辊到辊蒸发系统和制造IBIIIAVIA族光电装置的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供方法和设备，该方法和设备采用从一个或更多个组分供给源蒸发的组分，以形成前体层的一个或更多个膜，该前体层形成在连续柔性工件的表面上。具有特别意义的是蒸汽淀积系统的实施，这些蒸汽淀积系统影响连续柔性工件的水平布置部分和连续柔性工件的竖向布置部分，优选地与连续柔性工件的部分的短自由跨度区一道。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用来制备半导体膜的薄膜的方法和设备，这些半导体膜用于辐射探测器和光电用途。
技术介绍
太阳能电池是将太阳光直接转换成电力的光电装置。大多数普通太阳能电池材料是硅，硅呈现为单晶或多晶晶片的形式。然而，使用硅基太阳能电池产生的电能的成本比由更为传统的方法产生的电能的成本高。因此，从1970年代早期起，对于地区使用已经有降低太阳能电池成本的努力。降低太阳能电池成本的一种途径是开发低成本薄膜生长技术，这些技术可将太阳能电池质量的吸收材料淀积在大面积基片上；并且使用高生产率、低成本方法构造这些装置。IBIIIAVIA族化合物半导体是用于薄膜太阳能电池结构的优良吸收材料。IBIIIAVIA族化合物半导体包括如下的一些周期表的IB族元素，如铜(Cu)、银(Ag)以及金(Au);周期表的IIIA族元素，如硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)以及(Tl);以及周期表的VIA族元素，如氧(O)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)以及钋(Po)。特别是，Cu、In、Ga、Se及S的化合物已经用在太阳能电池结构中，这些化合物一般称作CIGS (S)、或Cu (In,Ga) (S、Se)2或CuIrvxGax (SySei_y)k，其中O彡x彡1，0彡y彡1，k近似是2，这些太阳能电池结构产生接近20%的转换效率。包含IIIA族元素Al和/或VIA族元素Te的吸收剂也有前途。因此，对于太阳能电池用途，对包含如下的化合物感兴趣i)来自IB族的Cu;ii)来自IIIA族的In、Ga以及Al中的至少一种；及iii)来自VIA族的S、Se以及Te中的至少一种。IA族的碱金属，如K、Na及Li，常常包括在CIGS (S)吸收剂中作为掺杂物，以改进它们的光电性能。常规IBIIIAVIA族化合物光电池10，如Cu (In, Ga, Al) (S、Se、Te) 2薄膜太阳能电池，的结构表示在图I中。光电池10包括基体11，该基体11具有基片12和导电层13，该导电层13形成在基片上。基片12可以是玻璃片、金属片、绝缘箔或腹板、或导电箔或腹板。吸收薄膜14形成在导电层13上，该吸收薄膜14包括在Cu (In, Ga, Al) (S、Se、Te)2的族系中的材料。导电层可以是Mo、Ta、W、或Ti层，并且起到对于光电池的欧姆接触的作用。然而，如果基片12是适当选择的导电材料，如Ta箔或Mo箔，则也可能的是，不使用导电层，因为基片12可以用作对于光电池的欧姆接触。在形成吸收膜14之后，透明层15，例如CdS、ZnO或CdS/ZnO膜的叠堆，形成在吸收膜上。光16穿过透明层15进入光电池10。金属栅格(未示出)形成在透明层15上，以减小装置的有效串联电阻。吸收膜14的优选电气类型是P型，并且透明层15的优选电气类型是η型。然而，也可以形成η型吸收剂和P型窗口层。在图I中所示的装置结构被称为基片型结构。所谓的覆盖层型结构也可通过如下方式形成将透明导电层淀积在透明基片上，如淀积玻璃或透明聚合物箔上；然后淀积Cu(In、Ga、Al) (S、Se、Te) 2吸收膜；最后由导电层形成对于装置的欧姆接触。在覆盖层结构中，光从透明覆盖层侧进入装置。用来生长用于太阳能电池用途的Cu (In、Ga) (S、Se) 2型吸收薄膜的一种技术是两阶段过程，其中，首先将Cu (In、Ga) (S、Se)2材料的金属成分或组分，即Cu、In及Ga，淀积到基片上，并且然后在高温退火过程中，与非金属组分(或半金属组分)反应，即与S和/或Se反应。可选择地 ，VIA族材料层也可包括在前体中。例如，Se和/或S可淀积在Cu、In和/或Ga膜的叠堆上，并且这个前体叠堆在升高的温度(400-600° C)下退火，以开始在金属元素和VIA族材料(一种或更多种)之间的反应而形成Cu (In、Ga) (S、Se)2K合物。