[发明专利]用于连续沉积掺杂薄膜层到基底上的汽相沉积设备及方法

说明书

技术领域

本文所公开的主题主要涉及诸如半导体材料层的掺杂薄膜层沉积到基底上的薄膜沉积工艺领域。更具体而言，本主题涉及汽相沉积设备，以及用于在光伏(PV)模块形成中将光反应材料的掺杂薄膜层沉积到玻璃基底上的相关工艺。

背景技术

基于与硫化镉(CdS)配对的碲化镉(CdTe)的薄膜光伏(PV)模块(也称为″太阳能电池板″)作为光反应构件在行业中获得了日益广泛的认可和关注。CdTe是一种半导体材料，其具有特别适合将太阳能(太阳光线)转换成电的特性。例如，CdTe具有1.45eV的能量带隙，这使其能够比曾用于太阳能电池应用的较低带隙(1.1eV)的半导体材料从太阳光谱(太阳光线)中转换更多能量。另外，相比于较低带隙的材料，CdTe在较少光照的条件或漫射光条件下更为高效地转换光线，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)条件下具有更长的有效转换时间。

使用CdTe PV模块的太阳能系统依据每瓦功率所产生的成本，通常认为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电力或住宅电力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PV模块的能力。

某些因素在成本和发电性能方面较大地影响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，最少浪费)是主要的成本因素。此外，模块的能量转换效率是沉积CdTe膜层的某些特性的因素。膜层中的不均匀或缺陷可显著地减少模块的输出，从而增加到每单位电力的成本上。另外，以经济实际的商业规模处理相对较大基底的能力是关键考虑因素。

CSS(近距离升华)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系统中的汽相沉积室内，基底被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材料为粒状的形式并保持在汽相沉积室内的加热容器中。升华的材料移动穿过置于容器上的盖中的孔并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)保持在盖框架的上方。盖经加热达到高于容器的温度。

尽管对于CSS工艺而言存在优点，但相关系统实质上为分批的过程，其中，将玻璃基底引入汽相沉积室中，在该室内保持有限的时长，在此时长内形成了膜层，且随后引出该室。该系统更适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，这对大规模生产过程不利。此外，沉积过程不能容易地以受控的方式停止和重启，从而导致在将基底引入和引出该室期间，以及在将基底定位在该室内所需的任何步骤期间明显未对CdTe材料予以利用(也即，浪费)。

因此，行业中不断地需要一种用于经济可行地大规模生产高效PV模块、尤其是CdTe模块的改进型汽相沉积设备和工艺。

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，提供了一种用于将诸如CdTe的升华源材料作为薄膜汽相沉积在光伏(PV)模块基底上的设备。尽管本发明不限于任何特定的膜厚，但在本领域中″薄″膜层通常认作是小于10微米(μm)。设备包括沉积头部，以及设置在沉积头部中的容器。第一进料管构造成用以将源材料(例如，粒状CdTe材料)供送到沉积头部中，以及第二进料管构造成用以将掺杂材料作为流体供送到沉积头部中。在一个实施例中，喷嘴可附接到第二进料管上以便将掺杂材料作为流体供送至沉积头部。容器构造成用以收容源材料。加热式分配歧管设置在容器下方，且包括限定为经由其穿过的多个通路。容器由分配歧管间接地加热至将源材料在容器内有效升华的温度。升华的源材料流出容器且在头部室中向下流动穿过分配歧管中的通路。

在特定的实施例中，分配板设置在分配歧管的下方，且处在传送穿过设备的基底的上表面水平面上方的限定距离。分配板包括经由其穿过的孔图案(pattern)，这些孔进一步分配升华的源材料，使得该材料作为具有大致均匀的期望厚度的薄膜沉积在基底的上表面上。基底可以恒定(即，不停止)的线性传送速率连续地传送穿过设备。