温控硫族元素蒸气分配装置及均匀沉积铜铟镓硒的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了用于沉积含硫族元素的化合物半导体的均匀薄膜的沉积系统和方法。沉积系统包括：真空盒，所述真空盒连接至真空泵；溅射系统，所述溅射系统包括位于所述真空盒中的至少一个溅射靶；含硫族元素的气体源；以及气体分配歧管，所述气体分配歧管具有供应侧和分配侧。所述分配侧具有多个开口区域，所述多个开口区域具有独立的温度控制；并且所述供应侧连接至所述含硫族元素的气体源。反应溅射沉积含硫族元素的化合物半导体材料的方法包括：将含硫族元素的化合物半导体材料的至少一个金属组分溅射到衬底上；以及向所述衬底的端部比向所述衬底的中部提供更高的硫族元素流，以形成所述含硫族元素的化合物半导体材料。

Vapor distribution device of temperature controlled sulfur element and method of homogeneous deposition of copper, indium gallium and selenium

【技术实现步骤摘要】
温控硫族元素蒸气分配装置及均匀沉积铜铟镓硒的方法
本专利技术总体涉及用于沉积金属硫族化合物材料的装置和方法，特别涉及用于使用具有独立加热器的硒歧管来沉积铜铟镓硒材料的装置和方法。
技术介绍
“薄膜”光伏材料是指多晶或非晶光伏材料，其在提供结构支撑的衬底上沉积成一层。薄膜光伏材料与具有更高制造成本的单晶半导体材料不同。提供高转换效率的那些薄膜光伏材料包括含硫族元素的化合物半导体材料，例如铜铟镓硒(“CIGS”)。薄膜光伏电池(也称为光伏电池)可以使用卷对卷涂层系统基于溅射、蒸发或者化学气相沉积(CVD)技术来制造。将薄箔衬底(例如箔片衬底)以线性带状的形式从卷供给经过一系列独立的真空室或者单个被分割的真空室，在真空室，该衬底接收所需的层以形成薄膜光伏电池。在这样的系统中，具有有限长度的箔可以在卷上供应。新的卷的端部可以联接至先前的卷的端部，以提供连续供给的箔层。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于沉积含硫族元素的化合物半导体材料的沉积系统。该沉积系统包括：真空盒，所述真空盒连接至真空泵；溅射系统，所述溅射系统包括位于所述真空盒中的至少一个溅射靶；含硫族元素的气体源；以及气体分配歧管，所述气体分配歧管具有供应侧和分配侧。所述分配侧具有多个开口区域，所述多个开口区域具有独立的温度控制；并且所述供应侧连接至所述含硫族元素的气体源。根据本专利技术的另一方面，一种用于沉积铜铟镓硒化合物半导体材料的沉积系统包括：真空盒，所述真空盒连接至真空泵；溅射系统，所述溅射系统包括位于所述真空盒中的至少一个溅射靶，其中所述至少一个溅射靶包括铜、镓和/或铟中的至少一个；硒蒸发器；气体分配歧管，所述气体分配歧管具有供应侧和分配侧，其中所述分配侧具有多个开口区域，并且所述供应侧连接至所述硒蒸发器；以及装置，该装置用于独立地将所述多个开口区域的至少第一开口区域加热至与所述多个开口区域的至少第二开口区域不同的温度。所述用于独立加热的装置可以包括独立控制的加热器。根据本专利技术的另一方面，一种反应溅射沉积含硫族元素的化合物半导体材料的方法包括：将含硫族元素的化合物半导体材料的至少一个金属组分溅射到衬底上；以及向所述衬底的端部比向所述衬底的中部提供更高的硫族元素流，以形成所述含硫族元素的化合物半导体材料。附图说明图1是根据本专利技术实施例的薄膜光伏电池的示意性竖直截面图。图2是根据本专利技术实施例的第一示例性模块化沉积装置的示意性俯视图，该装置可以用于制造图1所示的光伏电池。图3是根据本专利技术实施例的第二示例性模块化沉积装置的示意性俯视图，该装置可以用于制造图1所示的光伏电池。图4是根据本专利技术实施例的示例性密封连接单元的示意性俯视图。