TW201446991A - 蒸鍍設備及其方法 - Google Patents

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Abstract

一種蒸鍍設備包括一腔體用以容置至少一分配噴嘴以及至少一用以塗布之基板。上述腔體具有至少一可調整的遮蔽元件，其定義有一可調整的開孔。一遮蔽元件位於上述至少一分配噴嘴以及上述至少一基板之間。上述開孔至少於面積或是形狀上為可調整的。上述至少一可調整的遮蔽元件設有一加熱器。

Description

蒸鍍設備及其方法
本揭露關於一種用來沈積薄膜的蒸鍍設備及方法。
光伏電池或太陽能電池為可由陽光直接產生電流之光伏元件。由於無污染乾淨能源之需求提升，近年來太陽能電池的製作數量也顯著地擴大，並持續增加。目前已擁有不同類型的太陽能電池並且進行持續不斷的研發。太陽能收集模組通常包括多個大且平坦之基板，並於基板上形成一背電極層、一吸收層、一緩衝層以及一正電極層。
多個太陽能電池形成於其中一基板上，並經由各個太陽能電池之內部連接結構相互串連，以形成一太陽能模組。吸收層吸收陽光，並藉由背電極層轉換為電流。部分習知的太陽能電池使用半導體材料製作或生產形成吸收層。以黃銅礦(Chalcopyrite)為基底的半導體材料，例如硒化銅銦鎵(copper indium gallium(di)selenide，CIGS)，被用於沉積於基板上以形成吸收層。
然而，使用上述方法會有其困難或限制。舉例來說，當使用共蒸鍍法(co-evaporation)時，難以均勻地蒸鍍金屬元件，例如在一寬闊的面積上蒸鍍銦、鎵和硒。
於一些實施例中，蒸鍍設備包括一腔體，用以容 置至少一用來塗布的基板以及耦接於一蒸鍍源之至少一分配噴嘴之間。上述腔體具有定義了一可調整的開孔的至少一可調整的遮蔽元件。上述至少一遮蔽元件位於上述分配噴嘴以及上述基板之一位置之間。上述可調整的開孔至少於面積、形狀或是定向上為可調整的，且上述遮蔽元件設有一加熱器。
於一些實施例中，一種蒸鍍設備包括用以容置至 少一用來塗布的基板，以及耦接於一蒸鍍源之至少一分配噴嘴。複數個可移動之板位於上述至少一分配噴嘴以及上述至少一基板之一位置，上述可移動之板定義了一可調整的開孔，且至少一上述可移動之板具有一加熱器。
於一些實施例中，一種蒸鍍方法包括提供一腔 體，其中上述腔體容置至少一用來塗布的基板，以及耦接於一蒸鍍源之至少一分配噴嘴；調整至少一可調整的遮蔽元件以設定一開孔之面積及/或形狀，上述至少一可調整的遮蔽元件位於上述至少一分配噴嘴以及上述至少一基板之間；以及於由上述噴嘴分配一蒸氣至上述基板之前或同時加熱上述至少一可調整的遮蔽元件。
使用這些蒸鍍設備及蒸鍍方法，可改進塗布的沈 積以及產品的製造。舉例而言，CIGS太陽能電池的效能可藉由平滑的型態(morphology)以及一或多種CIGS先驅物的組成的均勻(compositional uniformity)而增強。此外，改進了於大面積上以及成直線式氣相沉積(in-line vapor deposition)的厚度的均勻度。改進的厚度的均勻度有利於製造大量的高品質及高效 能的薄膜太陽能電池。當使用於CIGS太陽能電池時，這種方法和結構改進了Cu/(Ga+In)比率(於面板之均勻度)。提供了具有平滑表面型態的CuInGa先驅物。
100‧‧‧設備(氣相沉積設備、蒸鍍設備)
100a‧‧‧腔體
101‧‧‧輸送帶
102‧‧‧歧管(分配歧管)
103‧‧‧加熱元件(加熱器)
102n‧‧‧噴嘴(分配噴嘴、蒸氣分佈噴嘴)
104‧‧‧基板(太陽能電池基板、面板)
105‧‧‧板件
105s‧‧‧卡槽
106‧‧‧遮蔽元件
106f‧‧‧固定支點
107‧‧‧條板(遮蔽板、開孔遮蔽板、可移動之板)
107a、107b‧‧‧側邊(抵接側邊)
107h‧‧‧加熱元件(加熱器)
107p‧‧‧引導機構(凸塊)
108‧‧‧開孔
108cc、108cv‧‧‧側邊
109‧‧‧框架元件
110‧‧‧制動器(線性致動器)或是伺服馬達
111‧‧‧閥(氣閥、氣體流量控制閥、控制閥)
111h‧‧‧加熱元件(加熱器)
112‧‧‧控制單元(控制器)
113‧‧‧加熱控制單元
113a‧‧‧罩板
115‧‧‧蒸鍍源
117‧‧‧導管(氣體導管、氣體輸送導管)
117h‧‧‧加熱元件(加熱器)
118‧‧‧真空端口
123‧‧‧連結元件
200‧‧‧蒸鍍設備
206‧‧‧遮蔽元件
207‧‧‧條板
208‧‧‧間隔
210‧‧‧伺服馬達
W‧‧‧寬度
第1圖為一蒸鍍設備的前視示意圖。
第2圖為依據第1圖之剖面線2-2之蒸鍍設備的仰視示意圖。
第3圖為第2圖中之一可調整的遮蔽元件的等角視圖。
第4圖為第3圖中之可調整的遮蔽元件之條板的等角視圖。
第5圖繪製了設置於第4圖之條板之一線性致動器或伺服馬達。
第6圖繪製了設置於第3圖之條板的多個線性致動器或是伺服馬達。
第7圖為第1圖中之開孔以及可調整的遮蔽元件的分解圖。
第8A圖為於第8B圖中之可調整的遮蔽元件調整之前及之後的蒸鍍設備產生的塗布的厚度輪廓的曲線圖。
第8B圖為可調整的遮蔽元件以及開孔之俯視示意圖。
第9A圖為於第9B圖中之可調整的遮蔽元件調整之前及之後的蒸鍍設備產生的塗布的厚度輪廓的曲線圖。
第9B圖為可調整的遮蔽元件以及開孔之俯視示意圖。
第10A至10C圖繪製了第1圖中可調整的遮蔽元件之個 別的條板之作動，藉以提供一非對稱的開孔。
