專利名稱：用于線性輸送的基底的可變的加熱或冷卻的動力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本主題通常涉及用于加熱或冷卻被輸送通過其的構(gòu)件的系統(tǒng)，并且更加特定地涉及用于加熱或冷卻諸如光伏(PV)模塊的生產(chǎn)中的玻璃基底的線性輸送的基底的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
各種制造エ藝要求輸送通過腔室的構(gòu)件的受控的加熱或冷卻，意圖實(shí)現(xiàn)沿著構(gòu)件的均勻的溫度分布。這種エ藝的ー個示例是薄膜光伏(PV)模塊(“面板”)的生產(chǎn)，其中，在光反應(yīng)性材料的薄膜層沉積到基底的表面上之前，単獨(dú)的玻璃基底被線性地輸送通過預(yù)熱級。重要的是，在沉積過程之前獲得基底的均勻加熱。不均勻的加熱導(dǎo)致了處理問題，例如基底的彎曲、薄膜層的不均勻的沉積、不一致的薄膜性能特征等，所有這些不利地影響PV 模塊的整體性能。諸如單獨(dú)的玻璃基底的分立的構(gòu)件通過穩(wěn)態(tài)加熱或冷卻腔室的連續(xù)的線性流動傾向于在構(gòu)件中產(chǎn)生溫度不均勻性。這些不均勻性可能是多因素的組合的結(jié)果，包括存在于構(gòu)件之間的間隙或空間、移動構(gòu)件越過靜止的加熱或冷卻元件以及構(gòu)件的不均勻的輸送速率。關(guān)于構(gòu)件之間的間隙，因?yàn)榕c構(gòu)件的內(nèi)部或中心區(qū)域相比，構(gòu)件的邊緣具有更大的表面積，所以邊緣區(qū)域具有減少的熱質(zhì)量，并且當(dāng)它們被輸送越過穩(wěn)態(tài)加熱或冷卻元件時，將更快地加熱或冷卻。常規(guī)的穩(wěn)態(tài)加熱或冷卻腔室并不足以補(bǔ)償這些邊緣引起的溫度不規(guī)貝1J。沿著基底的溫度差異的另一潛在原因是，在某些系統(tǒng)中，基底被快速地輸送到加熱腔室中，使得當(dāng)開始加熱基底的前緣和后緣時，之間產(chǎn)生了可以忽略的時間差。此后，以相對不變的速度輸送基底通過該腔室。當(dāng)基底線性地移出加熱區(qū)域時，這導(dǎo)致了沿著基底的長度增加的溫度梯度，因?yàn)楹缶壊糠直惹熬壊糠衷诩訜釁^(qū)域中保持更長。因此，在エ業(yè)中，對于用于分立的、線性輸送的構(gòu)件(特別是在PV模塊的生產(chǎn)期間被輸送通過加熱或冷卻腔室的玻璃基底)的均勻的加熱或冷卻的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法，存在著持續(xù)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)將部分地闡述在下面的描述中，或者根據(jù)描述可能是明顯的，或者可以通過實(shí)踐本發(fā)明來學(xué)習(xí)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種系統(tǒng)，用于加熱或冷卻被線性地輸送通過該系統(tǒng)的分立的基底，在第一基底的后緣和輸送方向上的下一基底的前緣之間具有間隙。該系統(tǒng)配置成補(bǔ)償基底的邊緣區(qū)域處的較多的熱質(zhì)量，以減少基底中的邊緣引起的溫度差異。在特定的實(shí)施例中，該系統(tǒng)配置為預(yù)熱或冷卻處理區(qū)段，用于在光伏(PV)模塊制造線中加熱及/或冷卻玻璃基底。該系統(tǒng)包括腔室和位于腔室內(nèi)用于以輸送速率移動基底通過腔室的輸送器，輸送速率可以是不變的或變化的。多個單獨(dú)控制的溫度控制單元(例如，加熱或冷卻単元)沿著輸送方向線性地設(shè)置在腔室內(nèi)?？刂破髋c各個溫度控制單元通信，并且配置成按照腔室內(nèi)的基底的前緣和后緣相對于相應(yīng)的溫度控制單元的位置的函數(shù)使來自穩(wěn)態(tài)溫度輸出的溫度控制單元的輸出沿著輸送方向連續(xù)地循環(huán)。以這種方式，當(dāng)相鄰的基底之間的間隔開的邊緣經(jīng)過或靠近各個相應(yīng)的溫度控制單元時，溫度控制單元循環(huán)下降。因此，應(yīng)當(dāng)意識到，當(dāng)基底被輸送通過腔室時，它們不是以不變的穩(wěn)態(tài)溫度被加熱。在基底被系統(tǒng)加熱的實(shí)施例中，溫度控制單元包括加熱器單元，各個加熱器單元還包括一個或更多加熱器元件。例如，各個加熱器単元可以限定相應(yīng)的單獨(dú)控制器加熱區(qū)域，其包括多個加熱器元件。加熱器元件可以作為一組或單獨(dú)地被控制。特別是在PV模塊制造系統(tǒng)中，腔室可以由多個對齊的模塊限定，各個模塊還包括至少ー個單獨(dú)控制的溫度控制單元。在特定的實(shí)施例中，控制器可以配置成基于預(yù)定的基底長度間隙和輸送器的輸送速率(測量的或預(yù)定的)，按照移動通過腔室的基底的前緣和后緣的計(jì)算的位置的函數(shù)， 使溫度控制單元循環(huán)。在其它實(shí)施例中，控制器可以配置成當(dāng)基底移動通過腔室時按照實(shí)際檢測的前緣和后緣的函數(shù)使溫度控制單元循環(huán)。為了該目的，任何數(shù)量和布置的邊緣檢測器/傳感器可以相對于溫度控制單元沿著腔室設(shè)置。對上述的系統(tǒng)組件的實(shí)施例的變化和修改落在本發(fā)明的范圍和要g內(nèi)，并且可以在此進(jìn)一歩描述。參照下列描述和所附的權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它的特征、方面及優(yōu)點(diǎn)將變
得更好理解。


