DE19813910A1 - Apparatus for heat treatment of plate-shaped coated substrates - Google Patents
Apparatus for heat treatment of plate-shaped coated substratesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärme behandlung von plattenförmigen beschichteten Substraten, beispielsweise von Glasscheiben mit einer auf dieser aufgebrachten photovoltaischen Schicht in einer absperrbaren Behandlungskammer, beispielsweise einer Vakuumkammer und mit einem Förderer für den Transport der Substrate durch die Behandlungskammer und einer Heiz- und/oder Kühl vorrichtung.The invention relates to a device for heat treatment of plate-shaped coated Substrates, for example of glass panes one applied to this photovoltaic Layer in a lockable treatment chamber, for example a vacuum chamber and with a Conveyor for the transport of the substrates through the Treatment chamber and a heating and / or cooling contraption.
Bekannt sind ein Verfahren und eine Vorrichtung (US 5,248,349) zur Herstellung von preiswerten photovoltaischen Elementen bestehend aus einer Glasplatte von etwa 5 mm Stärke als Basis einer auf diese Basis aufgedampften Zinnoxidschicht, ei ner Siliziumoxidschicht, einer zweiten Fluor do tierten Zinnoxidschicht, zwei auf dieses Schicht paket aufgebrachte Halbleiterschichten auf Basis von Cadmium-Tellurid bzw. Cadmium-Sulfid, einer auf diesen Halbleiterschichten abgeschiedenen wei teren P-Typ Halbleiterschicht auf Basis von Zink- Tellurid, einer sehr dünnen Nickel-Schicht, einer Aluminium-Schicht und einer Schutzlack-Schicht.A method and a device are known (US 5,248,349) for the production of inexpensive photovoltaic elements consisting of a Glass plate about 5 mm thick as the base of a on this base evaporated tin oxide layer, egg ner silicon oxide layer, a second fluor do tin oxide layer, two on top of this layer package-based semiconductor layers based of cadmium telluride or cadmium sulfide, one white deposited on these semiconductor layers tter P-type semiconductor layer based on zinc Telluride, a very thin layer of nickel, one Aluminum layer and a protective lacquer layer.
Bei dieser bekannten Vorrichtung werden die Glasplatten mittels eines Förderers kontinuierlich durch eine Anlage gefördert, die eine Vielzahl von einzelnen Kammern aufweist, die mit den zur Erzeu gung der Schichtpakete notwendigen Verdampfungs- und Sputterquellen und mit den zum Tempern der ab geschiedenen Schichten erforderlichen Heizelemente und Kühlaggregate ausgestattet und durch Schleusen voneinander getrennt sind. Die Glasscheiben selbst liegen auf den Rollen des Förderers und werden von diesen motorisch angetriebenen Rollen von Kammer zu Kammer bzw. von der einen Prozeßstation zur nächsten bewegt.In this known device, the Glass plates continuously by means of a conveyor promoted by a facility that a variety of individual chambers, which with the for generating layer packs necessary for evaporation and sputtering sources and with those for tempering the separate layers required heating elements and cooling units and equipped with locks are separated from each other. The glass panes themselves are on the roles of the sponsor and are supported by these motorized rollers from Kammer to chamber or from one process station to next moves.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu grunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die geeignet ist, Glassubstrate mit auf diesen aufgebrachten photovoltaischen Schichten aufzuheizen und an schließend abzukühlen, und zwar unter kontrollier ter Atmosphäre. Insbesondere sollen bestimmte ab dampfende (toxische) Elemente der photovoltaischen Schicht sicher aufgefangen und entsorgt werden können, wobei sichergestellt sein soll, daß wäh rend der Wärmebehandlung keine zu große Menge die ser Elemente abdampft. The object of the present invention is to achieve reason to create a device that is suitable is glass substrates applied to them heat up and on photovoltaic layers finally cool down, under controlled atmosphere. In particular, certain should steaming (toxic) elements of photovoltaic Layer collected safely and disposed of can, ensuring that wah During the heat treatment, not too much evaporates these elements.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die plattenförmigen beschichteten Substrate jeweils in kastenförmige Behältnisse eingesetzt sind, wobei die Behältnisse die Substrate jeweils mit geringem Spiel allseits umschließen, aus wär mebeständigem Werkstoff, vorzugsweise aus Carbon faser verstärktem Kohlenstoff oder einer Keramik gebildet und mit einer Heizung versehen sind.According to the invention, this object is achieved by that the plate-shaped coated substrates each used in box-shaped containers are, the containers are the substrates each enclose on all sides with little play resistant material, preferably made of carbon fiber reinforced carbon or a ceramic are formed and provided with a heater.
