DE102011056911A1

DE102011056911A1 - Integrierte Abscheidung von Dünnfilmschichten bei der Herstellung von Photovoltaikmodulen auf Basis von Cadmiumtellurid

Info

Publication number: DE102011056911A1
Application number: DE102011056911A
Authority: DE
Inventors: Scott Daniel Feldman-Peabody; Russell Weldon Black; Robert Dwayne Gossman; Brian Robert Murphy; Mark Jeffrey Pavol
Original assignee: Primestar Solar Inc
Current assignee: Primestar Solar Inc
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2012-06-28
Also published as: CN102569512A; US20120164784A1

Abstract

Es sind Vorrichtungen und Verfahren für den Dünnschichtauftrag von halbleitenden Schichten bei der Herstellung der Cadmiumtellurid-Dünnschichtphotovoltaikeinrichtung (10) bereitgestellt. Die Vorrichtung (100) weist eine Reihe von als Einheit verbundenen Kammern auf, beispielsweise eine Lastvakuumkammer (106), die mit einer Lastvakuumpumpe (108) verbunden ist, eine Sputterdepositionskammer (112), eine Vakuumpufferkammer (120) und eine Gasphasenabscheidungskammer (128). Ein Beförderungssystem (104) ist funktionsfähig in der Vorrichtung (100) angeordnet und dafür eingerichtet, Substrate (10) in einer Reihenanordnung mit einer geregelten Geschwindigkeit in und durch die Lastvakuumkammer (106), die Sputterdepositionskammer (112), die Vakuumpufferkammer (120) und die Gasphasenabscheidungskammer (128) zu transportieren. Die Sputterdepositionskammer (112), die Vakuumpufferkammer (120) und die Gasphasenabscheidungskammer (128) sind derart als Einheit verbunden, dass die Substrate (10), die durch die Vorrichtung (100) transportiert werden, auf einem Systemdruck von weniger als ungefähr 760 Torr gehalten werden.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Der hier offenbarte Erfindungsgegenstand betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zur Aufbringung von Dünnschichten während der Herstellung von Cadmiumtellurid-Photovoltaikeinrichtungen. Der hier offenbarte Erfindungsgegenstand betrifft insbesondere im Allgemeinen integrierte Systeme zur Aufbringung einer transparenten Widerstands- und Pufferschicht, einer Cadmiumsulfidschicht und einer Cadmiumtelluridschicht während der Herstellung von Cadmiumtellurid-Photovoltaikeinrichtungen und Verfahren für ihre Verwendung.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Dünnschicht-Photovoltaik(PV)-Module (auch als ”Solarmodule” bezeichnet) auf der Basis von Cadmiumtellurid (CdTe) in Verbindung mit Cadmiumsulfid (CdS) als photoreaktive Bestandteile werden in der Branche zunehmend allgemein akzeptiert und stoßen auf großes Interesse. CdTe ist ein Halbleiterwerkstoff mit Eigenschaften, durch die er sich besonders für die Umwandlung von Sonnenenergie in Elektrizität eignet. CdTe weist beispielsweise einen Bandabstand von ungefähr 1,45 eV auf, wodurch es im Vergleich zu Halbleiterwerkstoffen mit einem kleineren Bandabstand, die üblicherweise in Solarzellanwendungen verwendet wurden (z. B. ungefähr 1,1 eV bei Silizium) mehr Energie aus dem Sonnenspektrum umwandeln kann. CdTe wandelt zudem verglichen mit den Werkstoffen mit kleinerem Bandabstand Strahlungsenergie unter schlechteren oder diffusen Lichtbedingungen um und weist deshalb im Laufe eines Tages oder bei trübem Wetter eine längere nutzbare Umwandlungsdauer auf als andere herkömmliche Werkstoffe.
Der Übergang zwischen der n-leitenden Schicht und der p-leitenden Schicht ist im Allgemeinen für die Erzeugung von elektrischem Potenzial und elektrischem Strom verantwortlich, wenn das CdTe-PV-Modul Lichtenergie, beispielsweise Sonnenlicht, ausgesetzt ist. Die Cadmiumtellurid(CdTe)-Schicht und das Cadmiumsulfid(CdS) bilden insbesondere einen p-n-Heteroübergang, wobei die CdTe-Schicht als p-leitende Schicht (d. h. positive, Elektronen aufnehmende Schicht) dient und die CdS-Schicht als n-leitende Schicht (d. h. negative, Elektronen abgebende Schicht) dient. Freie Trägerpaare werden durch Lichtenergie erzeugt und anschließend an dem p-n-Heteroübergang getrennt, um elektrischen Strom zu erzeugen.
Während der Herstellung von CdTe-PV-Modulen ist die Oberfläche des CdTe-PV-Moduls nach dem Aufbringen der transparenten Widerstands- und Pufferschicht und der Cadmiumsulfidschicht während des Transports von Beschichtungsvorgang zu Beschichtungsvorgang dem Raumklima ausgesetzt. Dieser Kontakt kann das Einbringen von zusätzlichen atmosphärischen Stoffen in die transparente Widerstands- und Pufferschicht und/oder die Cadmiumsulfidschicht zur Folge haben. Diese Stoffe können das Einbringen von Verunreinigungen in das CdTe-PV-Modul zur Folge haben. Außerdem verändert sich natürlich das Raumklima zeitlich, wodurch zu einem großtechnischen Herstellungsverfahren für die CdTe-PV-Module eine Variable hinzukommt. Diese Verunreinigungen und zusätzlichen Variablen können zu uneinheitlichen CdTe-PV-Modulen aus derselben Fertigungslinie und demselben Herstellungsverfahren führen.
Es besteht daher Bedarf an Verfahren und Systemen zur Verringerung des Einbringens von Verunreinigungen und zusätzlichen Variablen in ein großtechnisches Herstellungsverfahren zur Herstellung der CdTe-PV-Module.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Vorteile der Erfindung sind teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt oder können aus der Beschreibung ersichtlich sein oder können durch Anwendung der Erfindung in Erfahrung gebracht werden.
Im Allgemeinen sind Vorrichtungen für den Dünnschichtauftrag von halbleitenden Schichten bei der Herstellung von Cadmiumtellurid-Dünnschichtphotovoltaikeinrichtungen bereitgestellt. Die Vorrichtung weist eine Reihe von als Einheit verbundenen Kammern auf. Die Vorrichtung weist eine Lastvakuumkammer auf, die mit einer Lastvakuumpumpe verbunden ist, die dafür eingerichtet ist, den Druck in der Lastvakuumkammer auf einen Anfangslastdruck zu verringern, eine Sputterdepositionskammer, eine Vakuumpufferkammer, die mit einer Puffervakuumpumpe verbunden ist, die dafür eingerichtet ist, den Druck in der Vakuumpufferkammer zu steuern, und eine Gasphasenabscheidungskammer. Ein Beförderungssystem ist funktionsfähig in der Vorrichtung angeordnet und dafür eingerichtet, Substrate in einer Reihenanordnung mit einer geregelten Geschwindigkeit in und durch die Lastvakuumkammer, in und durch die Sputterdepositionskammer, in und durch die Vakuumpufferkammer und in und durch die Gasphasenabscheidungskammer zu transportieren. Die Sputterdepositionskammer, die Vakuumpufferkammer und die Gasphasenabscheidungskammer sind derart als Einheit verbunden, dass die Substrate, die durch die Vorrichtung transportiert werden, auf einem Systemdruck von weniger als ungefähr 760 Torr gehalten werden.
Es sind auch Verfahren zur Herstellung einer Cadmiumtellurid-Dünnschichtphotovoltaikeinrichtung bereitgestellt. Zuerst wird ein Substrat in eine Lastvakuumkammer transportiert, die mit einer Lastvakuumpumpe verbunden ist, und in der Lastvakuumkammer wird ein Vakuum erzeugt, bis in der Lastvakuumkammer ein Anfangslastdruck erreicht ist. Das Substrat kann dann aus der Lastvakuumkammer in eine Sputterdepositionskammer transportiert werden, in der ein Target, das Cadmiumsulfid enthält, gesputtert werden kann, um auf dem Substrat eine Cadmiumsulfidschicht aufzubringen, über ein Plasma, das Atome aus dem Target schlägt, um sie auf dem Substrat aufzubringen. Das Substrat kann dann aus der Sputterdepositionskammer in eine Vakuumpufferkammer transportiert werden, die mit einer Puffervakuumpumpe verbunden ist und in der ein Vakuum erzeugt werden kann, um eine Pufferatmosphäre zu steuern. Das Substrat kann dann aus der Vakuumpufferkammer in eine Gasphasenabscheidungskammer transportiert werden, die ein Ausgangsmaterial (z. B. Cadmiumtellurid) enthält, sodass eine Cadmiumtelluridschicht auf der Cadmiumsulfidschicht aufgebracht werden kann, indem das Ausgangsmaterial erwärmt wird, um Ausgangsdämpfe zu erzeugen, die sich auf der Cadmiumsulfidschicht auf dem Substrat abscheiden. Das Substrat kann bei einem Systemdruck von weniger als ungefähr 760 Torr durch die Lastvakuumkammer, die Sputterdepositionskammer, die Vakuumpufferkammer und die Gasphasenabscheidungskammer transportiert werden.
