DE102012212665A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Beschichtung einer Bauteiloberfläche - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung einer ersten Bauteiloberfläche eines Bauteils, insbesondere eines Substrates für eine Dünnschichtsolarzelle, wobei die Vorrichtung eine erste Flüssigkeit zur Beschichtung der ersten Bauteiloberfläche des Bauteils aufweist und eine von der ersten verschiedene zweite Flüssigkeit. Die zweite Flüssigkeit steht mit einer von der ersten verschiedenen zweiten Bauteiloberfläche des Bauteils in Kontakt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Beschichtung einer ersten Bauteiloberfläche, insbesondere zur Beschichtung einer Dünnschichtsolarzelle, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung einer Bauteiloberfläche, insbesondere eines Substrates für eine Dünnschichtsolarzelle. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Beschichtung einer Bauteiloberfläche.
  • Bei der Abscheidung einer Schicht aus einer Flüssigkeit auf eine Bauteiloberfläche kommt es direkt an der Bauteiloberfläche zu einer Verarmung der Flüssigkeit. Die Flüssigkeit verarmt an den Stoffen, die auf die Bauteiloberfläche abgeschieden werden. Das Nachführen des abzuscheidenden Stoffes an die Bauteiloberfläche erfolgt über eine Durchmischung der Flüssigkeit. Die US 7,172,785 B2 beschreibt eine Durchmischung der Flüssigkeit durch eine Anregung mittels Ultraschall. Sowohl das Bauteil als auch die Flüssigkeit werden mittels verschiedener Ultraschallschwinger in Schwingungen versetzt. Die verschiedenen Ultraschallschwinger befinden sich in der Flüssigkeit, aus der die Schicht auf das Bauteil abgeschieden wird. In der durch die US 7,172,785 B2 beschriebenen Vorrichtung wird das Bauteil an seiner ganzen Oberfläche beschichtet, die Anregung des Bauteils erfolgt indirekt über eine Anregung der Flüssigkeit, aus der die Schicht abgeschieden wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Vorrichtung eine von einer ersten verschiedene zweite Flüssigkeit aufweist. In der Vorrichtung steht die zweite Flüssigkeit mit einer von einer ersten verschiedenen zweiten Bauteiloberfläche eines Bauteils in Kontakt. Dies hat die vorteilhafte technische Wirkung, dass eine Beschichtung auf einem räumlich begrenzten Teil der Bauteiloberfläche aufgebracht werden kann. Beispielsweise erfolgt ein Aufbringen der Beschichtung nur auf der ersten Bauteiloberfläche. Eine Position des beschichteten räumlich begrenzten Teils der Bauteiloberfläche ist somit frei wählbar und an die Funktion des Bauteils anpassbar.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung ausgebildet, das Bauteil derart aufzunehmen, dass das Bauteil eine Bewegung der zweiten Flüssigkeit auf die erste Flüssigkeit überträgt. Die Übertragung erfolgt beispielsweise durch eine bewegliche Aufnahme des Bauteils derart, dass die Bewegung der zweiten Flüssigkeit das Bauteil in Bewegung versetzt und dass die Bewegung des Bauteils die erste Flüssigkeit in Bewegung versetzt. Dies hat den Vorteil, dass die erste Flüssigkeit durch die Bewegung der zweiten Flüssigkeit durchmischt wird. Durch die Durchmischung der ersten Flüssigkeit wird eine homogene Konzentration der ersten Flüssigkeit während der Beschichtung der ersten Bauteiloberfläche aufrecht erhalten, wobei die homogene Konzentration der ersten Flüssigkeit eine Erzeugung einer Schicht besonders hoher Qualität ermöglicht. Zusätzlich erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Nutzung nur geringer Mengen der ersten Flüssigkeit. Nur eine geringe Füllstandshöhe der ersten Flüssigkeit über der ersten Bauteiloberfläche ist nötig, da die Durchmischung der ersten Flüssigkeit direkt an der zu beschichtenden ersten Bauteiloberfläche erfolgt.
  • Weiterhin vorteilhaft ist ein Behälter Teil der Vorrichtung. Die zweite Flüssigkeit befindet sich in dem Behälter und der Behälter ist ausgebildet, mit der zweiten Bauteiloberfläche ein Volumen zu bilden, dass für die zweite Flüssigkeit dicht ist. Eine Übertragung von Bewegungen der zweiten Flüssigkeit auf das Bauteil ist so besonders effizient.
