專利名稱：用于平坦襯底表面改性的方法和設(shè)備的制作方法
用于平坦襯底表面改性的方法和設(shè)備
本發(fā)明通常涉及襯底表面的單面濕化學(xué)改性，以及更確切地涉及 平坦襯底的單面濕化學(xué)涂覆。具體地，本發(fā)明涉及在制造由玻璃、金 屬或塑料制成的薄膜太陽能電池或模塊的過程中用諸如硫化鎘或硫化 鋅的金屬化合物涂覆村底的方法以及設(shè)備。
對(duì)于涂覆平坦表面，各種不同方法和設(shè)備是本領(lǐng)域已知的，其選 擇主要取決于期望涂覆的類型和厚度，以及取決于待涂覆的襯底的組 成或結(jié)構(gòu)。例如，其能夠分為電流介導(dǎo)的沉淀與無電流沉淀，氣相沉 積與液相沉積，以及高溫加工與低溫加工。特別是在太陽能電池的制 造中，主要對(duì)托架結(jié)構(gòu)或諸如玻璃板的襯底進(jìn)行若干次涂覆以提供具 有所要求的穩(wěn)定性以及期望特性的電池。特別有前景的方法使用所謂
的CIS-層，其由于高的光吸收而備受關(guān)注。由此，在隨后步驟中用諸 如硫化鎘(CdS)或疏化鋅(ZnS)的所謂硫化物緩沖層來涂覆該襯底相應(yīng) 改性面之前，在襯底上首先單面應(yīng)用主要來自層厚度為0.5 pm至1 nm 的鉬(Mo)的背接觸，隨后應(yīng)用1 pm至2 nm薄層的硫化銅銦、二硒化 銦銅、硫化銅鎵或二硒化銅鎵(通常稱為CI(G)S(Se))。通常將包含鎘或
鋅的化合物和鹽用作起始材料，例如分別為辟u酸鎘或辟u酸鋅，或者乙
酸鎘或乙酸鋅，以及疏脲(THS， CH4N2S)和氨水(NH40H)，其被單獨(dú) 保存并僅在涂覆前不久以期望比率混合。由涂覆獲得的并且通常具有 30 nm至90 nm，特別是30 nm至60 nm厚度的薄CdS-層或ZnS-層將 牢固地粘結(jié)于先前沉積的CI(G)S(Se)-層，并在其結(jié)構(gòu)、厚度和組成方 面盡可能相同以實(shí)現(xiàn)最佳效果。待涂覆的襯底通常具有長度為1,200 mm和寬度為600mm，以及厚度為3 mm的尺寸規(guī)格，而整個(gè)涂層僅 具有納米級(jí)至微米級(jí)的厚度，然而由于成本優(yōu)化的原因?qū)砩踔疗谕?更大的4十底面積。
已知只有分別在約室溫至約95°C或30。C至約95。C的確定溫度 范圍內(nèi)才能夠在襯底表面上進(jìn)行CdS或ZnS的有效沉積(沉淀)。在應(yīng)用使用處理池的濕化學(xué)涂覆技術(shù)時(shí)，必須注意在總體上以及在與^f寺處 理的表面接觸的區(qū)域中適當(dāng)控制池中液體的溫度，使得其達(dá)到觸發(fā)期
望沉積所需的約20。C至30°C的最低溫度，然而，不允許液池中的溫 度以這樣的方式上升發(fā)生現(xiàn)有技術(shù)所描述的不期望反應(yīng)(即形成膠 體)，其使涂覆結(jié)果存在風(fēng)險(xiǎn)并使液體消耗增加以及可能需要隨后的處 理步驟，例如清潔。為了解決該問題，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)開發(fā)了備選方案， 其中例如不再將待涂覆的村底表面轉(zhuǎn)移至鍍槽中，而是用液體手動(dòng)或 自動(dòng)地潤濕該待涂覆的襯底表面。為了產(chǎn)生最可能均勻的、支持反應(yīng) 的溫度，例如將襯底的不需涂覆的底面轉(zhuǎn)移至相對(duì)調(diào)和的水浴并置于 其表面上。在村底被充分加熱直至其表面待處理后，將包含化學(xué)成分 的液體組合物從上部應(yīng)用至襯底表面上，從而形成期望層。
因此，具體的這種設(shè)備是本領(lǐng)域已知的，其中將產(chǎn)生期望襯底涂 層的液體組合物從上部單面應(yīng)用至托架結(jié)構(gòu)。
然而，這樣的設(shè)備存在多種缺陷。例如，通常不希望除了上表面 以外，襯底的邊緣也浮皮處理液潤濕。由此，為了避免處理液從側(cè)面流 下，需要適當(dāng)?shù)木C合應(yīng)用技術(shù)或精確應(yīng)用技術(shù)。為了該目的，通常使 用圓周密封環(huán)，其還必須確保處理液不進(jìn)入并由此污染水浴。此外， 為了消除襯底的污染以及對(duì)使用者的危害，具有所應(yīng)用的液體的上表 面必須與環(huán)境隔離。還必須在任何時(shí)候可再生地確保處理液的準(zhǔn)確劑
由此能夠影響諸如后加工產(chǎn)品功效的功能特性。必須將可能過量的處 理液排出并回收或丟棄。此外，當(dāng)<吏用水浴加熱時(shí)<又4又產(chǎn)生相對(duì)寸曼的 溫度升高，因?yàn)榱硗庠黾恿藲馀莺退羝纬啥鴮?dǎo)致水溫必須顯著低 于100°C，從而限制供熱量。此外，在處理后，由水浴的水潤濕的襯 底表面必須再次被干燥，要求其它處理步驟并存在由于干燥而產(chǎn)生沉 積不期望物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)。最后，這樣的設(shè)備以所謂的"分批模式"，即非 連續(xù)分批法制造，這限制了產(chǎn)量并在高量和最高量方面尤其達(dá)不到要 求。特別地，由該不連續(xù)處理產(chǎn)生高的機(jī)械操縱力和流體操縱力，導(dǎo) 致相應(yīng)的高成本和處理時(shí)間增加。
