DE102010061259A1

DE102010061259A1 - Modulares System und Verfahren zur kontinuierlichen Abscheidung einer dünnen Filmschicht auf einem Substrat

Info

Publication number: DE102010061259A1
Application number: DE102010061259A
Authority: DE
Inventors: Mark Jeffrey Arvada Pavol; Russell Weldon Arvada Black; Brian Robert Arvada Murphy; Christopher Arvada Rathweg; Edwin Jackson Arvada Little; Max William Arvada Reed
Original assignee: Primestar Solar Inc
Current assignee: First Solar Malaysia Sdn Bhd
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2030-12-16
Also published as: CN102127747A; MY153595A; US8481355B2; US20130284094A1; US20110143481A1; DE102010061259B4; MY170105A

Abstract

Ein System (10) und zugehöriges Verfahren zur Dampfabscheidung einer dünnen Filmschicht auf einem Photovoltaik(PV)-Modulsubstrat (14) enthält die Einrichtung einer Vakuumkammer (16) und Einbringung der Substrate einzeln in die Vakuumkammer hinein. Ein Fördersystem ist in der Vakuumkammer betriebsmäßig angeordnet und konfiguriert, um die Substrate in einer seriellen Anordnung durch eine Dampfabscheidungsvorrichtung innerhalb der Vakuumkammer mit einer gesteuerten konstanten linearen Geschwindigkeit zu befördern. Ein Nachwärmabschnitt ist innerhalb der Vakuumkammer unmittelbar stromabwärts von der Dampfabscheidungsvorrichtung in der Förderrichtung der Substrate angeordnet. Der Nachwärmabschnitt ist konfiguriert, um die aus der Dampfabscheidungsvorrichtung beförderten Substrate bei einem gewünschten erhöhten Temperaturprofil zu halten, bis das gesamte Substrat die Dampfabscheidungsvorrichtung verlassen hat.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft allgemein das Gebiet der Dünnschichtabscheidungsverfahren, in denen eine dünne Filmschicht, wie beispielsweise eine Halbleitermaterialschicht, auf einem Substrat abgeschieden wird. Insbesondere betrifft der Gegenstand ein System und Verfahren zur Abscheidung einer dünnen Filmschicht aus einem fotoreaktiven Material auf einem Glassubstrat bei der Erzeugung von Photovoltaik(PV)-Modulen.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Dünnschicht-Photovoltaik(PV)-Module (die auch als „Solarpanele” oder „Solarmodule” bezeichnet werden) basieren auf Cadmium-Tellurid (CdTe) in Verbindung mit Cadmiumsulfid (CdS), da die fotoreaktiven Komponenten in der Industrie weite Akzeptanz und großes Interesse finden. CdTe ist ein Halbleitermaterial mit Eigenschaften, die für die Umwandlung von Solarenergie (Sonnenlicht) in Elektrizität besonders geeignet sind. Zum Beispiel weist CdTe eine Energiebandlücke von 1,45 eV auf, was ihm ermöglicht, im Vergleich zu Halbleitermaterialien mit kleinerer Bandlücke (von 1,1 eV), wie sie historisch in Solarzellenanwendungen eingesetzt werden, mehr Energie aus dem Sonnenspektrum umzuwandeln. Ferner wandelt CdTe im Vergleich zu Materialien mit kleinerer Bandlücke Energie unter schwächeren Lichtbedingungen oder unter Bedingungen mit diffusem Licht effizienter um und hat somit eine längere effektive Umwandlungszeit im Verlauf eines Tages oder unter lichtschwachen (z. B. bewölkten) Bedingungen im Vergleich zu anderen herkömmlichen Materialien.
Solarenergiesysteme, die CdTe-PV-Module verwenden, werden allgemein als die hinsichtlich der Kosten pro Watt der erzeugten Leistung kosteneffizientesten der kommerziell verfügbaren Systeme anerkannt. Abgesehen von den Vorteilen von CdTe hängt eine nachhaltige kommerzielle Verwertung und Akzeptanz von Solarenergie als ergänzende oder primäre Energiequelle für die Industrie oder für Haushalte jedoch von der Fähigkeit ab, effiziente PV-Module in großtechnischem Maßstab und auf eine kostengünstige Weise erzeugen zu können.
Bestimmte Faktoren beeinflussen die Effizienz von CdTe-PV-Modulen in Bezug auf die Kosten und die Energieerzeugungskapazität der Module. Zum Beispiel ist CdTe relativ teuer, und somit stellt eine effiziente Nutzung (d. h. minimale Abfallmenge) des Materials einen primären Kostenfaktor dar. Außerdem ist der Wirkungsgrad der Energieumwandlung des Moduls ein Faktor von bestimmten Eigenschaften der abgeschiedenen CdTe-Filmschicht. Eine Ungleichmäßigkeit oder Defekte in der Filmschicht können die Leistungsabgabe des Moduls deutlich verringern, wodurch die Kosten pro Leistungseinheit vergrößert werden. Ferner ist die Fähigkeit, relativ große Substrate in ökonomisch sinnvollem kommerziellen Maßstab zu verarbeiten, von ausschlaggebender Bedeutung.
Sublimation im geschlossenen Raum (CSS, Close Space Sublimation) ist ein bekannter kommerzieller Dampfphasenabscheidungsprozess zur Erzeugung von CdTe-Modulen. Es wird zum Beispiel auf die US-Patentschrift Nr. 6 444 043 und die US-Patentschrift Nr. 6 423 565 Bezug genommen. In einem CSS-Prozess wird in der Dampfphasenabscheidungskammer das Substrat zu einer gegenüberliegenden Stelle in einem relativ kleinen Abstand (d. h. von etwa 2–3 mm) gegenüber einer CdTe-Quelle gebracht. Das CdTe-Material sublimiert und lagert sich auf der Oberfläche des Substrats ab. In dem CSS-System gemäß der vorstehend angegebenen US-Patentschrift Nr. 6 444 043 liegt das CdTe-Material in granulierter Form vor und wird in einem beheizten Behälter innerhalb der Dampfphasenabscheidungskammer gehalten. Das sublimierte Material bewegt sich durch Löcher in einer Abdeckung, die über dem Behälter platziert ist, und lagert sich auf der stationären Glasoberfläche ab, die in dem kleinstmöglichen Abstand (1–2 mm) über dem Abdeckungsrahmen gehalten wird. Die Abdeckung wird auf eine Temperatur erhitzt, die größer ist als die des Behälters.