第11圖繪製了第1圖中之可調整的遮蔽元件的轉動，藉以改變遮蔽元件的仰角。
第12A圖至第12D圖繪製了具有個別沿著各自之軸旋轉之可調整的遮蔽元件的條板之一實施例。
第13A圖至第13B圖繪製了用於分別旋轉第11圖及第12D圖中的條板的伺服機構。
第14圖繪製了用於調整蒸鍍設備之蒸鍍方法之流程圖。
此說明書中的實施例配合了圖式加以說明。上述圖式應視為說明書所揭露之的一部分。說明書中空間上的相對用語如「較低」、「較高」、「水平」、「垂直」、「上」、「下」、「上方」、「下方」、「頂部」、與「底部」及相關衍生詞如「水平地」、「向下地」、「向上地」等等，應視作描述中或圖式中所示的方向。這些用語只是為了方便描述，並不需於特定方向裝設或操作裝置。關於接合(attachment)、耦接(coupling)、或如連接(connect)與內部連接(interconnect)等類似用語，除非以其他方式明確描述，指的是結構之間彼此直接或以中間結構間接固定或接合，此外結構之間可為移動或固定的接合或是相對關係。
描述於本說明書之方法及設備藉由至少一可調整 的遮蔽元件或具有加熱器之板(條板)來增進薄膜厚度之均勻度。遮蔽元件(板)之開孔區域之輪廓可以被自動或手動的控制調整。至少一可調整的遮蔽元件或板的溫度也可經由自動或手 動的控制調整。
第1圖為氣相沉積設備(蒸鍍設備)100的前視示意 圖。第2圖為第1圖之氣相沉積設備100之仰視示意圖。氣相沉積設備(蒸鍍設備)100包括一腔體100a。腔體100a用以容置至少一歧管102和至少一基板104。歧管102具有至少一分配噴嘴102n。基板104經由分配噴嘴102n所噴出之蒸氣塗布。雖然圖式中繪製了一種柱狀蒸鍍歧管102，然而，亦可使用其他樣態之歧管。例如，具有一或多個平面的歧管。
當進行沉積製程時，腔體100a利用一適當的真空 幫浦(圖未示)來保持真空。腔體100a內之空氣可經由一真空端口118排出。氣相沉積設備100適用於處理表面積大於開孔108之截面之基板104。上述開孔108可讓沉積之材料通過。因此，在較大之基板104(例如太陽能面板)的情況下，材料不會同時沉積在基板104之全部表面。基板104經由輸送帶(conveyor)101輸送，且經由穿越開孔108之材料沉積於經過開孔108下方之基板104的各區域上。
於一些實施例中，如第2圖所示，歧管102具有多 個分配噴嘴102n用以提供大致均勻的蒸氣至能橫跨太陽能電池基板104之寬度。上述寬度之伸長方向垂直於輸送帶101的運動方向。輸送帶101沿上述運動方向運輸基板104通過歧管102之下方。蒸氣從蒸鍍源115提供。在一些實施例中，蒸鍍源115包括內壁塗布有鈦的不鏽鋼槽。
一氣體導管(導管)117連接歧管102至蒸鍍源115。 一加熱器117h設置於導管117上或鄰近於導管117。加熱器117h 用以加熱氣體導管117至高於蒸氣之熔點(melting point)的溫度，以使蒸氣可經由氣體導管117輸送。一可電動控制的氣閥(閥)111位於氣體導管117內，用以控制從蒸鍍源115所噴出的蒸氣的分配速率(dispensing rate)。
於一些實施例中，基板104為一薄膜太陽能電池或 是具有多個薄膜太陽能電池之面板(panel)。這些太陽能電池或面板104包括一作為光的吸收材料的光伏薄膜(photovoltaic thin film)。上述光伏薄膜(吸收材料)形成於基板104上。舉例而言，上述位於光伏薄膜下方之基板104的合適材料包括(但非限定於此)，玻璃(如納鈣玻璃(soda lime glass))、陶瓷、金屬(如不鏽鋼或鋁之薄板)或聚合物(如聚醯胺(polyamides)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalates)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate)、烴類聚合物(polymeric hydrocarbons)、纖維素聚合物(cellulosic polymers)、聚碳酸脂(polycarbonates)、聚醚(polyethers)或上述材料之組合等等。
於一些實施例中，上述吸收材料為硒化銅銦鎵 (CIGS)，一種I-III-VI2族的半導體材料，由銅、銦、鎵和硒構成。硒化銅銦鎵為一種硒化銅銦(常簡化為「CIS」)和硒化銅鎵的固體溶液(solid solution)，硒化銅銦鎵屬於四面體結構的半導體，具有黃銅礦晶體結構，其能隙(bandgap)可從1.0eV(硒化銅銦)變化至1.7eV(硒化銅鎵)。
在一實施例中，光伏薄膜可包括一p型材料。舉例 而言，吸收層(吸收材料)可為一種p型硫族材料(p-type chalcogenide material)。於又一實施例中，吸收層包括 CIGS(Cu(In，Ga)Se2)材料。在其他實施例中，硫族材料包括(但不限定於)，Cu(In，Ga)(Se，S)2、CIGSS、CuInSe2、CuGaSe2、CuInS2或Cu(In，Ga)S2。硫族材料可被使用於吸收層。適當的p型摻雜(dopant)可用於形成吸收層，適當的p型摻雜包括(但非限定於此)硼或是元素週期表中II、III族的元素。在另一實施例中，吸收層包括(但非限定於此)如硫化鎘(cadmium sulfide,CDS)等之n型材料。
