太陽能電池形成裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了在太陽能電池基板上形成具有基本上均勻的厚度的材料膜的裝置及其形成工藝。在一些實施例中，在該裝置中所實施的工藝是物理汽相沉積(PVD)。在一個實施例中，裝置包括專門配置的流通孔。在另一個實施例中，裝置包括可移動關(guān)閉器，該關(guān)閉器與其上安裝有待處理的基板的旋轉(zhuǎn)鼓輪保持同步地打開和關(guān)閉。在其他實施例中，裝置包括可變電源或鼓輪速度控制器，該可變電源或鼓輪速度控制器分別與旋轉(zhuǎn)鼓輪保持同步地自動改變供應(yīng)給裝置的電源或鼓輪速度。本發(fā)明還提供了太陽能電池形成裝置和方法。
【專利說明】太陽能電池形成裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及光伏太陽能電池，更具體地，涉及薄膜太陽能電池及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]薄膜光伏(PV)太陽能電池是一種利用被轉(zhuǎn)換成可以用于許多應(yīng)用的可用電能的光形式的可再生能源的能源裝置。薄膜太陽能電池是通過在基板上沉積半導體和其他材料的各種薄層和膜所形成的多層半導體結(jié)構(gòu)。這些太陽能電池可以制造成具有包括多個獨立的電互連電池的一些形式的輕便靈活的板。輕便靈活的屬性提供了薄膜太陽能電池廣泛的潛在應(yīng)用，作為電力來源用在便攜式電子設(shè)備、航空與航天空間、以及包括諸如屋頂木瓦、建筑物外立面和天窗的各種建筑部件的住宅和商用建筑物中。
[0003]薄膜太陽能電池通常包括按次序排列的背部基板(諸如玻璃、聚合物或金屬)、底部電極層(也稱為“背部接觸件”)、有源P型光吸收層、緩沖層和η型透明導電氧化物(TCO)頂部電極層。通常通過在頂部電極層上直接施加EVA- 丁基密封劑，然后施加諸如玻璃或聚合物的保護性頂部覆蓋物來完成太陽能電池。
[0004]硫系材料已經(jīng)用于吸收層。硒化銅銦鎵(CIGS)是一種在薄膜太陽能電池中普遍使用的硫系吸收層材料?；贑IGS的薄膜太陽能電池已經(jīng)實現(xiàn)了卓越的轉(zhuǎn)化效率(例如在實驗室環(huán)境中超過20% )。用于沉積CIGS薄膜的一種方法是順序兩步濺射電沉積-硒化工藝。首先，利用合適材料的靶將銅、鎵和銦濺射在基板上以形成CIG前體膜。接著，實施硒化，硒化涉及使CIG前體膜與Se蒸汽或H2Se氣體反應(yīng)從而完成CIGS吸收層膜。
[0005]有時，在具有旋轉(zhuǎn)鼓輪的PVD (物理汽相沉積)裝置中實施濺射-硒化工藝，當多個太陽能電池基板經(jīng)歷吸收層沉積/形`成工藝時，該多個太陽能電池基板安裝在旋轉(zhuǎn)鼓輪上。這種裝置傾向于產(chǎn)生基板邊緣處的厚度通常厚于中心區(qū)域處的厚度的CIGS膜厚度。當處理更大的旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動基板時，該問題最顯著。由于所沉積的CIGS膜的吸收層厚度均勻性會影響太陽能電池的效率，所以通常不期望厚度不均勻。
[0006]因此需要解決上述問題的改進的薄膜太陽能電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于在太陽能電池基板上形成材料膜的裝置，所述裝置包括:殼體，限定真空室；旋轉(zhuǎn)鼓輪，設(shè)置在所述真空室中并且限定多個基板支撐表面，每個基板支撐表面都被配置成保持要被處理的剛性基板；濺射源，可操作地與所述真空室連接并且提供用于將材料膜成分運送至所述真空室的濺射氣體；濺射鈀，與所述濺射源相關(guān)聯(lián)并且包含材料膜成分；以及屏蔽板，在所述濺射鈀和所述真空室之間被安裝在所述殼體中，所述屏蔽板包括與所述濺射源和所述真空室流體連通的細長的流通孔，所述流通孔包括具有一寬度的相對端部和寬度小于至少一個端部的寬度的中間部分。[0008]在該裝置中，所述中間部分限定出所述孔大約在所述孔的中間高度處的最小寬度。
[0009]在該裝置中，所述流通孔大體呈沙漏形狀，包括在所述端部之間延伸的向內(nèi)凸起的側(cè)邊。
[0010]在該裝置中，所述材料膜成分是吸收層成分。
[0011]在該裝置中，與所述流通孔的其他部分相比，所述濺射氣體以降低的流動速率流過所述流通孔的所述中間部分，以在所述基板上沉積材料膜。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于在太陽能電池基板上形成材料膜的裝置，所述裝置包括:殼體，限定真空室；旋轉(zhuǎn)鼓輪，設(shè)置在所述真空室中并且限定多個基板支撐表面，每個基板支撐表面都被配置成保持要被處理的剛性基板；濺射源，可操作地與所述真空室連接并且提供用于將材料膜成分運送至所述真空室的濺射氣體；濺射鈀，與所述濺射源相關(guān)聯(lián)并且包含材料膜成分；以及一對流通關(guān)閉器，可移動地設(shè)置在所述濺射鈀和所述真空室之間，所述關(guān)閉器可在打開位置和關(guān)閉位置之間樞轉(zhuǎn)運動；其中，所述關(guān)閉器與所述旋轉(zhuǎn)鼓輪的旋轉(zhuǎn)保持同步地打開和關(guān)閉以調(diào)節(jié)經(jīng)過其流向所述真空室的濺射氣體流，從而控制沉積在所述基板上的材料膜的厚度。
[0013]在該裝置中，當所述基板的中心區(qū)域經(jīng)過所述鈀時，所述關(guān)閉器移動至所述打開位置。
[0014]在該裝置中，當所述基板的邊緣經(jīng)過所述鈀時，所述關(guān)閉器移動至所述關(guān)閉位置。
[0015]在該裝置中，所述關(guān)閉器在所述打開位置和所述關(guān)閉位置之間切換的速度與所述旋轉(zhuǎn)鼓輪的旋轉(zhuǎn)速度成比例地進行改變。
[0016]在該裝置中，由可編程控制器控制所述關(guān)閉器的位置。
[0017]在該裝置中，所述控制器控制可操作地與至少一個所述關(guān)閉器連接的至少一個伺服電機的操作。
[0018]在該裝置中，每個所述關(guān)閉器都被配置為直葉片，所述關(guān)閉器被定向為與設(shè)置在所述關(guān)閉器和所述真空室之間的前流通開口垂直。
[0019]在該裝置中，所述材料膜成分是吸收層成分。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于在太陽能電池基板上形成材料膜的裝置，所述裝置包括:殼體，限定真空室；旋轉(zhuǎn)鼓輪，設(shè)置在所述真空室中并且限定多個基板支撐表面，每個基板支撐表面都被配置成保持要被處理的剛性基板；可變速電機驅(qū)動器，可操作地與所述鼓輪連接并且被配置成使所述鼓輪以一種以上的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，所述電機驅(qū)動器使所述鼓輪以基線速度水平旋轉(zhuǎn)；濺射源，可操作地與所述真空室連接并且提供用于將材料膜成分運送至所述真空室的濺射氣體；濺射鈀，與所述濺射源相關(guān)聯(lián)并且包含材料膜成分；以及可編程控制器，可操作地與所述電機驅(qū)動器連接，所述控制器與所述旋轉(zhuǎn)鼓輪上的所述基板相對于所述鈀的位置同步地運轉(zhuǎn)，以增加或降低所述鼓輪的旋轉(zhuǎn)速度。
[0021]在該裝置中，當所述基板的邊緣接近所述鈀的附近時，所述鼓輪的旋轉(zhuǎn)速度增加至所述基線速度水平之上。