Während der CSS-Prozess Vorteile aufweist, stellt das System von Natur aus einen Stapelverarbeitungsprozess dar, in dem das Glassubstrat in eine Dampfphasenabscheidungskammer eingebracht, in der Kammer für eine endliche Zeitdauer, in der die Filmschicht erzeugt wird, gehalten und anschließend aus der Kammer ausgebracht wird. Das System ist mehr für eine Stapelverarbeitung von Substraten mit relativ kleinem Oberflächenbereich geeignet. Der Prozess muss periodisch unterbrochen werden, um die CdTe-Quelle aufzufüllen, was für einen großtechnischen Produktionsprozess nachteilig ist. Außerdem kann der Abscheidungsprozess nicht ohne weiteres unterbrochen und auf eine kontrollierte Weise wieder gestartet werden, was während der Einbringung und Ausbringung der Substrate in die und aus der Kammer sowie während aller Schritte, die zur Positionierung des Substrates in der Kammer erforderlich sind, zu einer wesentlichen Nichtnutzung (d. h. Verschwendung) des CdTe-Materials führt.
Demzufolge besteht ein andauernder Bedarf in der Industrie nach einem verbesserten System und Verfahren zur wirtschaftlich vertretbaren großtechnischen Produktion von effizienten PV-Modulen, insbesondere CdTe-basierten Modulen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Vorteile der Erfindung sind zum Teil in der folgenden Beschreibung angegeben oder können aus der Beschreibung deutlich werden, oder sie können durch Umsetzung der Erfindung erfahren werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Dampfabscheidung einer dünnen Filmschicht, beispielsweise einer CdTe-Schicht, auf einem Photovoltaik(PV)-Modulsubstrat geschaffen. Es ist auf dem Gebiet allgemein anerkannt, dass eine „dünne” Filmschicht dünner ist als 10 Mikrometer (μm), obwohl die Erfindung nicht auf irgendwelche bestimmten Filmdicken beschränkt ist. Der Prozess enthält ein Zuführen von Substraten in serieller Anordnung durch eine Dampfabscheidungsvorrichtung in einer Vakuumkammer, in der eine dünne Schicht eines sublimierten Quellenmaterials auf eine Oberfläche der Substrate abgeschieden wird. Die Substrate werden durch die Dampfabscheidungsvorrichtung mit einer gesteuerten konstanten linearen Geschwindigkeit befördert, so dass vordere und hintere Abschnitte der Substrate in einer Förderrichtung den gleichen Dampfabscheidungsbedingungen innerhalb der Dampfabscheidungsvorrichtung ausgesetzt sind. Die Substrate werden nacherwärmt, während sie aus der Dampfabscheidungsvorrichtung heraus befördert werden, so dass ein im Wesentlichen gleichmäßiges Temperaturprofil entlang der Längserstreckung der Substrate aufrechterhalten wird, bis das gesamte Substrat aus der Dampfabscheidungsvorrichtung heraus befördert worden ist. Die Substrate werden anschließend in gesteuerter Weise abgekühlt, bevor sie aus der Vakuumkammer entfernt werden.
In einer modifizierten Ausführungsformen eines Verfahrens werden die Substrate bei ihrer Herausbeförderung aus der Dampfabscheidungsvorrichtung in einer derartigen Weise nacherwärmt, dass ein gesteuerter bzw. kontrollierter allmählich abnehmender Temperaturgradient entlang der Längserstreckung der Substrate geschaffen wird, bis das gesamte Substrat aus der Dampfabscheidungsvorrichtung heraus befördert wird. Der abnehmende Temperaturgradient ist von einer derartigen Art, dass eine Beschädigung an dem Substrat, wie beispielsweise ein Verzug, Brechen und dergleichen, verhindert wird.
Veränderungen und Modifikationen an den vorstehend erläuterten Prozessen liegen in dem Umfang und Rahmen der Erfindung und können hier weiter beschrieben sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System zur Dampfabscheidung einer dünnen Filmschicht, wie beispielsweise einer CdTe-Filmschicht, auf Photovoltaik(PV)-Modulsubstraten geschaffen. Das System enthält eine Vakuumkammer, die in einer bestimmten Ausführungsform durch mehrere miteinander verbundene Module definiert sein kann. Die Vakuumkammer enthält eine Dampfabscheidungsvorrichtung, die zur Abscheidung einer dünnen Schicht eines sublimierten Quellenmaterials auf einer Oberfläche von hindurchbeförderten Substraten eingerichtet ist. Ein Fördersystem ist in der Vakuumkammer betriebsmäßig angeordnet und ist dazu eingerichtet, die Substrate in einer seriellen Anordnung durch die Dampfabscheidungsvorrichtung hindurch mit einer gesteuerten konstanten linearen Geschwindigkeit zu befördern. Ein Nachwärmabschnitt ist in der Vakuumkammer unmittelbar stromabwärts von der Dampfabscheidungsvorrichtung in der Förderrichtung der Substrate angeordnet. Der Nachwärmabschnitt ist dazu eingerichtet, die aus der Dampfabscheidungsvorrichtung beförderten Substrate bei einem gewünschten erwärmten Temperaturprofil zu halten, das eine thermische Beschädigung an den Substraten verhindert, bis das gesamte Substrat die Dampfabscheidungsvorrichtung verlassen hat. Der Nacherwärmungsabschnitt kann ein oder mehrere Nachwärmmodule mit steuerbaren Wärmezonen enthalten.
In einer bestimmten Ausführungsform ist der Nachwärmabschnitt eingerichtet, um die Substrate derart zu erwärmen, dass ein im Wesentlichen gleichmäßiges Temperaturprofil entlang der Längserstreckung der Substrate aufrechterhalten wird, bis das gesamte Substrat aus der Dampfabscheidungsvorrichtung heraus befördert ist.
In einer alternativen Ausführungsform ist der Nachwärmabschnitt konfiguriert, um die Substrate auf eine derartige Weise zu erwärmen, dass ein gesteuertes allmählich abnehmendes Temperaturgradientenprofil entlang der Längserstreckung der Substrate errichtet ist, bis das gesamte Substrat aus der Dampfabscheidungsvorrichtung heraus befördert ist.
Variationen und Modifikationen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Systemanordnung liegen in dem Rahmen und Schutzumfang der Erfindung und können hier weiter erläutert sein.
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche besser verstanden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Eine vollständige und eine Umsetzung ermöglichende Beschreibung der vorliegenden Erfindung, einschließlich deren bester Ausführungsart, ist in der Beschreibung angegeben, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt, in denen zeigen:
1 eine ebene Ansicht eines Systems gemäß Aspekten der Erfindung; und
2 eine Perspektivansicht der Ausführungsform des Systems nach 1.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun im Einzelnen auf Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von der ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Jedes Beispiel ist zur Erläuterung der Erfindung und nicht zur Beschränkung der Erfindung vorgesehen. In der Tat wird es für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne dass von dem Rahmen oder Umfang der Erfindung abgewichen wird. Z. B. können Merkmale, die als ein Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, im Zusammenhang mit einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch weitere Ausführungsform zu ergeben. Somit besteht die Absicht, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen mit umfasst, wie sie in dem Umfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente liegen.
