JP2017522452A - 化学浴析出システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
低減されたレベルの微粒子を有する層をウェブ上に形成するための方法及びシステムが開示される。この層は、反応して層を形成する化学試薬の流体混合物(複数可)または溶液から形成される。本システムは、ウェブの第1の表面が1つ以上の処理ステップを受ける間、チャンバ内でウェブを運搬するように構成された、提供された搬送デバイスと、第1の流体送達装置及び第2の流体送達装置と、第1の流体除去装置と、を含む。第1の流体除去装置は、第1の送達装置と第2の送達装置との間に配設された空間内に位置付けられる。【選択図】なし
Description
関連出願の相互参照
本出願は、2014年6月17日に出願された米国仮特許出願第62/013,224号に対する優先権を主張し、本開示は、参照することによりその全体が組み込まれる。
本出願は、2014年6月17日に出願された米国仮特許出願第62/013,224号に対する優先権を主張し、本開示は、参照することによりその全体が組み込まれる。
本発明は、ウェブ上に材料の層を形成するためのシステム及び方法に関する。具体的には、本発明は、ウェブを基にした化学浴析出に関する。
太陽電池は、太陽光を直接電気エネルギーに変換する光起電力(PV)デバイスである。太陽電池は、ガラス、プラスチック、またはステンレス鋼などの低コストの基材上に通常析出された種々の半導体材料の結晶シリコンまたは薄膜に基づき得る。
非晶質シリコン、テルル化カドミウム、銅インジウム二セレン化物、または銅インジウムガリウム二セレン化物系太陽電池などの薄膜系光起電力電池は、薄膜産業で幅広く使用される析出技術を用いることにより改善されたコスト優位性を提供する。銅インジウムガリウム二セレン化物(CIGS)系太陽電池を含むIBIIIAVIA族化合物光起電力電池は、高性能、高効率、及び低コスト薄膜PV製品に関して実証された大きな可能性を有する。
図1で例示されるように、従来のIBIIIAVIA族化合物太陽電池10は、ガラスシート、金属シート、絶縁ホイルもしくはウェブ、または伝導性ホイルもしくはウェブであり得る基材11上に造られ得る。モリブデン(Mo)膜などの接触層12が、太陽電池の背後電極として基材上に析出され得る。次いで、Cu(In,Ga)(S,Se)2族中の材料を含む吸収体薄膜14が、伝導性Mo膜上に形成され得る。基材11及び接触層12は、基層13を形成する。他の方法はあるが、Cu(In,Ga)(S,Se)2タイプの化合物薄膜は、Cu(In,Ga)(S,Se)2材料の構成成分(構成成分はCu、In、Ga、Se、及びSである)が、基材、または吸収体前駆体として基材上に形成された接触層上にまず析出され、次に高温徐冷方法でS及び/またはSeと反応する、二段階方法により形成され得る。
吸収体膜14が形成された後、CdSなどの、緩衝膜または緩衝層、及び非ドープ−ZnO/ドープ−ZnOスタックまたは非ドープ−ZnO/In−−Sn−−O(ITO)スタックなどの、透明伝導性層を含む透明層15が、吸収体膜上に形成され得る。太陽電池の製造において、緩衝層はしばしば、IBIIIAVIA族吸収体膜14上にまず析出されて、活性接合を形成する。次いで、透明伝導性層が、緩衝層上に析出されて、必要とされる横方向伝導性を提供する。光が、矢印16の方向に透明層15を通って太陽電池10に入る。上述される従来のデバイス構造は、基材タイプ構造と呼ばれる。基材タイプ構造において、光は、図1で示されるように透明層側からデバイスに入る。
種々の化学組成物を含む種々の緩衝層が、太陽電池構造で評価されてきた。CdS、ZnS、Zn−−S−OH、Zn−−S−O−OH、ZnO、Zn−−Mg−−O、Cd−−Zn−−S、ZnSe、In−−Se、In−−Ga−−Se、In−−S、In−−Ga−−S、In−−O−OH、In−−S−O、In−−S−OHなどは、文献に報告されているいくつかの緩衝層材料である。CIGS(複数可)太陽電池などのIBIIIAVIA族デバイスのための緩衝層は、しばしば30〜200nmの範囲となる種々の厚みを有し、蒸発、スパッタリング、原子層析出(ALD)、電子析出、及び化学浴析出(CBD)などの種々の技術により析出され得る。