在其他實施例中，光伏材料(光伏薄膜、吸收材料) 為非晶矽(amorphous silicon,a-Si)、多晶矽(protocrystalline silicon)、奈米晶矽(nanocrystalline silicon,nc-Si or nc-Si：H)、黑矽(black silicon)、或其他薄膜矽(thin-film silicon,TF-Si)、碲化鎘(Cadmium,CdTe)、染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized solar cell,DSC)或其他有機太陽能電池材料。
於一些實施例中，於此處描述之可調整的遮蔽法 和設備(蒸鍍方法和蒸鍍設備)用於沈一或多CIGS吸收層之先驅物(precursors)，例如，銦、鎵及/或硒。於一些實施例中，於此處描述之可調整的遮蔽法和設備(蒸鍍方法和蒸鍍設備)用於沉積除了光伏材料以外之一或多個層。
舉例而言，於一些實施例中，一背電極包括一初 始雙層鉬(initial molybdenum bilayer)，其先濺鍍至一玻璃、金屬薄片或聚合物基板上以當作第一電極層。一微通道刻於上述鉬層(初始雙層鉬)上。接著，上述之光伏層(光伏薄膜、光伏材料、吸收層)沉積於鉬層上。在一些實施例中，一或多個光吸收材料(CIGS)之先驅物材料(precursor material)藉由一或多個 蒸渡源共蒸渡沉積至腔體。於一些實施例中，一鈉層(sodium layer)經由一蒸鍍源沉積於背電極上。於一些實施例中，一或多個上述吸收CIGS先驅物(absorber CIGS precursor)藉由共蒸鍍法經由一或多個蒸鍍源沉積於腔體。之後，藉由濺鍍、原子層沉積法(atomic layer deposition,ALD)或化學浴沉積法(chemical bath deposition,CBD)形成一CdS、AnS或InS之緩衝層。微通道被刻出。接著，第二電極層被濺鍍於緩衝層上或是利用有機金屬化學沉積法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)形成於緩衝層。舉例而言，第二電極層可包括一氧化鋅(zinc oxide,i-ZnO)、氧化鋅鋁(Aluminum doped ZNO,AZO)、或氧化鋅硼(boron-doped ZnO,BZO)。之後，形成微通道(或割線)。於一些實施例中，於微通道P3刻出之後，蒸鍍法亦可以被使用於沉積一防反射的塗佈(塗佈層)，例如氟化鎂(MgF2)。在各個實施例中，於此描述之遮蔽法和設備(蒸鍍方法和蒸鍍設備)可運用於蒸渡或共蒸渡一或多層之背電極層、吸收層、緩衝層、正電極層和/或防反射塗佈層。
蒸渡裝置亦適用於沉積材料在其他種類和尺寸的基板上，包括半導體晶圓，但不限定於此。
請再次參閱第1圖及第2圖，腔體100a具有至少一可調整之遮蔽元件106(例如至少一遮蔽板)，用以定義一可調整之開孔108，上述可調整之遮蔽元件106位於至少一分配歧管102和至少一基板104之間。
開孔108至少於面積或是形狀上為可調整的。一些實施例(如第3圖至第9圖)包括一可調整的遮蔽元件106，其位於 開孔108之一較長的側邊。於其他實施例(如第1圖至第2圖)包括可分別調整的遮蔽元件106，其位於每一開孔108之一較長的側邊。其他實施例(圖未示)包括可分別調整的遮蔽元件106。上述遮蔽元件106位於一或兩個開孔108之兩個短端(short end)，其鄰近於氣閥111。如下所述，至少一可調整的遮蔽元件106包括一加熱元件(加熱器)107h，其用以加熱可調整的遮蔽元件106。
分配歧管102具有一或多個分配噴嘴102n以及一 或多個加熱元件加熱元件103。於一些實施例中，如第1圖以及第2圖所示，加熱元件103部份鄰近於噴嘴(分配噴嘴)102n。於其他實施例中(圖未示)，加熱元件103環繞整個歧管102的周邊(除了被噴嘴102n所佔據的區域)。
分配歧管102經由一適當的氣體導管117連通於 (fluidly coupled to)一蒸鍍源115。氣閥(氣體流量控制閥)111控制前驅物蒸氣(precursor vapor)流至腔體100a的流量。於一些實施例中，一加熱元件111h設置於氣閥(閥)111。氣閥111選擇性的針對不同沈澱的材質以不同的溫度傳送蒸氣(前驅物蒸氣)。 當蒸鍍沈積銦、鎵、硒及/或硫時，氣閥111用以於大約200℃至大約1000℃的溫度下傳送蒸氣。氣閥111可具有塗布鈦的內表面。於一些實施例中，導管117經由加熱器117h加熱至高於蒸氣之熔點(melting point)的溫度，以防止材料凝結或堆積於導管117內。
至少一加熱控制單元113被提供。於一些實施例 中，單一的加熱控制單元113控制加熱器(加熱元件)103、107h、111h以及117h。舉例而言，沈積不同種類之材質時，加熱控制 單元113調整可調整的遮蔽板107、歧管102、氣閥111以及導管117分別至一預設溫度(predetermined setpoint temperature)。於封閉式迴路控制(closed loop control)中，遮蔽板107、歧管102、氣閥111以及導管117的溫度於氣相沉積(蒸鍍)的過程中被偵測，加熱控制單元113控制供應至加熱器103、107h、111h以及117h的電流以保持溫度於預設溫度。於一些實施例中，加熱控制單元113為一可程式化一般用途之處理器(programmed general purpose processor)。於其他實施例中，加熱控制單元113為一嵌入式(embedded)微控制器或微處理器、或可程式化邏輯控制器(programmable logic controller,PLC)。