[0022]在該裝置中，當所述基板的邊緣離開所述鈀的附近時，所述鼓輪的旋轉(zhuǎn)速度降低至所述基線速度水平。
[0023]在該裝置中，當所述基板的中間部分接近所述鈀的附近時，所述鼓輪的旋轉(zhuǎn)速度保持在所述基線速度水平。
[0024]在該裝置中，所述控制器以根據(jù)速度相對于所述鼓輪的旋轉(zhuǎn)角的正弦曲線增加和降低速度的方式來控制所述鼓輪的旋轉(zhuǎn)速度。
[0025]在該裝置中，所述材料膜成分是吸收層成分。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于在太陽能電池基板上形成材料膜的裝置，所述裝置包括:殼體，限定真空室；旋轉(zhuǎn)鼓輪，設(shè)置在所述真空室中并且限定多個基板支撐表面，每個基板支撐表面都被配置成保持要被處理的剛性基板；濺射源，可操作地與所述真空室連接并且提供用于將材料膜成分運送至所述真空室的濺射氣體；電力電源，與所述濺射源連接，所述電源可操作地生成所述濺射源的基線功率水平；濺射鈀，與所述濺射源相關(guān)聯(lián)并且包含材料膜成分；以及可編程控制器，可操作地與所述電源連接，所述控制器與所述旋轉(zhuǎn)鼓輪上的所述基板相對于所述鈀的位置同步地運轉(zhuǎn)以增加或降低所述濺射源的功率水平。
[0027]在該裝置中，當所述基板的邊緣接近所述鈀的附近時，所述濺射源的功率水平增加至所述基線功率水平之上。
[0028]在該裝置中，當所述基板的邊緣離開所述鈀的附近時，所述濺射源的功率水平降低至所述基線功率水平。
[0029]在該裝置中，當所述基板的中間部分接近所述鈀的附近時，所述濺射源的功率水平保持在所述基線功率水平。
[0030]在該裝置中，所 述材料膜成分是吸收層成分。
[0031]該裝置還包括與所述真空室流體連接的硒氣源，所述裝置被配置成在所述基板上沉積硒。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]下文關(guān)于以下附圖描述優(yōu)選的實施例的特征，其中，相同的元件被類似地標示，其中:
[0033]圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于在太陽能電池基板上形成薄膜的濺射裝置的第一實施例的頂部截面平面圖；
[0034]圖2是圖1的裝置的濺射源外殼的等距視圖；
[0035]圖3和圖4是可以在圖1的裝置中使用的可打開/可關(guān)閉關(guān)閉器系統(tǒng)的頂部截面平面圖；
[0036]圖5是具有具體配置的流通孔(flow aperture)的圖2的外殼的等距正視圖；
[0037]圖6是圖2的外殼和圖3和圖4的關(guān)閉器系統(tǒng)的等距正視圖；
[0038]圖7是圖1的裝置中可使用的濺射源鈀的正視圖；
[0039]圖8是可以在圖1的濺射裝置中使用的用于保持基板的備選的可旋轉(zhuǎn)鼓輪的頂部截面平面圖；
[0040]圖9是示出在圖8的鼓輪的旋轉(zhuǎn)過程中基板相對于鈀的運動路徑的基板和濺射鈀的示意性俯視圖；以及
[0041]圖10是示出鼓輪速度控制輪廓曲線的曲線圖，該鼓輪速度控制輪廓曲線可以用于控制圖8的鼓輪的速度以改進膜厚度的均勻性。[0042]所有的附圖都是示意性的而并沒有按比例繪制。
【具體實施方式】
[0043]預(yù)期結(jié)合附圖閱讀示例性實施例的這種描述，所述附圖被認為是整個書面說明書的一部分。在本文公開的實施例的描述中，對方向或定向的任何引用僅為了描述的方便，而并不預(yù)期以任何方式限制本發(fā)明的范圍。諸如“下”、“上”、“水平”、“垂直”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“頂部”和“底部”的空間相對位置的術(shù)語及其派生詞(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)應(yīng)該被解釋為是指如隨后所述的或者如論述中的附圖所示的定向。這些空間相對位置的術(shù)語是為了便于描述，并不要求在具體定向上構(gòu)造或操作裝置。除非另有明確描述，否則關(guān)于“附接”、“附加”、“連接”和“互連”等的術(shù)語是指其中結(jié)構(gòu)彼此直接固定或附接或通過中間結(jié)構(gòu)彼此間接地固定或附接的關(guān)系以及兩者都是可移動的或剛性的附接或關(guān)系。再者，通過引用實施例說明了本發(fā)明的特征和優(yōu)點。因此，明顯地本發(fā)明不限于這些實施例，這些實施例說明了可以單獨存在的或以其他組合特征的方式存在的一些可能的非限制組合特種；本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求限定。術(shù)語“芯片”和“管芯”在本文中可交換使用。
[0044]根據(jù)本發(fā)明，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以通過膜沉積裝置設(shè)計和/或工藝操作中的一種或多種改進來實現(xiàn)更好的CIGS吸收層膜厚度的均勻性。這些改進包括如本文將描述的以下改進:(a)利用可以通過濺射裝置的外部真空室控制的專門設(shè)計的屏蔽件(shield)可以改進沿著基板在垂直方向上的膜厚度的均勻性；(b)通過與旋轉(zhuǎn)的基板傳送帶或鼓輪速率同步的機械關(guān)閉器(shutter)可以改進沿著基板在水平方向上的膜厚度的均勻性；(c)通過與旋轉(zhuǎn)鼓輪速率同步的電子控制的濺射電源可以改進沿著基板在水平方向上的膜厚度的均勻性；以及(d)通過調(diào)整與旋轉(zhuǎn)的基板和固定的濺射鈀之間的距離同步的鼓輪旋轉(zhuǎn)速率可以改進沿著基板在水平方向上的膜厚度的均勻性。優(yōu)選地，這些上述改進提高了 CIGS吸收層膜厚度的均勻性，從而改進了太陽能電池性能和效率。
[0045]現(xiàn)進一步詳細描述上述改進。
[0046]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的用于形成吸收層膜的物理汽相沉積(PVD)裝置100的一個示例性實施例的俯視圖。裝置100`包括其中限定出真空室102的殼體105。在一些實施例中，真空室102可以是環(huán)形。在各個實施例中(不用于限制)，殼體105可以成形為多邊形。例如，如說明的實施例所示，殼體105可以是八邊形。在各種其他可能的實施例中，多邊形殼體可以是六邊形、十面體或其他合適的形狀。殼體105可以包括設(shè)置在真空室102的一個或多個面上的一個或多個可移動的出入口。在一些實施例中，殼體105可以由諸如不銹鋼的金屬或用于濺射裝置的其他合適金屬和合金形成。
[0047]在一個典型的示例性實施例中(不用于限制)，殼體105可以在其中限定出單個真空室102，該單個真空室的高度為約2.4m(例如2.3m至2.5m)，其長度和寬度為約9.8m(例如 9.7m 至 9.9m)。
[0048]繼續(xù)參考圖1，PVD裝置100包括旋轉(zhuǎn)和可旋轉(zhuǎn)的基板支撐鼓輪120，該鼓輪120被配置成在設(shè)置在鼓輪上的多個垂直基板支撐表面122上可釋放地支撐和保持多個基板130 (也參考圖7)。如圖所示，表面122從鼓輪120向外呈放射狀地面向由殼體105所限定的真空室102的內(nèi)表面，使得可以向用于在基板上沉積硒的布置在鼓輪周圍的一個或多個固定的濺射源135和蒸發(fā)源140提供基板。