化学浴析出(CBD)は、CIGS(複数可)吸収体膜上の緩衝層の形成のために一般的に使用される方法である。これらの技術は典型的に、形成される緩衝層の試薬を含む化学浴の調製を伴う。浴の温度は、例えば50〜90℃の範囲で上昇され得、CIGS(複数可)膜の表面は、加熱された浴に曝露される。あるいは、CIGS(複数可)膜を含有する基材は、加熱され得、次いで、より低い温度に維持された化学浴中に浸漬される。薄い緩衝層は、浴への及び/またはCIGS(複数可)膜を運搬する基材への熱の適用から生じる化学反応の結果としてCIGS(複数可)膜上に成長する。
硫化カドミウム(CdS)緩衝層の成長のための典型的なCBD方法は、(Cd−塩化物、Cd−硫酸塩、Cd−酢酸塩などのCd塩源からの)カドミウム(Cd)種、(チオ尿素などのS源からの)硫黄(S)種、ならびにCd及びS種間の反応速度を調節する錯化剤(アンモニア、トリエタノールアミン(TEA)、ジエタノールアミン(DEA)、エチレンジアミンテトラ−酢酸(EDTA)など)を含む化学浴を用いる。かかる浴の温度が望ましい温度に上昇すると、Cd及びS種間の反応が、溶液中の至る場所で発生する。結果として、CdS層が、加熱された溶液により湿潤された全ての表面上で形成し、加えて、CdS粒子は、溶液中で形成する傾向にある。CdS層のCBD析出はしばしば、不要なCdS微粒子を含み、それは、低減された電池効率及び他の問題、例えば後に形成される電池構造の透明層との低減された接合形成をもたらし得る。
カドミウムスリフィド層の化学浴析出は、CIGS太陽電池にとって高い変換効率性をもたらす。しかし、大量製造におけるその使用は、上で考察されるようにしばしば問題である。よって、CIGS太陽電池デバイスの生成においてCdS析出技術を改善することがなおも必要とされる。
本発明は、ウェブ上に材料の層を形成するための、及びより具体的には、薄膜、例えばIB−IIA−VIA薄膜上にCdS層を析出するための方法を提供する。
一態様において、本発明は、ウェブ上に材料の層を形成するためのシステムを提供し、ウェブは、第1の表面及び第1の表面と反対側の第2の表面を有し、システムは、ウェブの第1の表面が、1つ以上の処理ステップを受ける間、ウェブを運搬するように構成された搬送デバイスと、第1の流体送達装置及び第2の流体送達装置であって、搬送デバイスの上に位置付けられており、ウェブの第1の表面上に1つ以上の流体を送達するように構成される、第1の流体送達装置及び第2の流体送達装置と、第1の送達装置と第2の送達装置との間に配設された空間内に位置付けられている第1の流体除去装置と、を含む。特定の実施形態において、本システムは、包囲空間またはチャンバ内に含有される。
別の態様において、本発明は、ウェブ上に材料の層を形成するための方法を提供し、ウェブは、第1の表面及び第1の表面と反対側の第2の表面を有し、本方法は、ウェブ上で1つ以上の処理ステップを行うために包囲空間内でウェブを移動させることと、第1の流体送達装置を介して、ウェブに第1の流体を送達することと、吸引デバイスを備える第1の流体除去装置を介して、ウェブから第1の流体の一部分を除去することと、第1の流体の一部分を除去した後に、吸引デバイスを備える第2の流体送達装置を介して、ウェブに第2の流体を送達することと、ウェブ上に材料の層を形成することと、を含む。
本発明のシステム及び方法、特に、本明細書に記載されるようなウェブからの第1及び第2の流体の部分除去は、低減された量の微粒子を有する析出された材料の連続層を有するウェブを生成する。
本発明は、1つの工具または装置を通る単一通過による、ウェブ上への2つ以上の異なる層の析出も可能にする。
前述の概要は、単に例示的であり、いかなる限定も意図しない。上述される例示的な態様、実施形態、及び機構に加えて、さらなる態様、実施形態、及び機構が、図及び以下の発明を実施するための形態を参照することにより明確になるであろう。
以下の発明を実施するための形態は、添付の図の参照とともに、開示されるシステム及び方法の種々の機構及び機能を記載する。図において、別途文脈が規定しない限り、類似の記号は、類似の構成要素を特定する。本明細書に記載される例示的なシステム及び方法の実施形態は、限定することを意図しない。開示されるシステム及び方法の特定の態様が、多様な異なる構成で配設され、かつ組み合わせられ得、それらの全てが本明細書で企図されることが容易に理解され得る。