因此，本發(fā)明的目的是提供用于單面濕化學(xué)表面改性，特別是涂覆平坦襯底的方法和設(shè)備，通過該方法和設(shè)備克服了現(xiàn)有技術(shù)的問題。 根據(jù)本發(fā)明，所述方法和設(shè)備應(yīng)該確保最大均勻性并以連續(xù)方式應(yīng)用 于平坦襯底上，即在"流水線"處理期間，在處理持續(xù)時(shí)間內(nèi)不需處 理的表面不^皮加熱液體潤濕。此外，在例如不通過真空夾頭/人上方支 持襯底，或者不使襯底免受處理液潤濕的情況下，該方法將允許單面 表面改性或涂覆。
為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明提供了根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求所述的方法以
及根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備。優(yōu)選實(shí)施方案是各從屬權(quán)利要求、所 附說明書以及附圖的主題內(nèi)容。
改性，例如基本平坦襯底的單面濕化學(xué)涂覆的方法，所述基本平坦襯 底分別如玻璃板、金屬板和/或塑料板或者玻璃箔、金屬箔和/或塑料箔， 在形成永久層期間通過適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂茖⑺鲆后w的化學(xué)成分沉淀 (沉積)至襯底表面。根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于形成期望層所必需的待涂覆襯 底下表面的加熱不通過處理液實(shí)現(xiàn)，而是通過至少一合適裝置實(shí)現(xiàn)， 所述裝置優(yōu)選位于液體或處理池的外部，并能夠?qū)⒁r底加熱至需要的 溫度。根據(jù)本發(fā)明，在用加熱液體處理期間不需處理的上表面不被潤 濕，使得該上表面既不與處理液接觸，也不與用于熱傳遞的另一加熱 液體接觸。根據(jù)本發(fā)明，由于優(yōu)選不需處理的表面不發(fā)生任何潤濕， 因此不需要隨后除去液體或干燥不需處理的襯底表面。根據(jù)本發(fā)明， 在處理期間既不從上方支持也不保護(hù)襯底，使得襯底僅僅依靠于本發(fā) 明設(shè)備的至少一適當(dāng)支撐物，并使得該處理能夠不使用諸如真空夾頭 的支架而實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，如果需要，能夠?qū)Π▓A周襯底邊緣在內(nèi)的下表面 進(jìn)行改性或涂覆。
特別優(yōu)選在制造由玻璃、金屬和/或塑料制成的薄膜太陽能電池或 模塊的過程中實(shí)施本發(fā)明的方法，其中優(yōu)選的水性處理液包括辟u酸鎘 或硫酸鋅，或者乙酸鎘或乙酸鋅，以及諸如硫脲(THS, CH4N2S)的硫 源和諸如氨水(NH40H)的氮源。最優(yōu)選地，使用這樣的處理液其中 反應(yīng)物的濃度為約0.1 mol/L硫酸鎘或硫酸鋅、最高1 mol/LTHS和約16mol/L氨水。這樣的處理液是本領(lǐng)域已知的，并且能夠容易地由本 領(lǐng)域任何技術(shù)人員提供。
然而，該方法不限于該處理液，也不限于該應(yīng)用。除了涂^篁固體 板材以外，本發(fā)明的方法還能夠用于涂覆撓度輥或箔材料，例如涂覆 聚酰亞胺或不銹鋼箔。除了以上提及的材料外，還要考慮該材料和該
導(dǎo)體所形成的層，例如Si、 Ge、 CdTe，又或者導(dǎo)電聚合物。例如，本 發(fā)明的方法還能夠用于制造有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)。
對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是本發(fā)明適用于上述類型的平坦襯 底的無電流涂覆以及電流介導(dǎo)的涂覆，^f旦是目前優(yōu)選無電流涂^隻。
為了實(shí)現(xiàn)具有最可能高質(zhì)量和穩(wěn)定質(zhì)量的涂覆，如果需要，對(duì)該 方法的優(yōu)選實(shí)施方案的處理液的組成和/或溫度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測并調(diào)節(jié)。
根據(jù)應(yīng)用，使用諸如傳感器的相應(yīng)適當(dāng)裝置來監(jiān)測處理液的組成， 所述裝置特別優(yōu)選與控制裝置偶聯(lián)。如果適用，該控制裝置調(diào)節(jié)反應(yīng) 物向處理液中的進(jìn)料。備選地或另外地，優(yōu)選在處理期間的某時(shí)間， 又或者在若干襯底的依次處理之間，能夠從液體中采集樣品以用于測 定各反應(yīng)物的混合比率和/或濃度，從而能夠根據(jù)結(jié)果進(jìn)行調(diào)節(jié)。
