CN202063993U - 用于薄膜光伏器件的大规模mocvd系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了在基底面板上制备薄膜的装置和利用化学气相沉积在基底面板上形成薄膜的系统，该装置包括由多个侧壁密封的沉积室、盖、及底。该装置包括混合室，其设置在盖的上方，并构造为接收蒸气物质并形成混合蒸气。混合室经由穿过盖的入口连接于沉积室，包括扩散板。两个加热板并排设置在底上，用于支撑和加热两个基底。该系统包括：产生一种或多种蒸气的前体子系统，该子系统包括，用来供给第一液体的第一输送组件；用来供给第二液体的第二输送组件；用来供给气态物质的第三输送组件；起泡器控制组件；及包括混合室和沉积室的处理子系统等。本实用新型的装置和系统实现了直接在特大玻璃基底上高品质和低成本地大规模制造薄膜光伏面板。

Description

用于薄膜光伏器件的大规模MOCVD系统
相关申请的引用
本申请要求享有于2010年3月29日提交的美国临时申请No.61/318,750的优先权，并将其全文引入于此以便各种目的的参考。
背景技术
本实用新型一般地涉及光伏技术，更具体地说，涉及利用铜铟联硒化合物(CIS)、铜铟镓联硒化合物(CIGS)、以及其它物质来制备薄膜光伏器件的大规模系统和方法。本实用新型可用来实施用于沉积金属氧化物材料的金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统以在大规模基底面板上制造薄膜光伏器件。
在制造CIS和/或CIGS薄膜的过程中，存在各种制造挑战，如扩大制造至较大基底面板同时保持基底材料的结构完整性、确保薄膜材料的均匀性和颗粒性，等等。虽然在过去，常规技术已解决了这些问题中的一些问题，但它们经常是不足的。因此，期望具有改善的系统和方法来制造薄膜光伏器件。
实用新型内容
本实用新型提供了化学气相沉积的方法和大规模系统，用于基于铜铟联硒化合物(CIS)、铜铟镓联硒化合物(CIGS)、以及其它物质来制造薄膜光伏器件。本实用新型可以应用于光伏组件、软片材、建筑物或窗户玻璃、汽车玻璃、和其他材料。
本实用新型提供了用于在基底面板上制造薄膜光伏器件的装置。该装置包括由多个侧壁密封的沉积室、盖构件结构、以及底构件结构。由承载框架结构来支撑沉积室。该装置进一步包括混合室，该混合室被设置在盖构件结构上方并构造为接收两种或更多种蒸气物质并形成混合蒸气。混合室经由一个或多个入口并通过盖构件结构而连接于沉积室。另外，该装置包括两个加热板，其并排设置在底构件结构上用于分别支撑和加热两个基底面板，该基底面板每一个具有与每一个加热板基本相同的几何形状和表面积。此外，该装置包括提升结构，该提升结构被设置在沉积室下方并构造为，通过利用通过底构件结构和每个上述两个加热板的多个销(pin)，将两个基底面板提升到沉积室内的预定位置。另外，该装置包括阀组(valvestack)，该阀组通过位于在底构件结构的中心区域的两个加热板下部的出口(exit port)连接至沉积室。通过真空前级管道，阀组使沉积室与泵送组件相通。
在另一种具体实施方式中，沉积室包括：内部遮蔽结构，从连接的第一部分组装(assembled)，以覆盖多个侧壁；第二部分，围绕两个加热板的外围边缘区域进行掩盖(curtain)，以覆盖两个加热板与底构件结构之间的侧部区域；第三部分，以覆盖两个加热板之间的中部区域；以及第四部分，设置在两个加热板以下和底构件结构以上，以覆盖两个加热板的底面。此外，内部遮蔽结构的第二部分包括多个孔，用于引导混合蒸气的下流流体超过两个基底面板的外围边缘，在利用泵组件通过出口移出之前，流通至第四部分以下的空间。
在一种可替换实施方式中，本实用新型提供了利用化学气相沉积在基底面板上制造薄膜光伏器件的系统。该系统包括用于产生一种或多种蒸气的前体子系统。该前体子系统进一步包括用来供给第一液体的第一输送组件、用来供给第二液体的第二输送组件、以及用来供给气态物质的第三输送组件。另外，上述子系统包括起泡器控制组件，该组件包括第一起泡器和第二起泡器，其分别构造为将第一液体转化成第一蒸气和将第二液体转化成第二蒸气，以及计量阀，用于控制气态物质和第二蒸气的合并以形成第三蒸气。另外，上述系统包括处理子系统，该处理子系统包括混合室和沉积室。混合室连接于起泡器控制组件以接收第一蒸气和第三蒸气并形成蒸气前体。沉积室包括盖构件结构、四个侧壁、建造在四个侧壁之一中的门、底构件结构、以及加热板，该加热板支撑于底构件结构上，用于支撑和加热一个或多个成形的基底，以及内部遮蔽结构，设置为至少用以覆盖四个侧壁，并围绕加热板与底构件结构之间的外围边缘侧部区域进行掩盖。盖构件结构连接于混合室并构造为将混合的蒸气前体(precursorvapor)向下输送到沉积室，并在其中的一个多个成形的基底上。加热板构造为使多个提升销可以通过该加热板并提升该一个或多个成形的基底。该内部遮蔽结构具有多个气流通道，围绕加热板与底构件结构之间的外围边缘侧部区域。该系统还包括通过位于底构件结构中心区域的加热板以下的出口而连接于沉积室的阀组组件。该阀组组件包括管道。另外，该系统包括连接于管道的泵组件。在一种具体实施方式中，该内部遮蔽结构进一步包括绝缘板，设置用以覆盖加热板的底表面，并形成连接至在底构件结构中的出口的腔，从而导致混合蒸气前体的向下流动，以穿过多个气流通道，在通过出口泵出之前进入该腔。
