技术领域
[0002]本
发明一般性地涉及在衬底上的气相化学材料的淀积，并且更特别 地，涉及一种用于在
大气压下在衬底上淀积气相化学材料的方法。
背景技术
[0003]诸如
热解工艺和
水解工艺的化学气相淀积方法在涂覆衬底的技术中 是公知的。在这种工艺中利用的涂覆反应物的物理特性可以是液体、气体、分 散在气体混合物中的液体或固体、
气溶胶或分散在气体混合物中的被
蒸发的或 蒸气状的涂覆反应物。
[0004]在制造光电器件中的玻璃衬底上的被蒸发的化学化合物的淀积方法 中，典型地，在
真空环境中淀积被蒸发的化学化合物。用于进行这种工艺的系 统典型地包括具有较下部分和具有彼此水平连接的较上部分形成的密封淀积腔 的
外壳。密封配件插入到较下和较上外壳之间的连接处。提供传送装置以在腔 内传输玻璃薄片衬底。化学气相分配器设置在淀积腔内，以在衬底通过腔时对 玻璃衬底上提供涂覆。
[0005]系统包括用于在淀积腔内抽真空的真空源。典型地，淀积腔包括用 于当玻璃薄片在系统中传送时对其进行加热的延长加热器。玻璃薄片从真空加 热炉通过淀积腔，到真空淀积腔，真空淀积腔保持在近似于加热炉的真空和温 度设置。将粉末状的硫化镉和粉末的碲化镉输入到气相淀积腔。然后，接着在 先前被涂覆和加热的玻璃衬底上依次淀积膜。接着，涂覆的衬底通过一装载机 构(load lock)被转移，之后进入一通过压缩的氮来制冷的冷却腔，并且最后 通过出口装载机构到达一个为降低到环境
温度的
风冷部件中而被传送到大气压 下。碲化镉
薄膜材料需要下面的工艺步骤以对其多晶的结构进行重结晶，以便 由薄膜层叠制造有效的光电器件。典型地，该步骤通过将氯化镉溶液施加到冷 却的涂覆玻璃的碲化镉表面并且重新加热玻璃到约390℃至420℃的温度达约 15到20分钟的一段时间而实现。必须小心，慢慢地加热和冷却玻璃以避免在 该处理期间出现破损，这样的处理延长了该必要步骤的整个工艺时间。
[0006]众所周知，可再生的
能源变得日益重要，因此相信用于产生
电能的 光电器件的商业生产对于满足
可再生能源的需要是十分重要的。在玻璃衬底上 的薄膜涂覆
半导体材料的利用被认为是一种在基于光电的电能产生系统的领域 中的可行的机制。
[0007]已经发现，基于上述参考技术的薄膜涂覆系统能在真空中在商业可 获取的
碱石灰玻璃衬底上淀积硫化镉/碲化镉光电材料的薄膜。接着处理光电材 料以重结晶碲化镉表面，制造薄膜层叠为进一步处理成光电器件作准备。尽管 上述系统能够制造适用于电能产生的光电面板，期待降低这种生产的成本而使 得该系统变得商业可行。
发明内容
[0008]本发明的目的是在大气压下在衬底上通过由化学气相淀积半导体材 料的薄膜而制造一种光电面板。
[0009]本发明的另一目的是在大气压下通过由蒸发硫化镉和碲化镉并将其 淀积在加热的衬底的表面上以形成第一硫化镉薄膜和第二碲化镉薄膜而制造一 种光电面板。
[0010]本发明的另一目的是通过快速高温重结晶薄膜碲化镉多晶
硅材料以 产生高效率的光电器件而制造一种光电面板。
[0011]已经惊讶地发现，上述目的可以通过在大气压下涂覆衬底的方法而 实现，该方法包含下列步骤：(1)提供诸如硫化镉或碲化镉的半导体材料源； (2)在基本上大气压下，加热和蒸发半导体材料并且保持该蒸发材料处于高 于它们的
凝结温度的温度；并且(3)接着在基本上大气压下在诸如玻璃的衬 底的热表面上淀积该蒸发材料以形成层状结构。任选地，尽管该层状结构仍然 基本上处于淀积的温度并且在基本上大气压下，碲化镉层可以由
反应性气体处 理以实现碲化镉的重结晶。进行层状薄膜层叠的接下来的工艺可以制造有源 (active)薄膜光电器件。
附图的简要说明
[0012]参考附图，从阅读本发明的优选实施方案的下文详细描述中，本发 明上述和其它目的和优点对于本领域技术人员将变得显而易见，其中：
[0013]附图以示意形式示出了本发明的创造性步骤。优选实施方案的详细说明
[0014]参考附图，图示出在大气压下利用碲化镉膜涂覆衬底的表面的方法 的步骤。
[0015]单独计量的半导体材料团，优选地硫化镉(CdS)或碲化镉(CdTe) 以粉末状形式被导入由惰性气体流连续地
净化的区域，优选氮气，该惰性气体 在大约大气压下在入口和出口间流动。该粉末被以受控速率流动的惰性气体从 入口带入到由加热的压缩的
基座(bed)构成的
