(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御された環境を収容するための内部を有する包囲筐と、
包囲筐内に位置し、ハウジングを有するオーブンであって、ハウジングは、加熱チャンバーを形成し、加熱チャンバーは、制御された環境が、加熱チャンバー内にも及ぶように包囲筐の内部と連通しているオーブンと、
ガラスシートを含む基板を支持し、搬送するため、オーブンの加熱チャンバー内に互いに間隔をおいて配置された水平なロールであって、各々が、オーブンのハウジングを貫通してオーブンの加熱チャンバーから外側に延びる少なくとも一つの端部を有するロールを含むローラーコンベヤであって、更にオーブンのハウジングを貫通してオーブンの加熱チャンバーから外側に突出するロールの端部を回転駆動するため、包囲筐の内部でオーブンの外側に配置されたロール駆動機構を含むローラーコンベヤと、
基板がローラーコンベヤに載って前記加熱チャンバーを抜けて連続的に搬送される間に、基板の上を向いた面に半導体材料の層として蒸着される加熱された蒸気を供給するため、オーブン内にある少なくとも一つの蒸着ステーションとを、備えており、
前記蒸着ステーションは、昇華して半導体材料の層として蒸着される加熱された蒸気を供給する原料物質を受容するため、オーブン内でローラーコンベヤの上方に位置する原料物質ホルダーを含んでいることを特徴とする光起電デバイスの製造装置。
【請求項２】
最初に言及した半導体材料の層との界面を有する他の半導体材料の追加の層を基板に蒸着させるための追加の蒸着ステーションを含んでいることを特徴とする請求項１記載の光起電デバイスの製造装置。
【請求項３】
二つの追加の蒸着ステーションを含む光起電デバイスの製造装置であって、二つの追加の蒸着ステーションの一方が、最初に言及した半導体材料の層との界面を有するよう、最初に言及した半導体材料の層の前に、他の半導体材料の追加の層を基板に蒸着させ、二つの追加の蒸着ステーションのもう一方が、もう一方の界面と間隔をおいて位置する他の界面を有するよう、最初に言及した半導体材料の層の後に、更に別の半導体材料の他の追加の層を基板に蒸着させる、ことを特徴とする請求項１記載の光起電デバイスの製造装置。
【請求項４】
蒸着ステーションの原料物質ホルダーは、上に開いたホルダートラフを含んでいることを特徴とする請求項３記載の光起電デバイスの製造装置。
【請求項５】
蒸着ステーションは、原料物質ホルダーの上方に位置していて下に開いた形状を有する偏向要素を更に含んでいることを特徴とする請求項４記載の光起電デバイスの製造装置。
【請求項６】
原料物質ホルダーは、上に開いていて互いに間隔をおいて位置する関係にあるコンベヤロールと平行に延びる細長いホルダートラフと、ホルダートラフの上方に位置し、下に開いた形状を有する偏向要素とを含むことを特徴とする請求項１記載の光起電デバイスの製造装置。
【請求項７】
駆動機構は、制御された環境を収容した包囲筐内のオーブンから外側に突出したコンベヤロールの端部を駆動する連続駆動ループを含んでいることを特徴とする請求項１記載の光起電デバイスの製造装置。
【請求項８】
各コンベヤロールの両端部が、オーブンの両側でオーブンから外側に突出し、駆動機構は、制御された環境を収容した包囲筐内のオーブンの両側でコンベヤロールの端部をそれぞれ支持し、摩擦駆動する一対の連続駆動ループを含んでいることを特徴とする請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光起電デバイスの製造方法及び装置に関し、更に、それらによって得られる光を電気に変換するための製品に関する。
【０００２】
【背景技術】
光起電効果は、1839年、エドムント・ベクレルによって、光を受けた弱導電性溶液中の二つの同じ電極を横切って電圧が現れることに彼が注目した時に、初めて観察された。この光起電効果は、1870年代には、初めセレン等の固体で研究されており、1880年代までは、光を電気に変換する効率が1〜2％のセレン光電池が製造されていた。
【０００３】
一世紀以上前の光起電力に関する初期の実験以来、光起電デバイス、即ち、太陽電池用の半導体の開発に多くの仕事がなされてきた。初期の仕事の多くは、例えば約100μの程度の比較的厚い膜が必要で、しかも、効率的に機能するためには、単結晶の形態又は単結晶に非常に近い形態の非常に高品質のものでなければならない結晶質シリコンを用いて行なわれた。シリコン電池を製造するための最も一般的な方法は、単結晶シリコン種結晶を溶融シリコンに接触させ、次いで、種結晶及び溶融物の双方を反対向きに回転させながら引き上げて溶融シリコンの持ち上がったメニスカスをもたらし、半径方向の成長を促進する単結晶円筒法によるものである。適当なドーピングで電池はN-型又はP-型半導体の何れかになり、約100 μのウェファーにスライスして接合部を形成すると太陽電池、即ち、光起電デバイスができる。加えて、インゴットのキャスティングによって結晶質シリコンを製造することができるが、その固化は、単結晶円筒の場合のようには容易に制御することができず、得られる製品が多結晶質構造である。光起電デバイスを製造するのにウェファーに切る必要がなく、しかも品質の良い結晶質シリコンリボンを直接製造することも行なわれてきた。溶融紡糸と称する他のアプローチには、所望の形状と太さを有する細口の型に外側に向かって広がるよう、溶融シリコンを紡糸ディスクに注ぐことが必要である。溶融紡糸に伴う高い回転速度が、形成速度を高めるが、結晶の質を劣化させる。
