CN102844838A - 辊到辊蒸发系统和制造ibiiiavia族光电装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供方法和设备，该方法和设备采用从一个或更多个组分供给源蒸发的组分，以形成前体层的一个或更多个膜，该前体层形成在连续柔性工件的表面上。具有特别意义的是蒸汽淀积系统的实施，这些蒸汽淀积系统影响连续柔性工件的水平布置部分和连续柔性工件的竖向布置部分，优选地与连续柔性工件的部分的短自由跨度区一道。

Description

辊到辊蒸发系统和制造IBIIIAVIA族光电装置的方法

对于相关申请的相互参考

本申请要求对于在2010年1月15日提交的美国临时申请No:61/295,567的优先权并且涉及该临时申请，并且本申请要求对于在2010年4月28日提交的美国申请No:12/769,321的优先权，这些申请的全部内容通过参引并入本文。

技术领域

本发明涉及用来制备半导体膜的薄膜的方法和设备，这些半导体膜用于辐射探测器和光电用途。

背景技术

太阳能电池是将太阳光直接转换成电力的光电装置。大多数普通太阳能电池材料是硅，硅呈现为单晶或多晶晶片的形式。然而，使用硅基太阳能电池产生的电能的成本比由更为传统的方法产生的电能的成本高。因此，从1970年代早期起，对于地区使用已经有降低太阳能电池成本的努力。降低太阳能电池成本的一种途径是：开发低成本薄膜生长技术，这些技术可将太阳能电池质量的吸收材料淀积在大面积基片上；并且使用高生产率、低成本方法构造这些装置。

IBIIIAVIA族化合物半导体是用于薄膜太阳能电池结构的优良吸收材料。IBIIIAVIA族化合物半导体包括如下的一些：周期表的IB族元素，如铜（Cu）、银（Ag）以及金（Au）；周期表的IIIA族元素，如硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）、铟（In）以及（Tl）；以及周期表的VIA族元素，如氧（O）、硫（S）、硒（Se）、碲（Te）以及钋（Po）。特别是，Cu、In、Ga、Se及S的化合物已经用在太阳能电池结构中，这些化合物一般称作CIGS（S）、或Cu（In、Ga）（S、Se）2或CuIn_1-xGa_x（S_ySe_1-y）_k，其中0≤x≤1，0≤y≤1，k近似是2，这些太阳能电池结构产生接近20%的转换效率。包含IIIA族元素Al和/或VIA族元素Te的吸收剂也有前途。因此，对于太阳能电池用途，对包含如下的化合物感兴趣：i）来自IB族的Cu；ii）来自IIIA族的In、Ga以及Al中的至少一种；及iii）来自VIA族的S、Se以及Te中的至少一种。IA族的碱金属，如K、Na及Li，常常包括在CIGS（S）吸收剂中作为掺杂物，以改进它们的光电性能。

常规IBIIIAVIA族化合物光电池10，如Cu（In、Ga、Al）（S、Se、Te）₂薄膜太阳能电池，的结构表示在图1中。光电池10包括基体11，该基体11具有基片12和导电层13，该导电层13形成在基片上。基片12可以是玻璃片、金属片、绝缘箔或腹板、或导电箔或腹板。吸收薄膜14形成在导电层13上，该吸收薄膜14包括在Cu（In、Ga、Al）（S、Se、Te）₂的族系中的材料。导电层可以是Mo、Ta、W、或Ti层，并且起到对于光电池的欧姆接触的作用。然而，如果基片12是适当选择的导电材料，如Ta箔或Mo箔，则也可能的是，不使用导电层，因为基片12可以用作对于光电池的欧姆接触。在形成吸收膜14之后，透明层15，例如CdS、ZnO或CdS/ZnO膜的叠堆，形成在吸收膜上。光16穿过透明层15进入光电池10。金属栅格（未示出）形成在透明层15上，以减小装置的有效串联电阻。吸收膜14的优选电气类型是p型，并且透明层15的优选电气类型是n型。然而，也可以形成n型吸收剂和p型窗口层。在图1中所示的装置结构被称为基片型结构。所谓的覆盖层型结构也可通过如下方式形成：将透明导电层淀积在透明基片上，如淀积玻璃或透明聚合物箔上；然后淀积Cu（In、Ga、Al）（S、Se、Te）₂吸收膜；最后由导电层形成对于装置的欧姆接触。在覆盖层结构中，光从透明覆盖层侧进入装置。

