[发明专利]用于材料共沉积的气相传输沉积方法及系统

说明书

技术领域

公开的实施例涉及材料气相传输沉积(VTD)方法和系统的领域，更具体地讲，涉及允许粉末材料的持续且控制的蒸发和沉积的材料气相传输沉积方法和系统。

背景技术

诸如光伏模块或电池的光伏器件可以包括利用各种沉积系统和技术沉积在基底上方的半导体和其他材料。一个示例是利用VTD系统在基底上方沉积诸如硫化镉(CdS)或碲化镉(CdTe)薄膜的半导体材料。VTD系统可以使用粉末传输单元、粉末蒸发器和蒸气分配器、以及真空沉积单元。

VTD粉末蒸发器被设计为将原料粉末蒸发或升华为气态形式。在传统的粉末蒸发器中，来自粉末传输单元的原料粉末与载气结合并注入到蒸发器(形成为可渗透的加热缸)中。材料在缸中被蒸发并且蒸发的材料通过蒸发器的可渗透壁扩散到蒸气分配器中。蒸气分配器通常围绕蒸发器缸并且引导收集的蒸气朝向面向基底的开口，以使薄膜材料沉积在基底上。

图1A示出了传统的用于将半导体材料(例如，CdS或CdTe)传输并沉积到基底13(例如，在薄膜太阳能模块的制造中使用的玻璃基底13)上的气相传输沉积系统20的一个示例。惰性载气源25和27(例如，氦气(He)源)分别将载气供应至包含CdS或CdTe粉末材料的粉末给料器21和23。气体通过蒸发器和分配器组件10的相对端上的注入口17、19传输半导体材料。蒸发器和分配器组件10使半导体材料粉末蒸发并分配半导体材料粉末，以使半导体材料粉末沉积在基底13上。

图1B是沿着图1A的剖面线2-2截取的传统的粉末蒸发器和分配器组件10的一个示例的剖面图。蒸发器12被构造为加热的管状可渗透构件。蒸发器12由能够通过AC电源29加热的电阻材料形成，并且使由通过入口17、19进入到蒸发器12中的载气传输的诸如CdS或CdTe半导体材料粉末蒸发。分配器15是由导热材料(例如，石墨或多铝红柱石)形成的壳体，分配器15通过来自蒸发器12和/或来自其他源的辐射热被加热。分配器15的壳体围绕蒸发器12，以捕获通过蒸发器12的壁扩散的CdS或CdTe半导体材料蒸气。运动经过分配器50的半导体材料蒸气由分配器引导朝向面向基底13的表面的狭槽或一系列孔14。示出的类型的VTD系统的更详细的示例可以从均转让给第一太阳能公司的第5,945,163号美国专利、第5,945,165号美国专利、第6,037,241号美国专利和第7,780,787号美国专利中找到。

粉末材料的蒸发通常不完全，从而导致蒸发器和分配器组件10的堵塞和恶化。当特定的沉积将掺杂剂引入到半导体材料中时(在沉积过程期间，掺杂剂可以在蒸发器12中与半导体材料反应并形成固相化合物和气相化合物)，该问题会变得复杂。例如，为了掺杂CdTe材料，还将诸如压缩的干空气的工艺气体引入到蒸发器12中，以提供与掺杂剂(在CdTe粉末混合中提供)的可反应的混合。将掺杂剂和工艺气体引入到蒸发器12中可以导致气相产物和固相产物的形成。虽然气体能够穿过蒸发器12的多孔壁以沉积在基底13上，但是固体不能，并且固体被限制在蒸发器中，从而导致蒸发器孔堵塞的增加。利用VTD系统来高效地且成本有效地生产硫化镉(CdS)或碲化镉(CdTe)薄膜的主要障碍是完全停止生产来维修或修理蒸发器和分配器组件10。完全停止生产进行这种维修或修理会是昂贵和费时的。

期望的是缓解注意到的问题并能够更好地控制施加到基底的蒸气的改进的气相传输沉积系统。

附图说明

图1A是传统的气相传输沉积(VTD)系统的示意图；

图1B是沿着图1A中的线2-2的方向截取的剖面图，以示出传统的粉末蒸发器和分配器组件的示例；

图2是气相传输沉积(VTD)系统的实施例的示意图；

图3是沿着图2的线4-4的方向截取的剖面图，以示出图2的蒸发器和分配器组件实施例的实例；

图4是蒸发器和分配器组件中的蒸发器和分配器的连接处的L形密封件的放大图；

图5是沿着图3的线5-5的方向截取的底部平面图，以示出设备的不同尺寸的狭槽开口；

图6示出了利用具有蒸发器和分配器组件的VTD系统使得半导体材料在基底上持续沉积为层的方法100。

具体实施方式

在下面的详细描述中将参照附图，附图形成了详细描述的一部分，并且示出了本发明的特定实施例。这些实施例被足够详细地描述，以使本领域普通技术人员制造并使用它们。还应理解的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下可以对这里公开的特定实施例进行结构、逻辑或程序上的改变。