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind unter Bezug auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche besser zu verstehen. Die zugehörigen Zeichnungen, die in dieser Beschreibung enthalten sind und einen Teil von ihr darstellen, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, die Grundsätze der Erfindung zu erläutern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine vollständige und nacharbeitbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich der besten Ausführung derselben, die an einen Durchschnittsfachmann gerichtet ist, ist in der Beschreibung dargelegt, die sich auf die beigefügten Figuren bezieht, in denen:
1 ein allgemeines Schema einer Querschnittdarstellung eines beispielhaften Abscheidungssystems zum aufeinander folgenden Aufbringen von zwei Dünnfilmschichten auf einem Substrat zeigt,
2 ein allgemeines Schema einer Querschnittdarstellung eines beispielhaften Abscheidungssystems zum Aufbringen mehrerer Dünnfilmschichten auf einem Substrat zeigt,
3 ein allgemeines Schema einer Querschnittdarstellung eines weiteren beispielhaften Abscheidungssystems zum Aufbringen mehrerer Dünnfilmschichten auf einem Substrat zeigt,
4 ein allgemeines Schema einer Querschnittdarstellung eines weiteren beispielhaften Abscheidungssystems zum Aufbringen mehrerer Dünnfilmschichten auf einem Substrat zeigt,
5 ein allgemeines Schema einer Querschnittdarstellung eines weiteren beispielhaften Abscheidungssystems zum Aufbringen mehrerer Dünnfilmschichten auf einem Substrat zeigt, und
6 ein allgemeines Schema einer Querschnittdarstellung eines weiteren beispielhaften Abscheidungssystems zum Aufbringen mehrerer Dünnfilmschichten auf einem Substrat zeigt,
7 eine Darstellung eines beispielhaften Verfahrens zum Aufbringen mehrerer Dünnfilmschichten auf einem Substrat zur Bildung einer Cadmiumtellurid-PV-Einrichtung zeigt,
8 eine Querschnittdarstellung einer Ausführungsform einer beispielhaften Gasphasenabscheidungsvorrichtung in einer ersten Einsatzanordnung für die Verwendung in einer Gasphasenabscheidungskammer des Abscheidungssystems ist, und
9 eine Querschnittdarstellung der Ausführungsform von 9 in einer zweiten Einsatzanordnung ist.
Mit der wiederholten Verwendung von Bezugszeichen in der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen sollen dieselben oder entsprechende Merkmale oder Elemente dargestellt werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun ausführlich auf Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, für die ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Jedes Beispiel ist zur Erläuterung der Erfindung, nicht zur Einschränkung der Erfindung aufgeführt. Es ist für einen Fachmann ersichtlich, dass an der vorliegenden Erfindung ohne Abweichung vom Geltungsbereich oder Geist der Erfindung verschiedene Abwandlungen und Varianten vorgenommen werden können. So können zum Beispiel Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben sind, bei einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erzeugen. Es ist somit beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Abwandlungen und Varianten, die in den Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen, und ihre Entsprechungen umfasst.
Wenn in der vorliegenden Offenbarung eine Schicht als ”auf” oder ”über” einer anderen Schicht oder einem anderen Substrat beschrieben ist, versteht es sich, dass die Schichten einander entweder direkt berühren oder eine weitere Schicht oder ein weiteres Element zwischen den Schichten aufweisen können. Diese Begriffe beschreiben somit einfach die relative Lage der Schichten zueinander und bedeuten nicht unbedingt ”oben auf”, da die relative Lage über oder unter von der Ausrichtung der Einrichtung zum Betrachter abhängt. Obwohl die Erfindung nicht auf eine bestimmte Schichtdicke begrenzt ist, bezieht sich zudem der Begriff ”dünn”, mit dem beliebige Filmschichten der Photovoltaikeinrichtung beschrieben werden, im Allgemeinen auf die Filmschicht mit einer Dicke von weniger als ungefähr 10 Mikrometern (”Mikronen” oder ”μm”).
Es versteht sich, dass die hier erwähnten Bereiche und Grenzwerte alle Bereiche umfassen, die innerhalb der vorgeschriebenen Grenzwerte liegen (d. h. Teilbereiche). So umfasst beispielsweise ein Bereich von etwa 100 bis etwa 200 auch Bereiche von 110 bis 150, 170 bis 190, 153 bis 162 und 145,3 bis 149,6. Ferner umfasst ein Grenzwert von bis zu ungefähr 7 auch einen Grenzwert von bis zu ungefähr 5, bis zu 3 und bis zu ungefähr 4,5 sowie Bereiche innerhalb des Grenzwerts, beispielsweise von ungefähr 1 bis ungefähr 5 und von ungefähr 3,2 bis ungefähr 6,5.
Im Allgemeinen sind vorliegend Verfahren und Systeme zum Verbessern der Leistungsfähigkeit und/oder Kontinuität der In-Line-Herstellung von Cadmiumtellurid-Dünnschichtphotovoltaikeinrichtungen offenbart. Insbesondere sind in den Systemen und Verfahren mindestens eine Sputterdepositionskammer und mindestens eine Gasphasenabscheidungskammer vorhanden, die durch eine Puffervakuumkammer getrennt sind. Die Sputterdepositionskammer(n), die Vakuumpufferkammer(n) und die Gasphasenabscheidungskammer(n) sind derart als Einheit miteinander verbunden, dass die Substrate, die durch diese und zwischen diesen Kammern transportiert werden, nicht der Außenatmosphäre ausgesetzt sind.
In einer besonderen Ausführungsform sind im Allgemeinen integrierte Systeme und Verfahren für den Dünnschichtauftrag der transparenten Widerstands- und Pufferschicht, der Cadmiumsulfidschicht und der Cadmiumtelluridschicht auf das Substrat offenbart. Die integrierten Systeme und Verfahren können beispielsweise verwendet werden, um eine Cadmiumsulfidschicht auf ein Substrat und eine Cadmiumtelluridschicht auf die Cadmiumsulfidschicht aufzubringen. Die Cadmiumsulfidschicht kann beispielsweise von einem Sputtertarget (das z. B. Cadmiumsulfid enthält) in einer Sputterkammer auf das Substrat gesputtert werden. Das Substrat kann dann aus der Sputterkammer in eine Vakuumpufferkammer transportiert werden, um sämtliche Partikel von dem Substrat und/oder aus der Kammeratmosphäre zu entfernen, bevor nachfolgende Schichten aufgebracht werden (z. B. überschüssige Cadmiumsulfidpartikel in der Atmosphäre). Das Substrat kann dann in eine Gasphasenabscheidungskammer transportiert werden, um ein Ausgangsmaterial (z. B. Cadmiumtellurid) auf die Cadmiumsulfidschicht auf dem Substrat aufzubringen. Optional kann vor dem Aufbringen der Cadmiumsulfidschicht eine transparente Widerstands- und Pufferschicht (”TWP-Schicht”) auf das Substrat aufgebracht werden. Die TWP-Schicht kann beispielsweise von einem TWP-Target (das z. B. ein Zink-Zinn-Oxid enthält) auf eine transparente, elektrisch leitfähige Oxidschicht auf dem Substrat gesputtert werden.
1 zeigt ein integriertes Abscheidungssystem 100 einschließlich einer Lastvakuumkammer 106, einer Sputterdepositionskammer 112, einer Vakuumpufferkammer 120 und einer Gasphasenabscheidungskammer 128. Alle Kammern sind miteinander als Einheit verbunden, so dass die Substrate 10, die durch das System 100 transportiert werden, im Wesentlichen vor der Außenumgebung geschützt sind. Mit anderen Worten sind die Kammern 106, 112, 120 und 128 des Systems 100 direkt miteinander vereint, sodass ein Substrat 10, das eine Kammer verlässt, unmittelbar direkt in den angrenzenden Abschnitt gelangt, ohne der Raumatmosphäre ausgesetzt zu sein. Die Substrate 10 können so vor in die Dünnschichten eingebrachten äußeren Verunreinigungen geschützt werden, sodass einheitlichere und wirksamere Einrichtungen entstehen. Es können selbstverständlich weitere Zwischenkammern in das System 100 aufgenommen werden, solange das System als Einheit mit den anderen Kammern des Systems 100 verbunden bleibt.
Durch das Zusammenfassen dieser Beschichtungskammern in einem einzigen System kann während der Herstellung einer Cadmiumtellurid-Dünnschichtphotovoltaikeinrichtung der Energieverbrauch, der für das Aufbringen der gesputterten Schicht (z. B. einer TWP-Schicht oder CdS-Schicht) und einer aufgedampften Schicht (z. B. einer CdS-Schicht oder einer CdTe-Schicht) benötigt wird, im Vergleich zu separaten Abscheidungssystemen gesenkt werden. Beispielsweise besteht, sobald das Lastvakuum in der Lastvakuumkammer 106 erzeugt ist, kein Bedarf an einer zusätzlichen Lastvakuumkammer, da der Systemdruck durch die Sputterkammer 112, Vakuumpufferkammer 120 und Gasphasenabscheidungskammer 128 hindurch unterhalb des Luftdrucks (d. h. etwa 760 Torr) bleiben kann. In bestimmten Ausführungsformen kann beispielsweise der Systemdruck unterhalb 250 Torr bleiben, beispielsweise etwa 10 mTorr bis etwa 100 Torr. In einer besonderen Ausführungsform kann der Systemdruck unterhalb des Anfangslastvakuumdrucks bleiben (z. B. weniger als etwa 250 mTorr). In einer Ausführungsform kann beispielsweise der Systemdruck durch die Sputterkammer 112, Vakuumpufferkammer 120 und Gasphasenabscheidungskammer 128 hindurch (und sämtliche Kammern, die dazwischen angeordnet sind) im Wesentlichen konstant sein.
Mit Bezug auf 1 gelangen die einzelnen Substrate 10 durch den Eingangsschlitz 102 in das integrierte Abscheidungssystem 100 auf das Transportsystem 103. Das Transportsystem 103 ist dafür eingerichtet, die einzelnen Substrate 10 mit der gewünschten Geschwindigkeit (z. B. einer im Wesentlichen gleichmäßigen Geschwindigkeit) durch das Abscheidungssystem 100 zu bewegen. Wie dargestellt ist, weist das Transportsystem 103 eine Vielzahl von Walzen 104 auf, kann jedoch auch ein Beförderungssystem einschließlich Förderbändern, ein Schienensystem einschließlich gegenüber angeordneter Schienen oder jedes beliebige andere geeignete Transportsystem zum Bewegen der Substrate 10 durch das Abscheidungssystem 100 hindurch sein.
