用于材料共沉积的气相传输沉积方法及系统技术方案

一种改进的用于持续气相传输沉积的方法和给料器系统，所述给料器系统包括通过改进的密封件结合到共同的分配器的至少两个蒸发器，以用于分别蒸发和收集至少任何两种可蒸发材料，以使材料在基底上沉积为材料层。多个蒸发器提供冗余操作并允许在蒸发器维修和修理期间持续沉积。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于材料共沉积的气相传输沉积方法及系统
公开的实施例涉及材料气相传输沉积(VTD)方法和系统的领域，更具体地讲，涉及允许粉末材料的持续且控制的蒸发和沉积的材料气相传输沉积方法和系统。
技术介绍
诸如光伏模块或电池的光伏器件可以包括利用各种沉积系统和技术沉积在基底上方的半导体和其他材料。一个示例是利用VTD系统在基底上方沉积诸如硫化镉(CdS)或碲化镉(CdTe)薄膜的半导体材料。VTD系统可以使用粉末传输单元、粉末蒸发器和蒸气分配器、以及真空沉积单元。VTD粉末蒸发器被设计为将原料粉末蒸发或升华为气态形式。在传统的粉末蒸发器中，来自粉末传输单元的原料粉末与载气结合并注入到蒸发器(形成为可渗透的加热缸)中。材料在缸中被蒸发并且蒸发的材料通过蒸发器的可渗透壁扩散到蒸气分配器中。蒸气分配器通常围绕蒸发器缸并且引导收集的蒸气朝向面向基底的开口，以使薄膜材料沉积在基底上。图1A示出了传统的用于将半导体材料(例如，CdS或CdTe)传输并沉积到基底13(例如，在薄膜太阳能模块的制造中使用的玻璃基底13)上的气相传输沉积系统20的一个示例。惰性载气源25和27(例如，氦气(He)源)分别将载气供应至包含CdS或CdTe粉末材料的粉末给料器21和23。气体通过蒸发器和分配器组件10的相对端上的注入口17、19传输半导体材料。蒸发器和分配器组件10使半导体材料粉末蒸发并分配半导体材料粉末，以使半导体材料粉末沉积在基底13上。图1B是沿着图1A的剖面线2-2截取的传统的粉末蒸发器和分配器组件10的一个示例的剖面图。蒸发器12被构造为加热的管状可渗透构件。蒸发器12由能够通过AC电源29加热的电阻材料形成，并且使由通过入口17、19进入到蒸发器12中的载气传输的诸如CdS或CdTe半导体材料粉末蒸发。分配器15是由导热材料(例如，石墨或多铝红柱石)形成的壳体，分配器15通过来自蒸发器12和/或来自其他源的辐射热被加热。分配器15的壳体围绕蒸发器12，以捕获通过蒸发器12的壁扩散的CdS或CdTe半导体材料蒸气。运动经过分配器50的半导体材料蒸气由分配器引导朝向面向基底13的表面的狭槽或一系列孔14。示出的类型的VTD系统的更详细的示例可以从均转让给第一太阳能公司的第5,945,163号美国专利、第5,945,165号美国专利、第6,037,241号美国专利和第7,780,787号美国专利中找到。粉末材料的蒸发通常不完全，从而导致蒸发器和分配器组件10的堵塞和恶化。当特定的沉积将掺杂剂引入到半导体材料中时(在沉积过程期间，掺杂剂可以在蒸发器12中与半导体材料反应并形成固相化合物和气相化合物)，该问题会变得复杂。例如，为了掺杂CdTe材料，还将诸如压缩的干空气的工艺气体引入到蒸发器12中，以提供与掺杂剂(在CdTe粉末混合中提供)的可反应的混合。将掺杂剂和工艺气体引入到蒸发器12中可以导致气相产物和固相产物的形成。虽然气体能够穿过蒸发器12的多孔壁以沉积在基底13上，但是固体不能，并且固体被限制在蒸发器中，从而导致蒸发器孔堵塞的增加。利用VTD系统来高效地且成本有效地生产硫化镉(CdS)或碲化镉(CdTe)薄膜的主要障碍是完全停止生产来维修或修理蒸发器和分配器组件10。完全停止生产进行这种维修或修理会是昂贵和费时的。期望的是缓解注意到的问题并能够更好地控制施加到基底的蒸气的改进的气相传输沉积系统。附图说明图1A是传统的气相传输沉积(VTD)系统的示意图；图1B是沿着图1A中的线2-2的方向截取的剖面图，以示出传统的粉末蒸发器和分配器组件的示例；图2是气相传输沉积(VTD)系统的实施例的示意图；图3是沿着图2的线4-4的方向截取的剖面图，以示出图2的蒸发器和分配器组件实施例的实例；图4是蒸发器和分配器组件中的蒸发器和分配器的连接处的L形密封件的放大图；图5是沿着图3的线5-5的方向截取的底部平面图，以示出设备的不同尺寸的狭槽开口；图6示出了利用具有蒸发器和分配器组件的VTD系统使得半导体材料在基底上持续沉积为层的方法100。