本發(fā)明的完整且能夠?qū)崿F(xiàn)的公開，包括其最佳模式，闡述在參照了附圖的說明書中，在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明的方面的系統(tǒng)的實(shí)施例的側(cè)視平面圖；圖2是顯示基底通過系統(tǒng)的前進(jìn)的圖I的實(shí)施例的側(cè)視平面圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的方面的系統(tǒng)的另一實(shí)施例的側(cè)視平面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的方面的系統(tǒng)的又一不同的實(shí)施例的側(cè)視平面圖；圖5是常規(guī)的PID控制器的框圖；圖6是PID控制回路的框圖和相關(guān)聯(lián)的圖例，其利用空間調(diào)制函數(shù)進(jìn)行修改，以說明溫度處理腔室內(nèi)的基底的相対的空間位置；圖7是并入本發(fā)明的方面的光伏(PV)制造系統(tǒng)的側(cè)視平面圖；以及，圖8是圖7的系統(tǒng)的透視圖。部件列表10氣相沉積系統(tǒng)
14基底
16真空腔室
18預(yù)熱區(qū)段
20預(yù)熱模塊
21加熱器單元
22氣相沉積模塊24氣相沉積裝置26冷卻區(qū)段 28冷卻模塊
29冷卻單元
30后加熱區(qū)段32后加熱模塊
34真空鎖定站(vacuum lock station)
36負(fù)載模塊
38緩沖模塊
40出口真空鎖定站
42出口緩沖模塊
44出口鎖定模塊
46負(fù)載輸送器
48供給系統(tǒng) 52控制器
54系統(tǒng)控制器
56真空泵
58真空泵
60真空泵
62閥

65輸送器
66輸送器 68傳感器 100 系統(tǒng) 102腔室 104入口 106出 ロ
108 基底110 前緣112后緣114 間隙116溫度控制單元118控制器 120加熱器單元122加熱器元件124初始邊緣檢測器125 邊緣檢測器126邊緣檢測器127邊緣檢測器128 輸送方向130傳輸線132輸送器134輸送器速度輸入136檢測器輸入
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)地提及本發(fā)明的實(shí)施例，其一個或更多示例顯示在附圖中。以本發(fā)明的解釋而不是本發(fā)明的限制的方式提供各個示例。實(shí)際上，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的范圍或要g的情況下，能夠做出各種修改和變化。例如，作為ー個實(shí)施例的部分所顯示或所描述的特征能夠與另ー實(shí)施例一起使用而產(chǎn)生又ー實(shí)施例。因此，意圖是，當(dāng)落在所附的權(quán)利要求及其等同的范圍內(nèi)時，本發(fā)明涵蓋這樣的修改和變化。圖I和圖2顯示用于加熱或冷卻通過腔室102線性地輸送的分立的基底108的系統(tǒng)100的示例性實(shí)施例?；?08在通過腔室102的輸送方向128上具有前緣110和后緣112。應(yīng)當(dāng)意識到，本發(fā)明不限于任何特定類型的基底108，并且在期望獲得沿著分立的、線性輸送的物品的均勻的溫度分布的任何制造或處理應(yīng)用中具有實(shí)用性。如下面更加詳細(xì)地描述的，本發(fā)明特別好地適合于在PV模塊制造系統(tǒng)中處理玻璃基底?；?08由任何方式的合適的輸送器132 (例如棍式輸送器、帶式輸送器、鏈?zhǔn)捷斔推?、分立的輸送器的組合等)輸送通過腔室102。輸送器被期望地控制而以相對不變的輸送速率輸送基底108通過腔室102。然而，本系統(tǒng)100也可以適應(yīng)變化的輸送速率，包括階梯式輸送。腔室102也不是本發(fā)明的限制因素，而可以是適合于基底108的溫度差異處理的任何方式的封閉體。腔室102可以是單一的結(jié)構(gòu)，如圖I至圖3所示，或者可以由在基底108的輸送方向上相鄰地對齊的多個結(jié)構(gòu)或模塊限定，如下面參照圖4的實(shí)施例描述的。基底108在輸送器132上間隔開，使得間隙114被限定在第一基底108的后緣112和下一基底108的前緣110之間。期望的是，該間隙114沿多個基底108是均勻的，雖然系 統(tǒng)能夠配置成適應(yīng)間隔變化的間隙114。多個溫度控制單元116沿著輸送方向128線性地設(shè)置在腔室102內(nèi)。這些單元116設(shè)置成大體上橫過腔室102的寬度并且間隔開，使得當(dāng)基底108前進(jìn)通過腔室102吋，向它們施加相對均勻的溫度處理。單元116可以設(shè)置在基底108之上，如圖I至圖3所示，或者在基底之下，例如如果基底108被頭上的輸送器132輸送的話。溫度控制單元116的類型將取決于系統(tǒng)100的功能。在一特定實(shí)施例中，系統(tǒng)100被設(shè)計(jì)成加熱基底，并且單元116是包含一個或更多加熱器元件122 (圖3)的加熱器單元120。加熱器元件122可以是任何類型的常規(guī)加熱元件或其組合，包括電阻加熱器、石英燈、電子束加熱器、激光器等。響應(yīng)更快的加熱元件，例如石英燈，對于基底108通過腔室102的更大的輸送速率可能更加有用。在系統(tǒng)100被設(shè)計(jì)成向基底108施加受控的強(qiáng)制冷卻的實(shí)施例中，溫度控制單元116可以是任何配置的常規(guī)的冷卻元件，包括再循環(huán)致冷系統(tǒng)、氣體系統(tǒng)、強(qiáng)制空氣系統(tǒng)等。應(yīng)當(dāng)意識到，加熱器元件122也可以應(yīng)用在冷卻過程中，以控制基底的冷卻速率。