(57)【要約】  低減されたレベルの微粒子を有する層をウェブ上に形成するための方法及びシステムが開示される。この層は、反応して層を形成する化学試薬の流体混合物（複数可）または溶液から形成される。本システムは、ウェブの第１の表面が１つ以上の処理ステップを受ける間、チャンバ内でウェブを運搬するように構成された、提供された搬送デバイスと、第１の流体送達装置及び第２の流体送達装置と、第１の流体除去装置と、を含む。第１の流体除去装置は、第１の送達装置と第２の送達装置との間に配設された空間内に位置付けられる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェブ上に材料の層を形成するためのシステムであって、前記ウェブが、第１の表面及び前記第１の表面と反対側の第２の表面を有し、前記システムが、
前記ウェブの前記第１の表面が１つ以上の処理ステップを受ける間、前記ウェブを運搬するように構成された搬送デバイスと、
第１の流体送達装置及び第２の流体送達装置であって、前記搬送デバイスの上に位置付けられており、前記ウェブの前記第１の表面上に１つ以上の流体を送達するように構成される、第１の流体送達装置及び第２の流体送達装置と、
前記第１の送達装置と前記第２の送達装置との間に配設された空間内に位置付けられている第１の流体除去装置と、を備える、システム。
【請求項２】
前記第１の流体除去装置が、吸引デバイスを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ウェブが前記１つ以上の処理ステップを受けるとき、前記ウェブを加熱するように構成された１つ以上の加熱装置をさらに備える、請求項１または請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
吸引デバイスを備える第２の流体除去装置をさらに備え、前記第２の流体除去装置が、前記第２の流体送達装置により送達された流体を除去するように位置付けられる、請求項１〜３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記第２の流体除去装置に隣接して、かつ前記第１の送達装置と前記第２の送達装置との間に配設された空間とは反対側に位置付けられたすすぎ装置をさらに備える、請求項１〜４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
前記１つ以上の流体が、二価カドミウムを含む材料を含有する溶液を含む、請求項１〜５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
前記第２の流体除去装置の向こう側で前記すすぎ装置に隣接して位置付けられた乾燥装置をさらに備える、請求項１〜６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
ウェブ上に材料の層を形成するための方法であって、前記ウェブが、第１の表面及び前記第１の表面と反対側の第２の表面を有し、前記方法が、
前記ウェブ上で１つ以上の処理ステップを行うために、包囲空間内で前記ウェブを移動させることと、
第１の流体送達装置を介して、前記ウェブに第１の流体を送達することと、
第１の流体除去装置を介して、前記ウェブから前記第１の流体の一部分を除去することと、
前記第１の流体の一部分を除去した後に、第２の流体送達装置を介して、前記ウェブに第２の流体を送達することと、
前記ウェブ上に材料の層を形成することと、を含む、方法。
【請求項９】
前記第１の流体の送達の後に、前記ウェブを加熱することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の流体の送達の後に、前記ウェブを加熱することをさらに含む、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ウェブ上で形成された前記材料の層が、ＣｄＳ、Ｉｎ３Ｓ２、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）、ＺｎＳ、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）、ＺｎＣａ（ＯＨ，Ｓ）、ＺｎＭｇ（ＯＨ，Ｓ）、またはＣｄＯである、請求項８〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の流体が、二価カドミウムを含む材料を含む、請求項８〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記ウェブから前記第１の流体の前記一部分を除去することが、前記ウェブ上での前記第１の流体中の相当数の粒子の形成前に実施される、請求項８〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
第２の流体除去装置を介して、前記ウェブから前記第２の流体の一部分を除去することをさらに含む、請求項８〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の流体送達装置が、前記ウェブ上に少なくとも約１ｍｍの深さを有する流体層を生成するのに十分な速度で前記ウェブに流体を送達する、請求項８〜１４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年６月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／０１３，２２４号に対する優先権を主張し、本開示は、参照することによりその全体が組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、ウェブ上に材料の層を形成するためのシステム及び方法に関する。具体的には、本発明は、ウェブを基にした化学浴析出に関する。
【０００３】
太陽電池は、太陽光を直接電気エネルギーに変換する光起電力（ＰＶ）デバイスである。太陽電池は、ガラス、プラスチック、またはステンレス鋼などの低コストの基材上に通常析出された種々の半導体材料の結晶シリコンまたは薄膜に基づき得る。
【０００４】