本明細書で使用される場合、用語「光起電力電池」(及び本明細書では「太陽電池」)は概して、電磁放射線(またはエネルギー)、または電磁放射線の所定の波長もしくは波長の分散にデバイスを曝露すると、電子(または電気)を発生させるように構成される、光活動性材料(または吸収体)を含むデバイスを指す。太陽電池は、他の類似の太陽電池と直列に電気接続されて、電圧レベルを上げ得、通常であれば高電流に因り発生するはずの抵抗損失を最小限に抑え得る。いくつかの例において、多数の太陽電池が、数メートルの長さである太陽モジュールに直列接続及び統合され得る。
光起電力電池を形成することは、薄膜光吸収半導体材料を活用することを伴い得る。光起電力電池例は、ステンレス鋼ウェブ基材を含み得る。ステンレス鋼ウェブ基材は、可撓性のある基材であり得る。例において、ステンレス鋼ウェブ基材を処理して光起電力デバイスを形成することは、ステンレス鋼ウェブ基材の裏面にモリブデン(Mo)層を形成することを含み得る。この後の処理は、ステンレス鋼基材の前面で起こり得る。例えば、クロム(Cr)層は、基材に隣接して形成され得、Mo層は、Cr層上に形成され得る。電池内で光を電気に変換する吸収体層は、次の層であり得る。これは典型的に、pタイプの層である。好ましい吸収体は、銅インジウムセレン化物、硫化物、またはセレン化物硫化物(合わせてCIS層と称される)などの銅カルコゲン化物である。銅インジウムガリウムセレン化物(CIGS)が、好ましい。吸収体層は、ナトリウム(Na)でドープされ得る。nタイプの層は、吸収体層上に緩衝層として形成され得る。硫化カドミウム(CdS)緩衝層が、好ましい。本発明の方法は、本緩衝層を形成させるために使用する上で好適である。
例において、光起電力電池の構成成分層を形成することは、複数のロールツーロール析出システムまたは段階を伴い得る。例として、第1の段階において、ステンレス鋼ウェブ基材の裏面は、裏面Mo層でコーティングされ、ステンレス鋼基材の前面は、背後電極Cr/Mo、アルカリ金属フッ化ナトリウム(NaF)層、及び前駆体CIGS層でコーティングされる。第2の段階において、CIGS前駆体は、光活動性CIGSを形成するために完全に反応し得る。第3の段階において、CdS緩衝層が、析出され得る。第4の段階において、透明酸化層(ZnO/TCO)が、析出され得る。
特定の実施形態において、ウェブ上に材料の層を形成するためのシステムは、チャンバ内に包囲される。
これらの段階、システム、または処理ステップは、単に例示のための例にすぎない。いくつかのステップ/段階が使用され得、異なる材料が、所定の光起電力電池を形成するために使用され得る。ウェブを基にした光起電力吸収体層の上部に緩衝層を形成することは(例えば、CdS層を形成すること)典型的に、ウェブ及びそこに結合する吸収体層の上に溶液または流体混合物を析出することを伴う。流体混合物を析出してウェブ上に均一な緩衝層を形成することは、複数の課題を伴い得る。上で考察されるように、例えば、CdS層を形成するのに使用される溶液中の試薬は、反応し、基材上にCdS層を形成するが、溶液中でCdS粒子も形成する。
前述の課題に対処し得る方法及びシステムが、本明細書で開示される。本方法及びシステムは、複数の溶液適用ステップにおいて望ましい層を析出すること及び適用ステップの間で各溶液の一部分を除去することを伴う。本発明は、低減された量の微粒子を有する析出された材料の連続層を生成する。光起電力電池の生成のために、本システムを使用して、基材上にCdSの緩衝層を析出する場合、得られたCdSの析出層は、後に形成される電池構造の透明層との高品質な接合形成を可能にする優れた電池効率を保有する。
本方法及びシステムは、単に例示のための例として光起電力電池の文脈で記載される。本明細書に記載される方法及びシステムは概して、任意のタイプのウェブの上に任意のタイプの層を析出することに関する。
この例において、ウェブは、(例えば、CdS層、または化学浴析出もしくは他の処理により析出された異なる材料の形成が発生する)第1の表面及び第1の表面と反対側の第2の表面を有する。特有の実施形態において、ウェブは、ステンレス鋼の磁気的形態などのステンレス鋼であり得る。
本発明のシステムは、ウェブのための支持部を含み、支持部は、ウェブの第1の表面が1つ以上の処理ステップを受け得るように配設された処理床により提供される。
