專利名稱：沉積材料的熱蒸發(fā)設(shè)備、用途和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于將多種薄膜以高沉積速率沉積在基材上的熱蒸發(fā)
設(shè)備，和更具體地本發(fā)明涉及特別是當(dāng)沉積腐蝕性材料例如硒(Se)時(shí) 改進(jìn)這樣的設(shè)備以獲得更耐用的熱蒸發(fā)設(shè)備。
背景技術(shù)：
例如，在制備CIS太陽(yáng)能電池組件的Cu(In，Ga) (S，Se)2半導(dǎo)體層 過程中，熱氣相沉積法(本文稱為"TVD")是沿用已久的將硒(Se)薄膜 ;兄積在大表面基材上的方法。
在用于制備含熱氣相沉積材料薄膜的裝置的工業(yè)生產(chǎn)工藝中，需 遵守?cái)?shù)個(gè)通用要求。例如，當(dāng)TVD在高溫下進(jìn)行時(shí)可以實(shí)現(xiàn)需要十分 高的沉積速率的工業(yè)生產(chǎn)工藝以滿足對(duì)效率的要求。另外的要求涉及 用于TVD的設(shè)備的耐用性。因?yàn)檩^高的溫度導(dǎo)致更大的磨損和降低的 設(shè)備壽命周期，所以前一個(gè)要求與后一個(gè)要求互相抵觸。此外，更高 的溫度增加了待通過TVD沉積的材料的受污染風(fēng)險(xiǎn)，特別是當(dāng)要沉積 腐蝕性材料例如硒(Se)時(shí)。特別地，在太陽(yáng)能電池半導(dǎo)體CIS薄膜領(lǐng) 域，這種污染可能在半導(dǎo)體中產(chǎn)生劣化其性能的雜質(zhì)阱。最終，由于 高處理溫度引起的高腐蝕影響使得難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)工藝另外要求的 設(shè)備性能的穩(wěn)定性。
DE 100 H 5!30 Cl描述了帶有細(xì)長(zhǎng)蒸氣出口管和在蒸氣出口管內(nèi) 部同軸放置的加熱棒的蒸氣源。DE 100 21 530 Cl的蒸氣源特別設(shè)計(jì) 用于CIS薄膜太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)工藝。在兩個(gè)熔爐中加熱待沉積的材 料從而產(chǎn)生蒸氣和將蒸氣供應(yīng)至含出口開孔的加熱后蒸氣出口管，蒸 氣通過蒸氣出口管從蒸氣源排出以被沉積在基材上。DE 100 21 530 Cl 中提到在CIS太陽(yáng)能電池生產(chǎn)工藝中可序列排布連續(xù)使用數(shù)個(gè)蒸氣源以沉積不同材料。
EP 1 424 404 A描述了含電加熱熔爐的熱蒸發(fā)設(shè)備，待沉積的材
料在熔爐中儲(chǔ)存和熔化以產(chǎn)生蒸氣。在含出口開孔的蒸氣管中接收蒸
氣，蒸氣管的出口開孔允許蒸氣從蒸氣管排出。蒸氣管被加熱器包覆， 和排布輻射反射器以將加熱器提供的熱導(dǎo)向蒸氣管。
存在對(duì)可在高沉積速率下沉積任意的材料包括腐蝕性材料例如硒 (Se)的熱蒸發(fā)設(shè)備的需求。
還存在對(duì)可在多至和高于400。C的高溫下、和在甚至更高的溫度下 操作以獲得高沉積速率的熱蒸發(fā)設(shè)備的需求。
另外還存在對(duì)即使在高溫和在腐蝕性材料例如硒(Se)存在下耐磨 損的熱蒸發(fā)設(shè)備的需求。
另外還存在對(duì)特別適用于在CIS太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)工藝中使用的 熱蒸發(fā)設(shè)備的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于將材料沉積在基材上的熱蒸發(fā)設(shè)備，所述設(shè) 備包括
-材料儲(chǔ)存裝置，用于接收待沉積的材料，其中至少設(shè)置與材料蒸 氣接觸的材料儲(chǔ)存裝置的表面是耐腐蝕材料的，例如但不限于以下物 質(zhì)的材料石英、熔融二氧化硅、陶瓷、石墨和碳纖維強(qiáng)化碳(CFC);
-加熱裝置，用于加熱材料儲(chǔ)存裝置中的材料以產(chǎn)生材料蒸氣；
-蒸氣出口裝置，設(shè)置用于在其內(nèi)部接收在所述材料儲(chǔ)存裝置中加 熱后的材料蒸氣，所述蒸氣出口裝置包括
-蒸氣接收管，其具有蒸氣出口通道，其中至少設(shè)置與材料蒸氣接 觸的蒸氣接收管的表面是耐腐蝕材料的，例如但不限于以下物質(zhì)的材 料石英、熔融二氧化硅、陶瓷、石墨和碳纖維強(qiáng)化碳(CFC)，和