溫度控制單元116是被單獨(dú)控制的，使得它們的輸出能夠按照腔室102內(nèi)的基底108的相對位置的函數(shù)循環(huán)下降及回升(或者上升及回落)。単元116的“循環(huán)”可以包括簡單地打開及關(guān)閉單元，以及單元116的輸出的任何其它相對的減少和増加(包括相位角或調(diào)制/ 包線控制(modulated/envelope control))?？刂破?18與各個溫度控制單元116通信(經(jīng)由傳輸線130)，以按照相鄰的基底108的前緣110和后緣112的位置(從而基底108之間的間隙間隔114)的函數(shù)沿著輸送方向128連續(xù)地改變單元116的輸出。換而言之，控制器118使單元與邊緣112、110 (間隙114)通過腔室102的移動同步地循環(huán)。當(dāng)間隙114穿過溫度控制單元116的有效溫度區(qū)域時，単元循環(huán)下降(例如，降低的輸出或關(guān)閉)。當(dāng)間隙114超出溫度區(qū)域時，単元116循環(huán)回升。應(yīng)當(dāng)意識到，術(shù)語“控制器” 118 —般用于涵蓋用于實(shí)現(xiàn)本文中描述的期望的功能的任何方式的硬件和軟件配置。例如，控制器118可以涵蓋與単獨(dú)的子控制器通信的中央系統(tǒng)控制器等，該子控制器與各個相應(yīng)的溫度控制單元116相關(guān)聯(lián)。
圖I和圖2基本上描繪了處于不同的連續(xù)的時間的相同腔室102。在圖I中，基底108位于腔室102內(nèi)的相關(guān)位置，并且間隔開的邊緣11、110(間隙114)之上的溫度控制單元116功率降低(如由某些單元116之下的陰影的缺少所表示的)。在圖2中，基底108已通過腔室102進(jìn)ー步前進(jìn)，并且先前功率降低的単元116已經(jīng)循環(huán)回升，同時相鄰的単元116 (在輸送方向128上)循環(huán)降低。單元116的這種連續(xù)的循環(huán)與間隙114通過腔室102的移動相協(xié)調(diào)。因此，應(yīng)當(dāng)意識到，基底108的前緣110和后緣112區(qū)域受到溫度控制單元116的較小程度的溫度差異效果的影響，這補(bǔ)償了由于沿著邊緣的熱質(zhì)量差異導(dǎo)致的邊緣區(qū)域的相對更快的加熱/冷卻。當(dāng)基底108前進(jìn)通過腔室102時，對于它們而言，實(shí)現(xiàn)了更加“平的”和均勻的線性溫度分布。 溫度控制單元116的控制可以以各種方式配置。例如，在針對圖I中的示例描繪的一個實(shí)施例中，當(dāng)基底108移動通過腔室102時，控制器118按照基底邊緣112、110的計(jì)算的位置的函數(shù)使単元116循環(huán)。例如，有源或無源的邊緣檢測器124可以設(shè)置在腔室102內(nèi)的位置，以在基底移動到腔室102中時檢測前緣110和后緣112。利用由檢測器124提供的邊緣信號，控制器可以為間隙114計(jì)算實(shí)際的寬度尺寸(間隔)。作為備選，控制器可以設(shè)有預(yù)定的間隙寬度值。控制器118也可以接收來自實(shí)際速度監(jiān)測器的輸送器速度信號134或預(yù)定的速度輸入變量。作為備選，利用預(yù)定的間隙寬度，輸送器速度可以利用來自邊緣檢測器124的輸入來計(jì)算。基于間隙寬度和輸送速度，控制器能夠精確地計(jì)算邊緣112、110移動通過腔室102時間隙114的位置，從而按照計(jì)算的邊緣位置的函數(shù)來控制溫度単元116。在該實(shí)施例中，實(shí)際的輸送速度信號134將補(bǔ)償輸送器速度的差異。在針對圖3中的示例描繪的備選實(shí)施例中，控制器118配置成當(dāng)基底108移動穿過腔室102時，按照邊緣112、110的檢測的實(shí)際位置的函數(shù)使溫度控制單元116循環(huán)。利用該實(shí)施例，多個邊緣檢測器126可以在相關(guān)位置線性地設(shè)置在腔室102內(nèi)，以檢測基底108的出現(xiàn)或消失，從而檢測基底108之間的間隙114的出現(xiàn)。檢測器126向控制器118提供信號136。例如，檢測器126可以是在基本上位于基底108的輸送平面中的水平上沿著腔室102的壁設(shè)置的有源的發(fā)送器/接收器。間隙114的出現(xiàn)(基底的消失)允許活躍的信號橫過輸送器的傳送，并且該信號的消失或接收指示間隙114的出現(xiàn)。因此，檢測器126的連續(xù)的激活/失活提供了基底邊緣112、110通過腔室102的移動的實(shí)際指示。應(yīng)當(dāng)意識到，檢測器126可以是能夠承受腔室102的操作環(huán)境的任何方式的有源的發(fā)射器/接收器，包括紅外線、無線電頻率、激光器以及其它有源的裝置。檢測器126可以是檢測從基底(108)的側(cè)緣反射的信號的単一的發(fā)射器/接收器單元，或者可以具有檢測穿過間隙114的信號的遠(yuǎn)程接收器。還應(yīng)當(dāng)懂得，在備選實(shí)施例中，檢測器可以定位在基底108的上方或下方。檢測器126也可以是無源的接觸裝置。例如，檢測器126可以包括偏置的調(diào)整片(biased tab)，并且沿著腔室102的壁設(shè)置成使得調(diào)整片靠著基底108的側(cè)緣接合。調(diào)整片在間隙114中的偏移將產(chǎn)生由控制器118接收的對應(yīng)的信號。圖3還描繪了作為包括多個單獨(dú)的元件122 (例如單獨(dú)的加熱器元件)的各個溫度控制單元116。這些元件122可以作為共同的組在任何給定的單元116內(nèi)操作，或者可以在單元116內(nèi)被單獨(dú)地控制，以在任何給定的溫度區(qū)域內(nèi)提供更加精確的溫度控制。
