋转鼓轮，设置在所述真空室中并且限定多个基板支撑表面，每个基板支撑表面都被配置成保持要被处理的刚性基板；
溅射源，可操作地与所述真空室连接并且提供用于将材料膜成分运送至所述真空室的溅射气体；
溅射靶，与所述溅射源相关联并且包含材料膜成分；以及
屏蔽板，在所述溅射靶和所述真空室之间被安装在所述壳体中，所述屏蔽板包括与所述溅射源和所述真空室流体连通的细长的流通孔，所述流通孔包括具有一宽度的相对端部和宽度小于至少一个端部的宽度的中间部分；
一对流通关闭器，可移动地设置在所述溅射靶和所述真空室之间，所述流通关闭器可在打开位置和关闭位置之间枢转运动；
其中，所述流通关闭器与所述旋转鼓轮的旋转保持同步地打开和关闭以调节经过其流向所述真空室的溅射气体流，从而控制沉积在所述刚性基板上的材料膜的厚度。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述中间部分限定出所述孔大约在所述孔的中间高度处的最小宽度。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述流通孔大体呈沙漏形状，包括在所述端部之间延伸的向内凸起的侧边。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述材料膜成分是吸收层成分。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，与所述流通孔的其他部分相比，所述溅射气体以降低的流动速率流过所述流通孔的所述中间部分，以在所述刚性基板上沉积材料膜。
6.一种用于在太阳能电池基板上形成材料膜的装置，所述装置包括：
壳体，限定真空室；
旋转鼓轮，设置在所述真空室中并且限定多个基板支撑表面，每个基板支撑表面都被配置成保持要被处理的刚性基板；
溅射源，可操作地与所述真空室连接并且提供用于将材料膜成分运送至所述真空室的溅射气体；
溅射靶，与所述溅射源相关联并且包含材料膜成分；以及
一对流通关闭器，可移动地设置在所述溅射靶和所述真空室之间，所述流通关闭器可在打开位置和关闭位置之间枢转运动；
其中，所述流通关闭器与所述旋转鼓轮的旋转保持同步地打开和关闭以调节经过其流向所述真空室的溅射气体流，从而控制沉积在所述刚性基板上的材料膜的厚度。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，当所述刚性基板的中心区域经过所述靶时，所述流通关闭器移动至所述打开位置。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，当所述刚性基板的边缘经过所述靶时，所述流通关闭器移动至所述关闭位置。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述流通关闭器在所述打开位置和所述关闭位置之间切换的速度与所述旋转鼓轮的旋转速度成比例地进行改变。
10.根据权利要求6所述的装置，其中，由可编程控制器控制所述流通关闭器的位置。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述可编程控制器控制可操作地与至少一个所述流通关闭器连接的至少一个伺服电机的操作。
12.根据权利要求6所述的装置，其中，每个所述流通关闭器都被配置为直叶片，所述流通关闭器被定向为与设置在所述流通关闭器和所述真空室之间的前流通开口垂直。
13.根据权利要求6所述的装置，其中，所述材料膜成分是吸收层成分。
14.一种用于在太阳能电池基板上形成材料膜的装置，所述装置包括：
壳体，限定真空室；
旋转鼓轮，设置在所述真空室中并且限定多个基板支撑表面，每个基板支撑表面都被配置成保持要被处理的刚性基板；
可变速电机驱动器，可操作地与所述旋转鼓轮连接并且被配置成使所述旋转鼓轮以一种以上的旋转速度旋转，所述可变速电机驱动器使所述旋转鼓轮以基线速度水平旋转；
溅射源，可操作地与所述真空室连接并且提供用于将材料膜成分运送至所述真空室的溅射气体；
溅射靶，与所述溅射源相关联并且包含材料膜成分；以及
可编程控制器，可操作地与所述可变速电机驱动器连接，所述可编程控制器与所述旋转鼓轮上的所述刚性基板相对于所述靶的位置同步地运转，以增加或降低所述旋转鼓轮的旋转速度。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，当所述刚性基板的边缘接近所述靶的附近时，所述旋转鼓轮的旋转速度增加至所述基线速度水平之上。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，当所述刚性基板的边缘离开所述靶的附近时，所述旋转鼓轮的旋转速度降低至所述基线速度水平。
17.根据权利要求14所述的装置，其中，当所述刚性基板的中间部分接近所述靶的附近时，所述旋转鼓轮的旋转速度保持在所述基线速度水平。
18.根据权利要求14所述的装置，其中，所述可编程控制器以根据速度相对于所述旋转鼓轮的旋转角的正弦曲线增加和降低速度的方式来控制所述旋转鼓轮的旋转速度。
19.根据权利要求14所述的装置，其中，所述材料膜成分是吸收层成分。
20.一种用于在太阳能电池基板上形成材料膜的装置，所述装置包括：
壳体，限定真空室；
旋转鼓轮，设置在所述真空室中并且限定多个基板支撑表面，每个基板支撑表面都被配置成保持要被处理的刚性基板；
溅射源，可操作地与所述真空室连接并且提供用于将材料膜成分运送至所述真空室的溅射气体；
电力电源，与所述溅射源连接，所述电力电源可操作地生成所述溅射源的基线功率水平；
溅射靶，与所述溅射源相关联并且包含材料膜成分；以及
可编程控制器，可操作地与所述电力电源连接，所述可编程控制器与所述旋转鼓轮上的所述刚性基板相对于所述靶的位置同步地运转以增加或降低所述溅射源的功率水平。
21.根据权利要求20所述的装置，其中，当所述刚性基板的边缘接近所述靶的附近时，所述溅射源的功率水平增加至所述基线功率水平之上。
22.根据权利要求21所述的装置，其中，当所述刚性基板的边缘离开所述靶的附近时，所述溅射源的功率水平降低至所述基线功率水平。
23.根据权利要求20所述的装置，其中，当所述刚性基板的中间部分接近所述靶的附近时，所述溅射源的功率水平保持在所述基线功率水平。
24.根据权利要求20所述的装置，其中，所述材料膜成分是吸收层成分。
25.根据权利要求24所述的装置，还包括与所述真空室流体连接的硒气源，所述装置被配置成在所述刚性基板上沉积硒。
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