用于把金属前体层热转变成半导体层、以及太阳能电池组件的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于把衬底上的金属前体层热转变成半导体层的方法，以及执行该方法和用于在衬底上形成太阳能电池组件的装置。本发明专利技术的目的是提供快速并且简单可行的方法，用于把任意所需衬底上的金属层转变成半导体层，和适于实施该方法和用于高效率形成太阳能电池组件的装置。通过使预先至少准备有金属前体层（１０）的衬底（４）在炉子（１）内在多个步骤中在大约大气外界压力下加热，然后转变成半导体层，该炉子被分成多个温度区域，每种情况中预定温度达到４００℃至６００℃之间的最终温度，同时在包含运载气体和硫属元素蒸汽的混合气体中保持最终温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于把村底上的金属前体层热转变成半导体层的方法，以及实施该方法和用于在衬底上生产太阳能电池组件的装置。
技术介绍
这样的可转变金属层，其也被称为前体层，可以包括铜、镓和铟。前体层可以通过现有技术例如溅射涂敷在衬底上，该村底可以是玻璃衬底。对于转变成半导体CIGS层(CIGS,铜铟镓硒化物)，所谓的硫属元素，也就是说必须在所述层上涂敷硒、硫、碲、它们彼此或与其它物质的化合物，或它们的混合物。在室温下，即20。C，所述硫属元素为固体，在高于35 0。C的温度下蒸发。预备有CIGS层的玻璃衬底可以进一步处理成空白的以形成太阳能电池组件，这包括多个接触连接和如果需要，施加钝化、过滤层等。效率高的最重要因素在于前体层能尽可能完全转变成CIGS层，并且整个区域上的层厚度基本相同。现有技术已经公开了把这些准备好的前体层热转变成半导体层的方法，该方法在真空中或在提供包含氬气的气体中进行(EP031831 5A2 )，但是反过来是非常费时并且昂贵的。通常的转变温度是5 5 0 °C 。真空处理的问题在于转变时间很长(也称为处理时间)。在工业生产中这会产生问题，因为长的处理时间通常伴随着低的产量。在一方面， 一种解决方案是同时使用许多机器，但这意味着需要花费更多的资金或其它，在另一方面，加速该处理。然而，现有技术没有提供关于这个的任何启示。EP066 2 24 7B1已经/>开了 一种在衬底上生产黄铜矿半导体的方法，其中在至少350 。C的处理温度和至少l(TC/秒的加热率下在惰性气体中加热备有金属例如铜、铟或镓的衬底。处理温度维持10秒至1个小时，其中衬底暴露在硫或硒下，其作为组分相对于组分铜、锢或镓更大。为了这个目的，在封装中，在村底上的层结构上距离小于5mm处具有覆盖层。在这种情况下，硫或硒的偏压高于将形成初始成分铜、铟或4家和石危的理想配比成分。
技术实现思路
本专利技术基于该目的，然后，提供一种加快的和快速易行的方法，用于把任意所需村底上的金属层热转变为半导体层，以及一种适于实施该方法和用于高效生产太阳能电池组件的装置。通过前述的方法实现本专利技术的目的，备有至少一层金属前体层的衬底通常在炉内加热，其^皮分成不同的温度区，在适当的惰性气体的压力下，在多个步骤，在每个情况下预定温度达到4 0(TC和6 00。C之间的最终温度，并被转变成半导体层，同时在包括运载气体和蒸汽状的硫属元素的气体中保持最终温度。衬底温度随后在至少一个步骤中冷却到室温。本专利技术的一个方面，村底之前准备有前体层，并且前体层在放入炉子之前具有辟b属元素层。硫属元素层优选通过竭蒸汽沉积到前体层。本专利技术进一步的特征在于通过相继溅射铜、铟和4家形成前体层。为了该目的，包括玻璃的衬底首先通过溅射形成第一钼层，然后在该层上从复合耙'减射形成由铜/镓(CuGa)构成的第二层，最 后，在高真空的条件下从铟靶形成由铟构成的第三层。并且，在没有氧气和氢气，或具有尽可能最低的氧气偏压的条 件下进行衬底的加热和前体层的转变。在金属前体层转变成CIGS层完成后，衬底也可以在阶跃响应 功能中冷却。在本专利技术的另一结构中，衬底通过分段炉逐步地传输，在连续 段中在每种情况下加热到更高的温度，在各个段中预定停留的时间 是相同的。停留时间可以是60秒。并且，衬底在段中从室温开始加热，也就是说从大约2(TC的 外界温度开始加热，具有降低的温差，直到达到最终反应温度，温 度梯度以第二段中的加热率基本是前一段和随后段中的两倍高的 方式从段到段变化，最后达到最终温度和反应温度。