[0049]參考圖7，圖7是基板130被安裝在基板支撐鼓輪120上時被定位的正視圖，在一些實施例中該基板的結(jié)構(gòu)是基本上平坦和多邊的，包括頂部邊緣131、底部邊緣132以及相對的一對側(cè)邊緣133。在所示的實施例中，基板130的形狀是直線。可以使用的任何合適的平面的或平坦的剛硬薄膜太陽能電池基板材料可以被安裝至基板支撐鼓輪120。在一些實施例中，例如，基板130包括諸如鈣玻璃的硬質(zhì)玻璃。在其他可能的實施例中，基板130包括諸如硬質(zhì)金屬或塑料片材的其他太陽能電池材料。可以在PVD裝置100中加工的基板130的典型的具有代表性的尺寸包括(但不限于)那些測量寬度是大約60cm至IOOcm和測量高度是大約1.5m至2.0m的尺寸?？梢允褂镁哂衅渌线m尺寸的基板。
[0050]再次參考圖1，基板鼓輪120可以在真空室102中繞中心垂直的旋轉(zhuǎn)軸進行樞軸旋轉(zhuǎn)并限定出中心垂直的旋轉(zhuǎn)軸。盡管圖1示出用于鼓輪120的順時針方向旋轉(zhuǎn)，但是在一些實施例中，鼓輪120被配置和布置成以逆時針方向旋轉(zhuǎn)。在各個實施例中，可旋轉(zhuǎn)的基板鼓輪120與驅(qū)動軸可操作地連接，該驅(qū)動軸通過安裝至裝置100并可操作地旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動鼓輪的電機驅(qū)動器(motor drive) 108或其他驅(qū)動裝置旋轉(zhuǎn)。各個實施例中的電機驅(qū)動器可以安裝在裝置殼體105的頂部或底部處。在一個實施例中(不用于限制)，如本文中進一步描述的，將變速電機用于通過合適配置的電機轉(zhuǎn)速控制器控制的電機驅(qū)動器108，該電機轉(zhuǎn)速控制器可操作地使基板鼓輪120以恒速和/或變速旋轉(zhuǎn)。在一些實施例中，可編程控制器220控制電機驅(qū)動軸的速度。
[0051]在一些實施例中，例如，基板鼓輪120以大約5RPM和100RPM(例如3RPM和105RPM)之間的速度旋轉(zhuǎn)。在各個實施例中，選擇可旋轉(zhuǎn)基板鼓輪120的旋轉(zhuǎn)速度(每分鐘轉(zhuǎn)動次數(shù)或RPM)以使吸收層部件在多個基板130上的過量沉積最小化。在一個示例性實施例中，基板鼓輪120以大約80RPM(例如75RPM至85RPM)的速度旋轉(zhuǎn)。在一些實施例中，裝置100包括設(shè)置在基板鼓輪120內(nèi)的并可移動地與由殼體105支撐的電機驅(qū)動器連接的可旋轉(zhuǎn)內(nèi)部驅(qū)動筒110。如圖所示，可旋轉(zhuǎn)內(nèi)部驅(qū)動筒110通過一個或多個從中心106向外呈放射狀延伸并與電機驅(qū)動器的驅(qū)動軸直接或間接連接的支撐臂104可操作地與共心布置的外部基板鼓輪120連接。如圖所示，在不用于限制的一個實施例中，內(nèi)部驅(qū)動筒110具有與基板鼓輪120的形狀(即，多邊形)基本上共形和互補的形狀。然而，驅(qū)動筒110可以具有包括圓形的任何合適形狀。
[0052]繼續(xù)參考圖1，PVD裝置100包括具有至少一個濺射源135的濺射系統(tǒng)200，濺射源135被配置成在多個基板130的每一個的至少一部分表面上方沉積第一類型的多個吸收層原子。在一些實施例中，如圖所示，濺射系統(tǒng)200包括可以布置在直徑的相對位置上的兩個濺射源135。當基板130為了形成薄膜太陽能電池的CIGS吸收層而旋轉(zhuǎn)經(jīng)過濺射源時，濺射源135可操作地在基板130上沉積銅、銦和鎵原子。取決于要沉積在太陽能電池基板130上的材料的數(shù)量和性質(zhì)，可以提供任何合適數(shù)量的濺射源。
[0053]在一個實施例中，如圖1和圖2所示，濺射源135被設(shè)置在屏蔽箱外殼250中，屏蔽箱外殼250附接至殼體105并且被配置為與形成在殼體105內(nèi)的真空室102物理連通。在一個實施例中，濺射源135在 真空室102的外部被安裝在外殼105上，如圖所示，濺射源135被定位和設(shè)置在真空室102的外部上。如本文進一步描述的，在一個實施例中，屏蔽箱外殼250支撐濺射系統(tǒng)200的濺射源135和其他附屬部件。[0054]圖2是當從真空室102內(nèi)部向外觀看時所觀察到的屏蔽箱外殼250的透視圖。在一個實施例中，屏蔽箱外殼250包括結(jié)構(gòu)支撐架，該結(jié)構(gòu)支撐架包括前壁251、后壁253、一對連接前壁和后壁的相對側(cè)壁252、頂壁254和底壁256。這些壁限定出包含和支撐濺射源135、固定鈀137、可樞轉(zhuǎn)關(guān)閉器(shutter) 300 (例如，參見圖3至圖4)和其他附屬部件的內(nèi)腔255。前壁251限定出流通開口，在一個實施例中，該流通開口是前壁251中的前開口 258，該前開口 258垂直和水平地延伸以在腔255和PVD裝置100的真空室102之間提供開放流通路徑，該開放流通路徑被配置為和可操作地允許來自鈀137的濺射或運載氣體和吸收層膜成分通過以到達設(shè)置在可旋轉(zhuǎn)的鼓輪120上的基板130并在該基板130上形成層。在其他實施例中，如本文進一步描述的，可以通過屏蔽板230的流通孔232形成流通開口(例如，參見圖2和圖5)。例如，在一些實施例中，可以用包括諸如不銹鋼的金屬的任何合適的材料制成外殼250。
[0055]現(xiàn)在繼續(xù)參考圖1和圖2，例如，濺射源135可以是磁電管、離子束源、RF發(fā)生器或者被配置成在多個基板130的每一個的至少部分表面上方沉積多個第一類型的吸收層原子的任何合適的濺射源。提供電源180，該電源180恰當?shù)乇慌渲脼檫x擇使用的特定類型的濺射源135供電。在一個實施例中，電源180具有輸出至通過可編程控制器220控制的濺射源135的可調(diào)節(jié)電流。在一些實施例中，第一濺射源135包括設(shè)置在旋轉(zhuǎn)基板130的視野范圍內(nèi)的多個濺射鈀137中的至少其中一個，以在基板130上沉積原子。第一濺射源135可以利用為了沉積膜而將吸收層成分運送至基板130的惰性濺射氣體或運載氣體。在一些實施例中，用氬氣實施濺射?？梢允褂玫钠渌赡艿臑R射氣體包括但不限于氪氣、氙氣、氖氣和類似的惰性氣體。
[0056]如圖1所示，PVD裝置100包括設(shè)置在真空室102的視野范圍內(nèi)的第一濺射源135和設(shè)置在該真空室的視野范圍內(nèi)并與第一濺射源相對的第二濺射源135，其中，第一濺射源135被配置和形成為在多個基板130的每一個的至少部分表面上方沉積多個第一類型的吸收層原子，而第二濺射源135被配置和形成為在多個基板130的每一個的至少一部分表面上方沉積多個第二類型的吸收層原子。在其他實施例中，第一濺射源135和第二濺射源135在真空室內(nèi)被設(shè)置為彼此相鄰。在一些實施例中，第一和第二濺射源135可以均包括多個濺射鈀137中的至少一個或多個。
[0057]在各個實施例中，第一濺射源135由多個第一類型的吸收層原子(例如銅(Cu))組成并被配置成在多個基板130的每一個的至少一部分表面上方沉積多個第一類型的吸收層原子，第二濺射源135由多個第二類型的吸收層原子(例如銦(In))組成并被配置成在多個基板130的每一個的至少一部分表面上方沉積多個第二類型的吸收層原子。在一些實施例中，第一濺射源135被配置成在多個基板130的每一個的至少一部分表面上方沉積多個第一類型(例如銅(Cu))和第三類型(例如鎵(Ga))的吸收層原子。在一些實施例中，第一濺射源135包括一個或多個銅-鎵濺射鈀137，而第二濺射源135包括一個或多個銦濺射鈀137。例如，第一濺射源135可以包括兩個銅-鎵濺射鈀，而第二濺射源135可以包括兩個銦濺射鈀。在一些實施例中，銅-鎵濺射鈀137的材料包括大約70%至80% (例如69.5%至80.5% )的銅和大約20%至30% (例如19.5%至30.5% )的鎵。在各個實施例中，PVD裝置100具有具有第一銅:鎵濃度的第一銅-鎵濺射鈀137和具有第二銅:鎵濃度的第二銅-鎵濺射鈀137以用于梯度組成濺射。例如，第一銅-鎵濺射鈀的材料可以包括65%銅和35%鎵以控制單層沉積為第一梯度鎵濃度，而第二銅-鎵濺射鈀的材料可以包括85%銅和15%鎵以控制單層沉積為第二梯度鎵濃度。
