[发明专利]蒸发源、蒸发室、涂覆方法以及喷嘴板

说明书

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的线型蒸发源、根据权利要求7的前序部分的蒸发室、根据权利要求10的前序部分的涂覆方法以及根据权利要求11的前序部分的喷嘴板。

通常已知真空下制备薄层的沉积技术。对工业化应用分子束外延（MBE）及其它气体沉积方法的需求正持续增长，尤其是为了获取具有不断增长的衬底宽度的柔性衬底支承，并实现均匀的层沉积、尽可能高的沉积速率以及它们的操作环境。

例如，在光伏领域，越来越多的薄层太阳能电池供应商进入该市场。尤其是基于黄铜矿吸收层的薄层太阳能电池，绝大多数制备在例如玻璃的刚性载体衬底上，但它们也具有还能够在轻的、柔性载体衬底上制备的优点，例如采用卷对卷（R2R）工艺。对于柔性衬底，尤其是钢、钛、铝、铜以及聚酰亚胺（PI），可以使用箔片。随后用金属电极涂覆衬底，例如钼薄膜。然后，应用黄铜矿作为吸收层，这通常采用基于真空的气体沉积工艺。具体地，将CuInSe₂、Cu(In,Ga)Se₂以及Cu(In,Ga)(Se₂S)₂用做黄铜矿，以下称作CIS。已经证明，在硫、碲和/或硒气氛中蒸发元素特别有利。接着，由CdS或者类似物制成的半导体层和由薄的透明导体层（透明导体氧化物，简称TCO）——如，ITO（氧化铟锡）或者ZnO——制成的第二电极层（在正面侧）被应用。此外，CIS太阳能电池的效率可以通过控制碱的供应来提高，碱优选锂、钾、钠以及/或者通过它们与氧、硫或卤素的复合来提高——这例如可以通过蒸发的方法来实现。

为了进一步最小化制备工艺的成本，尤其是CIS吸收部的成本，未来几年衬底宽度将进一步增长，沉积速度将被增大。因此，要实现相对于材料良率而言高效的高速沉积，从点状蒸发源向线型蒸发源的发展将不可避免。

线形状的蒸发源（以下称作线型蒸发源）是多个（这意味着至少两个）点状蒸发源（以下称作点状蒸发器）的串联，点状蒸发器具有共同的蒸发材料容器或者蒸发器装置，其开在线型蒸发源的纵向上的蒸气出口被配置为狭槽形状，这意味着蒸气释放开口的纵向延伸部远大于其横向延伸部。

开发线型蒸发源的最大的挑战之一是提供在衬底上沉积的层蒸气的尽可能好的横向均匀性。衬底的横向均匀性被定义为正交于传输方向的蒸气沉积层的均匀性。优化横向均匀性的选择之一是调适沿线型蒸发源的纵向的分子流动密度，该线型蒸发源布置在与衬底的横向方向平行的纵向上。

在该方法中，从内到外地增大沿线型蒸发源的纵向布置的多个蒸气释放开口的表面，并且/或者从内到外地减小沿线型蒸发源的纵向布置的多个蒸气释放开口的距离，使得蒸发材料的分子束的分子流动密度的梯度被提供，该梯度从内到外地增大，该分子束叠加在衬底表面上以形成均匀膜。影响横向均匀性的另一个选择是对分子束的形状进行调制。

结果，在蒸气释放开口和蒸汽流通开口之间形成差异，其中，蒸气释放开口是蒸气从蒸发源脱出的开口。在节流阀孔之类的开口下，材料不离开蒸发源，因此，这种开口被称作蒸汽流通开口。

EP0402842B1描述了一种蒸发装置，其中，从至少一个管中蒸发物质，以便将该蒸气用作一个蒸气离子激光器设备中的受激介质或者电离介质，其中，接近该管的轴向相对端的蒸气释放开口的直径大于在中心的蒸气释放开口的直径或者蒸气释放开口的数量在朝外方向上增加。

DE4422697C1示出一种线型蒸发源，该蒸发源包括：具有材料接收缺口的向上开口的蒸发材料容器，以及包围该蒸发材料容器的可加热反射器元件,其中，反射器元件的线型释放轮廓包括彼此前后布置的多个单独开口，其中，开口的释放截面朝向反射器管的端部而增大，并且/或者开口的距离朝向反射管的端部而减小。而且，在一个配置于蒸气释放狭槽部分中的反射管周围布置热屏蔽罩，使得蒸气流不受影响。

EP1927674A2描述一种线型蒸发源，其包括：蒸发室以及在其上布置的束单元（盒部件），二者通过喷嘴或者节流阀孔彼此连接，其中，喷嘴元件包括多个喷嘴。喷嘴孔包括蒸汽流通开口，蒸汽流通开口的表面从孔中心到孔边缘连续增大，以及/或者其中蒸汽流通开口的距离从孔中心到孔边缘变得更小。蒸汽流通开口的分子束通过喷嘴元件中的分隔板彼此分开。