【０００４】
より最近の光起電力に関する開発は、厚膜半導体よりもはるかに薄くなるよう、10μ未満の厚さを有する薄膜を伴うものである。斯かる薄膜半導体には、非晶質のシリコン、二セレン化銅インジウム、ヒ化ガリウム、硫化銅及びテルル化カドミウムがある。非晶質のシリコンは、米国特許第5,016,562 号によって開示されているように、プラズマ強化放電(plasma enhanced discharge）、又はグロー放電によって薄膜半導体にされてきた。薄膜半導体を製造するのに用いられる他の方法には、電着、スクリーン印刷、及び至近距離昇華(close-spaced sublimation)がある。至近距離昇華法は、テルル化カドミウムに関してを用いられており、ガラスシート基板を封止されたチャンバーに挿入した後、加熱することによって行なわれる。ガラスシート基板は、その周辺部で、原料物質であるテルル化カドミウムと通常２〜３mmの非常に接近した関係に支持される。加熱が、約450 〜500℃まで進行すると、テルル化カドミウムは、非常に緩慢に元素のカドミウムとテルルに昇華し始め、約650〜725℃の温度に達すると、昇華は、より高速になり、元素のカドミウムとテルルは、周辺部で支持されたガラスシート基板の下向きの面に、かなりの速度でテルル化カドミウムとして再結合する。続いて、チャンバーを開いてテルル化カドミウムが蒸着された基板を取り出す前に、加熱を停止する。このように、テルル化カドミウムの蒸着は、加工処理の初めには上昇し、加工処理の終わりには低下する変化する温度で行なわれる。更に、斯かる至近距離昇華が先に行なわれた最大面積は、約100平方センチ(100cm.2 square)である。
【０００５】
基板の大きさを増やすことは、周辺部のみで支持された加熱された基板は中央部がたるむ傾向があるため、平面性の維持に問題を生じさせることがある。
テルル化カドミウム処理に関する更に完璧な解説が、"Harnessing SolarPower-The Photovoltaics Challenge" by Ken Zweibel, published by Plenum Press of New York and Londonに述べられている。
【０００６】
【発明の目的】
本発明の目的は、比較的速い蒸着速度で高品質の半導体材料が蒸着された大きな、即ち、1000cm2 を越える面積のガラスシート基板を用いることにより達成された低コスト電力を生じさせることのできる改良された光起電デバイスの製造装置を提供することである。
本発明の上記の目的及び他の目的の実施にあっては、本発明による光起電デバイスの製造方法は、加工処理の間、定常状態で約650℃よりも高い温度に加熱された収容された環境を確立すること、及びカドミウム及びテルルの蒸気を収容された環境に導入することとによって行なわれる。太陽エネルギーを吸収するための半導体として機能するよう、基板の一方の面にテルル化カドミウムの層を連続高温蒸着するため、約550〜640℃の範囲の温度に加熱されたガラスシートを含むシート基板が、収容された環境内を搬送される。
【０００７】
【課題を解決する手段】
本発明は、
制御された環境を収容するための内部を有する包囲筐と、
包囲筐内に位置し、ハウジングを有するオーブンであって、ハウジングは、加熱チャンバーを形成し、加熱チャンバーは、制御された環境が、加熱チャンバー内にも及ぶように包囲筐の内部と連通しているオーブンと、
ガラスシートを含む基板を支持し、搬送するため、オーブンの加熱チャンバー内に互いに間隔をおいて配置された水平なロールであって、各々が、オーブンのハウジングを貫通してオーブンの加熱チャンバーから外側に延びる少なくとも一つの端部を有するロールを含むローラーコンベヤであって、更にオーブンのハウジングを貫通してオーブンの加熱チャンバーから外側に突出するロールの端部を回転駆動するため、包囲筐の内部でオーブンの外側に配置されたロール駆動機構を含むローラーコンベヤと、
基板がローラーコンベヤに載って搬送される間に、基板の上を向いた面に半導体材料の層として蒸着される加熱された蒸気を供給するため、オーブン内にある少なくとも一つの蒸着ステーションとを、
備えていることを特徴とする光起電デバイスの製造装置である。
【０００８】
本発明の実施形態は以下のとおりである。
最初に言及した半導体材料の層との界面を有する他の半導体材料の追加の層を基板に蒸着させるための追加の蒸着ステーションを含んでいることを特徴とする。
二つの追加の蒸着ステーションを含む光起電デバイスの製造装置であって、
