[發(fā)明專利]摻雜薄膜層在襯底上的連續(xù)沉積的氣相沉積裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110452844.6
• 申請日: 2011-12-20
• 公開（公告）號: CN102534509A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·D·費(fèi)爾德曼-皮博迪;M·J·帕沃爾
• 申請（專利權(quán)）人: 初星太陽能公司
• 主分類號: C23C14/24
• 分類號: C23C14/24;C23C16/448;H01L31/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴(yán)志軍;楊楷

技術(shù)領(lǐng)域

本文公開的主題總體涉及薄膜沉積工藝的領(lǐng)域，其中摻雜薄膜層例如半導(dǎo)體材料層沉積在襯底上。更具體地說，該主題涉及一種用于在光伏(PV)模塊的形成中將光致反應(yīng)材料的摻雜薄膜層沉積到玻璃襯底上的氣相沉積裝置和相關(guān)聯(lián)的工藝。

背景技術(shù)

基于與硫化鎘(CdS)配對的碲化鎘(CdTe)作為光致反應(yīng)構(gòu)件的薄膜光電(PV)模塊(也被稱為“太陽電池板”)正獲得行業(yè)上廣泛的認(rèn)可和興趣。CdTe是半導(dǎo)體材料，其具有特別適合于將太陽能(日光)轉(zhuǎn)換成電力的特征。例如，CdTe具有1.45eV的能帶隙，其同歷史上用于太陽能電池應(yīng)用的低帶隙(1.1eV)半導(dǎo)體材料相比可轉(zhuǎn)換更多來自太陽光譜(陽光)的能量。另外，CdTe在同低帶隙材料相比更低或擴(kuò)散的光條件下更有效地轉(zhuǎn)換光，并因而在白天或低光(例如多云)條件期間具有同其它傳統(tǒng)材料相比更長的有效轉(zhuǎn)換時(shí)間。

在產(chǎn)生每瓦功率成本方面，利用CdTe?PV模塊的太陽能系統(tǒng)通常被認(rèn)為是商業(yè)上可得到的最具成本效率的系統(tǒng)。然而，盡管CdTe有這些優(yōu)點(diǎn)，太陽能功率作為補(bǔ)充或主要工業(yè)或住宅功率來源的可持續(xù)商業(yè)開發(fā)和接收取決于大規(guī)模且以成本有效的方式生產(chǎn)高效的PV模塊的能力。

在成本和發(fā)電容量方面，某些因素極大地影響了CdTe?PV模塊的效率。例如，CdTe是相對昂貴的，且因而材料的有效利用(即最小的浪費(fèi))是主要的成本因素。另外，模塊的能量轉(zhuǎn)換效率是沉積的CdTe薄膜層的某些特征的因素。薄膜層中的不均勻性或缺陷會顯著地降低模塊的輸出，從而增加每功率單位的成本。另外，以經(jīng)濟(jì)上切合實(shí)際的商業(yè)規(guī)模處理相對較大的襯底的能力是至關(guān)緊要考慮要素。

CSS(密閉空間升華)是一種已知的用于生產(chǎn)CdTe模塊的商業(yè)氣相沉積工藝。例如，參照美國專利No.6,444,043和美國專利No.6,423,565。在CSS系統(tǒng)的氣相沉積室內(nèi)，襯底被帶至與CdTe源相對的相對較小距離處(例如大約2-3mm)的相對位置。CdTe材料升華并沉積到襯底的表面上。在上面引用的美國專利No.6,444,043的CSS系統(tǒng)中，CdTe材料呈粒狀形式，并保持在氣相沉積室內(nèi)的加熱容器中。升華的材料穿過放置于容器上方的蓋子中的孔，并沉積到固定的玻璃表面上，其保持在蓋子框架上方最小的可能距離(1-2mm)處。蓋子被加熱到比容器更高的溫度。

雖然對于CSS工藝存在優(yōu)勢，但是相關(guān)的系統(tǒng)本質(zhì)上是批處理工藝，其中玻璃襯底被分度引入氣相沉積室中，在室中保持有限的時(shí)間周期，在該時(shí)間周期內(nèi)形成薄膜層，之后被分度引出該室。該系統(tǒng)更適合于相對較小表面積的襯底的批處理。為了補(bǔ)充CdTe源，必須周期性地中斷該工藝，這對于大規(guī)模生產(chǎn)工藝是有害的。另外，在將襯底分度引入室內(nèi)和引出室外期間，以及在需要將襯底定位在室內(nèi)的任何步驟期間，沉積工藝不能很容易地以受控的方式停止和重新起動(dòng)，導(dǎo)致大量的CdTe材料的不可利用(即浪費(fèi))。

因此，行業(yè)中對于改進(jìn)的氣相沉積裝置和方法存在持續(xù)的需求，其用于經(jīng)濟(jì)上可行的高效PV模塊，尤其是CdTe模塊的大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

在以下描述中將部分地陳述，或者可從描述中明白，或者可通過本發(fā)明的實(shí)踐獲悉本發(fā)明的多個(gè)方面和優(yōu)勢。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于將升華的源材料，例如CdTe作為薄膜氣相沉積在光伏(PV)模塊襯底上的裝置。雖然本發(fā)明并不局限于任何特殊的薄膜厚度，但是“薄”膜層在本領(lǐng)域中通常被認(rèn)為小于10微米(μm)。該裝置包括沉積頭和設(shè)置在其中的容器。第一進(jìn)料管道和第二進(jìn)料管道構(gòu)造為將源材料供給到沉積頭中，并且加熱的分配歧管構(gòu)造為加熱所述容器。分配板設(shè)置在所述容器下面，并位于通過所述裝置傳送的襯底的上表面的水平傳送面上方的限定距離處，所述分配板包括貫通其中的通道圖案。在一個(gè)實(shí)施例中，加熱的分配歧管可設(shè)置在容器的下面，并且可包括貫通其中限定的多個(gè)通道。

對上面論述的氣相沉積裝置的實(shí)施例的變化和修改都在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)，并可在本文進(jìn)一步描述。

在又另一方面，本發(fā)明包括一種用于將升華的源材料，例如CdTe作為薄膜氣相沉積在光伏(PV)模塊襯底上的工藝。該工藝包括將源材料供給沉積頭內(nèi)的容器，并將摻雜劑材料以固態(tài)形式供給到沉積頭中。該容器可用熱源部件間接加熱，以使源材料升華。單獨(dú)的襯底可在容器下方傳送，使得升華的源材料沉積到襯底的上表面上。襯底可以恒定的線速率通過裝置進(jìn)行傳送，且升華的源材料主要以橫向延伸的前簾和后簾形式相對于襯底的傳送方向從容器引導(dǎo)。

對上面論述的氣相沉積工藝的實(shí)施例的變化和修改都在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)，并可在本文中進(jìn)一步描述。