在另一种实施方式中，本实用新型提供了利用气相沉积用于在基底面板上制造薄膜光伏器件的方法。该方法包括提供连接至混合室的沉积室，以实施气相沉积。该沉积室包括上部盖构件，其连接至混合室，下部底构件，其通过多个侧部构件与上部盖构件连接，加热板，设置在上部盖构件以下，并构造为其外围边缘由在下部底构件上的框架结构支撑。该混合室构造为形成混合蒸气前体。多个馈孔结构分别利用多个提升销进行送入(馈入，fed)，该提升销构造为垂直地从加热板以下的低位置向上移动至加热板以上的高位置。此外，该方法包括首先在多个处于高位置的提升销的顶部沉积一个或多个具有形状系数为165x65cm的基底面板，然后，随着多个提升销向下移动至较低位置，而分别在加热板的一个或多个表面区域沉积一个或多个具有形状系数为165x65cm的基底面板。该加热板包括一个或多个嵌入的管道，该管道分别设置在一个或多个表面区域之下，并被供给来自用于加热该一个或多个基底面板的一个或多个热源的流体，以使在整个基底面板上的预设温度范围基本均匀。该方法进一步包括构造具有莲蓬头扩散器的下部盖室(lid chamber)，用于将混合的前体蒸气以稳定向下流体的形式释放至一个或多个基底面板上。该混合的蒸气前体部分地转换至固体膜，沉积在一个或多个基底面板上，并部分地形成下流流体流动超过加热板的外围边缘。此外，该方法包括在沉积室内侧设置可移动的遮蔽结构。该可移动的遮蔽结构包括至少第一部分，以覆盖所有数目的侧部构件；第二部分，以覆盖加热板的底面；以及第三部分，以覆盖下部底构件以上的加热板的外侧区域。第三部分包括多个孔，用以至少部分地引导下流流体以流至第二部分与下部底构件之间的空间。此外，该方法包括通过下部底构件的中心区域的出口将泵组件连接至沉积室，以至少部分地移出在加热板以下的空间中的下流流体，并维持沉积室中的预设压力范围。
应当明了，本实用新型提供了相对于常规技术的许多益处。其中，本实用新型的系统和方法还相容于并且改变了常规系统的大小，其便于成本有效地实施常规化学气相沉积，用于在较大表面积的玻璃基底(具有长达165cm的各种尺寸)上基本上均匀地沉积薄膜。在不同的实施方式中，和常规技术相比，与化学液体输送、掺杂气体输送、蒸气发生、蒸气混合以形成前体、蒸气前体输送、用于前体和基底的温度控制、以及大尺寸基底的处理(具有结构完整性)有关的装置和结构可以提供各种优点。在一种或多种实施方式中，蒸气前体输送在盖构件中实施，该盖构件被构造为以下流流体形式基本均匀稳定地分布(扩散)该蒸气，超过基底表面。在沉积室中设置内部遮蔽结构，该内部遮蔽结构被构造为覆盖除了围绕底构件以上的加热板的所有外侧区域的框架结构中的多个通道之外的几乎所有的内表面。该通道引导下流流体蒸气，该流体横向流动越过基底表面，并超过外侧区域。该下流流体进一步被引导遮蔽结构，朝向建造在底构件结构的中心区域中的加热板以下的出口，其中该出口通过阀组连接至泵组件，以移除残余的蒸气。该流体模式基本上提高了在具有大的形状系数为165x65cm等的基底上沉积的膜的均匀性。例如，实现了直接在特大玻璃基底上高品质和低成本地大规模制造薄膜光伏面板，并且整体效率超过11％。还存在其它益处。
附图说明
图1是金属有机化学气相沉积处理室的透视图；
图2是金属有机化学气相沉积处理室的另一个透视图；
图3是设置在沉积室内的基底支撑板的俯视图；
图4是与盖结构有关的扩散器结构的仰视图和剖视图(B-B)；
图5是沉积室的侧视图；
图6是图5中的沉积室的剖视(A-A)图；
图6A是图6中沉积室的放大部分的剖视(A-A)图；
图7是示出用于制造薄膜光伏器件的系统的简化图；
图8A示出根据本实用新型的一种实施方式的系统的起泡器控制组件，用于从液体化学品产生蒸气；
图8B示出系统的处理组件；
图8C示出系统的阀组组件，用于控制图8B的处理组件的真空条件；
图9A示出第一输送组件，用于输送第一液体；
图9B示出第二输送组件，用于输送第二液体；
图9C示出第三输送组件，用于输送气态物质；以及
图10示出MOCVD系统，用于制造大规模薄膜光伏面板。
具体实施方式
图1是根据本实用新型的一种实施方式的金属有机化学气相沉积处理室的透视图。如图所示，提供了处理室1000，用于利用化学气相沉积技术在基底面板上制造薄膜光伏器件，尽管其可以应用于具有大的形状系数(form factors)的基底面板上的许多其他的器件。处理室1000包括沉积室1100和混合室1200。混合室1200设置为混合若干种气体，以形成在沉寂室1100中实施气相沉积所需的混合气体或蒸气材料。混合室1200设置在沉积室1100上方，经若干管道1201彼此相连。沉积室1100基本上为长方形并且在其四个角由支撑构件1300加以支撑。该沉积室被设计成具有足够大的横向尺寸，以能够容纳一个或多个较大基底。在后面的部分将描述沉积室1100的更详细的内部结构。在一种实施方式中，混合室1200包括两个或更多气体入口1205，用于接收预设的气体或蒸气化学品并在其中形成混合蒸气材料。将计量装置1208连接于混合室1200以监测混合蒸气材料的压力，上述混合蒸气材料经若干出口管1201被输送到沉积室1100。在一种具体实施方式中，存在四个这样的出口管1201，其连接在混合室1200和沉积室1100之间，并用作沉积室1100的气体入口。将每个气体入口1201(伴随沉积室)插入通过盖构件结构1110以将混合蒸气材料输送到沉积室1100中的预定位置，用于显著更均匀地沉积在放置在其中的一个或更多基底上。
在一种具体实施方式中，利用化学气相沉积技术，处理室用于制造薄膜光伏器件，其中薄膜光伏器件形成在较大玻璃基底面板上。沉积室1100由焊接铝框架构成并具有四个侧壁或侧构件结构。至少一个侧壁被设置为真空法兰门1120。可以通过一个或多个机械致动器1125来控制门1120。在一种实施方式中，机械致动器1125是气流致动器。通过调节高压空气的流动速率，致动器1125能够使门1120向上和向下滑动以关闭或打开该门。在打开位置时，门开口1121显示具有较长的长度和较窄的宽度。在关闭位置时，门将门开口密封以将室保持处于真空状态。当打开门1120时，可以将基底面板加载到/卸载出沉积室1110。因此，门开口1121的长度至少宽于一个或多个基底的结合宽度。在一种实施方式中，可以通过门开口1121将一对65cmx165cm的长方形玻璃基底面板以并排构造加载到室1100中。