於其他實施例中，增加至四個分離的加熱控制單 元(圖未示)用以分別控制可調整的遮蔽板107、歧管102、氣閥111以及導管117的溫度。
如第3圖至第6圖所示，於一些實施例中，至少一 可調整的遮蔽元件106包括多個可個別移動的條板(遮蔽板)107。條板107沿著開孔108之至少一側邊相互平行排列。條板107可由遮蔽材料(shielding material)所製成，例如金屬(例如，碳、鉬、不鏽鋼、塗布Ti或是Ni/Al的不鏽鋼)。條板107止擋由噴嘴102n流出的蒸氣顆粒(vapor particles)。多個條板107的至少一側邊相互靠近，因此造成開孔108的邊緣大致沿著條板107的端部(end)為連續的。此外，開孔108沿著兩相對側大致為連續的。
因此，假使兩相鄰的條板107之間具有微小隙縫(其 與條板107的寬度相關)，且當兩相鄰條板107間能讓蒸氣通過 的間隔很小時，開孔108的尺寸實質上仍不受影響(the size of aperture108 is still effectively reduced)。
如第4圖所示，可調整的遮蔽元件106的每一個別 的條板107包括至少一加熱元件107h。於不同的實施例中，舉例而言，加熱元件107h可為一高電阻線圈或是分離電阻(discrete resistor)。加熱元件107h的數目、電阻以及設定可依據每一條板107分別的尺寸、形狀、熱容量(heat capacity)以及可調整的遮蔽元件106之溫度控制範圍而變化。
藉由加熱上述條板107、歧管102、氣閥111及/或導 管117至高於藉由蒸鍍而沈積於基板104的材料的熔化溫度(melting temperature)以防止在基板104、歧管102、氣閥111及/或導管117(以及黏附於其表面)上之先驅物材料(precursor material)凝結。此外，藉由避免材料凝結或黏附於歧管102上，可避免噴嘴102n阻塞。若不加熱，於蒸氣進入歧管102處附近會造成阻塞，進而導致沈積之厚度的均勻度較差。加熱歧管102可防止(uniformly prevent)歧管102內的任何部位阻塞，並防止沈積不均勻的厚度。依據所沈積的先驅物(precursor)，條板107、、歧管102、氣閥111及/或導管117的溫度可設定為大約200℃至大約1000℃。
同樣地，藉由加熱遮蔽板107，可避免材料附著於遮蔽板107。此外亦能防止遮蔽板107相互黏滯，以及防止由於沈積材料的堆積而造成遮蔽板107之尺寸的改變。此外，藉由加熱氣閥111，可防止材料附著於氣閥111內流體流過的表面。因此氣閥111可確實地控制流量，且可防止氣閥111阻塞。黃銅 電池(chalcopyrite-based cell)的效能可經由黃銅薄膜(chalcopyrite films)平滑的型態(smooth morphology)以及均勻的組成而被增強。
利用此處所描述的設備(氣相沉積設備、蒸鍍設 備)100，其他造成不均勻的薄膜厚度(non-uniform film thickness)也可得到解決。例如，在一個例子中，一或多個噴嘴102n被阻塞，可以經由改變可調整的遮蔽元件106的開孔區域(開孔108)來補償噴嘴102n的阻塞。同理，亦可藉由可調整的遮蔽元件106改變由於蒸鍍源115的殘留量及/或氣閥111的打開比率所造成厚度上的任何不均勻或是偏差。
如第1圖至第3圖所示，開孔108的兩相對側分別具 有一框架元件109。於一些實施例中，框架元件109可為鐵或鋁角架的形式。每一條板107設有一引導機構107p用來引導條板107之移動。如第4圖所示，引導機構107p為一凸塊。每一條板107設有一個凸塊107p在其表面。凸塊107p可具有多種不同的形狀，例如圓形、橢圓形、或是矩形。一板件105安裝於框架元件109並具有多個卡槽105s，用以分別容置不同遮蔽板107上的凸塊107p。一罩板113a(如第7圖)所示保護板件105，並防止來自蒸鍍源115之材料的污染。於其他實施例中(圖未示)，板件105具有多個凸塊，每一條板107分別具有一卡槽，用以分別容置一凸塊。
如第3圖所示之實施例，條板107按照一定的尺寸 製作，並相互間隔。因此每一條板107可滑動的抵接於兩側相鄰的條板。於一些實施例中，抵接側邊107a、107b為平的。於 其他實施例中，每一條板107之一側邊(抵接側邊)107a具有一縱向的凹槽，且另一側邊(抵接側邊)107b具有一縱向肋或舌狀結構，用以容置於相鄰之條板107的凹槽。
如第5圖以及第6圖所示，設備(氣相沉積設備、蒸 鍍設備)100(如第1圖所示)包括多個線性致動器或伺服馬達110分別對應於每一條板107。腔體100a用以操作於低於大氣壓力之一部份真空壓力。當腔體100a於上述部份真空壓力時，線性致動器或是伺服馬達110可經由遠端調整(adjusted remotely)。 因此，開孔108的調整與再次設定(reconfiguration)可不需要打開腔體100a或是破壞腔體100a之真空狀態。
線性致動器或是伺服馬達110可經由有線或是無 線的介面來控制。於一些實施例中，每一致動器(線性致動器)110耦接於一控制單元112(如第1圖所示)。於一些實施例中，控制單元112可為一可程式化一般用途之處理器。於其他實施例中，控制單元112為一嵌入式微控制器或微處理器、或可程式化邏輯控制器。於其他實施例中(圖未示)，控制單元112包括一可程式化處理器，其中控制單元112包括一程式設置於(hosted on)相同之處理器，如同加熱控制單元113。