-減輻射裝置，設(shè)置用于使蒸氣出口裝置朝向所述基材的外表面表 現(xiàn)出低輻射，其中至少設(shè)置與材料蒸氣接觸的減輻射裝置的表面是耐 腐蝕材料的，例如但不限于以下物質(zhì)的材料熔融二氧化硅和陶瓷，和其中所述設(shè)備另外包括
-管加熱裝置，設(shè)置于所述蒸氣出口裝置的內(nèi)部，優(yōu)選為沿所述蒸 氣接收管的縱軸延伸或與所述蒸氣接收管的縱軸平行的線型管加熱裝 置，所述管加熱裝置提供有設(shè)置與材料蒸氣接觸和由耐腐蝕材料形成 的耐腐蝕外表面，所述耐腐蝕材料例如但不限于以下物質(zhì)的材料石 英、熔融二氧化硅、陶瓷和石墨。
在權(quán)利要求1中也描述了上述的熱蒸發(fā)設(shè)備。在從屬權(quán)利要求中 描述了優(yōu)選的實(shí)施方案。
所述熱蒸發(fā)設(shè)備允許在高沉積速率下沉積腐蝕性材料例如硒 (Se)。與蒸氣接觸的組件的表面是耐腐蝕材料的。
通過減輻射裝置可實(shí)現(xiàn)特別的有益效果，該效果允許即使在高溫 例如高于350。C、 400°C、或高于400。C下操作蒸氣出口裝置時(shí)，至少 在朝向基材的方向上減少蒸氣出口裝置的熱輻射，使得從蒸氣出口裝 置通過輻射對(duì)基材的加熱降低至可接受的水平和到達(dá)基材的材料不會(huì) 從基材表面再次蒸發(fā)。在CIS太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)工藝中、和特別是用 于使硒沉積在CIS薄膜的前體上時(shí)可有利地使用所述設(shè)備。該前體包 括一系列組成待形成的CIS層的具有不同化學(xué)組成的層。在硒沉積之 后，需對(duì)前體進(jìn)行熱處理以形成CIS層。在硒沉積期間，帶有前體的 基材的溫度優(yōu)選不超過一定的最大溫度。所^最大溫度通過考慮硒的 粘附系數(shù)測(cè)定，所述粘附系數(shù)是沉積和再蒸發(fā)之間平衡的量度標(biāo)準(zhǔn)。 硒沉積適合的最大溫度是90°C，優(yōu)選80。C，更優(yōu)選70"C。
適宜地，減輻射裝置表現(xiàn)出低輻射，這是由于它包含具有低輻射 系數(shù)的材料或由具有低輻射系數(shù)的材料制得。材料的輻射系數(shù)是由材 料輻射的能量與由相同溫度的黑體輻射的能量的比，和通常表示為 O-l的無(wú)量綱數(shù)值s。當(dāng)￡=1時(shí)是黑體。適宜地，減輻射裝置的輻射 系數(shù)為0. 6或更小、優(yōu)選O. 5或更小、更優(yōu)選O. 3或更小。在常規(guī)操 作期間，基材方向上的輻射和輻射系數(shù)是特別相關(guān)的。
根據(jù)本發(fā)明另 一個(gè)方面的用于將材料沉積在基材上的熱蒸發(fā)設(shè)備 包括-材料儲(chǔ)存裝置，用于接收待沉積的材料，所述材料儲(chǔ)存裝置由耐
腐蝕材料構(gòu)成，所述耐腐蝕材料例如但不限于以下物質(zhì)的材料石英、 溶融二氧化硅、陶資、石墨和碳纖維強(qiáng)化碳(CFC);
-加熱裝置，用于加熱材料儲(chǔ)存裝置中的材料以產(chǎn)生材料蒸氣；和 -蒸氣出口裝置，設(shè)置用于在其內(nèi)部接收在所述材料儲(chǔ)存裝置中加 熱后的材料蒸氣和具有蒸氣出口通道，其中所述蒸氣出口裝置基本由 耐腐蝕材料構(gòu)成，所述耐腐蝕材料例如但不限于以下物質(zhì)的材料石 英，熔融二氧化硅，陶資，石墨和碳纖維強(qiáng)化碳(CFC)，和其中所述蒸
氣出口裝置的氣密程度使所述材料蒸氣可獲得充足的動(dòng)態(tài)壓力以將所 述材料均勻沉積在所述基材上。
權(quán)利要求21中也描述了上述的熱蒸發(fā)設(shè)備。在從屬權(quán)利要求中描 述了優(yōu)選的實(shí)施方案。
本發(fā)明另外的優(yōu)點(diǎn)是蒸氣出口對(duì)于蒸發(fā)材料例如腐蝕性Se蒸氣而 言是充分氣密性的。這也允許建立用于均勻沉積蒸氣材料的足夠動(dòng)態(tài) 壓力。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及使用本發(fā)明的熱蒸發(fā)設(shè)備以將材料沉積在基材 上，特別地其中所述材料是硒，和更特別地其中所述基材包括CIS層 的前體或前體層。
此外，本發(fā)明提供一種通過熱蒸發(fā)將材料沉積到基材上的方法， 所述方法包括
-提供熱蒸發(fā)設(shè)備，所述熱蒸發(fā)設(shè)備包括用于接收待沉積材料的可 加熱的材料儲(chǔ)存裝置；和設(shè)置用于在其內(nèi)部接收在所述材料儲(chǔ)存裝置 中加熱后的材料蒸氣和具有蒸氣出口通道的可加熱的蒸氣出口裝置；