图2是根据本实用新型的一种实施方式的金属有机化学气相沉积处理室的另一个透视图。此示意图仅是一个实例，其不应限制本文权利要求的范围。如图所示，示出了处理室1000的底构件结构1140的下侧。另外，经多个提升销(lift pin)1430，将提升结构1400直接连接于底构件结构1140。每个提升销1430使它的一端连接于提升结构的构件，并与送入馈孔1420的馈入(送入)对齐。馈孔1420由真空密封法兰结构构成并通过底构件结构1140，从而使提升销1430可以完全穿过底构件结构1140而进入真空室1100。通过来自若干致动器1410的加压气流来提升或暂停提升结构1400。通过单独地和相结合地(cohesively)调节连接于四个支撑构件1300的四个致动器1410的各自的气流速度，可以垂直地降低或提升整个提升结构1400。因此，所有提升销1430在馈孔1420中向下或向上移动。具体来说，可以升高这些提升销1430，以致它们的开口端达到加载基底(这里不可见)的底面并进一步提升在室1100内的基底达到一定高度。由于装置用来处理大型基底面板，所以在若干适当位置使用多个提升销1430以提供稳固的提升。在一个实施例中，8个提升销1430用于提升一个65cmx165cm或更大尺寸的长方形基底。关于支撑、提升、以及装载/卸载基底面板的更详细描述可以参看以下部分。
参照图2，处理室1000还包括设置在底构件结构1140下方的阀组组件1500。阀组组件1500包括多个监测装置，所述监测装置设置为利用构造在底构件结构中的出口1145而用于将沉积室1100的内部空间连接至泵送组件(未示出)。经由在底构件结构1140处设置有出口1145的中心法兰，阀组组件1500的一个端口(end port)直接连接于沉积室1100。同时，用连接于泵送组件(未示出)的真空前级管道1510钩住阀组组件1500的另一端扣。阀组组件1500提供多级泵送调节、压力控制、泄漏检查以及其它功能。
图3是设置在根据本实用新型的一种实施方式的沉积室内的基底支撑板的俯视图。此示意图仅是一个实例，其不应限制本文权利要求的范围。在一种实施方式中，沉积室设计为用于装载两个以上的长方形基底面板。如图所示，沉积室1100包括连接于它的底构件结构1140的一个或多个板1600，用于分别支撑成形的基底面板。在一种具体实施方式中，上述一个或多个板1600还是加热板，用于加热待加载其上的任何基底。在一种实施方式中，并排设置两个长方形形状的加热板1600(在图3中，左-右)，并设置为分别支撑两个长方形基底面板1700。例如，两个基底面板中的每一个具有65cmx165cm或更大尺寸的形状系数。在一种实施方式中，每个加热板1600包括一个或多个加热元件，用于通过传导来直接加热基底。将加热元件嵌入加热板1600，每一个加热板1600包括第一加热管1621和第二加热管1623。两个加热管1621和1623均可以充满流动液体，例如硅油，以将热能从热交换器(未示出)传送到加热板1600，随后传送到基底本身。在一种具体实施方式中，第一加热管1621的流径(flow path)主要围绕加热板1600的外边界区域，而第二加热管1623的流径则基本上围绕中间部分。当并排设置两个加热板时，相应的第一加热管1621和第二加热管1623处于跨越它们边界的对称配置。事实上，嵌入每个加热板的两个加热管1621和1623的布局配置是基于上述对称双板的位置加以设计，以向加载在每个加热板上的各自的基底提供基本均匀的加热。通过流动结构1620，其包括对于各个管道1621和1623的入口和出口，将流动油独立地从热交换器供给到管道1621和1623的流径。如图3所示，流动结构1620位于每个加热板1600的中部区域的附近。借助于适当分布在两个加热板1600中的每一个的两个加热管1621和1623，可以经由热传导来加热在对应两个加热板的顶上并排加载的两个基底面板1700并保持横跨所述两个基底面板的整个表面区域的基本上均匀的温度分布。
同样如图3中所示，两个加热板1600中的每一个包括若干馈孔1610。对齐这些馈孔1610以使相应的提升销1430可以贯穿。事实上，它的目的是，使用这些提升销1430以从加热板1600释放加载的基底1700并进一步提升基底至高于加热板1600的顶面的高位置，以致可以通过装料机起重臂(loader arm)来拾起基底。在一种实施方式中，对于每个加热板1600，存在8个这样的销孔1610以便于8个提升销1430可以分别通过。图3还示出连接于沉积室1100的一个侧壁的侧门结构1120。在一种具体实施方式中，通过此侧门结构1120，可以加载并卸载两个长方形基底面板1700。两个基底面板1700中的每一个首先设置于八个提升销1430上，然后，随着提升销移动至加热板以下的较低位置时，而直接设置在加热板1600的顶面上。在相反侧壁上，压力表装置1108和泄漏检查装置1109分别连接于沉积室1100。
图4是与根据本实用新型的一种实施方式的盖构件结构有关的扩散器结构的仰视图和剖视图(B-B)。如图所示，这种扩散器结构1111具有浅U型截面，包括在底部的扩散板1112以及在它周边的边缘支撑框架1119。当扩散器结构1111连接于盖构件结构(1110，示于图1中)，它在盖构件结构1110的下表面和扩散板1112的内表面之间形成腔。在进一步向下扩散到沉积室1100以前，来自混合室1200的气体或蒸气材料可以停留在腔内。扩散板1112包括约四分之一英寸的厚度以及其中的多个莲蓬头式孔，类似于莲蓬头，用于均匀向下地分布混合的蒸气材料。为了在通过多个莲蓬头式孔的期间控制混合的蒸气材料的温度，将冷却通道1116连接于扩散板1112的面并来回运行以基本上均匀地冷却扩散板1112。在一种具体实施方式中，冷却通道1116使用流过入口1115并流出两个返回出口1117的水。通过设置在处理室1000外侧的热交换器来控制流动水。为了维护方便，将冷却通道1116连接于扩散板1112的外表面，虽然可以将它们连接于内表面。
图5是根据本实用新型的一种实施方式的沉积室的侧视图。此示意图仅是一个实例，其不应限制本文权利要求的范围。示出了从面向侧门结构1120的一定角度观测的图1所示的沉积室1100的进一步细节。如图所示，侧门结构1120处于打开状态，并被门致动器1125降低。门开口1121部分地展示沉积室1100的内部，包括背侧壁。侧视图还展示多个提升销1430，各自具有一端连接于提升结构1400并贯通基底加热板1600而送入(fed，馈入)。这些提升销1430的其它端是打开的并用来提升基底面板1700(当提升提升销时)。如图所示，将两个基底1700提升至一定高度，在基底面板1700下留下空间间隙，以便于基底装载器(未示出)滑入并通过门开口1121取出基底面板1700。在一种实施方式中，可以将基底1700提升高于加热板1600约1.5至2英寸。通过门开口1121，还可以看到视口1131和一个或多个监测端口1133(设置在背侧壁上)。