  • Vorteilhaft ist ein weiterer Behälter Teil der Vorrichtung. In dieser weiteren Anordnung befindet sich die erste Flüssigkeit in dem weiteren Behälter. Der weitere Behälter und der Behälter, in dem sich die zweite Flüssigkeit befindet, sind derart angeordnet, dass das Bauteil zwischen dem weiteren Behälter und dem Behälter aufgenommen werden kann. In dieser vorteilhaften Ausführung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders einfach und mit wenigen Bauteilen zu realisieren.
  • In einer alternativen Ausgestaltung ist ein Rahmen Teil der Vorrichtung. Der Behälter, in dem sich die zweite Flüssigkeit befindet und der Rahmen sind derart angeordnet, dass das Bauteil zwischen dem Behälter und dem Rahmen aufgenommen wird. Der Rahmen bildet mit der zweiten Bauteiloberfläche eine Aufnahme für eine Flüssigkeit und die zweite Flüssigkeit befindet sich in der Aufnahme. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auf diese Weise unkompliziert und mit geringem Gewicht realisiert werden.
  • In einer Weiterbildung sind Mittel zur Bewegung der zweiten Flüssigkeit, insbesondere ein Ultraschallschwinger und/oder ein Verdrängungskolben und/oder eine Pumpe mit Ventilschaltung und mit Ausgleichsbecken Teil der Vorrichtung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in dieser Weiterbildung in besonders kompakter Bauweise realisierbar.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Flüssigkeit ausgebildet, eine Materialschicht auf die erste Bauteiloberfläche abzuscheiden. Dies hat die vorteilhafte Wirkung, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung die Erzeugung einer homogenen Schicht besonders hoher Qualität auf der ersten Bauteiloberfläche ermöglicht, da während der Abscheidung der Materialschicht eine Durchmischung der ersten Flüssigkeit direkt an der zu beschichtenden Oberfläche erfolgt.
  • Das nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass eine homogene und qualitativ hochwertige Beschichtung auf auf einem räumlich begrenzten Teil der Bauteiloberfläche aufgebracht werden kann, wobei die Position des beschichteten räumlich begrenzten Teils der Bauteiloberfläche frei wählbar ist. Die vorstehend beschriebenen Vorteile der Vorrichtung gelten entsprechend für das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist das Bauteil als ein flächiges Bauteil ausgebildet. Vorzugsweise wird das flächige Bauteil mit einem Verhältnis von einer Kantenlänge zu einer Bauteildicke von größer als 100, insbesondere von größer als 200, insbesondere von größer als 1000 gewählt. Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Bauteil dieser Abmaße erlaubt eine Erzeugung einer besonders homogenen Schicht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist in einer weiteren Ausgestaltung besonders geeignet, aus der ersten Flüssigkeit eine Schicht Halbleitermaterial und/oder eine Schicht Reinmetall auf die erste Bauteiloberfläche abzuscheiden. Insbesondere wird eine Schicht von Kupfer und/oder Indium und/oder Gallium und/oder eine Schicht von Sulfiden und/oder Oxisulfiden abgeschieden. Vorteilhaft werden Sulfide und/oder Oxisulfide von Cadmium und/oder Zink und/oder Indium verwendet. Die erfindungsgemäße Weiterbildung erlaubt so die Herstellung von besonders vielseitig verwendbaren Beschichtungen.
  • Die Durchführung des Verfahrens zur Beschichtung eines Substrates einer Dünnschichtsolarzelle hat den Vorteil, dass eine Dünnschichtsolarzelle besonders kostengünstig hergestellt werden kann.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren und aus den unabhängigen und abhängigen Ansprüchen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Vorrichtung zur Beschichtung einer ersten Bauteiloberfläche eines Bauteils,
  • 2 eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 3 ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 4 ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführung des ersten Verfahrensschrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
  • 5 ein Ablaufdiagramm einer alternativen Ausführung zweiten Verfahrensschrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Die dargestellte Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung einer ersten Bauteiloberfläche eines Bauteils, insbesondere eines Substrates für eine Dünnschichtsolarzelle. Die Vorrichtung weist eine erste Flüssigkeit zur Beschichtung der ersten Bauteiloberfläche des Bauteils auf und eine von der ersten verschiedene zweite Flüssigkeit. Die zweite Flüssigkeit steht mit einer von der ersten verschiedenen zweiten Bauteiloberfläche des Bauteils in Kontakt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Beschichtung einer ersten Bauteiloberfläche, insbesondere zur Beschichtung einer Dünnschichtsolarzelle, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • 1 zeigt eine Vorrichtung zur Beschichtung einer ersten Bauteiloberfläche 1 eines Bauteils 2. Das Bauteil 2 weist weiterhin eine zweite Bauteiloberfläche 5 auf. Teil der Vorrichtung ist außerdem eine erste Flüssigkeit 3 und eine zweite Flüssigkeit 4, wobei die erste Flüssigkeit 3 eine Füllhöhe 20 aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Behälter 6 mit einer ersten Bauteilhalterung 8 und einen weiteren Behälter 7 mit einer zweiten Bauteilhalterung 10 auf. Weiterhin ist ein erster Ultraschallschwinger 9 Teil der Vorrichtung.