圖4描繪了系統(tǒng)100的實(shí)施例，其中，腔室102被分成多個相鄰地對齊的模塊。模塊可以是，例如在PV模塊制造線的真空腔室中位于氣相沉積模塊22之前的預(yù)熱模塊20，如下面參照圖7和圖8更加詳細(xì)地討論的。與各個模塊20相關(guān)聯(lián)的溫度控制單元116可以包括一個或更多獨(dú)立控制的加熱器單元120，加熱器單元將基底的溫度増加到足夠用于氣相沉積模塊22中的其上的半導(dǎo)體的薄膜層的氣相沉積的水平。一旦模塊38和模塊20之間的壓力相等，基底108就由輸送器132從緩沖站/模塊38輸送到第一模塊20中，并且隨后以相對不變的輸送速率被輸送通過模塊20。一旦第ー模塊20中的初始位置是“清楚的”，緩沖模塊38中的下ー后續(xù)基底108就以明顯比基底108通過模塊20的不變的輸送速率更大的輸送速率被快速地輸送(“指引”)到第一模塊20中。實(shí)質(zhì)上，基底108進(jìn)入第一模塊20中的初始輸送速率可以認(rèn)為是“即吋’的，因?yàn)樵诨椎那熬?10和后緣112之間幾乎沒有顯著的加熱差異。一旦基底108已被快速地指引到第一模塊20中，那么然后它以其它基底108的不變的輸送速率被輸送，在其前緣110和相鄰的上游基底108的后緣112之間有間隙114。 仍然參照圖4，因而應(yīng)當(dāng)意識到，當(dāng)基底108移動通過模塊20并被逐漸加熱吋，與前緣部分相比，各個基底的后緣部分在模塊20中花費(fèi)更多的時間。這將導(dǎo)致基底中的在縱向上(在輸送方向上)引起的增加的溫度梯度。換而言之，在氣相沉積模塊22中，基底108的后緣部分將處于比前緣部分更高的溫度，這對基底108的表面上的薄膜層的均勻沉積是有害的。系統(tǒng)100被設(shè)計(jì)成通過按照基底相對于單元120的空間位置的函數(shù)減少ー個或更多加熱器單元120的熱輸出來補(bǔ)償上述的輸送引起的溫度差異，使得與前緣相比，更少的熱量被傳遞到后緣部分。例如，參照圖4的實(shí)施例，邊緣檢測器125設(shè)置在腔室102內(nèi)的第一位置，以檢測從第一模塊20輸送的基底108的前緣110。在該檢測中，當(dāng)基底的后緣部分被輸送通過第一模塊20時，控制器118可以將第一模塊20中的加熱器單元120(単獨(dú)地或者作為ー組)的輸出減少設(shè)定量(例如，％穩(wěn)態(tài)輸出的減少)，或者甚至關(guān)閉單元120。以這種方式，后緣部分被加熱至更少程度。當(dāng)前緣110到達(dá)下游的邊緣檢測器127時，加熱器単元120的輸出返回到它們的穩(wěn)態(tài)情形。因此，通過按照基底108相對于單元的空間位置的函數(shù)使加熱器單元120的輸出循環(huán)，從而補(bǔ)償否則將在基底中產(chǎn)生的溫度梯度。應(yīng)當(dāng)意識到，補(bǔ)償過程不必發(fā)生在第一模塊20中。該過程也可以在其它模塊20中的任何一個或組合中完成，目標(biāo)是，在輸送到氣相沉積腔室22中之前實(shí)現(xiàn)基底108中的均勻的線性溫度分布。例如，該過程可以在第一模塊20和下ー相鄰的模塊20等中實(shí)施。在圖4的實(shí)施例中，補(bǔ)償過程由基底108相對于循環(huán)的加熱器單元120的實(shí)際位置的檢測(經(jīng)由邊緣檢測器125、127)進(jìn)行控制。在備選實(shí)施例中，控制器118可以配置成基于例如限定的輸送速率、基底之間的間隔、基底長度等來計(jì)算空間位置。圖4描繪了另外的邊緣檢測器126，其可以與根據(jù)上面關(guān)于減少基底中的邊緣引起的溫度差異討論的過程的控制器118 —起起作用。不同的補(bǔ)償過程可以在腔室102中并行地實(shí)施。溫度控制單元116的控制可以以各種方式完成。在一特定實(shí)施例中，控制器118可以利用PID(比例積分微分)控制算法來實(shí)現(xiàn)本文中描述的溫度補(bǔ)償過程中的任何ー個或組合，該P(yáng)ID控制算法被調(diào)制為基底108通過處理腔室的速度速率和相對于溫度控制單元116的空間位置的函數(shù)。PID控制器是一般的控制回路反饋機(jī)構(gòu)，其廣泛地用在處理應(yīng)用中，以計(jì)算作為測量的過程值(PV)(例如溫度)和期望的設(shè)定點(diǎn)值(SP)之間的差異的“誤差”?？刂破髟噲D通過調(diào)整過程控制輸入來減小誤差。PID控制器通常用于各種制造應(yīng)用中的溫度控制。圖5是PID控制算法的框圖，這是眾所周知的，并且在此不必詳細(xì)地解釋。通常，PID控制算法涉及三個獨(dú)立的參數(shù)比例⑵值、積分⑴值以及微分⑶值。這些值結(jié)合而從PID控制器提供作為時間的函數(shù)的被控的變量(MV(t))輸出。在時域(time realm)中，比例⑵值(也稱為“增益”(gain))對輸出(MV)做出改變，其與乘以可調(diào)的比例増益因子Kp的設(shè)定點(diǎn)(SP)和過程(PV)值之間的當(dāng)前誤差值(e(t))成比例Pout = Kpe (t)積分⑴值(也稱為“重置”(reset))對輸出(MV)做出改變，通過隨著時間對誤差積分并用可調(diào)的積分増益因子Ki乘以該值，其與誤差的大小和持續(xù)時間成比例