為了監(jiān)測處理液的期望溫度范圍，例如尤其是為了維持為應(yīng)用目 的所提供的最高溫度，還能夠使用相應(yīng)的適當(dāng)裝置，例如傳感器，其 中也特別優(yōu)選將這些與另外的控制裝置偶聯(lián)，由此例如能夠控制裝有 冷卻處理液的〗諸液罐的閩。
根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施方案，在處理過程中將襯底的待處理的下表面 在適當(dāng)?shù)妮斔脱b置上定位并使其連續(xù)在所述液體上輸送或在所述液體 中輸送。特別優(yōu)選地，進(jìn)行輸送使得僅襯底的下表面與處理液接觸。 根據(jù)該實(shí)施方案，所述方法能夠用于連續(xù)"流水線"-制造過程，用于 在較短周期時(shí)間進(jìn)行大量處理。
根據(jù)所述方法的另一優(yōu)選實(shí)施方案，采用用于加熱襯底的若干裝 置，所述裝置向村底的熱傳遞或其功率能夠彼此獨(dú)立地被控制。通過 控制施加至襯底上的熱或功率的量，和/或通過沿射線路徑引入適當(dāng)孔 或過濾器，能夠通過各裝置的簡單開/關(guān)切換來實(shí)現(xiàn)這種控制。在不使用或使用固定輸送裝置進(jìn)行靜態(tài)處理的情況下，在襯底涂 覆期間優(yōu)選將襯底下表面均勻加熱至不同溫度，由此能夠?qū)崿F(xiàn)特別好 的涂覆結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明，能夠證實(shí)當(dāng)在處理期間向襯底下表面施加 不同溫度時(shí)襯底涂覆甚至達(dá)到最高的質(zhì)量要求，這尤其體現(xiàn)在當(dāng)處理 開始時(shí)將襯底下表面暴露于較低溫度以及在另外過程中暴露于較高溫 度時(shí)。與恒定的高反應(yīng)溫度相比，以該方式能夠在待涂4隻的襯底表面 上獲得更精細(xì)且更均勻的沉積。在連續(xù)輸送村底進(jìn)行處理的情況下， 優(yōu)選彼此獨(dú)立地控制加熱裝置，使得待涂覆的襯底下表面在所述液體 之上或之中輸送期間以不同溫度加熱，從而在輸送方向上經(jīng)歷或經(jīng)受 預(yù)定的溫度分布。照這樣看，還能夠調(diào)節(jié)各加熱裝置的功率，以致于 當(dāng)從處理池的輸送方向觀察時(shí)，其向處于池的各不同位置的襯底傳遞 不同的高熱量或在池中的各不同位置的襯底中感應(yīng)不同的高熱量，使 得例如在池的起始處存在降低的熱功率，以及在池的中部區(qū)域存在最 大熱功率。在這種情況下，由不同溫度對(duì)襯底下表面的作用引起的上 述效應(yīng)也能夠在進(jìn)行連續(xù)處理時(shí)得以實(shí)現(xiàn)。不同于本領(lǐng)域已知的設(shè)備， 在加熱期間采用所述設(shè)備只可能-如果有什么區(qū)別的話-以非常有限的 方式通過溫度分布，然后僅能夠以相應(yīng)長的反應(yīng)時(shí)間來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)本 發(fā)明，分別向襯底迅速并又局部良好可控地傳遞熱或在襯底中迅速并 又局部良好可控地感應(yīng)熱。
在連續(xù)輸送襯底的情況下，特別優(yōu)選以下述方式實(shí)現(xiàn)加熱裝置的
控制在與輸送方向垂直的襯底截平面上，上述溫度分布在整個(gè)襯底 寬度上，尤其是在其待涂覆的下表面區(qū)域中幾乎恒定。有利的是，襯 底下表面區(qū)域中的溫度偏差應(yīng)為±1%或以下。
這些加熱裝置能夠在任何時(shí)間發(fā)出恒定的熱量，而無需直接控制 該加熱裝置，然而所述熱量能夠通過諸如孔或過濾器的其它裝置而減 弱，和/或通過鏡子或透鏡而增加，使得在待涂覆的襯底表面實(shí)現(xiàn)期望 的熱分布。
根據(jù)另 一實(shí)施方案，用于加熱襯底的至少一裝置選自熱輻射器、 熱傳遞裝置、熱感應(yīng)器及其組合。熱輻射器不直接接觸襯底并僅經(jīng)由 輻射將熱傳遞至襯底，優(yōu)選在長波紅外區(qū)。熱傳遞裝置與不需處理的上表面進(jìn)行直接物理接觸，其中它們以熱傳遞的形式將熱傳導(dǎo)至襯底， 所述熱傳遞裝置除了固體以外還包括諸如熱氣的氣體。最后，熱感應(yīng) 器自身不提供熱，但是例如經(jīng)由輻射傳遞大量能量，然后將所述能量 轉(zhuǎn)化為襯底內(nèi)部或其表面的熱能，為此襯底中必須包含相應(yīng)吸收體。 盡管這些熱感應(yīng)器不提供任何熱，但是根據(jù)本發(fā)明，它們?nèi)繉儆诩?熱裝置組，因?yàn)樗鼈円矊?duì)待改性或待涂覆的襯底表面進(jìn)行期望加熱。 因此，關(guān)于至少一加熱裝置的數(shù)量、位置和控制的總體和優(yōu)選說明對(duì) 熱感應(yīng)器也明顯適用。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選熱輻射器和熱感應(yīng)器及其組 合，因?yàn)閮H有這些裝置提供實(shí)現(xiàn)直接通過襯底體對(duì)襯底下表面進(jìn)行選 擇性加熱的可能性，特別是在位于待處理的襯底下表面的適當(dāng)吸收體 處吸收輻射以及其經(jīng)過幾乎不受阻礙的其余襯底體的情況。