用来生长用于太阳能电池用途的Cu（In、Ga）（S、Se）₂型吸收薄膜的一种技术是两阶段过程，其中，首先将Cu（In、Ga）（S、Se）₂材料的金属成分或组分，即Cu、In及Ga，淀积到基片上，并且然后在高温退火过程中，与非金属组分（或半金属组分）反应，即与S和/或Se反应。可选择地，VIA族材料层也可包括在前体中。例如，Se和/或S可淀积在Cu、In和/或Ga膜的叠堆上，并且这个前体叠堆在升高的温度（400-600°C）下退火，以开始在金属元素和VIA族材料（一种或更多种）之间的反应而形成Cu（In、Ga）（S、Se）₂化合物。在退火期间，另外的Se和/或S源，如Se和S蒸汽、或含Se和S气体，也可输送到反应器中。到相邻站和设备的硒蒸汽迁移，是在使用Se蒸发器的淀积系统中的重要问题。在这样的系统中，在淀积期间，硒蒸汽迁移到相邻淀积站或端部站和机构，如在端部站中的缠绕机构或在淀积期间支承腹板的各个辊。一种现有技术解决方案是增大腹板的自由跨度距离，以将相邻站和缠绕机构移动而远离硒蒸发器。然而，这种解决方案存在缺陷，因为较长跨度使腹板按悬垂形状下垂，这由于不均匀张力导致在淀积层中的均匀性的降级。这样大的自由跨度也增加了系统的占地面积。在图1中所示的吸收层14除形成吸收层要求的基本元素（Cu、In、Ga、Se和/或S）之外，可以包含掺杂元素，如Na，以提高电池性能。对于IBIIIAVIA族吸收层关于可能掺杂物的以前研究已经表明，碱金属，如Na、K以及Li，影响这样的吸收层的结构和电气性能。特别是，在CIGS层中Na的包括表明，对于它们的结构和电气性能和对于提高太阳能电池的转换效率是有益的-该太阳能电池构造在这样的层上，条件是其浓度被良好地控制。

实现VIA族材料和/或掺杂材料淀积的系统的设计，对于所生成的吸收膜的质量、太阳能电池的效率、生产率、材料利用率及过程的成本是关键的。来自热源的淀积通量往往在淀积过程期间显著地变化。具有测量和控制淀积通量的能力对于过程稳定性是关键的。因此，需要能够高效地淀积这样的层的新型过程和工具，以形成用于太阳能电池的高质量、低成本CIGS型吸收层。

发明内容

本发明所提供的方法和设备采用从一个或更多个组分供给源蒸发的组分，以形成前体层的一个或更多个膜，该前体层形成在连续柔性工件的表面上。

具有特别意义的是蒸汽淀积系统的实施，这些蒸汽淀积系统在连续柔性工件的水平布置部分和连续柔性工件的竖向布置部分上操作，优选地与连续柔性工件的部分的短自由跨度区一道。

在一个方面，提供的是一种辊到辊系统，该辊到辊系统用来将IA族和VIA族材料的多个膜淀积在连续片形工件的前部表面上，该连续片形工件在工艺方向上前进，该辊到辊系统包括：工艺外壳，穿过该工艺外壳，连续片形工件在工艺外壳的进入开口与离开开口之间前进，工艺外壳包括第一工艺段和第二工艺段，该第一工艺段由工艺外壳的水平周缘壁布置，该第二工艺段由工艺外壳的竖向周缘壁布置，其中，第一工艺段与连续片形工件的水平布置部分相关联，并且第二工艺段与连续片形工件的竖向布置部分相关联；工件张紧和驱动组件，用来使连续片形工件在工艺方向上在工艺外壳的进入开口与离开开口之间前进；第一淀积站，包括至少一个第一淀积单元，该至少一个第一淀积单元布置在第一工艺段处，以当连续片形工件穿过至少第一淀积单元前进时，将第一膜连续地淀积到连续片形工件的水平布置部分上；及第二淀积站，包括至少一个第二淀积单元，该至少一个第二淀积单元布置在第二工艺段处，以当连续片形工件穿过至少第二淀积单元前进时，将第二膜连续地淀积到连续片形工件的竖向布置部分上；其中，第一淀积站和第二淀积站中的一者直接淀积到连续片形工件的前部表面部分上，以得到新的前部表面部分，并且第一淀积站和第二淀积站中的另一者淀积到新的前部表面部分上。

在对于上述方案的一个优选方面中，第一淀积站直接淀积到连续片形工件的前部表面部分上，以得到新的前部表面部分，并且第二淀积站淀积到新的前部表面部分上。

在另一个方面，提供的是一种将IA族和VIA族材料的多个膜蒸汽淀积在连续工件的前部表面上的方法，该连续工件在工艺方向上在辊到辊淀积系统中前进，该方法包括：使连续工件在工艺方向上在工艺外壳的进入开口与离开开口之间前进，工艺外壳包括第一工艺段和第二工艺段，其中，第一工艺段与连续工件的水平布置部分相关联，并且第二工艺段与连续工件的竖向布置部分相关联；将第一膜淀积到连续工件的水平布置部分的前部表面的前部表面部分上，其中，第一膜的淀积使用至少一个第一蒸发淀积设备，该至少一个第一蒸发淀积设备布置在第一工艺段处，以当连续工件穿过至少一个第一蒸发淀积设备前进时，将第一膜连续地淀积到连续工件的前部表面的一部分上；及将第二膜淀积到连续工件的竖向布置部分的前部表面的第一膜的表面部分上，其中，第二膜的淀积使用至少一个第二蒸发淀积设备，该至少一个第二蒸发淀积设备布置在第二工艺段处，以当连续工件穿过至少一个第一蒸发淀积设备前进时，将第二膜连续地淀积到连续工件的第一膜的前部表面的一部分上。