  • In der dargestellten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung befindet sich in dem Behälter 6 ein Teil der zweiten Flüssigkeit 4. Die zweite Flüssigkeit 4 steht mit der zweiten Bauteiloberfläche 5 des Bauteils 2 in Kontakt. Der Behälter 6 bildet zusammen mit der zweiten Bauteiloberfläche 5 ein Volumen, wobei das Volumen für die zweite Flüssigkeit 4 derart abgedichtet ist, dass in dem Volumen ein Überdruck aufgebaut werden kann. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei dem Bauteil 2 um ein flächiges Bauteil, beispielsweise mit einem Verhältnis von einer Kantenlänge zu einer Bauteildicke von mehr als einhundert. In dem weiteren Behälter 7 befindet sich ein Teil der ersten Flüssigkeit 3, wobei die erste Flüssigkeit 3 in Kontakt mit der ersten Bauteiloberfläche 1 steht. Das Bauteil 2 ist durch die erste Bauteilhalterung 8 und durch die zweite Bauteilhalterung 10 zwischen dem Behälter 6 und dem weiteren Behälter 7 aufgenommen. Das Bauteil 2 ist derart aufgenommen, dass das Bauteil 2 eine Bewegung der zweiten Flüssigkeit 4 auf die erste Flüssigkeit 3 überträgt. Beispielsweise sind die erste Bauteilhalterung 8 und die zweite Bauteilhalterung 10 ausgebildet, eine Wölbung des Bauteils in Richtung des Behälters oder in Richtung des weiteren Behälters zu erlauben Eine Bewegung der zweiten Flüssigkeit 4 ermöglicht somit eine Erzeugung einer Bewegung des Bauteils 2 an der ersten Bauteiloberfläche 1 und als Folge weiterhin eine Erzeugung einer Bewegung der ersten Flüssigkeit 3 an der ersten Bauteiloberfläche 1. Durch die Bewegung der zweiten Flüssigkeit 4 kann somit die erste Flüssigkeit 3 nahe der ersten Bauteiloberfläche 1 besonders gut durchmischt werden. Die erste Flüssigkeit 3 ist zusätzlich ausgebildet, eine Materialschicht auf die erste Bauteiloberfläche 1 abzuscheiden. Beispielsweise ist die erste Flüssigkeit als wässrige Lösung eines Cadmiumsalzes ausgebildet, wobei die Abscheidung über einen Prozess der chemischen Badabscheidung (chemical bath deposition, CBD) erfolgt. Die dargestellte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht also, während der Abscheidung der Materialschicht aus der ersten Flüssigkeit über den Prozess der chemischen Badabscheidung die erste Flüssigkeit direkt an der ersten Bauteiloberfläche zu durchmischen. Durch die Durchmischung bleibt die Konzentration der ersten Flüssigkeit während der Abscheidung homogen und die abgeschiedene Materialschicht weist als Folge eine besonders hohe Qualität auf. Der erste Ultraschallschwinger 9 ist innerhalb des Behälters 6 angeordnet und steht in direktem Kontakt mit der ersten Flüssigkeit 3. Die zweite Flüssigkeit 4 kann somit durch den ersten Ultraschallschwinger 9 in Bewegung versetzt werden. Durch den direkten Kontakt eines bewegten Teils des Ultraschallschwingers 9 mit der zweiten Flüssigkeit wird die Schwingung des bewegten Teils auf die zweite Flüssigkeit 4 übertragen. Der Ultraschallschwinger 9 ist ausgebildet eine Frequenz oberhalb des Hörfrequenzbereiches des Menschen zu erzeugen, insbesondere eine Frequenz oberhalb von 16 kHz.