關(guān)于熱輻射器，例如將其應(yīng)用于單面涂覆有金屬的玻璃襯底，同 樣地其被用于太陽能電池的制造。如果在至少部分可透過的襯底的情 況下，這樣的電池或模塊還包括反射層和/或吸收層，例如置于襯底和
諸如待生成的CdS-層或ZnS-層的疏化層之間的金屬層，熱輻射的吸收 通過反射層和/或吸收層本身來實(shí)現(xiàn)，該輻射自不需處理的表面并至少 部分穿透襯底體。同時(shí)加熱該層，使得僅向需要熱量的地方，即向待 處理的襯底下表面直接提供熱。同時(shí)，該層防止熱輻射滲透至處理液 中，根據(jù)本發(fā)明這是特別優(yōu)選的，否則液體內(nèi)的熱感應(yīng)反應(yīng)過程也能 夠發(fā)生在另一位置而不是直接在襯底表面。在不可透過熱輻射的襯底 材料的情況下，不使用位點(diǎn)特異性吸收；本文中襯底必須作為整體加 熱。
優(yōu)選地，至少一熱輻射器選自長波紅外輻射器、紅外激光器和微
波裝置o
至少一熱傳遞裝置優(yōu)選選自可加熱的板、圓筒、滾筒、帶、墊和
《 泊。
如上文已經(jīng)提及的，根據(jù)本發(fā)明，沉積所需的熱也能夠由諸如電 i茲感應(yīng)的感應(yīng)裝置產(chǎn)生或提供。電i茲感應(yīng)意指由于》茲通量的改變，例 如由于應(yīng)用優(yōu)選的^^頻交流電場而沿著導(dǎo)電線圈形成電壓。該通量改 變能夠由磁場內(nèi)導(dǎo)電線圈的安置方式或形狀的改變和/或由磁場強(qiáng)度或方向的改變而引起。感應(yīng)電壓引起電流流過，這導(dǎo)致導(dǎo)電線圈^"期 望進(jìn)行加熱(通過渦電流進(jìn)行感應(yīng)加熱)。根據(jù)本發(fā)明，包括在待改性
的襯底中的導(dǎo)電線圏能夠具有一種或多種零件設(shè)計(jì)，并具有任意形狀； 其也能夠是襯底整體或位于襯底表面的組件。照這樣看來，根據(jù)本發(fā) 明，能夠使用熱感應(yīng)器來改性或涂覆純金屬襯底以及表面全部或部分、 尤其以條紋狀或點(diǎn)狀覆蓋有導(dǎo)電材料的襯底。
熱感應(yīng)器具有與熱輻射器類似的優(yōu)勢(shì)，其中在金屬襯底(例如金屬 板或金屬蕩)存在下進(jìn)行整體加熱，而當(dāng)金屬層僅存在于其它非導(dǎo)電襯 底上時(shí)，僅加熱該金屬層。特別是在第二種情況下，如果不考慮由與 襯底剩余部分和處理液接觸的金屬層引起的二次加熱，則既不加熱剩 余襯底材料，也不加熱處理液。然而，由于非常高效的發(fā)熱性，后者 的熱量非常低。此外，通過感應(yīng)裝置生熱具有許多其它優(yōu)勢(shì)。能夠非 常精確地給予待供給的熱量，熱量供給特別迅速并具有較高的效率， 并且只要環(huán)繞材料對(duì)于感應(yīng)輻射是可透過的，則嵌入層也能夠被加熱。 至少一熱感應(yīng)器優(yōu)選選自電^茲感應(yīng)線圈和電/f茲感應(yīng)器。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供用于實(shí)施本發(fā)明方法的設(shè)備。 用于單面濕化學(xué)表面改性，尤其是涂覆基本平坦襯底的本發(fā)明設(shè) 備包括至少一用于接收處理液的處理池、至少一適于將待涂覆的襯底 下表面加熱至形成期望層所必需的溫度的裝置，以及至少一用于支撐 并將襯底待處理面向下定位的裝置，其中所述設(shè)備不包括能夠從上方 支持或保護(hù)襯底的任何裝置。至少一加熱裝置優(yōu)選選自熱輻射器、熱 傳遞裝置、熱感應(yīng)器及其組合，由此特別優(yōu)選地，至少一熱輻射器選 自長波紅外輻射器、紅外激光器和微波裝置，而至少一熱傳遞裝置優(yōu) 選選自可加熱的板、圓筒、滾筒、帶、墊和箔，以及至少一熱感應(yīng)器 優(yōu)選選自電》茲感應(yīng)線圈和電；茲感應(yīng)器，優(yōu)選地，本發(fā)明的設(shè)備包括至 少一熱輻射器或熱感應(yīng)器，其中根據(jù)本發(fā)明還能夠包括至少一熱傳遞 裝置。當(dāng)然，這些加熱裝置的組合也是可能的。