附图说明

图1是现有技术的例示性太阳能电池结构的横截面示意图；

图2A是连续柔性工件的横截面示意图，该连续柔性工件具有部分前体层；

图2B是图2A的连续柔性工件的横截面示意图，该连续柔性工件具有前体层，该前体层在本发明的系统中形成；

图3A是本发明的淀积系统的一个实施例的侧视图示意图；

图3B是在图3A中所示的淀积系统的自由跨度位置的示意图；及

图4A-4B是当柔性工件穿过在自由跨度位置中的可密封门的开口时，可密封门的示意性侧部和前部图。

具体实施方式

这里所描述的优选实施例提供使用蒸发技术淀积多个材料层的系统、和使用这些系统的方法。具体地说，论述的是如下方法和设备：按直线方式，优选地按辊到辊或卷轴到卷轴方式，淀积VIA族和IA族材料，以形成用于太阳能电池或光电池的CIGS（S）型吸收剂的前体层。直线处理对于制造是有吸引力的，在直线处理中，在工件穿过淀积系统连续地运动的同时，在工件上形成前体或前体的一部分。辊到辊处理技术提高生产率，并且使基片处理最小化。

一个实施例包括：第一淀积站，将第一材料-例如IA族材料中的材料、或掺杂材料-如Na、K及Li之一，淀积到连续柔性工件的表面上；和第二淀积站，将第二材料，例如VIA族材料，如Se，淀积到在第一淀积站中淀积的IA族材料上。第一淀积站和第二淀积站优选地可以是蒸发淀积站。在本发明的这个实施例中在第一淀积站和第二淀积站中淀积的膜的厚度可以取决于前体层的厚度和生成的吸收层厚度，并且可以分别在10至50nm和1至4μm的范围内。连续柔性工件可以包括基体，该基体具有：柔性基片，如不锈钢或铝箔基片或腹板；和接触层，如Mo、W、Ru、Os及Ir层、或它们的多层叠堆，这些多层叠堆包括两个或更多个层、或用作太阳能电池接触层的其它材料。工件可以是厚度在25与100μm之间和宽度在300与1000mm之间或更宽的不锈钢腹板。连续柔性工件也包括前体层的第一部分，该第一部分包括前体材料的至少一些，以形成吸收层，该吸收层形成在接触层上。如下文将更充分地论述的那样，在这个实施例中，系统用来在第一部分上形成前体层的第二部分，以在以上在背景技术段落中描述的退火和反应步骤之前，完成前体结构。前体层的第二部分在一个具体实施例中包括：第一材料，例如IA族材料；和第二材料，例如VIA族材料。前体层的第一部分的前体材料可以包括CIGS（S）型吸收层的组分，如Cu、In及Ga、和选择性地Se。前体层的第一部分可以形成为叠堆，该叠堆包括一些组分材料的膜、或包括它们的合金的膜，这些膜按各种顺序彼此上下淀积，如Cu/In/Ga、Cu/Ga/Cu/In、Cu/In/Ga/Se、Cu/Ga/Cu/In/Se或任何其它顺序组合。

在淀积过程期间，连续柔性工件可以从供给辊供给；穿过第一淀积站和第二淀积站沿工艺方向前进，以形成前体层；并且在接收辊处被拾取和缠绕。在系统中，第一淀积站包括第一淀积腔室，以将优选地来自第一材料蒸汽的第一材料淀积到工件上，并且第二淀积站包括第二淀积腔室，以将优选地来自第二材料蒸汽的第二材料淀积到第一材料上。第一和第二淀积腔室彼此隔离，从而在各腔室之一中产生的蒸汽不会迁移到其它腔室或它们的外面、优选地不会迁移到上述两者。第一和第二淀积腔室优选地是长形腔室，这些长形腔室分别沿第一过程轴线和第二过程轴线延伸。第一过程轴线可以是水平轴线，并且第二过程轴线可以是竖向轴线，该竖向轴线与第一过程轴线相垂直。在这种构造中，随着工件从供给辊在工艺方向上进给到第一淀积腔室中，工件与第一过程轴线相平行地行进，同时第一材料淀积到工件表面上。具有第一材料的工件离开第一淀积腔室，并且进入第二淀积腔室，在该处，工件与第二过程轴线相平行地竖向行进，同时第二材料淀积到第一材料上，由此形成前体层。具有前体层的工件离开第二淀积腔室，并且绕接收辊缠绕。

图2A表示连续柔性工件100（表示在图3中）的一个例示性未处理部分100A，该连续柔性工件100使用系统200（表示在图3中）处理。连续柔性工件100这里也称作工件。未处理部分100A包括基体102，该基体102具有：基片104，如不锈钢箔；和接触层106，如Mo、W、Ru、Os及Ir层，该接触层106形成在基片104上。接触层也可以是淀积到基片上的Mo层、和淀积到Mo层上的Ru层。具有在10和100nm之间的厚度的薄Cu层可以淀积到Ru层上。第一前体层部分108A形成在接触层106上，该第一前体层部分108A包括Cu、In以及Ga，并且选择性地包括Se。第一前体层部分108A可以使用任何淀积方法形成，如使用电镀、蒸发、溅射、纳米粒子涂敷等。