-在材料熱蒸發(fā)期間選擇基材的最大溫度；
-提供用于蒸氣、出口裝置的減輻射裝置，所述減輻射裝置使朝向所 述基材的蒸氣出口裝置外表面表現(xiàn)出足夠低的輻射，從而在材料熱蒸 發(fā)期間使所述基材不被加熱至高于最大溫度；和
-操作熱蒸發(fā)設(shè)備，包括加熱材料儲(chǔ)存裝置和蒸氣出口裝置以蒸發(fā) 材料和將材料沉積在基材上。最大溫度的選取考慮關(guān)于沉積后的材料從基材再蒸發(fā)的參數(shù)例如 粘附系數(shù)，和/或考慮基材或部分基材的熱穩(wěn)定性。
在具體的實(shí)施方案中，所述材料是硒，和更具體地所述基材包括
熱平衡下的CIS層的前體或前體層，例如Cu、 In、 Ga和/或雙層例如 Cu/Ga或In/Ga。后一種情況的區(qū)別在于例如在US 7 194 197中所描 述的通過將CIS組分共蒸發(fā)至熱基材上形成CIS層。因?yàn)镃IS膜形成 與沉積同時(shí)發(fā)生，所以在共蒸發(fā)中基材保持在比在CIS前體上沉積層 高很多的溫度下。因此，對(duì)于在CIS前體層上的沉積來(lái)說(shuō)，通過蒸發(fā) 設(shè)備向通常冷得多的基材輻射的熱能是個(gè)特定問題。因此在本發(fā)明的 方法中，基材優(yōu)選不包括CIS前體層。


下文將更詳細(xì)地和參考

本發(fā)明的實(shí)施方案，其中 圖1顯示了本發(fā)明的熱氣相沉積設(shè)備的第一實(shí)施方案； 圖2顯示了本發(fā)明的熱氣相沉積設(shè)備的第一實(shí)施方案的截面圖； 圖h顯示了本發(fā)明的熱氣相沉積設(shè)備的第一實(shí)施方案的減輻射管 的第一變體的透視圖2b顯示了本發(fā)明的熱氣相沉積設(shè)備的第一實(shí)施方案的減輻射管
的第二變體的透視圖3顯示了本發(fā)明的熱氣相沉積設(shè)備的第二實(shí)施方案； 圖4顯示了本發(fā)明的熱氣相沉積設(shè)備的第二實(shí)施方案的截面圖； 圖5顯示了本發(fā)明的熱氣相沉積設(shè)備的任意實(shí)施方案的減輻射裝 置的替代設(shè)置的截面圖6顯示了本發(fā)明的熱氣相沉積設(shè)備的第三實(shí)施方案；
圖7顯示了本發(fā)明的熱氣相沉積設(shè)備的第三實(shí)施方案的截面和
圖8a-8c顯示了本發(fā)明的熱氣相沉積設(shè)備的蒸氣出口裝置相對(duì)于 材料儲(chǔ)存裝置的不同設(shè)置。
對(duì)于在不同附圖中使用的相同附圖標(biāo)記，它們表示相同或相似的對(duì)象。
具體實(shí)施例方式
參考圖1。圖1顯示了允許在高速率下將材料沉積于基材上的本發(fā) 明的熱氣相沉積設(shè)備的第一實(shí)施方案。圖1的設(shè)備包括用于接收待熔 化和蒸發(fā)的材料的材料儲(chǔ)存裝置l(其可以是例如熔爐)?？赏ㄟ^加熱
裝置2例如電加熱器加熱材料儲(chǔ)存裝置1，用于加熱材料儲(chǔ)存裝置1 中儲(chǔ)存的材料使得在材料儲(chǔ)存裝置1內(nèi)部產(chǎn)生材料蒸氣。材料儲(chǔ)存裝 置1也可稱為材料儲(chǔ)存容器1。加熱裝置2也可稱為加熱器2。
材料儲(chǔ)存裝置1包括設(shè)置用于與材料蒸氣接觸的耐腐蝕表面。耐 腐蝕表面可通過耐腐蝕材料例如石英、熔融二氧化硅、陶瓷、石墨或 碳纖維強(qiáng)化碳(CFC)提供。這些材料可耐受腐蝕性材料特別是Se和Se 蒸氣。適合的陶瓷是Ah03。明顯地，材料儲(chǔ)存裝置不僅表面而且整個(gè) 壁或主體部分均可以是耐腐蝕材料的。
圖1中所示的設(shè)備另外包括相對(duì)于材料儲(chǔ)存裝置1設(shè)置的蒸氣出 口裝置3,使得在蒸氣出口裝置3的內(nèi)部接收材料儲(chǔ)存裝置1中儲(chǔ)存 的材料所產(chǎn)生的蒸氣。蒸氣出口裝置3優(yōu)選具有細(xì)長(zhǎng)的圓筒狀。
蒸氣出口裝置3包括在一端4a具有開孔的蒸氣接收管4，形成用
于蒸氣出口裝置的蒸氣的入口和蒸氣接收管，使得蒸氣接收管4的內(nèi) 部與材料儲(chǔ)存裝置1的內(nèi)部連通以允許材料蒸氣從材料儲(chǔ)存裝置1擴(kuò)
散至蒸氣出口裝置3中。蒸氣接收管4優(yōu)選具有細(xì)長(zhǎng)的圓筒狀。如圖 1中所示，蒸氣接收管4包括允許材料蒸氣通過圖1中的灰色三角所 表示的朝向基材5的方向從蒸氣出口裝置3流出的蒸氣出口通道4b。 根據(jù)本發(fā)明，蒸氣接收管4包括設(shè)置用于與材料蒸氣接觸的耐腐 蝕表面。設(shè)置用于與材料蒸氣接觸的蒸氣出口裝置和蒸氣接收管的表 面或?qū)嶋H上其整個(gè)壁或主體由耐腐蝕材料制得。所述耐腐蝕表面可通 過耐腐蝕材料例如石英、熔融二氧化硅、陶資、石墨或碳纖維強(qiáng)化碳 (CFC)提供。