至少一加熱裝置能夠安置在處理池或處理液的外部以及內(nèi)部。然 而，為了保護(hù)加熱裝置，優(yōu)選安置于處理池或處理液外部。另一方面， 由于襯底材料的剩余部分對(duì)于熱或感應(yīng)輻射是不可透過的，或者因?yàn)椴豢赡軆H加熱待涂覆的襯底表面，因此將加熱裝置安置于處理池或處 理液內(nèi)部可能是有利的，例如使加熱裝置與待涂覆的襯底下表面之間 的距離盡可能短。本文中特別優(yōu)選使用感應(yīng)器，盡管加熱裝置安置于 處理液內(nèi)部，但是由于其中還能夠任選地嵌入感應(yīng)器的處理液不可感 應(yīng)加熱而使得處理液的溫度不改變或僅發(fā)生最小變化。根據(jù)本發(fā)明， 在處理池或處理液內(nèi)部放置至少一加熱裝置的情況下，必須確保使用 僅像具體為熱感應(yīng)器這樣的裝置，其運(yùn)行基本上不會(huì)導(dǎo)致將處理液加 熱至超過容許量，或基本上不會(huì)引起本領(lǐng)域描述的任何不期望反應(yīng)(例 如形成膠體)。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，對(duì)處理池進(jìn)行設(shè)計(jì)使得能夠與襯底接觸的 處理液表面積的大小約等于待涂覆的襯底的大小，從而使襯底整個(gè)表 面能夠同時(shí)被涂覆。如果襯底被完全涂覆(在其整個(gè)表面上)至邊緣， 則該池能夠至少略大于村底寬度?；蛘?，如果不在相應(yīng)寬的邊緣區(qū)中
處理襯底，則優(yōu)選該池能夠比襯底寬度至少略小約0.8 cm。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案，所述設(shè)備還包括至少一進(jìn)口，通過該 進(jìn)口處理液優(yōu)選連續(xù)流入處理池中，以及至少一溢出邊緣，超過該溢 出邊緣時(shí)處理液能夠從池中排出并優(yōu)選注入貯水池中。根據(jù)溢出邊緣 的堰的高度來實(shí)現(xiàn)池中處理液的不同排出量。能夠優(yōu)選使用循環(huán)泵來 輸送液體。處理池的池深度能夠優(yōu)選為1 mm至40 mm，并能夠特別 優(yōu)選為可調(diào)節(jié)的。此外，能夠在輸送方向上楔形上升和/或傾斜地提供 池深度。因此，在處理池內(nèi)部能夠產(chǎn)生不同的并取決于應(yīng)用的有益流 動(dòng)特征。此外，這些能夠受泵流量的增加或降低的影響，使得能夠抵 抗直接接近于襯底表面的液體成分的不期望變化。在貯水池中，優(yōu)選 將處理池安置于其中或其上，收集過量處理液并特別優(yōu)選使其再返回 到相應(yīng)循環(huán)中，使得實(shí)現(xiàn)處理液的最可能的低消耗。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，所述設(shè)備還包括傳感器，其能夠記錄處理 液的組成和/或溫度，并且如果需要，將數(shù)據(jù)發(fā)送至隨后安置的控制裝 置，其中該裝置優(yōu)選包括在該設(shè)備中，或者就其功能被分配至該設(shè)備 中。所述控制裝置將測量的實(shí)際值與儲(chǔ)存的期望值進(jìn)行比較，并且如 果需要，以例如控制裝有冷卻處理液的儲(chǔ)液罐的閥的方式調(diào)節(jié)處理液的組成或溫度。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，本發(fā)明的設(shè)備還包括至少一用 于混合處理液的設(shè)備，其選自粘性流、對(duì)流、超聲和/或噴嘴。為了獲 得均勻結(jié)果，尤其重要的是處理池中處理液的組成和濃度在襯底表面 的每處位置盡可能相同。如果可能，流入處理池中的預(yù)定處理液必須 充分混合，其優(yōu)選通過提供適當(dāng)裝置來實(shí)現(xiàn)。池中濃度的這種可能需 要的調(diào)節(jié)能夠例如通過溫度對(duì)流來實(shí)現(xiàn)，以及優(yōu)選例如通過超聲波發(fā) 射器和/或噴嘴的幫助來實(shí)現(xiàn)，其特別優(yōu)選存在于多個(gè)適于本發(fā)明的設(shè) 備中以確保流入液體的均勻分布。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方案，提供至少一用于支撐襯底的裝 置作為至少 一在處理期間用于輸送襯底的裝置。正如在處理期間無輸 送襯底的情況所提及的那樣，對(duì)該裝置或這些裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得將 襯底的待處理表面向下定位，即將襯底在輸送裝置上定位并能夠在處 理液之上或之中進(jìn)行輸送。不提供對(duì)不需涂覆的襯底表面進(jìn)行任何類 型保護(hù)或該保護(hù)是不需要的。如果需要，能夠?qū)⒁r底定位在位于處理 液上這樣的高度，使得至少在很大程度上避免襯底邊緣的潤濕。
特別優(yōu)選地，適于本發(fā)明的至少一輸送裝置選自輸送輥、輸送條
和輸送帶，其中該裝置優(yōu)選能夠提供約10cm/min高至約3.0m/min， 并特別優(yōu)選約1.2m/min高至1.5 m/min的襯底輸送速率。在無其它附 件的情況下，通過待涂覆表面的天然粘性流能夠?qū)崿F(xiàn)或至少幫助池液 體的混合。在襯底伸出池兩側(cè)邊緣的情況下，該襯底邊界能夠優(yōu)選作 為輸送裝置的支撐區(qū)域。根據(jù)輸送帶形式的輸送裝置的特別優(yōu)選的實(shí) 施方案，該輸送裝置也能夠作為用于避免襯底圓周邊緣和/或上表面的 不期望潤濕的密封裝置。此外，因此能夠避免處理液側(cè)面溢出至貯水 池中。根據(jù)本發(fā)明，通過優(yōu)選使邊緣堰的高度與變化的輸送速率相配 合能夠調(diào)節(jié)處理液的消耗。