二つの追加の蒸着ステーションの一方が、最初に言及した半導体材料の層との界面を有するよう、最初に言及した半導体材料の層の前に、他の半導体材料の追加の層を基板に蒸着させ、
二つの追加の蒸着ステーションのもう一方が、もう一方の界面と間隔をおいて位置する他の界面を有するよう、最初に言及した半導体材料の層の後に、更に別の半導体材料の他の追加の層を基板に蒸着させる、
ことを特徴とする。
蒸着ステーションは、昇華して半導体材料の層として蒸着される加熱された蒸気を供給する原料物質を受容するため、オーブン内でローラーコンベヤの上方に位置する原料物質ホルダーを含んでいることを特徴とする。
蒸着ステーションの原料物質ホルダーは、上に開いたホルダートラフを含んでいることを特徴とする。
【０００９】
蒸着ステーションは、原料物質ホルダーの上方に位置していて下に開いた形状を有する偏向要素を更に含んでいることを特徴とする。
原料物質ホルダーは、上に開いていて互いに間隔をおいて位置する関係にあるコンベヤロールと平行に延びる細長いホルダートラフと、ホルダートラフの上方に位置し、下に開いた形状を有する偏向要素とを含むことを特徴とする。
蒸着ステーションは、オーブン内の基板の温度に影響を与えることなしに温度を制御することのできる加熱蒸気供給部を含んでおり、加熱蒸気供給部は、搬送された基板の上向きの面に半導体材料の層として蒸着させるため、加熱蒸気を蒸着ステーションに供給する供給導管手段を有していることを特徴とする。
加熱蒸気供給部は、加熱蒸気を供給するためのヒーターと、加熱蒸気を、ヒーターから供給導管手段を通じて蒸着ステーションへと移送するためのキャリヤーガスのソースを含んでいることを特徴とする。
【００１０】
加熱蒸気供給部は、加熱蒸気の別個の加熱蒸気成分を供給するための一対のヒーターを含み、加熱蒸気供給部は、加熱蒸気を、一対のヒーターから供給導管手段を通じて蒸着ステーションへと移送するためのキャリヤーガスのソースを更に含んでいることを特徴とする。
駆動機構は、制御された環境を収容した包囲筐内のオーブンから外側に突出したコンベヤロールの端部を駆動する連続駆動ループを含んでいることを特徴とする。
各コンベヤロールの両端部が、オーブンの両側でオーブンから外側に突出し、駆動機構は、制御された環境を収容した包囲筐内のオーブンの両側でコンベヤロールの端部をそれぞれ支持し、摩擦駆動する一対の連続駆動ループを含んでいることを特徴とする。
半導体材料の層が蒸着された基板を迅速に冷却し、それにより、基板のガラスシートを強化するため、蒸着ステーションの下流に位置する冷却ステーションを更に含んでいることを特徴とする。
本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に関連してとらえると、発明を実施するための最良の形態に関する以下の詳細な説明から容易に明らかとなろう。
【００１１】
【発明を実施するための最良の形態】
図１を参照すると、全体を２０で示すシステムが、図２乃至図５に示すような光起電デバイス２２を製造するよう構成されている。この装置によって製造される種類の光起電デバイス２２又は太陽電池は、ガラスシート２６（図４）を含むシート基板２４を含み、本明細書で以下により充分に説明するように、反対に向いた面２８及び３０を有している。低コストの電力を生じさせるため、基板２４は、約1000平方センチより大きな広い面積のものであり、具体的に図示した実施態様は、約２フィート x４フィートになるように、60cm x 120cmの大きさを有している。半導体材料３２（図４）を基板２４の一方の面２８に蒸着させ終わり、本明細書で以下により充分に説明する他の加工も終了した後、できあがった光起電デバイス２２は、基板の対向する側面３６の間を横方向に延びているように示されていて本明細書でやはり以下により充分に説明するように互いに直列に連結された電池３４を有している。更に、電池３４は、基板の対向する端４０の間を長手方向に延びることもでき、それでもやはり、効率的に機能できることが認識さるべきである。基板の対向する端４０にある電気端子３８が、光起電フィールドの一部として基板の電気接続をもたらしている。図５により具体的に示すように、三つの光起電デバイス２２が、太陽４６から光を受け、それにより電気エネルギーを生じさせるよう、適当なフレーム４２によって逆向きに支持され、地上支持体４４によって適当な角度に配置される。
【００１２】
図１に示すシステム２０の加工処理は、建築の目的で用いる際の光学的特質を向上させるため、大気圧化学蒸着によって0.04μの厚さに付着させた酸化錫の膜４８を有する5mm(3/16インチ）の厚さのガラスシート２６を有する図４に示すようなシート基板２４を用いて開始される。バリヤーを提供するため、二酸化珪素膜５０が、大気圧化学蒸着により酸化錫膜を覆って0.02μの厚さに付される。
0.３μの厚さの弗素添加された他の酸化錫膜が、二酸化珪素膜５０を覆って付され、弗素添加で反射能が向上した建築用途の反射膜として機能する。この第二の酸化錫膜５０は、本明細書で以下に更に充分に説明するように、光起電デバイス２２のための電極として機能する。ガラスシート２６に蒸着させた膜４８、５０及び５２を備えた斯かる基板２４は、市販されており、図１に示すシステム２０によって光起電デバイス２２を製造することのできる出発製品である。
