JP6117116B2 - 基体のコーティングのための方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明によれば、基体は1つの加熱チャンバまたは連続する加熱チャンバ内で、基体の転移温度の範囲内まで加熱される。転移温度への加熱と並行してまたはそのすぐ後に基体の上面を下面より低い温度に加熱し、これにより基体が膨らみ、これは、転移温度より高い温度でも基体が取り扱えることを保証する。このように加熱された基体をコーティングする。コーティング材料としてCdSおよび/またはCdTeを使用するのが好ましいが、CISまたはCIGSソーラーモジュールには材料として銅、インジウム、およびガリウム、CZTSソーラーモジュールには材料として銅、亜鉛、スズ、および硫黄も考えられる。
本発明による装置は、真空チャンバとして形成されており、内側チャンバにおいてそれぞれ独立に制御または調節可能な少なくとも2つの加熱システムを備えている少なくとも1つの加熱チャンバを有している。少なくとも1つの加熱システムが基体の上面を加熱し、少なくとも1つの加熱システムが下面を加熱する。それぞれの加熱システムは、1つまたは複数の加熱要素を有している。この加熱システムは、基体の下面が上面より高い温度になるように調整されている。それだけでなくこの装置は、搬送方向において加熱チャンバの後ろに配置された同様に真空チャンバとして形成されている少なくとも1つのコーティングチャンバ、ならびに加熱チャンバを通って延びている基体用搬送システムおよびコーティングチャンバを通って延びている基体用搬送システムを有している。両方の搬送システムは、複数の平行な、軸方向に離隔し、搬送方向において相前後し、かつこの搬送方向に垂直に配置されたシャフトを有している。搬送システムにおける基体の搬送速度は、好ましくは0.5m/s〜5m/sの間、特に好ましくは1m/s〜4m/sの間、およびさらに特に好ましくは1.5m/s〜3m/sの間である。
以下に、本発明による装置を用いて本発明による方法を実施する際の基体のコーティングにおいて、どんな妨害が予測され得るのかを例示的に確定する。
bCdTe,外 bローラ,外+dL25−500/2+2×(lfuehr,tol+lMass,tol)≒9.5mm
(外側ローラの幅bローラ,外=5mm)
である。
bCdTe,中間=bローラ,内+(dL25−550−dL25−500)/4+2×(lfuehr,tol+lMass,tol)≒5.25mm
(中間ローラの幅bローラ,内=3mm)
である。
以下に、本発明による方法の実施に適した例示的な装置を説明する。符号は図中の対応する要素を示している。
2 コーティングチャンバ
3 加熱チャンバ
10 CdSまたはCdTeが入った容器
20 コーティングチャンバの搬送システム
21 コーティングチャンバの搬送システムのシャフト
211 コーティングチャンバの搬送システムのシャフトのシャフト端部
212 コーティングチャンバの搬送システムのシャフトのシャフト軸受
213 コーティングチャンバの搬送システムのシャフトの外側ローラ
2131 コーティングチャンバ内のシャフトの外側ローラの円錐形の支持面
2132 コーティングチャンバ内のシャフトの外側ローラの傾斜したガイドカラー
214 コーティングチャンバの搬送システムのシャフトの内側ローラ
22 コーティングチャンバの供給スリット
30 加熱チャンバ内の搬送システム
31 加熱チャンバ内の搬送システムのシャフト
311 加熱チャンバの搬送システムのシャフトのシャフト端部
312 加熱チャンバの搬送システムのシャフトのシャフト軸受
3131 加熱チャンバ内のシャフトの外側ローラの円錐形の支持面
3132 加熱チャンバ内のシャフトの外側ローラのガイドカラー
313 加熱チャンバの搬送システムのシャフトの外側ローラ
314 加熱チャンバの搬送システムのシャフトの内側ローラ
32 加熱チャンバの供給スリット
33 基体の下面のための加熱チャンバ内の加熱システムの加熱要素
331 下面の加熱システムの反射面
34 基体の上面のための加熱チャンバ内の加熱システムの加熱要素
341 上面の加熱システムの反射面
35 加熱チャンバの内側チャンバ
l ガイドカラーの間隔
a 外側ローラの支持面の角度
b ガイドカラーの角度
d コーティングチャンバのうち容器が配置されていない領域内のシャフトの間隔
dd 加熱チャンバ内のシャフトの間隔
D コーティングチャンバのうち容器が配置されている領域内のシャフトの間隔
本願は特許請求の範囲に記載の発明に係るものであるが、本願の開示は以下も包含する。
1.