Vorzugsweise sind Teile der Behältniswände als Wi derstandsheizelemente ausgebildet und mit Kontakt fahnen versehen, die an stromleitenden Kontakt schienen beim Durchlauf der Behältnisse durch die Behandlungskammer anliegen und ein Aufheizen der Heizelemente und damit der Substrate bewirken.Parts of the container walls are preferably in the form of Wi derstandsheizelemente trained and in contact flags provided on electrically conductive contact seemed to pass through the containers Treatment chamber fit and heating the Cause heating elements and thus the substrates.
Mit Vorteil sind die Behandlungskammer und/oder die Behältnisse an eine Gasquelle und eine Saug pumpe angeschlossen, wobei die Substrate mit Schutzgas umspült werden, das nach erfolgter Wär mebehandlung aus der Behandlungskammer und/oder den Behältnissen abgepumpt wird.The treatment chamber and / or are advantageous the containers to a gas source and a suction pump connected, the substrates with Inert gas are washed around, which after heat treatment from the treatment chamber and / or is pumped out of the containers.
Um einen kostengünstigen kontinuierlichen Produk tionsprozeß zu ermöglichen, ist die Behandlungs kammer mit einer Schleuse versehen, über die die Behältnisse mit dem Förderer ein- und ausge schleust werden, wobei die Kontaktfahnen der Be hältnisse für einen ersten Prozeßschritt nach ih rem Eintritt in die Behandlungskammer zum Aufhei zen der Substrate mit den stromführenden Schienen in Kontakt geraten und die Behältnisse danach für einen zweiten Prozeßschritt einer Kühlgasdusche ausgesetzt werden, die die Behältnisse und die von ihnen umschlossenen Substrate abkühlt.To be a cost-effective continuous product is the treatment process chamber with a lock over which the Containers with the conveyor on and off be smuggled, the contact flags of the Be conditions for a first process step according to ih Rem entry into the treatment chamber to heat up zen of the substrates with the current-carrying rails come into contact and the containers for a second process step of a cooling gas shower exposed to the containers and those of cools them enclosed substrates.
Zweckmäßigerweise ist die Behandlungskammer in mehrere Abteilungen aufgeteilt, die über Schleusen miteinander verbunden sind, wobei eine der Abtei lungen mit einer Schutzgasquelle und die dieser benachbarte Abteilung mit einer Saugpumpe und eine dritte Abteilung mit einer Kühlgasquelle verbunden ist.The treatment chamber is expediently in divided into several departments, which use locks are interconnected, one of the abbey lungs with a protective gas source and this neighboring department with a suction pump and a third section connected to a source of cooling gas is.
Um eine rundum gleichmäßige Wärmebehandlung zu er möglichen sind die Behältnisse für die Substrate mit Zwischenböden oder ihre Bodenteile mit Stützen versehen, auf denen die Substrate aufliegen, die aus Graphit oder einer Keramik gebildet sind.To ensure a uniform heat treatment all round the containers for the substrates are possible with intermediate floors or their floor parts with supports provided on which the substrates lie, the are made of graphite or a ceramic.
Vorzugsweise sind jeweils das Bodenteil und der Deckel eines Behältnisses über ein die Seitenwände bildendes Rahmenteil aus elektrisch isolierendem Werkstoff miteinander verbunden.Preferably, the bottom part and the Lid of a container over one of the side walls forming frame part made of electrically insulating Material bonded together.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind in der Abteilung zum Kühlen der Substrate bewegliche Greifer gelagert, die nach dem Eintritt eines Be hältnisses das Deckelteil und/oder das Bodenteil vom Rahmenteil abheben und die vom Rahmenteil oder vom Bodenteil gehaltenen Substrate unmittelbar dem Kühlmittelstrom aussetzen.In a preferred embodiment, the Movable cooling section for substrates Gripper stored, which after the entry of a loading ratio the cover part and / or the bottom part lift off the frame part and the from the frame part or substrates held directly by the bottom part Suspend coolant flow.