図2Aは、実施形態例による、ウェブを処理するためのシステム200を例示する。図2Aは、ウェブに関する複数の処理段階を含み得るシステム(または装置)200を表す。システム200は、ウェブ上に化学流体混合物浴から層を析出するために構成され得る。よって、システム200は、化学浴析出システムまたは装置と称され得る。図2Bは、実施形態例による、システム200の一部分を例示する。示されるように、システム200の部分は、1つ以上の処理システム203の下に処理床202を含む。ロール201からのウェブは、それが1つ以上の処理システム203による処理を受ける間、ウェブが処理床202により支持されるようにシステム200を通って搬送され得る。
本方法は、搬送ベルトを備える搬送デバイスを使用して処理床の上でウェブを移動させることを含む。搬送ベルトは、第1の接触表面及び第1の接触表面と反対側の第2の接触表面を有する。第1の接触表面は、ウェブの第2の表面に接触するように構成され、第2の接触表面は、処理床に接触するように構成される。
図3は、実施形態例による、処理床202とウェブ402の区域との間に配置された搬送ベルト404を備える搬送デバイス612を例示する。搬送ベルト404は、第1の接触表面502及び第1の接触表面502と反対側の第2の接触表面504を有する。ウェブ402は、第1の表面506A及び第1の表面と反対側の第2の表面506Bを有する。ウェブの第1の表面402は、上方に向き得、方法600に関して以下に記載されるようにいくつかの処理ステップを受け得る。ウェブ402の第2の表面は、搬送ベルト404の第1の接触表面502に接触するように構成され得る。第2の接触表面504は、図3で示されるように処理床202に接触するように構成される。
例において、搬送ベルト404の第1の接触表面502は、ウェブ402が搬送ベルト404に沿って移動するように、ウェブ402の第2の表面506Bに牽引力を適用するような高い摩擦の係数を有するように構成され得る。搬送ベルト404の第2の接触表面504は、処理床202の平らな表面の上を滑走し、処理床202の平らな表面に対して移動するような低い摩擦の係数(例えば、第1の接触表面502の摩擦の係数より低い)を有し得る。よって、搬送ベルト404が移動する/回転すると、処理床202は静止したままであるが、ウェブ402は搬送ベルト404とともに移動する。搬送ベルト404は、特定の方向(例えば、反時計方向の回転)に移動するように図5で示されるが、他の事例において、搬送ベルト404及びウェブ402は、反対方向に移動し得る。
図4Aで示されるように、本発明のシステムは任意に、包囲空間またはチャンバ610内に含有される。包囲空間内の含有は必要ではないが、以下の考察は、本システムが包囲空間またはチャンバ内に含有される本発明の実施形態を反映する。包囲空間(複数可)の種々の構成は、本開示により包含される。
図4Aは、送り出し(pay out)(または送り出し(payout))ロール430及び巻き取り(または取り込み、拾い上げ)ロール440を備える装置を表す。ウェブ402は、送り出しロール430から本システムへ送達され得、本システムにより処理するために搬送デバイス612により運搬され得、巻き取りロール440上で巻き取られ得る。
図4Aで示されるように、本システムは、第1の流体送達装置602A及び第2の流体送達装置602Bを含む。一例において、第1及び第2の流体送達装置は、チャンバ内の搬送デバイス612の上に位置付けられ、ここでは、第1及び第2の流体送達装置は、前記ウェブの第1の表面上に1つ以上の流体を送達するように構成される。図4Aで示されるように、第1及び第2の流体送達装置は、空間がこれらの装置の間に存在するように配設される。
第1及び第2の流体送達装置は独立して、移動ウェブに流体を適用するのに好適な様々なデバイスから選択され得る。
例えば、流体送達装置は、ウェブに適用される流体の量を制御するように調整され得る、長手方向間隙を有する散布容器、例えば重力供給散布容器であり得る。散布容器は典型的に、重力供給散布容器であるが、所望される場合、加圧され得る。
あるいは、流体送達装置は、移動ウェブに流体を与えるために配設された複数のノズルが嵌合されたデバイスであり得る。
代替的な実施形態において、流体送達装置は、カスケードデバイスを含み得る。図5で表されるように、カスケードデバイスは、振動するように構成され得る、上位レベル、ウェブの上に位置付けられたより低いレベル、上位レベルとより低いレベルとの間の複数の階段を有する。第1の流体及び第2の流体は、(i)第1及び第2の流体が、階段を流れてより低いレベル及びウェブ上に落ち、かつ(ii)第1及び第2の流体が、ウェブに到達する前にカスケードにより及びカスケードデバイスの振動により少なくとも部分的に混合されるようにカスケードデバイスの上位レベル上に分配される。第1及び第2の流体が、例えば光起電力デバイス中に材料のCdS層を形成するための試薬を含有する場合、試薬は、それらがカスケードデバイスの階段を流れ落ちる間、混合するまでは反応を防止されるだろう。