Die Substrate 10 können von dem Transportsystem 103 zwischen benachbarten Kammern durch den Spalt 111, der in jeder Innenwand 110 zwischen Kammern definiert ist, transportiert werden. Es ist beispielsweise eine erste Innenwand 110 dargestellt, die die Lastvakuumkammer 106 von der Sputterdepositionskammer 112 trennt und den Spalt 111 definiert, sodass die Substrate 10 von der Lastvakuumkammer 106 in die Sputterdepositionskammer 112 gelangen können. Der Spalt 111 ist so bemessen und geformt, dass die Substrate 10 ihn passieren können, während er die Lastvakuumkammer 106 und die Sputterdepositionskammer 112 wirksam trennt. Der Spalt 111 kann beispielsweise eine Höhe definieren, die von ungefähr 105% bis ungefähr 250% der Dicke der Substrate 201 beträgt, beispielsweise von ungefähr 125% bis ungefähr 200% der Dicke der Substrate 201. Der Spalt 111 kann über die gesamte Länge der Innenwand 110 definiert sein oder kann entsprechend der Breite der Vorrichtungen 10 bemessen sein. In besonderen Ausführungsformen kann der Spalt 111 eine Länge aufweisen, die von ungefähr 101% bis ungefähr 150% der Breite der Substrate 10 beträgt. Die Ausgangsmaterialien (z. B. herausgeschlagene Atome) in der Sputterdepositionskammer 112 können so im Wesentlichen in der Kammer 112 bleiben und das Ausgangsmaterial (z. B. Dampf) kann im Wesentlichen in der Gasphasenabscheidungskammer 128 bleiben. Die Atmosphären in der Lastvakuumkammer 106 und der ersten Sputterdepositionskammer 112 können so im Wesentlichen voneinander getrennt werden, insbesondere, wenn eine stetige Reihe von Substraten 10 durch den Spalt 111 transportiert wird, um wirksam jede Lücke in der Innenwand 110 zu verschließen. Das bzw. die Prozessgas(e), beispielsweise ein Inertgas wie Argon, kann bzw. können sich jedoch zwischen den Kammern des Systems bewegen.
In einer besonderen Ausführungsform kann eine Spalttür (nicht dargestellt) enthalten sein, die sich öffnet, wenn sich ein Substrat 10 innerhalb des Spalts 111 befindet, um es hindurchzulassen, während sie den Spalt 111 verschließt, wenn sich kein Substrat innerhalb des Spalts 111 befindet (ähnlich der Klappe 101 des nachstehend besprochenen Eingangsschlitzes 102).
Wie in 1 dargestellt ist, gelangen die einzelnen Substrate 10 zuerst durch den Eingangsschlitz 102 in die Lastvakuumkammer 106. Der Eingangsschlitz 102 definiert eine Klappe 101, die sich schließen kann, um die Innenatmosphäre in der Lastvakuumkammer 106 von der Außenumgebung zu trennen. Die Lastvakuumkammer 106 ist mit einer Lastvakuumpumpe 108 verbunden, die dafür eingerichtet ist, einen Lastdruck in der Lastvakuumkammer 106 zu erzeugen. Insbesondere kann die Lastvakuumpumpe 108 den Druck in der Lastvakuumkammer 106 auf einen Anfangslastdruck von ungefähr 1 mTorr bis ungefähr 250 mTorr, beispielsweise ungefähr 10 mTorr bis ungefähr 100 mTorr reduzieren.
Obwohl eine einzige Lastvakuumkammer 106 dargestellt ist, können mehrere Vakuumkammern verwendet werden, um den Systemdruck nacheinander auf den gewünschten Wert zu senken. Es kann bzw. können beispielsweise (eine) Grobvakuumkammer(n) den Druck zuerst auf einen praktikablen Druck (z. B. etwa 10 mTorr bis etwa 250 mTorr) senken, gefolgt von (einer) Feinvakuumkammer(n), die den Druck auf ein höheres Vakuum absenken kann bzw. können. Der Druck kann in der bzw. den Feinvakuumkammer(n) beispielsweise auf etwa 1 × 10^–7 Torr bis etwa 1 × 10^–4 Torr gesenkt und anschließend in einer folgenden Kammer im System 10 (z. B. in der Sputterdepositionskammer 112) mit einem Inertgas (z. B. Argon) wieder auf einen Abscheidungsdruck (z. B. ungefähr 10 mTorr bis ungefähr 100 mTorr) gefüllt werden.
Die Substrate 10 können aus der Lastvakuumkammer 106 durch den Spalt 111, der in der Innenwand 110 definiert ist, in die Sputterdepositionskammer 112 transportiert werden. Die Sputterdeposition umfasst im Allgemeinen das Herausschlagen von Material aus einem Target, das die Materialquelle ist, und das Aufbringen des herausgeschlagenen Materials auf das Substrat, um die Schicht zu bilden. Gleichstromsputtern umfasst im Allgemeinen das Anlegen einer Gleichspannung an ein Metalltarget (d. h. die Kathode), das in der Nähe des Substrats (d. h. der Anode) platziert ist, in einer Sputterkammer, um eine Gleichstrom-Gasentladung zu erzeugen. Die Sputterkammer kann eine reaktive Atmosphäre aufweisen (die z. B. Schwefel zusätzlich zu Sauerstoff, Stickstoff usw. enthält), die ein Plasmafeld zwischen dem Metalltarget und dem Substrat bildet. Es können auch weitere Inertgase (z. B. Argon usw.) vorhanden sein. Der Druck der reaktiven Atmosphäre kann beim Magnetronsputtern zwischen ungefähr 1 mTorr und ungefähr 20 mTorr liegen. Beim Diodensputtern kann der Druck sogar hoher sein (z. B. von ungefähr 25 mTorr bis ungefähr 100 mTorr). Wenn beim Anlegen der Spannung Metallatome aus dem Target herausgelöst werden, werden die Metallatome auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden. So können beispielsweise, wenn die Atmosphäre Sauerstoff enthält, die Metallatome, die aus dem Metalltarget herausgelöst wurden, eine Metalloxidschicht auf dem Substrat bilden. Der für das Ausgangsmaterial verwendete Strom kann je nach Größe des Ausgangsmaterials, Größe der Sputterkammer, Größe der Oberfläche des Substrats und anderen veränderlichen Größen unterschiedlich sein. In einigen Ausführungsformen kann der verwendete Strom von ungefähr 2 Ampere bis ungefähr 20 Ampere betragen. Umgekehrt umfasst das HF-Sputtern das Auslösen einer kapazitiven Entladung durch Anlegen eines Wechselstrom- oder Hochfrequenz(HF)-Signals zwischen dem Target (z. B. einem keramischen Ausgangsmaterial) und dem Substrat. Die Sputterkammer kann eine inerte Atmosphäre (z. B. eine Argonatmosphäre) aufweisen, die reaktive Spezies (z. B. Sauerstoff, Stickstoff usw.) enthalten oder nicht enthalten kann und einen Druck zwischen ungefähr 1 mTorr und ungefähr 20 mTorr beim Magnetronsputtern aufweist. Beim Diodensputtern kann der Druck sogar wieder höher sein (z. B. von ungefähr 25 mTorr bis ungefähr 100 mTorr).
Wie dargestellt ist, enthält die Sputterdepositionskammer 112 im Allgemeinen ein Target 114, das über Leitungen 117 mit einer Stromquelle 116 (z. B. einer Gleichstrom- oder HF-Stromquelle) verbunden ist. Die Stromquelle 116 ist zur Steuerung und Versorgung der Sputterdepositionskammer 112 mit Strom (z. B. Gleichstrom, HF- oder gepulster Gleichstrom) eingerichtet. Wie dargestellt ist, wird von der Stromquelle 116 eine Spannung an das Target 114 (das als Kathode dient) angelegt, um zwischen dem Target 114 und einer Anode, die durch die Schutzvorrichtungen 115 und die Kammerwände 110 gebildet wird, ein Spannungspotenzial zu erzeugen, sodass die Substrate 10 in den Magnetfeldern liegen, die dazwischen entstehen. Es ist zwar nur eine einzige Stromquelle 116 dargestellt, jedoch kann das Spannungspotenzial durch Verwendung mehrerer miteinander gekoppelter Stromquellen erreicht werden.
Die Substrate 10 sind im Allgemeinen so in der Sputterdepositionskammer 112 platziert, dass eine Dünnfilmschicht (z. B. eine TWP-Schicht oder eine CdS-Schicht) auf der Fläche der Substrate 10, die zum Target 114 zeigt, gebildet wird. Sobald die Sputteratmosphäre gezündet ist, wird ein Plasmafeld 118 erzeugt und als Reaktion auf das Spannungspotenzial zwischen dem Target 114 und den Kammerwänden 110, die als Anode dienen, aufrechterhalten. Das Spannungspotenzial bewirkt, dass die Plasmaionen im Plasmafeld 118 auf das Target 114 zu beschleunigt werden, wodurch Atome aus dem Target 114 in Richtung der Oberfläche auf dem Substrat 10 herausgeschlagen werden. Das Target 114 (kann auch als Kathode bezeichnet werden) dient somit als Ausgangsmaterial zur Bildung der Dünnfilmschicht auf der Oberfläche des Substrats 10, die zum Target 114 zeigt.
Ein Sputteratmosphären-Steuersystem 119 kann die Sputteratmosphäre in der Sputterdepositionskammer 112 steuern, beispielsweise auf den Sputterdruck (z. B. etwa 10 bis etwa 25 mTorr) senken. Das Sputteratmosphären-Steuersystem 119 kann im Allgemeinen der Sputterdepositionskammer 112 ein Inertgas (z. B. Argon) bereitstellen. Die Sputteratmosphäre kann optional auch Sauerstoff enthalten und lässt Sauerstoffpartikel des Plasmafelds 118 mit den herausgeschlagenen Targetatomen reagieren, um eine Dünnfilmschicht zu bilden, die Sauerstoff enthält.