具体实施方式在下面的详细描述中将参照附图，附图形成了详细描述的一部分，并且示出了本专利技术的特定实施例。这些实施例被足够详细地描述，以使本领域普通技术人员制造并使用它们。还应理解的是，在不脱离本专利技术的精神或范围的情况下可以对这里公开的特定实施例进行结构、逻辑或程序上的改变。根据示例性实施例，提供一种改进的气相传输沉积方法及系统，所述气相传输沉积系统包括结合到两个蒸发器的分配器，其具有位于每个蒸发器和分配器之间的连接处的改进的密封件。所述分配器可采用导热材料并且可由来自两个蒸发器和/或来自其他源的辐射热来加热。每个相应的蒸发器能够独立地使原料粉末蒸发或升华为原料蒸气，并且两种蒸气可扩散出相应的蒸发器、穿过密封件并进入到分配器中的不同室内。然后，两种原料蒸气分别被引出相应的分配器室，以在基底上共沉积为薄膜层。该示例性实施例还可包括至少两个粉末给料器，用于供应可蒸发的粉末至相应的蒸发器。第一粉末给料器可载有第一可蒸发材料，并且第二给粉末给料器可载有相同的可蒸发材料。至少两种载气源可提供载气(例如，氦气(He))至相应的粉末给料器中，以分别将来自粉末给料器的相应可蒸发材料粉末传输至相应的蒸发器中。两个蒸发器中的与每个蒸发器的相应的粉末给料器和载气源相结合的每个蒸发器被独立地控制。独立控制允许蒸发器同时操作或者一个蒸发器操作而另一个蒸发器不操作。两个蒸发器的同时操作由于提高了沉积速度而增加了可蒸发材料的生产量。在多个蒸发器中只有一个蒸发器操作时，允许VTD系统中的其他操作。如果第一蒸发器需要维修、修理或清洗，那么可使第一蒸发器停止，同时第二蒸发器继续进行蒸发或者第二蒸发器被激活来接替第一蒸发器。由于第二蒸发器结合第二蒸发器的相应的粉末给料器和载气源仍在操作，因此在对第一蒸发器的维修和修理期间，薄膜层的VTD系统生产持续而不中断。该持续的VTD系统生产更高效并且成本效益更好。位于每个蒸发器和分配器之间的连接处的密封件可包括：管状部，所述管状部可插入到相应的蒸发器中的开口中；L形部，在蒸发器开口的边缘之上延伸并延伸至分配器中的相对应的开口中。密封件提供每个蒸发器和分配器之间的安全连接，以当将来自蒸发器的蒸气引导至分配器中时，降低蒸气的损耗。这还改善了VTD系统的生产和效率。该改进的气相传输沉积方法和系统可用于沉积任何可蒸发材料或者可蒸发材料的组合。例如，各种可蒸发材料可包括但不限于半导体材料、半导体合金、多种半导体材料的组合、半导体材料和掺杂剂的组合、或者多种半导体材料和/或掺杂剂的组合。可蒸发半导体材料可(例如)包括与硫族化物(第18族)(例如，碲化镉(CdTe)，硫化镉(CdS)，碲化锌(ZnTe)或硫化锌(ZnS))结合的铜铟镓硒化物(CIGS)或过渡金属(第12族)。合适的可蒸发掺杂剂可包括Si、CuCl2或MnCl2。合适的半导体合金可包括CdxZn1-xTe、CdTexS1-x、或者相变材料(例如，GeSbTe)。图2示出了包括附着到共同的分配器的多个蒸发器以使材料持续沉积到基底(例如，在薄膜太阳能模块的制造中使用的玻璃基底)13(图3)上的沉积系统的实施例。所述沉积系统包括容置在真空容器35内的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，所述设备包括：第一蒸发器单元，用于蒸发第一粉末材料；第二蒸发器单元，用于蒸发第二粉末材料；以及蒸气分配单元，用于分别收集来自所述第一蒸发器单元和所述第二蒸发器单元的蒸气并分别输出来自所述第一蒸发器单元和所述第二蒸发器单元的蒸气。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.18 US 61/561,6911.