DE19813910A1 - Vorrichtung zur Wärmebehandlung von plattenförmigen beschichteten Substraten - Google Patents

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Glasscheiben mit einer auf dieser aufgebrachten photovoltaischen Schicht in einer absperrbaren Behandlungskammer mit einem Förderer für den Transport der Substrate durch die Behandlungskammer und mit einer Heiz- und/oder Kühlvorrichtung werden die beschichteten Substrate jeweils in kastenförmige Behältnisse eingesetzt, wobei die Behältnisse die Substrate jeweils mit geringem Spiel allseits umschließen und aus Carbonfaser verstärktem Kohlenstoff oder einer Keramik gebildet und mit einer Heizung versehen sind, wobei die Behandlungskammer und/oder die Behältnisse an eine Gasquelle und eine Saugpumpe angeschlossen sind, so daß die Substrate mit Schutzgas umspült werden können, das nach erfolgter Wärmebehandlung wieder aus der Behandlungskammer und/oder den Behältnissen abpumpbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärme­ behandlung von plattenförmigen beschichteten Substraten, beispielsweise von Glasscheiben mit einer auf dieser aufgebrachten photovoltaischen Schicht in einer absperrbaren Behandlungskammer, beispielsweise einer Vakuumkammer und mit einem Förderer für den Transport der Substrate durch die Behandlungskammer und einer Heiz- und/oder Kühl­ vorrichtung.

Bekannt sind ein Verfahren und eine Vorrichtung (US 5,248,349) zur Herstellung von preiswerten photovoltaischen Elementen bestehend aus einer Glasplatte von etwa 5 mm Stärke als Basis einer auf diese Basis aufgedampften Zinnoxidschicht, ei­ ner Siliziumoxidschicht, einer zweiten Fluor do­ tierten Zinnoxidschicht, zwei auf dieses Schicht­ paket aufgebrachte Halbleiterschichten auf Basis von Cadmium-Tellurid bzw. Cadmium-Sulfid, einer auf diesen Halbleiterschichten abgeschiedenen wei­ teren P-Typ Halbleiterschicht auf Basis von Zink- Tellurid, einer sehr dünnen Nickel-Schicht, einer Aluminium-Schicht und einer Schutzlack-Schicht.

Bei dieser bekannten Vorrichtung werden die Glasplatten mittels eines Förderers kontinuierlich durch eine Anlage gefördert, die eine Vielzahl von einzelnen Kammern aufweist, die mit den zur Erzeu­ gung der Schichtpakete notwendigen Verdampfungs- und Sputterquellen und mit den zum Tempern der ab­ geschiedenen Schichten erforderlichen Heizelemente und Kühlaggregate ausgestattet und durch Schleusen voneinander getrennt sind. Die Glasscheiben selbst liegen auf den Rollen des Förderers und werden von diesen motorisch angetriebenen Rollen von Kammer zu Kammer bzw. von der einen Prozeßstation zur nächsten bewegt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu­ grunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die geeignet ist, Glassubstrate mit auf diesen aufgebrachten photovoltaischen Schichten aufzuheizen und an­ schließend abzukühlen, und zwar unter kontrollier­ ter Atmosphäre. Insbesondere sollen bestimmte ab­ dampfende (toxische) Elemente der photovoltaischen Schicht sicher aufgefangen und entsorgt werden können, wobei sichergestellt sein soll, daß wäh­ rend der Wärmebehandlung keine zu große Menge die­ ser Elemente abdampft.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die plattenförmigen beschichteten Substrate jeweils in kastenförmige Behältnisse eingesetzt sind, wobei die Behältnisse die Substrate jeweils mit geringem Spiel allseits umschließen, aus wär­ mebeständigem Werkstoff, vorzugsweise aus Carbon­ faser verstärktem Kohlenstoff oder einer Keramik gebildet und mit einer Heizung versehen sind.

Vorzugsweise sind Teile der Behältniswände als Wi­ derstandsheizelemente ausgebildet und mit Kontakt­ fahnen versehen, die an stromleitenden Kontakt­ schienen beim Durchlauf der Behältnisse durch die Behandlungskammer anliegen und ein Aufheizen der Heizelemente und damit der Substrate bewirken.

Mit Vorteil sind die Behandlungskammer und/oder die Behältnisse an eine Gasquelle und eine Saug­ pumpe angeschlossen, wobei die Substrate mit Schutzgas umspült werden, das nach erfolgter Wär­ mebehandlung aus der Behandlungskammer und/oder den Behältnissen abgepumpt wird.