【００１３】
図１を参照すると、システム２０は、加工処理のためにシート基板を負荷する負荷ステーション５４を含んでいる。負荷の後、基板は、任意の種類の市販のガラス洗浄及び乾燥ステーション５６に移送される。コーナーコンベヤ５８が、基板を、洗浄及び乾燥ステーション５６からレーザースクライビングステーション６０に移送し、レーザースクライビングステーションは、スクライブライン６２（図４）の位置で酸化錫膜５２を切断して電池３４を互いに隔絶させる。スクライブした基板は、次いで、半導体の蒸着に先立って洗浄及び乾燥を行なうため、他の洗浄及び乾燥ステーション６４に移送される。続いて、洗浄及び乾燥した基板は、初期レーザースクライビングが電池を隔絶したことを確認するため、試験／排除ステーション６６に移送される。
【００１４】
図１を続けて参照すると、システム２０は、半導体の蒸着に備えて基板を約550 〜640 ℃の範囲の温度に加熱するための適当なヒーター６８を含んでいる。しかる後、基板は、本発明に従って構成され、半導体材料の層を蒸着するための三つの蒸着ステーション７４、７６及び７８を有するものとして開示されている蒸着ゾーン７２を含む装置７０に移送される。より具体的には、第一の蒸着ステーション７４は、0.05μの厚さでN型半導体として作用する硫化カドミウム層８０（図４）を蒸着する。図１に示す蒸着ステーション７６は、1.６μの厚さでＩ型半導体として作用するテルル化カドミウム層８２を蒸着する。しかる後、蒸着ステーション７８は、0.１μの厚さでＰ型半導体として作用するテルル化亜鉛である他の半導体層８４（図４）を蒸着する。半導体層８０及び８２は、N-I 型の一方の接合部を提供する界面８１を有しており、半導体層８２及び８４は、I-P 型のもう一方の接合部を提供する界面８３を有している。これらの界面８１及び８３は、通常、一原子の尺度で急激に変化するものではなく、移行領域において多数の原子層にわたっている。
【００１５】
本発明の装置７０は、更に冷却ステーション８６を含むものとして図１に示されており、冷却ステーションは、本明細書で以下により充分に説明するように、ガラスシートを強化するため、半導体材料が蒸着されたガラスシート基板の速やかな冷却をもたらすものである。
図１に示すコーナーコンベヤ８８が、冷却ステーション８６から基板を受け、ピンホール補修ステーション９０に移送する前に基板の追加の冷却を行なうこともできる。ピンホール補修ステーション９０の適当なスキャナーが、基板に背面照明ゾーンを通過させ、次いで、適当な粘稠不導性材料で空隙を充填するコンピュータ制御のマルチヘッド送出システムに情報を伝送することにより、基板を走査して蒸着させた半導体層のピンホールを検知する。斯かる補修の後、基板は、第二のレーザースクライビングステーション９２に移送され、このレーザースクライビングステーションは、半導体層８０、８２及び８４を通じて、基板の対向する側面の間で、電極として作用する酸化錫層５２のスクライブ６２から離れた位置にスクライブ９４（図４）を切る。ステーション９２における半導体のスクライビングの後、基板は、コーナーコンベヤ９６によって受け取られ、このコーナーコンベヤは、スクライビングによって離脱した半導体材料を除去するための適当な送風機及び真空装置を含んでいる。
【００１６】
スパッタステーション９８が、図１に示すコーナーコンベヤ９６から基板を受け、半導体層全体並びにスクライブライン９４の側面及び底面に、ニッケル層１００（図４）を蒸着する。このニッケルスパッタは、直流磁電管スパッタによって行なうのが好ましく、次の蒸着物のための安定した接触面を提供するのに、ほんの約100 Åの厚さを要するだけである。しかる後、基板は、スパッタステーション１０２に移送され、このスパッタステーション１０２は、ニッケル層１００一面に0.３μの厚さのアルミニウム層１０４を蒸着し、このアルミニウム層は、もう一方の電極として作用する酸化錫膜５２のように、半導体層の反対側で電極として作用する。アルミニウム層１０４は、インライン複数カソード直流磁電管スパッタによって蒸着される。しかる後、基板は、他のスパッタステーション１０６によって受け取られ、スパッタステーション１０６は、アルミニウム層の酸化を防止するため、電極アルミニウム層１０４を覆って他のニッケル層１０８を付着させる。
【００１７】
図１に示す第三のレーザースクライビングステーション１１０が、スパッタステーション１０６から基板を受け、次いで、半導体層だけでなく電極アルミニウム層１０４並びに電極アルミニウム層が隣接するニッケル層１００及び１０８を通じてスクライブライン１１２（図４）を切り、基板の対向する側面の間に電池の隔絶を完成させる。このスクライビングステーションを出ると、送風機１１４が、モジュールステーション１１６に移送する前の基板から離脱した粒子を除去し、モジュールステーションは、得られた光起電デバイスを所定の照度下で試験し、基準と比較するため電気出力を測定して製品が満足すべきものであるか否かを決定する。次いで、満足な基板は、組立ステーション１１８に移送され、ここで、母線が、各基板の端に超音波溶接され、ワイヤリードが、配列になった光起電デバイスを接続するため、母線にハンダ付けされる。しかる後、光起電デバイス２２は、封入ステーション１２０に移送され、ここで、取出ステーション１２４に移送する前に、適当な封入層１２２（図４）を付して硬化させる。続いて、完成した光起電デバイス２２は、図５に関連して先に説明したように、電力を発生させる光起電配列を構成するため、パネルに組み立てる。