在處理期間意圖使襯底連續(xù)輸送的情況下，優(yōu)選對(duì)處理池進(jìn)行設(shè) 計(jì)使得其寬度，即其垂直于輸送方向的水平尺寸，約等于待涂覆的襯 底的水平尺寸，以使襯底能夠在其整個(gè)寬度上被同時(shí)涂覆。對(duì)于潛在 期望的未處理邊界區(qū)域，類似應(yīng)用關(guān)于在不輸送情況下處理的上述解 釋。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明的設(shè)備還包括若干用于加熱襯底的獨(dú) 立可控的裝置以及用于單獨(dú)控制襯底的控制裝置。因此，單獨(dú)控制允
許用于產(chǎn)生這樣的區(qū)域其中當(dāng)襯底暴露于加熱裝置時(shí)，不同供熱或 供電對(duì)其起作用。輸送期間襯底通過這些區(qū)域，使得襯底下表面的每 一位置經(jīng)歷或經(jīng)受本發(fā)明的預(yù)定溫度分布。然而，確保在與輸送方向 垂直的襯底的截平面上，特別是在其待涂覆的下表面處溫度分布在很 大程度上恒定。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，僅當(dāng)將襯底在處理液表面之上定位時(shí)實(shí)現(xiàn) 襯底的任選部分加熱。為此，優(yōu)選可以4是供至少一用于4企測襯底位置 的裝置，其用于靶向控制加熱裝置，使得襯底當(dāng)前位于其下或其上時(shí) 僅僅這些加熱裝置被激活。因此能夠?qū)崿F(xiàn)無蓋池的期望加熱。用于檢 測襯底位置的裝置優(yōu)選選自機(jī)械傳感器、光學(xué)傳感器和與輸送裝置偶 聯(lián)的傳感器。在未進(jìn)行實(shí)際測量的情況下，后者報(bào)導(dǎo)了襯底的預(yù)期位 置以進(jìn)行控制，然后其依次51起加熱裝置的相應(yīng)激活。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，本發(fā)明的設(shè)備還包括用于冷卻處理液的裝 置。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，能夠?qū)⑻幚硪褐鲃?dòng)或被動(dòng)地冷卻以抵消由 襯底表面的熱傳遞加熱處理液的上述不期望的作用。能夠例如提供散 熱片用于被動(dòng)冷卻，對(duì)該散熱片進(jìn)行設(shè)計(jì)以使處理液從其中流過。然 而，它們的效率取決于環(huán)境溫度而因此受到限制，特別是在低溫差下。 因此，應(yīng)優(yōu)選主動(dòng)冷卻，通過例如能夠由電動(dòng)操縱的熱交換器從處理 液中能夠獲得較高熱量。特別優(yōu)選對(duì)這些熱交換器進(jìn)行安置，使得在 液體循環(huán)中流出處理池的液體在其返回池中之前穿過熱交換器。最優(yōu)
選地，實(shí)現(xiàn)這樣的回路冷卻的液體首先進(jìn)入混合槽，如果需要，在 其中對(duì)期望組成進(jìn)行重新調(diào)節(jié)，使得處理池能夠具有已調(diào)節(jié)好且新鮮 的處理液。
為了實(shí)現(xiàn)加熱裝置對(duì)襯底的最可能的均勻效果，根據(jù)另一優(yōu)選的 實(shí)施方案，本發(fā)明的設(shè)備還能夠包括一預(yù)熱裝置，其在實(shí)際涂覆過程 前將襯底加熱至設(shè)定的溫度。由此，能夠在很大程度上抵消例如不同 周圍溫度的影響。優(yōu)選對(duì)預(yù)熱溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得其等于上述涂覆工 序的最佳起始溫度。如果需要，本發(fā)明的設(shè)備還能夠包括能夠?qū)嵤┣鍧嵅襟E的預(yù)清潔 裝置，例如，用于在實(shí)際涂覆工序和任選的預(yù)熱步驟之前進(jìn)行過濾器 清潔。
在涂覆后，通過液體除去裝置能夠從襯底表面除去可能存在的過 量處理液，所述液體除去設(shè)備例如氣流，其任選地包括在設(shè)備中。
所述設(shè)備還能夠包括沖洗裝置和/或干燥裝置，由此上文描述的方 法步驟之后是襯底的沖洗和/或干燥步驟。
最后，如果首先將襯底待涂覆表面向上遞送以進(jìn)行涂覆，和/或在 涂覆后應(yīng)將襯底轉(zhuǎn)移至該方位，那么本發(fā)明的設(shè)備還能夠包括一種或 幾種用于實(shí)施翻轉(zhuǎn)步驟的翻轉(zhuǎn)裝置。用于該目的的設(shè)備必須能夠迅速、 安全和無損害地翻轉(zhuǎn)襯底。
關(guān)于平坦襯底的單面濕化學(xué)涂覆，示例性說明了本發(fā)明的方法和 設(shè)備。然而，顯而易見的是本發(fā)明的方法以及設(shè)備通常能夠用于平坦 襯底的單面濕化學(xué)表面改性，而不改變本發(fā)明的基本特征。


圖1示意性描繪了用于單面濕化學(xué)表面改性，尤其是涂覆平坦襯 底的本發(fā)明的設(shè)備1的主要特征。