於一些實施例中，控制單元112根據一個輪廓 (profile)的預定設定(predetermined set)設定每一致動器或是伺服馬達110的伸長長度。舉例而言，如第8B圖所示，這些輪廓可包括一凸狀的開孔108(中央比兩端寬)，或是如第9B圖所示，這些輪廓可包括一凹狀的開孔108(兩端比中央寬)。
如第6圖所示，如果可移動的條板107完全縮回 (retracted)，多個條板107的遠端(distal end)形成平行於板件105的直線，且此可調整的遮蔽元件106定義了大致為矩形的開孔108。開孔108的尺寸可以經由全部的條板107的伸長或縮回相同的距離而調整(不需並改變開孔108的形狀)。
如第3圖所示，條板107由至少一可調整的遮蔽元 件106的一端至另一端分別被線性伸長。縱使兩相鄰的條板107之間的伸長具有小幅階梯式的增加，然而這種排列接近一平直的斜線。具有越多數目的條板107(以及每一條板107的具有較窄的寬度)，開孔108的邊緣就越接近一直線或是平滑的曲線。 開孔108具有三個平直邊緣，且如第3圖所示之排列大直相對於上述三個平直邊緣為斜的。因此開孔108可以被調整為具有大致為正梯形的形狀。
如第2圖所示，可調整的遮蔽元件106設定為沿著 開孔108的長側邊排列。藉由設定可調整的遮蔽元件106以使得開孔108之中央較寬且端部較窄。於此設定中，開孔108的形狀大致為六角形。假使於開孔108調整前厚度的分佈為對稱的，可以將位於開孔108之兩相對側邊的遮蔽元件106作上述相同的調整。
如第7圖所示，藉由設定可調整的遮蔽元件106以使得開孔108之一個較長側邊之中央為平的，且朝向其兩端逐漸變窄。換句話說，遮蔽元件106之輪廓於中央為平的，且朝中央向內伸長。於此設定中，開孔108之形狀大致為六邊形狀。此外，假使具有兩個可調整的遮蔽元件106沿著開孔108的兩個較長側邊，並依據此設定排列，可形成一八邊形之開孔108。
如第8B圖所示，可調整的遮蔽元件106設定為沿著 開孔108之較長側邊排列。藉由設定可調整的遮蔽元件106以使得開孔108之一個較長側邊的的中央較寬且兩端較窄。於此設定中，開孔108之形狀大致為五邊形。假使噴嘴102n不規則(uneven)的阻塞導致於基板之每一側邊的薄膜厚度不同，且於調整遮蔽元件106之前的塗布的厚度不對稱(asymmetric)，可將位於開孔108兩相對側邊的遮蔽元件106施加不同的調整，以利於漸少厚度上的不對稱。因此，如第8B圖所示，調整位於開孔180之一側邊的邊緣可減少厚度上的不對稱。
如第9B圖所示，經由調整可調整的遮蔽元件106， 以使得開孔108之側邊108cc的中央窄於兩端。於此設定中，可調整的遮蔽元件106位於開孔108之兩較長側邊，且開孔108為一沙漏狀。
在此僅舉出少數的例子。條板107可依據其他設定 而被排列，例如於調整前依據觀察到的厚度的分佈，施加對稱或非對稱的調整。例如，使用一二階多項式(second order polynomial)來計算每一條板107伸長的長度，以達到一個大致為同圓形的開孔108。
第10A至10C圖顯示了一個非對稱調整的例子。例如，藉由蒸鍍的方法將一層材料蒸鍍於基板104上。藉由現場測量(in situ measurement)可指出薄膜的厚度於Y軸方向(如第10C圖所示)並不均勻。上述Y軸方向為X軸方向的橫向方向。此非均勻的狀態可藉由各別調整條板107的長度至較短(第10A圖)或較長(第10B圖)來調整。如第10C圖所示，可調整的遮蔽 元件106的輪廓可為不規則或非單調的(non-monotonic)，以校正沈積之薄膜的複雜表面(topology)。如第10C圖所示，開孔108可為非對稱的。於第10C圖的例子中，開孔108具有一個不規則後緣(trailing edge)(左側邊)以及一平直前緣(leading edge)(右側邊)。如第10A圖至第10B圖所示，可調整的遮蔽元件106之條板107可被加熱至高於沈積至基板104之材料的溫度，以防止材料附著於可調整的遮蔽元件106。
第11圖顯示了另一個例子。可調整的遮蔽元件106 相對於Y軸為可旋轉的，藉以調整可調整的遮蔽元件106的仰角(elevation angle)。因為可調整的遮蔽元件106於基板104之平面的投影為1*cosθ，其中1為遮蔽元件106的長度。旋轉遮蔽元件106可減少遮蔽元件106於基板104之平面的投影，並有效的增加開孔108的尺寸。如第11圖所示，可調整的遮蔽元件106可被加熱至高於沈積至基板104之材料的溫度，以防止材料附著於可調整的遮蔽元件106。
第12A圖至第12D圖顯示了另外一個例子。可調整 的遮蔽元件106的條板107可分別的旋轉。
第12A圖以及第12B圖為具有一可調整的遮蔽元件 206之蒸鍍設備200的側視圖以及俯視圖。可調整的遮蔽元件206包括多個長形之條板207沿著開孔108排列。當所有的條板207平放(lying flat)且平行於基板104時開孔108為100%(完全)關閉的。
