用于将薄膜沉积到柔性基底上的系统和方法技术方案

本申请涉及用于将薄膜沉积到柔性基底上的系统和方法，用于将薄膜层沉积到柔性铁磁基底上的系统和方法包括沉积区中的多孔块和嵌入多孔块内的多个磁体。磁体在柔性铁磁基底上提供向下的力，该柔性铁磁基底在多孔块上方例如在卷盘到卷盘系统中被输送。加压气体被迫向上穿过多孔块，提供向上的力，该向上的力平衡向下的力并将基底支撑在多孔块上方的期望高度处。因此，基底在经过沉积区的输送过程中保持平整，使得薄膜层能够均匀沉积。

Systems and methods for depositing thin films on flexible substrates

【技术实现步骤摘要】
用于将薄膜沉积到柔性基底上的系统和方法
本公开涉及用于将薄膜层沉积到柔性基底上的系统和方法。更具体地，所公开的实施方案涉及用于将柔性基底输送经过沉积区的磁性空气轴承。
技术介绍
薄膜涂层(例如，半导体层)可以通过化学沉积施加到柔性基底。沉积过程可以包括将基底输送经过温度受控的化学浴沉积区。化学浴沉积通常对基底平整度的变化非常敏感。基底相对于下方的热源和上方的浴液水平的高度变化可能影响诸如溶液中的深度、混合和热传递的因素，导致沉积层中的不均匀。因此，希望在沉积期间保持基底平整；然而，平整输送基底经过沉积区的已知的解决方案存在缺点。例如，以高张力将基底跨越下层背板机械地保持是困难的，并且未完全消除基底高度的变化。磁体或真空可以用来将基底拉平抵靠背板，但是这种构造中的摩擦经常导致基底撕裂，尤其是如果浴液从下面渗出时。
技术实现思路
因此，需要用于平整输送柔性基底经过沉积区的系统和方法。本公开提供了与用于薄膜沉积的柔性基底的平整输送相关的系统和方法。在一些实施方案中，用于将薄膜半导体层沉积到柔性基底上的系统可以包括：放出辊和卷取辊，其被共同构造为将柔性基底输送经过沉积区；多孔块，该多孔块具有设置在沉积区内并被构造为利用空气压力支撑基底的大体上平整的近侧表面，以及与大体上平整的上表面相对的远侧；嵌入多孔块内的多个磁体；泵，其被构造为迫使加压气体穿过多孔块，且由此保持基底和多孔块的近侧表面之间的间隙；包含镉的第一溶液的供应部；第一溶液分配器，其被构造为在沉积区内在第一纵向位置处将第一溶液分配到基底上；包含硫的第二溶液的供应部；第二溶液分配器，其被构造为在沉积区内在第二纵向位置处将第二溶液分配到基底上；以及加热器，其被构造为当第一溶液和第二溶液组合时，将基底加热到足以使硫化镉成核的温度。在一些实施方案中，将薄膜n型半导体层沉积到柔性基底上的方法可以包括：将基底输送经过沉积区；在沉积区内，用向下的磁力将基底拉向多孔下层表面；在沉积区内，平衡向下的磁力与由向上流过多孔下层表面的加压气体提供的向上的力；在沉积区内在第一纵向位置处，将包含金属的第一溶液分配到基底上，所述金属选自由铜、银、金、锌、镉、汞、铅、硼、铝、镓、铟和铊组成的组；以及在沉积区内在第二纵向位置处将包含硫族元素的第二溶液分配到基底上，所述硫族元素选自由氧、硫、硒和碲组成的组。在一些实施方案中，将薄膜n型半导体层沉积到柔性基底上的方法可以包括：将基底输送经过沉积区；在沉积区内，用向下的磁力将基底拉向下层表面；在沉积区内，用由向上流过下层表面的孔的加压气体提供的向上的力将基底推离下层表面；在沉积区内在第一纵向位置处，将包含金属的第一溶液分配到基底上，所述金属选自由铜、锌和镉组成的组；以及在沉积区内在第二纵向位置处将包含硫的第二溶液分配到基底上。特征、功能和优点可以在本公开的各种实施方案中独立实现，或者可以在另外的其他实施方案中组合，其另外的细节可以参考下面的描述和附图被看到。附图说明图1是根据本教导的方面的用于将薄膜层沉积到柔性基底上的说明性系统的示意图。图2是结合图1的系统使用的具有嵌入式磁体的示例性多孔块的等轴测视图。图3是结合图2的多孔块使用的示例性磁体组件的等轴测视图。图4是描绘结合图1的系统使用的示例性加热器块的底表面的等轴测视图。