非晶質シリコン、テルル化カドミウム、銅インジウム二セレン化物、または銅インジウムガリウム二セレン化物系太陽電池などの薄膜系光起電力電池は、薄膜産業で幅広く使用される析出技術を用いることにより改善されたコスト優位性を提供する。銅インジウムガリウム二セレン化物（ＣＩＧＳ）系太陽電池を含むＩＢＩＩＩＡＶＩＡ族化合物光起電力電池は、高性能、高効率、及び低コスト薄膜ＰＶ製品に関して実証された大きな可能性を有する。
【０００５】
図１で例示されるように、従来のＩＢＩＩＩＡＶＩＡ族化合物太陽電池１０は、ガラスシート、金属シート、絶縁ホイルもしくはウェブ、または伝導性ホイルもしくはウェブであり得る基材１１上に造られ得る。モリブデン（Ｍｏ）膜などの接触層１２が、太陽電池の背後電極として基材上に析出され得る。次いで、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）２族中の材料を含む吸収体薄膜１４が、伝導性Ｍｏ膜上に形成され得る。基材１１及び接触層１２は、基層１３を形成する。他の方法はあるが、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）２タイプの化合物薄膜は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）２材料の構成成分（構成成分はＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ、及びＳである）が、基材、または吸収体前駆体として基材上に形成された接触層上にまず析出され、次に高温徐冷方法でＳ及び／またはＳｅと反応する、二段階方法により形成され得る。
【０００６】
吸収体膜１４が形成された後、ＣｄＳなどの、緩衝膜または緩衝層、及び非ドープ−ＺｎＯ／ドープ−ＺｎＯスタックまたは非ドープ−ＺｎＯ／Ｉｎ−−Ｓｎ−−Ｏ（ＩＴＯ）スタックなどの、透明伝導性層を含む透明層１５が、吸収体膜上に形成され得る。太陽電池の製造において、緩衝層はしばしば、ＩＢＩＩＩＡＶＩＡ族吸収体膜１４上にまず析出されて、活性接合を形成する。次いで、透明伝導性層が、緩衝層上に析出されて、必要とされる横方向伝導性を提供する。光が、矢印１６の方向に透明層１５を通って太陽電池１０に入る。上述される従来のデバイス構造は、基材タイプ構造と呼ばれる。基材タイプ構造において、光は、図１で示されるように透明層側からデバイスに入る。
【０００７】
種々の化学組成物を含む種々の緩衝層が、太陽電池構造で評価されてきた。ＣｄＳ、ＺｎＳ、Ｚｎ−−Ｓ−ＯＨ、Ｚｎ−−Ｓ−Ｏ−ＯＨ、ＺｎＯ、Ｚｎ−−Ｍｇ−−Ｏ、Ｃｄ−−Ｚｎ−−Ｓ、ＺｎＳｅ、Ｉｎ−−Ｓｅ、Ｉｎ−−Ｇａ−−Ｓｅ、Ｉｎ−−Ｓ、Ｉｎ−−Ｇａ−−Ｓ、Ｉｎ−−Ｏ−ＯＨ、Ｉｎ−−Ｓ−Ｏ、Ｉｎ−−Ｓ−ＯＨなどは、文献に報告されているいくつかの緩衝層材料である。ＣＩＧＳ（複数可）太陽電池などのＩＢＩＩＩＡＶＩＡ族デバイスのための緩衝層は、しばしば３０〜２００ｎｍの範囲となる種々の厚みを有し、蒸発、スパッタリング、原子層析出（ＡＬＤ）、電子析出、及び化学浴析出（ＣＢＤ）などの種々の技術により析出され得る。
【０００８】
化学浴析出（ＣＢＤ）は、ＣＩＧＳ（複数可）吸収体膜上の緩衝層の形成のために一般的に使用される方法である。これらの技術は典型的に、形成される緩衝層の試薬を含む化学浴の調製を伴う。浴の温度は、例えば５０〜９０℃の範囲で上昇され得、ＣＩＧＳ（複数可）膜の表面は、加熱された浴に曝露される。あるいは、ＣＩＧＳ（複数可）膜を含有する基材は、加熱され得、次いで、より低い温度に維持された化学浴中に浸漬される。薄い緩衝層は、浴への及び／またはＣＩＧＳ（複数可）膜を運搬する基材への熱の適用から生じる化学反応の結果としてＣＩＧＳ（複数可）膜上に成長する。
【０００９】
硫化カドミウム（ＣｄＳ）緩衝層の成長のための典型的なＣＢＤ方法は、（Ｃｄ−塩化物、Ｃｄ−硫酸塩、Ｃｄ−酢酸塩などのＣｄ塩源からの）カドミウム（Ｃｄ）種、（チオ尿素などのＳ源からの）硫黄（Ｓ）種、ならびにＣｄ及びＳ種間の反応速度を調節する錯化剤（アンモニア、トリエタノールアミン（ＴＥＡ）、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、エチレンジアミンテトラ−酢酸（ＥＤＴＡ）など）を含む化学浴を用いる。かかる浴の温度が望ましい温度に上昇すると、Ｃｄ及びＳ種間の反応が、溶液中の至る場所で発生する。結果として、ＣｄＳ層が、加熱された溶液により湿潤された全ての表面上で形成し、加えて、ＣｄＳ粒子は、溶液中で形成する傾向にある。ＣｄＳ層のＣＢＤ析出はしばしば、不要なＣｄＳ微粒子を含み、それは、低減された電池効率及び他の問題、例えば後に形成される電池構造の透明層との低減された接合形成をもたらし得る。
【００１０】
カドミウムスリフィド層の化学浴析出は、ＣＩＧＳ太陽電池にとって高い変換効率性をもたらす。しかし、大量製造におけるその使用は、上で考察されるようにしばしば問題である。よって、ＣＩＧＳ太陽電池デバイスの生成においてＣｄＳ析出技術を改善することがなおも必要とされる。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、ウェブ上に材料の層を形成するための、及びより具体的には、薄膜、例えばＩＢ−ＩＩＡ−ＶＩＡ薄膜上にＣｄＳ層を析出するための方法を提供する。
【００１２】
一態様において、本発明は、ウェブ上に材料の層を形成するためのシステムを提供し、ウェブは、第１の表面及び第１の表面と反対側の第２の表面を有し、システムは、ウェブの第１の表面が、１つ以上の処理ステップを受ける間、ウェブを運搬するように構成された搬送デバイスと、第１の流体送達装置及び第２の流体送達装置であって、搬送デバイスの上に位置付けられており、ウェブの第１の表面上に１つ以上の流体を送達するように構成される、第１の流体送達装置及び第２の流体送達装置と、第１の送達装置と第２の送達装置との間に配設された空間内に位置付けられている第１の流体除去装置と、を含む。特定の実施形態において、本システムは、包囲空間またはチャンバ内に含有される。
【００１３】
