[发明专利]将薄膜层连续地间接淀积在衬底上的气相淀积设备和过程

说明书

技术领域

本文公开的主题大体涉及薄膜淀积过程的领域，其中，诸如半导体材料层的薄膜层淀积在衬底上。更具体而言，本主题涉及用于将光反应性材料的薄膜层淀积在光电(PV)模块形式的玻璃衬底上的气相淀积设备和相关联的过程。

背景技术

基于作为光反应性成分的与硫化镉(CdS)配对的碲化镉(CdTe)的薄膜光电(PV)模块(也称为“太阳能板”)在工业中正获得广泛接受和关注。CdTe是具有特别适于将太阳能(太阳光)转换成电的特性的半导体材料。例如，CdTe具有1.45eV的能带隙，这使其与在历史上用于太阳能电池应用中的更低带隙(1.1eV)的半导体材料相比能够从太阳光谱中转换更多的能量。而且，与更低带隙的材料相比，CdTe会在更低的或散射光条件下进行更高效的转换，并且因此与其它传统材料相比，在白天的时间里或在低光(即多云)条件下具有更长的有效转换时间。

在所产生的每瓦特功率的成本方面，使用CdTe PV模块的太阳能系统一般被看作可在商业上获得的系统中最成本高效的。但是，尽管有可持续的商业开发以及接受太阳能作为工业或民用功率的补充或主要(功率)源，CdTe的优点取决于大规模且以成本有效的方式生产高效的PV模块的能力。

在成本和功率发生能力方面，某些因素在很大程度上影响CdTe PV模块的效率。例如，CdTe相对较昂贵，并且因此材料的高效利用(即最少浪费)是主要的成本因素。另外，模块的能量转换效率是淀积的CdTe膜层的某些特性的因素。膜层中的不一致性或缺陷可显著地降低模块的输出，从而增加每单位功率的成本。而且，以在经济上敏感的商业规模处理相对较大的衬底的能力是重要考量。

CSS(近空间升华)是已知的用于生产CdTe模块的商用气相淀积过程。对例如美国专利No.6,444,043和美国专利No.6,423,565进行了参照。在CSS系统中的气相淀积室内，将衬底送到与CdTe源相对的相对较小距离(即，约2-3mm)处的相对位置。CdTe材料升华且淀积到衬底的表面上。在上面引用的美国专利No. 6,444,043中的CSS系统中，CdTe材料成粒状形式且保持在气相淀积室内的受加热的容器中。升华的材料运动通过置于容器上的盖中的孔，并且淀积到固定的玻璃表面上，该玻璃表面保持在盖框架的上方尽可能最小的距离(1-2mm)处。盖被加热到高于容器的温度。

虽然CSS过程存在优点，但是相关系统固有地是批量过程，其中，玻璃衬底被引入(index in)气相淀积室中，保持在该室中达有限的时间段(在该时间段中，形成膜层)，并且随后被引出(index out)该室。该系统更适于相对较小表面积的衬底的批量处理。该过程必须定期地中断，以便补充CdTe源，这对于大规模生产过程是有害的。另外，淀积过程不可以以受控的方式容易地停止和重新起动，从而导致在将衬底引入和引出室期间和在将衬底定位在室内所需的任何步骤期间CdTe材料有较大的非利用(即浪费)。

因此，在工业中正存在着对改进的气相淀积设备和过程的需求，以用于对高效PV模块－特别是CdTe模块－进行经济上可行的大规模生产。

发明内容

本发明的各方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者根据该描述，它们可为显而易见的，或者可通过实践本发明来学习它们。

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于将升华的源材料(例如CdTe)作为薄膜间接气相淀积在光电(PV)模块衬底上的设备。淀积过程是“间接的”，因为升华的源材料不直接镀到衬底上，而是首先使其镀到转移装置上。转移装置然后运动到与衬底相对的位置，在该位置上，随后使转移装置上的所镀的源材料升华，并且使其转移到衬底的表面上。虽然本发明不限于任何特定的膜厚度，但在本领域中一般认为“薄”膜层小于10微米(μm)。

该设备包括构造成以便使对其供应的源材料升华的淀积头。转移装置相对于淀积头而设置，使得升华的源材料镀到该装置上。在一个特定实施例中，转移装置构造为传输传送器，该传输传送器设置在淀积头的下方，且其在上支段(leg)和下支段之间的环状回路中运动。传输传送器包括上表面，在传输传送器在上支段中运动时升华的源材料镀到该上表面上。衬底传送器设置在传输传送器的下方，并且构造成以便沿通过设备的传送路径传送衬底，使得衬底的上表面与传输传送器的下支段相对且在其下方与其隔开。热源构造在邻近传输传送器的下支段的有效位置处，以使沿着上支段镀到传输传送器上的源材料沿着下支段升华。升华的源材料转移到衬底传送器传送的衬底的上表面。