根據(jù)本發(fā)明的具體和單獨(dú)的方面，設(shè)備的蒸氣出口裝置3另外包括減輻射裝置6，例如圖1中所示的在其內(nèi)部容納蒸氣接收管4的減 輻射管6，用于在至少朝向基材5的方向上降低蒸氣出口裝置4的輻 射。由于提供了所述減輻射裝置6,從蒸氣出口裝置3通過輻射對(duì)基 材5的加熱降低從而基材的溫度可保持在可接受的水平和到達(dá)基材的 材料不會(huì)從基材表面再蒸發(fā)。減輻射裝置6優(yōu)選具有細(xì)長(zhǎng)的圓筒狀。
減輻射裝置6包括設(shè)置用于與材料蒸氣接觸的耐腐蝕表面。所述 耐腐蝕表面可通過耐腐蝕材料例如熔融二氧化硅、陶瓷提供。
通過選擇適用于具體應(yīng)用的用于蒸氣接收管4和減輻射裝置6的 材料的組合，蒸氣接收管4和/或減輻射裝置6對(duì)蒸氣出口裝置3的氣 密性作出貢獻(xiàn)，然而可達(dá)到的氣密性程度根據(jù)所選取的材料而有所不 同。在任意情況下，根據(jù)本發(fā)明這個(gè)方面選取的材料允許蒸氣接收管 4和/或減輻射裝置6使蒸氣出口裝置3足夠氣密，從而當(dāng)在本發(fā)明的 設(shè)備的材料儲(chǔ)存裝置1中加熱材料時(shí)，獲得足夠程度的用于使材料蒸 氣從蒸氣出口裝置3流出以向基材5擴(kuò)散和到達(dá)基材5所需的氣壓。 根據(jù)本發(fā)明的具體和單獨(dú)的方面獲得的氣密性使蒸氣出口裝置3可建 立用于蒸氣材料均勻沉積的足夠動(dòng)態(tài)壓力。
可例如通過比較由蒸氣出口通道4b流出的材料蒸氣的量與本發(fā)明
的熱蒸發(fā)設(shè)備中產(chǎn)生的材料蒸氣的總量，觀測(cè)上述的氣密性。在優(yōu)選 的實(shí)施方案中，設(shè)置蒸氣出口裝置使得材料儲(chǔ)存裝置中產(chǎn)生的材料蒸 氣的75。/?；蚋嗤ㄟ^蒸氣出口通道4b從蒸氣出口裝置3流出。根據(jù)本 發(fā)明，可進(jìn)一步增加氣密性使得本發(fā)明的設(shè)備中產(chǎn)生的材料蒸氣的 90%或更多或甚至至少99%通過蒸氣出口通道4b從蒸氣出口裝置3流 出。特別適用的材料是高密度石墨，和另一選擇是涂覆的CFC。
減輻射裝置6提供有蒸氣通道通孔6a，該蒸氣通道通孔6a與蒸氣 接收管4的蒸氣出口通道4b對(duì)齊，使得通過蒸氣接收管4中的蒸氣出 口通道4b從蒸氣出口裝置3流出的材料蒸氣可基本不受阻礙地朝基材 5擴(kuò)散。為此，減輻射裝置6的蒸氣通道通孔的直徑等于或大于蒸氣 接收管4的蒸氣出口通道4b的直徑。
根據(jù)本發(fā)明，圖1中所示的設(shè)備另外包括管加熱裝置7，該實(shí)施方
12案中示出的管加熱裝置7是設(shè)置于蒸氣接收管4中的線型管加熱裝置 使得線型管加熱裝置7的縱軸與蒸氣接收管4的縱軸平行和優(yōu)選一致。 線型加熱裝置7加熱蒸氣出口裝置3和防止蒸氣出口裝置3內(nèi)部的材
料蒸氣冷凝和/或形成液滴。
在圖1中所示的實(shí)施方案中，線型管加熱裝置7包括加熱元件7a 和加熱元件殼(蓋)7b，其中加熱元件7a設(shè)置于加熱元件殼7b中。加 熱元件7a和加熱元件殼7b中，僅后者的外表面朝向蒸氣接收管4的 內(nèi)部和與材料蒸氣接觸。
根據(jù)本發(fā)明，線型管加熱裝置7包括例如通過上述加熱元件殼7b 提供的耐腐蝕外表面，其中耐腐蝕表面通過耐腐蝕材料例如石英、熔 融二氧化硅、陶瓷和石墨提供。
有利地，線型加熱裝置7是卣化鴒IR加熱器，即包括用于向卣化 鴒燈提供電能的電接觸例如兩個(gè)電接觸器7d的卣化鎢燈。
圖2顯示了蒸氣出口裝置3在圖1中所示的線A-A處的截面圖。 從圖2可以看出設(shè)置減輻射裝置6包覆蒸氣接收管4，和設(shè)置蒸氣接 收管4的蒸氣出口通道4b與減輻射裝置6的蒸氣通道通孔6a (特別地， 使它們對(duì)齊)使得蒸氣通過所述通道從蒸氣出口裝置3的內(nèi)部流出。從 圖2可以看出蒸氣接收管4和減輻射裝置6優(yōu)選具有圓筒狀截面。在 示出的本發(fā)明的實(shí)施方案中還可以看出蒸氣接收管4、減輻射裝置6 和線型管加熱裝置7相對(duì)于它們的縱軸同心排布。
在圖2a中所示的如上所述的減輻射管6包括各蒸氣通道通孔6a。 應(yīng)注意，代替如上所述的各蒸氣通道通孔6a,減輻射裝置6可以配有 如圖2b中所示的細(xì)長(zhǎng)的蒸氣通道槽6b,其與蒸氣接收管4的蒸氣出 口通道4b對(duì)齊。