別の態様において、本発明は、ウェブ上に材料の層を形成するための方法を提供し、ウェブは、第１の表面及び第１の表面と反対側の第２の表面を有し、本方法は、ウェブ上で１つ以上の処理ステップを行うために包囲空間内でウェブを移動させることと、第１の流体送達装置を介して、ウェブに第１の流体を送達することと、吸引デバイスを備える第１の流体除去装置を介して、ウェブから第１の流体の一部分を除去することと、第１の流体の一部分を除去した後に、吸引デバイスを備える第２の流体送達装置を介して、ウェブに第２の流体を送達することと、ウェブ上に材料の層を形成することと、を含む。
【００１４】
本発明のシステム及び方法、特に、本明細書に記載されるようなウェブからの第１及び第２の流体の部分除去は、低減された量の微粒子を有する析出された材料の連続層を有するウェブを生成する。
【００１５】
本発明は、１つの工具または装置を通る単一通過による、ウェブ上への２つ以上の異なる層の析出も可能にする。
【００１６】
前述の概要は、単に例示的であり、いかなる限定も意図しない。上述される例示的な態様、実施形態、及び機構に加えて、さらなる態様、実施形態、及び機構が、図及び以下の発明を実施するための形態を参照することにより明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ＩＢ−ＩＩＩＡ−ＶＩＡ族化合物吸収体層を含む薄膜太陽電池の概略側面図である。
【図２Ａ】実施形態例による、ウェブを処理するためのシステムを例示する。
【図２Ｂ】実施形態例による、図２Ａで示されるシステムの一部分を例示する。
【図３】実施形態例による、処理床とウェブとの間に配置された搬送ベルトを例示する。
【図４Ａ】実施形態例による、第１及び第２の流体送達装置、流体除去装置、すすぎ装置、ならびに加熱装置６０６を含むシステムを例示する。
【図４Ｂ】実施形態例による、第１及び第２の流体送達装置、第１及び第２の流体除去装置、すすぎ装置、ならびに加熱装置６０６を含むシステムを例示する。
【図５】実施形態例による、カスケードデバイス上に流体混合物の第１の流体の流れ及び流体混合物の第２の流体の流れを分配するための流体送達装置を例示する。
【図６】実施形態例による、残留材料及び細片の除去のための流体除去装置を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の発明を実施するための形態は、添付の図の参照とともに、開示されるシステム及び方法の種々の機構及び機能を記載する。図において、別途文脈が規定しない限り、類似の記号は、類似の構成要素を特定する。本明細書に記載される例示的なシステム及び方法の実施形態は、限定することを意図しない。開示されるシステム及び方法の特定の態様が、多様な異なる構成で配設され、かつ組み合わせられ得、それらの全てが本明細書で企図されることが容易に理解され得る。
【００１９】
本明細書で使用される場合、用語「光起電力電池」（及び本明細書では「太陽電池」）は概して、電磁放射線（またはエネルギー）、または電磁放射線の所定の波長もしくは波長の分散にデバイスを曝露すると、電子（または電気）を発生させるように構成される、光活動性材料（または吸収体）を含むデバイスを指す。太陽電池は、他の類似の太陽電池と直列に電気接続されて、電圧レベルを上げ得、通常であれば高電流に因り発生するはずの抵抗損失を最小限に抑え得る。いくつかの例において、多数の太陽電池が、数メートルの長さである太陽モジュールに直列接続及び統合され得る。
【００２０】
光起電力電池を形成することは、薄膜光吸収半導体材料を活用することを伴い得る。光起電力電池例は、ステンレス鋼ウェブ基材を含み得る。ステンレス鋼ウェブ基材は、可撓性のある基材であり得る。例において、ステンレス鋼ウェブ基材を処理して光起電力デバイスを形成することは、ステンレス鋼ウェブ基材の裏面にモリブデン（Ｍｏ）層を形成することを含み得る。この後の処理は、ステンレス鋼基材の前面で起こり得る。例えば、クロム（Ｃｒ）層は、基材に隣接して形成され得、Ｍｏ層は、Ｃｒ層上に形成され得る。電池内で光を電気に変換する吸収体層は、次の層であり得る。これは典型的に、ｐタイプの層である。好ましい吸収体は、銅インジウムセレン化物、硫化物、またはセレン化物硫化物（合わせてＣＩＳ層と称される）などの銅カルコゲン化物である。銅インジウムガリウムセレン化物（ＣＩＧＳ）が、好ましい。吸収体層は、ナトリウム（Ｎａ）でドープされ得る。ｎタイプの層は、吸収体層上に緩衝層として形成され得る。硫化カドミウム（ＣｄＳ）緩衝層が、好ましい。本発明の方法は、本緩衝層を形成させるために使用する上で好適である。
【００２１】
例において、光起電力電池の構成成分層を形成することは、複数のロールツーロール析出システムまたは段階を伴い得る。例として、第１の段階において、ステンレス鋼ウェブ基材の裏面は、裏面Ｍｏ層でコーティングされ、ステンレス鋼基材の前面は、背後電極Ｃｒ／Ｍｏ、アルカリ金属フッ化ナトリウム（ＮａＦ）層、及び前駆体ＣＩＧＳ層でコーティングされる。第２の段階において、ＣＩＧＳ前駆体は、光活動性ＣＩＧＳを形成するために完全に反応し得る。第３の段階において、ＣｄＳ緩衝層が、析出され得る。第４の段階において、透明酸化層（ＺｎＯ／ＴＣＯ）が、析出され得る。
【００２２】
特定の実施形態において、ウェブ上に材料の層を形成するためのシステムは、チャンバ内に包囲される。
【００２３】
これらの段階、システム、または処理ステップは、単に例示のための例にすぎない。いくつかのステップ／段階が使用され得、異なる材料が、所定の光起電力電池を形成するために使用され得る。ウェブを基にした光起電力吸収体層の上部に緩衝層を形成することは（例えば、ＣｄＳ層を形成すること）典型的に、ウェブ及びそこに結合する吸収体層の上に溶液または流体混合物を析出することを伴う。流体混合物を析出してウェブ上に均一な緩衝層を形成することは、複数の課題を伴い得る。上で考察されるように、例えば、ＣｄＳ層を形成するのに使用される溶液中の試薬は、反応し、基材上にＣｄＳ層を形成するが、溶液中でＣｄＳ粒子も形成する。
【００２４】