Jmii = Ki f G(T) dT積分⑴項(xiàng)加速了向著設(shè)定點(diǎn)的過程，并且消除了隨著僅僅成比例的控制器發(fā)生的固有的穩(wěn)態(tài)誤差。微分⑶值(也稱為“比率” (rate))對輸出(MV)做出改變，按照誤差隨時間的斜率乘以可調(diào)的微分増益因子Kd的函數(shù) D0成—微分(D)項(xiàng)減緩了控制器輸出的變化速率，并且減小了由積分(I)項(xiàng)產(chǎn)生的超調(diào)量的大小。加上比例⑵、積分⑴以及微分⑶項(xiàng)，以計(jì)算PID控制器的輸出(u(t))nit) = MVft) = Kpe(t) + Kf I €{τ) τ + Kfl~e\t\通過調(diào)整不同的增益值(Kp，Ki，Kd)，控制回路被“調(diào)諧”成符合過程的具體要求，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的控制響應(yīng)。對于這種“回路調(diào)諧”，存在著各種已知的方法。圖6是可以在用于加熱或冷卻被輸送通過處理腔室的基底的系統(tǒng)中實(shí)施的反饋控制回路的框圖(帶有圖例)，其中，溫度控制單元116如上所述被控制，以補(bǔ)償邊緣引起的溫度差異或輸送差異(圖4)。在圖6所示的特定實(shí)施例中，調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)的PID控制器，以適應(yīng)按照基底相對于單元116的空間位置的函數(shù)隨時間變化的溫度設(shè)定點(diǎn)。如在與圖6中的框圖一起提供的圖例中解釋的，標(biāo)準(zhǔn)的PID傳遞函數(shù)G(S)由空間調(diào)制的傳遞函數(shù)G2(S)進(jìn)行修改，G2(S)由處理腔室102內(nèi)的基底108的相對位置觸發(fā)，該相對位置可以由與控制器118通信的邊緣檢測器124-127的任何組合來檢測?？臻g調(diào)制的傳遞函數(shù)G2 (s)可以是例如斜坡函數(shù)，當(dāng)被觸發(fā)時，其與PID傳遞函數(shù)G(S)的輸出相結(jié)合而改變被控信號U(S)，從而當(dāng)相鄰的基底108的邊緣112、110在單元116之下經(jīng)過時，減少/増加溫度控制單元116的輸出(例如，限定的％減少和隨后的增加)，如上面討論的。應(yīng)當(dāng)意識到，本發(fā)明不限于任何特定類型的反饋控制，并且在此描述的調(diào)制的PID控制算法是為了示例性的目的。
圖7和圖8顯不了氣相沉積系統(tǒng)10的實(shí)施例,其配置成用于被輸送通過系統(tǒng)10的PV模塊基底14上的薄膜層(通常小于大約10微米(μπι))的氣相沉積。薄膜可以是例如碲化鎘(CdTe)的薄膜層。如下面更加詳細(xì)地描述的，系統(tǒng)10可以并入根據(jù)本發(fā)明的方面的一個或更多溫度控制腔室102。系統(tǒng)10包括可以由任何配置的構(gòu)件限定的真空腔室16。在特定的所示的實(shí)施例中，真空腔室16由多個互連的模塊限定，如下面更加詳細(xì)地討論的。通常，真空腔室16可以被認(rèn)為是系統(tǒng)10的區(qū)段或部分，在其中，真空被抽吸及維持，用于氣相沉積過程的各種方面。系統(tǒng)10包括真空腔室16內(nèi)的預(yù)熱區(qū)段18。預(yù)熱區(qū)段18可以是ー個或多個構(gòu)件，其在基底14被輸送通過真空腔室16時預(yù)熱基底。在所示的實(shí)施例中，預(yù)熱區(qū)段18由多個互連的模塊20限定，其限定了用于通過真空腔室16的基底14的加熱的輸送路徑。各個模塊20可以包括多個單獨(dú)控制的加熱器21，加熱器21限定了多個不同的加熱區(qū)域。特定的 加熱區(qū)域可以包括多于ー個加熱器21，并且加熱器21可以包括多個單獨(dú)控制的加熱元件，如上面關(guān)于圖3討論的。預(yù)熱區(qū)段18如上所述受控制，使得加熱器21按照被輸送通過預(yù)熱區(qū)段的基底14之間的間隙的相對位置的函數(shù)循環(huán)下降或上升。各個預(yù)熱模塊20還包括單獨(dú)控制的輸送器66。加熱器21和輸送器66針對各個模塊20被控制，以實(shí)現(xiàn)在基底14輸送到下游的氣相沉積模塊22中之前確保基底14的期望的溫度的基底14通過預(yù)熱區(qū)域18的輸送速率。真空腔室16還包括在基底14的輸送方向上位于預(yù)熱區(qū)段18的下游的氣相沉積裝置24。該裝置24可以配置為氣相沉積模塊22，并且是其中諸如顆粒狀CdTe材料的源材料升華且作為薄膜層沉積在基底14上的構(gòu)件配置。應(yīng)當(dāng)容易地意識到，在本領(lǐng)域中，已知各種氣相沉積系統(tǒng)和エ藝，例如上述的CSS系統(tǒng)，并且氣相沉積裝置24不限于任何特定類型的氣相沉積系統(tǒng)或エ藝。真空腔室16還包括氣相沉積裝置24下游的冷卻區(qū)段26。在所示的實(shí)施例中，冷卻區(qū)段26由多個互連的冷卻模塊28限定，基底14在被從系統(tǒng)10移除之前被輸送通過冷卻模塊28。冷卻模塊28在真空腔室16內(nèi)限定了縱向延伸的區(qū)段，其中，在基底14被從系統(tǒng)10移除之前，其上沉積有升華的源材料的薄膜的基底被允許以受控的冷卻速率冷卻。冷卻模塊28具有單獨(dú)控制的輸送器66。各個模塊28可以包括一個或更多單獨(dú)控制的冷卻單元29，単元29限定了多個不同的冷卻區(qū)域。特定的冷卻區(qū)域可以包括多于ー個冷卻単元29，并且冷卻単元29可以包括多個單獨(dú)控制的冷卻元件，如上面關(guān)于圖3討論的。冷卻區(qū)段26可能如上所述受控制，使得冷卻単元29按照基底14之間的間隙的相對位置的函數(shù)循環(huán)下降或上升，或者以補(bǔ)償輸送引起的溫度差異。系統(tǒng)10還包括可操作地設(shè)置在真空腔室16內(nèi)的輸送器系統(tǒng)。在所示的實(shí)施例中，該輸送器系統(tǒng)16包括多個單獨(dú)的輸送器66,系統(tǒng)10中的各個模塊包括相應(yīng)的其中ー個輸送器66。應(yīng)當(dāng)意識到，輸送器66的類型或配置不是本發(fā)明的限制因素。