在退火期间，另外的Se和/或S源，如Se和S蒸汽、或含Se和S气体，也可输送到反应器中。到相邻站和设备的硒蒸汽迁移，是在使用Se蒸发器的淀积系统中的重要问题。在这样的系统中，在淀积期间，硒蒸汽迁移到相邻淀积站或端部站和机构，如在端部站中的缠绕机构或在淀积期间支承腹板的各个辊。一种现有技术解决方案是增大腹板的自由跨度距离，以将相邻站和缠绕机构移动而远离硒蒸发器。然而，这种解决方案存在缺陷，因为较长跨度使腹板按悬垂形状下垂，这由于不均匀张力导致在淀积层中的均匀性的降级。这样大的自由跨度也增加了系统的占地面积。在图I中所示的吸收层14除形成吸收层要求的基本元素(Cu、In、Ga、Se和/或S)之外，可以包含掺杂元素，如Na，以提高电池性能。对于IBIIIAVIA族吸收层关于可能掺杂物的以前研究已经表明，碱金属，如Na、K以及Li，影响这样的吸收层的结构和电气性能。特别是，在CIGS层中Na的包括表明，对于它们的结构和电气性能和对于提高太阳能电池的转换效率是有益的-该太阳能电池构造在这样的层上，条件是其浓度被良好地控制。实现VIA族材料和/或掺杂材料淀积的系统的设计，对于所生成的吸收膜的质量、太阳能电池的效率、生产率、材料利用率及过程的成本是关键的。来自热源的淀积通量往往在淀积过程期间显著地变化。具有测量和控制淀积通量的能力对于过程稳定性是关键的。因此，需要能够高效地淀积这样的层的新型过程和工具，以形成用于太阳能电池的高质量、低成本CIGS型吸收层。
技术实现思路
本专利技术所提供的方法和设备采用从一个或更多个组分供给源蒸发的组分，以形成前体层的一个或更多个膜，该前体层形成在连续柔性工件的表面上。具有特别意义的是蒸汽淀积系统的实施，这些蒸汽淀积系统在连续柔性工件的水平布置部分和连续柔性工件的竖向布置部分上操作，优选地与连续柔性工件的部分的短自由跨度区一道。在一个方面，提供的是一种辊到辊系统，该辊到辊系统用来将IA族和VIA族材料的多个膜淀积在连续片形工件的前部表面上，该连续片形工件在工艺方向上前进，该辊到辊系统包括工艺外壳，穿过该工艺外壳，连续片形工件在工艺外壳的进入开口与离开开口之间前进，工艺外壳包括第一工艺段和第二工艺段，该第一工艺段由工艺外壳的水平周缘壁布置，该第二工艺段由工艺外壳的竖向周缘壁布置，其中，第一工艺段与连续片形工件的水平布置部分相关联，并且第二工艺段与连续片形工件的竖向布置部分相关联；工件张紧和驱动组件，用来使连续片形工件在工艺方向上在工艺外壳的进入开口与离开开口之间前进；第一淀积站，包括至少一个第一淀积单元，该至少一个第一淀积单元布置在第一工艺段处，以当连续片形工件穿过至少第一淀积单元前进时，将第一膜连续地淀积到连续片形工件的水平布置部分上；及第二淀积站，包括至少一个第二淀积单元，该至少一个第二淀积单元布置在第二工艺段处，以当连续片形工件穿过至少第二淀积单元前进时，将第二膜连续地淀积到连续片形工件的竖向布置部分上；其中，第一淀积站和第二淀积站中的一者直接淀积到连续片形工件的前部表面部分上，以得到新的前部表面部分，并且第一淀积站和第二淀积站中的另一者淀积到新的前部表面部分上。在对于上述方案的一个优选方面中，第一淀积站直接淀积到连续片形工件的前部表面部分上，以得到新的前部表面部分，并且第二淀积站淀积到新的前部表面部分上。在另一个方面，提供的是一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.15 US 61/295,567;2010.04.28 US 12/769,3211.一种辊到辊系统，用来将IA族和VIA族材料的多个膜淀积在连续片形エ件的前部表面上，该连续片形エ件在エ艺方向上前迸，该辊到辊系统包括 エ艺外売，穿过该エ艺外売，所述连续片形エ件在所述エ艺外壳的进入开ロ与离开开ロ之间前进，所述エ艺外壳包括第一エ艺段和第二エ艺段，该第一エ艺段由所述エ艺外壳的水平周缘壁布置，该第二エ艺段由所述エ艺外壳的竖向周缘壁布置，其中，所述第一エ艺段与所述连续片形エ件的水平布置部分相关联，并且所述第二エ艺段与所述连续片形エ件的竖向布置部分相关联； エ件张紧和驱动组件，其用来使所述连续片形エ件在所述エ艺方向上在所述エ艺外壳的所述进入开ロ与所述离开开ロ之间前进； 第一淀积站，其包括至少ー个第一淀积单元，该至少ー个第一淀积单元布置在所述第ーエ艺段处，以当所述连续片形エ件穿过所述至少第一淀积单元前进时，将第一膜连续地淀积到所述连续片形エ件的所述水平布置部分上；及 第二淀积站，其包括至少ー个第二淀积单元，该至少ー个第二淀积单元布置在所述第ニエ艺段处，以当所述连续片形エ件穿过所述至少第二淀积单元前进时，将第二膜连续地淀积到所述连续片形エ件的所述竖向布置部分上； 其中，所述第一淀积站和第二淀积站中的一者直接淀积到所述连续片形エ件的前部表面部分上，以得到新的前部表面部分，并且所述第一淀积站和第二淀积站中的另ー者淀积到所述新的前部表面部分上。