圖3顯示了與第一實(shí)施方案在數(shù)個(gè)方面相似的本發(fā)明的熱氣相沉 積設(shè)備的第二實(shí)施方案。因此，圖3中所示的設(shè)備包括用于接收待熔 化和蒸發(fā)的材料的材料儲(chǔ)存裝置1以及用于加熱材料儲(chǔ)存裝置1中儲(chǔ) 存的材料的加熱裝置2。另外，根據(jù)第二實(shí)施方案的設(shè)備包括相對(duì)于 材料儲(chǔ)存裝置l設(shè)置的蒸氣出口裝置3使得材料儲(chǔ)存裝置1中儲(chǔ)存的材料產(chǎn)出的蒸氣在蒸氣出口裝置3的內(nèi)部被接收。如圖3中所示，蒸 氣出口裝置3包括具有一個(gè)開口端部4a和蒸氣出口通道4b的蒸氣接 收管4，使得材料蒸氣以朝向基材5的方向流出蒸氣出口裝置3。如圖 3中所示，蒸氣出口裝置3中提供有線型管加熱裝置7。本發(fā)明設(shè)備的 第二實(shí)施方案的進(jìn)一步細(xì)節(jié)參考上述對(duì)第一實(shí)施方案的說(shuō)明。
本發(fā)明設(shè)備的第二實(shí)施方案也包括減輻射裝置6，然而該減輻射裝 置6通過在蒸氣接收管4的至少一部分表面上的減輻射層6提供。如 圖3中所示，減輻射層6使得蒸氣接收管4的蒸氣出口通道4b處于打 開狀態(tài)從而不阻止蒸氣從本發(fā)明第二實(shí)施方案的設(shè)備中的蒸氣出口裝 置3的內(nèi)部流出。
圖4是蒸氣出口裝置3在圖3中所示線A-A處的截面圖。從圖4 可看出，在本發(fā)明設(shè)備的第二實(shí)施方案中，減輻射層6設(shè)置于蒸氣接 收管4的表面上和蒸氣出口通道4b處于打開狀態(tài)以使材料蒸氣流過。
圖5顯示了第二實(shí)施方案的減輻射層6的替代設(shè)置。然而該替代 設(shè)置的原則是可適用于本發(fā)明任意實(shí)施方案的減輻射裝置。從圖5可 看出，根據(jù)替代設(shè)置僅在蒸氣接收管4的一部分表面上提供減輻射層 6，使得蒸氣出口裝置3朝向基材5的表面部分被減輻射層6所覆蓋。
圖6顯示了本發(fā)明設(shè)備的第三實(shí)施方案。根據(jù)第三實(shí)施方案的設(shè) 備包括根據(jù)第一實(shí)施方案設(shè)備的所有特征，從而可參照上述的相應(yīng)說(shuō) 明。然而根據(jù)第三實(shí)施方案，所述設(shè)備另外包括用于吸收由線型管加 熱裝置7釋放的熱輻射和通過將能量保持在蒸氣出口裝置3中以加熱 材料蒸氣提升效率的輻射吸收裝置8。為實(shí)現(xiàn)所需的效率提升，輻射 吸收裝置8的吸收速率和特別是吸收系數(shù)分別比蒸氣接收管4的吸收 速率和特別是吸收系數(shù)高和優(yōu)選高出50%。輻射吸收裝置設(shè)置在蒸氣 出口裝置和蒸氣出口管的內(nèi)部。
如果蒸氣接收管4的材料對(duì)加熱裝置的輻射的透射程度使得由蒸 氣出口裝置的加熱裝置例如線型管加熱裝置7釋放的熱輻射基本通過 蒸氣接收管4，則輻射吸收裝置8是特別有利的。例如，如果蒸氣接 收管4由例如石英的材料制得、輻射吸收裝置由例如CFC、石墨、TiN或SiN的材料制得是特別有利的。隨后輻射吸收裝置吸收吸收來(lái)自加 熱裝置的輻射能量，通過在可被蒸氣接收管吸收的不同波長(zhǎng)下的輻射 本身和/或通過熱傳導(dǎo)傳遞熱能。通常，根據(jù)本發(fā)明，輻射吸收裝置8 包括設(shè)置用于與材料蒸氣接觸的耐腐蝕表面。耐腐蝕表面可通過耐腐 蝕材料例如陶瓷、TiN、 SiN、石墨或碳纖維強(qiáng)化碳(CFC)提供。
如圖6中所示，輻射吸收裝置8可通過設(shè)置于蒸氣出口裝置3的 蒸氣接收管4內(nèi)部的輻射吸收管8提供。輻射吸收管8可與蒸氣接收 管4大范圍接觸或限制接觸使得輻射吸收管8和蒸氣接收管4之間僅 在某些確定的位置8a存在接觸。替代地，輻射吸收裝置8可通過輻射 吸收層提供，所述輻射吸收層以與上述的減輻射層類似的排布設(shè)置于 蒸氣接收管4的內(nèi)表面上。在任意情況下，輻射吸收裝置8包括與蒸 氣接收管4的蒸氣出口通道4b對(duì)齊的蒸氣通道通孔8b以使蒸氣基本 不受阻礙的從本發(fā)明設(shè)備的蒸氣出口裝置3內(nèi)部流出。
根據(jù)一個(gè)替代實(shí)施方案，輻射吸收裝置8可通過分別與線型加熱 裝置7鄰近設(shè)置于蒸氣出口裝置3的內(nèi)部和在其內(nèi)部容納線型加熱裝 置的輻射吸收管提供。另外，輻射吸收裝置8可通過線型加熱裝置7 表面上的輻射吸收層提供，所述輻射吸收層可為涂層。根據(jù)兩個(gè)替代 實(shí)施方案，輻射吸收裝置8可有效吸收線型加熱裝置的短波IR輻射和 發(fā)出長(zhǎng)波IR輻射(黑體輻射)。短波的波長(zhǎng)低于1-4微米之間的上限例 如低于2微米。
