輥到輥蒸發系統和制造IBIIIAVIA族光電裝置的方法制造方法及圖紙

本發明專利技術提供方法和設備，該方法和設備采用從一個或更多個組分供給源蒸發的組分，以形成前體層的一個或更多個膜，該前體層形成在連續柔性工件的表面上。具有特別意義的是蒸汽淀積系統的實施，這些蒸汽淀積系統影響連續柔性工件的水平布置部分和連續柔性工件的豎向布置部分，優選地與連續柔性工件的部分的短自由跨度區一道。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及用來制備半導體膜的薄膜的方法和設備，這些半導體膜用于輻射探測器和光電用途。
技術介紹
太陽能電池是將太陽光直接轉換成電力的光電裝置。大多數普通太陽能電池材料是硅，硅呈現為單晶或多晶晶片的形式。然而，使用硅基太陽能電池產生的電能的成本比由更為傳統的方法產生的電能的成本高。因此，從1970年代早期起，對于地區使用已經有降低太陽能電池成本的努力。降低太陽能電池成本的一種途徑是開發低成本薄膜生長技術，這些技術可將太陽能電池質量的吸收材料淀積在大面積基片上；并且使用高生產率、低成本方法構造這些裝置。IBIIIAVIA族化合物半導體是用于薄膜太陽能電池結構的優良吸收材料。IBIIIAVIA族化合物半導體包括如下的一些周期表的IB族元素，如銅(Cu)、銀(Ag)以及金(Au);周期表的IIIA族元素，如硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)以及(Tl);以及周期表的VIA族元素，如氧(O)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)以及釙(Po)。特別是，Cu、In、Ga、Se及S的化合物已經用在太陽能電池結構中，這些化合物一般稱作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，這些太陽能電池結構產生接近20%的轉換效率。包含IIIA族元素Al和/或VIA族元素Te的吸收劑也有前途。因此，對于太陽能電池用途，對包含如下的化合物感興趣i)來自IB族的Cu;ii)來自IIIA族的In、Ga以及Al中的至少一種；及iii)來自VIA族的S、Se以及Te中的至少一種。IA族的堿金屬，如K、Na及Li，常常包括在CIGS (S)吸收劑中作為摻雜物，以改進它們的光電性能。常規IBIIIAVIA族化合物光電池10，如Cu (In, Ga, Al) (S、Se、Te) 2薄膜太陽能電池，的結構表示在圖I中。光電池10包括基體11，該基體11具有基片12和導電層13，該導電層13形成在基片上。基片12可以是玻璃片、金屬片、絕緣箔或腹板、或導電箔或腹板。吸收薄膜14形成在導電層13上，該吸收薄膜14包括在Cu (In, Ga, Al) (S、Se、Te)2的族系中的材料。導電層可以是Mo、Ta、W、或Ti層，并且起到對于光電池的歐姆接觸的作用。然而，如果基片12是適當選擇的導電材料，如Ta箔或Mo箔，則也可能的是，不使用導電層，因為基片12可以用作對于光電池的歐姆接觸。在形成吸收膜14之后，透明層15，例如CdS、ZnO或CdS/ZnO膜的疊堆，形成在吸收膜上。光16穿過透明層15進入光電池10。金屬柵格(未示出)形成在透明層15上，以減小裝置的有效串聯電阻。吸收膜14的優選電氣類型是P型，并且透明層15的優選電氣類型是η型。然而，也可以形成η型吸收劑和P型窗口層。在圖I中所示的裝置結構被稱為基片型結構。所謂的覆蓋層型結構也可通過如下方式形成將透明導電層淀積在透明基片上，如淀積玻璃或透明聚合物箔上；然后淀積Cu(In、Ga、Al) (S、Se、Te) 2吸收膜；最后由導電層形成對于裝置的歐姆接觸。在覆蓋層結構中，光從透明覆蓋層側進入裝置。用來生長用于太陽能電池用途的Cu (In、Ga) (S、Se) 2型吸收薄膜的一種技術是兩階段過程，其中，首先將Cu (In、Ga) (S、Se)2材料的金屬成分或組分，即Cu、In及Ga，淀積到基片上，并且然后在高溫退火過程中，與非金屬組分(或半金屬組分)反應，即與S和/或Se反應?？蛇x擇地 ，VIA族材料層也可包括在前體中。例如，Se和/或S可淀積在Cu、In和/或Ga膜的疊堆上，并且這個前體疊堆在升高的溫度(400-600° C)下退火，以開始在金屬元素和VIA族材料(一種或更多種)之間的反應而形成Cu (In、Ga) (S、Se)2K合物。