Die Sputterdepositionskammer 112 kann beispielsweise verwendet werden, um auf dem Substrat eine Cadmiumsulfidschicht zu bilden. In dieser Ausführungsform kann das Target 114 ein keramisches Target sein, beispielsweise aus Cadmiumsulfid. In einigen Ausführungsformen kann zusätzlich eine Vielzahl von Targets 114 verwendet werden. Eine Vielzahl von Targets 114 kann besonders nützlich sein, um eine Schicht zu bilden, die mehrere Arten von Materialien enthält (z. B. Co-Sputtern).
Nach dem Sputtern einer Dünnschicht auf die Substrate 10 in der Sputterdepositionskammer 112 können die Substrate in eine Vakuumpufferkammer 120 transportiert werden. Eine Puffervakuumpumpe 122 kann in der Vakuumpufferkammer 120 ein Vakuum erzeugen, um den Druck in der Vakuumpufferkammer 120 auf einen Pufferdruck zu senken. Im Allgemeinen kann die Puffervakuumpumpe 122 aus der Sputterdepositionskammer 112 mitgeführte Partikel aus der Pufferkammeratmosphäre beseitigen. Die Vakuumpufferkammer 120 kann somit wirksam die Sputteratmosphäre in der Sputterdepositionskammer 112 und die Gasphasenabscheidungsatmosphäre in der Gasphasenabscheidungskammer 128 trennen. Die Vakuumpufferpumpe 122 kann zusätzlich dafür eingerichtet sein, überschüssiges Material von dem Substrat zu entfernen, das die Sputterdepositionskammer verlässt. In einer Ausführungsform kann ein Backfillgasanschluss, der dafür eingerichtet ist, ein Inertgas für die Gasphasenabscheidungskammer bereitzustellen, in der Vakuumpufferpumpe 122 enthalten sein.
Die Substrate 10 können optional in und durch eine Heizkammer 124 transportiert werden, die zwischen der Sputterdepositionskammer 112 und der Gasphasenabscheidungskammer 128 platziert ist, beispielsweise wie in 1 dargestellt ist zwischen der Vakuumpufferkammer 120 und der Gasphasenabscheidungskammer 128. Die Heizkammer 124 kann ein Heizelement 126 enthalten, das dafür eingerichtet ist, die Substrate 10 vor dem Eintritt in die Gasphasenabscheidungskammer 128 auf eine Gasphasenabscheidungstemperatur zu erwärmen, beispielsweise etwa 350°C bis etwa 600°C, je nach den Parametern der Gasphasenabscheidung. In einer alternativen Ausführungsform kann die Vakuumpufferkammer 120 statt oder zusätzlich zu der Heizkammer 124 Heizvorrichtungen (nicht dargestellt) aufweisen.
Die Substrate 10 können dann in und durch die Gasphasenabscheidungskammer 128 transportiert werden, um eine zweite dünne Schicht auf dem Substrat (und insbesondere über der gesputterten Dünnfilmschicht auf dem Substrat) aufzubringen. Die Gasphasenabscheidungskammer 128 weist einen Behälter 130 auf, der ein Ausgangsmaterial 132 enthält. In dem Behälter 130 kann ein Heizverteiler 134 platziert sein, um das Ausgangsmaterial 132 in dem Behälter 130 zu Dampf zu erwärmen. Der Dampf kann über den Behälter 130 und durch Kanäle, die im Heizverteiler 134 definiert sind, und Löcher, die in der darunter liegenden Verteilerplatte 136 definiert sind, strömen, um eine zweite Dünnschicht über der ersten Dünnschicht auf dem Substrat aufzubringen.
8 und 9 zeigen eine Detailansicht einer Gasphasenabscheidungsvorrichtung 800 für den Einsatz in der Gasphasenabscheidungskammer 128 in dem integrierten Abscheidungssystem 100 nach einer Ausführungsform. Die Vorrichtung 800 weist einen Beschichtungskopf 810 auf, der einen Innenraum definiert, in dem ein Behälter 130 für die Aufnahme eines körnigen Ausgangsmaterials (nicht dargestellt) wie Cadmiumtellurid zum Aufdampfen einer Cadmiumtellurid-Dünnfilmschicht eingerichtet ist. Das körnige Ausgangsmaterial kann von einer Zuführvorrichtung oder einem -system 824 über ein Eintragrohr 848 zugeführt werden. Das Eintragrohr 848 ist mit einem Verteiler 844 verbunden, der in einer Öffnung in einer oberen Wand 814 des Beschichtungskopfs 810 angeordnet ist. Der Verteiler 844 weist eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 846 auf, die dafür eingerichtet sind, das körnige Ausgangsmaterial gleichmäßig in dem Behälter 130 zu verteilen. Der Behälter 130 weist eine offene Oberseite auf und kann jede beliebige Anordnung von Innenrippen 820 oder anderen Strukturelementen enthalten.
In der dargestellten Ausführungsform ist mindestens ein Thermoelement 822 funktionsfähig durch die obere Wand 814 des Beschichtungskopfs 810 hindurch angeordnet, um die Temperatur im Beschichtungskopf 810 angrenzend an den oder in dem Behälter 130 zu überwachen.
Der Beschichtungskopf 810 weist auch längs verlaufende Endwände 812 und Seitenwände 813 auf. Der Behälter 130 weist so eine Form und Anordnung auf, dass die quer verlaufenden Endwände 818 des Behälters 130 einen Abstand zu den Endwänden 812 der Kopfkammer 810 aufweisen. Die längs verlaufenden Seitenwände (nicht dargestellt) des Behälters 130 liegen angrenzend an und nah an den Seitenwänden 113 des Beschichtungskopfs 810, sodass zwischen den jeweiligen Wänden sehr wenig Abstand vorhanden ist. Bei dieser Anordnung strömt sublimiertes Ausgangsmaterial als vorderer und hinterer Dampfvorhang aus der offenen Oberseite des Behälters 130 und nach unten über die quer verlaufenden Endwände 818, wie mit den Strömungslinien in 8 und 9 dargestellt ist. Es strömt sehr wenig von dem sublimierten Ausgangsmaterial über die Seitenwände (nicht dargestellt) des Behälters 130. Die Dampfvorhänge sind insoweit ”quer” ausgerichtet, als dass sie über die Querdimension des Beschichtungskopfs 810 verlaufen, was im Allgemeinen senkrecht zur Förderrichtung der Substrate durch das System ist.
Ein beheizter Verteiler 134 ist unter dem Behälter 130 angeordnet. Dieser Verteiler 134 kann im Geltungsbereich und Geist der Erfindung verschiedene Anordnungen aufweisen und dient dazu, den Behälter 130 indirekt zu erwärmen und das sublimierte Ausgangsmaterial (d. h. die Ausgangsmaterialdämpfe), das aus dem Behälter 130 strömt, zu verteilen. In der dargestellten Ausführungsform weist der beheizte Verteiler 134 eine Zweischalenanordnung auf, die ein oberes Schalenelement 830 und ein unteres Schalenelement 832 aufweist. Jedes der Schalenelemente 830, 832 weist Vertiefungen darin auf, die Hohlräume 834 definieren, wenn die Schalenelemente gekoppelt werden, wie in 8 und 9 dargestellt ist. Die Heizelemente 828 sind in den Hohlräumen 834 angeordnet und dienen dazu, den Verteiler 134 ausreichend zu erwärmen, um das Ausgangsmaterial in dem Behälter 130 indirekt zu erwärmen, um die Sublimation des Ausgangsmaterials zu bewirken. Die Heizelemente 828 können aus einem Material hergestellt sein, das mit dem Ausgangsmaterialdampf reagiert und in dieser Hinsicht dienen die Schalenelemente 830, 832 auch zur Unterbindung des Kontakts der Heizelemente 828 mit dem Ausgangsmaterialdampf. Die Wärme, die von dem Verteiler 134 erzeugt wird, ist auch ausreichend, um zu verhindern, dass das sublimierte Ausgangsmaterial auf Bestandteilen der Kopfkammer 810 abgeschieden wird. Es ist wünschenswert, dass der kühlste Bestandteil in der Kopfkammer 810 die Oberseite der Substrate 10 ist, die dort hindurch befördert werden, um sicherzustellen, dass das sublimierte Ausgangsmaterial auf dem Substrat und nicht auf Bestandteilen der Kopfkammer 810 abgeschieden wird.
Weiter unter Bezug auf 8 und 9 weist der beheizte Verteiler 134 eine Vielzahl von Kanälen 826 auf, die dort hindurch definiert sind. Diese Kanäle weisen eine Form und Anordnung zur gleichmäßigen Verteilung des sublimierten Ausgangsmaterials in Richtung der darunter befindlichen Substrate 10 auf.
In der dargestellten Ausführungsform ist eine Verteilerplatte 136 unter dem Verteiler 134 in einem definierten Abstand über einer waagerechten Ebene der Oberseite eines darunter befindlichen Substrats 10 angeordnet, wie in 1 dargestellt ist. Dieser Abstand kann beispielsweise zwischen ungefähr 0,3 cm und ungefähr 4,0 cm betragen. In einer besonderen Ausführungsform beträgt der Abstand ungefähr 1,0 cm. Die Transportgeschwindigkeit der Substrate unter der Verteilerplatte 136 kann im Bereich von beispielsweise ungefähr 10 mm/s bis ungefähr 40 mm/s liegen. In einer besonderen Ausführungsform kann diese Geschwindigkeit beispielsweise ungefähr 20 mm/s betragen. Die Dicke der CdTe-Filmschicht, die auf der Oberseite des Substrats 10 abgeschieden wird, kann innerhalb des Geltungsbereichs und Geists der Erfindung unterschiedlich sein und kann beispielsweise zwischen ungefähr 1 Mikrometer und ungefähr 5 Mikrometern betragen. In einer besonderen Ausführungsform kann die Schichtdicke ungefähr 3 Mikrometer betragen.