板状の基体(1)のコーティング方法において、
a)前記基体(1)を転移温度に加熱するステップ、
b)a)と同時および/またはその後に前記基体(1)の下面を前記基体の上面より高い温度に加熱するステップ、
c)前記基体(1)上に少なくとも1種のコーティング材料を蒸着させるステップ、
を特徴とする方法。
2.
前記基体(1)がコーティングの後に徐冷されることを特徴とする上記1に記載の方法。
3.
基体温度が、ステップc)の後で転移温度未満に下げられ、続いて新たに前記プロセスステップa)〜c)が実施されることを特徴とする上記1または2に記載の方法。
4.
転移温度が540℃〜570℃の間、好ましくは550℃〜560℃の間である基体(1)が使用されることを特徴とする上記1〜3に記載の方法。
5.
前記基体がソーダ石灰ガラスであることを特徴とする上記4に記載の方法。
6.
コーティングの際の前記基体(1)の下面の温度が520℃超であり、好ましくは540℃〜570℃の間であり、かつ特に好ましくは555℃であることを特徴とする上記5に記載の方法。
7.
ステップb)の後の前記基体(1)の下面が、上面より少なくとも2K〜4K、好ましくは5K〜8K、特に好ましくは6K高い温度であることを特徴とする上記1〜6のいずれか一つに記載の方法。
8.
前記コーティング材料がCdSおよび/またはCdTeであることを特徴とする上記1〜7のいずれか一つに記載の方法。
9.
前記コーティング材料がCISまたはCIGS(銅、インジウム、および/またはガリウム、セレン)であることを特徴とする上記1〜8のいずれか一つに記載の方法。
10.
前記コーティング材料がCZTS(銅、亜鉛、および/またはスズ、硫黄)であることを特徴とする上記1〜9のいずれか一つに記載の方法。
11.
前記基体(1)の損傷したコーティング領域が、コーティング工程の後で除去されるか、または残りのコーティングから分離されることを特徴とする上記1〜3のいずれか一つに記載の方法。
12.
前記損傷したコーティング領域を除去するためにレーザアブレーションまたはサンドブラストまたは前記コーティング領域を分離するために機械的作用による亀裂が用いられることを特徴とする上記11に記載の方法。
13.
少なくとも下記のコンポーネント、すなわち、
−真空チャンバとして形成されており、内側チャンバにおいてそれぞれ独立に制御または調節可能な少なくとも2つの加熱システム(33、34)を備えている少なくとも1つの加熱チャンバ(3)であって、少なくとも1つの加熱システム(34)が前記基体の上面を加熱し、少なくとも1つの加熱システム(33)が前記基体の下面を加熱し、かつ前記加熱システム(33、34)が、前記基体(1)を上面より下面が高い温度になるように加熱するように調整されている前記加熱チャンバ(3)、
−真空チャンバとして形成されており、搬送方向において加熱チャンバ(3)の後ろに配置されており、コーティング材料が入った少なくとも1つの加熱可能な蒸発用るつぼを備えている少なくとも1つのコーティングチャンバ(2)、
−前記加熱チャンバ(3)を通って延びている前記基体(1)用搬送システム(30)および前記コーティングチャンバ(2)を通って延びている前記基体(1)用搬送システム(20)であって、両方の搬送システム(20、30)が、複数の平行な、軸方向に離隔し、搬送方向において相前後し、かつ搬送方向に垂直に配置されたシャフト(21、31)を有しており、それぞれのシャフトが外側ローラ(213、313)を備えており、前記外側ローラの間には、それぞれ少なくとも1つの内側ローラ(214、314)が配置されている前記搬送システム(20、30)、
を有する上記1〜12のいずれか一つに記載の方法を実施するための装置。
14.