在退火期間，另外的Se和/或S源，如Se和S蒸汽、或含Se和S氣體，也可輸送到反應器中。到相鄰站和設備的硒蒸汽遷移，是在使用Se蒸發器的淀積系統中的重要問題。在這樣的系統中，在淀積期間，硒蒸汽遷移到相鄰淀積站或端部站和機構，如在端部站中的纏繞機構或在淀積期間支承腹板的各個輥。一種現有技術解決方案是增大腹板的自由跨度距離，以將相鄰站和纏繞機構移動而遠離硒蒸發器。然而，這種解決方案存在缺陷，因為較長跨度使腹板按懸垂形狀下垂，這由于不均勻張力導致在淀積層中的均勻性的降級。這樣大的自由跨度也增加了系統的占地面積。在圖I中所示的吸收層14除形成吸收層要求的基本元素(Cu、In、Ga、Se和/或S)之外，可以包含摻雜元素，如Na，以提高電池性能。對于IBIIIAVIA族吸收層關于可能摻雜物的以前研究已經表明，堿金屬，如Na、K以及Li，影響這樣的吸收層的結構和電氣性能。特別是，在CIGS層中Na的包括表明，對于它們的結構和電氣性能和對于提高太陽能電池的轉換效率是有益的-該太陽能電池構造在這樣的層上，條件是其濃度被良好地控制。實現VIA族材料和/或摻雜材料淀積的系統的設計，對于所生成的吸收膜的質量、太陽能電池的效率、生產率、材料利用率及過程的成本是關鍵的。來自熱源的淀積通量往往在淀積過程期間顯著地變化。具有測量和控制淀積通量的能力對于過程穩定性是關鍵的。因此，需要能夠高效地淀積這樣的層的新型過程和工具，以形成用于太陽能電池的高質量、低成本CIGS型吸收層。
技術實現思路
本專利技術所提供的方法和設備采用從一個或更多個組分供給源蒸發的組分，以形成前體層的一個或更多個膜，該前體層形成在連續柔性工件的表面上。具有特別意義的是蒸汽淀積系統的實施，這些蒸汽淀積系統在連續柔性工件的水平布置部分和連續柔性工件的豎向布置部分上操作，優選地與連續柔性工件的部分的短自由跨度區一道。在一個方面，提供的是一種輥到輥系統，該輥到輥系統用來將IA族和VIA族材料的多個膜淀積在連續片形工件的前部表面上，該連續片形工件在工藝方向上前進，該輥到輥系統包括工藝外殼，穿過該工藝外殼，連續片形工件在工藝外殼的進入開口與離開開口之間前進，工藝外殼包括第一工藝段和第二工藝段，該第一工藝段由工藝外殼的水平周緣壁布置，該第二工藝段由工藝外殼的豎向周緣壁布置，其中，第一工藝段與連續片形工件的水平布置部分相關聯，并且第二工藝段與連續片形工件的豎向布置部分相關聯；工件張緊和驅動組件，用來使連續片形工件在工藝方向上在工藝外殼的進入開口與離開開口之間前進；第一淀積站，包括至少一個第一淀積單元，該至少一個第一淀積單元布置在第一工藝段處，以當連續片形工件穿過至少第一淀積單元前進時，將第一膜連續地淀積到連續片形工件的水平布置部分上；及第二淀積站，包括至少一個第二淀積單元，該至少一個第二淀積單元布置在第二工藝段處，以當連續片形工件穿過至少第二淀積單元前進時，將第二膜連續地淀積到連續片形工件的豎向布置部分上；其中，第一淀積站和第二淀積站中的一者直接淀積到連續片形工件的前部表面部分上，以得到新的前部表面部分，并且第一淀積站和第二淀積站中的另一者淀積到新的前部表面部分上。在對于上述方案的一個優選方面中，第一淀積站直接淀積到連續片形工件的前部表面部分上，以得到新的前部表面部分，并且第二淀積站淀積到新的前部表面部分上。在另一個方面，提供的是一本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.01.15 US 61/295,567;2010.04.28 US 12/769,3211.一種輥到輥系統，用來將IA族和VIA族材料的多個膜淀積在連續片形エ件的前部表面上，該連續片形エ件在エ藝方向上前迸，該輥到輥系統包括 エ藝外売，穿過該エ藝外売，所述連續片形エ件在所述エ藝外殼的進入開ロ與離開開ロ之間前進，所述エ藝外殼包括第一エ藝段和第二エ藝段，該第一エ藝段由所述エ藝外殼的水平周緣壁布置，該第二エ藝段由所述エ藝外殼的豎向周緣壁布置，其中，所述第一エ藝段與所述連續片形エ件的水平布置部分相關聯，并且所述第二エ藝段與所述連續片形エ件的豎向布置部分相關聯； エ件張緊和驅動組件，其用來使所述連續片形エ件在所述エ藝方向上在所述エ藝外殼的所述進入開ロ與所述離開開ロ之間前進； 第一淀積站，其包括至少ー個第一淀積單元，該至少ー個第一淀積單元布置在所述第ーエ藝段處，以當所述連續片形エ件穿過所述至少第一淀積單元前進時，將第一膜連續地淀積到所述連續片形エ件的所述水平布置部分上；及 第二淀積站，其包括至少ー個第二淀積單元，該至少ー個第二淀積單元布置在所述第ニエ藝段處，以當所述連續片形エ件穿過所述至少第二淀積單元前進時，將第二膜連續地淀積到所述連續片形エ件的所述豎向布置部分上； 其中，所述第一淀積站和第二淀積站中的一者直接淀積到所述連續片形エ件的前部表面部分上，以得到新的前部表面部分，并且所述第一淀積站和第二淀積站中的另ー者淀積到所述新的前部表面部分上。