[發明專利]用于將源材料引入薄膜氣相沉積設備的供給系統及工藝

有效

• 申請號: 201110007599.8
• 申請日: 2011-01-07
• 公開（公告）號: CN102121094A
• 公開（公告）日: 2011-07-13
• 發明（設計）人: E·J·利特爾;M·W·里德;C·拉思韋格;M·J·帕沃爾
• 申請（專利權）人: 初星太陽能公司
• 主分類號: C23C14/24
• 分類號: C23C14/24;H01L31/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

技術領域

本發明大體涉及薄膜沉積系統領域，其中，諸如半導體層的薄膜層沉積到傳送穿過系統的基底上。更具體而言，本發明涉及供給系統，其構造成用以自動地將源材料引入氣相沉積設備，而不中斷真空工藝。

背景技術

基于與硫化鎘(CdS)配對的碲化鎘(CdTe)作為光反應成分的薄膜光伏(PV)模塊(也稱為″太陽能電池板″)在行業中獲得了廣泛的認可和關注。CdTe是具有尤其適于將太陽光線(太陽能)轉換成電力的特征的半導體材料。例如，CdTe具有1.45eV的能量帶隙，這就使其能夠比歷史上用于太陽能電池應用的較低帶隙(1.1eV)的半導體材料從太陽光譜中轉換更多的能量。另外，相比于較低帶隙的材料，CdTe在較少光照的條件或漫射光條件下轉換能量，且因此相比于其它常規材料，在一天期間或多云情況下具有更長的有效轉換時間。使用CdTe?PV模塊的太陽能系統在每瓦產生功率的成本方面通常認作是成本效益最合算的市售系統。然而，CdTe不具有優點，可持續的商業開發和接受太陽能作為工業功率或住宅功率的輔助來源或主要來源，取決于以較大的規模和成本效益合算的方式制造有效的PV模塊的能力。

某些因素在模塊的成本和功率產生能力方面極大地影響CdTe?PV模塊的效率。例如，CdTe相對昂貴，且因此材料的有效利用(即，最少浪費)是主要的成本因素。此外，以經濟上明顯的商業規模處理較大基底的能力是關鍵考慮。

CSS(近空間升華)是一種公知的用于制造CdTe模塊的商業氣相沉積工藝。例如，參考美國專利No.6,444,043和美國專利No.6,423,565。在CSS工藝中的氣相沉積腔室內，基底引至以相對較小的距離(即，大約2mm至3mm)與CdTe源相對的相對位置處。CdTe材料升華且沉積到基底的表面上。在上文引用的美國專利No.6,444,043的CSS系統中，CdTe材料為粒狀形式，且保持在氣相沉積腔室內的加熱容器中。升華的材料移動穿過定位在容器上的蓋體中的孔，且沉積到固定的玻璃表面上，固定的玻璃表面以最小的可能距離(1mm至2mm)保持在蓋體框架的上方。蓋體加熱至大于容器的溫度。

盡管存在對于公知的CSS工藝的優點，但該系統本來就是分批工藝，其中，玻璃基底引入氣相沉積腔室中，在該腔室內保持有限的時間段，在此時間段中形成了膜層，且隨后引出該腔室。系統更適于表面面積相對較小的基底的分批處理。該工藝必須周期性地中斷，以便再填充CdTe源，這對大規模生產工藝不利。

因此，在該行業中不斷地需要改善的氣相沉積設備，用于經濟上可行地大規模生產有效的PV模塊，尤其是CdTe模塊。本發明涉及出于此目的的供給系統。

發明內容

本發明的方面和優點將在以下說明中部分地闡述，或可從該說明中清楚，或可通過本發明的實踐來學習。

根據本發明的方面，提供了供給系統的實施例，其用于連續地供給測定用量(dose)的源材料至氣相沉積設備中的沉積頭部，其中，源材料升華且作為薄膜沉積在基底上，基底例如為光伏(PV)模塊基底。″薄″膜在本領域中通常認為是厚度小于10微米(μm)。供給系統包括可再填充的批量材料料斗，以及設置成用以從料斗接收源材料的上用量杯。下用量杯設置在真空鎖定腔室內，且從上用量杯接收測定用量的源材料。轉移機構設置在真空鎖定腔室下方，以從下用量杯接收測定用量的源材料。轉移機構構造成用以將源材料轉移至下游沉積頭部，用于隨后升華且沉積到基底上，同時隔離沉積頭部內的較高的工藝溫度，且阻擋升華氣體在供給系統內向上游行進的運動(擴散)。

上述供給系統的實施例的變型和改進在本發明的范圍和精神內，且可在本文中進一步描述。

本發明還涵蓋了用于將升華的源材料作為薄膜真空沉積到傳送穿過設備的基底上的氣相沉積設備的各種實施例。氣相沉積設備的特定實施例包括沉積頭部，其中，供應至其中的源材料在高溫和真空的狀態下升華。傳送器組件能夠操作地設置在沉積頭部下方，以將基底傳送穿過設備，同時升華的源材料的薄膜沉積到基底的上表面上。供給系統與沉積頭部一起構造以連續地將測定用量的源材料供給到其中。該供給系統可包括可再填充的批量材料料斗，以及設置成用以從料斗接收源材料的上用量杯。下用量杯設置在真空鎖定腔室內，且從上用量杯接收測定用量的源材料。轉移機構設置在真空鎖定腔室下方，以從下用量杯接收測定用量的源材料。轉移機構構造成用以將源材料轉移至下游沉積腔室，用于隨后升華且沉積到基底上，同時隔離沉積頭部內的較高的工藝溫度，且阻擋升華氣體在供給系統內向上游行進的運動(擴散)。

上述氣相沉積設備的實施例的變型和改進在本發明的范圍和精神內，且可在本文中進一步描述。