图5是描绘图4的加热器块的顶表面的等轴测视图。图6是通过图1的系统输送示例性柔性基底的等轴测视图。图7是根据本教导的方面的将薄膜n型半导体层沉积到柔性基底上的说明性方法的流程图。图8是将薄膜n型半导体层沉积到柔性基底上的另一说明性方法的流程图。具体实施方式用于将薄膜半导体层沉积到柔性基底上的系统的各个方面和示例以及相关方法将在下面描述并在相关附图中示出。除非另有规定，否则用于薄膜沉积的系统和/或其各种部件可以但不要求包含在本文中描述、示出和/或并入的结构、部件、功能和/或变化中的至少一个。此外，除非特别排除，否则结合本教导在本文描述、示出和/或并入的过程步骤、结构、部件、功能和/或变化可以被包括在其他类似的设备和方法中，包括在公开的实施方案之间可互换。各种示例的下面的描述本质上仅仅是示例性的，且决不意图限制本公开、其应用或使用。另外，由如下所述的示例和实施方案提供的优点本质上是说明性的，且并非所有示例和实施方案都提供相同的优点或相同程度的优点。概要本公开涉及用于将薄膜层沉积到柔性基底上的系统和方法。根据本教导的方面，用于将薄膜层沉积到柔性基底上的系统包括沉积区，例如化学浴、化学气相沉积室或溅射室。柔性基底被输送经过沉积区，使得薄膜可以沉积在其上。沉积膜的均匀性至少部分由输送过程中基底的平整度决定。因此，本文公开的薄膜沉积系统包括磁性空气轴承系统(magneticairbearingsystem)，磁性空气轴承系统被构造为使基底在经过沉积区的输送过程中保持平整。磁性空气轴承系统可以包括设置在沉积区内的多孔表面，使得输送柔性基底经过沉积区包括使柔性基底在多孔表面上方通过。多孔表面包含多个磁体，这些磁体被构造成施加向下的力，该向下的力倾向于将基底向下拉向多孔表面。流经多孔表面的加压气体提供了相反的向上的力。相反的向上的力和向下的力被构造成产生净力，该净力将柔性基底保持在多孔表面上方的选定高度；即，在基底和多孔表面之间保持间隙。平衡的向上和向下的力将柔性基底保持在大体上平整的状态，允许薄膜层的大体上均匀的沉积。图1是描绘根据本公开的方面的用于将薄膜沉积到柔性基底上的示例性沉积系统的示意性框图，该沉积系统通常用100表示。沉积系统100包括放出辊110和卷取辊115，放出辊110和卷取辊115被构造成输送柔性铁磁基底120经过沉积区130。基底120(也可称为卷材(web))从放出辊110送出，并卷绕到卷取辊115上。例如，卷取辊115可以被构造成旋转，使得基底120从放出辊110展开，被拉动经过沉积区130，并卷绕到卷取辊115上。放出辊110和卷取辊115可以是卷盘到卷盘过程(reel-to-reelprocess)(也称为卷到卷或卷材过程(roll-to-rollorwebprocess))的一部分。基底120可以包括薄膜层和/或半导体层；即，沉积系统100可用于在现有薄膜层之上沉积新的薄膜层。多孔块140(其也可称为多孔背板)设置在沉积区130内。多孔块140包括靠近基底120的大体上平整的顶部多孔块表面142和远离基底120的与顶部多孔块表面相对的底部多孔块表面143。多孔块140包括多个孔洞、通道和/或孔145。孔145的尺寸和孔在整个多孔块140中的分布足以使空气或另外的气体能够大致均匀地流过多孔块的表面。多孔块140可以由多孔石墨、泡沫或另外的合适的多孔材料形成。在其他示例中，多孔块140由金属或另外的其他非多孔表面形成，孔口已经被切割或钻孔到该表面中。气体源150迫使加压气体(未示出)穿过多孔块140(即，穿过孔145)。气体源150可以是泵、压缩机或任何其他加压气体源。气体可以是空气、惰性气体或任何其他合适的气体。气体以向上的力160向上推动顶部多孔块表面142上方的物体。多孔块140因此被构造成用气体压力支撑基底120，如果气体是空气，则包括空气压力。