前述の課題に対処し得る方法及びシステムが、本明細書で開示される。本方法及びシステムは、複数の溶液適用ステップにおいて望ましい層を析出すること及び適用ステップの間で各溶液の一部分を除去することを伴う。本発明は、低減された量の微粒子を有する析出された材料の連続層を生成する。光起電力電池の生成のために、本システムを使用して、基材上にＣｄＳの緩衝層を析出する場合、得られたＣｄＳの析出層は、後に形成される電池構造の透明層との高品質な接合形成を可能にする優れた電池効率を保有する。
【００２５】
本方法及びシステムは、単に例示のための例として光起電力電池の文脈で記載される。本明細書に記載される方法及びシステムは概して、任意のタイプのウェブの上に任意のタイプの層を析出することに関する。
【００２６】
この例において、ウェブは、（例えば、ＣｄＳ層、または化学浴析出もしくは他の処理により析出された異なる材料の形成が発生する）第１の表面及び第１の表面と反対側の第２の表面を有する。特有の実施形態において、ウェブは、ステンレス鋼の磁気的形態などのステンレス鋼であり得る。
【００２７】
本発明のシステムは、ウェブのための支持部を含み、支持部は、ウェブの第１の表面が１つ以上の処理ステップを受け得るように配設された処理床により提供される。
【００２８】
図２Ａは、実施形態例による、ウェブを処理するためのシステム２００を例示する。図２Ａは、ウェブに関する複数の処理段階を含み得るシステム（または装置）２００を表す。システム２００は、ウェブ上に化学流体混合物浴から層を析出するために構成され得る。よって、システム２００は、化学浴析出システムまたは装置と称され得る。図２Ｂは、実施形態例による、システム２００の一部分を例示する。示されるように、システム２００の部分は、１つ以上の処理システム２０３の下に処理床２０２を含む。ロール２０１からのウェブは、それが１つ以上の処理システム２０３による処理を受ける間、ウェブが処理床２０２により支持されるようにシステム２００を通って搬送され得る。
【００２９】
本方法は、搬送ベルトを備える搬送デバイスを使用して処理床の上でウェブを移動させることを含む。搬送ベルトは、第１の接触表面及び第１の接触表面と反対側の第２の接触表面を有する。第１の接触表面は、ウェブの第２の表面に接触するように構成され、第２の接触表面は、処理床に接触するように構成される。
【００３０】
図３は、実施形態例による、処理床２０２とウェブ４０２の区域との間に配置された搬送ベルト４０４を備える搬送デバイス６１２を例示する。搬送ベルト４０４は、第１の接触表面５０２及び第１の接触表面５０２と反対側の第２の接触表面５０４を有する。ウェブ４０２は、第１の表面５０６Ａ及び第１の表面と反対側の第２の表面５０６Ｂを有する。ウェブの第１の表面４０２は、上方に向き得、方法６００に関して以下に記載されるようにいくつかの処理ステップを受け得る。ウェブ４０２の第２の表面は、搬送ベルト４０４の第１の接触表面５０２に接触するように構成され得る。第２の接触表面５０４は、図３で示されるように処理床２０２に接触するように構成される。
【００３１】
例において、搬送ベルト４０４の第１の接触表面５０２は、ウェブ４０２が搬送ベルト４０４に沿って移動するように、ウェブ４０２の第２の表面５０６Ｂに牽引力を適用するような高い摩擦の係数を有するように構成され得る。搬送ベルト４０４の第２の接触表面５０４は、処理床２０２の平らな表面の上を滑走し、処理床２０２の平らな表面に対して移動するような低い摩擦の係数（例えば、第１の接触表面５０２の摩擦の係数より低い）を有し得る。よって、搬送ベルト４０４が移動する／回転すると、処理床２０２は静止したままであるが、ウェブ４０２は搬送ベルト４０４とともに移動する。搬送ベルト４０４は、特定の方向（例えば、反時計方向の回転）に移動するように図５で示されるが、他の事例において、搬送ベルト４０４及びウェブ４０２は、反対方向に移動し得る。
【００３２】
図４Ａで示されるように、本発明のシステムは任意に、包囲空間またはチャンバ６１０内に含有される。包囲空間内の含有は必要ではないが、以下の考察は、本システムが包囲空間またはチャンバ内に含有される本発明の実施形態を反映する。包囲空間（複数可）の種々の構成は、本開示により包含される。
【００３３】
図４Ａは、送り出し（ｐａｙ  ｏｕｔ）（または送り出し（ｐａｙｏｕｔ））ロール４３０及び巻き取り（または取り込み、拾い上げ）ロール４４０を備える装置を表す。ウェブ４０２は、送り出しロール４３０から本システムへ送達され得、本システムにより処理するために搬送デバイス６１２により運搬され得、巻き取りロール４４０上で巻き取られ得る。
【００３４】
図４Ａで示されるように、本システムは、第１の流体送達装置６０２Ａ及び第２の流体送達装置６０２Ｂを含む。一例において、第１及び第２の流体送達装置は、チャンバ内の搬送デバイス６１２の上に位置付けられ、ここでは、第１及び第２の流体送達装置は、前記ウェブの第１の表面上に１つ以上の流体を送達するように構成される。図４Ａで示されるように、第１及び第２の流体送達装置は、空間がこれらの装置の間に存在するように配設される。
【００３５】
第１及び第２の流体送達装置は独立して、移動ウェブに流体を適用するのに好適な様々なデバイスから選択され得る。
【００３６】
例えば、流体送達装置は、ウェブに適用される流体の量を制御するように調整され得る、長手方向間隙を有する散布容器、例えば重力供給散布容器であり得る。散布容器は典型的に、重力供給散布容器であるが、所望される場合、加圧され得る。
【００３７】
あるいは、流体送達装置は、移動ウェブに流体を与えるために配設された複数のノズルが嵌合されたデバイスであり得る。
【００３８】
代替的な実施形態において、流体送達装置は、カスケードデバイスを含み得る。図５で表されるように、カスケードデバイスは、振動するように構成され得る、上位レベル、ウェブの上に位置付けられたより低いレベル、上位レベルとより低いレベルとの間の複数の階段を有する。第１の流体及び第２の流体は、（ｉ）第１及び第２の流体が、階段を流れてより低いレベル及びウェブ上に落ち、かつ（ｉｉ）第１及び第２の流体が、ウェブに到達する前にカスケードにより及びカスケードデバイスの振動により少なくとも部分的に混合されるようにカスケードデバイスの上位レベル上に分配される。第１及び第２の流体が、例えば光起電力デバイス中に材料のＣｄＳ層を形成するための試薬を含有する場合、試薬は、それらがカスケードデバイスの階段を流れ落ちる間、混合するまでは反応を防止されるだろう。