  • In der dargestellten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Bauteil 2 als ein Substrat für eine Dünnschichtsolarzelle ausgebildet, beispielsweise als Glas. Insbesondere handelt es sich bei dem Bauteil um ein Substrat zur Herstellung einer CIGS (copper indium gallium selenide) Solarzelle. Das Bauteil weist eine Kantenlänge von größer als 50 cm und eine Bauteildicke von kleiner als 5 mm auf. In einer alternativen Ausführungsform weist das Bauteil eine Kantenlänge zwischen 10 cm und 150 cm und eine Bauteildicke zwischen 1 mm und 10 mm auf. Besonders vorteilhaft wird das Bauteil als flächiges und rechteckiges Bauteil mit einer ersten Kantenlänge von 10 cm und einer zweiten Kantenlänge von 10 cm oder mit einer ersten Kantenlänge von 120 cm und einer zweiten Kantenlänge von 150 cm gewählt. Bei einem Bauteil aus Glas wird insbesondere eine Bauteildicke zwischen 2 mm und 3 mm bevorzugt. In einer besonders vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Bauteil mit einem Verhältnis von der Kantenlänge des Bauteils zu der Bauteildicke zwischen 160 und 400 oder zwischen 250 und 750 gewählt. Die erste Flüssigkeit 3 ist als eine wässrige Lösung ausgebildet, aus der eine Schicht von Halbleitermaterial und/oder eine Schicht von Reinmetall auf die erste Bauteiloberfläche 1 abgeschieden wird. Beispielsweise wird die Schicht unter Verwendung eines Prozesses der chemischen Badabscheidung (chemical bath deposition, CBD) abgeschieden. Beispielsweise handelt es sich bei der abgeschiedenen Schicht um eine Schicht von Sulfiden und/oder Oxisulfiden. Die Sulfide und/oder Oxisulfide sind beispielsweise Verbindungen von Cadmium und/oder Zink und/oder Indium. In einer weiteren Ausführungsform wird alternativ oder zusätzlich eine Schicht von Kupfer und/oder Indium und/oder Gallium aus der wässrigen Lösung abgeschieden. Vorzugsweise wird eine Schicht mit einer Dicke zwischen 5 nm und 1 µm auf das Bauteil abgeschieden und danach der Prozess der Abscheidung beendet. Der Prozess der Abscheidung wird in der dargestellten Ausführungsform durch Entfernung der ersten Flüssigkeit 3 von der ersten Bauteiloberfläche 1 beendet. In der bevorzugten Ausführung beträgt die Füllhöhe 20 der ersten Flüssigkeit 3 zwischen 1 mm und 10 mm.
  • Die zweite Flüssigkeit 4 ist beispielsweise als Wasser oder als Wärmeträgeröl ausgebildet. Die erste Bauteilhalterung 8 und die zweite Bauteilhalterung 10 sind als Kautschukdichtung ausgebildet. Als bevorzugte Ausführung für den ersten Ultraschallschwinger 9 wird ein Plattenschwinger verwendet. In einer weiteren Ausgestaltung werden mehrere Plattenschwinger verwendet, wobei die Plattenschwinger untereinander gekoppelt sind. Beispielsweise wird als Kopplung ein vorgegebenes Verhältnis zwischen Schwingungsfrequenzen der mehreren Plattenschwinger und/oder zwischen Schwingungsamplituden der mehreren Plattenschwinger eingestellt.
  • 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In der alternativen Ausführungsform ist eine Pumpe 11, ein Ausgleichsbecken 12 mit Ausgleichsöffnung 19, ein erstes Schaltventil 14, ein zweites Schaltventil 17 und eine Steuereinheit 18 Teil der Vorrichtung. Weiterhin sind ein erster Schlauch 13, zweiter Schlauch 15 und dritter Schlauch 16 Teil der Vorrichtung. Die Steuereinheit 18 zusammen mit dem ersten Schaltventil 14 und dem zweiten Schaltventil 17 bildet eine Ventilschaltung. Die Pumpe 11 ist über den ersten Schlauch 13 mit der zweiten Flüssigkeit 4 im Behälter 6 verbunden. Der erste Schlauch 13 ist zur Aufnahme des ersten Schaltventils 14 unterbrochen. Die Pumpe 11 ist weiterhin über den dritten Schlauch 16 mit dem Ausgleichsbecken 12 verbunden. Das Ausgleichsbecken 12 ist über den zweiten Schlauch 15 mit der zweiten Flüssigkeit 4 im Behälter 6 verbunden. Der zweite Schlauch 15 ist zur Aufnahme des zweiten Schaltventils 17 unterbrochen. Das Ausgleichsbecken 12 enthält die zweite Flüssigkeit 4, wobei das Ausgleichsbecken 12 ausgebildet ist, die Flüssigkeit 4 über die Ausgleichsöffnung 19 mit einem Umgebungsdruck in Verbindung zu setzen. Das erste Schaltventil 14 und das zweite Schaltventil 17 sind mit einer Steuereinheit 18 verbunden. Die Steuereinheit 18 ist ausgebildet, das erste Schaltventil 14 und das zweite Schaltventil 17 unabhängig voneinander zu öffnen und zu schließen.