在所示的實(shí)施例中，輸送器66是由電動機(jī)驅(qū)動的棍式輸送器,該電動機(jī)被控制，以實(shí)現(xiàn)基底14通過相應(yīng)的模塊和系統(tǒng)10整體的期望的輸送速率。系統(tǒng)10還包括供給系統(tǒng)48 (圖8)，其與氣相沉積裝置24 —起配置成向裝置24供應(yīng)諸如顆粒狀CdTe材料的源材料。供給系統(tǒng)48可以采取本發(fā)明的范圍和要g內(nèi)的各種結(jié)構(gòu)和功能，以在不中斷氣相沉積裝置24內(nèi)的連續(xù)的氣相沉積過程或基底14通過氣相沉積裝置24的輸送的情況下供應(yīng)源材料。単獨(dú)的基底14最初放置在負(fù)載輸送器46上，其可以包括例如用在其它系統(tǒng)模塊中的相同類型的被驅(qū)輥式輸送器66。基底14首先被輸送通過位于真空腔室16的上游的入ロ真空鎖定站34。在所示的實(shí)施例中，真空鎖定站34包括在基底14的輸送方向上位于緩沖模塊38的上游的負(fù)載模塊36?！按致缘摹?即，初始的)真空泵56與負(fù)載模塊36 —起配置成抽吸初始的真空度，并且“精細(xì)的”(即，高的)真空泵58與緩沖模塊38 —起配置成將緩沖模塊38中的真空増加到基本上真空腔室16內(nèi)的真空度。閥62 (例如門式狹縫閥或旋轉(zhuǎn)式插板閥)可操作地設(shè)置在負(fù)載輸送器46和負(fù)載模塊36之間,在負(fù)載模塊36和緩沖模塊38之間，以及在緩沖模塊38和真空腔室16之間。這些閥62被電動機(jī)或其它類型的致動機(jī)構(gòu)64連續(xù)地致動，以將基底14以步進(jìn)的方式引入真空腔室16中，而不會不利地影響腔室16內(nèi)的真空。 在正常操作條件下，通過真空泵58、56和60的任何組合，在真空腔室16中維持操作的真空。為了將基底14引入真空腔室16中，負(fù)載模塊36和緩沖模塊38之間的閥62最初是關(guān)閉的，并且負(fù)載模塊被放空。緩沖模塊38和第一預(yù)熱模塊20之間的閥62是關(guān)閉的。負(fù)載模塊36和負(fù)載輸送器46之間的閥62是打開的，并且相應(yīng)的模塊中的單獨(dú)的輸送器66被控制，以使基底14前進(jìn)至負(fù)載模塊36中。在該點(diǎn)，第一閥62被閉上，并且基底14被隔離在負(fù)載模塊36中。然后，低真空泵56在負(fù)載模塊36中抽吸初始真空。在這個過程中，高真空泵58在緩沖模塊38中抽吸真空。當(dāng)負(fù)載模塊36和緩沖模塊38之間的真空大致相等時，模塊之間的閥62打開，并且基底14被移動到緩沖模塊38中。模塊之間的閥62關(guān)閉，并且高真空泵58增加緩沖模塊38中的真空，直到它與相鄰的預(yù)熱模塊20大致相等。緩沖模塊38和預(yù)熱模塊20之間的閥62然后打開，并且基底被移動到預(yù)熱模塊20中。對于輸送到真空腔室16中的各個基底14，該過程重復(fù)。根據(jù)上面的描述，應(yīng)當(dāng)意識到，由于負(fù)載過程，真空腔室16內(nèi)的基底14因而將在相鄰的基底之間具有間隙。在所示的實(shí)施例中，氣相沉積裝置24包括模塊22,在其中，基底14暴露于諸如CdTe的升華的源材料的薄膜沉積在基底14的上表面上的氣相沉積環(huán)境。単獨(dú)的基底14以受控的不變的線性速度被輸送通過氣相沉積模塊22。換而言之，基底14并未停止或者保持在模塊24內(nèi)，而是以受控的線性速率連續(xù)地移動通過模塊22?；?4的輸送速率可以在例如大約10mm/sec至大約40mm/sec的范圍中。在一特定實(shí)施例中，該速率可以是例如大約20mm/sec。該線性速度可被簡單地調(diào)節(jié)(例如，在每分鐘內(nèi)小于5秒)為針對基底的“趕上”調(diào)整。以這種方式，輸送方向上的基底14的前方區(qū)段和后方區(qū)段在氣相沉積模塊22內(nèi)暴露至相同的氣相沉積狀況。基底14的頂表面的所有區(qū)域暴露至相同的氣相狀況，以實(shí)現(xiàn)基底14的上表面上的升華的源材料的薄膜層的大致均勻的厚度。氣相沉積模塊22包括相應(yīng)的輸送器65,其可以與多個上游和下游模塊中的輸送器66不同。輸送器65可以特別地配置成支持模塊22內(nèi)的氣相沉積過程。在所示的實(shí)施例中，為了該目的，環(huán)狀的板條式輸送器65配置在模塊22內(nèi)。然而，應(yīng)當(dāng)容易意識到，也可以使用任何其它類型的合適的輸送器。氣相沉積裝置24與供給系統(tǒng)48(圖8) —起配置成以方式向裝置24連續(xù)地供應(yīng)源材料，以不中斷氣相沉積過程或者不停止基底14通過模塊22的輸送。供給系統(tǒng)48不是本發(fā)明的限制因素，并且可以設(shè)計(jì)任何合適的供給系統(tǒng)48，以將源材料供應(yīng)到模塊22中。在所示的實(shí)施例中，后加熱區(qū)段30被限定在真空腔室16內(nèi)，直接位于氣相沉積模塊22的下游。該后加熱區(qū)段30可以由配置有加熱器單元21的一個或更多后加熱模塊32限定。加熱單元21可以包括多個單獨(dú)控制的加熱區(qū)域，各個區(qū)域具有一個或更多加熱器。當(dāng)基底14的前方區(qū)段被輸送到氣相沉積模塊24外時，它移動到后加熱模塊32中。后加熱模塊32維持基底的受控的加熱分布直到整個基底被移到氣相沉積模塊22タト，以防止對基底的損害，例如由不受控制的或急劇的熱應(yīng)カ導(dǎo)致的翹曲或開裂。如果基底14的前方區(qū)段在它離開模塊22時被允許以過度的速率冷卻，那么潛在的破壞性的溫度梯度將沿著基底14縱向地產(chǎn)生。該情形能夠?qū)е略醋詿釕?yīng)力的基底開裂。后加熱區(qū)段30可以如上所述被控制，使得當(dāng)基底前進(jìn)通過后加熱區(qū)段時，加熱器21按照基底14之間的間隙的相對位置的函數(shù)循環(huán)下降及上升。 