圖7顯示了蒸氣出口裝置3在圖6中所示的線A-A處的截面圖。 從圖7可看出，輻射吸收裝置8被蒸氣接收管4所包覆，和設(shè)置蒸氣 接收管4的蒸氣出口通道4b與輻射吸收裝置8的蒸氣通道通孔8a使 蒸氣通過所述通道從蒸氣出口裝置3的內(nèi)部流出。從圖7可看出，輻 射吸收裝置8優(yōu)選具有圓筒截面。從本發(fā)明所示出的實(shí)施方案還可看 出，蒸氣接收管4、減輻射裝置6、線型管加熱裝置7和輻射吸收裝置 8相對(duì)于它們的縱軸同心設(shè)置。
另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利實(shí)施方案，設(shè)備包括如圖1、 5和6 中以虛線表示的閥裝置9，其設(shè)置使得蒸氣出口裝置3的內(nèi)部可被關(guān)閉以停止通過蒸氣接收管的蒸發(fā)。
根據(jù)本發(fā)明，閥裝置9由耐腐蝕材料例如上迷材料構(gòu)成。另外， 根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)有利實(shí)施方案，所述設(shè)備包括冷卻裝置(2a)以快速 冷卻材料儲(chǔ)存裝置(l)和其中含有的材料。當(dāng)關(guān)閉和維修機(jī)器時(shí)，所述 冷卻裝置允許快速停止蒸發(fā)。冷卻劑可以以氣態(tài)或液態(tài)形式提供。
在目前為止所討論的本發(fā)明熱蒸發(fā)設(shè)備的實(shí)施方案中，材料儲(chǔ)存 裝置設(shè)置用于將所述蒸氣提供至所述蒸氣出口裝置的所述蒸氣接收管 端部，特別是直立的蒸氣接收管的下端。
如本發(fā)明實(shí)施方案示意圖的圖8a-8c所示，應(yīng)注意材料儲(chǔ)存裝置1 和蒸氣接收裝置3的排布可與圖1、 5和6中所示的排布不同。如圖 8a中所示，蒸氣出口裝置3可設(shè)置在材料儲(chǔ)存裝置1的一側(cè)。如圖8b 中所示，蒸氣出口裝置3可彎曲任意的角度例如90° 。如圖8c中所 示，可提供第二材料儲(chǔ)存裝置l'和第二加熱裝置2'使得第一材料儲(chǔ)存 裝置1和第一加熱裝置2設(shè)置在蒸氣出口裝置3的一端和第二材料儲(chǔ) 存裝置l'和第二加熱裝置2'設(shè)置在蒸氣出口裝置3的另一端。圖8a-8c 中也顯示了基材5的位置。因此，可將第二材料儲(chǔ)存裝置設(shè)置在蒸氣 接收管的端部。
當(dāng)在說(shuō)明書或權(quán)利要求中提及耐腐蝕物體、表面或材料時(shí)，特別 地其可為非金屬物體、表面或材料。適合的耐腐蝕陶瓷可以是A1203。 耐腐蝕性的量度可以是在特定蒸氣壓力和組成下的確定氣氛中材料表 面的重量增加(例如mg/cm2)。對(duì)于硒蒸發(fā)器，在300-600。C的溫度下 置于硒氣氛中10天后，5mg/cn^的最大重量增加、優(yōu)選最大lmg/cm2 被認(rèn)為是充分耐腐蝕的。已發(fā)現(xiàn)例如石墨表現(xiàn)出小于lmg/ci^的重量 增加。作為對(duì)比，所測(cè)試的數(shù)種鋼材表現(xiàn)出10-50mg/cm2的重量增加。
權(quán)利要求
1. 用于將材料沉積在基材上的熱蒸發(fā)設(shè)備，所述設(shè)備包括-材料儲(chǔ)存裝置，用于接收待沉積的材料，其中至少設(shè)置與材料蒸氣接觸的材料儲(chǔ)存裝置的表面是耐腐蝕材料的，例如但不限于以下物質(zhì)的材料石英、熔融二氧化硅、陶瓷、石墨和碳纖維強(qiáng)化碳(CFC)；-加熱裝置，用于加熱材料儲(chǔ)存裝置中的材料以產(chǎn)生材料蒸氣；-蒸氣出口裝置，設(shè)置用于在其內(nèi)部接收在所述材料儲(chǔ)存裝置中加熱后的材料蒸氣，所述蒸氣出口裝置包括-蒸氣接收管，其具有蒸氣出口通道，其中至少設(shè)置與材料蒸氣接觸的蒸氣接收管的表面是耐腐蝕材料的，例如但不限于以下物質(zhì)的材料石英、熔融二氧化硅、陶瓷、石墨和碳纖維強(qiáng)化碳(CFC)，和-減輻射裝置，設(shè)置用于使蒸氣出口裝置朝向所述基材的外表面表現(xiàn)出低輻射，其中至少設(shè)置與材料蒸氣接觸的減輻射裝置的表面是耐腐蝕材料的，例如但不限于以下物質(zhì)的材料熔融二氧化硅和陶瓷，和其中所述設(shè)備另外包括-管加熱裝置，設(shè)置于所述蒸氣出口裝置的內(nèi)部，優(yōu)選為沿所述蒸氣接收管的縱軸延伸或與所述蒸氣接收管的縱軸平行的線型管加熱裝置，所述管加熱裝置提供有與材料蒸氣接觸和由耐腐蝕材料形成的耐腐蝕外表面，所述耐腐蝕材料例如但不限于以下物質(zhì)的材料石英、熔融二氧化硅、陶瓷和石墨。