【００１８】
システム２０は、本発明の装置７０を用いるのであれば、例示のステーション以外のステーションを用いて構成してもよいことが認識さるべきである。例えば、電池３４を画成するためのレーザースクライビングステーション６０、９２及び１１０ではなく、写真平版パターン形成を用いて電池を得ることが可能である。
【００１９】
図６及び図７を参照すると、本発明に係わる光起電デバイスの製造装置７０は、先に説明したヒーター６８とコーナーコンベヤ８８との間を延びる包囲筐１２６を含んでいる。この包囲筐１２６は、図７に最も良く示すように、底部壁１２８、上部壁１３０、及び側壁１３２、その他、制御された環境を内包することのできる包囲された内部を提供するため、壁の間を封止する底部１３４及び上部シール１３６を含んでいる。包囲筐１２６の封止状態を維持するため、適当なファスナー又はクランプを利用することができる。
【００２０】
図６に示すように、包囲筐１２６右側上流端は、入口弁１３８を含んでおり、加熱した基板２４をヒーター６８から受容するため、入口弁の作動機構１４０が、弁要素１４２を移動させて包囲筐を開く。しかる後、作動機構１４０は、弁要素１４２を閉じて包囲筐を封止する。本明細書で以下により充分に説明するような蒸着ゾーン７２の蒸着ステーション７４、７６及び７８での半導体の蒸着の後、蒸着ゾーン７２の左側下流端のもう一つの弁１４４が、半導体材料が被覆された基板２４を冷却ステーション８６へと通過させるため、弁の作動機構１４６が弁要素１４８を開くよう、稼働する。この移送が行なわれる際、冷却ステーション８６の下流端の更に別の弁１５０が、その作動機構１５２が弁要素１５４を包囲筐１２６に関して閉位置に配置させた状態で、閉じられる。先に説明したような連続加工処理ができるよう、基板２４を冷却ステーション８６へと移送した後、弁１４４が閉じ、しかる後、冷却された基板２４を冷却ステーション８６からコンベヤ８８へと移送することができるよう、弁１５０が開く。
【００２１】
図６、図７及び図８に最も良く示すように、本装置の蒸着ゾーン７２は、包囲筐１２６内に位置していて加熱チャンバー１６０を形成するハウジング１５８を有するオーブン１５６を含んでおり、加熱チャンバーは、包囲筐１２６内の制御された環境が、加熱チャンバー内にも及ぶように包囲筐１２６の内部と連通している。このオーブンのハウジング１５８は、下部冷却プレート１６２及び上部冷却プレート１６４を含んでおり、下部及び上部冷却プレートは、それぞれ、適当な冷却剤が流通する冷却剤流路１６６及び１６８を有している。ハウジング１５８は、更に、適当な断熱材からなる下部断熱体壁１７０及び上部断熱体壁１７２を含むほか、やはり適当な断熱材からなる下側部断熱体１７４及び上側部断熱体壁１７６を含んでいる。これらの断熱体壁１７０、１７２、１７４及び１７６は、協働して加熱チャンバー１６０を形成し、この加熱チャンバーにおいて、本明細書で以下により充分に説明するように、半導体の蒸着が行なわれる。この半導体の蒸着は、図８に示すように断熱体１８０によって下部断熱体壁１７０に取り付けられた電気発熱体１７８と、上部断熱体壁１７２に埋め込まれた適当な電気抵抗発熱体１８２とによってもたらされる高温で行なわれる。
【００２２】
図６及び図７を組み合せて参照すると、装置７０は、先に説明したようにガラスシートを含む加熱された基板２４を支持及び搬送するため、加熱チャンバー１６０内に互いに間隔をおいて配置された水平なロール１８６を有するローラーコンベヤ１８４を更に含んでいる。各ロール１８６は、図７に最も良く示すように、オーブンのハウジング１５８を貫通してオーブン１５６の加熱チャンバー１６０から外側に延びる少なくとも一つの端部１８８を有しており、その両端部がそうであるのが好ましい。より具体的には、ロールの端部１８８は、図８に示すように、下側部断熱体壁１７４及び上側部断熱体壁１７６の係合界面１９４におけるそれらの断熱体壁の半円形の開口１９０及び１９２によって協働的にもたらされる孔を通って外側に延びている。ロールの端部１８８は、ローラーコンベヤ１８４のロール駆動機構１９６によって駆動される。このロール駆動機構１９６は、図７に示すように、半導体の蒸着の間に基板２４を搬送するため、包囲筐１２６の内部でオーブン１５６の外側に配置され、本明細書で以下により充分に説明するように、ロールの端部を回転駆動させる。
【００２３】