Die Verteilerplatte 136 weist ein Muster aus Kanälen, beispielsweise Löchern, Spalten und Ähnlichem hindurch auf, die das sublimierte Ausgangsmaterial, das den Verteiler 134 passiert, weiter verteilen, sodass die Ausgangsmaterialdämpfe in der Querrichtung nicht behindert werden. Mit anderen Worten ist das Muster aus Kanälen so geformt und abgestuft oder auf andere Weise platziert, dass das sublimierte Ausgangsmaterial in der Querrichtung vollständig über dem Substrat 10 abgeschieden wird, sodass Längsbänder oder -streifen aus ”unbeschichteten” Bereichen auf dem Substrat vermieden werden.
Wie zuvor erwähnt ist, strömt ein erheblicher Teil des sublimierten Ausgangsmaterials als vorderer und hinterer Dampfvorhang aus dem Behälter 130. Obwohl sich diese Dampfvorhänge in gewissem Maße in die Längsrichtung ausbreiten, bevor sie die Verteilerplatte 136 passieren, sollte bedacht werden, dass es unwahrscheinlich ist, dass eine gleichmäßige Verteilung des sublimierten Ausgangsmaterials in der Längsrichtung erreicht wird. Mit anderen Worten wird von dem sublimierten Ausgangsmaterial mehr durch die längs verlaufenden Endabschnitte der Verteilerplatte 136 als den mittleren Abschnitt der Verteilerplatte verteilt. Da das Transportsystem 103 die Substrate 10, wie zuvor erörtert ist, mit einer konstanten (unterbrechungsfreien) linearen Geschwindigkeit durch das System 100 befördern kann, werden jedoch die Oberseiten der Substrate 10 unabhängig von Ungleichmäßigkeiten der Dampfverteilung entlang der Längsrichtung der Vorrichtung 800 derselben Beschichtungsumgebung ausgesetzt. Die Kanäle 826 in dem Verteiler 134 und die Löcher in der Verteilerplatte 136 gewährleisten eine relativ gleichmäßige Verteilung des sublimierten Ausgangsmaterials in der Querrichtung der Gasphasenabscheidungsvorrichtung 800. Solange die einheitliche Querrichtung des Dampfs erhalten bleibt, wird auf der Oberseite der Substrate 10 eine relativ gleichmäßige Dünnfilmschicht aufgebracht, unabhängig von Ungleichmäßigkeiten der Gasphasenabscheidung entlang der Längsrichtung der Vorrichtung 800.
Wie in den Figuren veranschaulicht ist, kann es erwünscht sein, zwischen dem Behälter 130 und dem Verteiler 134 einen Verunreinigungsschutz 850 vorzusehen. Dieser Schutz 850 weist Löcher auf, die dort hindurch definiert sein können (die größer oder kleiner als die Größe der Löcher der Verteilerplatte 136 sein können) und dient hauptsächlich dazu, körniges oder partikelförmiges Ausgangsmaterial daran zu hindern, ihn zu passieren und möglicherweise die Funktion der beweglichen Bauteile des Verteilers 134 zu behindern, wie nachstehend ausführlicher besprochen ist. Mit anderen Worten kann der Verunreinigungsschutz 850 dafür eingerichtet sein, als atmungsaktive Trennwand zu dienen, die das Hindurchtreten von Partikeln behindert, ohne im Wesentlichen Dämpfe, die durch den Schutz 850 strömen, zu behindern.
Es ist wünschenswert, dass die Vorrichtung 800 quer verlaufende Dichtungen 854 an jedem längs verlaufenden Ende der Kopfkammer 810 aufweist. Die Dichtungen 854 können die Spalte 111 an den längs verlaufenden Ende der Gasphasenabscheidungskammer 128 dabei unterstützen, die Gasphasenabscheidungsatmosphäre in der Gasphasenabscheidungskammer 128 von benachbarten Kammern zu trennen. Diese Dichtungen 854 sind in einem Abstand über der Oberseite der Substrate 10 angeordnet, der geringer ist als der Abstand zwischen der Oberfläche der Substrate 10 und der Verteilerplatte 136. Die Dichtungen 854 sind dabei behilflich, dass das sublimierte Ausgangsmaterial in dem Abscheidungsbereich über den Substraten bleibt. Mit anderen Worten verhindern die Dichtungen 854, dass das sublimierte Ausgangsmaterial durch die längs verlaufenden Enden der Gasphasenabscheidungskammer 128 ”entweicht”. Es sollte erkannt werden, dass die Dichtungen 854 von jeder geeigneten Struktur definiert sein können. So sind die Dichtungen 854 in der dargestellten Ausführungsform von Bestandteilen des unteren Schalenelements 832 des beheizten Verteilers 134 definiert. Es sollte auch erkannt werden, dass die Dichtungen 854 mit einer anderen Struktur der Gasphasenabscheidungsvorrichtung 800 zusammenwirken können, um die Dichtfunktion zu erfüllen. Die Dichtungen können beispielsweise an einer Struktur der darunter befindlichen Beförderungsanordnung im Abscheidungsbereich anliegen.
Die veranschaulichte Ausführungsform von 8 und 9 weist eine bewegliche Verschlussplatte 836 auf, die über dem Verteiler 134 angeordnet ist. Diese Verschlussplatte 836 weist eine Vielzahl von Kanälen 838 auf, die dort hindurch definiert sind und in einer ersten Arbeitsposition der Verschlussplatte 836 nach den Kanälen 826 in dem Verteiler 134 ausgerichtet sind, wie in 9 dargestellt ist. Wie ganz einfach anhand von 9 zu erkennen ist, strömt in dieser Arbeitsposition der Verschlussplatte 836 das sublimierte Ausgangsmaterial ungehindert durch die Verschlussplatte 836 und durch die Kanäle 826 in dem Verteiler 134 zur anschließenden Verteilung durch die Platte 136. Mit Bezug auf 8 kann die Verschlussplatte 836 in eine zweite Arbeitsposition relativ zur Oberseite des Verteilers 134 bewegt werden, in der die Kanäle 838 in der Verschlussplatte 836 nicht nach den Kanälen 826 im Verteiler 134 ausgerichtet sind. In dieser Anordnung wird das sublimierte Ausgangsmaterial daran gehindert, den Verteiler 134 zu passieren, und ist im Wesentlichen im Innenraum der Kopfkammer 810 enthalten. Jeder geeignete Betätigungsmechanismus, ganz allgemein 840, kann dafür eingerichtet sein, die Verschlussplatte 836 zwischen der ersten und zweiten Arbeitsposition zu bewegen. In der dargestellten Ausführungsform weist der Betätigungsmechanismus 840 eine Stange 842 und jede beliebige Art geeigneter Verbindung auf, die die Stange 842 mit der Verschlussplatte 836 verbindet. Die Stange 842 wird mit jeder Art von Mechanismus gedreht, der sich außerhalb der Kopfkammer 810 befindet.
Die Verschlussplatte 836 ist besonders insofern von Vorteil, als dass das sublimierte Ausgangsmaterial aus beliebigen Gründen schnell und einfach in der Kopfkammer 810 gehalten und daran gehindert werden kann, bis zum Beschichtungsbereich über der Beförderungseinheit zu gelangen.
Die Substrate 10 können aus der Gasphasenabscheidungskammer 128 zu einer Kühlkammer 140 transportiert werden, die Kühlelemente 142 enthält, um die Substrate 10 wieder auf Zimmertemperatur zu bringen. Obwohl nur eine einzige Kühlkammer 140 dargestellt ist, kann eine Reihe von Kühlkammern verwendet werden, um die Substrate 10 systematisch auf Zimmertemperatur abzukühlen.
Die Substrate können anschließend durch den Austragsspalt 143 in und durch eine Austragsschleusenkammer 144 gebracht werden. Der Austragsspalt 143 kann eine Klappe 145 aufweisen, um die Austragsatmosphäre von der Systematmosphäre zu trennen. Die Substrate in der Austragsschleusenkammer 144 können so über die Austrittsatmosphärensteuerung 146, die beim Schließen der Klappe 145 Luft in die Austragsschleusenkammer 144 pumpt, wieder auf Zimmertemperatur gebracht werden. Die Systematmosphäre, die von der Lastvakuumkammer 106 bis zur Gasphasenabscheidungskammer 128 reicht, kann so von der Raumatmosphäre getrennt werden.
Obwohl das System 100 für die Aufbringung von zwei folgenden Dünnfilmschichten auf die Substrate 10 nur eine Sputterdepositionskammer 112 und eine Gasphasenabscheidungskammer 128 zeigt, können zum Aufbringen zusätzlicher Dünnschichten auf die Substrate 10 zusätzliche Beschichtungskammern (Sputterdeposition und/oder Gasphasenabscheidung) in das System 100 aufgenommen sein. Es können außerdem weitere Behandlungs- und/oder Heizkammern in das System 100 aufgenommen sein. Es kann beispielsweise eine Heizkammer zwischen der Gasphasenabscheidungskammer 128 und der Kühlkammer 140 platziert sein.
2 zeigt beispielsweise eine besondere Ausführungsform eines integrierten Abscheidungssystems 200, das verwendet wird, um nacheinander drei Dünnfilmschichten auf die Substrate 10 aufzubringen (z. B. eine TWP-Schicht, eine Cadmiumsulfidschicht über der TWP-Schicht und eine Cadmiumtelluridschicht über der Cadmiumsulfidschicht). Das System 200 umfasst eine erste Sputterdepositionskammer 202, in die die Substrate 10 aus der Lastvakuumkammer 106 über das Transportsystem 103 transportiert werden. Die erste Sputterdepositionskammer 202 weist eine erste Stromquelle 204 auf, die über erste Leitungen 205 mit einem ersten Target 206 verbunden ist. Das Sputteratmosphärensystem 203 kann die Sputteratmosphäre in der ersten Sputterdepositionskammer 202 steuern. Beim Zünden des Plasmas 208 und Erzeugen eines Spannungspotenzials zwischen dem ersten Target 206 und den ersten Schutzvorrichtungen 205 und Kammerwänden 110 können Atome aus dem Target 206 auf das Substrat 10 herausgeschlagen werden.