图5是根据本专利技术实施例的示例性模块的示意性俯视图，该模块包括用于含硫族元素的化合物半导体材料的沉积系统。图6A和图6B是根据本专利技术实施例的示例性气体分配歧管的俯视示意图。图7A至图7C是根据本专利技术实施例的气体分配歧管的示例性的开口区域组的正视图。图7D是图7A的气体分配歧管位于图5的模块中的三维立体图。图8是根据本专利技术实施例的用于加热元件的示例性温度控制系统的侧面截面图。具体实施方式如上所述，本专利技术涉及用于沉积铜铟镓硒材料的装置和方法。网衬底通常具有至少10cm的宽度(即，对于竖直定位的网衬底而言是网衬底的高度，其与网衬底的长度(即，移动方向)垂直)，并且时常是大约1米或更长的宽度，例如1至5米。以均匀的厚度和/或成分(作为大的网衬底宽度的函数)沉积薄膜，这即使在大的沉积室中也是个挑战。特别地，金属硫族化合物半导体材料，例如铜铟镓硫族化物(例如CIGS)，具有对沉积温度高度敏感的沉积率。另外，这样的金属硫族化合物半导体材料的成分可在沉积过程中显著地取决于含硫族元素的气体(例如，蒸发的硒)的引入速率而变化。在一个实施例中，不希望被特定理论所束缚，本专利技术人确定了：理想的是在端部(即，竖直定位的网衬底的顶部和底部)比在竖直定位的衬底的中部有更高的硫族元素(例如，硒)流量，从而获得具有作为衬底宽度(即，高度)的函数的更加均匀的厚度和/或成分的金属硫族化合物半导体材料(例如，CIGS)。在一个实施例中，硫族元素歧管包含可独立控制的加热元件，其可以被独立控制，以向网衬底的端部提供比中部更高的硫族元素(例如，硒蒸气)流量。附图没有按比例绘制。可以在示出某一元件的单个示例的情况下再现该元件的多个示例，除非以其他方式明确地描述或清楚地表明元件的再现不存在。使用例如“第一”、“第二”和“第三”的序数词仅是为了分辨相似的元件，并且在本申请的说明书和权利要求书中可以使用不同的序数词。正如在此使用的，位于第二元件“上”的第一元件可以位于第二元件的表面的外侧上或者第二元件的内侧上。正如在此使用的，如果在第一元件的表面和第二元件的表面之间存在直接的物理接触，则第一元件“直接位于第二元件上”。参见图1，示出了光伏电池10的竖直截面图。光伏电池10包括衬底(例如导电衬底12)、第一电极20、p掺杂半导体层30、n掺杂半导体层40、第二电极50和可选的抗反射(AR)涂层(未示出)。衬底12优选地是柔性的导电材料，例如金属箔，其作为片被供给到一个或多个处理模块的系统中，以便另外的层在上面沉积。例如，导电衬底12的金属箔可以是金属或金属合金的片材，例如不锈钢、铝或钛。如果衬底12是导电的，则其可包括电池10的后侧(即，第一)电极的一部分。因此，电池10的第一(后侧)电极可以标示为20、12。可替换地，导电衬底12可以是导电的或绝缘的聚合物箔。依然可替换地，衬底12可以是聚合物箔和金属箔的堆叠。在另一实施例中，衬底12可以是刚性玻璃衬底或柔性玻璃衬底。衬底12的厚度可以在100微米到2毫米的范围内，尽管也可以采用更小和更大的厚度。第一或后侧电极20可以包括任意适宜的导电层或层堆叠。例如，电极20可以包括金属层，这可以是例如钼。可替换地，可以使用钼和钠的堆叠和/或掺氧的钼层，正如美国专利8,134,069中所描述的，该专利通过引用以其整体合并于此。在另一实施例中，第一电极20可以包括掺钾和/或钠的钼材料层，即MoKx或Mo(Na,K)x，其中x可以在1.0×10-6到1.0×10-2的范围内。电极20可以具有500纳米到1微米的范围内的厚度，尽管可以使用更小和更大的厚度。p掺杂半导体层30可以包括p型掺钠的铜铟镓硒(CIGS)，其起到半导体吸收层的作用。p掺杂半导体层30的厚度可以在1微米到5微米的范围内，尽管可以使用更小和更大的厚度。n掺杂半导体层40包括n掺杂半导体材料，例如CdS、ZnS、ZnSe或者其他的金属硫化物或金属硒化物。n掺杂半导体层40的厚度通常小于p掺杂半导体层30的厚度，并且可以在30纳米到100纳米的范围内，尽管可以使用更小和更大的厚度。