向上的力160足以防止基底120和顶部多孔块表面1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将薄膜半导体层沉积到柔性基底上的系统，包括：放出辊和卷取辊，所述放出辊和所述卷取辊共同构造成将柔性基底输送经过沉积区；多孔块，其具有大体上平整的近侧表面以及与所述大体上平整的近侧表面相对的远侧，所述大体上平整的近侧表面设置在所述沉积区内并被构造为利用空气压力支撑所述基底；多个磁体，其嵌入所述多孔块内；泵，其被构造为迫使加压气体穿过所述多孔块，并由此保持所述基底和所述多孔块的所述大体上平整的近侧表面之间的间隙；第一溶液的供应部，所述第一溶液包含镉；第一溶液分配器，其被构造为在所述沉积区内在第一纵向位置处将所述第一溶液分配到所述基底上；第二溶液的供应部，所述第二溶液包含硫；第二溶液分配器，其被构造为在所述沉积区内在第二纵向位置处将所述第二溶液分配到所述基底上；和加热器，其被构造为当所述第一溶液和所述第二溶液组合时，将所述基底加热到足以使硫化镉成核的温度。

【技术特征摘要】
2018.04.03 US 15/944,1891.一种用于将薄膜半导体层沉积到柔性基底上的系统，包括：放出辊和卷取辊，所述放出辊和所述卷取辊共同构造成将柔性基底输送经过沉积区；多孔块，其具有大体上平整的近侧表面以及与所述大体上平整的近侧表面相对的远侧，所述大体上平整的近侧表面设置在所述沉积区内并被构造为利用空气压力支撑所述基底；多个磁体，其嵌入所述多孔块内；泵，其被构造为迫使加压气体穿过所述多孔块，并由此保持所述基底和所述多孔块的所述大体上平整的近侧表面之间的间隙；第一溶液的供应部，所述第一溶液包含镉；第一溶液分配器，其被构造为在所述沉积区内在第一纵向位置处将所述第一溶液分配到所述基底上；第二溶液的供应部，所述第二溶液包含硫；第二溶液分配器，其被构造为在所述沉积区内在第二纵向位置处将所述第二溶液分配到所述基底上；和加热器，其被构造为当所述第一溶液和所述第二溶液组合时，将所述基底加热到足以使硫化镉成核的温度。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多孔块由多孔石墨形成。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述加热器是邻近所述多孔块的所述远侧设置的第一加热器。4.根据权利要求3所述的系统，还包括设置在所述多孔块的所述大体上平整的近侧表面上方的第二加热器。5.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一加热器嵌入附接到所述多孔块的加热器块中。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述磁体嵌入形成在所述多孔块的所述远侧中的狭槽中。7.根据权利要求6所述的系统，还包括保持杆，所述保持杆附接到所述多孔块的所述远侧并且构造成将所述磁体保持在所述狭槽内。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述磁体相对于所述基底的输送方向斜对地定向，并且被布置成多个排，在每对相邻的排之间形成空气流动通道。9.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其中所述系统被构造为保持所述间隙在5微米和50微米之间。10.根据权利要求9所述的系统，其中所述系统被构造为保持所述间隙在所述基底的侧向边缘附近比在所述基底的中心处大，以形成具有向上翘的边缘的通道。11.一种将薄膜n型半导体层沉积到柔性基底上的方法，包括：将所述基底输送经过沉积区；当将所述基底输送经过所述沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯科特·维德曼，
申请(专利权)人：环球太阳能公司，
类型：发明
国别省市：美国,US