图2B表示工件100（表示在图3中）的已处理部分100B，其包括前体层110，该前体层110通过使用系统200将第二前体层部分108B淀积到第一前体层部分108A上而形成。第一和第二前体层部分形成前体层110。第二前体层部分108B可以使用两个淀积步骤而形成，这两个淀积步骤优选地采用本发明的蒸发过程。在过程的第一步骤中，第一材料的第一膜112可以淀积到工件100的未处理部分100A的第一前体层部分108A上，该第一材料包括掺杂材料，如Na。在过程的第二步骤中，第二材料的第二膜114可以淀积到第一膜112上，以完成前体层110的形成，该第二材料包括VIA族材料，如Se。第二膜114形成在工件100的已处理部分100B的顶部上。

图3A按侧视图表示辊到辊淀积系统200的一个实施例，该辊到辊淀积系统200处理工件100。淀积系统200包括：工艺外壳（processhousing）201；第一淀积站202，用以淀积第一材料，以形成第一膜112（图2B），该第一材料包括IA族材料（掺杂材料），如Na、Li或K；以及第二淀积站204，用以淀积第二材料，以形成第二膜114（图2B），该第二材料包括VIA族材料，如Se。如上文描述的那样，第一材料和第二材料形成第二前体层部分108B（见图2B），该第二前体层部分108B包括掺杂材料和Se，其在工件100上完成前体层110的形成。

工艺外壳201在淀积系统200的加载站205A与卸载站205B之间延伸。工艺外壳201优选地包括第一段201A、第二段201B、以及选择性地第三段201C，从而与每一段相关联的是这里所描述的淀积站。第一淀积站202布置在第一段201A内，从而连续柔性工件100的水平部分从加载站205A穿过第一淀积站202前进，并且在第一淀积站202内，水平工艺间隙（process gap）保持在其中的连续柔性工件的那部分的前部表面与第一淀积单元之间，该第一淀积单元下文进一步描述，该第一淀积单元与第一淀积站202相关联。第二淀积站204布置在第二段201B内，从而连续柔性工件100的竖向部分穿过第二淀积站204前进，并且在第二淀积站204内，竖向工艺间隙保持在其中的连续柔性工件的那部分的前部表面与第二淀积单元之间，该第二淀积单元在下文中进一步描述，该第二淀积单元与第二淀积站204相关联。第三段201C在工艺方向上布置在第二段201B与卸载站205B之间，并且提供用于使连续柔性工件100到达卸载站205B的路径。第三段201C是冷却区，可以具有布置在其中的主动冷却单元，并且如在优选实施例中所示的那样，与第一段201A相平行。第一段201A由第一周缘壁220限定，该第一周缘壁220包括第一壁220A、第二壁220B及侧壁（未示出）。第一段201A的第一和第二侧壁优选地彼此平行，并且在第一壁220A与第二壁220B之间的距离成为第一段201A的间隙高度。第二段201B由第二周缘壁230限定，该第二周缘壁230包括第一壁230A、第二壁230B及侧壁（未示出）。第二段201B的第一和第二侧壁优选地彼此平行，并且在第一壁220A与第二壁220B之间的距离成为第二段201B的间隙高度。在两个段中，间隙高度都在1cm至20cm的范围中，优选地1至5cm。在过程期间，工件100的未处理部分100A从供给辊206A解绕，该供给辊206A布置在加载站205A中；在工艺方向‘P’上前进，同时在第一淀积站202和第二淀积站204中被处理；工件100的处理部分100B在接收辊206B处被拾取和缠绕，该接收辊206B布置在卸载站205B中。卸载站205B也可以包括中间层辊209，以随着工件缠绕，将保护性中间层片213提供到工件的前部表面101B上。

当在系统200中由移动机构（未示出）移动时，工件100的后部表面101A由多个辅助辊支承，如由初级辊208A-208E、和次级辊218A和218B支承，同时将工件100的前部表面101B设置成暴露于上述淀积过程，而不由任何系统元件物理地触及，即不由辊等触及。辅助辊208A-208E、218A和218B用来支承、张紧及改变工件的运动方向或运动方向的角度。如下文将更充分描述的那样，工件100从加载站205A穿过工艺外壳201的第一可密封门211A前进。在行进过第一段201A、第二段201B及第三段201C之后，工件100在其张紧状态下穿过工艺外壳201的第二可密封门211B进入到卸载站205B中。初级辊208A和208D设置在加载和卸载站内，分别非常密切地靠近可密封门211A和211B。

工件100也优选地通过第三可密封门211C，该第三可密封门211C设置在第一段201A之后，与初级辊208B相邻并且在其之前。而且，选择性地，可以包括第四可密封门211D，该第四可密封门211D设置在第二段201B之前和在初级辊208B之后。而且，选择性地可使用第五可密封门211E，该第五可密封门211E设置在第二段201B之后并且在初级辊208C之前。而且选择性地，可使用第六可密封门211F，该第六可密封门211F设置在第三段201C之前和在初级辊208C之后。在这方面，初级辊208B和208C定位在系统的角部处在辊位置231和232处，并且分别由可密封门211C、211D、和211E、211F密封。

借助于各个可密封门211的使用，这也允许不同腔室的控制，从而一个淀积腔室可正在用于运行（淀积或其它处理发生在其内），而其它腔室在真空下（没有淀积或其它处理发生）。