[0058]濺射鈀137可以是任何合適的尺寸和結(jié)構(gòu)。對于一個典型的實例，可以提供平面或平坦的直線濺射鈀137，該濺射鈀137的測量尺寸是(但不限于)大約IOcm至20cm的寬度和大約1.5m至2.0m的高度。至少部分根據(jù)要加工的基板130的相應(yīng)尺寸，可以使用其他合適的尺寸。
[0059]在一些實施例中，被配置成在多個基板130的每一個的至少一部分表面上方沉積多個吸收層銦原子的濺射源135可以摻雜有鈉(Na)?？梢杂免c(Na)元素摻雜濺射源135的銦濺射鈀137。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用鈉摻雜銦濺射鈀137可以使在太陽能電池中沉積堿性硅酸鹽層的需求最小化。由于鈉直接引入吸收層，所以這一改進可以為太陽能電池帶來更低的制造成本。在一些實施例中，濺射源135是具有約2%和10%之間的鈉(例如1.95%至10.1%鈉)的摻鈉銅源。在各個實施例中，例如，銦濺射源135可以摻雜有諸如鉀的其他堿元素。在其他實施例中，裝置100可以包括多個銅-鎵濺射源135和多個摻鈉銦濺射源135。例如，太陽能電池形成裝置可以具有用于梯度組成濺射的65: 35的銅-鎵濺射源135和85: 15的銅-鎵濺射源135。
[0060]濺射源135和鈀137的以上組合提供了用于在薄膜太陽能電池基板上形成CIGS吸收層的CIG基礎(chǔ)。
[0061]繼續(xù)參考圖1，在各個實施例中，PVD裝置100還包括蒸發(fā)源140，蒸發(fā)源140被配置成在具有由CIG組成的沉積膜的多個基板130的每一個的至少一部分表面上方沉積多個第四類型的吸收層原子。在一個實施例中，第四類型是無毒的元素硒并且可以包括任何合適的蒸發(fā)源材料。在一些實施例中，蒸發(fā)源140被配置和可操作地制造第四類型的蒸發(fā)源材料的蒸汽。該蒸汽可以凝結(jié)在一個或多個基板130上，以完成CIGS吸收層。例如，蒸發(fā)源140可以是蒸發(fā)皿、坩堝、燈絲線圈、電子束蒸發(fā)源或任何合適的蒸發(fā)源140。在一些實施例中，蒸發(fā)源140設(shè)置在真空室102的第一分室中。在各個實施例中，第四類型的蒸汽源材料的蒸汽在基板上方凝結(jié)之前可以被離子化(例如利用電離放電)以增加反應(yīng)性能。在所示的實施例中，第一和第二濺射源135設(shè)置在真空室102的相對側(cè)并且沿著真空室102的的外圍被設(shè)置為基本上與蒸發(fā)源140等距。
[0062]參考圖1，在各個實施例中，PVD裝置100還包括諸如隔離泵152的第一隔離源，隔離泵152被配置和可操作地使蒸發(fā)源140和第一濺射源135隔離。第一隔離源可以被配置成防止來自蒸發(fā)源140的第四類型的材料(例如，硒)污染第一濺射源135。在所示的實施例中，例如，隔離泵152可以是真空泵。在其他實施例中，裝置100可以包括多個隔離泵152。
[0063]在一些實施例中，第一隔離泵152設(shè)置在與真空室102流體相通的第一分室102內(nèi)(參見圖1)。隔離泵152可操作地保持第一分室102中的壓力低于位于第一分室外部的真空室102內(nèi)的壓力，從而將來自蒸發(fā)源140的氣流和蒸汽流轉(zhuǎn)移至分室內(nèi)。包括隔離泵152的隔離源設(shè)置在蒸發(fā)源140和濺射源135之間，以攔截和疏散由蒸發(fā)源引入真空室102的原子(例如，汽化銫源材料原子)，從而防止污染濺射源135。例如，隔離源152可以是真空泵152，真空泵152被設(shè)置在保持蒸發(fā)源140的真空室的第一分室內(nèi)并被配置成疏散蒸發(fā)源材料原子以防止污染濺射源135。[0064]如圖1所示，在包括多個濺射源135和/或多個蒸發(fā)源140的各個實施例中，PVD裝置100可以包括多個諸如隔離真空泵152的隔離源，以使每個蒸發(fā)源與每個濺射源135隔離。例如，如圖所示，在具有設(shè)置在真空室102的相對側(cè)的第一和第二濺射源135以及具有在真空室102的外圍表面上分別設(shè)置在第一和第二濺射源135之間的第一和第二蒸發(fā)源140的實施例中，裝置100可以包括設(shè)置在第一濺射源135和蒸發(fā)源140之間的第一隔離泵152以及設(shè)置在第二濺射源135和蒸發(fā)源140之間的第二隔離泵。因此，在所示的實施例中，裝置100包括設(shè)置在蒸發(fā)源140和兩個濺射源135中的一個之間的隔離泵152。
[0065]如圖1所示，PVD裝置100可以還包括一個或多個加熱器117，以加熱設(shè)置在可旋轉(zhuǎn)鼓輪120的多個表面122上的多個基板130。在所示的實施例中，加熱器117設(shè)置在加熱器裝置115中并被加熱器裝置115支撐，該加熱器裝置115被配置成將加熱器設(shè)置為緊鄰每個基板130。加熱器裝置115可以具有與可旋轉(zhuǎn)的鼓輪120的形狀基本上共形的形狀。在所示的實施例中，多個加熱器117示出為以基本上八邊形的布置被設(shè)置在加熱裝置115內(nèi)。然而，加熱器裝置115可以具有任何其他合適的形狀。在各個實施例中，加熱器裝置115被設(shè)置成沿著基板裝置120的外圍保持基本上均勻的距離。在所示的實施例中，加熱器裝置115被設(shè)置在可旋轉(zhuǎn)基板裝置120的內(nèi)表面上，更具體地，在一些實施例中，加熱器117被設(shè)置在位于垂直的基板支撐表面122的后面的可旋轉(zhuǎn)鼓輪120的內(nèi)側(cè)上。一個或多個額外的獨立加熱器117可以進一步被設(shè)置沿著可旋轉(zhuǎn)鼓輪110的外表面的多個位置處以提供補充加熱。在其他可能的實施例中，包括多個加熱器117的加熱器裝置115可以沿著可旋轉(zhuǎn)鼓輪110的外表面進行設(shè)置。
[0066]為加熱器裝置115提供合適的可商購的電源，該電源可以包括穿過可旋轉(zhuǎn)鼓輪110的表面和/或來自鼓輪之下或之上的電線以為加熱器117供電。
[0067]在各個實施例中，繼續(xù)參考圖1，基板支撐鼓輪120可以圍繞加熱器裝置115旋轉(zhuǎn)，該加熱器裝置115在PVD裝置100的殼體105內(nèi)保持固定。在其他實施例中，具有多個加熱器117的加熱器裝置115可以與鼓輪120 —起旋轉(zhuǎn)。加熱器117可以包括(但是不限于)紅外線加熱器、鹵素燈泡加熱器、電阻加熱器或用于在沉積工藝期間加熱基板130的任何合適類型的加熱器。在一些實施例中，加熱器裝置115可以將基板130加熱至大約300°C和550 0C (例如295。。和555 0C` )之間的溫度。
[0068]如圖1所示，裝置100還可以包括在蒸發(fā)源140周圍設(shè)置的隔離擋板170。隔離擋板170可以被配置成將蒸汽源材料(例如硒)的蒸氣引導和導向多個基板130的表面的特定部分。隔離擋板170可以進一步被配置成引導蒸發(fā)源材料的蒸汽遠離濺射源135，從而防止蒸汽源材料122污染一個或多個濺射源135。在一些實施例中，例如，隔離擋板170可以由諸如不銹鋼或其他類似的金屬和金屬合金的材料組成。在一些實施例中，隔離擋板170是一次性的。在其他實施例中，隔離擋板170是可清洗的。