  • In der dargestellten alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das erste Schaltventil 14 und/oder das zweite Schaltventil 17 als ein elektrisches Membranventil ausgebildet. In einer alternativen Ausführung ist das erste Schaltventil 14 und/oder das zweite Schaltventil 17 als ein pneumatisches Membranventil oder als ein pneumatisches Sitzventil oder als ein Drehschieberventil oder als ein Walzenventil ausgebildet. Die Steuereinheit 18 ist als ein Mikroprozessor mit Schnittstelle zur Ansteuerung des ersten Schaltventils 14 und des zweiten Schaltventils 17 ausgebildet. In einer weiteren, alternativen Ausführungsform ist zusätzlich der erste Ultraschallschwinger Teil der Vorrichtung, wobei der erste Ultraschallschwinger derart im Behälter angeordnet ist, dass der erste Ultraschallschwinger in direktem Kontakt mit der zweiten Flüssigkeit steht. Bei geschlossenem zweitem Schaltventil 17 und bei geöffnetem ersten Schaltventil 14 kann durch Betrieb der Pumpe 11 ein erster Überdruck im Behälter aufgebaut werden. Durch den ersten Überdruck wird das Bauteil 2 in Richtung des weiteren Behälters gewölbt. Während eines Aufbaus der Wölbung durch einen zunehmenden Überdruck im Behälter wird die erste Flüssigkeit 3 durch das Bauteil 2 in Bewegung versetzt und durchmischt. Durch Schließen des ersten Schaltventils 14 und Öffnen des zweiten Schaltventils 17 entsteht im Behälter 6 ein Umgebungsdruck durch Druckausgleich über die Ausgleichsöffnung 19. Die Wölbung des Bauteils 2 in Richtung des weiteren Behälters 7 wird abgebaut. Während eines Abbaus der Wölbung wird die erste Flüssigkeit 3 durch die Bewegung des Bauteils 2 durchmischt.Bevorzugt findet der Aufbau und der Abbau mit einer Frequenz von 1 Hz bis 100 Hz, insbesondere mit einer Frequenz von 10 Hz bis 100 Hz statt. Besonders bevorzugt wird eine Amplitude der Wölbung von weniger als 10 mm gewählt.
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Vorbereitungsschritt 201 gemäß 3 wird das Bauteil von der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgenommen. In einem zweiten Beschichtungsschritt 202 gemäß 3 wird eine Durchmischung der ersten Flüssigkeit durchgeführt.
  • 4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführung des ersten Vorbereitungsschrittes gemäß 3. In einem ersten Vorbereitungsschritt 2011 gemäß 4 wird die zweite Flüssigkeit in den Behälter gefüllt. In einem zweiten Vorbereitungsschritt 2012 gemäß 4 wird das Bauteil mit der zweiten Bauteiloberfläche auf den Behälter aufgelegt. In Folge wird in einem dritten Vorbereitungsschritt 2013 gemäß 4 auf der ersten Bauteiloberfläche der weitere Behälter aufgelegt. In einer alternativen Ausführung ist der weitere Behälter als ein umlaufender Rahmen ausgebildet. Danach wird in einem vierten Vorbereitungsschritt 2014 gemäß 4 die erste Flüssigkeit in den weiteren Behälter gefüllt. Durch den Kontakt der ersten Flüssigkeit mit der ersten Bauteiloberfläche wird eine Materialschicht aus der ersten Flüssigkeit auf die erste Bauteiloberfläche abgeschieden. Beispielsweise erfolgt die Abscheidung einer Materialschicht von Cadmiumsulfit in einem Prozess chemischer Badabscheidung durch Oberflächenadsorption. Bei dem Prozess werden in der ersten Flüssigkeit gelöste Bestandteilen an der Oberfläche adsorbiert und in nachfolgenden Reaktionen weiter umgewandelt. Der Behälter und der weitere Behälter werden in einem fünften Vorbereitungsschritt 2015 gemäß 4 derart miteinander verbunden, dass der Behälter mit der zweiten Bauteiloberfläche ein für die zweite Flüssigkeit dichtes Volumen bildet.