初级辊208B将工件的取向从水平变到竖向，并且初级辊208C再次改变取向，这次从竖向变到水平。次级辊218A和218B通过使分别在初级辊208A和208B处的包角是约15°，进一步张紧工件。可密封门211A-211F可以优选地是矩形窄缝，这些矩形窄缝的尺寸设定成非常接近工件100的宽度和厚度。下面联系图3B-4B将描述使工件在工艺外壳201内和穿过可密封门运动的技术细节（mechanics）。可密封门211A-211F阻止任何材料蒸汽迁移到相邻段和加载和卸载腔室中，并且允许淀积站的独立维护，同时在相邻站中维持真空。

参照图2A、2B及3A，将认识到，尽管为了清楚将它称作前部表面101B，但工件的前部表面101B在系统200中进行的过程的各种阶段具有不同的材料膜，这些材料膜在以上描述。例如，在进入第一淀积站202之前，前部表面101B包括第一前体层部分108A；在进入第二淀积站204之前，前部表面101B包括第一膜112，该第一膜112淀积到第一前体层部分108A上；而在第二淀积站204之后，前部表面101B包括第二膜114。

返回参照图3A，第一淀积站202包括第一淀积单元203，该第一淀积单元203具有第一淀积腔室210和第一蒸发设备212，以提供第一材料蒸汽，例如Na蒸汽，以在工件100在水平方向上穿过第一淀积站202的第一淀积腔室210前进的同时，在前部表面101B上形成第一膜112。第一蒸发设备212布置在第一淀积腔室210内的工件的前部表面101B的对面，该腔室210这里也称作水平工艺间隙，该水平工艺间隙在一定实施例中是第一段201A的子集区域，如下文将更充分解释的那样。蒸发设备212优选地安装成，来自它的蒸汽穿过在第一段201A的周缘壁中的开口而提供到在第一段201A内的区域，在该区域处，发生淀积，并且该区域因而称作第一淀积腔室210。第一淀积腔室210将优选地占据第一段201A的一部分，例如占据在点‘A’和‘B’之间的部分。工件100穿过第一淀积腔室的水平行进方向与在图3中所示的X-轴相平行。尽管在这个实施例中，第一淀积站202仅具有一个淀积单元，但它可以包括多个其它淀积单元，以淀积其它材料，并且这方面在本发明的范围内。

第二淀积站204包括第二淀积单元207，该第二淀积单元207具有第二淀积腔室214和第二蒸发设备216，以提供第二材料蒸汽，即Se蒸汽，以在工件100竖向地向上和穿过第二淀积站204的第二淀积腔室214前进的同时，在竖向布置的前部表面101B上形成第二膜114。第二蒸发设备216布置在第二淀积腔室内的工件的前部表面101B的对面，并且能够将淀积蒸汽输送到竖向布置的工件，该腔室214这里也称作竖向工艺间隙，该竖向工艺间隙在一定实施例中是第一段201B的子集区域，如下文将更充分解释的那样。第二蒸发设备216优选地安装成，来自它的蒸汽穿过在第二段201B的周缘壁中的开口而提供到在第二段201B内的区域，在该区域处，发生淀积，并且该区域因而称作第二淀积腔室214。第二淀积腔室214将优选地占据第二段201B的一部分，例如占据在点‘C’和‘D’之间的部分。尽管在这个实施例中，第二淀积站204仅具有一个淀积单元，但它可以包括多个其它淀积单元，以淀积其它材料。

第二淀积腔室214与在图3中表示Y-轴相平行，从而工件100在第二淀积腔室214中竖向地向上前进。如图3A所示，在Se的淀积期间，由于被操作的工件的部分在竖向方位中，所以将不需要施加高张力而弄平工件；作为结果，Se层按均匀方式淀积。而且，Se的淀积发生在所谓的自由跨度区中，在该处，系统的辊或其它运动元件不触及工件100。这有利地防止过多Se聚积在这样的元件上，并由此减少用于清扫的系统停机时间和相关成本。在这个实施例中，第一段201A的第一周缘壁220和第二段201B的第二周缘壁230由可更换屏蔽层（未示出）或板屏蔽，这些可更换屏蔽层或板由金属或陶瓷制成。屏蔽层可以由冷却系统部分地或全部地冷却，以将过多材料蒸汽收集在屏蔽层上，从而蒸汽不淀积到其它系统元件或段的周缘壁上，并且限制Se到相邻区中的迁移。具有过多材料的屏蔽层在过程间隔中更换。第二淀积站204的竖向构造也有效地减小系统占地面积，并且提供一种紧凑的系统。第二淀积站204的竖向构造、以及第一淀积站202的水平构造，也导致第二淀积站的蒸汽淀积的视线（line-of-sight），该视线不在第一淀积站的视线内，并且同样第一淀积站的蒸汽淀积的视线不在第二淀积站的蒸汽淀积的视线内。

在淀积系统200中，当工件100在自由跨度区中时，执行每个淀积步骤。现在借助于图3B将进一步描述本发明的这个方面，图3B是图A的简化图示，以解释在系统200中的自由跨度构造的技术细节。相应地，在所示的系统200中，工件100随着它在工艺方向上行进具有三个依次自由跨度区，即第一自由跨度区250A或第一水平自由跨度区、第二自由跨度区250B或竖向自由跨度区以及第三自由跨度区250C或第二水平自由跨度区。在工件在初级辊208A和208B之间张紧的同时，第一自由跨度区250A出现，以将掺杂材料（由箭头描绘，尽管发生在淀积单元内）淀积到前部表面101B上。如以上在背景技术段落中提到的那样，在现有技术中，长自由跨度区使工件按悬垂形状下垂，由于不均匀张力，导致淀积层的均匀性的变化。

