沉积材料的热蒸发设备、用途和方法技术

用于将材料沉积在基材上的热蒸发设备，所述设备包括：材料储存装置；加热装置以在材料储存装置中产生材料蒸气；蒸气出口装置，包括具有蒸气出口通道的蒸气接收管和设置使蒸气出口装置朝向所述基材的外表面表现出低辐射的减辐射装置，和其中所述设备另外包括在所述蒸气出口装置内部的管加热装置，其中至少设置与材料蒸气接触的材料储存装置、加热装置、减辐射装置以及管加热装置的表面是耐腐蚀材料。另外，用于将材料沉积在基材上的热蒸发设备包括：设置用于在其内部接收在材料储存装置中加热的材料蒸气和具有蒸气出口通道的蒸气出口装置，其中所述蒸气出口装置基本由耐腐蚀材料构成和气密程度使所述材料蒸气可获得充足的动态压力以将所述材料均匀沉积在所述基材上。以及所述设备的用途，和通过热蒸发将材料沉积到基材上的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于将多种薄膜以高沉积速率沉积在基材上的热蒸发设备，和更具体地本专利技术涉及特别是当沉积腐蚀性材料例如硒(Se)时 改进这样的设备以获得更耐用的热蒸发设备。
技术介绍
例如，在制备CIS太阳能电池组件的Cu(In，Ga) (S，Se)2半导体层 过程中，热气相沉积法(本文称为"TVD")是沿用已久的将硒(Se)薄膜 ;兄积在大表面基材上的方法。在用于制备含热气相沉积材料薄膜的装置的工业生产工艺中，需 遵守数个通用要求。例如，当TVD在高温下进行时可以实现需要十分 高的沉积速率的工业生产工艺以满足对效率的要求。另外的要求涉及 用于TVD的设备的耐用性。因为较高的温度导致更大的磨损和降低的 设备寿命周期，所以前一个要求与后一个要求互相抵触。此外，更高 的温度增加了待通过TVD沉积的材料的受污染风险，特别是当要沉积 腐蚀性材料例如硒(Se)时。特别地，在太阳能电池半导体CIS薄膜领 域，这种污染可能在半导体中产生劣化其性能的杂质阱。最终，由于 高处理温度引起的高腐蚀影响使得难以实现工业生产工艺另外要求的 设备性能的稳定性。DE 100 H 5!30 Cl描述了带有细长蒸气出口管和在蒸气出口管内 部同轴放置的加热棒的蒸气源。DE 100 21 530 Cl的蒸气源特别设计 用于CIS薄膜太阳能电池的生产工艺。在两个熔炉中加热待沉积的材 料从而产生蒸气和将蒸气供应至含出口开孔的加热后蒸气出口管，蒸 气通过蒸气出口管从蒸气源排出以被沉积在基材上。DE 100 21 530 Cl 中提到在CIS太阳能电池生产工艺中可序列排布连续使用数个蒸气源以沉积不同材料。EP 1 424 404 A描述了含电加热熔炉的热蒸发设备，待沉积的材料在熔炉中储存和熔化以产生蒸气。在含出口开孔的蒸气管中接收蒸气，蒸气管的出口开孔允许蒸气从蒸气管排出。蒸气管被加热器包覆， 和排布辐射反射器以将加热器提供的热导向蒸气管。存在对可在高沉积速率下沉积任意的材料包括腐蚀性材料例如硒 (Se)的热蒸发设备的需求。还存在对可在多至和高于400。C的高温下、和在甚至更高的温度下 操作以获得高沉积速率的热蒸发设备的需求。另外还存在对即使在高温和在腐蚀性材料例如硒(Se)存在下耐磨 损的热蒸发设备的需求。另外还存在对特别适用于在CIS太阳能电池的生产工艺中使用的 热蒸发设备的需求。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于将材料沉积在基材上的热蒸发设备，所述设 备包括-材料储存装置，用于接收待沉积的材料，其中至少设置与材料蒸 气接触的材料储存装置的表面是耐腐蚀材料的，例如但不限于以下物 质的材料石英、熔融二氧化硅、陶瓷、石墨和碳纤维强化碳(CFC);-加热装置，用于加热材料储存装置中的材料以产生材料蒸气；-蒸气出口装置，设置用于在其内部接收在所述材料储存装置中加 热后的材料蒸气，所述蒸气出口装置包括-蒸气接收管，其具有蒸气出口通道，其中至少设置与材料蒸气接 触的蒸气接收管的表面是耐腐蚀材料的，例如但不限于以下物质的材 料石英、熔融二氧化硅、陶瓷、石墨和碳纤维强化碳(CFC)，和-减辐射装置，设置用于使蒸气出口装置朝向所述基材的外表面表 现出低辐射，其中至少设置与材料蒸气接触的减辐射装置的表面是耐 腐蚀材料的，例如但不限于以下物质的材料熔融二氧化硅和陶瓷，和其中所述设备另外包括-管加热装置，设置于所述蒸气出口装置的内部，优选为沿所述蒸 气接收管的纵轴延伸或与所述蒸气接收管的纵轴平行的线型管加热装 置，所述管加热装置提供有设置与材料蒸气接触和由耐腐蚀材料形成 的耐腐蚀外表面，所述耐腐蚀材料例如但不限于以下物质的材料石 英、熔融二氧化硅、陶瓷和石墨。在权利要求1中也描述了上述的热蒸发设备。在从属权利要求中 描述了优选的实施方案。所述热蒸发设备允许在高沉积速率下沉积腐蚀性材料例如硒 (Se)。与蒸气接触的组件的表面是耐腐蚀材料的。通过减辐射装置可实现特别的有益效果，该效果允许即使在高温 例如高于350。