Nach dem Aufbringen der ersten Dünnfilmschicht in der ersten Sputterdepositionskammer 202 können die Substrate 10 durch den Spalt 111 in der Innenwand 110 in und durch die erste Vakuumpufferkammer 210 transportiert werden, die mit einer ersten Vakuumpumpe 212 verbunden ist. Die erste Vakuumpufferkammer 210 trennt die erste Sputteratmosphäre in der ersten Sputterdepositionskammer 202 von der zweiten Sputteratmosphäre in der zweiten Sputterdepositionskammer 214. Eine Verunreinigung zwischen herausgeschlagenen Atomen in der ersten Sputterdepositionskammer 202 und der zweiten Sputterdepositionskammer 214 kann so minimiert werden.
Die Substrate 10 können in und durch die zweite Sputterdepositionskammer 214 transportiert werden, bei der die zweite Stromversorgung 216 über Leitungen 217 mit dem zweiten Target 218 (mit den Schutzvorrichtungen 219 geschützt) verbunden ist. Das zweite Sputteratmosphärensystem 215 kann die zweite Sputteratmosphäre in der zweiten Sputterdepositionskammer 214 steuern. Das Plasma 220 kann Atome aus dem Target 218 herausschlagen, um eine zweite Dünnschicht (z. B. eine Cadmiumsulfidschicht) über der ersten Dünnschicht (z. B. der TWP-Schicht) auf den Substraten 10, die dort hindurch transportiert werden, aufzubringen. In einer besonderen Ausführungsform, wie sie in dem System 300 von 3 dargestellt ist, kann in der zweite Sputterdepositionskammer 214 ein beheiztes Sputtern von Substraten 10 nach dem Passieren einer Sputterheizkammer 302 erfolgen, die mit den Heizelementen 304 verbunden ist, die dafür eingerichtet sind, die Substrate 10 auf eine Sputtertemperatur zu erwärmen.
Eine zweite Vakuumpufferkammer 222, die mit einer zweiten Vakuumpumpe 224 verbunden ist, kann eine zweite Pufferatmosphäre zwischen der zweiten Vakuumpufferkammer 222 und nachfolgenden Kammern (z. B. der optionalen Heizkammer 124 oder der Gasphasenabscheidungskammer 128) erzeugen.
In einer alternativen, wie der in den Systemen 400 und 500 von 4 beziehungsweise 5 dargestellten Ausführungsform kann jedoch eine zweite Vakuumkammer zwischen der zweiten Vakuumpufferkammer 222 und nachfolgenden Kammern (z. B. der optionalen Heizkammer 124 oder der Gasphasenabscheidungskammer 128) entfallen. Die Systeme 400, 500 von 4 und 5 sind ansonsten identisch mit den Systemen 200, 300 von 2 beziehungsweise 3. In diesen Ausführungsformen kann eine geringe Menge Partikel zwischen der ersten Sputterdepositionskammer 202 und der Gasphasenabscheidungskammer 128 transportiert werden, insbesondere an den Enden, die den angrenzenden Kammern am nächsten sind. Eine derartige geringe Vermischung kann gewünscht werden, wenn anschließend eine Cadmiumsulfidschicht in der zweiten Sputterdepositionskammer 214 und die Cadmiumtelluridschicht in der Gasphasenabscheidungskammer 128 geformt werden, um einen durchmischten Bereich zwischen der Cadmiumsulfidschicht und der Cadmiumtelluridschicht zu bilden.
Das Ausführungsbeispiel des Systems 600, das in 6 dargestellt ist, umfasst eine Sputterdepositionskammer 112, eine erste Gasphasenabscheidungskammer 602 und eine zweite Gasphasenabscheidungskammer 612. In dieser Ausführungsform kann die Sputterdepositionskammer 112 verwendet werden, um die TWP-Schicht auf dem Substrat aufzubringen, die erste Gasphasenabscheidungskammer 602 kann verwendet werden, um die Cadmiumsulfidschicht über der TWP-Schicht aufzubringen und die zweite Gasphasenabscheidungskammer 612 kann verwendet werden, um die Cadmiumtelluridschicht aufzubringen. Die erste Gasphasenabscheidungskammer 602 und die zweite Gasphasenabscheidungskammer 612 können so aufgebaut sein, dass sie die Gasphasenabscheidungsvorrichtung 800 enthalten, die in 8 und 9 dargestellt ist.
Mit Bezug auf 6 können die Substrate 10 in die erste Gasphasenabscheidungskammer 602 gelangen, damit die zweite Dünnfilmschicht aufgebracht wird, nachdem die erste Dünnschicht in der Sputterdepositionskammer 112 aufgesputtert wurde. Der erste Heizverteiler 608 kann das erste Ausgangsmaterial 606 (z. B. Cadmiumsulfid) im ersten Behälter 604 zu Dampf erwärmen. Der Dampf des ersten Ausgangsmaterials 606 kann durch den ersten Heizverteiler 608 und die erste Abscheidungsplatte 610 strömen.
Die Substrate 10 können dann durch die optionale zweite Vakuumpufferkammer 222 und die optionale zweite Heizkammer 626 und in die zweite Gasphasenabscheidungskammer 612 transportiert werden. Das zweite Ausgangsmaterial 616 (z. B. Cadmiumtellurid) im zweiten Behälter 614 kann von dem zweiten Heizverteiler 618 zu Dampf erhitzt werden. Der Dampf kann den zweiten Heizverteiler 618 und die zweite Abscheidungsplatte 620 passieren und auf den Substraten 10 als dritte Dünnschicht (z. B. eine Cadmiumtelluridschicht) aufgebracht werden.
Wie angegeben ist, eignen sich die vorliegend offenbarten Verfahren und Systeme besonders zum Verbessern der Leistungsfähigkeit und/oder Kontinuität der In-Line-Herstellung von Cadmiumtellurid-Dünnschichtphotovoltaikeinrichtungen, wie bei der Cadmiumtellurid-Dünnschichtphotovoltaikeinrichtung. 7 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 700 zum Aufbringen von Dünnfilmschichten auf einem Substrat zur Bildung einer Cadmiumtellurid-PV-Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 700 kann verwendet werden, um nacheinander eine Cadmiumsulfid(CdS)-Schicht und eine Cadmiumtellurid(CdTe)-Schicht auf ein Substrat (z. B. ein Glas-Superstrat) aufzubringen. Optional kann vor dem Aufbringen der Cadmiumsulfidschicht eine transparente Widerstands- und Pufferschicht (”TWP-Schicht”) auf das Substrat (z. B. auf eine transparente, elektrisch leitfähige Oxidschicht) aufgebracht werden.
Gemäß dem beispielhaften Verfahren 700, das in 7 dargestellt ist, kann das Substrat zuerst eine Lastvakuumkammer 702 durchlaufen, in der ein Vakuum bis auf den gewünschten Systemdruck (z. B. einen Lastvakuumdruck) erzeugt werden kann, um die Systematmosphäre im gesamten Prozesssystem 700 von der umgebenden Atmosphäre zu trennen.
Das Substrat kann anschließend in die TWP-Schicht-Abscheidungskammer 704 geführt werden, um eine transparente Widerstands- und Pufferschicht (TWP-Schicht) auf dem Substrat aufzubringen. Die TWP-Schicht kann beispielsweise auf einer transparenten, elektrisch leitfähigen Oxidschicht (TCO-Schicht) auf dem Substrat aufgebracht werden. Die TCO-Schicht kann einen Schichtwiderstand von weniger als etwa 30 Ohm pro Quadrat aufweisen, beispielsweise von etwa 4 Ohm pro Quadrat bis etwa 20 Ohm pro Quadrat (z. B. von etwa 8 Ohm pro Quadrat bis etwa 15 Ohm pro Quadrat). Die TCO-Schicht weist im Allgemeinen mindestens ein elektrisch leitfähiges Oxid wie Zinnoxid, Zinkoxid oder Indium-Zinn-Oxid oder Mischungen davon auf. Die TCO-Schicht kann zusätzlich weitere elektrisch leitfähige, transparente Materialien enthalten. Die TCO-Schicht kann auch Zinkstannat und/oder Cadmiumstannat enthalten.
Die TWP-Schicht kann zwischen der TCO-Schicht und der Cadmiumsulfidschicht angeordnet sein, damit eine relativ dünne Cadmiumsulfidschicht in die Einrichtung eingebracht werden kann, indem die Wahrscheinlichkeit von Grenzflächendefekten (d. h. kleinsten Löchern in der Cadmiumsulfidschicht) reduziert wird, die zwischen der TCO-Schicht und der Cadmiumtelluridschicht Shunts erzeugen. Die TWP-Schicht kann beispielsweise eine Kombination aus Zinkoxid (ZnO) und Zinnoxid (SnO₂) aufweisen, die als Zink-Zinn-Oxid-Schicht (”ZTO”) bezeichnet werden kann. In einer besonderen Ausführungsform kann die TWP-Schicht mehr Zinnoxid als Zinkoxid enthalten. In bestimmten Ausführungsformen kann die TWP-Schicht mit einer Dicke von zwischen ungefähr 0,075 μm und ungefähr 1 μm, beispielsweise von ungefähr 0,1 μm bis ungefähr 0,5 μm, aufgebracht werden.
