DE-102010061223-B4 - Dampfphasenabscheidevorrichtung zur kontinuierlichen Abscheidung einer dünnen Filmschicht auf einem Substrat

Abstract

Vorrichtung (100) zur Dampfphasenabscheidung eines sublimierten Quellenmaterials als einen dünnen Film auf einem Photovoltaik (PV)-Modulsubstrat (14), wobei die Vorrichtung aufweist: einen Abscheidekopf (110); ein Gefäß (116), das in dem Abscheidekopf (110) angeordnet ist, wobei das Gefäß (116) zur Aufnahme eines granularen Quellenmaterials eingerichtet ist; einen beheizten Verteiler (124), der unter dem Gefäß (116) angeordnet ist, wobei der Verteiler (124) mehrere durch ihn hindurch ausgebildete Kanäle (126), zwischen den Kanälen (126) angeordnete innere Hohlräume (134) und in den inneren Hohlräumen (134) angeordnete Heizelemente (128) aufweist und das Gefäß (116) in einem Maße, das zum Sublimieren von Quellenmaterial innerhalb des Gefäßes (116) ausreicht, durch den Verteiler (124) indirekt beheizt ist,; eine Verteilungsplatte (152), die unterhalb des Verteilers (124) und in einem festgelegten Abstand oberhalb einer horizontalen Förderebene einer oberen Oberfläche eines durch die Vorrichtung (100) beförderten Substrates (14) angeordnet ist, wobei die Verteilungsplatte (152) ein Muster von durch sie hindurch ausgebildeten Kanälen aufweist, die das sublimierte Quellenmaterial, das durch den Verteiler (124) hindurch tritt, weiter verteilen; und eine Fördereinrichtung (160) für das Substrat (14), die unterhalb der Verteilungsplatte (152) angeordnet und eingerichtet ist, um das Substrat (14) durch die Vorrichtung (100) zu befördern.

Inventors

• Christopher Rathweg
• MARK JEFFREY PAVOL
• RUSSELL WELDON BLACK
• Max William Reed
• Scott Daniel Feldman-Peabody

Assignees

• FIRST SOLAR MALAYSIA SDN.BHD

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20101214

Priority Date

20091216

Claims (6)