Um einen kostengünstigen kontinuierlichen Produk­ tionsprozeß zu ermöglichen, ist die Behandlungs­ kammer mit einer Schleuse versehen, über die die Behältnisse mit dem Förderer ein- und ausge­ schleust werden, wobei die Kontaktfahnen der Be­ hältnisse für einen ersten Prozeßschritt nach ih­ rem Eintritt in die Behandlungskammer zum Aufhei­ zen der Substrate mit den stromführenden Schienen in Kontakt geraten und die Behältnisse danach für einen zweiten Prozeßschritt einer Kühlgasdusche ausgesetzt werden, die die Behältnisse und die von ihnen umschlossenen Substrate abkühlt.

Zweckmäßigerweise ist die Behandlungskammer in mehrere Abteilungen aufgeteilt, die über Schleusen miteinander verbunden sind, wobei eine der Abtei­ lungen mit einer Schutzgasquelle und die dieser benachbarte Abteilung mit einer Saugpumpe und eine dritte Abteilung mit einer Kühlgasquelle verbunden ist.

Um eine rundum gleichmäßige Wärmebehandlung zu er­ möglichen sind die Behältnisse für die Substrate mit Zwischenböden oder ihre Bodenteile mit Stützen versehen, auf denen die Substrate aufliegen, die aus Graphit oder einer Keramik gebildet sind.

Vorzugsweise sind jeweils das Bodenteil und der Deckel eines Behältnisses über ein die Seitenwände bildendes Rahmenteil aus elektrisch isolierendem Werkstoff miteinander verbunden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind in der Abteilung zum Kühlen der Substrate bewegliche Greifer gelagert, die nach dem Eintritt eines Be­ hältnisses das Deckelteil und/oder das Bodenteil vom Rahmenteil abheben und die vom Rahmenteil oder vom Bodenteil gehaltenen Substrate unmittelbar dem Kühlmittelstrom aussetzen.

Erfindungsgemäß ist die Kühldusche aus einer in der Kühlabteilung beweglich gehaltenen Platte ge­ bildet, deren dem Substrat zugekehrte Seite mit einer Vielzahl von feinen Gasdüsen versehen ist, die sämtlich mit der Kühlgasquelle verbunden sind, wobei die Platte sich in einer Ebene parallel der Ebene des Substrats erstreckt.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausfüh­ rungsmöglichkeiten zu; einige davon sind in den anhängenden Zeichnungen rein schematisch näher dargestellt und zwar zeigen:

Fig. 1 ein Behältnis in Längsschnitt mit Substrat, wobei das Substrat auf einer Zwischenwand aufliegt,

Fig. 2 ein Behältnis im Längsschnitt mit ei­ nem auf dem Bodenteil aufliegenden Substrat,

Fig. 3 das Behältnis gemäß Fig. 2, jedoch mit Kontaktfahnen zur Stromübertragung auf das Deckelteil und das Bodenteil,

Fig. 4 einen Schnitt quer durch eine Behand­ lungskammer mit einem in dieser ange­ ordneten Behältnis mit Substrat und jeweils einer oberhalb und einer un­ terhalb des Behältnisses angeordneten Kühlplatte,

Fig. 5 einen Schnitt quer durch eine Behand­ lungskammer mit einem in dieser ange­ ordneten Behältnis und mit Vorrichtung zum Abheben des Deckelteils und des Bodenteils des Behältnisses und mit Kühlplatten,

Fig. 6 einen Schnitt quer durch eine Behand­ lungskammer mit einem in dieser gehal­ tenen Behältnis und mit oberhalb und unterhalb des Behältnisses vorgesehe­ nen an einen Kühlmittelkreislauf ange­ schlossenen Kühlplatten,

Fig. 7 eine Behandlungskammer ähnlich derje­ nigen nach Fig. 6, jedoch mit zwischen den beiden Kühlplatten einerseits und dem Behältnis angeordneten Abschirmfo­ lien und,

Fig. 8 einen Schnitt quer durch eine Behand­ lungskammer mit einem in dieser gehal­ tenen Behältnis mit Substrat und einer Rohrleitung mit eingeschaltetem Meßge­ rät, das den Innenraum des Behältnis­ ses mit dem Innenraum der Behandlungs­ kammer verbindet, wobei das Meßgerät ein in eine zur Behandlungskammer füh­ rende Gaszufuhrleitung eingeschaltetes Ventil steuert.