Nach dem Aufbringen der TWP-Schicht kann das Substrat eine erste Puffervakuumkammer 706 passieren, um Partikel von dem Substrat und/oder aus der Kammeratmosphäre zu entfernen, bevor nachfolgende Schichten aufgebracht werden. Das Substrat kann anschließend vor dem Aufbringen der CdS-Schicht je nach dem Aufbringungsverfahren für die CdS-Schicht in der ersten Heizkammer 708 optional erwärmt werden. Die CdS-Schicht kann dann in der CdS-Beschichtungskammer 710 auf das Substrat aufgebracht werden (z. B. Sputtern eines Targets aus Cadmiumsulfid oder Gasphasenabscheidung eines Ausgangsmaterials aus Cadmiumsulfid).
Die Cadmiumsulfidschicht ist eine n-leitende Schicht, die im Allgemeinen Cadmiumsulfid (CdS) enthält, aber auch andere Materialien wie Zinksulfid, Cadmiumzinksulfid usw. und Mischungen davon sowie Dotierstoffe und weitere Fremdstoffe enthalten kann. Durch das Vorhandensein der transparenten Widerstandschicht 16 kann die Cadmiumsulfidschicht 18 eine Dicke aufweisen, die weniger als ungefähr 0,1 μm beträgt, beispielsweise zwischen ungefähr 10 nm und ungefähr 100 nm, beispielsweise von ungefähr 50 nm bis ungefähr 80 nm, bei minimal vorhandenen kleinsten Löchern zwischen der transparenten Widerstands- und Pufferschicht 16 und der Cadmiumsulfidschicht 18. Eine Cadmiumsulfidschicht 18 mit einer Dicke von weniger als ungefähr 0,1 μm vermindert zudem jegliche Adsorption von Strahlungsenergie durch die Cadmiumsulfidschicht 18, wodurch die Menge Strahlungsenergie, die die darunterliegende Cadmiumtelluridschicht 20 erreicht, wirksam erhöht wird.
Nach dem Aufbringen der CdS-Schicht kann das Substrat eine zweite Puffervakuumkammer 712 passieren, um Partikel von dem Substrat und/oder aus der Kammeratmosphäre zu entfernen, bevor die CdTe-Schicht aufgebracht wird. Das Substrat kann anschließend vor dem Aufbringen der CdTe-Schicht je nach dem Aufbringungsverfahren für die CdTe-Schicht in der zweiten Heizkammer 714 optional erwärmt werden.
Die CdTe-Schicht kann dann in der CdTe-Beschichtungskammer 716 auf das Substrat aufgebracht werden (z. B. Gasphasenabscheidung eines Ausgangsmaterials aus Cadmiumtellurid). Die Cadmiumtelluridschicht ist eine p-leitende Schicht, die im Allgemeinen Cadmiumtellurid (CdTe) enthält, aber auch andere Materialien enthalten kann. Als p-leitende Schicht der Einrichtung 10 ist die Cadmiumtelluridschicht 20 die photovoltaische Schicht, die durch Wechselwirkung mit der Cadmiumsulfidschicht 18 (d. h. der n-leitenden Schicht) Strom aus der Absorption von Strahlungsenergie erzeugt, indem sie aufgrund ihres hohen Absorptionskoeffizienten den Großteil der Strahlungsenergie, die in die Einrichtung 10 gelangt und Elektronen-Loch-Paare erzeugt, absorbiert. Der p-n-Übergang, der zwischen der Cadmiumsulfidschicht und der Cadmiumtelluridschicht gebildet wird, bildet ein diodenähnliches Material, das es ermöglicht, dass normaler Strom nur in eine Richtung fließt, um ein Ladungsungleichgewicht über die Grenze hinweg zu erzeugen. Dieses Ladungsungleichgewicht führt zur Erzeugung eines elektrischen Felds, das sich über den p-n-Übergang erstreckt und die befreiten Elektronen und Löcher trennt. In besonderen Ausführungsformen kann die Cadmiumtelluridschicht mit einer Dicke von zwischen ungefähr 0,1 μm und ungefähr 10 μm, beispielsweise von ungefähr 1 μm bis ungefähr 5 μm, aufgebracht werden. In einer besonderen Ausführungsform kann die Cadmiumtelluridschicht 20 eine Dicke zwischen ungefähr 2 μm und ungefähr 4 μm aufweisen, beispielsweise ungefähr 3 μm.
Die Substrate können dann in der Kühlkammer 718 abgekühlt werden und können eine Austragsschleusenkammer 720 passieren, um die Atmosphäre wieder auf Raumdruck zu bringen.
Alle Kammern 702 bis 720 sind miteinander als Einheit verbunden, sodass die Substrate, die gemäß dem Verfahren 700 durch die Kammern 702 bis 720 transportiert werden, im Wesentlichen vor der Außenumgebung geschützt sind. Mit anderen Worten sind die Bestandteilabschnitte des Verfahrens 700 direkt miteinander vereint, sodass ein Substrat, das einen Bestandteilabschnitt verlässt, unmittelbar in den angrenzenden Abschnitt gelangt. Es ist dargestellt, dass das Verfahren 700 somit miteinander verknüpfte Schritte umfasst, um darzustellen, dass die Einrichtungen direkt von einem Schritt zum nächsten transportiert werden, ohne der Raumatmosphäre ausgesetzt zu sein. Die Substrate können so vor in die Dünnschichten eingebrachten äußeren Verunreingungen geschützt werden, sodass einheitlichere und wirksamere Einrichtungen entstehen. Es können selbstverständlich weitere Zwischenschritte in das Verfahren 700 aufgenommen werden, solange die Schritte auch mit den anderen Schritten des Verfahrens 700 verknüpft sind.
Durch das Zusammenfassen dieser Beschichtungsverfahren in einem einzigen System kann der Energieverbrauch, der für das Aufbringen der TWP-Schicht, der CdS-Schicht, der CdTe-Schicht benötigt wird, im Vergleich zu separaten Abscheidungssystemen gesenkt werden. Beispielsweise besteht, sobald das Lastvakuum in dem Lastschleusenschritt 702 erzeugt ist, kein Bedarf an einem zusätzlichen Lastvakuumschritt, da der Systemdruck auf oder unter dem Lastvakuumdruck (d. h. weniger als etwa 250 mTorr) bleiben kann.
Es können verschiedene Kombinationen von Beschichtungsverfahren (z. B. Sputtern, Sublimation usw.) verwendet werden, um die verschiedenen Dünnfilmschichten (d. h. die TWP-Schicht, die CdS-Schicht und/oder die CdTe-Schicht) nach dem integrierten Verfahren 700 aufzubringen, wie in den Systemen 100, 200, 300, 400, 500 und 600 von 1 bis 6 dargestellt ist.
An der freiliegenden Oberfläche der Cadmiumtelluridschicht können selbstverständlich weitere Behandlungen nach der Bildung vorgenommen werden (z. B. Cadmiumchloridbehandlung, Rückseitenkontaktbeschichtung, Einbringen von Glas, Sammelschienen, externen Verdrahtungen, Laserätzen usw.).
In dieser schriftlichen Beschreibung werden Beispiele verwendet, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsform, zu offenbaren und auch um es einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung anzuwenden, einschließlich der Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen oder Systemen und der Durchführung von darin enthaltenen Verfahren. Der patentierbare Geltungsbereich der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, an die der Fachmann denkt. Diese weiteren Beispiele sollen in den Geltungsbereich der Ansprüche fallen, wenn sie Strukturelemente umfassen, die vom genauen Wortlaut der Ansprüche nicht abweichen oder wenn sie gleichwertige Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden zum genauen Wortlaut der Ansprüche umfassen.
Es sind Vorrichtungen und Verfahren für den Dünnschichtauftrag von halbleitenden Schichten bei der Herstellung der Cadmiumtellurid-Dünnschichtphotovoltaikeinrichtung 10 bereitgestellt. Die Vorrichtung 100 weist eine Reihe von als Einheit verbundenen Kammern auf, beispielsweise eine Lastvakuumkammer 106, die mit einer Lastvakuumpumpe 108 verbunden ist, eine Sputterdepositionskammer 112, eine Vakuumpufferkammer 120 und eine Gasphasenabscheidungskammer 128. Ein Beförderungssystem 104 ist funktionsfähig in der Vorrichtung 100 angeordnet und dafür eingerichtet, Substrate 10 in einer Reihenanordnung mit einer geregelten Geschwindigkeit in und durch die Lastvakuumkammer 106, die Sputterdepositionskammer 112, die Vakuumpufferkammer 120 und die Gasphasenabscheidungskammer 128 zu transportieren. Die Sputterdepositionskammer 112, die Vakuumpufferkammer 120 und die Gasphasenabscheidungskammer 128 sind derart als Einheit verbunden, dass die Substrate 10, die durch die Vorrichtung 100 transportiert werden, auf einem Systemdruck von weniger als ungefähr 760 Torr gehalten werden.