[0069]在一些實施例中，參考圖1，PVD裝置100可以包括應(yīng)用于裝置的一個或多個部分的一個或多個原位監(jiān)測裝置160，以監(jiān)測諸如溫度、室壓力、膜厚度、旋轉(zhuǎn)鼓輪120位置和速度、供應(yīng)給鈀137的電源電流的工藝參數(shù)或在控制和監(jiān)測裝置100操作方面需要關(guān)注的任何其他合適的工藝參數(shù)。在各個實施例中，裝置100可以包括裝載互鎖室(load lockchamber) 182和/或卸載互鎖室(unload lock chamber) 184。在本發(fā)明的實施例中，裝置100可以包括緩沖室155，緩沖室155用于提供真空破壞以及與殼體105中的內(nèi)部真空室102連通以裝載/卸載太陽能電池基板130。
[0070]參考圖1，在一些實施例中，PVD裝置100包括可編程控制器220，可編程控制器220被配置成和可操作地控制裝置操作和膜沉積工藝。一些實施例中，控制器220包括如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的諸如中央處理單元(CPU)或多個微處理器(MPU)的適當配置的可編程計算機數(shù)據(jù)處理器、控制電路和母線、機器可讀非易失性存儲介質(zhì)(例如光和磁存儲裝置，諸如硬盤、CD-ROM、DVD、磁帶/盒、USB、RAM等)、易失性和非易失性存儲器(例如ROM和RAM)、輸入設(shè)備(例如鍵盤、鼠標、控制鈕等)、輸出設(shè)備(例如視覺顯示器、打印機等)、有線和無線通訊接口、電源等，以提供用于預(yù)期的本申請的完整功能控制器?？刂破?20可操作地從監(jiān)測裝置160、通訊接口和輸入裝置接收數(shù)據(jù)輸入信號以及將輸出數(shù)據(jù)和控制信號提供給PVD裝置100或與裝置100相關(guān)的有關(guān)附屬部件。用計算機可執(zhí)行指令對機器可讀介質(zhì)進行編碼，當處理器220讀取和執(zhí)行計算機可執(zhí)行指令時，該計算機可執(zhí)行指令配置和導致處理器引導和控制PVD裝置100和相關(guān)附屬部件(包括本文更具體地詳細說明的那些)的各種操作。
[0071]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，圖2至圖5示出在沿著基板130從頂邊緣到底邊緣的垂直方向上改進垂直吸收層膜厚度的均勻性的裝置的一個實施例。在一個實施例中，PVD裝置100包括至少一個專門配置的具有流通孔232的屏蔽板230，屏蔽板230設(shè)置在濺射源鈀137和真空室102內(nèi)部的基板130之間。屏蔽板230可操作地控制和分散其中攜帶有膜化合物的惰性載氣流(或者運載氣體流)并相應(yīng)地控制沉積在由基板支撐鼓輪120運載旋轉(zhuǎn)基板130上的材料(B卩，原子)的最終膜厚度的均勻性。圖3和圖4是屏蔽箱外殼250及其相關(guān)附屬部件的一部分的俯視圖。圖5是箱體外殼250和屏蔽板230的正視圖。
[0072]參考圖2至圖5，在一個實施例中，屏蔽板230被安裝至箱體外殼250的前壁251并有效地封閉除了流通孔232之外的前開口 258 (參考圖2)。屏蔽板230限定出頂邊緣231、底邊緣233以及一對橫跨在頂邊緣231和底邊緣233之間縱向延伸的側(cè)邊緣235。在一個實施例中，屏蔽板230具有包括平行的前和后表面234的基本上平坦或平面的主體，并且還具有比該板的厚度大得多的長 度和寬度。在一些實施例中，屏蔽板230具有可以是矩形或正方形的直線形狀?？梢蕴峁┢渌线m的形狀。
[0073]在一些實施例中，例如，屏蔽板230可以由包括諸如不銹鋼的金屬的任何合適材料制成?？梢酝ㄟ^任何合適的方法將屏蔽板230附接至箱體外殼250，例如，包括但不限于焊接或機械緊固件。在一個實施例中，如圖所示，屏蔽板230附接至箱體外殼250的前壁251。
[0074]如圖2和圖5最好示出的，在一個實施例中，流通孔232垂直延伸，以具有比最大寬度Wl或W2大的高度Hl。Wl定義為孔232的頂端237和底端238處的寬度。W2定義為頂端237和底端238之間的寬度。
[0075]在一個實施例中，流通孔232具有沙漏形狀,該沙漏形狀具有比頂端237或底端238處的寬度Wl小的最小寬度W2(參見圖2和圖5)。在一個實施例中，孔232的最小寬度W2位于中間高度H2處的孔的垂直中點處，中間高度H2定義為高度Hl的一半。在一些實施例中，流通孔232的側(cè)邊236具有弓形的，向內(nèi)凸的形狀，其中，在一個實施例中，側(cè)邊之間的最窄點位于大約中間高度H2處。在其他實施例中，側(cè)邊236之間的最窄點或測量的寬度W2可以在中間高度H2之上或之下。因此，在一些實施例中，流通孔232的處于頂端237和底端238之間的中間部分的寬度W2小于頂端和底端處的寬度。
[0076]優(yōu)選地，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)圖2和5所示的向內(nèi)凸形狀的流通孔與具有直邊的孔相比在基板130上產(chǎn)生從頂邊緣至底邊緣的更好的垂直膜厚度的均勻性。膜厚度(在大基板上傾向于在接近頂邊緣和底邊緣處更厚)更均勻并且與更靠近基板中心處的膜厚保持一致。
[0077]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，通過機械關(guān)閉器300可以改進沿著基板在水平方向上的吸收層膜厚度的均勻性，在PVD裝置100中的加工過程中，機械關(guān)閉器300的位置與其上安裝有基板130的旋轉(zhuǎn)鼓輪120的旋轉(zhuǎn)同步。
[0078]圖3和圖4示出箱體外殼250內(nèi)的俯視圖。圖6是箱體外殼250的透視圖。參考這些附圖，一對相對并且垂直定向的關(guān)閉器300以支點P可樞轉(zhuǎn)地安裝在外殼250中。在一個實施例中，可以通過作為伺服機構(gòu)的一部分所設(shè)置的電子伺服馬達310的驅(qū)動軸限定支點P，該電子伺服馬達310可操作地旋轉(zhuǎn)關(guān)閉器300或使關(guān)閉器310樞軸旋轉(zhuǎn)，以控制關(guān)閉器300相對于箱體外殼250的位置。在一個實施例中，為每個關(guān)閉器300都提供一個伺服馬達。在一些實施例中，伺服馬達310被安裝在諸如頂壁254的箱體外殼250上并被箱體外殼250支撐，而關(guān)閉器300相應(yīng)地均可移動地與伺服馬達的驅(qū)動軸連接以及被伺服馬達的驅(qū)動軸支撐。本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知伺服馬達和伺服機構(gòu)，因此不需要進一步詳細說明。
[0079]在一個實施例中，如圖所示，支點P可以位于每個關(guān)閉器300的最后端從而為關(guān)閉器的最靠近PVD裝置100的真空室102的相對前端提供最大運動。在其他實施例中，支點P可以位于包括接近中點的每個關(guān)閉器的端部之間。
[0080]在一個實施例中，關(guān)閉器300的形狀為基本上直且平坦的葉片，該葉片在水平面上具有整體上矩形的結(jié)構(gòu)和截面。可以使用其他合適的多邊形和非多邊形的整體和截面形狀。關(guān)閉器300可以由包括諸如但是不限于不銹鋼、鋁或鈦(作為一些非限制性實例)的金屬的任何合適的材料制成。