Wie Fig. 1 zeigt, besteht das Behältnis aus einem Rahmenteil 3, einem Deckel 4, einem Bodenteil 5 und einer im Rahmenteil 3 gehaltenen Stützplatte 6 auf der das Substrat 7 aufliegt. Das Rahmenteil 5 und der mit diesem verbundene Deckel 4 und auch das Bodenteil 5 sind aus Carbonfaser verstärktem Kohlenstoff (CFC), Quarz oder Graphit gefertigt, wobei die Abmessungen dieser Teile von denjenigen des Substrats 7 bestimmt sind, d. h. der zwischen den Innenwänden des Behältnisses und dem Substrat 7 verbleibende Hohlraum ist so klein wie möglich bemessen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 fehlt eine be­ sondere Stützplatte für das Substrat 7 das unmit­ telbar auf dem Bodenteil aufliegt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist der Rah­ men 9 aus einem elektrisch isolierendem Werkstoff gefertigt und das Deckelteil 9 und das Bodenteil 10 sind jeweils mit einem Paar von Schleifkontak­ ten 11, 11' bzw. 12, 12' versehen, die mit Strom­ schienen zusammenwirken, die in der nicht näher dargestellten Behandlungskammer vorgesehen sind, und zwar derart, daß das Deckelteil 9 und das Bo­ denteil 10 direkt als Widerstandsheizelemente wir­ ken und das Substrat 7 aufheizen.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Behält­ nisse werden in eine Behandlungskammer gefördert, die hermetisch verschließbar ist und sowohl an ei­ ne Gasquelle als auch an eine Saugpumpe ange­ schlossen ist. Das Behältnis und damit auch das Substrat wird innerhalb der Behandlungskammer auf­ geheizt, so daß die auf das Substrat 7 aufgebrach­ te Schicht eine Wärmebehandlung erfährt, wobei aus der Schicht abdampfende Substanzen, beispielsweise Selen nicht ins Freie austreten können, sondern nach erfolgter Behandlung abgesaugt werden können.

Der Vorteil der Behältnisse mit geringem Volumina besteht im wesentlichen darin, daß nur relativ ge­ ringe Mengen an Substanzen (z. B. Selen) abdampfen und damit der Schicht verloren gehen. Je kleiner das Volumen ist, um so eher wird das Volumen mit Selen gesättigt, so daß der Verlust aus der Schicht tolerierbar bleibt.

Während des Heizvorgangs kann die Behandlungskam­ mer und damit auch das Innere des nicht vollstän­ dig dichten Behältnisses mit einem Schutzgas ge­ füllt sein (z. B. H₂S), das nach erfolgter Wärme­ behandlung (nach der Alterung und Stabilisierung) der Schicht zusammen mit den abgedampften (toxischen) Substanzen (Selen) abgepumpt werden kann, so daß eine kontrollierte Entsorgung der Substanzen (des Selens) erfolgen kann.

In der Darstellung gemäß Fig. 4 ist das Behältnis mit dem Substrat 7 zum Zwecke seiner kontrollier­ ten Abkühlung in die unmittelbare Nachbarschaft von seitlich verfahrbaren Kühlplatten 13, 14; 13', 14' gefördert, wobei das Behältnis auf Stützen 15, 15' ruht. Die Kühlplatten 13, 13' sind von Kühl­ wasser durchströmt und weisen an ihren dem Behält­ nis zugekehrten Flächen Düsen auf, über die ge­ kühltes Gas auf das Behältnis strömt. In Fig. 4. ist außerdem strichliert angedeutet, daß das Dec­ kelteil 4 vom Rahmenteil 8 abgehoben werden kann (mittels eines nicht näher dargestellten Greifer­ systems), so daß die Kühlplatten 13, 13' das Substrat 7 unmittelbar kühlen können.

In der Darstellung nach Fig. 5 ist eine Vorrich­ tung 16 zum Abhebendes Deckelteils 4 dargestellt, wobei die Kühlplatten 17, 17' in Pfeilrichtung A, B verfahrbar sind und im übrigen mit Anschlüssen für die Gasversorgung und das Kühlmittel 18, 18' versehen sind. Das Behältnis ruht auf den Stützen 19, 19' und die unterhalb des Behältnisses vorge­ sehene Kühlplatte 20 ist mittels der Hubeinrich­ tung 21 auf- und abbewegbar.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 6 ähnelt derjenigen nach Fig. 5, jedoch mit dem Unterschied, daß die beiden Kühlplatten 21, 22 mittels der Hubeinrich­ tungen 23, 24 nur vertikal bewegbar sind, ein be­ sonderes Greifersystem zum Abnehmen des Deckel­ teils 4 jedoch eingespart wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 sind besonde­ re Abschirmfolien 25, 26 oberhalb bzw. unterhalb des Behältnisses vorgesehen, die geeignet sind, den Kühlprozeß zu optimieren.