第12C圖以及第12D圖為具有個別的條板207之可 調整的遮蔽元件206的蒸鍍設備200的側視圖以及俯視圖。條板 207相對於第12A圖之水平位置旋轉了θ度。對於一條板207的長度1，每一條板207於基板104之平面的投影為w*cos(θ)，其中w為條板207之寬度，θ為條板207相對於第12A圖之水平位置旋轉的角度。藉由分別旋轉每一條板207，每一位於兩相鄰之條板207間的間隔208的寬度可分別的控制。因此，蒸氣的分佈可以被調整以避免沈積的薄膜具有不均勻的厚度。
第13A圖顯示了沿一固定支點(fixed pivot point)106f旋轉如第11圖所示之遮蔽元件106的機構。一線性致動器(例如一伺服馬達110)可以經由一連結元件(linkage)123連接於可調整的遮蔽元件106。因此，伺服馬達110的線性啟動造成了遮蔽元件106旋轉至所需的仰角。為了提供更佳的粒度(granularity)控制，每一個別的條板107可分別連接一伺服馬達110。於其他實施例中，兩個或兩個以上的條板107可被一個伺服馬達100致動，以減少成本以及複雜度。一或多個伺服馬達110可連接上述之控制器(控制單元)112。
第13B圖顯示了旋轉如第12A圖至第12D圖所示之 可調整的遮蔽元件206的長條狀之條板207的機構。每一條板207分別沿其自身的縱軸旋轉。伺服馬達210用以旋轉條板207至如前所述之一預定角度(θ度)。為了提供更佳的粒度控制，每一個別的條板207分別連接一伺服馬達210。於其他實施例中，兩個或兩個以上的條板207可以經由一連結元件連接至同一個伺服馬達210，並經由同一個伺服馬達旋轉210。上述一或多個伺服馬達210連接上述之控制器(控制單元)112。
利用連接於伺服馬達210以及一連結機構(連接元 件)的可調整的遮蔽板107，當腔體100a於一真空狀態時，開孔108可被調整。因此不需要破壞真空狀態或是打開腔體100a進行調整。
第14圖為操作上述設備100(氣相沉積設備或蒸鍍 設備)之方法之一實施例的流程圖。
於步驟1400中，提供一腔體100a用來容置至少一 分配噴嘴102n以及至少一用來塗布之基板104。歧管102包括上述分配噴嘴102n，並經由一合適的導管117耦接於一蒸鍍源115。導管117具有一控制閥(氣閥)111，位於蒸鍍源115以及歧管102之間。於一些實施例中，基板104為用於製作一太陽能面板之一納鈣玻璃(soda lime glass)面板。
於步驟1402中，至少一遮蔽板(開孔遮蔽板)107被 加熱。開孔遮蔽板107可具有多個用以定義出一可調整的開孔108。舉例而言，開孔遮蔽板107可被加熱至高於沈積於基板104之材料的熔點的溫度。於一些實施例中，歧管102包括蒸氣分佈噴嘴(噴嘴)102n之至少一部分也被加熱。於一些實施例中，一氣體輸送導管(導管)117以及控制蒸氣至腔體100a之輸送率(delivery rate)(流率)之一控制閥111也被加熱。於一些實施例中，每一次不同的材料經由蒸鍍法沈積，遮蔽板107、歧管102、導管117及/或控制閥111的加熱溫度亦被調整。
於步驟1404中，於實施一開孔調整前，一第一氣 相沉積操作(分配操作、蒸鍍操作)施加於腔體100a內之一第一基板。
於步驟1406中，於上述第一蒸鍍(氣相沉積、分配) 操作中，決定了沈積於上述第一基板之一塗布的一厚度輪廓(thickness profile)。上述之決定為當於基板中央、於基板之一端、或是於基本之兩相反端的塗布的厚度最厚。
於步驟1408中，基於上述第一基板之厚度輪廓， 決定了調整的量或型態。舉例而言，如第8A圖以及第8B圖，假使上述沈積於上述基板之塗布的厚度輪廓於基板之一端較基板之中央為厚(如第8A圖所示)，實施上述的調整，因此在調整過後，開孔108具有一凸狀側邊108cv(例如，於第8B圖中之開孔108之上側邊)。於另一例子中，假使沈積於基板104上的塗布的厚度輪廓於基板104之一端較基板104之另一端為薄，如第9A圖所示，實施上述的調整。因此在調整過後，開孔108具有至少一凹狀側邊108cc(如第9B圖所示)。於上述兩個例子中，藉由提供一開孔108。當於上述第一基板之塗布較薄時，開孔108較大。當於上述第一基板之塗布較厚時，開孔108較小。因此當腔體100a內依序形成氣相沉積時，塗布於基板104上之厚度較均勻。
於一些實施例中，控制單元112決定是否塗布的厚 度大致均勻、再中央最後、在兩端最薄、或是由一側邊至另一側邊單調地(monotonically)增加。假使厚度均勻，選擇如第6圖所示之一輪廓。假使於中央的厚度最厚，選擇如第9B圖所示之一輪廓。假使於中央的厚度最薄，選擇如第8B圖所示之輪廓。假使厚度為單調地(monotonically)增加，選擇如第3圖所示之一輪廓。假使厚度為非對稱或是不規則，選擇如第10C圖之一不規則的輪廓。
除了決定開孔108的形狀，亦可藉由對每一條板 107進行相同的伸長，可調整開孔108之整體面積。這導致了開孔108之邊緣朝上或朝下的移動，而不用改變開孔108邊緣的斜度。
於步驟1410中，基於步驟1408的決定來調整至少 一可調整的遮蔽元件106，藉以設定至少開孔108的面積或形狀。控制單元112使用由步驟1408所選擇之，並決定可調整的遮蔽元件106之每一條板107的位置。控制單元112之後分別傳送一控制訊號至線性致動器或伺服馬達110，進而移動條板107依據所選擇的輪廓移動至上述位置。