図5は、実施形態例による、カスケードデバイス706上への第1の流体の流れ及び第2の流体704の流れを提供するための分配機を含む流体送達装置を例示する。流体送達装置は、カスケードデバイス706上に第1の流体702の流れ及び第2の流体704の流れを分配するように構成された、図5で示されるノズル707などの化学分配機デバイスを含み得る。カスケードデバイス706は、上位レベル708及びウェブ402の上(例えば、ウェブ402の第1の表面506Aからの既定の距離)に位置付けられたより低いレベル710を有し得る。カスケードデバイス706は、上位レベル708とより低いレベル710との間に複数の階段712も含み得る。
さらに、カスケードデバイス706は、振動するように構成され得る。例えば、カスケードデバイス706は、横方向、長手方向、縦方向、またはそれらの組み合わせに揺れ動くように構成され得る。カスケードデバイス706は、既定の頻度で、または既定の頻度及び方向プロファイルに従って、長期的に振動するように構成され得る。カスケードデバイス706の振動を引き起こすように構成された任意の機構が、使用され得る。この機構は、例えば、電気システム(例えば、電動機)、油圧システム、電気機械システム、電気油圧システムなどを利用して、カスケードデバイス706を振動させ得る。
この手法において、第1の流体702の流れ及び第2の流体704の流れがカスケードデバイス706の上位レベル708上に分配されると、第1の流体702及び第2の流体704は、階段712を流れてより低いレベル710及びウェブ402上に落ちる。カスケードデバイス706が振動する間に第1の流体702及び第2の流体704を階段712に流すことは、ウェブ402に到達する前に、流体702及び704の少なくとも部分的な混合を促進する。一例において、第1の流体702及び第2の流体704は、ウェブ402に到達する前に完全に混合され得る。
ウェブ402上に分配された第1の流体702及び第2の流体704の流体混合物714は、例えば、ウェブ402の第1の表面506Aを覆う、1〜10ミリメートルの範囲の所定の厚みまたは深さを有する溶液を形成し得る。任意の流体の深さが、ウェブ402のタイプに基づいて利用され得、流体は析出され、層が作られる。
例において、任意の数の流体が、混合されて、ウェブ上に層を形成し得る。2つの流体の混合物を使用する方法が、単に例示のための例として本明細書に記載される。例示のための例として、第2の流体は、チオ尿素(SC(NH2)2)を含む化学溶液であり得るが、第1の流体は、硫酸カドミウム(CdSO4)及び水酸化アンモニウム(NH4OH)を含む化学溶液であり得る。よって、この例において、ウェブ上への得られた層の析出は、硫化カドミウム(CdS)を含み得る。あるいは、硫化亜鉛または硫化インジウムの層は、硫酸亜鉛(ZnSO4)または硫酸インジウム(In2(SO4)3)のどちらか一方を硫酸カドミウム(CdSO4)の代わりに置き換えることにより形成され得る。一例において、第1の流体及び第2の流体は、ウェブ表面から離れた混合場所で混合され得、次いで、混合物を反応させる準備として分散ノズルまたは任意の他の分散手段に移送されて、ウェブの表面上に析出され得る。しかし、時間とともに、混合物は、移送システムの弁、管、構成要素などと相互に作用し得ることにより、細片及び汚染物質を発生し得、それらはウェブ上に析出された流体混合物と混ざる。
別の例において、離れた場所で流体を混合することに替えて、第1の流体の流れ及び第2の流体の流れは各々、別個にウェブの上の分散ヘッド(例えば、1つ以上のノズルを含む)に入れられ、各々個別に、それらがカスケードからウェブの表面上に落ちる直前に溶液を混合する振動カスケード上に提供される。この手法において、細片または汚染物質は、既に反応している流体混合物と構成要素及び流体移送システムの伝送路との相互作用から発生しない。