图6是根据本实用新型的一种实施方式的图5所示的沉积室的剖视(A-A)图。此示意图仅是一个实例，其不应限制本文权利要求的范围。如图所示，盖构件结构1110的横截面视图示出通过盖连接于沉积室1100的两个气体入口1201。气体入口1201使上方的混合室1200(参见图1)和下方的沉积室1100相通。在一种具体实施方式中，有四个气体入口1201建造在整个盖构件结构1110中。已适当选择每个气体入口1201的位置，以在基底的广泛区域上提供基本上均匀的气相沉积。例如，气体入口显著高于在沉积室1100内处于加载位置的一半基底面板的中心位置。另外，在气体入口1201下方，连接分布板1113，用于增强混合的蒸气材料的均匀输送，以便实施蒸气沉积(vapor deposition)。分布板1113具有盘形，并具有在它的上面(upper face)和盖架的下面(under face)之间的窄(thin)空间区域，以使传入的蒸气材料可以横向扩散。分布板1113包括设置在外围边缘附近的四个出口孔，用于进一步向下分布该混合的蒸气材料。在一种实施方式中，四个出口孔的每一个均构造为适合另外的气体扩散元件1114。气体扩散元件1114具有沉淀-过滤器形状，并且包括多个围绕其主体的小孔，上述主体延长超过分布板1113的底面。通过上述多个小孔，可以有效地将传入的气体或蒸气分布到由浅U型扩散器结构1111形成的腔1118中。在一种具体实施方式中，存在四个上述分布板1113，其分别设置在与盖结构1110有关的气体入口的下方。腔1118可以容纳在四个分布板1311和扩散板1112之间的一定容积的气体，其中上述扩散板位于在浅U型扩散器结构1111的底部的盖构件体1110下方的一定空间距离处。扩散板1112包括多个小莲蓬头式孔(不可见)，其散布于其整个区域以便使气体或蒸气物质进一步向下传送，从而沉淀到加载在扩散板下方的基底1700上。
图6进一步示出加热板1600的其他细节，其中加热板连接于沉积室1100的底构件结构1140。示出若干提升销1430处于它们的向上的位置，通过相应的孔，其延伸到加热板1600上方的腔1129中，条件是未加载基底面板。这种“向上”位置是靠近在沉积室1100中在扩散板1112和加热板1600之间提供的空1129的中部。在一种实施方式中，“向上”位置高于加热板1600约1.8英寸，从而在由这些销提升的基底(如果加载)和加热板1600之间提供空隙。该空隙使得能够从门开口1121(参见图5)将基底装载器(未示出)插入沉积室，用于装载或卸载基底。
将提升销1430提供到相应真空法兰馈孔1420内，上述真空法兰馈孔利用底构件结构1140和基底支撑板1600而构造。每个提升销1430具有一端固定地连接于提升框架结构1400。在一种实施方式中，总共有适当设置的16个提升销，以致可以分别通过8个提升销来提升具有(w)65cmx(l)165cm大的形状系数的两个并排加载的基底面板。在图6所示的横截面视图中仅4个上述提升销是可见的。在另一种实施方式中，通过提升或降低提升结构1400来实现提升过程，其通过调节安装于室支撑构件1300的气流致动器1410的流动速率来控制。借助于适当调节空气流动速率，可以提升或降低提升结构1400的预定位移。因此，提升提升销1430相同位移，直到基底面板(在此图中未示出)被提升至在腔1129内的一定高度。当提升结构1400向下移动足够距离，以使所有提升销1430低于加热板1600时，基底可以被降低以设置在加热板1600上。
图6还示出如何将两个加热板1600连接于沉积室1100的底构件结构1140。如图所示，真空馈孔1420不仅穿过了底构件结构1140，并且它们本身(bodies)还向上延伸一段距离而高于该底构件结构1140。该两个加热板1600构造为直接由这些真空馈孔1420的体支撑，并在加热板1600与底构件结构1140之间留下(形成)空隙，以实现下流(downstream)流动。可在该空隙中加入由不锈钢制成的扁平的遮蔽构件(shield member)1160，作为热绝缘板，分别形成上部空间区域和下部空间区域。不锈钢的差的热传导性和热绝缘板1160之上和之下的上部空间区域和下部空间区域提供了足够的热绝缘性，以保持两个加热板1600处于基本稳定的温度范围。因此，由加热板1600支撑的任何基底面板基本上是在稳定的热条件下。正如我们前面描述的，加热板1600包括嵌入加热管1621，其在此横截面视图中是部分可见的。
在一种具体实施方式中，沉积室1100进一步包括安装于沉积室内部的可移动的遮蔽结构1180，如图6所示，用于覆盖沉积室的内部表面，以防止在气相沉积过程中形成不期望的薄膜涂层。使用可移动的遮蔽结构的优点存在于许多方面，减少来自在不期望的涂层中构建的薄片的颗粒在基底面板上的膜上的再沉积，以及减少室的清洁/维护成本。优选的，待覆盖的内表面包括所有的侧壁、加热板的底面、在两个加热板之间的中部间隙中的带状区域、以及围绕加热板外边缘的外围侧区域。
在另一种具体实施方式中，为了维护的便利，将可移动的遮蔽结构1180从若干部分进行装配。例如，连接第一部分以覆盖所有的侧壁，如图6所示。在底构件结构之上，围绕加热板1600的外围侧区域，掩盖(curtain)第二部分。设置第三部分(不可见)，以覆盖两个加热板1600的中部带状区域。第四部分可以恰好为设置在该两个加热板1600以下且在底构件结构1140以上的扁平遮蔽结构1160。图6A进一步示出了图6的拐角部分的详细视图，说明了安装在框架结构1150的侧壁和侧部区域的可移动遮蔽结构1180。如所示，可移动遮蔽结构的第二部分具有平坦的部分，用于支撑遮蔽结构的第四部分(即，扁平绝缘板1160)。遮蔽结构1180的每一个组成部分可以是由不锈钢或铝制成的片状金属或薄板。