於步驟1412中，於調整過後，一第二或後續氣相 沉積操作(蒸鍍操作、分配操作)實施於腔體100a。第一和第二氣相沉積的步驟和調整的步驟均實施於部份真空壓力。因此，實施上述的調整可不需要打開腔體100a或破壞真空。縱使這個例子討論了一種調整，可調整的遮蔽元件之開孔的面積可以，根據氣相沉積之均勻度的改變(例如，任何一或多個歧管102之噴嘴102n部份或全部阻塞)來進行多次適當的改變。此外，藉由可調整的遮蔽元件106，可不需要其他的修飾方法(trimming methods)。
使用這些方法，可改進塗布的沈積以及產品的製 造。舉例而言，CIGS太陽能電池的效能可藉由平滑的型態(morphology)以及一或多種CIGS先驅物的組成的均勻(compositional uniformity)而增強。此外，改進了於大面積上以及成直線式氣相沉積(in-line vapor deposition)的厚度的均勻 度。改進的厚度的均勻度有利於製造大量的高品質及高效能的薄膜太陽能電池。當使用於CIGS太陽能電池時，這種方法和結構改進了Cu/(Ga+In)比率(於面板之均勻度)。提供了具有平滑表面型態的CuInGa先驅物。
於一些實施例中，一種蒸鍍設備包括一腔體，用 以容置至少一用來塗布的基板以及耦接於一蒸鍍源之至少一分配噴嘴之間。上述腔體具有定義了一可調整的開孔的至少一可調整的遮蔽元件。上述至少一遮蔽元件位於上述分配噴嘴以及上述基板之一位置之間。上述可調整的開孔至少於面積、形狀或是定向上為可調整的，且上述遮蔽元件設有一加熱器。
於一些實施例中，上述腔體具有一輸送帶，其中 當塗布上述基板時，上述輸送帶用以移動上述基板通過上述開孔之下方。
於一些實施例中，上述至少一可調整的遮蔽元件 包括複數個可個別移動的條板，其沿著上述開孔之至少一側邊排列。
於一些實施例中，更包括多個線性致動器或是伺 服馬達分別對應於上述條板。
於一些實施例中，上述腔體用以操作於低於大氣 壓力之一部份真空壓力，其中當上述腔體於上述部份真空壓力時，上述線性致動器或是伺服馬達能經由遠端進行調整(adjusted remotely)。
於一些實施例中，更包括一控制單元用以操作上 述線性致動器或是伺服馬達。
於一些實施例中，更包括設置於或是鄰近於包括 上述噴嘴之一歧管之至少一加熱器、用以輸送一蒸氣於上述歧管之一導管、或是用以控制供應於一蒸氣至上述噴嘴之一閥。
於一些實施例中，更包括一控制單元用以控制供應於上述至少一加熱器的電流。
於一些實施例中，上述遮蔽元件包括複數個可個別移動的條板，沿著上述開孔之至少二相對側邊排列。
於一些實施例中，上述條板可沿一縱軸個別的旋轉，其中上述條板沿上述縱軸延伸。
於一些實施例中，上述至少一可調整的遮蔽元件包括位於上述開孔之一第一側邊的至少一可移動之板，上述至少一可移動之板具有不平行或不垂直於上述開孔之一第二側邊之至少一邊緣，上述開孔之上述第二側邊鄰近於上述開孔之上述第一側邊。
於一些實施例中，一種蒸鍍設備包括用以容置至少一用來塗布的基板，以及耦接於一蒸鍍源之至少一分配噴嘴。複數個可移動之板位於上述至少一分配噴嘴以及上述至少一基板之一位置，上述可移動之板定義了一可調整的開孔，且至少一上述可移動之板具有一加熱器。
於一些實施例中，上述可移動之板為複數個可個別移動的條板，沿上述開孔之至少一側邊排列。上述蒸鍍設備更包括多個線性致動器或伺服馬達分別對應上述條板，上述腔體用以操作於低於大氣壓力之一部份真空壓力，當上述腔體具有上述部份真空壓力時，上述線性致動器或是伺服馬達設定為 經由遠端調整。
於一些實施例中，一種蒸鍍方法包括提供一腔 體，其中上述腔體容置至少一用來塗布的基板，以及耦接於一蒸鍍源之至少一分配噴嘴；調整至少一可調整的遮蔽元件以設定一開孔之面積及/或形狀，上述至少一可調整的遮蔽元件位於上述至少一分配噴嘴以及上述至少一基板之間；以及於由上述噴嘴分配一蒸氣至上述基板之前或同時加熱上述至少一可調整的遮蔽元件。
於一些實施例中，上述至少一可調整的遮蔽元件 被加熱至超過上述蒸氣所包括之一材料的至少一熔化溫度的溫度。
於一些實施例中，更包括加熱一歧管，其中上述 歧管包括上述噴嘴、用以輸送上述蒸氣於上述歧管之一導管，或是於由上述噴嘴分配上述蒸氣至上述基板之前或同時用以控制供應於上述蒸氣至上述噴嘴之一閥。
於一些實施例中，更包括於上述調整之前，實施 一第一分配操作來塗布上述腔體內之一第一基板；於上述第一分配操作之間，決定沈積於上述第一基板之一塗布之一厚度輪廓；基於上述厚度輪廓，決定上述調整之量或型態；以及於上述調整厚，實施一第二分配操作於上述腔體內之一第二基板基板。
於一些實施例中，假使沈積於上述第一基板的上 述塗布的上述厚度輪廓在上述基板之一端比在上述基板在中央較厚，實施上述調整以使得經由上述調整後上述開口具有至 少一凸狀側邊。
於一些實施例中，假使沈積於上述第一基板的上 述塗布的上述厚度輪廓在上述基板之一端比在上述基板在中央較薄，實施上述調整以使得經由上述調整後上述開口具有至少一凹狀側邊。
於一些實施例中，上述第一以及第二分配操作之步驟以及上述調整之步驟均實施於一部份真空壓力。