Bezugszeichenliste

10: Substrate
16: Transparente Widerstandsschicht
18: Cadmiumsulfidschicht
20: Cadmiumtelluridschicht
100: Abscheidungssystem
101: Klappe
102: Eingangsschlitz
103: Transportsystem
104: Walzen
106: Lastvakuumkammer
108: Lastvakuumpumpe
110: Kammerwände
111: Spalt
112: Sputterkammer
113: Seitenwände
114: Target
115: Schutzvorrichtungen
116: Stromquelle
117: Leitungen
118: Plasmafeld
119: Steuersystem
120: Vakuumpufferkammer
122: Puffervakuumpumpe
124: Heizkammer
126: Heizelement
128: Gasphasenabscheidungskammer
130: Behälter
132: Ausgangsmaterial
134: Verteiler
136: Verteilerplatte
140: Kühlkammer
142: Kühlelemente
143: Austragsspalt
144: Austragsschleusenkammer
145: Klappe
146: Steuerung
200: Integriertes Abscheidungssystem
201: Substrate
202: Sputterdepositionskammer
203: System
204: Erste Stromquelle
205: Erste Schutzvorrichtung
206: Erstes Target
208: Plasma
210: Vakuumpufferkammer
212: Erste Vakuumpumpe
214: Zweite Sputterdepositionskammer
215: System
216: Zweite Stromversorgung
217: Leitungen
218: Zweites Target
219: Schutzvorrichtung
220: Plasma
222: Zweite Vakuumpufferkammer
224: Zweite Vakuumpumpe
300: System
302: Sputterheizkammer
304: Heizelemente
400: System
500: System
600: System
602: Erste Gasphasenabscheidungskammer
604: Erster Behälter
606: Erstes Ausgangsmaterial
608: Erster Heizverteiler
610: Erste Abscheidungsplatte
612: Zweite Gasphasenabscheidungskammer
614: Zweiter Behälter
616: Zweites Ausgangsmaterial
618: Zweiter Heizverteiler
620: Zweite Abscheidungsplatte
626: Optionale zweite Heizkammer
700: Prozesssystem
702: Lastvakuumkammer
704: TWP-Schicht-Abscheidungskammer
706: Erste Puffervakuumkammer
708: Erste Heizkammer
710: CdS-Beschichtungskammer
712: Zweite Puffervakuumkammer
714: Zweite Heizkammer
716: CdTe-Beschichtungskammer
718: Kühlkammer
720: Austragsschleusenkammer
800: Vorrichtung
800: Vorrichtung
800: Vorrichtung
800: Vorrichtung
800: Gasphasenabscheidungsvorrichtung
800: Gasphasenabscheidungsvorrichtung
800: Gasphasenabscheidungsvorrichtung
800: Gasphasenabscheidungsvorrichtung
810: Beschichtungskopf
812: Endwände
813: Seitenwände
814: Obere Wand
818: Endwände
820: Innenrippen
822: Mindestens ein Thermoelement
824: System
826: Kanäle
828: Heizelemente
830: Schalenelemente
832: Unteres Schalenelement
834: Hohlräume
836: Verschlussplatte
838: Kanäle
840: Betätigungsmechanismus
842: Stange
844: Verteiler
846: Austrittsöffnungen
848: Eintragrohr
850: Verunreinigungsschutz
854: Dichtungen

Claims

Vorrichtung 100 für den Dünnschichtauftrag von halbleitenden Schichten bei der Herstellung einer Cadmiumtellurid-Dünnschichtphotovoltaikeinrichtung 10, wobei die Vorrichtung 100 Folgendes umfasst: eine Lastvakuumkammer 106, die mit einer Lastvakuumpumpe 108 verbunden ist, die dafür eingerichtet ist, den Druck in der Lastvakuumkammer 106 auf einen Anfangslastdruck zu senken, eine Sputterdepositionskammer 112, eine Gasphasenabscheidungskammer 128 und ein Beförderungssystem 104, das funktionsfähig in der Vorrichtung 100 angeordnet und dafür eingerichtet ist, Substrate 10 in einer Reihenanordnung mit einer geregelten Geschwindigkeit in und durch die Lastvakuumkammer 106, in und durch die Sputterdepositionskammer 112 und in und durch die Gasphasenabscheidungskammer 128 zu transportieren, wobei die Sputterdepositionskammer 112 und die Gasphasenabscheidungskammer 128 derart als Einheit verbunden sind, dass die Substrate 10, die durch die Vorrichtung 100 transportiert werden, auf einem Systemdruck von weniger als 760 Torr gehalten werden.
Vorrichtung 100 nach Anspruch 1, wobei die Sputterdepositionskammer 112 ein Target 114 umfasst, das über dem Beförderungssystem 104 platziert ist, wobei das Target 114 so mit einer Stromquelle 116 verbunden ist, dass zwischen dem Target 114 und den Substraten 10 ein Plasma 118 für das Aufbringen einer ersten Dünnschicht auf dem Substrat 10 erzeugt werden kann.
Vorrichtung 100 nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gasphasenabscheidungskammer 128 einen Behälter 130 zum Aufnehmen eines Ausgangsmaterials 132, einen Heizverteiler 134 zum Erwärmen des Behälters 130, sodass das Ausgangsmaterial 132 zu Ausgangsdämpfen verdampft, und eine Abscheidungsplatte 136 umfasst, die Löcher definiert, durch die die Ausgangsdämpfe strömen, um eine zweite Dünnschicht über der ersten Dünnschicht auf dem Substrat 10 aufzubringen.
Vorrichtung 100 nach einem vorhergehenden Anspruch, ferner umfassend: eine Vakuumpufferkammer 120, die zwischen der Sputterdepositionskammer 112 und der Gasphasenabscheidungskammer 128 platziert ist, wobei die Vakuumpufferkammer 120 mit einer Puffervakuumpumpe 122 verbunden ist, die dafür eingerichtet ist, überschüssiges Material auf dem Substrat 10, das die Sputterdepositionskammer 112 verlässt, zu beseitigen.
Vorrichtung 100 nach Anspruch 4, wobei die Vakuumpufferkammer 120 ferner Heizvorrichtungen 126 umfasst, die dafür eingerichtet sind, die Substrate 10 auf eine Gasphasenabscheidungstemperatur zu erwärmen.
Vorrichtung 100 nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Vakuumpufferkammer 120 ferner einen Backfillgasanschluss umfasst, der dafür eingerichtet ist, ein Inertgas für die Gasphasenabscheidungskammer bereitzustellen.
Vorrichtung 100 nach einem der Ansprüche 4 bis 6, ferner umfassend: Heizkammern 124, die zwischen der Sputterdepositionskammer 112 und der Gasphasenabscheidungskammer 128 platziert sind, wobei die Heizkammern 124 dafür eingerichtet sind, die Substrate auf eine Gasphasenabscheidungstemperatur zu erwärmen.
Vorrichtung 100 nach einem der Ansprüche 4 bis 7, ferner umfassend: eine zweite Sputterkammer 214, die zwischen der Vakuumpufferkammer 120 und der Gasphasenabscheidungskammer 128 platziert ist, und eine zweite Vakuumpufferkammer 222, die zwischen der zweiten Sputterdepositionskammer 214 und der Gasphasenabscheidungskammer 128 platziert ist, wobei die zweite Vakuumpufferkammer 222 mit einer zweiten Puffervakuumpumpe 224 verbunden ist, die dafür eingerichtet ist, den Druck in der zweiten Vakuumpufferkammer 222 zu steuern, wobei die Sputterdepositionskammer 112, die Vakuumpufferkammer 120, die zweite Sputterkammer 214, die zweite Vakuumpufferkammer 222 und die Gasphasenabscheidungskammer 128 derart als Einheit verbunden sind, dass die Substrate 10, die durch die Vorrichtung 100 transportiert werden, auf dem Systemdruck gehalten werden.
Verfahren zur Herstellung einer Cadmiumtellurid-Dünnschichtphotovoltaikeinrichtung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Transportieren eines Substrats 10 in eine Lastvakuumkammer 106, die mit einer Lastvakuumpumpe 108 verbunden ist, Erzeugen eines Vakuums in der Lastvakuumkammer 106 unter Verwendung der Lastvakuumpumpe 108, bis in der Lastvakuumkammer 106 ein Anfangslastdruck erreicht ist, Transportieren des Substrats 10 aus der Lastvakuumkammer 106 in eine Sputterdepositionskammer 112, wobei die Sputterdepositionskammer 112 ein Target 114 umfasst, das Cadmiumsulfid enthält, Sputtern des Targets 114, um in einer Sputteratmosphäre, die ein Plasma 118 enthält, wobei das Plasma 118 Atome aus dem Target 114 schlägt, damit sie auf dem Substrat 10 aufgebracht werden, auf dem Substrat 10 eine Cadmiumsulfidschicht 18 aufzubringen, Transportieren des Substrats 10 aus der Sputterdepositionskammer 112 in eine Vakuumpufferkammer 120, die mit einer Puffervakuumpumpe 122 verbunden ist, Erzeugen eines Vakuums in der Vakuumpufferkammer 120 unter Verwendung der Puffervakuumpumpe 122, um eine Pufferatmosphäre herzustellen, wobei die Puffervakuumpumpe 122 Restatome, die aus dem Target 114 geschlagen wurden, aus der Pufferatmosphäre entfernt, Transportieren des Substrats 10 aus der Vakuumpufferkammer 120 in eine Gasphasenabscheidungskammer 128, die ein Ausgangsmaterial 132 enthält, wobei das Ausgangsmaterial 132 Cadmiumtellurid enthält, und Aufbringen einer Cadmiumtelluridschicht 20 auf der Cadmiumsulfidschicht 18 durch Erwärmen des Ausgangsmaterials 132, um Ausgangsdämpfe zu erzeugen, die sich auf der Cadmiumsulfidschicht 18 auf dem Substrat 10 abscheiden, wobei das Substrat 10 bei einem Systemdruck von weniger als 760 Torr durch die Lastvakuumkammer 106, die Sputterdepositionskammer 112, die Vakuumpufferkammer 120 und die Gasphasenabscheidungskammer 128 transportiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Vakuumpufferkammer 120 ferner Heizvorrichtungen umfasst, die dafür eingerichtet sind, das Substrat 10 auf eine Gasphasenabscheidungstemperatur zu erwärmen.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, ferner umfassend: Transportieren des Substrats 10 aus der Vakuumpufferkammer 120 in eine Heizkammer 124, Erwärmen des Substrats auf eine Gasphasenabscheidungstemperatur und Transportieren des Substrats 10 aus der Heizkammer 124 in die Gasphasenabscheidungskammer 128.
Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, ferner umfassend: Transportieren des Substrats 10 aus der Lastvakuumkammer 106 in eine erste Sputterkammer 202, Sputtern einer transparenten Widerstandsschicht 16 auf das Substrat 10, Transportieren des Substrats 10 aus der ersten Sputterkammer 202 in die Sputterdepositionskammer 112, um eine Cadmiumsulfidschicht 18 auf die transparente Widerstandsschicht 16 aufzubringen.