Erfindungsgemäß ist die Kühldusche aus einer in der Kühlabteilung beweglich gehaltenen Platte ge bildet, deren dem Substrat zugekehrte Seite mit einer Vielzahl von feinen Gasdüsen versehen ist, die sämtlich mit der Kühlgasquelle verbunden sind, wobei die Platte sich in einer Ebene parallel der Ebene des Substrats erstreckt.According to the invention, the cooling shower is made of an in the cooling department ge movable plate forms, the side facing the substrate with a large number of fine gas nozzles, which are all connected to the cooling gas source, the plate being parallel to one another in a plane Extends plane of the substrate.
Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausfüh rungsmöglichkeiten zu; einige davon sind in den anhängenden Zeichnungen rein schematisch näher dargestellt und zwar zeigen:The invention allows a wide variety of designs opportunities for; some of them are in the attached drawings purely schematically closer shown and show:
Fig. 1 ein Behältnis in Längsschnitt mit Substrat, wobei das Substrat auf einer Zwischenwand aufliegt, Fig. 1 a container in longitudinal section with the substrate, wherein the substrate is supported on an intermediate wall,
Fig. 2 ein Behältnis im Längsschnitt mit ei nem auf dem Bodenteil aufliegenden Substrat, Fig. 2 is a container in longitudinal section with egg nem on the bottom portion overlying the substrate,
Fig. 3 das Behältnis gemäß Fig. 2, jedoch mit Kontaktfahnen zur Stromübertragung auf das Deckelteil und das Bodenteil, Fig. 3, the container according to Fig. 2, however, with contact lugs for current transmission on the cover part and the base part
Fig. 4 einen Schnitt quer durch eine Behand lungskammer mit einem in dieser ange ordneten Behältnis mit Substrat und jeweils einer oberhalb und einer un terhalb des Behältnisses angeordneten Kühlplatte, Fig. 4 shows a section across a treatmen lung chamber with a arranged in this container attached with substrate and in each case one above and one un terhalb of container arranged cooling plate,
Fig. 5 einen Schnitt quer durch eine Behand lungskammer mit einem in dieser ange ordneten Behältnis und mit Vorrichtung zum Abheben des Deckelteils und des Bodenteils des Behältnisses und mit Kühlplatten, Fig. 5 shows a cross section through a development chamber with a treatmen being arranged in this container and with a device for lifting of the lid part and the bottom part of the container and with cooling plates,
Fig. 6 einen Schnitt quer durch eine Behand lungskammer mit einem in dieser gehal tenen Behältnis und mit oberhalb und unterhalb des Behältnisses vorgesehe nen an einen Kühlmittelkreislauf ange schlossenen Kühlplatten, Fig. 6 is a section transverse NEN attached to a coolant circuit closed cooling plates by a treatmen lung chamber provided with a see supported in the requested container and above and below the container,
Fig. 7 eine Behandlungskammer ähnlich derje nigen nach Fig. 6, jedoch mit zwischen den beiden Kühlplatten einerseits und dem Behältnis angeordneten Abschirmfo lien und, Fig. 7 is a treatment chamber similar to those emanating according to Fig. 6, but with the two cooling plates on the one hand and the container lien arranged Abschirmfo and,
Fig. 8 einen Schnitt quer durch eine Behand lungskammer mit einem in dieser gehal tenen Behältnis mit Substrat und einer Rohrleitung mit eingeschaltetem Meßge rät, das den Innenraum des Behältnis ses mit dem Innenraum der Behandlungs kammer verbindet, wobei das Meßgerät ein in eine zur Behandlungskammer füh rende Gaszufuhrleitung eingeschaltetes Ventil steuert. Fig. 8 shows a section across a treatment chamber with a container in this holder with substrate and a pipeline with switched on Messge advises that connects the interior of the container with the interior of the treatment chamber, the measuring device leading into a treatment chamber Gas supply line controls the valve that is switched on.