装置７０の蒸着ゾーン７２は、図６に示し、先に述べたように、基板２４がローラーコンベヤ１８４に載って搬送される間に、基板の上を向いた面に半導体材料の層として蒸着される加熱された蒸気を供給するため、オーブン１５６内に少なくとも一つの蒸着ステーション、好ましくは三つの蒸着ステーション７４、７６及び７８を含んでいる。より具体的には、一つの蒸着ステーション７４は、硫化カドミウム層８０（図４）として蒸着される硫化カドミウムの加熱された蒸気を供給する一方、図６に示す蒸着ステーション７６は、硫化カドミウムとの界面８１を有するテルル化カドミウム層８２（図４）として蒸着される加熱された蒸気を供給する。更に、図６に示す蒸着ステーション７８は、テルル化カドミウム層８２との界面８３を有するテルル化亜鉛等の別の半導体層８４として蒸着される加熱された蒸気を供給する。
【００２４】
図７及び図８を組み合せて参照すると、蒸着ステーション７４及び７８の例示にもなる一蒸着ステーション７６は、原料物質２００、この例では、本装置によって蒸着される主要半導体材料であるテルル化カドミウムを受容するため、オーブン１５６内のローラーコンベヤ１８４に位置する原料物質ホルダー１９８を含むものとして開示されている。この原料物質は、オーブンチャンバー１６０の加熱状態によって昇華し、ローラーコンベヤ１８４によって支持された搬送された基板２４に蒸着される元素の(elemental）カドミウム及びテルルの蒸気をもたらす。より具体的には、蒸着ステーション１７６の原料物質ホルダー１９８は、原料物質２００を受容するため上向きに開いた少なくとも一つのホルダートラフ２０２を含んでおり、本明細書で以下により充分に説明するように、斯かるホルダートラフが複数あるのが好ましい。蒸着ステーションは、更に、原料物質トラフ２０２の上方に位置していて下向きに開いた形状を有する偏向要素２０４を含んでいる。図示のように、細長い形状を有し、上向きに開いてコンベヤのロールと平行に延びる複数のホルダートラフ２０２があり、それらの両端が、適当な支持体２０６によって、オーブンチャンバー１６０内で上側部断熱体壁１７６に取り付けられている。同様に、偏向要素２０４も、コンベヤロール１８６と平行に延びる細長い形状を有し、それらの両端が、支持体２０６によって、上側部断熱体壁１７６に取り付けられている。トラフ２０２及び偏向要素２０４は何れも、半導体の蒸着の間にオーブンが加熱される高温に耐えることができるよう、石英でできていることが好ましい。更に、偏向要素２０２は、蒸着のために加熱された蒸気を基板２４の方に下方に向けるだけでなく、材料が上から下方に落下して蒸着されている半導体の質を損うことを防止するシールドの提供もする。また、図６に示すように、一対のバッフル２０７が、蒸着ステーション７４から蒸着ステーション７６へ基板２４を搬送できるようにしているスリットを形成しているが、これらのバッフルは、加熱された蒸気がこれらのステーションの間を流れるのを制限する。もう一対の同様のバッフル２０７が、蒸着ステーション７６と７８との間で同様の機能をもたらす。
【００２５】
図９を参照すると、蒸着ステーション７６ａの他の実施態様が、オーブン１５６内の基板２４の温度に影響を与えることなしに温度を制御することのできる加熱蒸気供給部２０８を含んでいる。加熱蒸気供給部は、コンベヤ１８４によって搬送された基板２４に蒸着させるための加熱蒸気を供給する手段を提供する供給導管２１０を含んでいる。より具体的には、この実施態様は、ヒーター２１２を含むものとして図示されており、このヒーターで、原料物質２００、例えばテルル化カドミウムを加熱して導管２００を通じてオーブン１５６に供給するカドミウム及びテルルの加熱された蒸気を提供する。このヒーター２１２は、オーブン１５６及び包囲筐１２６双方の外側に位置し、蒸着用の加熱蒸気を供給するため、導管２１０が包囲筐及びオーブン内に延びているものとして示されている。しかしながら、ヒーター２１２は、包囲筐１２６内のオーブン１５６の外側に配置することも、例えば、断熱体及び／又は基板から離れた位置を用いることにより、基板２４の温度に影響を与えることなしにオーブンの加熱チャンバー１６０内に配置することもできることが認識さるべきである。更に、窒素等のキャリヤーガスのソース２１４が、制御弁２１６を通じて供給され、加熱された蒸気をヒーター２１２からオーブン１５６へと移送するのを助ける。外側に配置された原料物質ヒーター２１２の他の利点は、蒸着に必要な原料物質の加熱を行なうのに、オーブン１５６の温度とは独立に、ヒーターを容易に制御できることである。
【００２６】
図１０を参照すると、オーブン１５６内にある蒸着ステーション７６ｂの別の実施態様が、やはり加熱蒸気供給部２０８を含むものとして示されており、加熱蒸気供給部は、それぞれ元素のカドミウム及びテルルを互いに独立に加熱するための一対の原料物質ヒーター２１２’を含んでいる。これらのヒーターは、好ましくは、ソース２１４から導管枝２１０’及び２１０”とそれぞれ連携する制御弁２１６’及び２１６”を通じて供給される窒素等のキャリヤーガスを用いることにより、加熱された蒸気を導管２１０を通じてオーブン１５６の内部に供給する。