一种设备，所述设备包括：第一蒸发器单元，用于蒸发第一粉末材料；第二蒸发器单元，用于蒸发第二粉末材料；第一蒸气壳体，用于捕获来自所述第一蒸发器单元的材料蒸气，其中，所述第一蒸发器单元在所述第一蒸气壳体内，其中，所述第一蒸气壳体还包括第一蒸气壳体出口；第二蒸气壳体，用于捕获来自所述第二蒸发器单元的材料蒸气，其中，所述第二蒸发器单元在所述第二蒸气壳体内，其中，所述第二蒸气壳体还包括第二蒸气壳体出口；蒸气分配单元，包括用于分别收集来自所述第一蒸发器单元和所述第二蒸发器单元的蒸气的第一入口通道和第二入口通道以及用于分别输出在所述第一入口通道和所述第二入口通道中接收的蒸气的第一出口通道和第二出口通道；第一密封件，在所述第一蒸气壳体和所述蒸气分配单元之间的连接处；以及第二密封件，在所述第二蒸气壳体和所述蒸气分配单元之间的连接处，其中，所述第一密封件和所述第二密封件中的每个还包括沿着一个方向延伸到相应的蒸气壳体出口中的管状部分和远离相应的入口通道延伸到所述蒸气分配单元中的相对应的开口中的第二部分，其中，所述蒸气分配单元还包括：第一室，与所述第一入口通道和所述第一出口通道连通；以及第二室，与所述第二入口通道和所述第二出口通道连通。2.如权利要求1所述的设备，其中，第一室收集由所述第一蒸气壳体捕获的材料蒸气，第二室收集由所述第二蒸气壳体捕获的材料蒸气；所述蒸气分配单元还包括：第一室出口，用于使收集在所述第一室中的材料蒸气沉积；以及第二室出口，用于使收集在所述第二室中的材料蒸气沉积。3.如权利要求2所述的设备，其中，所述第一蒸发器单元还包括：第一可渗透构件，具有用于接收所述第一粉末材料的至少一个材料入口；其中，所述第二蒸发器单元还包括：第二可渗透构件，具有用于接收所述第二粉末材料的至少一个材料入口。4.如权利要求3所述的设备，其中，在所述蒸气分配单元中的所述第一入口通道位于所述第一蒸气壳体和所述第一室之间，其中，在所述蒸气分配单元中的所述第二入口通道位于所述第二蒸气壳体和所述第二室之间。5.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一密封件和第二密封件为L形密封件。6.如权利要求5所述的设备，其中，所述第一密封件和所述第二密封件包括导热材料。7.如权利要求6所述的设备，其中，所述第一密封件和所述第二密封件包括石墨。8.如权利要求5所述的设备，其中，所述蒸气分配单元包括导热材料。9.如权利要求5所述的设备，其中，所述蒸气分配单元包括石墨。10.如权利要求5所述的设备，其中，所述蒸气分配单元包括导热材料。11.如权利要求5所述的设备，其中，所述第一蒸气壳体和第二蒸气壳体包括导热材料。12.如权利要求5所述的设备，其中，所述第一蒸气壳体和第二蒸气壳体包括石墨。13.如权利要求5所述的设备，所述设备还包括第一振动粉末给料器和第二振动粉末给料器，用于分别将所述第一粉末材料和所述第二粉末材料送进至第一蒸发器单元的第一入口和第二蒸发器单元的第一入口中。14.如权利要求13所述的设备，所述设备还包括第三振动粉末给料器和第四振动粉末给料器，用于分别将所述第一粉末材料和所述第二粉末材料送进至第一蒸发器单元的第二入口和第二蒸发器单元的第二入口中。15.如权利要求14所述的设备，所述设备还包括：第一气源和第二气源，用于通过第一质量流控制器和第二质量流控制器将气体引导至第一振动粉末给料器和第二振动粉末给料器中；以及第三气源和第四气源，用于通过第三质量流控制器和第四质量流控制器将气体引导至第三振动粉末给料器和第四振动粉末给料器中。16.如权利要求15所述的设备，其中，所述第一粉末材料和所述第二粉末材料是半导体粉末材料。17.如权利要求15所述的设备，其中，所述第一粉末材料和所述第二粉末材料是半导体材料和掺杂剂的混合物。18.如权利要求16所述的设备，其中，所述半导体粉末材料是CdTe。19.如权利要求16所述的设备，其中，所述半导体粉末材料是CdS。20.如权利要求17所述的设备，其中，所述半导体粉末材料是CdTe，并且所述掺杂剂包括S...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·巴顿，瑞克·C·鲍威尔，
申请(专利权)人：第一太阳能有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US