特定の実施形態において、溶液は、反応し、ウェブ上に硫化カドミウム、硫化インジウム、または硫化亜鉛の層を形成するように考案される試薬を含有する。ウェブ上に追加の緩衝層を形成するために使用され得る材料には、In3S2、In(OH,S)、ZnS、Zn(O,S)、ZnCa(OH,S)、ZnMg(OH,S)、及びCdO(Cd(O,S)を発生させるため)が含まれる。本システム及び方法がCdS緩衝層を有する光起電力電池を製造するように適合される実施形態において、各流体送達装置は、二価カドミウムを含む材料を含有する溶液を送達する。いくつかの実施形態において、流体送達装置により分配される流体混合物または溶液は、同じになるであろう。他の実施形態において、第1の流体送達装置により分配される流体混合物は、第2の流体送達装置により分配される流体混合物とは異なる。
図4Bでさらに示されるように、本システムは、チャンバ610内及び第1の送達装置と第2の送達装置との間の空間内に位置付けられた第1の流体除去装置604を含む。第1の流体除去装置は、配設されて、ウェブ上での第1の流体中の相当数の粒子の形成前にウェブから第1の流体の一部分を除去し得る。
特定の実施形態において、図4Bで示されるように、本システムは、第2の流体除去装置608を含む。第2の流体除去装置608は、チャンバ610内に位置付けられ、配設されて、第2の流体送達装置602Bにより送達された流体を除去する。第1の流体除去装置と同様に、第2の流体除去装置は、配設されて、ウェブ上の第2の流体中の相当数の粒子の形成前にウェブから第2の流体の一部分を除去し得る。この手法において、本明細書に記載されるようなウェブからの第1及び第2の流体の部分除去は、低減された量の微粒子を有する析出された材料の連続層を有するウェブを生成し、単一適用方法と比べて比較的より薄い断面を有し得る。
必要な場合、追加の流体送達装置及び流体除去装置がシステム中に含まれてもよい。
第1及び第2の流体除去装置は、同じタイプのデバイスであり得るか、または異なるタイプであり得る。特定の実施形態において、流体除去装置は、吸引デバイスを備える。好適な吸引デバイスには、好適な配管または管材を介して真空装置に取り付けられた真空ヘッドが含まれる。図6で示されるように、真空ヘッド1004は、ウェブ402より高い既定の高さで吸引を適用するように構成され得る。ノズル1002により分配されたすすぎ流体は、過剰流体の液体レベルを少なくともウェブ402より高い既定の高さに局所的に上昇させ得る。真空ヘッド1004により適用された吸引は、流体をウェブ402の第1の表面506Aに対して実質的に垂直方向に引き上げる。真空ヘッド1004により引き上げられた材料は、真空多岐管1006に入り、真空多岐管1006を通って、例えば廃棄物収集区画に移送される。よって、過剰流体及び粒子は、除去され、ウェブ402の表面に残って汚染することはない。
特有の実施形態において、第1の流体送達装置は、ウェブ上に少なくとも約1mmの深さを有する流体層を生成するのに十分な速度で、ウェブに流体を送達する。第1の流体の一部分の除去後に、第2の流体送達装置は、ウェブ上に少なくとも約1mmの深さを有する第2の流体の層を生成するのに十分な速度で流体を送達する。第2の流体層の深さは、第1の流体層の深さと同じかまたは異なり得る。特有の実施形態において、部分除去前の第1の流体の層は、約3.5mmなどの約3〜4mmの深さを有し得る。部分除去前の第2の流体の層も、約3.5mmなどの約3〜4mmの深さを有し得る。
図4でも示されるように、本システムは、チャンバ内に1つ以上の加熱装置606を含み得る。特有の実施形態において、加熱装置606は、ウェブが1つ以上の処理ステップを受けるとき、ウェブを直接的または間接的に加熱するように構成される。他の実施形態において、加熱装置606は、ウェブ402へ送達前に流体混合物を加熱するように構成される。これは、流体送達装置または流体送達装置に提供される試薬溶液を加熱することにより行われ得る。さらに別の実施形態において、加熱装置は、熱を流体送達流体混合物及びウェブへ同時に提供するように構成され得る。
1つ以上の加熱装置は、処理床202を加熱することによりウェブを間接的に加熱するために使用され得る。いくつかの例において、処理床202は、別個の区域に分けられ得、各区域は、それぞれの温度に加熱される。例示のための例として、カスケードデバイス706が配置され、流体混合物714がウェブ402上に分配される場合、処理床202の区域は、高温に加熱され得る。ウェブ402が処理床202の他の区域に移動すると、温度は、徐々に上昇されて、流体混合物714内で化学反応を促進する温度勾配を作り得る。例えば、以下の区域は、65℃〜90℃の温度に加熱され得る。ある区域から別の区域への熱の伝達を引き起こすことなく、処理床202の異なる区域を異なる温度に加熱するために、熱分割機が使用されて、処理床202の個別の区域を互いに熱的に隔離し得る。
