[发明专利]用于连续沉积薄膜层到基底上的模块系统和方法

说明书

技术领域

本文所公开的主题主要涉及将诸如半导体材料层的薄膜层沉积到基底上的薄膜沉积工艺领域。更具体而言，所公开的主题涉及一种用于在形成光电(PV)模块时沉积光反应材料的薄膜层到玻璃基底上的系统和方法。

背景技术

基于硫化镉(CdS)配以碲化镉(CdTe)作为光反应构件的薄膜光电(PV)模块(也称为″太阳能板″或″太阳能模块″)在行业中获得广泛的认可和关注。CdTe是具有尤其适用于将太阳能(太阳光线)转换成电的特性的半导体材料。例如，CdTe具有1.45eV的能量带隙(bandgap)，这使其比历史上用于太阳能电池应用的较低带隙(1.1eV)的半导体材料能够从太阳光谱中转换更多的能量。另外，在较少光照或漫射光的条件下，CdTe相比于较低带隙的材料更为高效地转换能量，且因此相比于其它常规材料，在一天期间或较少光照(例如，多云)的情况下具有更长的有效转换时间。

根据产生每瓦功率的成本，使用CdTe PV模块的太阳能系统通常认作是成本效益最为合算的市售系统。然而，CdTe不能耐受持续性商业使用和接受太阳能作为工业用电或居民用电的辅助电源或主要电源，其优点取决于以大规模和成本效益合算的方式制造有效的PV模块的能力。

某些因素在模块的成本和发电性能方面影响CdTe PV模块的效率。例如，CdTe相对昂贵，且因此材料的有效利用(即，最少的浪费)成为主要的成本因素。此外，模块的能量转换效率是沉积的CdTe膜层的某些特性的因素。膜层的不均匀或缺陷可显著地减少模块的输出，从而增加每单位功率的成本。另外，以经济地切合实际的商业规模处理相对较大基底的能力也是至关重要的考虑因素。

CSS(近间隔升华或近空间升华)是一种公知的用于生产CdTe模块的商用汽相沉积工艺。例如，请参看美国专利No.6,444,043和美国专利No.6,423,565。在CSS工艺中的沉积腔室内，将基底引至以相对较小的距离(即大约2mm至3mm)与CdTe源相对的相对位置处。CdTe材料升华并沉积到基底的表面上。在上文引用的美国专利No.6,444,043的CSS系统中，CdTe材料为粒状的形式，且保持在汽相沉积腔室内的加热容器中。升华的材料移动穿过置于容器上的盖中的孔，且沉积到静止的玻璃表面上，该静止的玻璃表面以最小的可能距离(1mm至2mm)保持在盖构架的上方。该盖经加热直至高于容器的温度。

尽管CSS工艺具有优点，但该系统实质上为分批处理，其中，将玻璃基底引入汽相沉积腔室中，在腔室内保持有限的时长，在此时长内形成膜层，以及随后引出腔室。该系统更适用于表面面积相对较小的基底的分批处理。该过程必须周期性地中断，以便再填充CdTe源，这对大规模的生产过程不利。此外，沉积过程不能以受控的方式容易地停止和重启，从而导致在将基底引入和引出腔室期间以及在将基底定位在腔室内所需的任何步骤期间明显未对CdTe材料加以利用(也即浪费)。

因此，行业中持续需要一种用于经济可行地大规模生产高效的PV模块、尤其是基于CdTe的模块的改进系统及方法。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下说明中部分地阐述，或可根据该说明而清楚，或可通过实施本发明而懂得。

根据本发明的实施例，提供了一种用于将薄膜层如CdTe层汽相沉积到光电(PV)模块基底上的方法。在本领域中，″薄″膜层通常认作是小于10微米(μm)，但本发明不限于任何特定的膜厚。该方法包括以串接布置传送基底经过真空腔室中的汽相沉积设备，在该汽相沉积设备中，升华的源材料的薄膜沉积在基底的上表面上。基底以受控的恒定线速度传送经过汽相沉积设备，使得基底的在传送方向上的前部区段和后部区段在汽相沉积设备内经受相同的汽相沉积条件。当基底传送出汽相沉积设备时，对基底进行后加热，使得沿基底的长度维持大致均匀的温度轮廓(或分布，profile)，直到整个基底传送出汽相沉积设备。然后，在从真空腔室移除基底之前，对基底进行可控地冷却。

在备选的方法实施例中，当基底以一定方式传送出汽相沉积设备时，对基底进行后加热，以便沿基底的长度产生受控的逐渐降低的温度梯度，直到整个基底传送出汽相沉积设备。该降低的温度梯度具有一定特性以便防止对基底的损坏，例如翘曲、破损等。