In Fig. 8 ist das Prinzip einer Behandlungskammer 27 mit einem in dieser angeordneten Behältnis 28 gezeigt, wobei der Innenraum 29 des Behältnisses 28 über eine Rohrleitung 30 mit dem Innenraum der Behandlungskammer 27 verbunden ist und ein Sensor bzw. ein Meßgerät 31 die Druckdifferenz zwischen beiden Räumen 29, 32 ermittelt und ein Ventil 33 steuert, das in die Gaszufuhrleitung 34 zur Be­ handlungskammer 32 eingeschaltet ist.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Wärmebehandlung von plattenför­ migen beschichteten Substraten (7), beispiels­ weise von Glasscheiben mit einer auf dieser aufgebrachten photovoltaischen Schicht in einer absperrbaren Behandlungskammer (27, 27'), bei­ spielsweise einer Vakuumkammer und mit einem Förderer für den Transport der Substrate (7) durch die Behandlungskammer (27, 27') und einer Heiz- und/oder Kühlvorrichtung (13, 13', 14, 14', 17, 17', 20, 21, 22), dadurch gekennzeich­ net, daß die Substrate (7) jeweils in kasten­ förmige Behältnisse (3, 4, 5 bzw. 8, 9, 10 bzw. 28) eingesetzt sind, wobei die Behältnisse die Substrate (7) jeweils mit geringem Spiel all­ seits umschließen und aus einem wärmebeständi­ gen Werkstoff, vorzugsweise aus Carbonfaser verstärktem Kohlenstoff oder einer Keramik ge­ bildet und mit einer Heizung versehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Teile (9, 10) der Behältniswände als Widerstandsheizelemente ausgebildet und mit Kontaktfahnen (11, 11', 12, 12') versehen sind, die an stromleitenden Kontaktschienen beim Durchlauf der Behältnisse (8, 9, 10) durch die Behandlungskammer anliegen und ein Aufheizen der Wandteile (9, 10) und damit des Substrates (7) bewirken.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Behandlungskammer (27''') und/oder das Behältnis (28) an eine Gasquelle (34) und eine Saugpumpe (35) ange­ schlossen sind, und die Substrate (7) mit Schutzgas umspült werden das nach erfolgter Wärmebehandlung aus der Behandlungskammer (27''') und/oder den Behältnissen (28) abge­ pumpt wird.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die Behandlungskammer mit einer Schleuse versehen ist über die die Behältnisse mit dem Förderer ein- und ausge­ schleust werden, wobei die Behältnisse für ei­ nen ersten Prozeßschritt nach ihrem Eintritt in die Behandlungskammer zum Aufheizen der Substrate (7) mit den stromführenden Schienen in Kontakt geraten und danach für einen zweiten Prozeßschritt einer Kühlgasdusche ausgesetzt werden, die die Behältnisse und die von ihnen umschlossenen Substrate (7) abkühlt.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungskammer in mehrere Abteilun­ gen aufgeteilt ist, die über Schleusen mitein­ ander verbunden sind, wobei eine der Abteilun­ gen mit einer Schutzgasquelle (34) und die die­ ser benachbarten Abteilung mit einer Saugpumpe (35) und eine dritte Abteilung mit einer Kühl­ gasquelle verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behältnisse für die Substrate (7) mit Zwischenböden (6) oder ihre Bodenteile mit Stützen versehen sind, auf denen die Substrate aufliegen und die aus Graphit oder einer Kera­ mik gebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils das Bodenteil (10) und der Deckel

• (9) eines Behältnisse über ein die Seitenwände bildendes Rahmenteil (8) aus elektrisch isolie­ rendem Werkstoff miteinander verbunden sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Abteilung zum Kühlen der Substrate bewegliche Greifer (16) gelagert sind, die nach dem Eintritt eines Behältnisses das Deckelteil (4) und/oder das Bodenteil vom Rahmenteil abheben und die vom Rahmenteil oder vom Bodenteil gehaltenen Substrate unmittelbar dem Kühlmittelstrom aussetzen.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 oder 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kühldusche aus einer in der Kühlabteilung beweglich gehaltenen Platte (13, 13' bzw. 17, 17' bzw. 20 bzw. 21, 22) gebildet ist, deren dem Substrat zugekehrte Seite mit einer Vielzahl von feinen Gasdüsen versehen ist, die sämtlich mit einer Kühlgas­ quelle verbunden sind, wobei die Platte sich in einer Ebene parallel der Ebene des Substrats erstreckt.