p掺杂半导体层30与n掺杂半导体层40之间的结是p-n结。n掺杂半导体层40可以是对太阳辐射的至少一部分实质上透明的材料。n掺杂半导体层40也被称为窗口层或缓冲层。第二(例如，前侧或顶部)电极50包括一个或多个透明的导电层50。透明的导电层50是导电的且实质上透明的。透明的导电层50可以包括一个或多个透明的导电材料，例如，ZnO、氧化铟锡(ITO)、掺Al的ZnO(AZO)、掺硼的ZnO(BZ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于沉积含硫族元素的化合物半导体材料的沉积系统，包括：真空盒，所述真空盒连接至真空泵；溅射系统，所述溅射系统包括位于所述真空盒中的至少一个溅射靶，其中所述溅射系统被配置为在所述真空盒中的衬底上沉积材料，所述材料包括含硫族元素的化合物半导体材料的至少一个组分；含硫族元素的气体源；以及气体分配歧管，所述气体分配歧管具有供应侧和分配侧，其中：所述分配侧具有多个开口区域，所述多个开口区域具有独立的温度控制；并且所述供应侧连接至所述含硫族元素的气体源。

【技术特征摘要】
2016.08.03 US 15/227,6881.一种用于沉积含硫族元素的化合物半导体材料的沉积系统，包括：真空盒，所述真空盒连接至真空泵；溅射系统，所述溅射系统包括位于所述真空盒中的至少一个溅射靶，其中所述溅射系统被配置为在所述真空盒中的衬底上沉积材料，所述材料包括含硫族元素的化合物半导体材料的至少一个组分；含硫族元素的气体源；以及气体分配歧管，所述气体分配歧管具有供应侧和分配侧，其中：所述分配侧具有多个开口区域，所述多个开口区域具有独立的温度控制；并且所述供应侧连接至所述含硫族元素的气体源。2.根据权利要求1所述的沉积系统，其中所述沉积系统进一步包括至少一个卷轴或辊子，所述至少一个卷轴或辊子被配置为，将处于竖直定向中的衬底沿着从所述真空盒上的输入端口到所述真空盒上的输出端口的第一方向连续地移动。3.根据权利要求2所述的沉积系统，其中所述沉积系统被配置为将所述衬底的前表面保持在一平面中，所述平面沿着所述第一方向及一第二方向延伸，所述第二方向垂直于所述第一方向且沿着所述衬底的宽度方向。4.根据权利要求3所述的沉积系统，其中所述多个开口区域包括沿所述第二方向安排的多个开口。5.根据权利要求3所述的沉积系统，其中所述多个开口区域包括沿所述第一方向和所述第二方向延伸的分立的开口的二维阵列。6.根据权利要求3所述的沉积系统，其中所述多个开口区域包括单个连续的开口，所述单个连续的开口在其不同的区域具有独立的温度控制。7.根据权利要求1所述的沉积系统，进一步包括多个独立控制的加热元件，其中每个相应的加热元件位于所述多个开口区域中的相应的一个附近。8.根据权利要求7所述的沉积系统，其中每个相应的加热元件包括电阻式或电感式加热元件。9.根据权利要求7所述的沉积系统，其中所述多个开口区域中的每一个包括气体分配歧管的体积的子组，所述气体分配歧管的体积的子组至少部分地由气体分配歧管的表面的相应子组所界定，并且其中相应的加热元件位于所述气体分配歧管的表面的相应子组附近。10.根据权利要求9所述的沉积系统，其中：所述气体分配歧管的表面的相应子组在气体分配歧管中包括相应的导管，该导管通向所述多个开口区域中相应的一个开口区域；并且所述相应的加热元件位于所述相应的导管附近。11.根据权利要求10所述的沉积系统，其中所述开口区域中的每一个被配置为由温度测量设备和温度控制器的相应组合进行控制，所述温度控制器向相应的加热元件提供受控的功率输出。12.根据权利要求11所述的沉积系统，其中所述温度测量设备是热电偶，该热电偶...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·T·塔斯，海因里希·冯·比诺，罗伯特·马丁森，
申请(专利权)人：北京铂阳顶荣光伏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11