【００３９】
図５は、実施形態例による、カスケードデバイス７０６上への第１の流体の流れ及び第２の流体７０４の流れを提供するための分配機を含む流体送達装置を例示する。流体送達装置は、カスケードデバイス７０６上に第１の流体７０２の流れ及び第２の流体７０４の流れを分配するように構成された、図５で示されるノズル７０７などの化学分配機デバイスを含み得る。カスケードデバイス７０６は、上位レベル７０８及びウェブ４０２の上（例えば、ウェブ４０２の第１の表面５０６Ａからの既定の距離）に位置付けられたより低いレベル７１０を有し得る。カスケードデバイス７０６は、上位レベル７０８とより低いレベル７１０との間に複数の階段７１２も含み得る。
【００４０】
さらに、カスケードデバイス７０６は、振動するように構成され得る。例えば、カスケードデバイス７０６は、横方向、長手方向、縦方向、またはそれらの組み合わせに揺れ動くように構成され得る。カスケードデバイス７０６は、既定の頻度で、または既定の頻度及び方向プロファイルに従って、長期的に振動するように構成され得る。カスケードデバイス７０６の振動を引き起こすように構成された任意の機構が、使用され得る。この機構は、例えば、電気システム（例えば、電動機）、油圧システム、電気機械システム、電気油圧システムなどを利用して、カスケードデバイス７０６を振動させ得る。
【００４１】
この手法において、第１の流体７０２の流れ及び第２の流体７０４の流れがカスケードデバイス７０６の上位レベル７０８上に分配されると、第１の流体７０２及び第２の流体７０４は、階段７１２を流れてより低いレベル７１０及びウェブ４０２上に落ちる。カスケードデバイス７０６が振動する間に第１の流体７０２及び第２の流体７０４を階段７１２に流すことは、ウェブ４０２に到達する前に、流体７０２及び７０４の少なくとも部分的な混合を促進する。一例において、第１の流体７０２及び第２の流体７０４は、ウェブ４０２に到達する前に完全に混合され得る。
【００４２】
ウェブ４０２上に分配された第１の流体７０２及び第２の流体７０４の流体混合物７１４は、例えば、ウェブ４０２の第１の表面５０６Ａを覆う、１〜１０ミリメートルの範囲の所定の厚みまたは深さを有する溶液を形成し得る。任意の流体の深さが、ウェブ４０２のタイプに基づいて利用され得、流体は析出され、層が作られる。
【００４３】
例において、任意の数の流体が、混合されて、ウェブ上に層を形成し得る。２つの流体の混合物を使用する方法が、単に例示のための例として本明細書に記載される。例示のための例として、第２の流体は、チオ尿素（ＳＣ（ＮＨ２）２）を含む化学溶液であり得るが、第１の流体は、硫酸カドミウム（ＣｄＳＯ４）及び水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）を含む化学溶液であり得る。よって、この例において、ウェブ上への得られた層の析出は、硫化カドミウム（ＣｄＳ）を含み得る。あるいは、硫化亜鉛または硫化インジウムの層は、硫酸亜鉛（ＺｎＳＯ４）または硫酸インジウム（Ｉｎ２（ＳＯ４）３）のどちらか一方を硫酸カドミウム（ＣｄＳＯ４）の代わりに置き換えることにより形成され得る。一例において、第１の流体及び第２の流体は、ウェブ表面から離れた混合場所で混合され得、次いで、混合物を反応させる準備として分散ノズルまたは任意の他の分散手段に移送されて、ウェブの表面上に析出され得る。しかし、時間とともに、混合物は、移送システムの弁、管、構成要素などと相互に作用し得ることにより、細片及び汚染物質を発生し得、それらはウェブ上に析出された流体混合物と混ざる。
【００４４】
別の例において、離れた場所で流体を混合することに替えて、第１の流体の流れ及び第２の流体の流れは各々、別個にウェブの上の分散ヘッド（例えば、１つ以上のノズルを含む）に入れられ、各々個別に、それらがカスケードからウェブの表面上に落ちる直前に溶液を混合する振動カスケード上に提供される。この手法において、細片または汚染物質は、既に反応している流体混合物と構成要素及び流体移送システムの伝送路との相互作用から発生しない。
【００４５】
特定の実施形態において、溶液は、反応し、ウェブ上に硫化カドミウム、硫化インジウム、または硫化亜鉛の層を形成するように考案される試薬を含有する。ウェブ上に追加の緩衝層を形成するために使用され得る材料には、Ｉｎ３Ｓ２、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）、ＺｎＳ、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）、ＺｎＣａ（ＯＨ，Ｓ）、ＺｎＭｇ（ＯＨ，Ｓ）、及びＣｄＯ（Ｃｄ（Ｏ，Ｓ）を発生させるため）が含まれる。本システム及び方法がＣｄＳ緩衝層を有する光起電力電池を製造するように適合される実施形態において、各流体送達装置は、二価カドミウムを含む材料を含有する溶液を送達する。いくつかの実施形態において、流体送達装置により分配される流体混合物または溶液は、同じになるであろう。他の実施形態において、第１の流体送達装置により分配される流体混合物は、第２の流体送達装置により分配される流体混合物とは異なる。
【００４６】
図４Ｂでさらに示されるように、本システムは、チャンバ６１０内及び第１の送達装置と第２の送達装置との間の空間内に位置付けられた第１の流体除去装置６０４を含む。第１の流体除去装置は、配設されて、ウェブ上での第１の流体中の相当数の粒子の形成前にウェブから第１の流体の一部分を除去し得る。
【００４７】
特定の実施形態において、図４Ｂで示されるように、本システムは、第２の流体除去装置６０８を含む。第２の流体除去装置６０８は、チャンバ６１０内に位置付けられ、配設されて、第２の流体送達装置６０２Ｂにより送達された流体を除去する。第１の流体除去装置と同様に、第２の流体除去装置は、配設されて、ウェブ上の第２の流体中の相当数の粒子の形成前にウェブから第２の流体の一部分を除去し得る。この手法において、本明細書に記載されるようなウェブからの第１及び第２の流体の部分除去は、低減された量の微粒子を有する析出された材料の連続層を有するウェブを生成し、単一適用方法と比べて比較的より薄い断面を有し得る。