例如，在900牛顿（N）的张力下的1m宽、50μm厚不锈钢腹板或基片在5m自由跨度的中心处将挠曲几乎1.4cm。通过将自由跨度减小到2.5m，在中心处同一腹板的挠曲将是仅0.3cm。此外，特别是对于宽基片，由于不平坦的腹板形状和不完全的腹板路径对准，难以跨过宽度均匀地张紧。在这种情况下，施加到腹板上的张力可能集中在两个边缘之一、两个边缘、或两个边缘之间的某一地方处。腹板还可能产生轨道线（tramline）、对角皱纹，这些轨道线、对角皱纹跨过在自由跨度中的腹板传播。在较低张力下的腹板部分将比在较高张力下的部分挠曲得大，并由此降级淀积均匀性，因为从淀积源到基片的距离将变化，并且一般地淀积通量与距离的平方成反比地变化。如在以上例子中那样，增大腹板的自由跨度将加剧挠曲，并且因此加剧淀积均匀性的降级。例如，如果从淀积源到腹板的名义距离是15cm，并且自由跨度是5m，则在腹板的中心中的1.4cm挠曲会将到淀积源的距离减小到13.6cm，并且将淀积速率增大超过20%。相反，对于2.5m自由跨度，关于0.3cm的挠曲，淀积速率增大仅4%。通过将初级辊208A和208B分离成，使得在它们之间有最小间隔，同时仍然允许淀积单元202在它们之间存在，将使自由跨度区长度最小化。由于也使工件100在初级辊208A和208B之间大体是水平的和平坦的，所以这允许具有均匀厚度的层的淀积。如下文将描述的那样，当工件100在第一自由跨度区中是水平的和平坦的时，可密封门211A和211B可以有利地制成为非常窄的缝。具有窄缝的这样的可密封门，当在淀积期间敞开时，提供更好的密封，防止在淀积过程期间产生不希望蒸汽从淀积单元202和204的逃逸。

由于在第二淀积站204中被操作的工件100的那部分的竖向取向，第二自由跨度区250B对于水平自由跨度区的缺陷不敏感，因为第二自由跨度区对于在水平布置辊之间的中部中的弯曲较不敏感。而是，在第二自由跨度区250B中，即使使第二自由跨度区比第一自由跨度区250A长，也固有地实现和有利地建立工件的平坦度，因为第二自由跨度区250B由初级辊208B和208C建立，并且将竖向布置工件部分布置在它们之间。这样，当将硒（由箭头描绘）淀积到工件100的前部表面101B的部分上时，竖向布置的工件100的那部分基本上悬挂在顶部辊208C上，并所以即使没有张力，竖向工件部分的重量也将导致希望的平坦度，并且在初级辊208B和208C之间的轻微张力下，实现平坦度。因为在第二自由跨度区250B中的竖向工件部分的平坦度，可以使可密封门211D和211F的缝隙非常窄，以更好地防止硒蒸汽到相邻淀积区的迁移，这些可密封门211D和211F竖向地布置在第二淀积站204的相对侧上。

与第一自由跨度区250A相似，第三自由跨度区250C也有益于较短自由跨度区，并且导致可密封门208C和208D具有更好的密封能力。在另一个实施例中，通过在淀积区之间添加从动辊，可以独立地控制张力。在竖向淀积区中，张力可比在水平段中低，而不牺牲淀积均匀性。在每个区中要求的张力可以取决于腹板材料、厚度以及腹板的宽度，并且可以在200至4000N的范围内。

图4A详细地表示在第一自由跨度区250A中的工件100的另一部分。图4B按前部横截面视图表示当工件100通过可密封门（如第一可密封门211A）时的工件100。在这个实施例中，可密封门211A是在上部密封部件240A与下部密封部件240B之间的矩形开口。由于工件的平坦度，可以使开口的高度‘H’和宽度‘W’非常接近工件100的厚度和宽度。例如，宽度只需要比腹板宽2-4mm，优选地宽2mm，以允许某一腹板误对准。由于使挠曲最小化，所以开口的高度可减小到2-10mm，优选地2-5mm，而不引起机械干涉。

淀积系统200也可以包括计量站（未示出），该计量站包括XRF分析仪，该XRF分析仪例如布置在系统的卸载站205B中。XRF分析仪测量淀积Se层的厚度，并且为淀积控制系统提供反馈。XRF定位在辊上，以保证恒定测量高度和测量精度。而且，在淀积腔室之前布置的加热和冷却站，使工件在受控温度下退火。

尽管关于一些优选实施例描述了本发明，但对于本发明的修改对于本领域的技术人员将是显然的。

Claims (34)

1.一种辊到辊系统，用来将IA族和VIA族材料的多个膜淀积在连续片形工件的前部表面上，该连续片形工件在工艺方向上前进，该辊到辊系统包括：

工艺外壳，穿过该工艺外壳，所述连续片形工件在所述工艺外壳的进入开口与离开开口之间前进，所述工艺外壳包括第一工艺段和第二工艺段，该第一工艺段由所述工艺外壳的水平周缘壁布置，该第二工艺段由所述工艺外壳的竖向周缘壁布置，其中，所述第一工艺段与所述连续片形工件的水平布置部分相关联，并且所述第二工艺段与所述连续片形工件的竖向布置部分相关联；