出ロ真空鎖定站40配置在冷卻區(qū)段26的下游。該出ロ站40基本上與上述的入ロ真空鎖定站34相反而運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，出ロ真空鎖定站40可以包括出ロ緩沖模塊42和下游的出ロ鎖定模塊44。連續(xù)操作的閥62設(shè)置在緩沖模塊42和冷卻區(qū)段26中的最后ー個模塊28之間，在出口緩沖模塊42和出口鎖定模塊44之間，以及在出口鎖定模塊44和出口輸送器50之間。高真空泵58與出ロ緩沖模塊42 —起配置，并且低真空泵56與出ロ鎖定模塊44 一起配置。泵58、56和閥62被連續(xù)地操作(基本上與入口封閉站34相反)，以將基底14以步進(jìn)的方式移出真空腔室16，而沒有真空腔室16內(nèi)的真空狀態(tài)的損失。如所提及的，在所示的實(shí)施例中，系統(tǒng)10由多個互連的模塊限定，各個模塊為特別的功能服務(wù)。為了控制的目的，各個單獨(dú)的模塊可以配置有相關(guān)聯(lián)的単獨(dú)的控制器52，以控制相應(yīng)的模塊的單獨(dú)的功能。多個控制器52可以依次與中央系統(tǒng)控制器54通信，如圖7所示。中央系統(tǒng)控制器54能夠監(jiān)測并控制(經(jīng)由単獨(dú)的控制器52)其中任何一個模塊的功能，以實(shí)現(xiàn)通過系統(tǒng)10的基底14的總的期望的輸送速率和處理?？刂破?2和54可以獨(dú)自或組合地作為上面在圖I至圖4中提及的控制器118起作用，以根據(jù)本文中描述的原理控制預(yù)熱區(qū)段18、后加熱區(qū)段30以及冷卻區(qū)段26。參照圖7，對于單獨(dú)的相應(yīng)輸送器66的單獨(dú)控制，各個模塊可以包括任何方式的有源或無源的傳感器68，其在基底14被輸送通過模塊時檢測基底的出現(xiàn)。傳感器68與模塊控制器52通信，該模塊控制器繼而與中央控制器54通信。以這種方式，単獨(dú)的相應(yīng)輸送器66可以被控制而確?；?4之間的適當(dāng)?shù)拈g隔被維持并且基底14以期望的不變的輸送速率被輸送通過真空腔室16。傳感器68還可以作為上面參照圖3的實(shí)施例所述的檢測器126起作用。該書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳實(shí)施方式，并且也使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括做出和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何合并的方法。本發(fā)明的可專利性范圍由權(quán)利要求限定，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例包括與權(quán)利要求的字面語言沒有差異的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言有非實(shí)質(zhì)性差異的等同結(jié)構(gòu)要素，那么這樣的其它示例意圖落在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)(100)，用于分立的線性輸送的基底(108)的可變的加熱或冷卻，其補(bǔ)償所述基底中的邊緣引起的溫度差異，所述系統(tǒng)包括 腔室(102)； 所述腔室內(nèi)的輸送器(132)，用于以輸送速率移動所述基底通過所述腔室，相對于通過所述腔室的輸送方向(128)，所述基底具有前緣(110)和后緣(112)； 多個單獨(dú)控制的溫度控制單元(116)，沿著所述輸送方向線性地設(shè)置在所述腔室內(nèi)；以及， 與所述溫度控制單元通信的控制器(118)，所述控制器配置成按照所述腔室內(nèi)的所述基底的所述前緣和后緣相對于所述溫度控制單元的位置的函數(shù)使來自穩(wěn)態(tài)溫度輸出的所述溫度控制單元的輸出沿著所述輸送方向連續(xù)地循環(huán)，以減少所述基底中的邊緣引起的溫度差異。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述溫度控制單元(116)包括加熱器単元(120)，各個所述加熱器單元限定加熱區(qū)域并包括多個可控制的加熱器元件(122)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述腔室(102)包括多個對齊的處理模塊(20，28)，所述基底被線性地輸送通過所述處理模塊，各個所述模塊還包括至少ー個所述溫度控制單元(116)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述處理模塊(20，28)在光伏(PV)模塊制造線(10)中限定了預(yù)熱處理區(qū)段(18)或冷卻處理區(qū)段(26)中的ー個。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述控制器(118)配置成基于預(yù)定的基底長度和所述輸送器的輸送速率，按照移動通過所述腔室的所述基底(108)的所述前緣(110)和后緣(112)的計(jì)算的位置的函數(shù)，使所述溫度控制單元(116)循環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，還包括設(shè)置在所述腔室中的位置的邊緣檢測器(124)，用以檢測基底(108)之間的后緣(110)和前緣(112)，所述邊緣檢測器與所述控制器(118)通信，以向所述控制器提供邊緣位置信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述控制器(118)配置成按照移動通過所述腔室(102)的所述基底(108)的實(shí)際檢測的前緣(110)和后緣(112)的函數(shù)使所述溫度控制單元(116)循環(huán)，并且還包括沿著所述輸送方向設(shè)置在所述腔室內(nèi)的多個邊緣檢測器(125，126，127)，所述邊緣檢測器與所述控制器(118)通信。