本システムは、チャンバ内に、第2の流体除去装置に隣接して、かつ第1の送達装置と第2の送達装置との間に配設された空間の向こう側に位置付けられた、すすぎ装置620も含み得る。すすぎ装置620は、ウェブ402が(搬送ベルト404により)移動すると、ウェブ402上にすすぎ流体またはリンセート(rinsate)を分配するように構成され得る。特定の実施形態において、すすぎ装置620は、すすぎ流体またはリンセート(rinsate)を分配するために使用され得る複数のノズルを備え、搬送ベルトの幅に沿って配設され得る。好適なリンセート(rinsate)は、例えば脱イオン水、界面活性剤、または任意の数の流体もしくは混合物である。
図6は、残留材料及び細片の除去のための、すすぎデバイスのすぐ隣に配設された流体除去装置の実施形態例を例示する。よって、この実施形態において、流体除去装置は、すすぎデバイス及び吸引デバイスを含むとみなされ得る。図6は、ウェブ402の表面から残留材料及び細片の除去のために構成されたノズル1002(すすぎデバイス例として)及び真空ヘッド1004(吸引デバイス例として)の組み合わせを表す。1つのノズル1002が、図6で表されるが、すすぎ流体またはリンセート(rinsate)を分配するために、複数のノズルが使用されてもよい。例えば、リンセート(rinsate)には、脱イオン水、界面活性剤、または任意の数の流体もしくは混合物が含まれ得る。
ノズル1002は、ウェブ402が(搬送ベルト404により)移動すると、ウェブ402上にすすぎ流体またはリンセート(rinsate)を分配するように構成され得る。ノズル1002が、ウェブ402の表面上にすすぎ流体を分配すると、すすぎ流体は、図6で示されるように過剰流体の液体レベルを局所的に上昇させる起立波(またはダム)を形成する。すすぎ流体は、ウェブ402の第1の表面506A及び/または形成された層の表面から過剰粒子を解き放ちもするかまたは排除もする。
真空ヘッド1004は、ウェブ402より高い既定の高さで吸引を適用するように構成され得る。ノズル1002により分配されたすすぎ流体は、過剰流体の液体レベルを少なくともウェブ402より高い既定の高さに局所的に上昇させ得る。真空ヘッド1004により適用された吸引は、流体をウェブ402の第1の表面506Aに対して実質的に垂直方向に引き上げる。真空ヘッド1004により引き上げられた材料は、真空多岐管1006に入り、真空多岐管1006を通って、例えば廃棄物収集区画に移送される。よって、過剰流体及び粒子は、除去され、ウェブ402の表面に残って汚染することはない。
本システムは、さらなる処理のためにより多くのモジュールまたは装置を含み得る。例えば、本システムは、任意のタイプの好適な清浄溶液により、ウェブ402及びその上に形成された層を清浄するように構成された清浄装置を含み得る。別の例において、本システムは、ウェブ402及びその上に形成された層を、(例えば、エアナイフまたは任意の他のデバイスにより)乾燥するように構成された乾燥装置を含み得る。特に、本発明のシステムは、チャンバ内に、第2の流体除去装置の向こう側ですすぎ装置に隣接して位置付けられた乾燥装置を含み得る。
さらに、いくつかの例において、本システムは、ウェブ402がシステム200を進行する経路に沿って据え付けられる可能性もある様々なセンサを含み得る。例として、システム200は、コーティングされたウェブ402の厚みを検出するように構成された厚みセンサを含み得る。本システムは、ウェブ402上で形成された層上の表面の欠陥を検出するように構成された光学センサも含み得る。他のセンサは、コーティングの表面上及び/または深さを通してのどちらかで化学組成物を検出するように構成され得、システム200は、第1の流体702及び第2の流体704の分配(図5)を適宜に制御するように構成され得る。これらのセンサは、単に例示のための例にすぎず、他のタイプのセンサがシステム中で使用されてもよい。
図1〜6で記載される方法及びシステムは、移動ウェブ上に析出された流体混合物から太陽電池中の緩衝層(例えば、CdS)を形成するために実装され得る。しかし、図1〜6で記載される方法及びシステムは、化学反応または膜析出またはその両方の組み合わせに関して、任意のタイプの移動ウェブ上に任意のタイプの液体層を形成するために使用され得る。