1 und 2 veranschaulichen eine Ausführungsform eines Systems 10, das zur Dampfabscheidung einer dünnen Filmschicht auf einem Substrat 14 eines Photovoltaik(PV)-Moduls (das hier nachfolgend als ein „Substrat” bezeichnet wird) konfiguriert ist. Die dünne Schicht kann beispielsweise eine Filmschicht aus Cadmiumtellurid (CdTe) sein. Obwohl die Erfindung nicht auf irgendeine spezielle Filmdicke, wie sie erwähnt ist, beschränkt ist, wird auf dem Gebiet allgemein anerkannt, dass eine „dünne” Filmschicht auf einem PV-Modulsubstrat im Allgemeinen dünner als etwa 10 Mikrometer (μm) ist. Es sollte verstanden werden, dass das vorliegende System nicht auf eine Dampfabscheidung einer bestimmten Art einer Filmschicht beschränkt ist und dass CdTe nur eine Art einer Filmschicht darstellt, die durch das System 10 abgeschieden werden kann.
Bezugnehmend auf 1 enthält das System 10 eine Vakuumkammer 16, die durch jede beliebige Konfiguration von Komponenten definiert sein kann. In der speziellen veranschaulichten Ausführungsform ist die Vakuumkammer 16 durch mehrere miteinander verbundene Module definiert, wie sie in größeren Einzelheiten nachstehend erläutert sind. Im Allgemeinen kann die Vakuumkammer 16 als der Abschnitt oder Teil des Systems 10 betrachtet werden, in dem für die verschiedenen Aspekte des Dampfabscheidungsprozesses ein Vakuum erzeugt und aufrechterhalten wird.
Das System 10 enthält einen Vorwärmabschnitt 18 innerhalb der Vakuumkammer 16. Der Vorwärmabschnitt 18 kann eine oder mehrere Komponenten sein, die die Substrate 14 vorerwärmen, während diese durch die Vakuumkammer 16 hindurch befördert werden. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Vorwärmabschnitt 18 durch mehrere miteinander verbundene Module 20 definiert, durch die die Substrate 14 befördert werden.
Die Vakuumkammer 16 enthält ferner eine Dampfabscheidungsvorrichtung 24 stromabwärts von dem Vorwärmabschnitt 18 in der Förderrichtung der Substrate 14. Diese Vorrichtung 24 kann als ein Dampfabscheidungsmodul 22 eingerichtet sein und ist die Komponentenkonfiguration, in der ein Quellenmaterial, wie beispielsweise granulares CdTe-Material, sublimiert und auf dem Substrat 14 in Form einer dünnen Filmschicht abgeschieden wird. Es sollte ohne weiteres verstanden werden, dass in der Technik verschiedene Dampfabscheidungssysteme und -prozesse, wie beispielsweise die vorstehend erläuterten CSS-Systeme, bekannt sind und dass die Dampfabscheidungsvorrichtung 24 nicht auf irgendeine spezielle Art eines Dampfabscheidungssystems oder -verfahrens beschränkt ist.
Die Vakuumkammer 16 enthält ferner einen Abkühlabschnitt 26 stromabwärts von der Dampfabscheidungsvorrichtung 24. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Abkühlabschnitt 26 durch mehrere miteinander verbundene Abkühlmodule 28 definiert, durch die die Substrate 14 befördert werden, bevor sie aus dem System 10 entfernt werden, wie dies in größeren Einzelheiten nachstehend beschrieben ist.
Das System 10 enthält ferner ein Fördersystem, das in der Vakuumkammer 16 betriebsmäßig angeordnet ist. In der veranschaulichten Ausführungsform enthält dieses Fördersystem mehrere einzelne Fördereinrichtungen 66, wobei jedes der Module in dem System 10 ein jeweiliges einzelnes der Fördereinrichtungen 66 enthält. Es sollte verstanden werden, dass die Art oder Konfiguration der Fördereinrichtungen 66 keinen beschränkenden Faktor der Erfindung bildet. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Fördereinrichtungen 66 Rollenförderer, die von einem Motorantrieb 67 (2) angetrieben sind, der derart gesteuert ist, dass eine gewünschte Fördergeschwindigkeit der Substrate 14 durch ein jeweiliges Modul und das System 10 insgesamt erreicht wird.
Das System 10 enthält ferner ein Zuführsystem 48 (2), das bei der Dampfabscheidungsvorrichtung 24 dazu eingerichtet ist, die Vorrichtung 24 mit einem Quellenmaterial, wie beispielsweise granulatförmigem CdTe-Material, zu versorgen. Das Zuführsystem 48 kann innerhalb des Rahmens und Schutzumfangs der Erfindung verschiedene Konfigurationen einnehmen und dient dazu, das Quellenmaterial zuzuführen, ohne den kontinuierlichen Dampfabscheidungsprozess innerhalb der Dampfabscheidungsvorrichtung 24 oder die Beförderung der Substrate 14 durch die Dampfabscheidungsvorrichtung 24 zu unterbrechen.
Bezugnehmend auf die 1 und 2 allgemein werden die einzelnen Substrate 14 zunächst auf einem Beschickungsförderer 46 platziert, der z. B. die gleiche Art eines angetriebenen Rollenförderers 66 enthalten kann, der in den anderen Systemmodulen eingesetzt wird. Die Substrate 14 werden zunächst durch eine Eintrittsvakuumschleusenstation 34 befördert, die stromaufwärts von der Vakuumkammer 16 angeordnet ist. In der veranschaulichten Ausführungsform enthält die Vakuumschleusenstation 34 ein Beschickungsmodul 36 stromaufwärts von einem Puffermodul 38 in der Förderrichtung der Substrate 14. Eine „Grob”-Vakuumpumpe (d. h. Anfangsvakuumpumpe) 56 ist bei dem Beschickungsmodul 36 dazu eingerichtet, ein Anfangsvakuumniveau zu erzeugen, und eine „Fein”-Vakuumpumpe (d. h. Hochvakuumpumpe) 58 ist bei dem Puffermodul 38 dazu eingerichtet, das Vakuum in dem Puffermodul 38 auf im Wesentlichen das Vakuumniveau innerhalb der Vakuumkammer 16 zu erhöhen. Ventile 62 (z. B. schieber- oder torartige Schlitzventile oder Drehklappenventile) sind betriebsmäßig zwischen dem Beschickungsförderer 46 und dem Beschickungsmodul 36, zwischen dem Beschickungsmodul 36 und dem Puffermodul 38 sowie zwischen dem Puffermodul 38 und der Vakuumkammer 16 angeordnet. Diese Ventile 62 werden durch einen Motor oder eine andere Art eines Betätigungs- bzw. Antriebsmechanismus 64 sequentiell betätigt, um die Substrate 14 in die Vakuumkammer 16 schrittweise einzubringen, ohne das Vakuum in der Kammer 16 nachteilig zu beeinflussen.