該圖示出部分位于處理池3上方的平坦襯底2。處理池3充滿處 理液F。此外，處理池3安置在冷卻池4中。冷卻池4充滿冷卻液K, 其確保處理池3中的溫度符合期望溫度，其中冷卻液K吸收并除去來 自處理池3的熱。通過相應(yīng)的管道5將處理池3與混合槽6連接，所 述管道5在圖中被描繪為細(xì)線。該混合槽通過其中存在處理液F的組 分的若干貯液器7進(jìn)料。通過與冷卻液K流體連接的冷卻裝置8使冷 卻液K保持在期望的冷卻溫度。而且冷卻裝置8和混合槽6流體連接， 由此調(diào)節(jié)存在于混合槽6中的新鮮處理液F的溫度。過量或已消耗的 處理液F能夠經(jīng)由排水管9/人處理池3中流出。
通過安置于進(jìn)口 10A和處理池3的溢出邊緣10b出口的堰能夠調(diào) 節(jié)處理液的高度水平。
加熱裝置11安置于處理池3和襯底2上方。由于清晰性的原因，操作加熱裝置11所需的電線等未示出，這也適用于優(yōu)選存在的控制或
調(diào)節(jié)裝置等，以及適用于為遞送處理液F或冷卻液K所需的泵。
當(dāng)襯底2沿輸送方向12移動(dòng)時(shí)，從不需涂覆的襯底的上面對(duì)襯底
2進(jìn)行加熱。由此，被描繪為虛線的溫度分布13根據(jù)曝光時(shí)間和輻射
的功率水平而發(fā)展。優(yōu)選地，溫度分布在襯底2的整個(gè)寬度上是恒定
的，其中襯底寬度垂直于投影平面延伸。
為了在襯底2通過期間更好地混合處理液F以及為了除去可能不
期望的被襯底加熱的處理液F的近表面部分，將在圖中提供作為超聲
波換能器的混合裝置14安置于處理池3下方。附圖標(biāo)記列表
1設(shè)備
2襯底 3處理池 4冷卻池 5管道 6混合槽 7貯液器 8冷卻裝置 9排水管 10A進(jìn)口 10B溢出邊纟彖 11加熱裝置 12 l敘送方向 13溫度分布 14混合裝置 F處理、液，液體 K冷卻液
權(quán)利要求
1.用于單面濕化學(xué)表面改性，特別是涂覆平坦襯底(2)的方法，其通過使用存在于處理池(3)中的液體(F)，在形成永久層期間通過適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂茖⑺鲆后w的化學(xué)成分沉淀至所述襯底表面，其中形成期望的所述層所必需的待涂覆的襯底下表面的加熱不是通過所述處理液來實(shí)現(xiàn)，而是通過至少一適當(dāng)?shù)募訜嵫b置(11)來實(shí)現(xiàn)，所述加熱裝置在用加熱液體處理期間不潤濕不需處理的上表面的情況下和在不從上方支持或保護(hù)所述襯底(2)的情況下，能夠?qū)⑺鲆r底(2)加熱至所需溫度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底(2)包括玻璃、金屬 和/或塑料，并在制造薄膜太陽能電池或模塊過程中進(jìn)行所述涂覆，其 中所述處理液(F)分別包括硫酸鎘或硫酸鋅，或者乙酸鎘或乙酸鋅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中連續(xù)監(jiān)測所述處理液(F) 的組成和/或溫度，并且如果需要，重新對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的方法，其中在處理期 間，將其下表面待處理的所述襯底(2)放置于輸送裝置上，并且使其連 續(xù)在所述液體(F)上輸送或在所述液體(F)中輸送。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的方法，其中使用若干 用于加熱所述襯底(2)的裝置(11)，所述裝置(ll)的功率能夠彼此獨(dú)立地 被控制。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的方法，其中在所述襯 底的涂覆期間將所述襯底下表面均勻地加熱至不同溫度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中彼此獨(dú)立地控制所述加熱裝置(ll)，使得在將所述襯底在所述液體(F)之上或之中輸送期間，所述 襯底待涂覆的下表面在輸送方向(12)上經(jīng)歷或經(jīng)受預(yù)定的溫度分布 (13)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述溫度分布(13)在與所述
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一權(quán)利要求所述的方法，其中用于加熱 所述襯底(2)的所述裝置(11)選自熱輻射器、熱傳遞裝置、熱感應(yīng)器及 其組合。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述熱輻射器選自長波紅 外輻射器、紅外激光器和微波裝置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述熱傳遞裝置選自可加 熱的板、圓筒、滾筒、帶、墊子和箔。
12. #4居權(quán)利要求9所述的方法，其中所述熱感應(yīng)器選自感應(yīng)線 圈和感應(yīng)器。