工件张紧和驱动组件，其用来使所述连续片形工件在所述工艺方向上在所述工艺外壳的所述进入开口与所述离开开口之间前进；

第一淀积站，其包括至少一个第一淀积单元，该至少一个第一淀积单元布置在所述第一工艺段处，以当所述连续片形工件穿过所述至少第一淀积单元前进时，将第一膜连续地淀积到所述连续片形工件的所述水平布置部分上；及

第二淀积站，其包括至少一个第二淀积单元，该至少一个第二淀积单元布置在所述第二工艺段处，以当所述连续片形工件穿过所述至少第二淀积单元前进时，将第二膜连续地淀积到所述连续片形工件的所述竖向布置部分上；

其中，所述第一淀积站和第二淀积站中的一者直接淀积到所述连续片形工件的前部表面部分上，以得到新的前部表面部分，并且所述第一淀积站和第二淀积站中的另一者淀积到所述新的前部表面部分上。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一淀积站直接淀积到所述连续片形工件的所述前部表面部分上，以得到所述新的前部表面部分，并且所述第二淀积站淀积到所述新的前部表面部分上。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第二膜的所述淀积发生，同时在淀积所述第二膜时，不存在与设置在所述第二淀积单元中的所述连续片形工件的所述竖向布置部分的相应后部表面的物理接触。

4.根据权利要求2所述的系统，还包括加载腔室和卸载腔室，所述加载腔室和卸载腔室分别可密封地连接到所述工艺外壳的所述进入开口和所述离开开口上。

5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述加载腔室包括供给辊，所述连续片形工件使用所述工件张紧和驱动组件从该供给辊穿过所述进入开口前进到所述工艺外壳中，并且其中，所述卸载腔室包括接收辊，穿过所述离开开口从所述工艺外壳接收的所述连续片形工件绕该接收辊包覆。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，卸载站包括计量工具以测量所述第一膜和第二膜的厚度，并且将所述第一膜和第二膜的测量厚度的反馈提供给淀积控制系统。

7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述连续片形工件的所述水平布置部分布置在水平自由跨度区中的所述第一工艺段内，在该水平自由跨度区中，所述连续片形工件的所述水平布置部分不被支承，所述水平自由跨度区通过张紧在第一辊与第二辊之间的所述连续片形工件的所述水平布置部分而建立在所述第一辊与第二辊之间，当所述连续片形工件在所述第一工艺段内前进时，使用所述工件张紧和驱动组件使所述连续片形工件的所述水平布置部分的后部表面靠置在所述第一辊和第二辊上，其中，所述连续片形工件的所述水平布置部分在所述水平自由跨度区中大体上是平坦的。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，在所述第一辊与所述第一工艺段之间设有第一可密封开口，并且在所述第一工艺段与所述第二辊之间设有第二可密封开口，以密封所述第一工艺段，并且其中，所述连续片形工件通过所述第一可密封开口和第二可密封开口。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述连续片形工件的所述竖向布置部分布置在竖向自由跨度区中的所述第二工艺段内，在该竖向自由跨度区中，所述连续片形工件的所述竖向布置部分不被支承，所述竖向自由跨度区通过张紧在第二辊与第三辊之间的所述连续片形工件的所述竖向布置部分而建立，当所述连续片形工件在所述第二工艺段内前进时，使用所述工件张紧和驱动组件使所述连续片形工件的所述竖向布置部分的所述后部表面靠置在所述第二辊和第三辊上，其中，所述连续片形工件的所述竖向布置部分在所述竖向自由跨度区中大体上是平坦的。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，在所述第二辊与所述第二工艺段之间设有第三可密封开口，并且在所述第二工艺段与所述第三辊之间设有第四可密封开口，以密封所述第二工艺段，并且其中，所述连续片形工件通过所述第三可密封开口和第四可密封开口。

11.根据权利要求2所述的系统，其中，所述至少第一淀积单元包括第一蒸发设备，用以蒸汽淀积所述第一膜，并且所述至少第二淀积单元包括第二蒸发设备，用以蒸汽淀积所述第二膜。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一周缘壁和第二周缘壁的内表面都用保护性屏蔽物屏蔽，以收集来自所述第一蒸发设备和第二蒸发设备的过量蒸汽。

13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一蒸发设备淀积IA族材料，所述第二蒸发设备淀积VIA族材料。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述VIA族材料是Se，并且其中，所述IA族材料是Na、K及Li中的一种。

15.根据权利要求11所述的系统，其中，卸载站包括计量工具以测量所述第一膜和第二膜的厚度，并且将所述第一膜和第二膜的测量厚度的反馈提供给淀积控制系统。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述淀积控制系统控制所述第一蒸发设备、所述第二蒸发设备及所述工件张紧和驱动组件。

17.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一膜的所述淀积发生，同时在淀积所述第一膜时，不存在与设置在所述至少第一淀积单元中的所述连续片形工件的所述水平布置部分的相应后部表面的物理接触。