Unter normalen Betriebsbedingungen wird ein Betriebsvakuum in der Vakuumkammer 16 mittels einer beliebigen Kombination der Vakuumpumpen 58, 56 und 60 aufrechterhalten. Um ein Substrat in die Vakuumkammer 16 einzubringen, wird das Ventil 62 zwischen dem Beschickungsmodul 36 und dem Puffermodul 38 zunächst geschlossen, während das Beschickungsmodul entlüftet wird. Das Ventil 62 zwischen dem Puffermodul 38 und dem ersten Vorwärmmodul 20 wird geschlossen. Das Ventil 62 zwischen dem Beschickungsmodul 36 und dem Beschickungsförderer 46 wird geöffnet, und die einzelnen Förderer 66 in den jeweiligen Modulen werden gesteuert, um ein Substrat 14 in das Beschickungsmodul 36 zu befördern. An dieser Stelle wird das erste Ventil 62 geschlossen, und das Substrat 14 ist in dem Beschickungsmodul 36 isoliert. Die Grobvakuumpumpe 56 erzeugt anschließend ein Anfangsvakuum in dem Beschickungsmodul 36. Während dieser Zeit erzeugt die Feinvakuumpumpe 58 ein Vakuum in dem Puffermodul 38. Wenn die Vakuen zwischen dem Beschickungsmodul 36 und dem Puffermodul 38 im Wesentlichen ausgeglichen sind, wird das Ventil 62 zwischen den Modulen geöffnet, und das Substrat 14 wird in das Puffermodul 38 hinein bewegt. Das Ventil 62 zwischen den Modulen wird geschlossen, und die Feinvakuumpumpe steigert das Vakuum in dem Puffermodul 38, bis es mit demjenigen in dem benachbarten Vorwärmmodul 20 im Wesentlichen ausgeglichen ist. Das Ventil 62 zwischen dem Puffermodul 38 und dem Vorwärmmodul 20 wird anschließend geöffnet, und das Substrat wird in das Vorwärmmodul 20 hinein bewegt. Dieser Prozess wird für jedes Substrat 14, das in die Vakuumkammer 16 hinein befördert wird, wiederholt.
In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Vorwärmabschnitt 18 durch mehrere miteinander verbundene Module 20 gebildet, die einen erwärmten Förderweg für die Substrate 14 beim Durchgang durch die Vakuumkammer 16 definieren. Jedes der Module 20 kann mehrere unabhängig voneinander gesteuerte Heizeinrichtungen 21 enthalten, wobei die Heizeinrichtungen 21 mehrere unterschiedliche Wärmezonen definieren. Eine bestimmte Wärmezone kann mehr als eine einzelne Heizeinrichtung 21 enthalten.
Jedes der Vorwärmmodule 20 enthält ferner eine unabhängig gesteuerte Fördereinrichtung 66. Die Heizeinrichtungen 21 und die Fördereinrichtungen 66 werden für jedes Modul 20 derart gesteuert, dass eine Fördergeschwindigkeit der Substrate 14 beim Durchgang durch den Vorwärmabschnitt 18 erreicht wird, die eine gewünschte Temperatur der Substrate 14 sicherstellt, bevor die Substrate 14 in ein stromabwärts befindliches Dampfabscheidungsmodul 22 befördert werden.
In der veranschaulichten Ausführungsform enthält die Dampfabscheidungsvorrichtung 24 ein Modul 22, in dem die Substrate 14 einer Dampfabscheidungsumgebung ausgesetzt werden, in der eine dünne Schicht eines sublimierten Quellenmaterials, wie beispielsweise CdTe, auf die Oberfläche der Substrate 14 abgeschieden wird. Die einzelnen Substrate 14 werden durch das Dampfabscheidungsmodul 22 mit einer gesteuerten konstanten linearen Geschwindigkeit befördert. In anderen Worten werden die Substrate 14 innerhalb des Moduls 24 nicht gestoppt oder angehalten, sondern bewegen sich kontinuierlich durch das Modul 22 mit einer gesteuerten linearen Geschwindigkeit. Die Fördergeschwindigkeit der Substrate 14 kann z. B. in dem Bereich von etwa 10 mm/s bis etwa 40 mm/s liegen. In einer speziellen Ausführungsform kann diese Geschwindigkeit z. B. etwa 20 mm/s betragen. Auf diese Weise werden die vorderen und hinteren Abschnitte der Substrate 14 in der Förderrichtung den gleichen Dampfabscheidungsbedingungen innerhalb des Dampfabscheidungsmoduls 22 ausgesetzt. Alle Bereiche der oberen Fläche der Substrate 14 sind den gleichen Dampfbedingungen ausgesetzt, um so eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke der dünnen Filmschicht aus sublimiertem Quellenmaterial auf der oberen Fläche der Substrate 14 zu erreichen.
Das Dampfabscheidungsmodul 22 enthält eine jeweilige Fördereinrichtung 65, die sich von den Fördereinrichtungen 66 in den mehreren stromaufwärtigen und stromabwärtigen Modulen unterscheiden kann. Die Fördereinrichtung 65 kann insbesondere eingerichtet sein, um den Dampfabscheidungsprozess innerhalb des Moduls 22 zu unterstützen. In der veranschaulichten Ausführungsform ist ein endloser Plattenband- bzw. Lattenförderer innerhalb des Moduls 22 zu diesem Zweck eingerichtet. Es sollte jedoch ohne weiteres verstanden werden, dass hier auch jede beliebige sonstige Art eines geeigneten Förderers verwendet werden kann.