【００４８】
必要な場合、追加の流体送達装置及び流体除去装置がシステム中に含まれてもよい。
【００４９】
第１及び第２の流体除去装置は、同じタイプのデバイスであり得るか、または異なるタイプであり得る。特定の実施形態において、流体除去装置は、吸引デバイスを備える。好適な吸引デバイスには、好適な配管または管材を介して真空装置に取り付けられた真空ヘッドが含まれる。図６で示されるように、真空ヘッド１００４は、ウェブ４０２より高い既定の高さで吸引を適用するように構成され得る。ノズル１００２により分配されたすすぎ流体は、過剰流体の液体レベルを少なくともウェブ４０２より高い既定の高さに局所的に上昇させ得る。真空ヘッド１００４により適用された吸引は、流体をウェブ４０２の第１の表面５０６Ａに対して実質的に垂直方向に引き上げる。真空ヘッド１００４により引き上げられた材料は、真空多岐管１００６に入り、真空多岐管１００６を通って、例えば廃棄物収集区画に移送される。よって、過剰流体及び粒子は、除去され、ウェブ４０２の表面に残って汚染することはない。
【００５０】
特有の実施形態において、第１の流体送達装置は、ウェブ上に少なくとも約１ｍｍの深さを有する流体層を生成するのに十分な速度で、ウェブに流体を送達する。第１の流体の一部分の除去後に、第２の流体送達装置は、ウェブ上に少なくとも約１ｍｍの深さを有する第２の流体の層を生成するのに十分な速度で流体を送達する。第２の流体層の深さは、第１の流体層の深さと同じかまたは異なり得る。特有の実施形態において、部分除去前の第１の流体の層は、約３．５ｍｍなどの約３〜４ｍｍの深さを有し得る。部分除去前の第２の流体の層も、約３．５ｍｍなどの約３〜４ｍｍの深さを有し得る。
【００５１】
図４でも示されるように、本システムは、チャンバ内に１つ以上の加熱装置６０６を含み得る。特有の実施形態において、加熱装置６０６は、ウェブが１つ以上の処理ステップを受けるとき、ウェブを直接的または間接的に加熱するように構成される。他の実施形態において、加熱装置６０６は、ウェブ４０２へ送達前に流体混合物を加熱するように構成される。これは、流体送達装置または流体送達装置に提供される試薬溶液を加熱することにより行われ得る。さらに別の実施形態において、加熱装置は、熱を流体送達流体混合物及びウェブへ同時に提供するように構成され得る。
【００５２】
１つ以上の加熱装置は、処理床２０２を加熱することによりウェブを間接的に加熱するために使用され得る。いくつかの例において、処理床２０２は、別個の区域に分けられ得、各区域は、それぞれの温度に加熱される。例示のための例として、カスケードデバイス７０６が配置され、流体混合物７１４がウェブ４０２上に分配される場合、処理床２０２の区域は、高温に加熱され得る。ウェブ４０２が処理床２０２の他の区域に移動すると、温度は、徐々に上昇されて、流体混合物７１４内で化学反応を促進する温度勾配を作り得る。例えば、以下の区域は、６５℃〜９０℃の温度に加熱され得る。ある区域から別の区域への熱の伝達を引き起こすことなく、処理床２０２の異なる区域を異なる温度に加熱するために、熱分割機が使用されて、処理床２０２の個別の区域を互いに熱的に隔離し得る。
【００５３】
本システムは、チャンバ内に、第２の流体除去装置に隣接して、かつ第１の送達装置と第２の送達装置との間に配設された空間の向こう側に位置付けられた、すすぎ装置６２０も含み得る。すすぎ装置６２０は、ウェブ４０２が（搬送ベルト４０４により）移動すると、ウェブ４０２上にすすぎ流体またはリンセート（ｒｉｎｓａｔｅ）を分配するように構成され得る。特定の実施形態において、すすぎ装置６２０は、すすぎ流体またはリンセート（ｒｉｎｓａｔｅ）を分配するために使用され得る複数のノズルを備え、搬送ベルトの幅に沿って配設され得る。好適なリンセート（ｒｉｎｓａｔｅ）は、例えば脱イオン水、界面活性剤、または任意の数の流体もしくは混合物である。
【００５４】
図６は、残留材料及び細片の除去のための、すすぎデバイスのすぐ隣に配設された流体除去装置の実施形態例を例示する。よって、この実施形態において、流体除去装置は、すすぎデバイス及び吸引デバイスを含むとみなされ得る。図６は、ウェブ４０２の表面から残留材料及び細片の除去のために構成されたノズル１００２（すすぎデバイス例として）及び真空ヘッド１００４（吸引デバイス例として）の組み合わせを表す。１つのノズル１００２が、図６で表されるが、すすぎ流体またはリンセート（ｒｉｎｓａｔｅ）を分配するために、複数のノズルが使用されてもよい。例えば、リンセート（ｒｉｎｓａｔｅ）には、脱イオン水、界面活性剤、または任意の数の流体もしくは混合物が含まれ得る。
【００５５】
ノズル１００２は、ウェブ４０２が（搬送ベルト４０４により）移動すると、ウェブ４０２上にすすぎ流体またはリンセート（ｒｉｎｓａｔｅ）を分配するように構成され得る。ノズル１００２が、ウェブ４０２の表面上にすすぎ流体を分配すると、すすぎ流体は、図６で示されるように過剰流体の液体レベルを局所的に上昇させる起立波（またはダム）を形成する。すすぎ流体は、ウェブ４０２の第１の表面５０６Ａ及び／または形成された層の表面から過剰粒子を解き放ちもするかまたは排除もする。
【００５６】
真空ヘッド１００４は、ウェブ４０２より高い既定の高さで吸引を適用するように構成され得る。ノズル１００２により分配されたすすぎ流体は、過剰流体の液体レベルを少なくともウェブ４０２より高い既定の高さに局所的に上昇させ得る。真空ヘッド１００４により適用された吸引は、流体をウェブ４０２の第１の表面５０６Ａに対して実質的に垂直方向に引き上げる。真空ヘッド１００４により引き上げられた材料は、真空多岐管１００６に入り、真空多岐管１００６を通って、例えば廃棄物収集区画に移送される。よって、過剰流体及び粒子は、除去され、ウェブ４０２の表面に残って汚染することはない。
【００５７】