2.根據權利要求I所述的系統，其中，所述第一淀積站直接淀積到所述連續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，并且所述第二淀積站淀積到所述新的前部表面部分上。3.根據權利要求2所述的系統，其中，所述第二膜的所述淀積發生，同時在淀積所述第ニ膜時，不存在與設置在所述第二淀積單元中的所述連續片形エ件的所述豎向布置部分的相應后部表面的物理接觸。4.根據權利要求2所述的系統，還包括加載腔室和卸載腔室，所述加載腔室和卸載腔室分別可密封地連接到所述エ藝外殼的所述進入開口和所述離開開口上。5.根據權利要求2所述的系統，其中，所述加載腔室包括供給輥，所述連續片形エ件使用所述エ件張緊和驅動組件從該供給輥穿過所述進入開口前進到所述エ藝外殼中，并且其中，所述卸載腔室包括接收輥，穿過所述離開開ロ從所述エ藝外殼接收的所述連續片形エ件繞該接收輥包覆。6.根據權利要求5所述的系統，其中，卸載站包括計量工具以測量所述第一膜和第二膜的厚度，并且將所述第一膜和第二膜的測量厚度的反饋提供給淀積控制系統。7.根據權利要求5所述的系統，其中，所述連續片形エ件的所述水平布置部分布置在水平自由跨度區中的所述第一エ藝段內，在該水平自由跨度區中，所述連續片形エ件的所述水平布置部分不被支承，所述水平自由跨度區通過張緊在第一輥與第二輥之間的所述連續片形エ件的所述水平布置部分而建立在所述第一輥與第二輥之間，當所述連續片形エ件在所述第一エ藝段內前進時，使用所述エ件張緊和驅動組件使所述連續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輥和第二輥上，其中，所述連續片形エ件的所述水平布置部分在所述水平自由跨度區中大體上是平坦的。8.根據權利要求7所述的系統，其中，在所述第一輥與所述第一エ藝段之間設有第一可密封開ロ，并且在所述第一エ藝段與所述第二輥之間設有第二可密封開ロ，以密封所述第一エ藝段，并且其中，所述連續片形エ件通過所述第一可密封開口和第二可密封開ロ。9.根據權利要求8所述的系統，其中，所述連續片形エ件的所述豎向布置部分布置在豎向自由跨度區中的所述第二エ藝段內，在該豎向自由跨度區中，所述連續片形エ件的所述豎向布置部分不被支承，所述豎向自由跨度區通過張緊在第二輥與第三輥之間的所述連續片形エ件的所述豎向布置部分而建立，當所述連續片形エ件在所述第二エ藝段內前進時，使用所述エ件張緊和驅動組件使所述連續片形エ件的所述豎向布置部分的所述后部表面靠置在所述第二輥和第三輥上，其中，所述連續片形エ件的所述豎向布置部分在所述豎向自由跨度區中大體上是平坦的。10.根據權利要求9所述的系統，其中，在所述第二輥與所述第二エ藝段之間設有第三 可密封開ロ，并且在所述第二エ藝段與所述第三輥之間設有第四可密封開ロ，以密封所述第二エ藝段，并且其中，所述連續片形エ件通過所述第三可密封開口和第四可密封開ロ。11.根據權利要求2所述的系統，其中，所述至少第一淀積單元包括第一蒸發設備，用以蒸汽淀積所述第一膜，并且所述至少第二淀積單元包括第二蒸發設備，用以蒸汽淀積所述第二膜。12.根據權利要求11所述的系統，其中，所述第一周緣壁和第二周緣壁的內表面都用保護性屏蔽物屏蔽，以收集來自所述第一蒸發設備和第二蒸發設備的過量蒸汽。13.根據權利要求11所述的系統，其中，所述第一蒸發設備淀積IA族材料，所述第二蒸發設備淀積VIA族材料。14.根據權利要求13所述的系統，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中的ー種。15.根據權利要求11所述的系統，其中，卸載站包括計量工具以測量所述第一膜和第ニ膜的厚度，并且將所述第一膜和第二膜的測量厚度的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：J·瓦斯克斯，J·弗賴塔格，M·皮納巴斯，
申請(專利權)人：索羅能源公司，
類型：
國別省市：