2. 權(quán)利要求1的熱蒸發(fā)設(shè)備，其中所述減輻射裝置是在其內(nèi)部容 納所述蒸氣接收管的減輻射管。
3. 權(quán)利要求2的熱蒸發(fā)設(shè)備，其中所述減輻射管包括與所述蒸氣 接收管的蒸氣出口通道對(duì)齊的至少一個(gè)蒸氣通道通孔或蒸氣通道槽。
4. 權(quán)利要求1的熱蒸發(fā)設(shè)備，其中所述減輻射裝置是所述蒸氣接 收管外表面上的減輻射層，所述層設(shè)置在朝向所述基材的所迷蒸氣接 收管的至少一部分表面上。
5. 權(quán)利要求l-4任一項(xiàng)的熱蒸發(fā)設(shè)備，另外包括輻射吸收裝置，所述輻射吸收裝置包括設(shè)置與材料蒸氣接觸的耐腐蝕表面，所述耐腐 蝕表面通過耐腐蝕材料提供，所述耐腐蝕材料例如但不限于以下物質(zhì)的材料石英、熔融二氧化硅、陶瓷、石墨和碳纖維強(qiáng)化碳(CFC),用 于吸收由所述線型管加熱裝置釋放的輻射。
6. 權(quán)利要求5的熱蒸發(fā)設(shè)備，其中所述輻射吸收裝置是在所述蒸 氣接收管中提供的輻射吸收管。
7. 權(quán)利要求6的熱蒸發(fā)設(shè)備，其中所述輻射吸收裝置包括與所述 蒸氣接收管的所述蒸氣出口通道對(duì)齊的蒸氣通道通孔。
8. 權(quán)利要求6的熱蒸發(fā)設(shè)備，其中所述輻射吸收裝置是在所述蒸 氣接收管內(nèi)表面上提供的輻射吸收層。
9. 權(quán)利要求l-8任一項(xiàng)的熱蒸發(fā)設(shè)備，其中所述管加熱裝置包括 加熱元件和容納所述加熱元件的加熱元件殼，使得只有加熱元件殼的 表面朝向所迷蒸氣接收管的內(nèi)部。
10. 權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)的熱蒸發(fā)設(shè)備，另外包括設(shè)置用于控制 流體通過所述蒸氣接收管的閥裝置，所述閥裝置包括設(shè)置與材料蒸氣 接觸的耐腐蝕表面，所述耐腐蝕表面由耐腐蝕材料提供，所述耐腐蝕 材料例如但不限于以下物質(zhì)的材料石英、熔融二氧化硅、陶瓷、石 墨和碳纖維強(qiáng)化碳(CFC)。
11. 權(quán)利要求l-10任一項(xiàng)的熱蒸發(fā)設(shè)備，另外包括用于快速冷卻 材料儲(chǔ)存裝置的冷卻裝置。
12. 權(quán)利要求l-ll任一項(xiàng)的熱蒸發(fā)設(shè)備，其中提供第二材料儲(chǔ)存 裝置和第二加熱裝置以將蒸氣供應(yīng)至所述蒸氣出口裝置的所述蒸氣接收管。
13. 權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)的熱蒸發(fā)設(shè)備，其中蒸氣接收管和/或 減輻射裝置為蒸氣出口裝置提供充分的氣密性，使得當(dāng)在材料儲(chǔ)存裝 置中加熱材料時(shí)獲得所需氣壓。
14. 權(quán)利要求18的熱蒸發(fā)設(shè)備，其中通過適當(dāng)選取蒸氣接收管和 /或減輻射裝置的材料實(shí)現(xiàn)所述氣密性。
15. 用于將材料沉積在基材上的熱蒸發(fā)設(shè)備，所述設(shè)備包括-材料儲(chǔ)存裝置，用于接收待沉積的材料，所述材料儲(chǔ)存裝置由耐腐蝕材料構(gòu)成，所述耐腐蝕材料例如但不限于以下物質(zhì)的材料石英、 熔融二氧化硅、陶瓷、石墨和碳纖維強(qiáng)化碳(CFC);-加熱裝置，用于加熱材料儲(chǔ)存裝置中的材料以產(chǎn)生材料蒸氣；和 -蒸氣出口裝置，設(shè)置用于在其內(nèi)部接收在所述材料儲(chǔ)存裝置中加 熱后的材料蒸氣和具有蒸氣出口通道，其中所述蒸氣出口裝置基本由 耐腐蝕材料構(gòu)成，所述耐腐蝕材料例如但不限于以下物質(zhì)的材料石 英、熔融二氧化硅、陶瓷、石墨和碳纖維強(qiáng)化碳(CFC)，和其中所述蒸 氣出口裝置的氣密程度使所述材料蒸氣可獲得充足的動(dòng)態(tài)壓力以將所 述材料均勻沉積在所述基材上。
16. 權(quán)利要求15的熱蒸發(fā)設(shè)備，其中所述蒸氣出口裝置的氣密程 度使所述材料蒸氣的75%或更多、優(yōu)選90%或更多通過所述蒸氣出口通 道從蒸氣出口裝置流出。
17. 權(quán)利要求15或16的熱蒸發(fā)設(shè)備，其中所述蒸氣出口裝置包 括具有蒸氣出口通道的蒸氣接收管，所述蒸氣接收管由耐腐蝕材料 構(gòu)成，所述耐腐蝕材料例如但不限于以下物質(zhì)的材料石英、熔融二 氧化硅、陶資、石墨和碳纖維強(qiáng)化碳(CFC);和減輻射裝置，其設(shè)置使蒸氣出口裝置朝向所述基材的外表面表現(xiàn)出低輻射，所述減輻射裝置 由熔融二氧化硅和陶瓷的耐腐蝕材料構(gòu)成，但不限于這些材料。