在另一种具体实施方式中，可移动的遮蔽结构1180的第二部分包括位于下部1150的多个孔1152和1151，用于将遮蔽结构的第二部分的外侧区域连接至扁平遮蔽构件1160和底构件结构1140之间的下部空间区域。如从图6和图6A的横截面视图中看出的，孔1152和1151允许下流流体穿过遮蔽结构的下部部分1150。在一种实施方式中，将由混合室1200供应的混合的蒸气材料，如向下的流体1901，通过扩散板1112的多个莲蓬头式孔，分布在沉积室1100的腔1129中，在加热板1600上的加载的基底上。该混合的蒸气材料部分转换为覆盖基底而沉积的固体膜(利用加热板1600加热至升高的温度，以引发混合蒸气中的反应，形成固体物质)。一部分混合蒸气材料形成下流流体1902，在加热板1600的外围边缘上，朝向遮蔽结构的第二部分的侧部区域。该多个孔或气体流动通道1151和1152由此将下流流体1902引至穿过遮蔽结构的下部部分1150，进入扁平绝缘板1160和底构件结构1140之间的下部空间区域。该下部空间区域直接连接至建构在底构件结构1140的中心区域的出口1145，使得所有待吸收的下流流体1902利用泵组件(未示出)成为出口流体1903。阀组组件1500(也可见图2中)安装在出口1145和泵组件之间，以控制出口流体1903，并助于将室压基本稳定地维持在预设范围内，用于实施气相沉积。室、加热板、以及可移动的内部遮蔽结构的结合的结构构造有助于对于混合的蒸气材料引发稳定的内部流体。在作为基本均匀的下流流体1901从莲蓬头扩散器1121进行扩散之后，该混合的蒸气材料基本上均匀地到达加载的基底面板的整个表面区域，并在气相沉积过程中稳定。将保持为蒸气材料的下流流体在部分地移出出口1145之前，引至加热板的外围边缘上。遮蔽结构的下部部分1150的拐角区域附近的孔1152制作得稍微大于位置远离拐角区域的孔1151，这是结构性设计，使得环绕外围侧区域的基本上平衡的下流流体朝向出口1145。该形成的稳定内部气体流体对于增大在具有65cmx165cm或更大的形状系数的基底面板上的膜沉积的均匀性起到了重要的作用。以并排构型沉积两个65cmx165cm基底面板，也助于使得加热板1600的整个面积接近正方形形状，并具有减小的方向非均匀性。
图7是简化图，其示出用于制造根据本实用新型的一种实施方式的薄膜光伏器件的系统。此示意图仅是一个实例，其不应限制本文权利要求的范围。如图所示，系统7000是金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统，用于在各种尺寸(从20cmx20cm至大如65cmx165cm或其他形状系数)的基底面板上制造用于光伏器件的一个或多个薄膜。系统7000包括MOCVD处理组件7100、阀组组件7200、真空泵组件7300、以及前体子系统7400。处理组件7100包括混合室和沉积室。混合室是用于接收一种或多种蒸气材料并混合它们以形成混合蒸气前体。混合室直接连接于沉积室以输送前体通过盖结构并沉积在加载在沉积室内的基底上。通过使用泵组件7300，其通过4英寸真空前级管道7523加以连接并通过用于监测和调节的真空阀组组件7200加以调节，可以在过程中将沉积室保持在真空条件下。前体子系统7400包括起泡器控制组件7410，用于供给液体材料的多个输送组件，上述液体材料用于制备在沉积室中薄膜生长所需要的蒸气前体。在用来制造用于基于铜铟联硒化合物材料的薄膜光伏器件的顶电极结构的一种具体实施方式中，第一输送组件7440用来供给去离子水、第二输送组件7430用来供给二乙基锌(DEZ)液体、以及第三输送组件7420用来提供一种或多种类型的掺杂材料。尤其是，在一种实施方式中所使用的掺杂材料是混合于氮气的乙硼烷气体。
参照图7，经由两个输送管道7513和7514，将起泡器控制组件7410连接于处理子系统7100，分别用于输送两种不同蒸气材料。在一种具体实施方式中，第一蒸气材料是通过组件7410内的起泡器产生自通过管道7541由第一输送组件7440供给的去离子水。第一输送组件7440需要吹扫气体来诱导输送。在一种实施方式中，吹扫气体使用典型的惰性气体如纯氮气。第二蒸气材料可以通过组件7410内的单独起泡器产生自通过管道7531由第二输送组件7430供给的第二液体。在一种实施方式中，第二液体包括二乙基锌液体。类似地，第二输送组件7430还连接于氮气源，用于诱导液体输送。在一种具体实施方式中，起泡器控制组件7410还包括一个或多个阀和管路，用于将一种或多种气态材料合并成第二蒸气材料。如图所示，可以通过管道7521将气态材料从第三输送组件7420直接供给到组件7410。在一种实施方式中，气态材料来自于与氮气混合的预定掺杂剂气体种类并经由加压氮气加以输送。此外，组件7410具有连接于真空前级管道7523的两个排气管道7543和7544，分别用于两个输送管道7513和7514的排气。第二输送组件7430还具有连接于真空前级管道7523的真空通风管7533。在用于第一蒸气材料和第二蒸气材料的蒸气发生和输送过程中，起泡器控制组件7410还使用加压氮处理气体。另外，具有运行温度受控流体的流体管可以用来连接于在起泡器控制组件中的每个起泡器，用于将液体盒维持在约15℃至约30℃的温度范围内。热流体供给自并返回到远程热交换器(未示出)。
图8A示出根据本实用新型的一种实施方式的系统的起泡器控制组件，用于从液体化学品产生气泡。此示意图仅是一个实例，其不应限制本文权利要求的范围。如图所示，在一种具体实施方式中，起泡器控制组件7410是一种控制箱，该控制箱包括水起泡器7414和DEZ液体起泡器7413。该箱具有大约50英寸(H)x22英寸(W)x16英寸(D)的尺寸并由钢制造，并在150cfm下利用4英寸直径导管进行排气。水起泡器7414构造为从第一液体入口7541接收动态压力约5psig的去离子水。类似地设置DEZ液体起泡器7413以通过第二液体入口7531来接收DEZ液体。第一气体入口提供氮处理气体，其具有压力为80psig、流量(flowrate)为10slm的设置，用来诱导用于起泡器7413和7414的气泡生成和蒸气输送。通过阀引入氮气并过滤，然后通过设置为20±1psig的N2调节器加以调节。在发送氮处理气体以分开至水起泡器或DEZ液体起泡器以前，止回阀(checkvalve)在管道中是顺序的。在被引入(经由一个或多种气动阀)至每个起泡器以前，通过流量设定约5slm的计量阀进一步调节氮处理气体。通过起泡器箱顶并利用1/4英寸隔板(bulkhead)VCR连接，提供N2处理气体或供给的液体，并向下引导到在箱中的储存液体的底部区域。利用1/2-英寸隔板VCR连接，起泡器的气体或蒸气出口被贯通(fed through)箱顶，并连接于蒸气输送管道7514或7513。每个起泡器7413或7414包括以下组合：超声波水平传感器、连续水平测量以及分别在75％和25％充满时的两个分离的高点和低点。