Wie Fig. 1 zeigt, besteht das Behältnis aus einem Rahmenteil 3, einem Deckel 4, einem Bodenteil 5 und einer im Rahmenteil 3 gehaltenen Stützplatte 6 auf der das Substrat 7 aufliegt. Das Rahmenteil 5 und der mit diesem verbundene Deckel 4 und auch das Bodenteil 5 sind aus Carbonfaser verstärktem Kohlenstoff (CFC), Quarz oder Graphit gefertigt, wobei die Abmessungen dieser Teile von denjenigen des Substrats 7 bestimmt sind, d. h. der zwischen den Innenwänden des Behältnisses und dem Substrat 7 verbleibende Hohlraum ist so klein wie möglich bemessen.As Fig. 1 shows, the container consists of a frame part 3, a cover 4, a bottom part 5 and a frame part 3 held in the support plate 6 on which the substrate 7 is supported. The frame part 5 and the lid 4 connected to it and also the bottom part 5 are made of carbon fiber reinforced carbon (CFC), quartz or graphite, the dimensions of these parts being determined by those of the substrate 7 , ie between the inner walls of the container and the cavity 7 remaining is dimensioned as small as possible.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 fehlt eine be sondere Stützplatte für das Substrat 7 das unmit telbar auf dem Bodenteil aufliegt.In the embodiment according to FIG. 2, there is no special support plate for the substrate 7 which lies directly on the base part.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist der Rah men 9 aus einem elektrisch isolierendem Werkstoff gefertigt und das Deckelteil 9 und das Bodenteil 10 sind jeweils mit einem Paar von Schleifkontak ten 11, 11' bzw. 12, 12' versehen, die mit Strom schienen zusammenwirken, die in der nicht näher dargestellten Behandlungskammer vorgesehen sind, und zwar derart, daß das Deckelteil 9 und das Bo denteil 10 direkt als Widerstandsheizelemente wir ken und das Substrat 7 aufheizen.In the embodiment according to FIG. 3, the frame 9 is made of an electrically insulating material and the cover part 9 and the bottom part 10 are each provided with a pair of sliding contacts 11 , 11 'and 12 , 12 ', which seemed to be supplied with current cooperate, which are provided in the treatment chamber, not shown, in such a way that the cover part 9 and the Bo d part 10 directly as resistance heating elements we ken and heat the substrate 7 .
Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Behält nisse werden in eine Behandlungskammer gefördert, die hermetisch verschließbar ist und sowohl an ei ne Gasquelle als auch an eine Saugpumpe ange schlossen ist. Das Behältnis und damit auch das Substrat wird innerhalb der Behandlungskammer auf geheizt, so daß die auf das Substrat 7 aufgebrach te Schicht eine Wärmebehandlung erfährt, wobei aus der Schicht abdampfende Substanzen, beispielsweise Selen nicht ins Freie austreten können, sondern nach erfolgter Behandlung abgesaugt werden können. The container nit shown in FIGS. 1 to 3 are conveyed into a treatment chamber which is hermetically sealable and both ei ne gas source and to a suction pump is closed is. The container and thus also the substrate is heated up inside the treatment chamber, so that the layer applied to the substrate 7 undergoes a heat treatment, wherein substances which evaporate, for example selenium, cannot escape into the open, but can be suctioned off after the treatment has taken place .
Der Vorteil der Behältnisse mit geringem Volumina besteht im wesentlichen darin, daß nur relativ ge ringe Mengen an Substanzen (z. B. Selen) abdampfen und damit der Schicht verloren gehen. Je kleiner das Volumen ist, um so eher wird das Volumen mit Selen gesättigt, so daß der Verlust aus der Schicht tolerierbar bleibt.The advantage of containers with small volumes consists essentially in that only relatively ge Evaporate small amounts of substances (e.g. selenium) and thus the shift get lost. The smaller the volume is, the sooner the volume is with Selenium saturated so that the loss from the Layer remains tolerable.
Während des Heizvorgangs kann die Behandlungskam mer und damit auch das Innere des nicht vollstän dig dichten Behältnisses mit einem Schutzgas ge füllt sein (z. B. H2S), das nach erfolgter Wärme behandlung (nach der Alterung und Stabilisierung) der Schicht zusammen mit den abgedampften (toxischen) Substanzen (Selen) abgepumpt werden kann, so daß eine kontrollierte Entsorgung der Substanzen (des Selens) erfolgen kann.During the heating process, the treatment chamber and thus also the inside of the incompletely sealed container can be filled with a protective gas (e.g. H 2 S), which, together with the layer after heat treatment (after aging and stabilization) the evaporated (toxic) substances (selenium) can be pumped out so that the substances (selenium) can be disposed of in a controlled manner.