Die Dampfabscheidungsvorrichtung 24 ist bei einem Zuführsystem 48 (2) dazu eingerichtet, die Vorrichtung 24 kontinuierlich mit dem Quellenmaterial auf eine derartige Weise zu versorgen, dass der Dampfabscheidungsprozess oder die durchgehende, pausenlose Beförderung der Substrate 14 durch das Modul 22 nicht unterbrochen wird. Das Zuführsystem 48 stellt keinen beschränkenden Faktor der Erfindung dar, so dass jedes beliebige Zuführsystem 48 angedacht werden kann, um das Quellenmaterial in das Modul 22 zu liefern. Zum Beispiel kann das Zuführsystem 48 sequentiell betätigte Vakuumschleusen enthalten, wobei eine externe Quelle des Materials in dosierten Mengen schrittweise durch die Vakuumschleusen hindurch und in einen Behälter bzw. eine Aufnahme innerhalb der Dampfabscheidungsvorrichtung 24 eingebracht wird. Die Zufuhr des Quellenmaterials wird insofern als „kontinuierlich” angesehen, als der Dampfabscheidungsprozess nicht gestoppt oder angehalten werden muss, um die Vorrichtung 24 mit dem Quellenmaterial wiederzuversorgen. Solange die Zufuhr von außen aufrechterhalten wird, liefert das Zuführsystem 48 kontinuierlich Stapel oder dosierte Mengen des Materials in die Dampfabscheidungsvorrichtung 24 hinein.
In der veranschaulichten Ausführungsform ist ein Nachwärmabschnitt 30 innerhalb der Vakuumkammer 16 unmittelbar stromabwärts von dem Dampfabscheidungsmodul 22 definiert. Dieser Nachwärmabschnitt 30 kann durch ein oder mehrere Nachwärmmodule 32 definiert sein, die eine bei diesem eingerichtete Heizeinheit 21 aufweisen. Die Heizeinheit 21 kann mehrere unabhängig voneinander steuerbare Wärmezonen enthalten, wobei jede Zone eine oder mehrere Heizeinrichtungen aufweist. Wenn der vordere Abschnitt eines Substrats 14 aus dem Dampfabscheidungsmodul 24 heraus befördert wird, bewegt er sich in das Nachwärmmodul 32 hinein. Das Nachwärmmodul 32 erhält ein gesteuertes Heizprofil des Substrats aufrecht, bis das gesamte Substrat aus dem Dampfabscheidungsmodul 22 heraus bewegt ist, um eine Beschädigung an dem Substrat, wie beispielsweise einen Verzug oder ein Brechen, die durch unkontrollierte oder drastische thermische Belastungen erzeugt werden, zu verhindern. Wenn dem vorderen Abschnitt des Substrats 14 gestattet würde, sich mit einer zu hohen Rate abzukühlen, während es das Modul 22 verlässt, würde ein möglicherweise schädigender Temperaturgradient in Längsrichtung entlang des Substrats 14 erzeugt werden. Dieser Zustand könnte zu einem Brechen des Substrats aufgrund der thermischen Belastung führen.
In einer bestimmten Ausführungsform wird der Nachwärmabschnitt 16 gesteuert, um eine im Wesentlichen gleichmäßige oder konstante Temperatur durch den Abschnitt 16 hinweg einzurichten. Zum Beispiel in der Ausführungsform, in der der Nachwärmabschnitt 16 ein Modul 324 und eine Heizeinheit 21 enthält, erhält die Heizeinheit eine konstante Temperatur entlang der Längsabmessung des Moduls 32 aufrecht. In dieser Konfiguration wird ein im Wesentlichen gleichmäßiges Temperaturprofil in den Substraten 14 erzeugt, während diese aus der Dampfabscheidungsvorrichtung 24 heraus und durch das Nachwärmmodul 32 hindurch befördert werden, bis das gesamte Substrat 14 aus der Dampfabscheidungsvorrichtung 24 heraus befördert ist.
In der Ausführungsform, in der die Substrate bei einem gleichmäßigen Temperaturprofil durch das Nachwärmmodul 32 hindurch gehalten werden, können die Substrate mit einer ersten Fördergeschwindigkeit in das Modul 32 hinein befördert werden und aus dem Nachwärmmodul 32 in einen benachbarten Abkühlabschnitt 26 (z. B. in ein erstes Abkühlmodul 28) mit einer deutlich größeren zweiten Fördergeschwindigkeit befördert werden, die wirksam ist um zu verhindern, dass ein Temperaturgradient entlang der Längserstreckung der Substrate 14 erzeugt wird. In anderen Worten werden die Substrate 14 in den Abkühlabschnitt 26 mit einer derartigen Geschwindigkeit hinein bewegt, dass ein schädigender Temperaturgradient entlang der Längserstreckung der Substrate nicht geschaffen werden kann. Im Wesentlichen wird das gesamte Substrat 14 zur im Wesentlichen gleichen Zeit den Kühlbedingungen ausgesetzt, so dass thermische Spannungen nicht in das Substratmaterial eingebracht werden. In bestimmten Ausführungsformen beträgt die erste Fördergeschwindigkeit etwa 10 mm/s bis etwa 40 mm/s, und die zweite Fördergeschwindigkeit beträgt etwa 200 mm/s bis etwa 600 mm/s. Die Substrate 14 werden anschließend mit in etwa der ersten Fördergeschwindigkeit durch den Abkühlabschnitt 26 hindurch befördert.
In einer modifizierten Ausführungsform, die den Nachwärmprozess betrifft, wird der Nachwärmabschnitt (z. B. das Nachwärmmodul 32) auf eine derartige Weise gesteuert, dass ein gesteuertes allmählich abnehmendes Temperaturgradientenprofil entlang der Längserstreckung der Substrate 14 geschaffen wird, bis das gesamte Substrat aus der Dampfabscheidungsvorrichtung 24 heraus befördert ist. In anderen Worten weist der vordere Abschnitt des Substrats 14 eine verringerte Temperatur im Vergleich zu dem hinteren Abschnitt des Substrats auf, während sich das Substrat durch das Modul 32 hindurch bewegt. Dieser abnehmende Temperaturgradient wird sorgfältig gesteuert, so dass ein zu hoher und möglicherweise schädigender Gradient nicht geschaffen wird. Es sollte verstanden werden, dass die Substrate 14 ein gewisses Ausmaß eines Temperaturgradienten ertragen können, ohne dass sie beschädigt werden, und diese spezielle Ausführungsform macht sich diese Eigenschaft zu nutze, indem sie eine gewisse anfängliche Abkühlung des vorderen Abschnitts des Substrats 14 zulässt. Diese Ausführungsform ermöglicht den Substraten 14, durch die Dampfabscheidungsvorrichtung 24 hindurch, in das Nachwärmmodul 32 hinein und durch dieses hindurch sowie in den Abkühlabschnitt 26 hinein und durch diesen hindurch mit im Wesentlichen der gleichen konstanten linearen Geschwindigkeit befördert zu werden.
