[发明专利]用于基板镀膜的工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于呈平板形基板的镀膜的方法和装备，尤其是用于太阳能电池制造的玻璃基板的镀膜

背景技术

在未来的能量生产中，太阳能电池将扮演着重要的角色。目前，尤其是薄膜太阳能电池在如下方面有优点，即较少材料消耗并适用于产业化生产。碲化镉(CdTe)基薄膜太阳能电池适合于作为下一代高效薄膜太阳能电池的首选。CdTe材料的能隙为1.45eV，因此特别地适合用于吸收阳光，进而可以借助CdTe薄膜太阳能电池获得高的效率。通常将CdTe作为带有硫化镉(CdS)的顶层结构应用，以便制造所需的pn结，该pn结由p型的CdTe层和n型的CdS层组成。在此情况下，CdS在一定程度上作用为视窗，并且从可见光中吸收仅一小部分，而其余部分透过CdS层到达CdTe层被其吸收，产生形成光电压的载流子。

在CdTe基薄膜太阳能电池的制造中，通常将玻璃用作基板。从基板开始，然后以如下顺序沉底膜层，即，前电极层、n-CdS层、p-CdTe层、背电极层。目前，透明能导电氧化物(TCO，transparent conductive oxide)用前电极层，其中，通常使用铟掺杂的氧化锡(ITO)。另外的公知的TCO是氟掺杂的氧化锡(FTO)或者铝掺杂的氧化锌(AZO)。以下不详细探究前电极层的制造。

金属层用作背电机层，其中，为了提高太阳能电池的稳定性并且为了欧姆地适配CdTe层，部分地加入额外的层。

以下涉及到基板时，以如下为前提，即基板上的必须的准备工作，正如前电极层的镀膜、清洗和剖光等步骤已经完成。

当谈到基板温度时，是指下侧的表面温度，也就是向下指向的、通常是指TCO镀膜侧。该下侧的表面温度如上侧温度一样，非接触地通过温度传感器来确定。对专业技术人员公知的是这些材料以及设备的其他材料单独地、或者连同联接在设备前或后的材料一起地传输到一个或多个材料处理设施，该材料处理设施基于这些材料在考虑到整个过程的情况下，完成各单个设施的控制。依据本发明的方法受到控制。

事实证明，近空间升华(CSS)方法特别适合用于沉积CdS和CdTe。在此，将原材料、例如高纯度的CdTe颗粒在容器中、尤其是适合于此的蒸发坩埚中加热到约600℃至770℃的高温，以便升华或蒸发待蒸镀的材料，其中，将基板以很小的间距在蒸发源上方导引经过。在此，镀膜材料源与基板之间的间距仅为几个毫米至几个厘米。例如电阻加热元件或红外辐射元件可以用于加热蒸发坩埚。镀膜通常发生在真空腔中、在10^-4mbar至10mbar的剩余气体压力中进行，其中，可以在此前有必要地借助惰性气体，如氮气或氩气冲洗镀膜腔。在镀膜时，如果使用传统的钠钙玻璃，基板本身典型地具有480℃至550℃的温度。在玻璃基板到达实际镀膜腔的沉积温度之前，玻璃基板将经过一个或多个加热腔的传送过程达到此沉积温度。理论上对于高效率而言，高的基板温度是值得期待的，这是因为观察到如下情况，即在575℃的基板温度下，效率显著下降。当然在非常高的基板温度情况下，只有相应昂贵的、耐高温的玻璃基板才能够使用。总之，该方法的特色在于几个μm/min的高沉积速率。

基板穿过加热腔和/或镀膜腔的运动是借助于布置在轴上的辊子为基础的传送系统来实现的。带有连续的传送轴、用在由硅制成的太阳能电池的传送系统也由W003/054975A2得知，当然，在传送轴上没有布置额外的辊子，从而使得相对小的太阳能电池以其整个平面搁放在传送轴上。在热处理过程期间，在炉中也使用该传送轴。对于通过从下方蒸镀材料获取膜层来制造大面积的太阳能模组而言，这种传送轴不适合，因为在此情况下基板的蒸镀侧或已蒸镀侧全平面地与轴接触，由此会导致膜层受到损害。

在现有技术中，呈平板形的基板具有垂直于传送方向的、典型的无轴支承的600mm的宽度，并且仅在外侧辊子上运动。较大的宽度不适合于通常的钠钙玻璃基板的使用。作为基板优选使用玻璃。玻璃通常被看作在室温中具有特别高粘度的液体。相应地，没有一个明显地熔融温度点，而是粘度随著温度升高而下降。因此，为了描述玻璃的软化引入不同的温度点，所述温度点的数值等于动态粘度指数(以10为底的对数)来定义。