[0081]繼續(xù)參考圖3、圖4和圖6，一對關(guān)閉器300用作可變的文丘里管或孔板以調(diào)節(jié)其中攜帶有膜化合物或原子(例如膜成分)的惰性濺射或運載氣體流進入PVD裝置100的真空室102中的量。這相應(yīng)地允許在該結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)經(jīng)過外殼250中的每個鈀237的任何給定時間點處控制沉積在結(jié)構(gòu)130上的吸收層膜厚度。在一個實施例中，如圖3和圖4最好示出的，關(guān)閉器300等距地設(shè)置在由屏蔽板230中的流通孔232限定的流通中心線CL的相對側(cè)上并且在該流通中心線CL的相對側(cè)上被對準。
[0082]通過伺服馬達310控制關(guān)閉器300的位置和運動，在一個實施例中，由本文已經(jīng)描述的控制濺射工藝的可編程控制器2 20控制伺服馬達210。關(guān)閉器300可在圖3所示的完全打開位置和圖4所示的關(guān)閉位置之間可樞轉(zhuǎn)移動。關(guān)閉位置可以是部分關(guān)閉的位置，以允許比關(guān)閉器處于完全打開位置時更少的攜帶有膜沉積成分的運載氣體流離開箱體外殼250和進入真空室102。處于完全打開位置時,每個關(guān)閉器300均被定向為基本上與箱體外殼250的屏蔽板230和前壁251垂直。處于部分關(guān)閉位置時，關(guān)閉器300被定向為與箱體外殼250的屏蔽板230和前壁251成一定角度。
[0083]在一個實施例中，控制器220控制每個關(guān)閉器300的樞轉(zhuǎn)運動以同時和同步或一致地發(fā)生，使得關(guān)閉器一起運動，以導致每個關(guān)閉器被定向為與屏蔽板230(或如果實施例不包括屏蔽板，前開口 258)成相同的角度。在其他可能的實施例中，可以提供每個關(guān)閉器300的不同樞轉(zhuǎn)運動，使得每個關(guān)閉器以與屏蔽板或前開口成不同角度打開。在一些實施例中，一個或另一個關(guān)閉器300可以樞軸運動而剩下的關(guān)閉器保持固定。根據(jù)目前的特定應(yīng)用的需求可以對控制器220進行編程，以提供任何上述類型的操作。在一個實施例中，兩個關(guān)閉器一起同時和一致地運動。
[0084]在在不具有本文公開的氣流關(guān)閉器的優(yōu)勢的情況下進行先前的PVD工藝期間，如圖3和圖4所示，當基板130在鼓輪120上旋轉(zhuǎn)時，相比于基板的中心部分，基板的側(cè)邊緣133更接近地經(jīng)過鈀137和箱體外殼250。這是因為無論被處理的結(jié)構(gòu)的位置怎樣，從箱體外殼250的前開口 258離開的運載氣體流基本上是恒定的，這不利地使得與側(cè)邊緣133之間的中心區(qū)域相比，側(cè)邊緣133(即，水平方向)處沉積的吸收層膜厚度更厚。橫跨在基板的表面上方的活性吸收層的非均勻膜厚度相應(yīng)地降低了太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率和性能。基板越大，該非均勻問題越嚴重。
[0085]為了彌補上述缺陷，優(yōu)選地，取決于基板相對于箱體外殼250和鈀137的位置，本文公開的關(guān)閉器系統(tǒng)允許按照需求控制(即增加/降低)到達基板130的運載氣體流以產(chǎn)生更均勻的膜厚度。到達基板的氣流越大，得到的吸收層膜沉積會越厚。在一個實施例中，如下所述，關(guān)閉器300的位置由可編程控制器220進行控制并且與鼓輪120的旋轉(zhuǎn)以及基板相對于箱體外殼和鈀的位置同步。
[0086]圖3示出相對于箱體外殼250和鈀137居中的基板130，當基板130的中心區(qū)域303最接近前開口 258和在一些實施例中的屏蔽板230(如果提供的話)的流通孔232時，關(guān)閉器300處于完全打開的位置處，以從而使到達基板的氣流最大化(參見圖3)。如圖4所示，當基板的尾端邊緣133接近箱體外殼250的前開口或流通孔時，關(guān)閉器300通過由控制器220控制的伺服電機310的操作開始關(guān)閉并且朝向如圖所示的部分關(guān)閉的位置移動。因此，攜帶有吸收層成分的運載氣體流減少，使得當尾端邊緣133經(jīng)過箱體外殼250時，減小所沉積的膜的厚度。
[0087]當下一個基板130的前邊緣133接近箱體外殼250時，關(guān)閉器300保持如圖4所示的部分關(guān)閉位置。當基板130繼`續(xù)旋轉(zhuǎn)時，基板的中心區(qū)域303接近圖3所示的位置并且關(guān)閉器300返回其完全打開的位置。
[0088]應(yīng)該理解，當其上安裝有基板130的旋轉(zhuǎn)鼓輪120旋轉(zhuǎn)經(jīng)過箱體外殼250和鈀137時，關(guān)閉器300的上述打開和關(guān)閉周期可以快速發(fā)生。該周期的持續(xù)時間直接對應(yīng)于鼓輪120的旋轉(zhuǎn)速度(即，RPM或每分鐘轉(zhuǎn)速)并且被控制器220進行控制，使得關(guān)閉器300根據(jù)基板相對于箱體外殼250的方向和位置而處于它們合適的上述位置(即，部分關(guān)閉或完全打開)。因此，在一個實施例中，對可編程控制器220進行編程和配置，以當加工基板時，實現(xiàn)關(guān)閉器300的上述操作。使用控制器220，可以以硬件、固件、軟件或它們的組合來實現(xiàn)關(guān)閉器操作。
[0089]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，通過電子控制與旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動的鼓輪120的速率或RPM同步的濺射電源可以改進在水平方向上的吸收層膜厚度的均勻性。沉積在基板130上的吸收層膜厚度與由電源180(參見圖1)供應(yīng)給濺射源135的功率強度或水平成比例。因此，當基板旋轉(zhuǎn)經(jīng)過箱體外殼250和濺射源鈀137時，通過控制提供給濺射源135的電源或電流允許在任何給定的時間點處控制和調(diào)芐基板130上的膜厚度。[0090]在一個實施例中，繼續(xù)參考圖1，電源180是可調(diào)節(jié)的，使得提供給濺射源135和鈀137的功率輸出或電流也是可控的。在一個實施例中，對可編程控制器220進行編程以控制電源180的輸出。使用控制器220，可以以硬件、固件、軟件或它們的組合來實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。
[0091]以上述如圖3和圖4所示的利用關(guān)閉器300調(diào)節(jié)惰性氣流的稍微類似方式，控制器220根據(jù)基板相對于鈀137和箱體外殼250的方向和位置以避免在基板垂直邊緣133處沉積的吸收層膜厚度大于中心區(qū)域303處的厚度的方式周期性地增加和降低提供給濺射源135的功率輸出(參見圖3，圖4和圖7)。當基板130處于圖3所示的位置時，提供給濺射源135的電源處于增加的或最大的水平以將吸收層膜沉積在基板的中心區(qū)域303上。如圖4所示，當基板的尾部邊緣133接近鈀137時，控制器220將提供給濺射源135的電源減小至降低的或最小的水平。這降低了 PVD工藝的反應(yīng)性能，因此更少的吸收層膜沉積在接近邊緣133的基板表面上。當下一個將被處理的基板130的前部邊緣133接近鈀137時，功率水平保持在該降低的或最小的水平直到中心區(qū)域接近鈀(如圖3所示)。然后控制器220將功率水平增加至用于在基板的中心區(qū)域303上形成吸收層的最大值。