1. Vorrichtung (100) zur Dampfphasenabscheidung eines sublimierten Quellenmaterials als einen dünnen Film auf einem Photovoltaik (PV)-Modulsubstrat (14), wobei die Vorrichtung aufweist: einen Abscheidekopf (110); ein Gefäß (116), das in dem Abscheidekopf (110) angeordnet ist, wobei das Gefäß (116) zur Aufnahme eines granularen Quellenmaterials eingerichtet ist; einen beheizten Verteiler (124), der unter dem Gefäß (116) angeordnet ist, wobei der Verteiler (124) mehrere durch ihn hindurch ausgebildete Kanäle (126), zwischen den Kanälen (126) angeordnete innere Hohlräume (134) und in den inneren Hohlräumen (134) angeordnete Heizelemente (128) aufweist und das Gefäß (116) in einem Maße, das zum Sublimieren von Quellenmaterial innerhalb des Gefäßes (116) ausreicht, durch den Verteiler (124) indirekt beheizt ist,; eine Verteilungsplatte (152), die unterhalb des Verteilers (124) und in einem festgelegten Abstand oberhalb einer horizontalen Förderebene einer oberen Oberfläche eines durch die Vorrichtung (100) beförderten Substrates (14) angeordnet ist, wobei die Verteilungsplatte (152) ein Muster von durch sie hindurch ausgebildeten Kanälen aufweist, die das sublimierte Quellenmaterial, das durch den Verteiler (124) hindurch tritt, weiter verteilen; und eine Fördereinrichtung (160) für das Substrat (14), die unterhalb der Verteilungsplatte (152) angeordnet und eingerichtet ist, um das Substrat (14) durch die Vorrichtung (100) zu befördern.
2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 , bei der das Gefäß (116) sich in Querrichtung erstreckende Endwände (118) und in Längsrichtung erstreckende Seitenwände (117) aufweist, wobei die Endwände (118) von dem Abscheidekopf (110) um einen Abstand beabstandet angeordnet sind, so dass das sublimierte Quellenmaterial hauptsächlich als ein vorderer und ein hinterer Schleier (119), die sich in Querrichtung erstrecken, über die Endwände hinweg und nach unten durch den Verteiler (124) hindurch strömt.
3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 , die weiterhin eine bewegliche Verschlussplatte (136) aufweist, die oberhalb des Verteilers (124) angeordnet ist, wobei die Verschlussplatte (136) mehrere Kanäle (138) durch sie hindurch aufweist, die in einer ersten Stellung der Verschlussplatte (136) auf die Kanäle (126) in dem Verteiler (124) ausgerichtet sind, um einen Durchtritt von sublimiertem Quellenmaterial durch den Verteiler (124) zu ermöglichen, wobei die Verschlussplatte (136) in eine zweite Stellung beweglich ist, in der die Verschlussplatte (136) die Kanäle (126) in dem Verteiler (124) zum Durchtritt von sublimiertem Material durch diese hindurch versperrt, und weiterhin eine Betätigungseinrichtung (140) aufweist, die mit der Verschlussplatte (136) verbunden ist, um die Verschlussplatte (136) zwischen der ersten und der zweiten Stellung zu bewegen.
4. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 , bei der der Verteiler (124) ein oberes Schalenelement (130) und ein unteres Schalenelement (132) aufweist, wobei die Schalenelemente die inneren Hohlräume (134) bilden, in denen die Heizelemente (128) angeordnet sind.
5. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 , die weiterhin einen Verteiler (144), der in einer oberen Wand (114) des Abscheidekopfes (110) angeordnet ist, um das Quellenmaterial in dem Gefäß (116) zu verteilen, und eine Partikelabschirmung (150) aufweist, die zwischen dem Verteiler (124) und dem Gefäß (116) angeordnet ist.
6. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 , wobei die Förderereinrichtung (160) einen Förderer mit ununterbrochenem Umlauf enthält, auf dem die Substrate (14) unterhalb der Verteilungsplatte (152) getragen sind, wobei die Fördereinrichtung (160) zum Fördern der Substrate (14) mit einer konstanten Lineargeschwindigkeit durch die Vorrichtung (100) zwischen einem Eingangsschlitz (156) und einem Ausgangsschlitz (158) eingerichtet ist, so dass in einer Richtung der Förderung der Substrate (14) durch die Vorrichtung (100) hindurch ein vorderer und ein hinterer Abschnitt der Substrate (14) allgemein den gleichen Dampfphasenabscheidebedingungen innerhalb des Abscheidekopfes (110) ausgesetzt sind.