可选择地，加热过程可以在每段中在阶跃响应功能中被影响到 各自所需的温度。可以在从室温到15 0°C、 4 0(TC和5 00°C - 6 00°C的阶,殳进行加 热，其中最终温度不能超过55(TC标记。在单独段中的加热持续基本相同的时间，其可以是60秒。 底以例如8 。C /秒的冷却率冷却。并且，在转变处理期间处理室的压力可以设定为大气压，例如 约1000hPa。本专利技术的另 一结构其特征在于在具有最高目标温度的段中，硫 属元素蒸汽/运载气体的混合物被带到衬底的表面上。石危属元素蒸汽/运载气体混合物也可以从套炉(mufflefurnace)夕卜部的力口热源提供。可选择地，硫属元素蒸汽/运载气体混合物可以包含从在前面 段中的衬底蒸发的多种硫属元素。在本专利技术的具体结构中，硫属元素蒸汽/运载气体混合物由前 面段中的衬底蒸发的疏属元素和从源额外提供的硫属元素蒸汽混 合而形成。硒蒸汽和氮气的混合物可以用作硫属元素气体/运载气体混 合物。基于本专利技术的目的也通过装置来实现，该装置由于炉被分成多 个具有不同温度区间的连续段，其通过连续的炉通道彼此连接，其中在入口端的段和出口端的4殳之间，可以独立于其它4殳独立加热的 更多段被设置为加热区域，此后至少一个段被设置为冷却区，在连 接段的炉通道内具有热和机械的低质量传输装置，用于逐步和同时 以高速从一个段到对应的下一个段传输位于段内的所有衬底，并且 炉子装配有入口和出口端的锁。并且，入口端的段可以具体为锁引入室，出口端的段可以具体 表示为出口锁。本专利技术的一个方面中，外界压力应该超过炉内压力。传输装置包括可旋转地安装在炉子中的石墨辊，在其上衬底在 在纵向通过炉通道的段中转移导向，在具有在衬底的间隔节距间的 传输把手的可转移和旋转的推杆安装在辊之间，在传输方向观察 时，在每种情况下传输把手可以带进到具有衬底后面边缘的结合部 中，有可能衬底的前面边缘被带进到具有用于制动目的的各自前面 衬底的传输把手的结合部中。传输把手可以通过旋转把手进入结合部，在已经传输后，可以 回转到具有衬底的结合部外部。衬底在各个段中的停留时间是相同的，并且例如可以是60秒。本专利技术的另 一方面的特征在于炉子被分成六个段，这些段有可 能被调节成温度不同，各自连续的更高目标温度，和在最高目标温 度的段内具有预定浓度的硫属元素/运载气体。目标温度在各个段内是分级的，通过以下方式，即，例如150 。C的目标温度可以设定在第一^l殳，400°C的目标温度可以设定在后 面的段，用于村底的55(TC的目标温度可以设定在下一个段。并且，具有最高目标温度的下一个段连接到用于放出和调节过 量硫属元素蒸汽/运载气体的排气通道。最后，入口和出口端的锁包括气体帘幕，其能确保炉的内部对 氧气和氢气足够密封。最后，基于本专利技术的目的也是通过太阳能电池组件实现的，该 太阳能电池组件包括在衬底上的CIGS层，该层通过在村底上4是供 金属前体层，在多个阶段加热该衬底，在每种情况下不同温度梯度 的更高目标温度达到用于在前体层施加了硫属元素蒸汽的情况下， 把前体层转变成CIGS层的5 5 0°C的转变温度。冷却可以例如在阶跃响应功能中进行，或以约8-10。C/秒的冷 ^卩率ii4亍。温度梯度从段到段变化，以这样的方式，基本上第二段中的加 热率是前一段和后一段的两倍，其中达到了最终的反应温度。根据本专利技术的方法形成了 CIGS层的均匀网格结构，使太阳能 电池组件具有更高的效率。优选地，使用蒸汽硒、硫、碲、它们彼此或与其它物质的化合 物，或它们的混合物作为辟b属元素。本专利技术实现了用于把金属层转变成半导体层的加快方法。已经示出用于把金属层转变成半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于把衬底上的金属前体层热转变成半导体层的方法，其特征在于，使预先至少准备有金属前体层（１０）的衬底（４）在炉子（１）内加热，该炉子被分成多个温度区域，在多个步骤中在大约外界大气压力下，每种情况中预定温度达到４００℃至６００℃之间的最终温度，同时在包含运载气体和蒸汽硫属元素的混合气体中保持最终温度，转变成半导体层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪特尔施密德，莱因哈德伦兹，罗伯特迈克尔阿通，
申请(专利权)人：森托塞姆光伏股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]