[0092]優(yōu)選地，以上述方式操作PVD工藝功率水平產(chǎn)生從基板130的一垂直邊緣至另一垂直邊緣133的更均勻的水平膜的吸收層膜厚度。
[0093]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，通過調(diào)整與旋轉(zhuǎn)基板和固定鈀137之間的距離同步的鼓輪120的旋轉(zhuǎn)速度或RPM可以改進沿著基板在水平方向上的吸收層膜厚度的均勻性。沉積在基板130上的吸收層膜厚度基板鄰近鈀137的暴露時間成比例，該鈀137安裝在箱體外殼250中(參見圖1)。暴露時間越長，沉積在基板上的吸收層膜的厚度越厚。因此，控制其上安裝有基板的旋轉(zhuǎn)鼓輪120的RPM將增加或減少基板相對于鈀137的暴露時間。這就允許在基板旋轉(zhuǎn)經(jīng)過箱體外殼250和濺射源鈀137的任何給定的時間點處控制和調(diào)芐基板130上的膜厚度。
[0094]在一個實施例中，繼續(xù)參考圖1，通過可編程控制器220控制鼓輪120的旋轉(zhuǎn)速度(RPM)，對可編程控制器220進行編程和配置，以當基板每次經(jīng)過鈀137時改變或調(diào)節(jié)鼓輪速度。因此，根據(jù)基板130的 垂直邊緣133或中心區(qū)域303是否最接近鈀137，鼓輪120的RPM隨著時間周期性地變化。使用控制器220，可以以硬件、固件、軟件或它們的組合來實現(xiàn)鼓輪旋轉(zhuǎn)速度控制。
[0095]為了方便地闡述可變鼓輪速度實施例，圖8是由電機驅(qū)動器108驅(qū)動的10邊或十邊形可旋轉(zhuǎn)鼓輪120的俯視圖。10個基板130分別被安裝在相應(yīng)的垂直基板支撐表面122的一個上。每個支撐表面122代表環(huán)的一部分并且占據(jù)中心旋轉(zhuǎn)角為36度的扇區(qū)。當鼓輪120旋轉(zhuǎn)經(jīng)過鈀137時，每個基板130都暴露給鈀以用于在36度的弧上方沉積吸收層膜。
[0096]以如圖3和圖4所示利用關(guān)閉器300調(diào)節(jié)惰性氣流或調(diào)節(jié)上述提供給濺射源135的電源水平的稍微類似方式，控制器220根據(jù)基板130 (即，中心區(qū)域303或垂直邊緣133)相對于鈀137和箱體外殼250的方向和位置以避免在基板垂直邊緣133處沉積的吸收層膜厚度大于中心區(qū)域303處的厚度的方式(例如，參見示出基板相對于鈀的位置的圖3和圖4)周期性地增大和減小鼓輪120的旋轉(zhuǎn)速度或RPM。
[0097]圖9和圖10將進一步便于可變鼓輪速度的實施例的描述。圖9是示出沿著由圍繞鼓輪120的基板130的旋轉(zhuǎn)垂直邊緣133所限定的圓形運動路徑的三個旋轉(zhuǎn)參考點I至3的示意性俯視圖。圖10是示出編程和配置控制器220以控制鼓輪速度的結(jié)果的鼓輪速度圖。在一個實施例中，如圖所示，對控制器220進行編程和配置，使得鼓輪120速度呈如圖所示的正弦曲線。
[0098]現(xiàn)在描述可變鼓輪速度實施例的操作。參考圖8至圖10，當基板130的前部邊緣133首先定位在點I時(對應(yīng)于圖10中的O度旋轉(zhuǎn)角)時，鼓輪120的旋轉(zhuǎn)速度(RPM)處于如圖10所示的其最低或正?；€速度(baseline speed)(例如，參見點I (O度)和點3(36度))處。當前部邊緣133接近點2 (18度)時，如圖10所示，速度增加至更高或最高水平，因為如果鼓輪120的速度保持恒定，則該邊緣最接近鈀137將導致在邊緣附近沉積更厚的吸收層膜。速度的增大減少了鈀137的暴露時間，從而減小了形成在基板邊緣133上的吸收層膜的厚度。
[0099]如圖10所示，接下來，當前部邊緣133接近點3 (36度)時，鼓輪120的速度(RPM)減小返回至基線水平。位于點2 (18度)的基板130的中心區(qū)域303現(xiàn)在最接近鈀137。以正常速率沉積吸收層膜，因為中心區(qū)域經(jīng)過時不像前部邊緣或尾部邊緣133那樣地接近鈀(參見圖9中的基板的位置和弓形的運動路徑)。
[0100]如圖9所示，當基板的中心區(qū)域303處于最接近鈀137的點2時，尾部邊緣133位于點I處。當基板130繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，接下來，尾部邊緣133將接近點2 (圖10中的18度)。通過控制器220再次增加鼓輪120速度，使得基板130的尾部邊緣部分接收較少的吸收層膜。
[0101]優(yōu)選地，以上述方式操作旋轉(zhuǎn)鼓輪120速度(RPM)產(chǎn)生從基板130的一垂直邊緣至另一垂直邊緣133的更均勻的水平膜的吸收層膜厚度。應(yīng)該理解，相同的方法應(yīng)用于具有任何數(shù)量的平面或垂直基板支撐表面122的鼓輪120。因此，根據(jù)本發(fā)明的速度控制系統(tǒng)的可能實施例明顯地不限于具有10條邊的鼓輪(其僅為一個非限制性的實例)。
[0102]根據(jù)本發(fā)明的濺射系統(tǒng)和PVD裝置的各個實施例可以包括一個或多個水平和垂直的吸收層膜厚度的均勻性改`進的組合，或者根據(jù)目前的特定應(yīng)用的需求，實施例可以單獨利用改進中的任何一個。
[0103]應(yīng)該理解，通過選擇不同的濺射135和蒸發(fā)源140材料，圖1的PVD裝置100也可以用于形成具有除了本文公開的CIGS之外的不同類型的吸收層膜的太陽能電池。因此，本發(fā)明的實施例明顯地不限于單獨形成CIGS吸收層。
[0104]根據(jù)一個示例性實施例，提供了一種在太陽能電池基板上形成材料膜的裝置。該裝置包括:限定真空室的殼體；設(shè)置在真空室中并且限定多個基板支撐表面的旋轉(zhuǎn)鼓輪，每個基板支撐表面被配置成保持要處理的剛性基板；可操作地與真空室連接的濺射源，該濺射源提供用于材料膜成分運送至真空室的濺射氣體；與濺射源相關(guān)并且包含材料膜成分的濺射鈀；以及安裝在殼體中并位于濺射鈀和真空室之間的屏蔽板。屏蔽板包括與濺射源和真空室流體連通的長流通孔。流通孔包括具有寬度的相對端部和寬度小于至少一個端部的中間部分。
[0105]根據(jù)另一個示例性實施例，一種用于在太陽能電池基板上形成材料膜的第二裝置包括:限定真空室的殼體；設(shè)置在真空室中并且限定多個基板支撐表面的旋轉(zhuǎn)鼓輪，每個基板支撐表面被配置成保持要處理的剛性基板；可操作地與真空室連接的濺射源，該濺射源提供用于將材料膜成分運送至真空室的濺射氣體；與濺射源相關(guān)并且包含材料膜成分的濺射鈀，以及不固定地設(shè)置在濺射鈀和真空室之間的一對流通關(guān)閉器。關(guān)閉器在打開位置和關(guān)閉位置之間可樞轉(zhuǎn)運動。
[0106]根據(jù)另一個示例性實施例，一種用于在太陽能電池基板上形成材料膜的裝置包括:限定真空室的殼體；設(shè)置在真空室中并且限定多個基板支撐表面的旋轉(zhuǎn)鼓輪，每個基板支撐表面被配置成保持要處理的剛性基板；可操作地與鼓輪連接并且被配置成使鼓輪以一種以上的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的可變速電機驅(qū)動器，該電機驅(qū)動器使鼓輪以基線速度水平旋轉(zhuǎn)；可操作地與真空室連接的濺射源，該濺射源提供用于將材料膜成分運送至真空室的濺射氣體；與濺射源連接并且包含材料膜成分的濺射鈀；以及可操作地與電機驅(qū)動器連接的可編程控制器。該控制器與旋轉(zhuǎn)鼓輪上的基板相對于鈀的位置保持同步地或一致地運轉(zhuǎn)以增大或減小鼓輪的旋轉(zhuǎn)速度。