18. 權(quán)利要求17的熱蒸發(fā)設(shè)備，另外包括設(shè)置在所述蒸氣出口裝 置內(nèi)部的管加熱裝置，優(yōu)選為與所述蒸氣接收管的縱軸平行延伸的線 型管加熱裝置，所述管加熱裝置提供有由耐腐蝕材料構(gòu)成的外表面， 所述耐腐蝕材料例如但不限于以下物質(zhì)的材料石英、熔融二氧化硅、 陶資和石墨。
19. 權(quán)利要求15-18任一項(xiàng)的熱蒸發(fā)設(shè)備，另外包括用于蒸氣出 口裝置的減輻射裝置，特別地其中所述減輻射裝置是在其內(nèi)部容納所 述蒸氣接收管的減輻射管或者在所述蒸氣接收管外表面上的減輻射層 之一，所述層設(shè)置于朝向所述基材的所述蒸氣接收管的至少一部分表 面上。
20. 權(quán)利要求15-19任一項(xiàng)的熱蒸發(fā)設(shè)備，另外包括由耐腐蝕材 料構(gòu)成的輻射吸收裝置，用于吸收由所述線型管加熱裝置釋放的輻射， 所述耐腐蝕材料例如但不限于以下物質(zhì)的材料石英、熔融二氧化硅、 陶瓷、石墨和碳纖維強(qiáng)化碳(CFC)。
21. 權(quán)利要求15-20任一項(xiàng)的熱蒸發(fā)設(shè)備，另外包括設(shè)置用于關(guān) 閉所述蒸氣出口裝置的閥裝置，所述閥裝置由耐腐蝕材料構(gòu)成，所述 耐腐蝕材料例如但不限于以下物質(zhì)的材料石英、熔融二氧化硅、陶 資、石墨和碳纖維強(qiáng)化碳(CFC)。
22. 權(quán)利要求15-32任一項(xiàng)的熱蒸發(fā)設(shè)備，另外包括用于快速冷卻材料儲(chǔ)存裝置的冷卻裝置。
23. 權(quán)利要求l-22任一項(xiàng)的熱蒸發(fā)設(shè)備用于將材料沉積在基材上 的用途。
24. 權(quán)利要求23的用途，其中材料是硒。
25. 權(quán)利要求23或24的用途，用于生產(chǎn)光伏電池的過程，特別 是CIS太陽(yáng)能電池組件，更特別是在CIS前體層上沉積層。
26. —種通過熱蒸發(fā)將材料沉積到基材上的方法，所述方法包括 -提供熱蒸發(fā)設(shè)備，所述熱蒸發(fā)設(shè)備包括用于接收待沉積的材料的可加熱的材料儲(chǔ)存裝置；和設(shè)置用于在其內(nèi)部接收在所述材料儲(chǔ)存裝置 中加熱后的材料蒸氣和具有蒸氣出口通道的可加熱的蒸氣出口裝置； -在材料熱蒸發(fā)期間選擇基材的最大溫度；-提供用于蒸氣出口裝置的減輻射裝置，設(shè)置所述減輻射裝置使朝 向所述基材的蒸氣出口裝置外表面表現(xiàn)出足夠低的輻射，從而在材料 熱蒸發(fā)期間使所述基材不被加熱至高于所述最大溫度；和-操作熱蒸發(fā)設(shè)備，包括加熱材料儲(chǔ)存裝置和蒸氣出口裝置以蒸發(fā) 和在基材上沉積材料。
27. 權(quán)利要求26的方法，其中所述熱蒸發(fā)設(shè)備是權(quán)利要求1-22 任一項(xiàng)的設(shè)備。
28. 權(quán)利要求26或27的方法，其中所述材料是硒，和特別地其 中所述基材包括CIS前體層。
全文摘要
用于將材料沉積在基材上的熱蒸發(fā)設(shè)備，所述設(shè)備包括材料儲(chǔ)存裝置；加熱裝置以在材料儲(chǔ)存裝置中產(chǎn)生材料蒸氣；蒸氣出口裝置，包括具有蒸氣出口通道的蒸氣接收管和設(shè)置使蒸氣出口裝置朝向所述基材的外表面表現(xiàn)出低輻射的減輻射裝置，和其中所述設(shè)備另外包括在所述蒸氣出口裝置內(nèi)部的管加熱裝置，其中至少設(shè)置與材料蒸氣接觸的材料儲(chǔ)存裝置、加熱裝置、減輻射裝置以及管加熱裝置的表面是耐腐蝕材料。另外，用于將材料沉積在基材上的熱蒸發(fā)設(shè)備包括設(shè)置用于在其內(nèi)部接收在材料儲(chǔ)存裝置中加熱的材料蒸氣和具有蒸氣出口通道的蒸氣出口裝置，其中所述蒸氣出口裝置基本由耐腐蝕材料構(gòu)成和氣密程度使所述材料蒸氣可獲得充足的動(dòng)態(tài)壓力以將所述材料均勻沉積在所述基材上。以及所述設(shè)備的用途，和通過熱蒸發(fā)將材料沉積到基材上的方法。
文檔編號(hào)C23C14/24GK101454478SQ200780019328
公開日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月20日
發(fā)明者V·普羅布斯特, W·斯泰特爾 申請(qǐng)人:殼牌可再生能源有限公司