In der Darstellung gemäß Fig. 4 ist das Behältnis mit dem Substrat 7 zum Zwecke seiner kontrollier ten Abkühlung in die unmittelbare Nachbarschaft von seitlich verfahrbaren Kühlplatten 13, 14; 13', 14' gefördert, wobei das Behältnis auf Stützen 15, 15' ruht. Die Kühlplatten 13, 13' sind von Kühl wasser durchströmt und weisen an ihren dem Behält nis zugekehrten Flächen Düsen auf, über die ge kühltes Gas auf das Behältnis strömt. In Fig. 4. ist außerdem strichliert angedeutet, daß das Dec kelteil 4 vom Rahmenteil 8 abgehoben werden kann (mittels eines nicht näher dargestellten Greifer systems), so daß die Kühlplatten 13, 13' das Substrat 7 unmittelbar kühlen können. In the illustration according to Fig 4 the container with the substrate 7 for the purpose of its kontrollier th cooling in the immediate vicinity of laterally moveable cooling plates 13, 14. 13 ', 14 ' promoted, the container resting on supports 15 , 15 '. The cooling plates 13 , 13 'are flowed through by cooling water and have nozzles on their surfaces facing the container, via which ge cooled gas flows onto the container. In Fig. 4 is also indicated by dashed lines that the Dec kelteil 4 can be lifted from the frame part 8 (by means of a gripper system, not shown), so that the cooling plates 13 , 13 'can cool the substrate 7 directly.
In der Darstellung nach Fig. 5 ist eine Vorrich tung 16 zum Abhebendes Deckelteils 4 dargestellt, wobei die Kühlplatten 17, 17' in Pfeilrichtung A, B verfahrbar sind und im übrigen mit Anschlüssen für die Gasversorgung und das Kühlmittel 18, 18' versehen sind. Das Behältnis ruht auf den Stützen 19, 19' und die unterhalb des Behältnisses vorge sehene Kühlplatte 20 ist mittels der Hubeinrich tung 21 auf- und abbewegbar.In the illustration of FIG. 5 is a Vorrich is tung 16 shown for refreshingly different cover part 4, wherein the cooling plates 17, 17 'are movable in the direction of arrow A, B and the balance with connections for the gas supply and the cooling means 18, 18' are provided. The container rests on the supports 19 , 19 'and the cooling plate 20 provided below the container can be moved up and down by means of the lifting device 21 .
Die Ausführungsform gemäß Fig. 6 ähnelt derjenigen nach Fig. 5, jedoch mit dem Unterschied, daß die beiden Kühlplatten 21, 22 mittels der Hubeinrich tungen 23, 24 nur vertikal bewegbar sind, ein be sonderes Greifersystem zum Abnehmen des Deckel teils 4 jedoch eingespart wird.The embodiment of FIG. 6 is similar to that of FIG. 5, but with the difference that the two cooling plates 21, 22 obligations means of the lifting rich 23, 24 are vertically movable, a be sonderes gripper system is, however, partly 4 saved for removing the lid .
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 sind besonde re Abschirmfolien 25, 26 oberhalb bzw. unterhalb des Behältnisses vorgesehen, die geeignet sind, den Kühlprozeß zu optimieren.In the embodiment according to FIG. 7, special shielding foils 25 , 26 are provided above or below the container, which are suitable for optimizing the cooling process.
In Fig. 8 ist das Prinzip einer Behandlungskammer 27 mit einem in dieser angeordneten Behältnis 28 gezeigt, wobei der Innenraum 29 des Behältnisses 28 über eine Rohrleitung 30 mit dem Innenraum der Behandlungskammer 27 verbunden ist und ein Sensor bzw. ein Meßgerät 31 die Druckdifferenz zwischen beiden Räumen 29, 32 ermittelt und ein Ventil 33 steuert, das in die Gaszufuhrleitung 34 zur Be handlungskammer 32 eingeschaltet ist.In Fig. 8 the principle of a treatment chamber 27 is shown having disposed in this container 28, the interior 29 of the container 28 is connected via a conduit 30 with the interior of the treatment chamber 27 and a sensor or a meter 31, the pressure difference between the two Rooms 29 , 32 determined and controls a valve 33 which is turned on in the gas supply line 34 to the treatment chamber 32 Be.
Claims (9)
- (9) eines Behältnisse über ein die Seitenwände bildendes Rahmenteil (8) aus elektrisch isolie rendem Werkstoff miteinander verbunden sind.
- (9) of a container are connected to one another via a frame part ( 8 ) made of electrically insulating material.
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|---|---|---|---|
| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: ALD VACUUM TECHNOLOGIES AG, 63450 HANAU, DE |
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