还示出在图8A中，蒸气输送管道7514和7513，如图所示，还分别连接于两个真空通风管7544和7543。在任何时候保持所有蒸气输送管道高于25℃并且不应超过50℃。另外，起泡器控制箱7410包括第二气体入口7521，用于输送气态材料并可受控地与由DEZ起泡器产生的第二蒸气材料合并。在一种实施方式中，气态材料是0.75％乙硼烷和氮气的混合物。在出口管道7513中在允许气态材料与第二蒸气合并之前，使用计量阀来设置流速至约2slm。因此，经由起泡器控制组件的气体出口输出到输送管道7513中的实际蒸气材料应是第三蒸气材料，该第三蒸气材料包含第二蒸气和气态材料的混合物。在一种具体实施方式中，第三蒸气材料包含至少DEZ蒸气、氮气、以及乙硼烷气体。
图8B示出根据本实用新型的一种实施方式的系统的处理组件。该处理组件基本上是图1至6所示装置1000的简化型。如图所示，处理组件7100包括混合室7120和通过盖结构7112连接于混合室的沉积室7110。混合室7120具有两个气体入口，其分别连接于两个蒸气输送管道7513和7514(参见图7和图8)。在混合室内，混合接收的所有蒸气材料以形成混合蒸气前体，其用于进行化学气相沉积。通过经由1/2英寸VCR连接所连接的压力计7122来直接监测混合和蒸气输送过程。然后可以将在混合室7120中形成的蒸气前体向下分布(扩散)通过盖结构7112而进入沉积室7110以沉积在一个或多个基底7115上。尤其是，经由盖结构的分布过程是热控制的，以保持通过的蒸气前体具有所期望的温度，并构造为在一个或多个基底7115的所有表面积上基本上均匀地扩散蒸气前体，并且尺寸为20cm至165cm的范围。沉积室7110具有能够连接泵组件(未示出)的真空口7512。
图8C示出根据本实用新型的一种实施方式的系统的阀组组件，该阀组组件用于控制图8B所示处理组件的真空条件。此示意图仅是一个实例，其不应限制本文权利要求的范围。如图所示，阀组组件7200包括监测孔7512B，用于连接一个或多个压力计或压力开关以测量和监测室压力以及控制节流阀。阀组组件7200经由真空口7512A直接连接于处理组件，其中真空口7512A与图8B所示的口7512相同。另外，阀组组件7200包括若干机械阀的组合，其包括节流阀、粗抽阀(rough valve)、中泵阀、慢泵阀，和压力开关。此外沿着真空前级管道，还存在泄漏检查口并带有手动阀，该手动阀连接在压力开关和真空管道7523之间，其用于连接于泵组件。
图9A示出根据本实用新型的一种实施方式的用于输送第一液体的第一输送组件。此示意图仅是一个实例，其不应限制本文权利要求的范围。在一种具体实施方式中，第一输送组件7440用于将第一液体(在一种实施方式中为去离子水)供给到第一起泡器7414。如图所示，组件7440包括：吹扫气体入口，用来牵引(draw)氮处理气体通过阀门和调节器的组合；水箱8440，其能够储存至少5加仑去离子水；出口，其连接于朝向起泡器控制组件7410的第一液体入口7541；以及备用排气孔，用于排气到其室中。在一个实施例中，设置处理气体的压力为80psig、流动速率为约1.5scfm。在它被引导到水箱之前，添加N2调节器，以设置并固定氮处理气体压力为约5psig，其也是流向第一起泡器的流出去离子水的动态压力。
图9B示出根据本实用新型的一种实施方式的用于输送第二液体的第二输送组件。此示意图仅是一个实例，其不应限制本文权利要求的范围。如图所示，待输送的第二液体是DEZ液体，在一种具体实施方式中，用于在光伏器件上制造ZnO膜。组件7430是由钢制成的尺寸约70x26x24英寸的单独的箱，包括DEZ液体储罐、各种阀门的组合、调节器、以及压力传感器、排气孔、用于输送DEZ液体的出口、以及气体入口。气体入口连接于具有10slm流量设定的80psig加压氮气N2处理气体源。在被分开并部分地被引导以帮助输送DEZ液体之前，用流动速率固定为5psig的N2调节器来过滤和调节N2处理气体。部分氮气N2处理气体被引导通过设置为100psig的压力传感器，用于推动DEZ液体通过出口到起泡器控制组件7410的第二液体入口7531。将排气口连接于真空管道7523，用于使废液蒸气或氮气泵出。
图9C示出根据本实用新型的一种实施方式的用于输送气态物质的第三输送组件。此示意图仅是一个实例，其不应限制本文权利要求的范围。如图所示，组件7420包括储存气瓶和歧管8420、气体入口、以及用于将气态物质输送到起泡器控制组件7410的第二气体入口7531的出口。将气体入口直接连接于具有10slm流量设定的80psig加压氮气N2处理气体源。加压N2处理气体有助于输送从储存气瓶8420流出的气体物质并使用调节器来设置流出速率为5psig。