[0107]根據(jù)另一個示例性實施例，一種用于在太陽能電池基板上形成材料膜的裝置包括:限定真空室的殼體；設(shè)置在真空室中并且限定多個基板支撐表面的旋轉(zhuǎn)鼓輪，每個基板支撐表面都被配置成保持要處理的剛性基板；可操作地與所述真空室連接的濺射源，濺射源提供用于將材料膜成分運送至真空室的濺射氣體；與濺射源連接的電力電源，該電源可操作地產(chǎn)生濺射源的基線功率水平；與濺射源相關(guān)并且包含材料膜成分的濺射鈀；以及可操作地與該電源連接的可編程控制器。該控制器與旋轉(zhuǎn)鼓輪上的基板相對于鈀的位置保持同步地或一致地運轉(zhuǎn)以增加或降低濺射源的功率水平。關(guān)閉器與旋轉(zhuǎn)鼓輪的旋轉(zhuǎn)保持同步地打開和關(guān)閉，以用于調(diào)節(jié)經(jīng)過該關(guān)閉器流向真空室的濺射氣體流，從而控制沉積在基板上的材料膜的厚度。
[0108]盡管以上描述和附圖表示本發(fā)明的示例性實施例，但應(yīng)該理解，可以在不背離所附權(quán)利要求的等同物的精神和范圍的情況下，對其進行各種增加、改變和替換。具體地，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該很清楚，在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例、尺寸以及用其他元素、材料和組分來實現(xiàn)本發(fā)明。另外，可以在不背離本發(fā)明的精神的情況下對本文描述的可應(yīng)用的方法/工藝和/或控制邏輯作出各種變化。作為本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)該理解，在不背離本發(fā)明的原理的情況下可以利用本發(fā)明的實踐中使用的結(jié)構(gòu)、布置、比例、尺寸、材料和組分等的許多改變使用本發(fā)明，這尤其適用于特定環(huán)境和操作需求。因此，目前公開的實施例從所有方面考慮都是示例性的而不是限制性的，由所附權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的范圍，而不限于以上描述或?qū)嵤├?。相反地，?yīng)該寬泛地解釋所附的權(quán)利`要求以包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的等同物的范圍的情況下可以做出的本發(fā)明的其他變型例和實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在太陽能電池基板上形成材料膜的裝置，所述裝置包括: 殼體，限定真空室； 旋轉(zhuǎn)鼓輪，設(shè)置在所述真空室中并且限定多個基板支撐表面，每個基板支撐表面都被配置成保持要被處理的剛性基板； 濺射源，可操作地與所述真空室連接并且提供用于將材料膜成分運送至所述真空室的濺射氣體； 濺射鈀，與所述濺射源相關(guān)聯(lián)并且包含材料膜成分；以及 屏蔽板，在所述濺射鈀和所述真空室之間被安裝在所述殼體中，所述屏蔽板包括與所述濺射源和所述真空室流體連通的細長的流通孔，所述流通孔包括具有一寬度的相對端部和寬度小于至少一個端部的寬度的中間部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述中間部分限定出所述孔大約在所述孔的中間高度處的最小寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述流通孔大體呈沙漏形狀，包括在所述端部之間延伸的向內(nèi)凸起的側(cè)邊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述材料膜成分是吸收層成分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，與所述流通孔的其他部分相比，所述濺射氣體以降低的流動速率流過所 述流通孔的所述中間部分，以在所述基板上沉積材料膜。
6.一種用于在太陽能電池基板上形成材料膜的裝置，所述裝置包括: 殼體，限定真空室； 旋轉(zhuǎn)鼓輪，設(shè)置在所述真空室中并且限定多個基板支撐表面，每個基板支撐表面都被配置成保持要被處理的剛性基板； 濺射源，可操作地與所述真空室連接并且提供用于將材料膜成分運送至所述真空室的濺射氣體； 濺射鈀，與所述濺射源相關(guān)聯(lián)并且包含材料膜成分；以及 一對流通關(guān)閉器，可移動地設(shè)置在所述濺射鈀和所述真空室之間，所述關(guān)閉器可在打開位置和關(guān)閉位置之間樞轉(zhuǎn)運動； 其中，所述關(guān)閉器與所述旋轉(zhuǎn)鼓輪的旋轉(zhuǎn)保持同步地打開和關(guān)閉以調(diào)節(jié)經(jīng)過其流向所述真空室的濺射氣體流，從而控制沉積在所述基板上的材料膜的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，當所述基板的中心區(qū)域經(jīng)過所述鈀時，所述關(guān)閉器移動至所述打開位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，當所述基板的邊緣經(jīng)過所述鈀時，所述關(guān)閉器移動至所述關(guān)閉位置。
9.一種用于在太陽能電池基板上形成材料膜的裝置，所述裝置包括: 殼體，限定真空室； 旋轉(zhuǎn)鼓輪，設(shè)置在所述真空室中并且限定多個基板支撐表面，每個基板支撐表面都被配置成保持要被處理的剛性基板； 可變速電機驅(qū)動器，可操作地與所述鼓輪連接并且被配置成使所述鼓輪以一種以上的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，所述電機驅(qū)動器使所述鼓輪以基線速度水平旋轉(zhuǎn)； 濺射源，可操作地與所述真空室連接并且提供用于將材料膜成分運送至所述真空室的濺射氣體； 濺射鈀，與所述濺射源相關(guān)聯(lián)并且包含材料膜成分；以及 可編程控制器，可操作地與所述電機驅(qū)動器連接，所述控制器與所述旋轉(zhuǎn)鼓輪上的所述基板相對于所述鈀的位置同步地運轉(zhuǎn)，以增加或降低所述鼓輪的旋轉(zhuǎn)速度。
10.一種用于在太陽能電池基板上形成材料膜的裝置，所述裝置包括: 殼體，限定真空室； 旋轉(zhuǎn)鼓輪，設(shè)置在所述真空室中并且限定多個基板支撐表面，每個基板支撐表面都被配置成保持要被處理的剛性基板； 濺射源，可操作地與所述真空室連接并且提供用于將材料膜成分運送至所述真空室的濺射氣體； 電力電源，與所述濺射源連接，所述電源可操作地生成所述濺射源的基線功率水平； 濺射鈀，與所述濺射源相關(guān)聯(lián)并且包含材料膜成分；以及 可編程控制器，可操作地與所 述電源連接，所述控制器與所述旋轉(zhuǎn)鼓輪上的所述基板相對于所述鈀的位置同步地運轉(zhuǎn)以增加或降低所述濺射源的功率水平。
【文檔編號】C23C14/54GK103805951SQ201310037529
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月9日
【發(fā)明者】鄧鳳山, 趙應(yīng)誠, 楊智仁 申請人:臺積太陽能股份有限公司