図６に示すように、駆動機構１９６は、推進リーチ２２０及び回帰リーチ２２２を有する連続駆動ループ２１８を含んでいる。図７に示す好ましい構成には、オーブンの対向する側面においてコンベヤロールの端部１８８をそれぞれ支持し、回転駆動する一対の駆動ループ２１８がある。この駆動ループ２１８は、駆動チェーンによって具現化することが好ましく、駆動チェーンは、図６に示すように、その上流端が駆動スプロケット２２４により受けとめられ、その下流端が駆動スプロケット２２６によって受けとめられている。図７に示すような包囲筐側壁１３２に付した上部支持体２２８が、一対の駆動ループ２１８の推進リーチ２２０を支持する一方、下部支持体２３０が、駆動ループの回帰リーチ２２２を摺動可能に支持する。シールを貫通して包囲筐１２６内に延びる適当な電動機駆動の駆動シャフトが、駆動チェーンを受けとめる駆動スプロケット２２０を反時計回りの向きに回転駆動させて上部推進リーチ２２０を右向きに移動させ、それにより、コンベヤロール１８６を反時計回りに摩擦駆動させて基板２４を左向きに搬送する。図７に示す位置決め要素２３２が、ロールの端部１８８と係合して、コンベヤロール１８６を、蒸着ゾーン７２及び冷却ステーション８６の双方を通って装置の長さに沿って位置決めする適当なローラーを含んでいるのがよい。
【００２７】
本発明による包囲筐内の制御された環境と異なり、周囲雰囲気内にあるガラスシート加熱炉が、米国特許第3,934,970号、第3,947,242号、及び第3,994,711 号に開示されている。これらの炉は、本発明のローラーコンベヤと同様の態様で、ロールが、連続駆動ループ、即ち、チェーンによって摩擦駆動されるローラーコンベヤを有している。
図６を参照すると、冷却ステーション８６は、下部送風ヘッド２３４及び上部送風ヘッド２３６を含んでおり、これらの送風ヘッドは、ローラーコンベヤ１８４の下及び上にそれぞれ位置し、半導体材料を蒸着した基板２４を速やかに冷却することにより基板のガラスシートを強化する窒素等の急冷ガスを供給するためのノズルを有している。より具体的には、この急速な冷却は、ガラスシートの反対に向いた面を圧縮状態に、それらの面の間のガラスシート中央部を引張状態にする。
【００２８】
上記の装置７０内で光起電デバイスを製造する方法は、真空に吸引することによりオーブン１５６内に収容された環境を確立すること、又は包囲筐１２６内の別の制御された環境を確立することによって始まる。この制御された又は収容された環境は、雰囲気中の可変量水蒸気のような制御された半導体蒸着を混乱させる単数又は複数の可変要素がない限り、適当な不活性ガスを又は酸素と共に不活性ガスを含んでいるのがよい。先に述べたように、包囲筐１２６内、したがってオーブン１５６内にも収容された制御された環境を生じさせる真空装置を有することもできる。最も良い結果を得るため、真空の程度を変化させることができる。例えば、先に説明したように加工処理の間に供給される加熱された半導体材料の蒸気の平均自由行路が短い点、及び蒸着が行なわれている基板の意図する側の反対側への蒸気の移動及び蒸着が少ない点で、５トルの真空のほうが、１トルの真空よりも良いことが分っている。一方、蒸着速度は、圧力が低い方が速く、加えて、蒸着の均一性は圧力と温度の両方に依存する。更に、収容された環境は、テルル化カドミウムがオーブンの壁に蒸着しないように約650℃よりも高い範囲の温度に加熱され、迅速な蒸着に適した充分に速い速度で原料物質２００であるテルル化カドミウムを昇華させるよう、材料ホルダー１９８は、約700 ℃に加熱されるのが最も好ましい。
【００２９】
加工処理は、上記の主要半導体材料のためのカドミウム及びテルルの加熱された蒸気の導入によって進行する。約550 〜640 ℃の範囲の温度に加熱されたガラスシート２６を含むシート基板２４のこの収容された環境内での搬送は、太陽エネルギーを吸収するための半導体として機能するよう、先に説明したように、基板の一方の面２８へのテルル化カドミウム層の連続的な高温蒸着をもたらす。このテルル化カドミウム層８２は、図４に示すように、硫化カドミウム層８０との界面８１を有し、テルル化カドミウム層のガラスシート側に隣接したN-I 接合部を提供している。同様に、テルル化カドミウム層８２のテルル化亜鉛層８４又は他のP-型半導体との界面８３は、できあがった光起電デバイスがN-I-P 型のものであるようにP-I接合部を提供する。
【００３０】
先に説明したように、加工処理は、基板２４が収容された環境内で水平に方向付けされ、基板の一方の面２８がその上にテルル化カドミウムを蒸着するように上向きになっており、基板のもう一方の面３０が下向きになっており水平に搬送するようにその外面において支持されている。基板のこの支持は、基板の上向きの面２８にテルル化カドミウムの層を蒸着させる間、ローラーコンベヤ１８４の水平に延びるロール１８６によって行なうことが好ましく、斯かる支持は、ガラスシートが柔らかく、加熱された状態ではたるむ傾向があるにもかかわらず平面状態を保ちながら、比較的大きなガラスシート基板を半導体蒸着に連続して供することを可能にする。
【００３１】