それぞれの加熱チャンバ(3)およびそれぞれのコーティングチャンバ(2)が、前置されたチャンバから前記基体(1)をロッキングプロセス(Schleusungsprozess)なしで搬入させる前記チャンバ(2、3)内への基体入口と、後置されたチャンバ内に前記基体(1)をロッキングプロセスなしで搬出させる前記チャンバ(2、3)からの基体出口とを備えていることを特徴とする上記13に記載の装置。
15.
前記外側ローラ(213、313)が、すぐ近くのシャフト端部(211、311)に向かって直径が次第に大きくなる円錐形の、前記基体(1)のための支持面(2131、3131)を有しており、前記支持面(2131、3131)が、1°〜5°、好ましくは1°〜2°の傾斜を有することを特徴とする上記13または14に記載の装置。
16.
前記外側ローラ(213、313)が、130°〜150°、好ましくは139°の傾きで傾斜したガイドカラー(2132、3132)を備えており、前記ガイドカラー(2132、3132)が、前記外側ローラ(213、313)の前記支持面(2131、3131)より少なくとも5mm突き出ていることを特徴とする上記13〜15のいずれか一つに記載の装置。
17.
前記基体(1)の下面温度が前記基体(1)の転移温度の範囲内にあるところでの前記シャフト(21、31)が、前記基体(1)の下面温度が転移温度未満のところでのシャフト(21、31)より大きな前記ガイドカラー(2132、3132)の間隔を有することを特徴とする上記16に記載の装置。
18.
前記基体(1)の下面温度が前記基体(1)の転移温度の範囲内にあるところでの前記シャフト(21、31)が、前記基体(1)の下面温度が転移温度未満のところでのシャフト(21、31)より多くの内側ローラ(214、314)を備えていることを特徴とする上記13〜17のいずれか一つに記載の装置。
19.
前記基体(1)の下面温度が転移温度を下回るところでの前記シャフト(21、31)が、前記両方の外側ローラ(213、313)の間に第1の内側ローラ(214、314)を備えており、前記基体(1)の下面温度が転移温度の範囲に達するところでの前記シャフト(21、31)が、少なくとも1つのさらなる内側ローラ(214、314)を備えていることを特徴とする上記13〜18のいずれか一つに記載の装置。
20.
前記第1の内側ローラ(214、314)が、前記シャフト(21、31)上で、前記両方の外側ローラ(213、313)のほぼ真ん中に配置されていることを特徴とする上記19に記載の装置。
21.
さらなる内側ローラ(214、314)がそれぞれ、ほぼ真ん中の内側ローラ(214、314)と前記外側ローラ(213、313)の間のほぼ半分の距離に配置されていることを特徴とする上記20に記載の装置。
22.
前記搬送システム(30)の前記内側ローラ(214、314)が、搬送方向に見て一列に整列して配置されていることを特徴とする上記13〜21のいずれか一つに記載の装置。
23.
前記基体(1)の支持点における前記内側ローラ(21、31)の外郭の半径が1mm〜4mmの範囲内、好ましくは2mmであり、前記内側ローラ(214、314)の幅が2mm〜6mm、好ましくは3mm〜5mmであることを特徴とする上記13〜22のいずれか一つに記載の装置。
24.
前記外側ローラ(213、313)の前記支持面(2131、3131)の幅が6mm〜12mm、好ましくは10mmであることを特徴とする上記13〜23のいずれか一つに記載の装置。
25.
前記シャフト(21、31)の駆動が、前記真空チャンバ内で、それぞれのシャフト(21、31)の少なくとも一方の端部(211、311)で、および前記シャフト(21、31)に対する直接的で機械的な結合によって行われることを特徴とする上記13〜24のいずれか一つに記載の装置。
26.
前記加熱チャンバ(3)の前記加熱システム(33、34)が、ループ状、蛇行状、またはジグザグ状に配置された加熱コイルとして実施されており、前記基体の下面のための前記加熱システム(33、34)が、前記シャフト(31)の下に配置されていることを特徴とする上記13〜25のいずれか一つに記載の装置。
27.
前記加熱システム(33、34)が、反射面と前記内側チャンバの内壁との間に配置されており、少なくとも、前記反射面が搬送方向に平行な外縁で、前記基体(1)の側面が同様に加熱されるように前記基体(1)の方向に横に屈曲された突出部を有していることを特徴とする上記26に記載の装置。
28.