18.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少第二淀积单元包括蒸发设备，用以蒸汽淀积所述第二膜。

19.根据权利要求16所述的系统，其中，所述蒸发设备是Se蒸发设备，该Se蒸发设备蒸汽淀积Se膜作为第二膜。

20.根据权利要求1所述的系统，还包括可密封门，该可密封门将所述第一工艺段与所述第二工艺段分离，由此防止它们之间的交叉污染。

21.根据权利要求1所述的系统，还包括冷却系统，该冷却系统在所述工艺方向上布置在所述至少第二淀积单元之后，以冷却通过所述至少第二淀积单元的所述连续片形工件的所述部分。

22.一种将IA族和VIA族材料的多个膜蒸汽淀积在连续工件的前部表面上的方法，该连续工件在工艺方向上在辊到辊淀积系统中前进，该方法包括：

使所述连续工件在工艺方向上在工艺外壳的进入开口与离开开口之间前进，所述工艺外壳包括第一工艺段和第二工艺段，其中，所述第一工艺段与所述连续工件的水平布置部分相关联，并且所述第二工艺段与所述连续工件的竖向布置部分相关联；

将第一膜淀积到所述连续工件的所述水平布置部分的前部表面的前部表面部分上，其中，所述第一膜的淀积使用至少一个第一蒸发淀积设备，该至少一个第一蒸发淀积设备布置在所述第一工艺段处，以当所述连续工件穿过所述至少一个第一蒸发淀积设备前进时，将所述第一膜连续地淀积到所述连续工件的所述前部表面的一部分上；及

将第二膜淀积到所述连续工件的所述竖向布置部分的前部表面的所述第一膜的表面部分上，其中，所述第二膜的淀积使用至少一个第二蒸发淀积设备，该至少一个第二蒸发淀积设备布置在所述第二工艺段处，以当所述连续工件穿过所述至少一个第二蒸发淀积设备前进时，将所述第二膜连续地淀积到所述连续工件的所述第一膜的前部表面的一部分上。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述第一膜包括IA族材料，所述第二膜包括VIA族材料。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述VIA族材料是Se，并且其中，所述IA族材料是Na、K及Li中的一种。

25.根据权利要求22所述的方法，其中，淀积所述第一膜的步骤包括将所述第一膜淀积在前体膜上，该前体膜形成在所述连续工件的前部表面上，所述前体膜包括至少一种IB族材料和至少一种IIIA族材料。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述前体膜形成在所述连续工件的基体上，其中，所述基体包括基片和接触层，该接触层形成在所述基片上。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述基片包括不锈钢箔和铝箔中的一种，并且接触层包括Mo、Ru及Os中的至少一种。

28.根据权利要求22所述的方法，其中，所述第二膜的淀积发生，同时在淀积所述第二膜时、和在所述连续工件穿过所述至少一个第二蒸发淀积设备前进时，不建立与所述连续工件的所述竖向布置部分的相应后部表面的物理接触以支承所述连续工件的所述后部表面。

29.根据权利要求22所述的方法，其中，所述第一膜的淀积发生，同时在淀积所述第一膜时、和在所述连续工件穿过所述至少一个第一蒸发淀积设备前进时，不建立与所述连续工件的所述水平布置部分的相应后部表面的物理接触以支承所述连续工件的所述后部表面。

30.根据权利要求22所述的方法，还包括在使所述连续工件在工艺方向上前进的同时张紧所述连续工件的步骤。

31.根据权利要求22所述的方法，其中，所述连续工件的所述水平布置部分布置在水平自由跨度区中的所述第一工艺段内，在该水平自由跨度区中，所述连续工件的所述水平布置部分不被支承，所述水平自由跨度区通过张紧在第一辊与第二辊之间的所述连续工件的所述水平布置部分而建立在所述第一辊与第二辊之间，当所述连续工件在所述第一工艺段内前进时，所述连续工件的所述水平布置部分的后部表面靠置在所述第一辊和第二辊上，其中，所述连续工件的所述水平布置部分在所述水平自由跨度区中大体上是平坦的。

32.根据权利要求31所述的方法，其中，在所述第一辊与所述第一工艺段之间设有第一可密封开口，并且在所述第一工艺段与所述第二辊之间设有第二可密封开口，以密封所述第一工艺段，并且其中，所述连续工件通过所述第一可密封开口和第二可密封开口。

33.根据权利要求22所述的方法，其中，所述连续工件的所述竖向布置部分布置在竖向自由跨度区中的所述第二工艺段内，在该竖向自由跨度区中，所述连续工件的所述竖向布置部分不被支承，所述竖向自由跨度区通过张紧在第二辊与第三辊之间的所述连续工件的所述竖向布置部分而建立，当所述连续工件在所述第二工艺段内前进时，所述连续工件的所述竖向布置部分的后部表面靠置在所述第二辊和第三辊上，其中，所述连续工件的所述竖向布置部分在所述竖向自由跨度区中大体上是平坦的。

34.根据权利要求33所述的方法，其中，在所述第二辊与所述第二工艺段之间设有第三可密封开口，并且在所述第二工艺段与所述第三辊之间设有第四可密封开口，以密封所述第二工艺段，并且其中，所述连续工件通过所述第三可密封开口和第四可密封开口。

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