  • In der bevorzugten Ausführung des zweiten Beschichtungsschrittes gemäß 3 wird der erste Ultraschallschwinger in Bewegung versetzt. Die Bewegung des ersten Ultraschallschwingers versetzt die zweite Flüssigkeit in Bewegung. Durch den Kontakt der zweiten Flüssigkeit mit der zweiten Bauteiloberfläche wird das Bauteil in Bewegung versetzt. Eine Übertragung der Bewegung der zweiten Flüssigkeit auf das Bauteil erfolgt besonders effizient, da der Behälter mit der zweiten Bauteiloberfläche ein für die zweite Flüssigkeit dichtes Volumen bildet. Eine Amplitude und eine Frequenz der Bewegung des ersten Ultraschallschwingers werden derart gewählt, dass die erste Flüssigkeit durch die Bewegung des Bauteils in Bewegung versetzt wird. Weiterhin wird die Bewegung des ersten Ultraschallschwingers derart gewählt, dass die erste Flüssigkeit durch ihre Bewegung durchmischt wird und als Folge der Durchmischung eine homogene Konzentration an Stoffen aufweist, die auf die erste Bauteiloberfläche abgeschieden werden. Als Folge der homogenen Konzentration wird eine Schicht besonders hoher Homogenität auf die erste Bauteiloberfläche abgeschieden.
  • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm einer alternativen Ausführung des zweiten Beschichtungsschrittes gemäß 3. In einem ersten Beschichtungsschritt 2021 gemäß 5 werden durch die Steuereinheit das erste Schaltventil und das zweite Schaltventil geschlossen. In einem zweiten Beschichtungsschritt 2022 gemäß 5 wird die Pumpe derart in Betrieb genommen, dass die Pumpe einen Überdruck im ersten Schlauch zwischen der Pumpe und dem ersten Schaltventil erzeugt. In einem dritten Beschichtungsschritt 2023 gemäß 5 wird durch die Steuereinheit das erste Schaltventil geöffnet. Im Behälter entsteht durch die Öffnung des ersten Schaltventils ein Überdruck. Der Betrieb der Pumpe wird derart gewählt, dass sich das Bauteil in den weiteren Behälter wölbt. Im darauffolgenden vierten Beschichtungsschritt 2024 gemäß 5 wird durch die Steuereinheit das erste Schaltventil 14 geschlossen. Im folgenden fünften Beschichtungsschritt 2025 gemäß 5 wird das zweite Schaltventil geöffnet. Im Behälter entsteht durch Schließen des ersten Schaltventils und durch Öffnen des zweiten Schaltventils ein Umgebungsdruck. Die Wölbung des Bauteils in Richtung des weiteren Behälters verringert sich. Insbesondere werden die Beschichtungsschritte 2021 bis 2025 gemäß 5 mehrfach nacheinander durchgeführt. Besonders werden die Beschichtungsschritte 2012 bis 2012 durchgeführt um einen Aufbau der Wölbung und einen Abbau der Wölbung mit einer Frequenz von 1 Hz bis 100 Hz, insbesondere von 10 Hz bis 100 Hz zu erzeugen. Besonders vorteilhaft werden die Beschichtungsschritte 2012 bis 2012 durchgeführt um eine Wölbungsamplitude von weniger als 10 mm zu erwirken.
  • Alternativ oder zusätzlich ist ein zweiter Ultraschallschwinger Teil der Vorrichtung. Der zweite Ultraschallschwinger steht in direktem Kontakt mit dem Behälter und ist derart angeordnet, dass er in einem Betriebszustand den Behälter selbst in Schwingungen versetzt. Der zweite Ultraschallschwinger ist beispielsweise als ein Plattenschwinger ausgebildet. In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird der zweite Ultraschallschwinger derart betrieben, dass die erste Flüssigkeit in Bewegung versetzt wird. Insbesondere wird der zweite Ultraschallschwinger derart betrieben, dass der zweite Ultraschallschwinger eine Bewegung über den Behälter und über das Bauteil auf die erste Flüssigkeit überträgt.