图10是根据本实用新型的一种实施方式的用于制造大规模薄膜光伏面板的MOCVD系统的俯视图。此示意图仅是一个实例，其不应限制本文权利要求的范围。如图所示，系统100是金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统，用于在较大基底面板上建造的薄膜光伏电池上制造导电氧化膜。在一种具体实施方式中，薄膜光伏电池是基于铜铟联硒化合物薄膜半导体吸收剂。为了形成用于完成光伏器件的顶部电极膜或窗口层，该系统能够在尺寸范围为20cm至165cm的基底上沉积薄膜。在一种实施方式中，系统100基本上与图7所示的系统7000相同。在一种具体实施方式中，系统100包括设置在室中的MOCVD处理组件110，并且双基底装载器160连接于具有通向沉积室的门的侧梁(side)。系统100还包括设置在单独的室中的子系统180，包括泵组件188和蒸气输送控制箱181、水输送组件184、DEZ液体输送组件183、以及掺杂剂气体供给组件182。处理组件110的可见的顶部展示了沉积室的盖，其连接于来自混合室(设置在沉积室上方但视图部分地被上部吊架结构阻挡)的四个气体入口。混合室连通于一对气体管道7513和7514，用于接收输送自蒸气输送控制箱181的两种蒸气材料。在混合室中混合该蒸气材料，以形成准备用于输送至沉积室中的蒸气前体。在沉积室的另一个侧部设置一个或多个高温热交换器151，用于提供热油，其流入嵌入在加热板(未示出)中的加热管。在处理组件110上，设置吊架(crane)结构170，用于维修盖，包括蒸气扩散板或加热板以及任何相关部件。吊架结构170足够高，以提升盖或加热板，并构造为在周围转动它们，以便于清洗、修复和其它维修工作。在一个实施例中，图10分别示出在由吊架结构170设定的维修位置处的具有两个加热器的加热板172和连接于扩散板的盖构件174。
在一种具体实施方式中，系统100还包括用于整个系统和远程设置的扩散热交换器152的控制台101，上述扩散热交换器用来对用于与盖有关的扩散板的流动流体提供温度控制。
应当明了，本文描述的实施例和实施方式仅用于说明的目的以及据其进行的各种改进或变化将是本领域技术人员明了的并且包括在本申请的精神和范围内和所附权利要求的范围内。虽然上文按照用于CIS和/或CIGS薄膜电池的特定结构一般地进行了描述，但还可以使用其它特定的CIS和/或CIGS构造，如在公布的美国专利号4,611,091和4,612,411中所描述的那些构造，上述专利以引用方式结合于本文，而不偏离由本文权利要求所描述的实用新型。

Claims (30)

1.一种用于在基底面板上制备薄膜光伏器件的装置，所述装置包括：由多个侧壁封闭的沉积室、盖构件结构、以及底构件结构，所述沉积室由支撑构件结构来支撑；
混合室，所述混合室被设置在所述盖构件结构上方，并构造为接收两种或更多种蒸气物质并形成混合蒸气，所述混合室经由一个或多个入口并通过所述盖构件结构连接于所述沉积室；
并排设置两个加热板并在所述底构件结构上支撑，用于分别支撑和加热两个基底面板，其中每一个所述基底面板具有与每一个加热板基本相同的几何形状和表面积；
提升结构，所述提升结构设置在所述沉积室下方，并构造为将两个基底面板提升到在所述沉积室内的预定位置，其中通过利用穿过所述底构件结构和所述两个加热板的每一个的多个销；以及
阀组，所述阀组经由位于所述底构件结构的中心区域的所述两个加热板以下的出口而连接于所述沉积室，所述阀组借助于通过真空前级管道的泵送组件而与所述沉积室相通。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个侧壁的至少之一包括真空密封门，所述真空密封门构造为利用气流致动器向下滑动，从而打开，用于加载/卸载所述两个基底。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述盖构件结构包括分别设置在每个所述一个或多个入口下方的分布板以及设置在所述分布板下方一定空间距离处的扩散板以形成腔。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述分布板包括盘形，所述盘形具有四个或更多设置在其外围边缘附近的出孔，用于使所述混合的蒸气可以从所述一个或多个入口流入所述腔。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述四个或更多出孔各自构造为适合气体扩散元件，所述气体扩散元件包括具有多个孔的沉淀-过滤器本体。
6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述扩散板包括多个莲蓬头式孔，用于将所述混合的蒸气基本上均匀地从所述腔向下输送到所述沉积室中，并在由所述两个加热板支撑的所述两个基底上。
7.根据权利要求3所述的装置，其中，所述扩散板包括带有流动流体的冷却通道，用于控制所述混合蒸气的温度和降低扩散板的温度，从而抑制其上的化学反应和膜生长。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述两个加热板的每一个包括嵌入结构，所述嵌入结构是基本上相同的，但设置为相对于所述两个加热板之间的中线成镜面对称构造。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述嵌入结构包括第一加热元件、第二加热元件、以及多个馈孔。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述第一加热元件包括管道，所述管道构造为充满有第一流体并具有设置在所述加热板内的边缘区域附近的路径，以及所述第二加热元件包括管道，所述管道构造为充满有第二流体并具有设置在每一个加热板内的在中部区域附近的路径，所述第一流体和所述第二流体独立地通过所述加热板中心区域附近的流体结构由远程热交换器供给。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述多个馈孔被设置成分别对齐所述多个销，以致所述多个销可以至少部分地穿透超过所述加热板，在所述底构件结构之上。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述底构件结构包括多个真空馈孔，所述真空馈孔构造为分别在所述多个销中送入，并用于支撑所述两个加热板。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述提升结构直接连接于每个所述多个销的一端，并通过来自安装在所述支撑构件结构上的一个或多个气流致动器的气流进行悬挂和提升。