2.根据权利要求I所述的系统，其中，所述第一淀积站直接淀积到所述连续片形エ件的所述前部表面部分上，以得到所述新的前部表面部分，并且所述第二淀积站淀积到所述新的前部表面部分上。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第二膜的所述淀积发生，同时在淀积所述第ニ膜时，不存在与设置在所述第二淀积单元中的所述连续片形エ件的所述竖向布置部分的相应后部表面的物理接触。4.根据权利要求2所述的系统，还包括加载腔室和卸载腔室，所述加载腔室和卸载腔室分别可密封地连接到所述エ艺外壳的所述进入开口和所述离开开口上。5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述加载腔室包括供给辊，所述连续片形エ件使用所述エ件张紧和驱动组件从该供给辊穿过所述进入开口前进到所述エ艺外壳中，并且其中，所述卸载腔室包括接收辊，穿过所述离开开ロ从所述エ艺外壳接收的所述连续片形エ件绕该接收辊包覆。6.根据权利要求5所述的系统，其中，卸载站包括计量工具以测量所述第一膜和第二膜的厚度，并且将所述第一膜和第二膜的測量厚度的反馈提供给淀积控制系统。7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述连续片形エ件的所述水平布置部分布置在水平自由跨度区中的所述第一エ艺段内，在该水平自由跨度区中，所述连续片形エ件的所述水平布置部分不被支承，所述水平自由跨度区通过张紧在第一辊与第二辊之间的所述连续片形エ件的所述水平布置部分而建立在所述第一辊与第二辊之间，当所述连续片形エ件在所述第一エ艺段内前进时，使用所述エ件张紧和驱动组件使所述连续片形エ件的所述水平布置部分的后部表面靠置在所述第一辊和第二辊上，其中，所述连续片形エ件的所述水平布置部分在所述水平自由跨度区中大体上是平坦的。8.根据权利要求7所述的系统，其中，在所述第一辊与所述第一エ艺段之间设有第一可密封开ロ，并且在所述第一エ艺段与所述第二辊之间设有第二可密封开ロ，以密封所述第一エ艺段，并且其中，所述连续片形エ件通过所述第一可密封开口和第二可密封开ロ。9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述连续片形エ件的所述竖向布置部分布置在竖向自由跨度区中的所述第二エ艺段内，在该竖向自由跨度区中，所述连续片形エ件的所述竖向布置部分不被支承，所述竖向自由跨度区通过张紧在第二辊与第三辊之间的所述连续片形エ件的所述竖向布置部分而建立，当所述连续片形エ件在所述第二エ艺段内前进时，使用所述エ件张紧和驱动组件使所述连续片形エ件的所述竖向布置部分的所述后部表面靠置在所述第二辊和第三辊上，其中，所述连续片形エ件的所述竖向布置部分在所述竖向自由跨度区中大体上是平坦的。10.根据权利要求9所述的系统，其中，在所述第二辊与所述第二エ艺段之间设有第三 可密封开ロ，并且在所述第二エ艺段与所述第三辊之间设有第四可密封开ロ，以密封所述第二エ艺段，并且其中，所述连续片形エ件通过所述第三可密封开口和第四可密封开ロ。11.根据权利要求2所述的系统，其中，所述至少第一淀积单元包括第一蒸发设备，用以蒸汽淀积所述第一膜，并且所述至少第二淀积单元包括第二蒸发设备，用以蒸汽淀积所述第二膜。12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一周缘壁和第二周缘壁的内表面都用保护性屏蔽物屏蔽，以收集来自所述第一蒸发设备和第二蒸发设备的过量蒸汽。13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一蒸发设备淀积IA族材料，所述第二蒸发设备淀积VIA族材料。14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述VIA族材料是Se，并且其中，所述IA族材料是Na、K及Li中的ー种。15.根据权利要求11所述的系统，其中，卸载站包括计量工具以测量所述第一膜和第ニ膜的厚度，并且将所述第一膜和第二膜的測量厚度的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·瓦斯克斯，J·弗赖塔格，M·皮纳巴斯，
申请(专利权)人：索罗能源公司，
类型：
国别省市：