本システムは、さらなる処理のためにより多くのモジュールまたは装置を含み得る。例えば、本システムは、任意のタイプの好適な清浄溶液により、ウェブ４０２及びその上に形成された層を清浄するように構成された清浄装置を含み得る。別の例において、本システムは、ウェブ４０２及びその上に形成された層を、（例えば、エアナイフまたは任意の他のデバイスにより）乾燥するように構成された乾燥装置を含み得る。特に、本発明のシステムは、チャンバ内に、第２の流体除去装置の向こう側ですすぎ装置に隣接して位置付けられた乾燥装置を含み得る。
【００５８】
さらに、いくつかの例において、本システムは、ウェブ４０２がシステム２００を進行する経路に沿って据え付けられる可能性もある様々なセンサを含み得る。例として、システム２００は、コーティングされたウェブ４０２の厚みを検出するように構成された厚みセンサを含み得る。本システムは、ウェブ４０２上で形成された層上の表面の欠陥を検出するように構成された光学センサも含み得る。他のセンサは、コーティングの表面上及び／または深さを通してのどちらかで化学組成物を検出するように構成され得、システム２００は、第１の流体７０２及び第２の流体７０４の分配（図５）を適宜に制御するように構成され得る。これらのセンサは、単に例示のための例にすぎず、他のタイプのセンサがシステム中で使用されてもよい。
【００５９】
図１〜６で記載される方法及びシステムは、移動ウェブ上に析出された流体混合物から太陽電池中の緩衝層（例えば、ＣｄＳ）を形成するために実装され得る。しかし、図１〜６で記載される方法及びシステムは、化学反応または膜析出またはその両方の組み合わせに関して、任意のタイプの移動ウェブ上に任意のタイプの液体層を形成するために使用され得る。
【００６０】
本方法及び／または装置は、特定の実装を参照して記載されているが、本方法及び／または装置の範囲から逸脱することなく、種々の変更がなされ得、均等物で置き換えられ得ることが当業者により理解されよう。加えて、本開示の範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本開示の教示に適合させるために多くの修正がなされ得る。よって、本方法及び／または装置は、開示される特定の実装例に限定されないが、本方法及び／または装置は、添付の特許請求の範囲内にある全ての実装例を含むことが意図される。
【図１】
2017522452.tif 000002
【図２Ａ】
2017522452.tif 000003
【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
2017522452.tif 000006
【図４Ｂ】
2017522452.tif 000007
【図５】
2017522452.tif 000008
【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年8月29日(2016.8.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェブ上に材料の層を形成するためのシステムであって、前記ウェブが、第１の表面及び前記第１の表面と反対側の第２の表面を有し、前記システムが、
前記ウェブの前記第１の表面が１つ以上の処理ステップを受ける間、前記ウェブを運搬するように構成された搬送デバイスと、
第１の流体送達装置及び第２の流体送達装置であって、前記搬送デバイスの上に位置付けられており、間隙が前記第１及び第２の流体送達装置の各々と前記ウェブの前記第１の表面との間に存在するように配設されており、前記ウェブの前記第１の表面上に二価カドミウム、二価亜鉛、または三価インジウムを含む１つ以上の流体を送達するように構成される、第１の流体送達装置及び第２の流体送達装置と、
前記第１の送達装置と前記第２の送達装置との間に配設された空間内に位置付けられている第１の流体除去装置と、を備える、システム。
【請求項２】
前記第１の流体除去装置が、吸引デバイスを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ウェブが前記１つ以上の処理ステップを受けるとき、前記ウェブを加熱するように構成された１つ以上の加熱装置をさらに備える、請求項１または請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
吸引デバイスを備える第２の流体除去装置をさらに備え、第２の流体除去装置が、前記第２の流体送達装置により送達された流体を除去するように位置付けられる、請求項１〜３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記第２の流体除去装置に隣接して、かつ前記第１の送達装置と前記第２の送達装置との間に配設された空間とは反対側に位置付けられたすすぎ装置をさらに備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記１つ以上の流体が、二価カドミウムを含む材料を含有する溶液を含む、請求項１〜５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
前記第２の流体除去装置の向こう側で前記すすぎ装置に隣接して位置付けられた乾燥装置をさらに備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
ウェブ上に材料の層を形成するための方法であって、前記ウェブが、第１の表面及び前記第１の表面と反対側の第２の表面を有し、前記ウェブが、水平配向に配設され、前記方法が、
前記ウェブ上で１つ以上の処理ステップを行うために、包囲空間内で前記ウェブを水平に移動させることと、
前記ウェブの上に位置付けられた第１の流体送達装置を介して、前記ウェブに、二価カドミウム、二価亜鉛、または三価インジウムを含む第１の流体を送達することであって、前記第１の流体送達装置が、間隙が前記第１及び第２の流体送達装置の各々と前記ウェブの前記第１の表面との間に存在するように配設される、送達することと、
第１の流体除去装置を介して、前記ウェブから前記第１の流体の一部分を除去することと、
前記第１の流体の一部分を除去した後に、前記ウェブの上に配置された第２の流体送達装置を介して、前記ウェブに、二価カドミウム、二価亜鉛、または三価インジウムを含む第２の流体を送達することと、
前記ウェブ上に材料の層を形成することと、を含む、方法。
【請求項９】