本方法及び/または装置は、特定の実装を参照して記載されているが、本方法及び/または装置の範囲から逸脱することなく、種々の変更がなされ得、均等物で置き換えられ得ることが当業者により理解されよう。加えて、本開示の範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本開示の教示に適合させるために多くの修正がなされ得る。よって、本方法及び/または装置は、開示される特定の実装例に限定されないが、本方法及び/または装置は、添付の特許請求の範囲内にある全ての実装例を含むことが意図される。
Claims (15)
- ウェブ上に材料の層を形成するためのシステムであって、前記ウェブが、第1の表面及び前記第1の表面と反対側の第2の表面を有し、前記システムが、
前記ウェブの前記第1の表面が1つ以上の処理ステップを受ける間、前記ウェブを運搬するように構成された搬送デバイスと、
第1の流体送達装置及び第2の流体送達装置であって、前記搬送デバイスの上に位置付けられており、前記ウェブの前記第1の表面上に1つ以上の流体を送達するように構成される、第1の流体送達装置及び第2の流体送達装置と、
前記第1の送達装置と前記第2の送達装置との間に配設された空間内に位置付けられている第1の流体除去装置と、を備える、システム。 - 前記第1の流体除去装置が、吸引デバイスを備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記ウェブが前記1つ以上の処理ステップを受けるとき、前記ウェブを加熱するように構成された1つ以上の加熱装置をさらに備える、請求項1または請求項2に記載のシステム。
- 吸引デバイスを備える第2の流体除去装置をさらに備え、前記第2の流体除去装置が、前記第2の流体送達装置により送達された流体を除去するように位置付けられる、請求項1〜3のいずれかに記載のシステム。
- 前記第2の流体除去装置に隣接して、かつ前記第1の送達装置と前記第2の送達装置との間に配設された空間とは反対側に位置付けられたすすぎ装置をさらに備える、請求項1〜4のいずれかに記載のシステム。
- 前記1つ以上の流体が、二価カドミウムを含む材料を含有する溶液を含む、請求項1〜5のいずれかに記載のシステム。
- 前記第2の流体除去装置の向こう側で前記すすぎ装置に隣接して位置付けられた乾燥装置をさらに備える、請求項1〜6のいずれかに記載のシステム。
- ウェブ上に材料の層を形成するための方法であって、前記ウェブが、第1の表面及び前記第1の表面と反対側の第2の表面を有し、前記方法が、
前記ウェブ上で1つ以上の処理ステップを行うために、包囲空間内で前記ウェブを移動させることと、
第1の流体送達装置を介して、前記ウェブに第1の流体を送達することと、
第1の流体除去装置を介して、前記ウェブから前記第1の流体の一部分を除去することと、
前記第1の流体の一部分を除去した後に、第2の流体送達装置を介して、前記ウェブに第2の流体を送達することと、
前記ウェブ上に材料の層を形成することと、を含む、方法。 - 前記第1の流体の送達の後に、前記ウェブを加熱することをさらに含む、請求項8に記載の方法。
- 前記第2の流体の送達の後に、前記ウェブを加熱することをさらに含む、請求項8または9に記載の方法。
- 前記ウェブ上で形成された前記材料の層が、CdS、In3S2、In(OH,S)、ZnS、Zn(O,S)、ZnCa(OH,S)、ZnMg(OH,S)、またはCdOである、請求項8〜10のいずれかに記載の方法。
- 前記第1の流体が、二価カドミウムを含む材料を含む、請求項8〜11のいずれかに記載の方法。
- 前記ウェブから前記第1の流体の前記一部分を除去することが、前記ウェブ上での前記第1の流体中の相当数の粒子の形成前に実施される、請求項8〜12のいずれかに記載の方法。
- 第2の流体除去装置を介して、前記ウェブから前記第2の流体の一部分を除去することをさらに含む、請求項8〜13のいずれかに記載の方法。
- 前記第1の流体送達装置が、前記ウェブ上に少なくとも約1mmの深さを有する流体層を生成するのに十分な速度で前記ウェブに流体を送達する、請求項8〜14のいずれかに記載の方法。
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