8.一種系統(tǒng)(10),用于光伏(PV)模塊基底(14)上的薄膜層的氣相沉積,包括 真空腔室(16)，所述真空腔室還包括配置成用于在被輸送通過其的基底的上表面上沉積升華的源材料的薄膜的氣相沉積裝置(24)； 輸送器系統(tǒng)(66)，可操作地設(shè)置在所述真空腔室內(nèi)，并且配置成用于以受控制的不變的輸送速度輸送順序排列的所述基底通過所述氣相沉積裝置，在相鄰的基底之間具有間隙(114);以及， 預(yù)熱區(qū)段(18)，沿著所述基底的輸送方向設(shè)置在所述氣相沉積裝置的上游的所述真空腔室內(nèi)，所述預(yù)熱區(qū)段包括 多個單獨(dú)控制的加熱器單元(21)，沿著所述輸送方向線性地設(shè)置在所述腔室內(nèi)；以及， 與所述加熱器単元中的每ー個通信的控制器(52)，所述控制器配置成按照所述腔室內(nèi)的所述基底的所述前緣(110)和后緣(112)相對于所述加熱器単元的位置的函數(shù)使所述加熱器單元的輸出連續(xù)地循環(huán)，以減少所述基底中的邊緣引起的溫度差異。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述預(yù)熱區(qū)段(18)包括多個對齊的加熱器模塊(20)，所述基底被線性地輸送通過所述加熱器模塊，各個所述加熱器模塊還包括至少ー個所述加熱器単元(21)，所述控制器配置成按照移動通過所述腔室的所述基底的所述前緣(110)和后緣(112)的計(jì)算的位置的函數(shù)使所述加熱器単元循環(huán)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，還包括設(shè)置在所述腔室中的位置的邊緣檢測器(125，126，127)，用以檢測基底(14)之間的后緣(110)和前緣(112)，所述邊緣檢測器與所述控制器(52)通信，以向所述控制器提供邊緣位置信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述控制器(52)配置成當(dāng)所述基底移動通過所述腔室(16)時按照所述基底(14)的實(shí)際檢測的前緣(110)和后緣(112)相對于所述加熱器単元的函數(shù)使所述加熱器単元(21)循環(huán)，并且還包括沿著所述輸送方向線性地設(shè)置在所述預(yù)熱區(qū)段(18)內(nèi)的多個邊緣檢測器(126，127)，所述邊緣檢測器與所述控制器通信。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，還包括設(shè)置在所述氣相沉積裝置(24)的下游的所述腔室(16)內(nèi)的冷卻區(qū)段(26)，所述冷卻區(qū)段包括沿著所述輸送方向線性地設(shè)置在所述腔室內(nèi)的多個單獨(dú)控制的冷卻単元(29)，所述冷卻単元中的每ー個與所述控制器(52)通信，所述控制器配置成按照所述腔室內(nèi)的所述基底(14)的所述前緣(110)和后緣(112)相對于所述冷卻単元的函數(shù)連續(xù)地降低所述冷卻単元的冷卻效果，以減少沿著所述基底的邊緣引起的溫度差異。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述冷卻區(qū)段(26)包括多個對齊的冷卻模塊(28)，所述基底(14)被線性地輸送通過該冷卻模塊，各個所述冷卻模塊還包括至少ー個所述冷卻單元(29)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述控制器(52)配置成按照移動通過所述腔室的所述基底(14)的所述前緣(110)和后緣(112)的計(jì)算的位置的函數(shù)使所述冷卻単元(29)循環(huán)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述控制器(52)配置成當(dāng)所述基底(14)移動通過所述腔室(16)時按照實(shí)際檢測的前緣(110)和后緣(112)相對于所述冷卻単元的函數(shù)使所述冷卻単元(29)循環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于線性輸送的基底的可變的加熱或冷卻的動力系統(tǒng)。提供了系統(tǒng)(100)，用于加熱或冷卻分立的、線性輸送的基底(108)，其在第一基底的后緣(112)和輸送方向上的下一基底的前緣(110)之間具有間隙(114)。該系統(tǒng)包括腔室(102)和可操作地配置在腔室內(nèi)用于以輸送速率移動基底的輸送器(132)。多個單獨(dú)控制的溫度控制單元(116)，例如加熱或冷卻單元，沿著輸送方向線性地設(shè)置在腔室內(nèi)?？刂破?118)與各個溫度控制單元(116)通信而按照腔室內(nèi)的基底的前緣和后緣相對于溫度控制單元的位置的函數(shù)使來自穩(wěn)態(tài)溫度輸出的單元的輸出沿著輸送方向連續(xù)地循環(huán)，以減少基底中的邊緣引起的溫度差異。
文檔編號C23C16/52GK102691049SQ201210154370
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者C·拉思韋格, E·J·利特爾, F·H·西摩爾, M·J·帕沃爾, S·D·費(fèi)爾德曼-皮博迪 申請人:初星太陽能公司