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG Der hierin offenbarte Gegenstand bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Dünnfilmabscheidung, bei der eine dünne Filmschicht, wie z.B. eine Halbleitermaterialschicht, auf ein Substrat aufgebracht wird. Im Einzelnen bezieht sich der Gegenstand auf eine Dampfphasenabscheidungsvorrichtung zum Abscheiden einer dünnen Filmschicht eines photoreaktiven Materials auf einem Glassubstrat in Gestalt von Photovoltaik (PV)-Modulen. HINTERGRUND DER ERFINDUNG Dünnfilm-Photovoltaik (PV)-Module (die auch als „Solarpanel“ bezeichnet werden) auf der Grundlage von Cadmiumtellurid (CdTe) verbunden mit Cadmiumsulfid (CdS) als photoreaktive Komponenten finden in der Industrie breite Akzeptanz und breites Interesse. CdTe ist ein Halbleitermaterial mit Eigenschaften, die für die Umwandlung von Sonnenenergie (Sonnenlicht) in Elektrizität besonders geeignet sind. CdTe weist z.B. eine Bandlücke von 1,45 eV auf, die es ihm ermöglicht, im Vergleich zu Halbleitermaterialien mit einem geringeren Bandabstand (1,1 eV), die historisch in Solarzellenanwendungen eingesetzt worden sind, mehr Energie aus dem Sonnenspektrum (Sonnenlicht) umzuwandeln. Verglichen mit den Materialien mit einem geringeren Bandabstand wandelt CdTe auch unter schwächeren oder diffusen Lichtbedingungen das Licht effizienter um und weist demnach im Laufe eines Tages oder unter schwach beleuchteten (z.B. bewölkten) Bedingungen verglichen mit anderen konventionellen Materialien eine längere effektive Umwandlungszeit auf. Solarenergiesysteme unter Verwendung von CdTe-PV-Modulen werden allgemein als die kostengünstigsten der kommerziell verfügbaren Systeme in Bezug auf die Kosten pro Watt erzeugter Leistung angesehen. Trotz der Vorteile von CdTe hängt die tragfähige kommerzielle Nutzung und Akzeptanz der Solarenergie als eine zusätzliche oder Primärquelle von industrieller oder Haushaltsenergie jedoch von der Fähigkeit zur Herstellung effizienter PV-Module auf eine großtechnische und kostengünstige Art ab. Bestimmte Faktoren beeinflussen die Effizienz von CdTe-PV-Modulen im Hinblick auf die Kosten und die Energieerzeugungskapazität erheblich. Z.B. ist CdTe relativ teuer und demnach ist die effiziente Nutzung (d.h. minimaler Abfall oder Ausschuss) des Materials ein vorrangiger Kostenfaktor. Außerdem ist die Energieumwandlungseffizienz der Module ein Faktor von bestimmten Eigenschaften der abgeschiedenen CdTe-Filmschicht. Eine Ungleichmäßigkeit oder Defekte in der Filmschicht können die Energieabgabe der Module erheblich verringern, wodurch sie die Kosten pro Energieeinheit erhöhen. Auch die Fähigkeit zur Verarbeitung relativ großer Substrate in einem wirtschaftlich sinnvollen großtechnischen Maßstab ist eine entscheidende Überlegung. Die Kurzweg-Sublimation (CSS für Close Space Sublimation) ist ein bekanntes kommerzielles Dampfphasenabscheideverfahren zur Herstellung von CdTe-Modulen. Es wird z.B. auf die US 6 444 043 B1 und US 6 423 565 B1 Bezug genommen. Innerhalb der Dampfphasenabscheidekammer in einem CSS-System wird das Substrat in eine gegenüberliegende Position in einem relativ kleinen Abstand (d.h. etwa 2-3 mm) gegenüber einer CdTe-Quelle gebracht. Das CdTe-Material sublimiert und schlägt sich auf der Oberfläche der Substrate nieder. In dem CSS-System aus der oben genannten US 6 444 043 B1 liegt das CdTe-Material in granularer Form vor und wird innerhalb der Dampfphasenabscheidekammer in einem beheizten Gefäß gehalten. Das sublimierte Material bewegt sich durch Öffnungen in einer Abdeckung, die über dem Gefäß angeordnet ist, und schlägt sich auf der stationären Glasoberfläche nieder, die in dem kleinsten möglichen Abstand (1-2 mm) über dem Abdeckungsrahmen gehalten wird. Die Abdeckung wird auf eine Temperatur erwärmt, die größer als die des Gefäßes ist. Obwohl es Vorteile des CSS-Verfahrens gibt, ist das zugehörige System inhärent ein diskontinuierliches Verfahren, bei dem das Glassubstrat in eine Dampfphasenabscheidekammer eingesetzt, in der Kammer für eine begrenzte Zeitdauer gehalten wird, in der die Filmschicht gebildet wird, und anschließend aus der Kammer herausbefördert wird. Das System ist eher für die diskontinuierliche Verarbeitung von Substraten mit einem relativ kleinen Oberflächenbereich geeignet. Das Verfahren muss regelmäßig unterbrochen werden, um die CdTe-Quelle wieder aufzufüllen, was für ein großtechnisches Produktionsverfahren nachteilig ist. Außerdem kann der Abscheidevorgang nicht leicht gestoppt und auf kontrollierte Weise neu gestartet werden, was zu einer erheblichen Nichtnutzung (d.h. Verschwendung) von CdTe-Material während des Beförderns der Substrate in die Kammer hinein und aus dieser heraus sowie während derjenigen Schritte, die zum Positionieren des Substrats innerhalb der Kammer erforderlich sind, führt. EP 1 160 880 B1 beschreibt eine Vorrichtung zur Dampfphasenabscheidung zur Beschichtung eines Photovoltaik-Substrats, wobei die Vorrichtung in einer Ausführungsform einen Abscheidkopf, Gefäße zur Aufnahme eines Q