Der allmählich abnehmende Temperaturgradient für die Substrate 14, wie vorstehend beschrieben, kann erzielt werden, indem ein Temperaturprofil entlang der Längserstreckung des Nachwärmabschnitts von etwa 400°C bis etwa 600°C an einem Einlass von diesem und von etwa 200°C bis etwa 500°C an seinem Auslass aufrechterhalten wird. Einzelne Heizzonen innerhalb des Nachwärmabschnitts 26 können gesteuert sein, um dieses Profil in einer linearen oder gestuften Weise entlang der Längserstreckung des Nachwärmabschnitts 26 zu schaffen.
Wie oben darauf hingewiesen, ist der Abkühlabschnitt 26 stromabwärts von dem Nachwärmabschnitt 30 innerhalb der Vakuumkammer 16 angeordnet. Der Abkühlabschnitt 26 kann ein oder mehrere Abkühlmodule 28 mit unabhängig voneinander steuerbaren Fördereinrichtungen 66 enthalten. Die Abkühlmodule 28 definieren einen sich in Längsrichtung erstreckenden Abschnitt innerhalb der Vakuumkammer 16, in dem den Substraten mit der darauf abgeschiedenen dünnen Schicht des sublimierten Quellenmaterials ermöglicht wird, sich mit einer gesteuerten Abkühlrate abzukühlen, bevor die Substrate 14 aus dem System 10 entfernt werden. Jedes der Module 28 kann ein Zwangskühlsystem enthalten, in dem ein Kühlmedium, wie beispielsweise Kaltwasser, Kältemittel oder sonstiges Medium, durch Kühlschlangen 29 gepumpt wird, die bei den Modulen 28 eingerichtet sind, wie dies insbesondere in 2 veranschaulicht ist.
Eine Austrittsvakuumschleusenstation 40 ist stromabwärts von dem Abkühlabschnitt 26 eingerichtet. Die Austrittsstation 40 arbeitet im Wesentlichen im umgekehrten Sinne zu der Eintrittsvakuumschleusenstation 34, die vorstehend beschrieben ist. Zum Beispiel kann die Austrittsvakuumschleusenstation 40 ein Austrittspuffermodul 42 und ein stromabwärtiges Austrittsschleusenmodul 44 enthalten. Aufeinanderfolgend betätigte Ventile 62 sind zwischen dem Puffermodul 42 und dem letzten der Module 28 in dem Abkühlabschnitt 26, zwischen dem Austrittspuffermodul 42 und dem Austrittsschleusenmodul 44 sowie zwischen dem Austrittsschleusenmodul 44 und einem Austrittsförderer 50 angeordnet. Eine Feinvakuumpumpe 58 ist bei dem Austrittspuffermodul 42 eingerichtet, und eine Grobvakuumpumpe 56 ist bei dem Austrittsschleusenmodul 44 eingerichtet. Die Pumpen 58, 60 und die Ventile 62 werden (im Wesentlichen umgekehrt zu der Eintrittsschleusenstation 34) sequentiell betätigt, um die Substrate 14 aus der Vakuumkammer 16 schrittweise heraus zu bewegen, ohne einen Verlust des Vakuumzustands innerhalb der Vakuumkammer 16 zuzulassen.
Wie erwähnt, ist das System 10 in der veranschaulichten Ausführungsform durch mehrere miteinander verbundene Module definiert, wobei jedes der Module eine bestimmte Funktion erfüllt. Zum Beispiel dienen die Module 36 und 38 dazu, einzelne Substrate 14 in die Vakuumkammer 16 einzubringen. Die bei diesen jeweiligen Modulen eingerichteten Fördereinrichtungen 66, sowie auch die Ventile 62 und die zugehörigen Aktuatoren 64, werden für diesen Zweck geeignet gesteuert. Die Fördereinrichtungen 66 und die Heizeinheiten 21, die den mehreren Modulen 20 in dem Vorwärmabschnitt 18 zugeordnet sind, werden gesteuert, um die Substrate 14 auf eine gewünschte Temperatur vorzuerwärmen sowie um sicherzustellen, dass die Substrate 14 in das Dampfabscheidungsmodul 22 mit der gewünschten gesteuerten, konstanten, linearen Fördergeschwindigkeit eingebracht werden. Für die Steuerungszwecke kann jedes der individuellen Module eine zugehörige unabhängige Steuereinrichtung 52 aufweisen, die gemeinsam mit diesem eingerichtet ist, um die einzelnen Funktionen des jeweiligen Moduls zu steuern. Die mehreren Steuereinrichtungen 52 können wiederum mit einer zentralen Systemsteuerung 54 in Kommunikationsverbindung stehen, wie dies in 1 veranschaulicht ist. Die zentrale Systemsteuerung 54 kann die Funktionen von beliebigen einzelnen der Module derart überwachen und (über die unabhängigen Steuereinrichtungen 52) steuern, dass eine gesamte gewünschte Fördergeschwindigkeit und Verarbeitung der Substrate 14 beim Durchgang durch das System 10 erreicht wird.
Bezugnehmend auf 1 kann jedes der Module für eine unabhängige Steuerung des jeweiligen individuellen Förderers 66 irgendeine Art von aktiven oder passiven Sensoren 68 enthalten, die die Gegenwart der Substrate 14 detektieren, während diese durch das Modul befördert werden. Die Sensoren 68 stehen in Kommunikationsverbindung mit der Modulsteuereinrichtung 52, die wiederum mit der zentralen Steuereinrichtung 54 in Kommunikationsverbindung steht. Auf diese Weise kann der jeweils einzelne Förderer 66 gesteuert werden um sicherzustellen, dass ein richtiger Abstand zwischen den Substraten 14 aufrechterhalten wird und dass die Substrate 14 mit der gewünschten konstanten Fördergeschwindigkeit durch die Vakuumkammer 16 befördert werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner verschiedene Ausführungsformen eines Verfahrens zur Dampfabscheidung einer dünnen Filmschicht auf einem Photovoltaik(PV)-Modulsubstrat. Die Verfahren können mit den verschiedenen vorstehend beschriebenen Systemausführungsformen oder durch irgendeine sonstige Konfiguration geeigneter Systemkomponenten umgesetzt werden. Es sollte folglich verstanden werden, dass die Verfahrensausführungsformen gemäß der Erfindung nicht auf die hierin beschriebene Systemkonfiguration beschränkt sind.