  • Alternativ oder zusätzlich ist ein Verdrängungskolben Teil der Vorrichtung. Der Verdrängungskolben ist im Behälter derart angeordnet, dass der Verdrängungskolben das Volumen, dass der Behälter mit der zweiten Bauteiloberfläche bildet, verkleinert oder vergrößert. In dieser Ausgestaltung des Verfahrens wird der Verdrängungskolben derart in Bewegung versetzt, dass die erste Flüssigkeit in Bewegung versetzt wird.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung ist alternativ oder zusätzlich eine pulsierende Pumpe, insbesondere eine Druckluftmembranpumpe und/oder eine Kolbenpumpe, Teil der Vorrichtung. In der beschriebenen weiteren Ausgestaltung wird auf das erste Schaltventil verzichtet. Das zweite Schaltventil wird derart eingestellt, dass das zweite Schaltventil eine vorgegebene Öffnung für die zweite Flüssigkeit bildet. Die Druckluftmembranpumpe oder die Kolbenpumpe werden in Betrieb genommen. Bedingt durch die Bauart erzeugt die Druckluftmembranpumpe oder die Kolbenpumpe einen Druck unterschiedlicher Stärke im Behälter. Der Druck unterschiedlicher Stärke im Behälter ist zeitweise als ein Überdrück gegenüber dem Druck im weiteren Behälter ausgebildet. Durch den Überdruck im Behälter wird das Bauteil in Bewegung versetzt. Insbesondere wird das Bauteil durch den Überdruck in das Volumen des weiteren Behälters gewölbt und versetzt durch die Wölbung die erste Flüssigkeit in Bewegung. Bevorzugt wird ein Aufbau der Wölbung und ein Abbau der Wölbung mit einer Frequenz von 1 Hz bis 100 Hz, insbesondere von 10 Hz bis 100 Hz erzeugt. Besonders vorteilhaft wird eine Wölbungsamplitude von weniger als 10 mm erwirkt.
  • Alternativ oder zusätzlich sind Mittel zur Bewegung der ersten Flüssigkeit Teil der Vorrichtung, insbesondere ein Ultraschallschwinger in Kontakt mit der ersten Flüssigkeit und/oder eine Pumpe zur Bewegung der ersten Flüssigkeit und/oder ein Ultraschallschwinger, der direkt am weiteren Behälter angeordnet ist.
  • Alternativ oder zusätzlich ist eine Heizung Teil der Vorrichtung, wobei die Heizung zur Erwärmung der zweiten Flüssigkeit ausgebildet ist,. Die Heizung ist weiterhin ausgebildet, über die Erwärmung der zweiten Flüssigkeit eine Erwärmung des Bauteils und eine Erwärmung der ersten Flüssigkeit zu erzeugen. Durch die Erwärmung des Bauteils und der zweiten Flüssigkeit wird eine Betriebstemperatur der ersten Flüssigkeit für einen Prozess der chemischen Badabscheidung eingestellt. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zweite Flüssigkeit in eine vorgegebene Temperatur versetzt.
  • Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich durch eine vertikale Anordnung der Vorrichtung.
  • In einer alternativen Ausführung der in 2 dargestellten Vorrichtung wird auf das erste Schaltventil verzichtet. In einem alternativen Verfahren zur Beschichtung der ersten Bauteiloberfläche befindet sich die Pumpe in Betrieb während das zweite Schaltventil in einem vorgegebenen Zeitabstand geöffnet und wieder geschlossen wird. Die Pumpe wird derart betrieben, dass durch die Pumpe bei geschlossenem zweitem Schaltventil ein Überdruck im Behälter erzeugt wird. Durch Öffnung des zweiten Schaltventils entsteht im Behälter ein Umgebungsdruck. Durch den Wechsel zwischen dem Überdrück und dem Umgebungsdruck im Behälter wird das Bauteil derart in Bewegung versetzt, dass die erste Flüssigkeit durchmischt wird.
  • In einer weiteren, alternativen Ausführung sind die erste Bauteilhalterung und die zweite Bauteilhalterung derart ausgebildet, dass sich das Bauteil parallel zur Kantenlänge des Bauteils und/oder senkrecht zur Kantenlänge des Bauteils bewegen kann. Bei einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beschichtung der Bauteiloberfläche wird insbesondere ein Überdruck von 0 bis 100 Millibar, vorzugsweise von 0 bis 10 Millibar, in dem Behälter erzeugt, wenn eine Vorrichtung mit der ersten Bauteilhalterung und mit der zweiten Bauteilhalterung verwendet wird, wobei die erste und die zweite Bauteilhalterung derart ausgebildet sind, dass sich das Bauteil parallel zur Kantenlänge des Bauteils und/oder senkrecht zur Kantenlänge des Bauteils bewegen kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abscheidung von galvanischen Schichten verwendet. Die Abscheidung von galvanischen Schichten erfolgt auf einem Bauteil aus Metall oder auf einem Bauteil, dass mit einer Metallschicht beschichtet ist.