C、 400°C、或高于400。C下操作蒸气出口装置时，至少 在朝向基材的方向上减少蒸气出口装置的热辐射，使得从蒸气出口装 置通过辐射对基材的加热降低至可接受的水平和到达基材的材料不会 从基材表面再次蒸发。在CIS太阳能电池的生产工艺中、和特别是用 于使硒沉积在CIS薄膜的前体上时可有利地使用所述设备。该前体包 括一系列组成待形成的CIS层的具有不同化学组成的层。在硒沉积之 后，需对前体进行热处理以形成CIS层。在硒沉积期间，带有前体的 基材的温度优选不超过一定的最大温度。所^最大温度通过考虑硒的 粘附系数测定，所述粘附系数是沉积和再蒸发之间平衡的量度标准。 硒沉积适合的最大温度是90°C，优选80。C，更优选70"C。适宜地，减辐射装置表现出低辐射，这是由于它包含具有低辐射 系数的材料或由具有低辐射系数的材料制得。材料的辐射系数是由材 料辐射的能量与由相同温度的黑体辐射的能量的比，和通常表示为 O-l的无量纲数值s。当￡=1时是黑体。适宜地，减辐射装置的辐射 系数为0. 6或更小、优选O. 5或更小、更优选O. 3或更小。在常规操 作期间，基材方向上的辐射和辐射系数是特别相关的。根据本专利技术另 一个方面的用于将材料沉积在基材上的热蒸发设备 包括-材料储存装置，用于接收待沉积的材料，所述材料储存装置由耐腐蚀材料构成，所述耐腐蚀材料例如但不限于以下物质的材料石英、 溶融二氧化硅、陶资、石墨和碳纤维强化碳(CFC);-加热装置，用于加热材料储存装置中的材料以产生材料蒸气；和 -蒸气出口装置，设置用于在其内部接收在所述材料储存装置中加 热后的材料蒸气和具有蒸气出口通道，其中所述蒸气出口装置基本由 耐腐蚀材料构成，所述耐腐蚀材料例如但不限于以下物质的材料石 英，熔融二氧化硅，陶资，石墨和碳纤维强化碳(CFC)，和其中所述蒸气出口装置的气密程度使所述材料蒸气可获得充足的动态压力以将所 述材料均匀沉积在所述基材上。权利要求21中也描述了上述的热蒸发设备。在从属权利要求中描 述了优选的实施方案。本专利技术另外的优点是蒸气出口对于蒸发材料例如腐蚀性Se蒸气而 言是充分气密性的。这也允许建立用于均匀沉积蒸气材料的足够动态 压力。本专利技术进一步涉及使用本专利技术的热蒸发设备以将材料沉积在基材 上，特别地其中所述材料是硒，和更特别地其中所述基材包括CIS层 的前体或前体层。此外，本专利技术提供一种通过热蒸发将材料沉积到基材上的方法， 所述方法包括-提供热蒸发设备，所述热蒸发设备包括用于接收待沉积材料的可 加热的材料储存装置；和设置用于在其内部接收在所述材料储存装置 中加热后的材料蒸气和具有蒸气出口通道的可加热的蒸气出口装置；-在材料热蒸发期间选择基材的最大温度；-提供用于蒸气、出口装置的减辐射装置，所述减辐射装置使朝向所 述基材的蒸气出口装置外表面表现出足够低的辐射，从而在材料热蒸 发期间使所述基材不被加热至高于最大温度；和-操作热蒸发设备，包括加热材料储存装置和蒸气出口装置以蒸发 材料和将材料沉积在基材上。最大温度的选取考虑关于沉积后的材料从基材再蒸发的参数例如 粘附系数，和/或考虑基材或部分基材的热稳定性。在具体的实施方案中，所述材料是硒，和更具体地所述基材包括热平衡下的CIS层的前体或前体本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于将材料沉积在基材上的热蒸发设备，所述设备包括：　－材料储存装置，用于接收待沉积的材料，其中至少设置与材料蒸气接触的材料储存装置的表面是耐腐蚀材料的，例如但不限于以下物质的材料：石英、熔融二氧化硅、陶瓷、石墨和碳纤维强化碳（ＣＦＣ） ；　－加热装置，用于加热材料储存装置中的材料以产生材料蒸气；　－蒸气出口装置，设置用于在其内部接收在所述材料储存装置中加热后的材料蒸气，所述蒸气出口装置包括：　－蒸气接收管，其具有蒸气出口通道，其中至少设置与材料蒸气接触的 蒸气接收管的表面是耐腐蚀材料的，例如但不限于以下物质的材料：石英、熔融二氧化硅、陶瓷、石墨和碳纤维强化碳（ＣＦＣ），和　－减辐射装置，设置用于使蒸气出口装置朝向所述基材的外表面表现出低辐射，其中至少设置与材料蒸气接触的减辐射装置的表面 是耐腐蚀材料的，例如但不限于以下物质的材料：熔融二氧化硅和陶瓷，和其中所述设备另外包括：　－管加热装置，设置于所述蒸气出口装置的内部，优选为沿所述蒸气接收管的纵轴延伸或与所述蒸气接收管的纵轴平行的线型管加热装置，所述管加热装置提供有与 材料蒸气接触和由耐腐蚀材料形成的耐腐蚀外表面，所述耐腐蚀材料例如但不限于以下物质的材料：石英、熔融二氧化硅、陶瓷和石墨。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：V普罗布斯特，W斯泰特尔，
申请(专利权)人：壳牌可再生能源有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]