13. 用于單面濕化學(xué)表面改性，特別是涂覆平坦襯底(2)的設(shè)備 (1)，其至少包括用于接收處理液(F)的處理池(3)、至少一適于將待涂 覆的襯底下表面加熱至形成期望的層所必需的溫度的裝置，以及至少 一用于支撐并將襯底待處理面向下定位的裝置，其中所述設(shè)備(l)不包 括能夠從上方支持或保護(hù)所述襯底的任何裝置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中能夠與所述襯底(2)接觸的 所述處理液(F)的表面積的尺寸約等于所述襯底(2)的尺寸。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的設(shè)備，其還包括至少一進(jìn)口(10A)以及至少一溢出邊緣(10B)，所述處理液(F)通過所述進(jìn)口流入所述處理 池(3)中，在超過所述溢出邊緣(10B)時(shí)流出所述處理池(3)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13-15中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備(l),其還包 括至少一用于混合所述處理液(F)的裝置(14)，所述裝置(14)選自粘性 流、對(duì)流、超聲和/或噴嘴。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13-16中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備(l),其中提 供至少一用于支撐所述襯底(2)的裝置作為至少一在處理期間用于輸 送所述襯底的裝置，使得待處理表面向下的所述襯底(2)能夠在所述處 理液(F)之上或之中進(jìn)行輸送。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備(1),其中所述至少一輸送裝置選 自輸送輥、輸送條和輸送帶，其中所述裝置優(yōu)選能夠提供約10cm/min 高至約3.0 m/min,并特別優(yōu)選約1.2 m/min高至1.5 m/min的所述襯 底(2)的輸送速率。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13-18中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備(l),其還包 括若干用于加熱所述襯底(2)的獨(dú)立可控的裝置(11)，以及用于單獨(dú)控 制所述襯底(2)的控制裝置。
20. 根據(jù)權(quán)利要求13-19中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備(l)，其還包 括至少一用于檢測所述襯底位置的裝置。
21. 根據(jù)權(quán)利要求13-20中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備(l)，其還包 括用于冷卻所述處理液(F)的裝置(8)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求13-21中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備(l)，其還包 括預(yù)熱裝置和/或預(yù)清潔裝置。
23. 根據(jù)權(quán)利要求13-22中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備(l),其還包 括沖洗裝置和/或干燥裝置。
24. 根據(jù)權(quán)利要求13-23中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備(l),其還包 括一種或多種翻轉(zhuǎn)裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及在制造由玻璃、金屬或塑料制成的薄膜太陽能電池或模塊過程中用諸如硫化鎘或硫化鋅的金屬化合物涂覆襯底的方法以及設(shè)備，使用位于處理池(3)中的液體(F)，并且其化學(xué)成分能夠通過適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂贫练e至襯底表面并形成永久膜，其中通過適當(dāng)?shù)募訜嵫b置(11)加熱待涂覆的襯底的下表面，這是形成期望膜所必需的，所述加熱裝置在用加熱液體處理期間不潤濕不需處理的上表面的情況下和在不從上方支持或保護(hù)襯底(2)的情況下，能夠?qū)⒃撘r底(2)加熱至所需溫度。
文檔編號(hào)B05C3/18GK101641162SQ200880006347
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日
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