[发明专利]掺杂薄膜层在衬底上的连续沉积的气相沉积装置和方法

说明书

技术领域

本文公开的主题总体涉及薄膜沉积工艺的领域，其中掺杂薄膜层例如半导体材料层沉积在衬底上。更具体地说，该主题涉及一种用于在光伏(PV)模块的形成中将光致反应材料的掺杂薄膜层沉积到玻璃衬底上的气相沉积装置和相关联的工艺。

背景技术

基于与硫化镉(CdS)配对的碲化镉(CdTe)作为光致反应构件的薄膜光电(PV)模块(也被称为“太阳电池板”)正获得行业上广泛的认可和兴趣。CdTe是半导体材料，其具有特别适合于将太阳能(日光)转换成电力的特征。例如，CdTe具有1.45eV的能带隙，其同历史上用于太阳能电池应用的低带隙(1.1eV)半导体材料相比可转换更多来自太阳光谱(阳光)的能量。另外，CdTe在同低带隙材料相比更低或扩散的光条件下更有效地转换光，并因而在白天或低光(例如多云)条件期间具有同其它传统材料相比更长的有效转换时间。

在产生每瓦功率成本方面，利用CdTe PV模块的太阳能系统通常被认为是商业上可得到的最具成本效率的系统。然而，尽管CdTe有这些优点，太阳能功率作为补充或主要工业或住宅功率来源的可持续商业开发和接收取决于大规模且以成本有效的方式生产高效的PV模块的能力。

在成本和发电容量方面，某些因素极大地影响了CdTe PV模块的效率。例如，CdTe是相对昂贵的，且因而材料的有效利用(即最小的浪费)是主要的成本因素。另外，模块的能量转换效率是沉积的CdTe薄膜层的某些特征的因素。薄膜层中的不均匀性或缺陷会显著地降低模块的输出，从而增加每功率单位的成本。另外，以经济上切合实际的商业规模处理相对较大的衬底的能力是至关紧要考虑要素。

CSS(密闭空间升华)是一种已知的用于生产CdTe模块的商业气相沉积工艺。例如，参照美国专利No.6,444,043和美国专利No.6,423,565。在CSS系统的气相沉积室内，衬底被带至与CdTe源相对的相对较小距离处(例如大约2-3mm)的相对位置。CdTe材料升华并沉积到衬底的表面上。在上面引用的美国专利No.6,444,043的CSS系统中，CdTe材料呈粒状形式，并保持在气相沉积室内的加热容器中。升华的材料穿过放置于容器上方的盖子中的孔，并沉积到固定的玻璃表面上，其保持在盖子框架上方最小的可能距离(1-2mm)处。盖子被加热到比容器更高的温度。

虽然对于CSS工艺存在优势，但是相关的系统本质上是批处理工艺，其中玻璃衬底被分度引入气相沉积室中，在室中保持有限的时间周期，在该时间周期内形成薄膜层，之后被分度引出该室。该系统更适合于相对较小表面积的衬底的批处理。为了补充CdTe源，必须周期性地中断该工艺，这对于大规模生产工艺是有害的。另外，在将衬底分度引入室内和引出室外期间，以及在需要将衬底定位在室内的任何步骤期间，沉积工艺不能很容易地以受控的方式停止和重新起动，导致大量的CdTe材料的不可利用(即浪费)。

因此，行业中对于改进的气相沉积装置和方法存在持续的需求，其用于经济上可行的高效PV模块，尤其是CdTe模块的大规模生产。

发明内容

在以下描述中将部分地陈述，或者可从描述中明白，或者可通过本发明的实践获悉本发明的多个方面和优势。

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于将升华的源材料，例如CdTe作为薄膜气相沉积在光伏(PV)模块衬底上的装置。虽然本发明并不局限于任何特殊的薄膜厚度，但是“薄”膜层在本领域中通常被认为小于10微米(μm)。该装置包括沉积头和设置在其中的容器。第一进料管道和第二进料管道构造为将源材料供给到沉积头中，并且加热的分配歧管构造为加热所述容器。分配板设置在所述容器下面，并位于通过所述装置传送的衬底的上表面的水平传送面上方的限定距离处，所述分配板包括贯通其中的通道图案。在一个实施例中，加热的分配歧管可设置在容器的下面，并且可包括贯通其中限定的多个通道。

对上面论述的气相沉积装置的实施例的变化和修改都在本发明的范围和精神内，并可在本文进一步描述。

在又另一方面，本发明包括一种用于将升华的源材料，例如CdTe作为薄膜气相沉积在光伏(PV)模块衬底上的工艺。该工艺包括将源材料供给沉积头内的容器，并将掺杂剂材料以固态形式供给到沉积头中。该容器可用热源部件间接加热，以使源材料升华。单独的衬底可在容器下方传送，使得升华的源材料沉积到衬底的上表面上。衬底可以恒定的线速率通过装置进行传送，且升华的源材料主要以横向延伸的前帘和后帘形式相对于衬底的传送方向从容器引导。

对上面论述的气相沉积工艺的实施例的变化和修改都在本发明的范围和精神内，并可在本文中进一步描述。