加熱チャンバ(3)およびコーティングチャンバ(2)が、前記基体(1)の下面(下面温度)および上面の温度を測定するためのセンサならびに/または前記基体の位置決定のためのセンサを備えていることを特徴とする上記13〜27のいずれか一つに記載の装置。
Claims (25)
- 転移温度に加熱された板状のガラス製基体(1)のコーティング方法において、
a)前記基体(1)を転移温度に加熱するステップ、
b)a)と同時および/またはその後に前記基体(1)の下面を前記基体の上面より高い温度に加熱し、ここで基体(1)の下面はローラ(213、214、313、314)上に載せられ、および基体(1)の下面と上面との間の温度差が、基体(1)のたわみに対抗する内部応力を基体(1)内に生じさせるステップ、
c)前記基体(1)の下面上に、少なくとも1種のコーティング材料を蒸着させるステップ、
を特徴とする方法。 - 基体温度が、ステップc)の後で転移温度未満に下げられ、続いて新たに前記プロセスステップa)〜c)が実施されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 転移温度が540℃〜570℃の間、好ましくは550℃〜560℃の間である基体(1)が使用されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
- 前記基体がソーダ石灰ガラスであることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- コーティングの際の前記基体(1)の下面の温度が520℃超であり、好ましくは540℃〜570℃の間であり、かつ特に好ましくは555℃であることを特徴とする請求項4に記載の方法。
- ステップb)の後の前記基体(1)の下面が、上面より少なくとも2K〜4K、好ましくは5K〜8K、特に好ましくは6K高い温度であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の方法。
- 前記コーティング材料がCdSおよび/またはCdTe、あるいはCISまたはCIGS(銅、インジウム、および/またはガリウム、セレン)であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の方法。
- 前記コーティング材料がCZTS(銅、亜鉛、および/またはスズ、硫黄)であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の方法。
- 前記基体(1)の損傷したコーティング領域が、コーティング工程の後で除去されるか、または残りのコーティングから分離されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の方法。
- 前記損傷したコーティング領域を除去するためにレーザアブレーションまたはサンドブラストまたは前記コーティング領域を分離するために機械的作用による亀裂が用いられることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 少なくとも下記のコンポーネント、すなわち、
−真空チャンバとして形成されており、内側チャンバにおいてそれぞれ独立に制御または調節可能な少なくとも2つの加熱システム(33、34)を備えている少なくとも1つの加熱チャンバ(3)であって、少なくとも1つの加熱システム(34)が前記基体の上面を加熱し、少なくとも1つの加熱システム(33)が前記基体の下面を加熱し、かつ前記加熱システム(33、34)が、前記基体(1)を、転移温度までおよび上面より下面が高い温度になるように加熱するように調整されており、それによって基体(1)のたわみに対抗する内部応力が基体(1)内に生じる前記加熱チャンバ(3)、
−真空チャンバとして形成されており、搬送方向において加熱チャンバ(3)の後ろに配置されており、コーティング材料が入った少なくとも1つの加熱可能な蒸発用るつぼを備えている少なくとも1つのコーティングチャンバ(2)であって、ここで基体(1)は、前記蒸発用るつぼの上を通り過ぎて、コーティング材料が基体(1)の下面上にコーティングされる前記コーティングチャンバ(2)、
−前記加熱チャンバ(3)を通って延びている前記基体(1)用搬送システム(30)および前記コーティングチャンバ(2)を通って延びている前記基体(1)用搬送システム(20)であって、両方の搬送システム(20、30)が、複数の平行な、軸方向に離隔し、搬送方向において相前後し、かつ搬送方向に垂直に配置されたシャフト(21、31)を有しており、それぞれのシャフトが外側ローラ(213、313)を備えており、前記外側ローラの間には、それぞれ少なくとも1つの内側ローラ(214、314)が配置されている前記搬送システム(20、30)、