加工処理は、図６に関連して先に説明したように、三つの蒸着ステーション７４、７６及び７８を通して進行し、半導体層８０、８２及び８４各々を、層８０と層８２とが互いに界面８１を有し、層８２と層８４とが互いに界面８３を有するように蒸着する。先に述べたように、テルル化カドミウム層８２の前に硫化カドミウム層を基板面２８に蒸着させ、テルル化カドミウム層の後に他のP-型の半導体層８４を蒸着させた場合に最良の結果が得られる。
上記のように半導体材料を蒸着させた後、加熱された基板は、冷却ステーション８６内でガラスシートを強化する圧縮応力をもたらす速度で速やかに冷却される。より具体的には、この加工処理は、基板２４が約570 ℃〜600 ℃の範囲の温度に加熱された状態でテルル化カドミウムを蒸着し、しかる後、基板を約600 ℃〜640 ℃の範囲の温度に加熱し、この温度から急冷を行なってガラスシートを強化する圧縮応力をもたらすことにより行なうことが好ましい。斯かる加工処理は、ガラスシートを強化する圧縮応力の増強を容易にするため冷却に先立って充分に加熱された状態をもたらしながらも、ガラスシートがたるみがちになるような高温に置かれる時間を短縮する。
【００３２】
上記の装置及び加工処理により製造されたできあがりの光起電デバイス２２は、基板２４の一方の面２８に蒸着されたテルル化カドミウムの薄膜層８２を有しており、この薄膜層は、約１〜５μの範囲の有効な厚さを有し、約1/2 〜５μの範囲の大きさの結晶を有している。テルル化カドミウムのこの薄膜層８２は、先に説明したように約650 ℃より高い温度に加熱されてカドミウム及びテルルの蒸気が導入される収容された環境内で、ガラスシートが約550 〜640 ℃の範囲の温度に加熱されている間に基板の一方の面に蒸着されるため、基板の一方の面に対する高められた結合力を有している。この蒸気の導入は、一方の基板面２８へのテルル化カドミウムの層８０としての蒸着をもたらす。
更に、光起電デバイス２２は、電極及び互いに分離されているが半導体層にわたって直列に接続された電池を提供するため、その上に蒸着された他の半導体層及び膜に関して図４に関連して先に説明した構成を有している。焼戻温度から冷却することによる基板のガラスシート２６の熱強化は、テルル化カドミウムの基板の一方の面２８への高められた付着力をもたらすことが、重視さるべきである。
【００３３】
上記の記載から明らかなように、説明した方法及び装置は、低コスト発電をもたらすことのできる光起電デバイスを製造するものである。
本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明したが、以下の請求項によって規定されるように、本発明による他の方法、装置及び光起電デバイスが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による光起電デバイスの製造システムの模式平面図である。
【図２】図２は、本発明に従って構成された光起電力デバイスの平面図である。
【図３】図３は、光起電デバイスのシート構造を示す図２の線３−３の方向に沿う光起電デバイスの端面図である。
【図４】図４は、図３と同じ方向に沿う光起電デバイスの断面図であるが、基板のガラスシートに蒸着した半導体材料及び他の材料の構成を拡大規模で、部分的に切り欠いて示す図である。
【図５】図５は、光起電デバイスが、光を吸収し、それにより、電力を供給するのに利用される態様を示す図である。
【図６】図６は、図１の線６−６に沿う長手方向断面の立面図であり、複数の蒸着ステーションを有する蒸着ゾーンを含み、更に、蒸着ゾーンの下流に位置する冷却ステーションを含む本発明の装置を示す。
【図７】図７は、更に蒸着ステーションの構成を示す図６の線７−７の方向に沿う断面図である。
【図８】図８は、更に蒸着ステーションの構成を示す図７の線８−８の方向に沿う部分切欠立面図である。
【図９】図９は、蒸着ステーションの他の実施態様を示す概略図である。
【図１０】図１０は、蒸着ステーションの更に別の実施態様の概略図である。
【符号の説明】
２０              システム
２２              光起電デバイス
２６              ガラスシート
２４              シート基板
３２              半導体材料
３４              電池
４６              太陽
４８              酸化錫膜
４８、５０、５２  膜
５４              負荷ステーション
５６              ガラス洗浄及び乾燥ステーション
６０              レーザースクライビングステーション
６２              スクライブライン
６４              洗浄及び乾燥ステーション
６６              試験及び排除ステーション
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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