14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述沉积室进一步包括内部遮蔽结构，从连接的第一部分组装，以覆盖所述多个侧壁；第二部分，围绕所述两个加热板的外围边缘区域进行掩盖，以覆盖所述两个加热板与所述底构件结构之间的侧部区域；第三部分，以覆盖所述两个加热板之间的中部区域；以及第四部分，设置在所述两个加热板以下和所述底构件结构以上，以覆盖所述两个加热板的底面。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述内部遮蔽结构的所述第二部分包括多个孔，用于引导所述混合蒸气的下流流体超过所述两个基底面板的外围边缘，在利用所述泵组件通过所述出口移出之前，流通至所述第四部分以下的空间。
16.一种利用化学气相沉积在基底面板上形成薄膜的系统，所述系统包括：
用于产生一种或多种蒸气的前体子系统，
包括混合室和沉积室的处理子系统，
连接于所述沉积室的阀组组件，以及
连接于所述管道的泵组件，
所述前体子系统包括，
用来供给第一液体的第一输送组件；
用来供给第二液体的第二输送组件；
用来供给气态物质的第三输送组件；以及
起泡器控制组件，包括第一起泡器和第二起泡器，分别构造为将所述第一液体转化成第一蒸气以及将所述第二液体转化成第二蒸气，以及计量阀，用于控制所述气态物质和所述第二蒸气的合并以形成第三蒸气；所述包括混合室和沉积室的处理子系统，其中所述混合室连接于所述起泡器控制组件以接收所述第一蒸气和所述第三蒸气并形成蒸气前体，所述沉积室包括盖构件结构、四个侧壁、建造在所述四个侧壁之一中的门、底构件结构、以及设置在所述底构件结构上的加热板，用于支撑和加热一个或多个成形的基底，以及设置的内部遮蔽结构，以至少覆盖所述四个侧壁并围绕所述加热板与底构件结构之间的侧部区域之间的外围边缘区域进行掩盖，所述盖构件结构连接于所述混合室并构造为将所述混合蒸气前体向下输送到所述沉积室中，在其中所述成形的基底上，所述加热板构造为允许多个提升销穿透所述加热板并提升一个或多个所述成形的基底，所述内部遮蔽结构具有围绕所述加热板与所述底构件结构之间的外围边缘侧部区域的多个气流通道；
连接于所述沉积室的所述阀组组件通过位于在所述底构件结构的中心区域的所述加热板下部的出口连接至所述沉积室，所述阀组组件包括管道。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述起泡器控制组件进一步包括用于输送所述第一蒸气的第一气体出口；用于输送所述第三蒸气的第二气体出口；用于接收所述气态物质的第一气体入口、第二气体入口；用于接收所述第一液体的第一液体入口；用于接收所述第二液体的第二液体入口；流体管，所述流体管用于使水接收自/返回到远程热交换器；以及用于流体处理的多个阀，所述第一气体入口经由氮气调节器连接于氮储存瓶，其中压力设置为19至21psig的范围。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述多个阀门包括第一计量阀和第二计量阀，其每一个具有流速设置为5slm或更小，用于将来自所述第一气体入口的氮气分别输送到所述第一起泡器和所述第二起泡器，以及具有可调节流速的第三计量阀，用于将所述气态物质输送到所述第二气体出口以与所述第二蒸气合并。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，所述流体管连接于所述第一起泡器和所述第二起泡器，利用温度受控流体流动，用于维持温度为14℃至26℃或更高的范围。
20.根据权利要求17所述的系统，其中，所述第一输送组件包括接收加压氮气的吹扫气体入口，用于借助于由压力调节器设定的4至6psig范围的压力将所述第一液体从储罐输送到所述第一液体入口。
21.根据权利要求17所述的系统，其中，所述第二输送组件包括接收加压氮气的吹扫气体入口，用于借助于由压力调节器接着由压力传感器所设定的4至6psig范围的压力将所述第二液体从储罐输送到所述第二液体入口。
22.根据权利要求16所述的系统，其中，所述混合室包括通过第一管道连接于所述第一气体出口以接收所述第一蒸气的第一蒸气入口，以及通过第二管道连接于所述第二气体出口以接收所述第三蒸气的第二蒸气入口。
23.根据权利要求16所述的系统，其中，所述混合室进一步包括通过所述盖构件结构分别提供(fed)的四个蒸气出口。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述盖构件结构包括每一个均具有四个气体扩散元件的四个分布板，以及具有多个莲蓬头式孔的扩散板，每个所述分布板具有盘形并被设置在所述多个蒸气出口之一的下方，所述扩散板被设置在所述分布板下方的第一距离和所述加热板上方的第二距离处。
25.根据权利要求16所述的系统，其中，所述处理子系统进一步包括支撑构件结构，用于支撑所述沉积室，和提升结构，所述提升结构设置在所述支撑构件结构下方并连接于所述底构件结构，利用所述多个提升销，分别被送入连接在所述底构件结构与所述加热板之间的多个真空馈孔中。
26.根据权利要求25所述的系统，其中，利用来自安装在所述支撑构件结构上的一个或多个致动器的气流的流股，所述提升结构被悬挂在其垂直位置并可调节，以使得每个所述多个提升销在所述多个真空馈孔中移动。
27.根据权利要求16所述的系统，其中，所述加热板包括多个对齐的馈孔，以使所述多个提升销穿过，并提升预加载在所述加热板上的成形基底至所述加热板上方的预定距离。
28.根据权利要求16所述的系统，其中，所述加热板包括一个或多个嵌入的管道，所述嵌入的管道设置有图案并通过一个或多个流体结构被供应来自一个或多个热交换器的流体，以提供一个或多个独立于温度控制的加热区域。
29.根据权利要求16所述的系统，其中，所述内部遮蔽结构进一步包括设置的绝缘板以覆盖所述加热板的底表面，并形成连接至在所述底构件结构中的出口的腔，从而导致所述混合蒸气前体的向下流动，以穿过所述多个气流通道，在通过所述出口泵出之前进入所述腔。
30.根据权利要求16所述的系统，其中，每个所述一个或多个成形的基底包括长方形的玻璃面板，其具有165cmx65cm和更大的形状系数。
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