を有する請求項1〜8のいずれか一つに記載の方法を実施するための装置。 - それぞれの加熱チャンバ(3)およびそれぞれのコーティングチャンバ(2)が、チャンバ(2,3)への基体の入口として役立つ供給スリットであって、それを通して前置されたチャンバから前記基体(1)がプレッシャーロッキング(Druckschleusung)なしで搬入される供給スリットと、
チャンバ(2,3)からの基体の出口として役立つ供給スリットであって、それを通して後置されたチャンバ内に前記基体(1)がプレッシャーロッキングなしで搬出される供給スリットとを備えていることを特徴とする請求項11に記載の装置。 - 前記外側ローラ(213、313)が、すぐ近くのシャフト端部(211、311)に向かって直径が次第に大きくなる円錐形の、前記基体(1)のための支持面(2131、3131)を有しており、前記支持面(2131、3131)が、1°〜5°、好ましくは1°〜2°の傾斜を有することを特徴とする請求項11または12に記載の装置。
- 前記外側ローラ(213、313)が、130°〜150°、好ましくは139°の傾きで傾斜したガイドカラー(2132、3132)を備えており、前記ガイドカラー(2132、3132)が、前記外側ローラ(213、313)の前記支持面(2131、3131)より少なくとも5mm突き出ていることを特徴とする請求項11〜13のいずれか一つに記載の装置。
- 前記基体(1)の下面温度が前記基体(1)の転移温度の範囲内にある装置の区域中に配置されている前記シャフト(21、31)が、前記基体(1)の下面温度が転移温度未満の装置の他の区域中に配置されているシャフト(21、31)より大きな前記ガイドカラー(2132、3132)の間隔を有し、装置の前記の異なる区域は、基体(1)の搬送方向に沿って異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 前記基体(1)の下面温度が前記基体(1)の転移温度の範囲内にあるところでの前記シャフト(21、31)が、前記基体(1)の下面温度が転移温度未満のところでのシャフト(21、31)より多くの内側ローラ(214、314)を備えていることを特徴とする請求項11〜15のいずれか一つに記載の装置。
- 前記第1の内側ローラ(214、314)が、前記シャフト(21、31)上で、前記両方の外側ローラ(213、313)のほぼ真ん中に配置されていることを特徴とする請求項11〜16のいずれか一つに記載の装置。
- さらなる内側ローラ(214、314)がそれぞれ、ほぼ真ん中の内側ローラ(214、314)と前記外側ローラ(213、313)の間のほぼ半分の距離に配置されていることを特徴とする請求項17に記載の装置。
- 前記搬送システム(30)の前記内側ローラ(214、314)が、搬送方向に見て一列に整列して配置されていることを特徴とする請求項11〜18のいずれか一つに記載の装置。
- 前記基体(1)の支持点における前記内側ローラ(21、31)の外郭の半径が1mm〜4mmの範囲内、好ましくは2mmであり、前記内側ローラ(214、314)の幅が2mm〜6mm、好ましくは3mm〜5mmである、および/または前記外側ローラ(213、313)の前記支持面(2131、3131)の幅が6mm〜12mm、好ましくは10mmであることを特徴とする請求項11〜19のいずれか一つに記載の装置。
- 前記シャフト(21、31)の駆動が、前記真空チャンバ内で、それぞれのシャフト(21、31)の少なくとも一方の端部(211、311)で、および前記シャフト(21、31)に対する直接的で機械的な結合によって行われることを特徴とする請求項11〜20のいずれか一つに記載の装置。
- 前記加熱チャンバ(3)の前記加熱システム(33、34)が、ループ状、蛇行状、またはジグザグ状に配置された加熱コイルとして実施されており、前記基体の下面のための前記加熱システム(33、34)が、前記シャフト(31)の下に配置されていることを特徴とする請求項11〜21のいずれか一つに記載の装置。
- 前記加熱システム(33、34)が、反射面と前記内側チャンバの内壁との間に配置されており、少なくとも、前記反射面が搬送方向に平行な外縁で、前記基体(1)の側面が同様に加熱されるように前記基体(1)の方向に横に屈曲された突出部を有していることを特徴とする請求項22に記載の装置。
- 加熱チャンバ(3)およびコーティングチャンバ(2)が、前記基体(1)の下面(下面温度)および上面の温度を測定するためのセンサならびに/または前記基体の位置決定のためのセンサを備えていることを特徴とする請求項11〜23のいずれか一つに記載の装置。
- 温度を測定するセンサおよび基体の位置を測定するセンサから得られたデータに従い、加熱システムの制御を行う中央データ処理機構をさらに含む、請求項24に記載の装置。
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