  • In einer weiteren Ausführung wird die Vorrichtung zur Abscheidung einer Lackschicht verwendet. Zur Abscheidung von galvanischen Schichten oder Lackschichten wird bevorzugt ein Bauteil mit einer Bauteildicke zwischen 5 mm und 50 mm verwendet. In dieser alternativen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Lackschicht oder eine galvanische Schicht mit einer Schichtdicke zwischen 1 µm und 100 µm aufgetragen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 7172785 B2 [0002, 0002]

Claims (14)

  1. Vorrichtung zur Beschichtung einer ersten Bauteiloberfläche (1) eines Bauteils (2), insbesondere eines Substrates für eine Dünnschichtsolarzelle, wobei die Vorrichtung eine erste Flüssigkeit (3) zur Beschichtung der ersten Bauteiloberfläche (1) des Bauteils (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine von der ersten verschiedene zweite Flüssigkeit (4) aufweist, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass die zweite Flüssigkeit (4) mit einer von der ersten verschiedenen zweiten Bauteiloberfläche (5) des Bauteils (2) in Kontakt steht.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ausgebildet ist, das Bauteil (2) derart aufzunehmen, dass das Bauteil (2) eine Bewegung der zweiten Flüssigkeit (4) auf die erste Flüssigkeit (3) überträgt.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behälter (6) Teil der Vorrichtung ist, wobei sich die zweite Flüssigkeit (4) in dem Behälter (6) befindet und der Behälter (6) ausgebildet ist, mit der zweiten Bauteiloberfläche (5) ein Volumen zu bilden, dass für die zweite Flüssigkeit (4) dicht ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Behälter (7) Teil der Vorrichtung ist, wobei sich die erste Flüssigkeit (3) in dem weiteren Behälter (7) befindet, wobei der weitere Behälter (7) und der Behälter (6), in dem sich die zweite Flüssigkeit (4) befindet, derart angeordnet sind, dass das Bauteil (2) zwischen dem weiteren Behälter (7) und dem Behälter (6) aufgenommen werden kann.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rahmen Teil der Vorrichtung ist, wobei der Behälter (6), in dem sich die zweite Flüssigkeit (4) befindet und der Rahmen derart angeordnet sind, dass das Bauteil (2) zwischen dem Behälter (6) und dem Rahmen aufgenommen werden kann und dass der Rahmen mit der zweiten Bauteiloberfläche (5) eine Aufnahme für die zweite Flüssigkeit (4) ausbildet, wobei sich die zweite Flüssigkeit (4) in der Aufnahme befindet.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zur Bewegung der zweiten Flüssigkeit (4), insbesondere einen Ultraschallschwinger und/oder einen Verdrängungskolben und/oder eine Pumpe mit Ventilschaltung und mit Ausgleichsbecken.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Ultraschallschwinger (9) umfasst, wobei der Ultraschallschwinger (9) derart im Behälter (6) angeordnet ist, dass der Ultraschallschwinger in Kontakt mit der zweiten Flüssigkeit (4) ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Ultraschallschwinger umfasst, wobei der Ultraschallschwinger derart am Behälter (6) angeordnet ist, dass der Ultraschallschwinger Bewegungen direkt auf den Behälter (6) überträgt.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Flüssigkeit (3) ausgebildet ist, eine Materialschicht auf die erste Bauteiloberfläche (1) abzuscheiden.
  10. Verfahren zur Beschichtung einer ersten Bauteiloberfläche (1) mittels einer ersten Flüssigkeit (3), insbesondere zur Beschichtung einer Dünnschichtsolarzelle, insbesondere mittels einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Beschichtung eine von der ersten Flüssigkeit (3) verschiedene zweite Flüssigkeit (4) mit einer von der ersten Bauteiloberfläche (1) verschiedenen zweiten Bauteiloberfläche (5) des Bauteils (2) in Kontakt steht.
  11. Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass bei der Beschichtung das Bauteil (2) durch Bewegungen der zweiten Flüssigkeit (4) derart in eine Bewegung versetzt wird, dass durch die Bewegung des Bauteils (2) die erste Flüssigkeit (3) in Bewegung versetzt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauteil (2) ein flächiges Bauteil verwendet wird, wobei vorzugsweise ein Verhältnis einer Kantenlänge zu einer Bauteildicke von größer als 100, insbesondere von größer als 200, insbesondere von größer als 1000 gewählt wird.
  13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass aus der ersten Flüssigkeit (3) eine Schicht Halbleitermaterial und/oder eine Schicht Reinmetall auf die erste Bauteiloberfläche (1) abgeschieden wird, insbesondere eine Schicht von Kupfer und/oder Indium und/oder Gallium und/oder eine Schicht von Sulfiden und/oder Oxisulfiden, insbesondere Sulfide und/oder Oxisulfide von Cadmium und/oder Zink und/oder Indium.
  14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauteil (2) ein Substrat für eine Dünnschichtsolarzelle verwendet wird.
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