前記第１の流体の送達の後に、前記ウェブを加熱することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の流体の送達の後に、前記ウェブを加熱することをさらに含む、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ウェブ上で形成された前記材料の層が、ＣｄＳ、Ｉｎ３Ｓ２、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）、ＺｎＳ、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）、ＺｎＣａ（ＯＨ，Ｓ）、ＺｎＭｇ（ＯＨ，Ｓ）、またはＣｄＯである、請求項８〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の流体が、二価カドミウムを含む材料を含む、請求項８〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記ウェブから前記第１の流体の前記一部分を除去することが、前記ウェブ上での前記第１の流体中の相当数の粒子の形成前に実施される、請求項８〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
第２の流体除去装置を介して、前記ウェブから前記第２の流体の一部分を除去することをさらに含む、請求項８〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の流体送達装置が、前記ウェブ上に少なくとも約１ｍｍの深さを有する流体層を生成するのに十分な速度で前記ウェブに流体を送達する、請求項８〜１４のいずれかに記載の方法。
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月19日(2016.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェブ上に材料の層を形成するためのシステムであって、前記ウェブが、第１の表面及び前記第１の表面と反対側の第２の表面を有し、前記システムが、
前記ウェブの前記第１の表面が１つ以上の処理ステップを受ける間、前記ウェブを運搬するように構成された搬送デバイスと、
第１の流体送達装置及び第２の流体送達装置であって、前記搬送デバイスの上に位置付けられており、間隙が前記第１及び第２の流体送達装置の各々と前記ウェブの前記第１の表面との間に存在するように配設されており、前記ウェブの前記第１の表面上に二価カドミウム、二価亜鉛、または三価インジウムを含む１つ以上の流体を送達するように構成される、第１の流体送達装置及び第２の流体送達装置と、
前記第１の送達装置と前記第２の送達装置との間に配設された空間内に位置付けられている第１の流体除去装置と、を備える、システム。
【請求項２】
前記第２の流体送達デバイスにより送達された流体を除去するように位置付けられた第２の流体除去装置をさらに妥協し、前記第１の流体除去装置及び前記第２の流体除去装置のうちの少なくとも１つが、吸引デバイスを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ウェブが前記１つ以上の処理ステップを受けるとき、前記ウェブを加熱するように構成された１つ以上の加熱装置をさらに備える、請求項１または請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２の流体除去装置に隣接して、かつ前記第１の送達装置と前記第２の送達装置との間に配設された空間とは反対側に位置付けられたすすぎ装置をさらに備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記第２の流体除去装置の向こう側で前記すすぎ装置に隣接して位置付けられた乾燥装置をさらに備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
ウェブ上に材料の層を形成するための方法であって、前記ウェブが、第１の表面及び前記第１の表面と反対側の第２の表面を有し、前記ウェブが、水平配向に配設され、前記方法が、
前記ウェブ上で１つ以上の処理ステップを行うために、包囲空間内で前記ウェブを水平に移動させることと、
前記ウェブの上に位置付けられた第１の流体送達装置を介して、前記ウェブに、二価カドミウム、二価亜鉛、または三価インジウムを含む第１の流体を送達することであって、前記第１の流体送達装置が、間隙が前記第１及び第２の流体送達装置の各々と前記ウェブの前記第１の表面との間に存在するように配設される、送達することと、
第１の流体除去装置を介して、前記ウェブから前記第１の流体の一部分を除去することと、
前記第１の流体の一部分を除去した後に、前記ウェブの上に配置された第２の流体送達装置を介して、前記ウェブに、二価カドミウム、二価亜鉛、または三価インジウムを含む第２の流体を送達することと、
前記ウェブ上に材料の層を形成することと、を含む、方法。
【請求項７】
前記第１の流体の送達の後に、前記ウェブを加熱すること、前記第２の流体の送達の後に、前記ウェブを加熱すること、またはそれらの両方をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ウェブから前記第１の流体の前記一部分を除去することが、前記ウェブ上での前記第１の流体中の相当数の粒子の形成前に実施される、請求項６〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
第２の流体除去装置を介して、前記ウェブから前記第２の流体の一部分を除去することをさらに含む、請求項６〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の流体送達装置が、前記ウェブ上に少なくとも約１ｍｍの深さを有する流体層を生成するのに十分な速度で前記ウェブに流体を送達する、請求項６〜９のいずれかに記載の方法。
【国際調査報告】
2017522452.tif 000010
2017522452.tif 000011
2017522452.tif 000012