描述於此之上述控制方法以及控制單元112之部份以計算機實施程序(computer-implemented processes)及實施這些程序的設備等形式來實施。於已揭露的方法部份以有形的形式(in the form of tangible)以及具有電腦程式碼之非短暫機器可讀儲存媒體(non-transient machine readable storage media)來實施。舉例而言，上述媒體包括RAMs、ROMs、CD-ROMs、DVD-ROMs、BD-ROMs、硬碟、快閃記憶體、或是任何其他非短暫機器可讀儲存媒介(non-transient machine-readable storage medium)。其中，當上述電腦程式碼經由電腦載入並執行時，上述電腦成為可實施上述方法的設備。上述方法至少部份以電腦載入或執行電腦程式碼的方式來實施，因此，電腦可變成用來實施上述方法之一具有特定的電腦(special purpose computer)。當實施一般目的程序(general-purpose processor)，上述電腦程式碼片段(segments)設定處理器去產生特定邏輯電路(specific logic circuits)。這些方法可選擇性地至少部份經由應用特定積體電路(application specific integrated circuits)所形成之數位信號處理器(digital signal processor)來實施。
雖然已經由多個實施例來描述本揭露，然而，本揭露並不被上述實施例所限制。更確切地說，本案之專利範圍應該被廣泛的解釋，以包括由相關的先前技術所形成的其他多種的變化以及實施例。
本發明雖以各種實施例揭露如上，然而其僅為範例參考而非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾。因此上述實施例並非用以限定本發明之範圍，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧蒸鍍設備
100a‧‧‧腔體
101‧‧‧輸送帶
102‧‧‧歧管
103‧‧‧加熱元件
102n‧‧‧噴嘴
104‧‧‧基板
105‧‧‧板件
106‧‧‧遮蔽元件
108‧‧‧開孔
109‧‧‧框架元件
110‧‧‧制動器
111‧‧‧閥
111h‧‧‧加熱元件
112‧‧‧控制單元
113‧‧‧加熱控制單元
115‧‧‧蒸鍍源
117‧‧‧導管
117h‧‧‧加熱元件
118‧‧‧真空端口

Claims (10)

  1. 一種蒸鍍設備，包括：一腔體，用以容置至少一用來塗布的基板以及耦接於一蒸鍍源之至少一分配噴嘴；其中上述腔體具有定義了一可調整的開孔的至少一可調整的遮蔽元件，上述至少一遮蔽元件位於上述至少一分配噴嘴以及上述基板之一位置之間，上述開孔至少於面積、形狀或是定向上為可調整的，且上述至少一遮蔽元件具有一加熱器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之蒸鍍設備，其中上述至少一遮蔽元件包括複數個可個別移動的條板，其沿著上述開孔之至少一側邊排列。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之蒸鍍設備，其中上述至少一遮蔽元件包括複數個可個別移動的條板，沿著上述開孔之至少二相對側邊排列。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之蒸鍍設備，其中上述條板可沿一縱軸個別的旋轉，其中上述條板沿上述縱軸延伸。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之蒸鍍設備，其中上述至少一遮蔽元件包括位於上述開孔之一第一側邊的至少一可移動之板，上述至少一可移動之板具有不平行或不垂直於上述開孔之一第二側邊之至少一邊緣，上述開孔之上述第二側邊鄰近於上述開孔之上述第一側邊。
  6. 一種蒸鍍設備，包括：一腔體，用以容置至少一用來塗布的基板，以及耦接於一 蒸鍍源之至少一分配噴嘴；以及複數個可移動之板位於上述至少一分配噴嘴以及上述至少一基板之一位置之間，上述可移動之板定義了一可調整的開孔，且至少一上述可移動之板設有一加熱器。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之蒸鍍設備，其中：上述可移動之板為複數個可個別移動的條板，沿上述開孔之至少一側邊排列；且上述蒸鍍設備更包括多個線性致動器或伺服馬達分別對應上述條板，上述腔體用以操作於低於大氣壓力之一部份真空壓力，當上述腔體具有上述部份真空壓力時，上述線性致動器或是伺服馬達設定為經由遠端調整。
  8. 一種蒸鍍方法，包括：提供一腔體，其中上述腔體容置用來塗布的至少一基板，以及耦接於一蒸鍍源之至少一分配噴嘴；調整至少一可調整的遮蔽元件以設定一開孔之面積及/或形狀，上述至少一可調整的遮蔽元件位於上述至少一分配噴嘴以及上述至少一基板之間；以及於由上述至少一分配噴嘴分配一蒸氣至上述基板之前或同時加熱上述至少一可調整的遮蔽元件。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之蒸鍍方法，更包括：加熱一歧管，其中上述歧管包括上述噴嘴、用以輸送上述蒸氣於上述歧管之一導管，或是於由上述噴嘴分配上述蒸氣至上述基板之前或同時用以控制供應於上述蒸氣至上述噴嘴之一閥。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之蒸鍍方法，更包括：於上述調整之前，實施一第一分配操作來塗布上述腔體內之一第一基板；於上述第一分配操作之間，決定沈積於上述第一基板之一塗布之一厚度輪廓；基於上述厚度輪廓，決定上述調整之量或型態；以及於上述調整厚，實施一第二分配操作於上述腔體內之一第二基板基板。
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