In einer bestimmten Ausführungsform enthält das Verfahren ein Einrichten einer Dampfkammer und Einbringen von PV-Substraten einzeln in die Kammer. Die Substrate werden auf eine gewünschte Temperatur vorerwärmt, wenn sie in einer seriellen Anordnung durch die Vakuumkammer befördert werden. Die vorerwärmten Substrate werden anschließend durch eine Dampfabscheidungsvorrichtung in der Vakuumkammer hindurch befördert, in der eine dünne Schicht eines sublimierten Quellenmaterials, wie beispielsweise CdTe, auf die obere Fläche der Substrate abgeschieden wird. Die Substrate werden durch die Dampfabscheidungsvorrichtung mit einer kontrollierten konstanten linearen Geschwindigkeit befördert, so dass die vorderen und hinteren Abschnitte der Substrate in einer Förderrichtung den gleichen Dampfabscheidungsbedingungen innerhalb der Dampfabscheidungsvorrichtung ausgesetzt sind, um so eine gleichmäßige Dicke der dünnen Filmschicht auf der oberen Fläche der Substrate zu erreichen.
In einer besonderen Ausführungsform wird die Dampfabscheidungsvorrichtung mit dem Quellenmaterial in einer derartigen Weise versorgt, dass der Dampfabscheidungsprozess oder die Beförderung der Substrate durch die Dampfabscheidungsvorrichtung nicht unterbrochen wird.
Das Verfahren kann ferner ein Kühlen der Substrate stromabwärts von der Dampfabscheidungsvorrichtung innerhalb der Vakuumkammer vor dem nachfolgenden Entfernen jedes der abgekühlten Substrate aus der Vakuumkammer enthalten.
Es kann erwünscht sein, die Substrate nachzuerwärmen, während sie die Dampfabscheidungsvorrichtung verlassen, bevor die Substrate abgekühlt werden, so dass der Vorderabschnitt der Substrate in der Förderrichtung nicht gekühlt wird, bis das gesamte Substrat die Dampfabscheidungsvorrichtung verlassen hat. Auf diese Weise wird das Substrat entlang seiner gesamten Länge in Längsrichtung auf einer relativ konstanten Temperatur gehalten, während der hintere Abschnitt des Substrats dem Abscheidungsprozess innerhalb der Dampfabscheidungsvorrichtung unterworfen wird.
Wie erwähnt, werden die Substrate durch die Dampfabscheidungsvorrichtung hindurch mit einer konstanten linearen Geschwindigkeit befördert. In einer besonderen Ausführungsform können die Substrate durch die anderen Abschnitte der Vakuumkammer mit einer variablen Geschwindigkeit befördert werden. Zum Beispiel können die Substrate mit einer geringeren oder höheren Geschwindigkeit oder schrittweise befördert werden, während sie vor der Dampfabscheidungsvorrichtung vorerwärmt werden oder während sie hinter der Dampfabscheidungsvorrichtung abgekühlt werden.
Das Verfahren kann ferner ein individuelles Einbringen bzw. Ausbringen der Substrate in die Vakuumkammer hinein bzw. aus dieser heraus durch einen Eintritts- und Austrittsvakuumschleusenprozess enthalten, in dem die Vakuumbedingungen innerhalb der Vakuumkammer nicht unterbrochen oder in irgendeinem wesentlichen Maße verändert werden.
Um einen kontinuierlichen Dampfabscheidungsprozess zu erhalten, kann das Verfahren ferner ein Zuführen des Quellenmaterials zu der Dampfabscheidungsvorrichtung von einem von außen auffüllbaren Zuführsystem enthalten. Der Zuführprozess kann ein kontinuierliches Einleiten dosierter Mengen des Quellenmaterials von dem Zuführsystem in die Dampfabscheidungsvorrichtung hinein ohne eine Unterbrechung des Dampfabscheidungsprozesses enthalten. Zum Beispiel können die dosierten Mengen des Quellenmaterials durch sequentielle Vakuumschleusen eingebracht und in einem Behälter bzw. einer Aufnahme innerhalb der Dampfabscheidungsvorrichtung angeordnet werden. Auf diese Weise braucht der Dampfabscheidungsprozess zum Wiederauffüllen des Quellenmaterials innerhalb der Dampfabscheidungsvorrichtung nicht unterbrochen zu werden.
Diese Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch jedem Fachmann auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung umzusetzen, wozu eine Herstellung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und eine Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente enthalten, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.
Ein System 10 und zugehöriges Verfahren zur Dampfabscheidung einer dünnen Filmschicht auf einem Photovoltaik(PV)-Modulsubstrat 14 enthält die Einrichtung einer Vakuumkammer 16 und Einbringung der Substrate einzeln in die Vakuumkammer hinein. Ein Fördersystem ist in der Vakuumkammer betriebsmäßig angeordnet und konfiguriert, um die Substrate in einer seriellen Anordnung durch eine Dampfabscheidungsvorrichtung innerhalb der Vakuumkammer mit einer gesteuerten konstanten linearen Geschwindigkeit zu befördern. Ein Nachwärmabschnitt ist innerhalb der Vakuumkammer unmittelbar stromabwärts von der Dampfabscheidungsvorrichtung in der Förderrichtung der Substrate angeordnet. Der Nachwärmabschnitt ist konfiguriert, um die aus der Dampfabscheidungsvorrichtung beförderten Substrate bei einem gewünschten erhöhten Temperaturprofil zu halten, bis das gesamte Substrat die Dampfabscheidungsvorrichtung verlassen hat.