蒸发器中，其中，该粉末随着 其通过压缩的基座的介质的填隙空位(void)时被蒸发。使加热的压缩基座的 出口与加热区的内部相通以向衬底分布蒸发的材料。可选地，可以利用粉末蒸 发方法即通过加热计量的粉末团和载体惰性气体，用来产生蒸发的材料
流体 流。该可选的方法包括，但不一定局限于，该载体惰性气体被加热和该粉末被 蒸发的加热的流体化的基座、加热载体惰性气体和蒸发粉末的热“闪”蒸发器， 和加热载体惰性气体和蒸发粉末的大气压热喷射单元。
[0016]该流体，优选包括硫化镉或碲化镉粉末和载体惰性气体，是一种在 高于其凝
结温度的温度下包含载体惰性气体和蒸发材料的高温流动混合物。典 型地，流体混合物的温度在从约800℃到约1100℃的范围。然后，在基本大气 压下，加热的流体混合物被引导到用于在沿着衬底表面产生恒定速度的层状流 的装置内。典型地，衬底是一种碱石灰玻璃，优选地具有透明的和电导性的低 E涂覆。这种玻璃的一种例子是由Pilkington Glass Co.制造并且
指定为TEC-15。 衬底的表面保持在从约585℃到约650℃的温度。
[0017]用于产生理想的流体混合物的层状流的装置包含：一系列的单独的 通道，其适用于当流体流经该通道时导致在瞬变流体中一系列的速度的变化。 该装置保持在高于硫化镉或碲化镉的蒸发的温度，以阻止在通道内的材料的凝 结。这种流体流均匀向伸长的出口
喷嘴分布流体混合物，并且使恒定
质量流分 布的均匀层状流正切于衬底地流动并提供给衬底的表面。以上动作使得流体混 合物的分子均匀地分布到该伸长的出口喷嘴的整个长度，并且使得该分子在通 常的平行路径中并且以恒定的速度从出口喷嘴流出，直接朝着衬底产生恒定速 度和质量分布的层状流。
[0018]流出出口喷嘴的流体混合物的速度可以通过控制导入入口的流体混 合物的质量流速率而被调节。
[0019]为了控制从正在被施加到衬底的装置喷出的流体内的蒸发材料的薄 膜淀积速率，在控制低于蒸发材料的凝结点的衬底的温度的同时，控制流体混 合物的质量流速率和衬底的速率。当加热的流体混合物碰撞到较冷的衬底，其 会冷却到低于蒸发材料的凝结温度的温度。该材料由该流体混合物以多晶形式 凝结在移动衬底上面成为连续薄膜层。流体
抽取装置被设置在出口喷嘴的上游 和下游，以使得能够将对着衬底表面的流体混合物的非膜(non-film)产生成 分的可控制的回收。
[0020]尽管有多种用于在瞬变玻璃衬底的表面上均匀地分布蒸发的硫化镉 或碲化镉的不同的系统，但是估计在Hofer等人的US
专利4,509,526中说明和 描述的装置可以提供满意的结果。
[0021]可以根据本发明设想到，通过上述装置的硫化镉和/或碲化镉的任何 数量的连续层的淀积，来制备层状结构。
[0022]在碲化镉多晶薄膜的淀积之后，需要重结晶步骤以由层状薄膜层叠 实现光电器件的生产。已经发现，该步骤可以在不到一分钟内，在基本上一个 大气压下，通过将热碲化镉膜施加到在氮中稀释的氯化氢的热气体气氛中而完 成。在重结晶步骤的过程中，在保持衬底的温度的同时控制碲化镉重结晶的能
力消除了衬底/膜层叠组件的冷却和再加热。“干法”重结晶步骤的使用消除了 有毒的氯化镉溶液及其应用装置的使用。典型地，退出该线上的重结晶工艺的 玻璃衬底具有从约620℃到约630℃的温度。该温度范围允许当衬底/膜层叠离 开该工艺线时该玻璃被冷却焠火气体流热回火。
[0023]上述方法涉及一种用于在碱石灰玻璃衬底的表面上产生一种薄膜硫 化镉/碲化镉光电材料以提供大面积的光电面板的方法。然而，应当清楚，大气 压气相淀积的概念可以延伸到包括在真空中正常地淀积的薄膜材料。
[0024]薄膜光电材料可以认为是CIGS(
铜—铟—镓—联硒化物)、CdS/CIS
合金(硫化镉/铜—铟—硒合金)、无定形硅或薄膜
多晶硅，和Zn(O、S、OH)x/CIGS (锌
氧化物 硫化物 氢氧化物/铜—铟—镓—联硒化物)。
[0025]其它的可以考虑应用到玻璃衬底的薄膜材料是光学涂层，诸如用于 超低发射率膜和抗反射膜的多层层叠。其它的增值特征，诸如改善的耐用膜、 自清洁膜、光学拍照(photo-optic)和
电子光学(electro-optic)膜可以通过使 用本发明的大气压淀积概念而被发展。
[0026]薄膜材料的大气压淀积方法可以应用到各种用于增强其表面特性的 衬底材料中。可以考虑的衬底包括：聚合材料、陶瓷、金属、木材和其它材料。相关
申请交叉引用
[0001]本申请要求2004年8月18日提出的临时专利申请序号No.60/602,405 的权益。