Bezugszeichenliste

10: System
14: Substrat
16: Vakuumkammer
18: Vorwärmabschnitt
20: Vorwärmmodul
21: Heizelemente
22: Dampfabscheidungsvorrichtung
24: Dampfabscheidungsmodul
26: Abkühlabschnitt
28: Abkühlmodul
30: Nachwärmabschnitt
32: Nachwärmmodul
34: Eintrittsvakuumschleusenstation
36: Beschickungsmodul
38: Puffermodul
40: Austrittsvakuumschleusenstation
42: Austrittspuffer
44: Austrittsmodul
46: Beschickungsförderer
48: Zuführsystem
50: Austrittsförderer
52: Steuereinrichtungen
54: Zentrale Steuerung
56: Grobvakuumpumpe
58: Feinvakuumpumpe
60: Vakuumpumpe
62: Ventil
64: Steuereinrichtung
65: Abscheidungsmodulförderer
66: Fördereinrichtung
67: Fördererantrieb
68: Sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6444043 [0005, 0005]
US 6423565 [0005]

Claims

Verfahren zur Dampfabscheidung einer dünnen Filmschicht auf einem Photovoltaik(PV)-Modulsubstrat (14), das aufweist: Befördern von Substraten in serieller Anordnung durch eine Dampfabscheidungsvorrichtung (22) in eine Vakuumkammer (16), in der eine dünne Schicht eines sublimierten Quellenmaterials auf eine obere Fläche der Substrate abgeschieden wird, wobei die Substrate durch die Dampfabscheidungsvorrichtung mit einer gesteuerten konstanten linearen Geschwindigkeit befördert werden, so dass vordere und hintere Abschnitte der Substrate in einer Förderrichtung den gleichen Dampfabscheidungsbedingungen innerhalb der Dampfabscheidungsvorrichtung ausgesetzt sind; Nacherwärmen der Substrate, während die Substrate aus der Dampfabscheidungsvorrichtung heraus befördert werden, so dass entlang der Längserstreckung der Substrate eine im Wesentlichen gleichmäßige Temperatur erhalten wird, bis das gesamte Substrat aus der Dampfabscheidungsvorrichtung heraus befördert ist; und Abkühlen der Substrate nach dem Nacherwärmungsschritt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Substrate (14) für den Nacherwärmungsschritt von der Dampfabscheidungsvorrichtung (22) in ein Nachwärmmodul (32) befördert werden und ferner aufweisend, dass ein im Wesentlichen konstantes Temperaturprofil über die Länge des Nachwärmmoduls hinweg in Längsrichtung erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Substrate (14) durch die Dampfabscheidungsvorrichtung (22) hindurch und in das Nachwärmmodul (32) hinein mit einer ersten Fördergeschwindigkeit befördert werden und von dem Nachwärmmodul in einen stromabwärtigen Abkühlabschnitt (26) mit einer deutlich größeren zweiten Fördergeschwindigkeit befördert werden, die wirksam ist, um die Erzeugung eines Temperaturgradienten entlang der Längserstreckung der Substrate zu verhindern.
Verfahren zur Dampfabscheidung einer dünnen Filmschicht auf einem Photovoltaik(PV)-Modulsubstrat (14), das aufweist: Befördern von Substraten in serieller Anordnung durch eine Dampfabscheidungsvorrichtung (22) hindurch in eine Vakuumkammer (16), in der eine dünne Schicht eines sublimierten Quellenmaterials auf die obere Fläche der Substrate abgeschieden wird, wobei die Substrate durch die Dampfabscheidungsvorrichtung mit einer gesteuerten konstanten linearen Geschwindigkeit befördert werden, so dass vordere und hintere Abschnitte der Substrate in einer Förderrichtung den gleichen Dampfabscheidungsbedingungen innerhalb der Dampfabscheidungsvorrichtung ausgesetzt sind; Nacherwärmen der Substrate, während die Substrate aus der Dampfabscheidungsvorrichtung heraus befördert werden, in einer derartigen Weise, dass ein gesteuerter allmählich abnehmender Temperaturgradient entlang der Längserstreckung der Substrate erzeugt wird, bis das gesamte Substrat aus der Dampfabscheidungsvorrichtung heraus befördert wird; und Kühlen der Substrate nach dem Nacherwärmungsschritt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Substrate (14) für den Nacherwärmungsschritt aus der Dampfabscheidungsvorrichtung (22) in ein Nachwärmmodul (32) und für den Abkühlschritt in einen Abkühlabschnitt (26) befördert werden.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner ein Aufrechterhalten eines abnehmenden Temperaturprofils entlang der Längserstreckung des Nachwärmmoduls (32) in Längsrichtung aufweist, wobei das Temperaturprofil eine Temperatur von etwa 400°C bis etwa 600°C an einem Einlass von diesem und etwa 200°C bis etwa 500°C an einem Auslass von diesem aufweist.
System (10) zur Dampfabscheidung einer dünnen Filmschicht auf Photovoltaik(PV)-Modulsubstraten (14), das aufweist: eine Vakuumkammer (16), wobei die Vakuumkammer ferner eine Dampfabscheidungsvorrichtung (22) aufweist, die zur Abscheidung einer dünnen Schicht eines sublimierten Quellenmaterials auf einer Oberfläche von hindurchbeförderten Substraten eingerichtet ist; ein Fördersystem (66), das in der Vakuumkammer betriebsmäßig angeordnet und eingerichtet ist, um die Substrate in einer seriellen Anordnung durch die Dampfabscheidungsvorrichtung mit einer gesteuerten konstanten linearen Geschwindigkeit zu befördern; und einen Nachwärmabschnitt (18), der in der Vakuumkammer unmittelbar stromabwärts von der Dampfabscheidungsvorrichtung in der Förderrichtung der Substrate angeordnet ist, wobei der Nachwärmabschnitt eingerichtet ist, um die aus der Dampfabscheidungsvorrichtung beförderten Substrate bei einem gewünschten erwärmten Temperaturprofil zu halten, bis das gesamte Substrat die Dampfabscheidungsvorrichtung verlassen hat.
System (10) nach Anspruch 7, wobei der Nachwärmabschnitt (18) eingerichtet ist, um die Substrate mit einem Temperaturprofil zu erwärmen, so dass entlang der Längserstreckung der Substrate eine im Wesentlichen gleichmäßige Temperatur erhalten wird, bis das gesamte Substrat aus der Dampfabscheidungsvorrichtung (22) heraus befördert ist.
System (10) nach Anspruch 8, das ferner einen Abkühlabschnitt (26) stromabwärts von dem Nachwärmabschnitt (30) in einer Förderrichtung der Substrate aufweist, wobei das Fördersystem (66) eingerichtet ist, um die Substrate (14) durch die Dampfabscheidungsvorrichtung (22) hindurch und in den Nachwärmabschnitt hinein mit einer ersten Fördergeschwindigkeit zu befördern und aus dem Nachwärmabschnitt heraus und in den Abkühlabschnitt hinein mit einer deutlich größeren zweiten Fördergeschwindigkeit zu befördern, die wirksam ist um zu verhindern, dass ein Temperaturgradient entlang der Längserstreckung der Substrate geschaffen wird.
System (10) nach Anspruch 7, wobei der Nachwärmabschnitt (30) eingerichtet ist, um die Substrate (14) mit einem derartigen Temperaturprofil zu erwärmen, das ein gesteuerter allmählich abnehmender Temperaturgradient entlang der Längserstreckung der Substrate geschaffen ist, bis das gesamte Substrat aus der Dampfabscheidungsvorrichtung (22) heraus befördert ist, und ferner einen Abkühlabschnitt (26) stromabwärts von dem Nachwärmmodul in einer Förderrichtung der Substrate aufweisend, wobei das Fördersystem (66) eingerichtet ist, um die Substrate mit im Wesentlichen der gleichen konstanten linearen Geschwindigkeit durch die Dampfabscheidungsvorrichtung hindurch, in den Nachwärmabschnitt hinein und durch diesen hindurch sowie in den Abkühlabschnitt hinein und durch diesen hindurch zu befördern.