保持用于热处理的多个平面基板的方法和设备技术

本发明专利技术公开了保持用于热处理的多个平面基板的方法和设备。该方法利用具有基架的舟夹具，该基架包括两个长度部分以及第一宽度部分、第二宽度部分、和连接在两个长度部分之间的一个或多个中间构件。此外，该方法包括：将可拆卸的第一带槽棒分别安装在第一宽度部分、第二宽度部分、和一个或多个中间构件的每一个上，每个第一带槽棒具有特征在于第一空间配置的第一多个凹槽。该方法进一步包括：将多个平面基板中的一个或两个基板隔开一距离插入舟夹具内的每个凹槽内。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及光电材料和制造方法。更具体地，本专利技术提供了用于薄膜热处理的方法和设备。本专利技术的实施方式包括用于保持多个特大基板的方法和设备，用来在形成光电吸收材料的热处理过程中实现基本一致的基板温度，但是会认识到，本专利技术可以应用于其他薄膜处理应用。
技术介绍
从刚开始的时候，人类已经尝试找到支配能量的方式。能源以这样的形式出现，如石化、水电、原子能、风、生物量、太阳能，以及更原始的形式，如木材和煤炭。最近，环境清洁和可再生能源是一直想要的。清洁和可再生的能源也包括风、波浪、生物量等。其他类型的清洁能源还包括太阳能。太阳能技术一般将来自太阳的电磁辐射转换成其他形式的能量。这些其他形式的能量包括热能和电力。对于电力应用，通常使用太阳能电池。虽然太阳能是环境清洁的并且一定程度上已经很成功，但是在它在世界各地广泛应用之前仍有很多限制。例如，一种类型的太阳能电池使用晶体材料，其来自半导体材料锭。这些晶体材料可用于制造包括将电磁辐射转换成电力的光电装置和光电二极管装置的光电子装置。然而，晶体材料常常是昂贵的且很难大规模制造。此外，由这种晶体材料制成的装置常常具有低能量转换效率。其他类型的太阳能电池使用“薄膜”技术来形成用于将电磁辐射转换成电力的感光材料薄膜。 制造太阳能电池中使用薄膜技术也存在类似的限制。也就是说，效率往往不佳。此外，膜可靠性往往不佳且不能用于传统环境应用中的广延时间周期。薄膜常常很难机械地相互结合在一起。这些传统技术的这些和其他限制可以在整个本专利技术说明书中发现且更具体地在下文中发现。为了努力改善薄膜太阳能电池技术，已经提出了在平面、管状、圆柱形、圆形或其他形状的一定大小的基板上制造基于先进的CIS和/或CIGS的光电薄膜叠式存储器 (photovoltaic film stack)的过程。在光电薄膜叠式存储器的形成中有各种制造挑战，如保持基板材料结构完整性、控制一个或多个的前体层中的成分的化学组成、在期望的气体环境中进行所述一个或多个的前体层的适当反应性热处理、确保反应性热处理过程中薄膜材料的均勻度和粒度等。尤其是，当在大尺寸基板上制造基于薄膜的太阳能电池时，期望整个基板表面上的温度均勻性。尽管在过去的传统技术已经解决了其中的一些问题，但在各种情况下它们往往是不足够的。因此，需要用于处理在平面或非平面形状的、固定的或灵活的(flexible)基板上的薄膜光电装置的改进的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术提供了保持具有用于热处理的前体材料的大基板的方法和设备。该方法和设备在用于基于薄膜的光电装置的制造的热处理过程中提供了针对多个基板的改进的装载配置。本专利技术提供了用于具有第一端和第二端的管状炉内的热处理的保持多个平面基板的方法。该管状炉由进行热处理过程的加热器围绕。第一端具有门且第二端是绝缘的。 该方法进一步包括提供了具有耦接至顶架的基架的舟夹具(boat fixture)。该基架包括两个长度部分和第一宽度部分、第二宽度部分、以及连接在两个长度部分之间的一个或多个中间构件。带槽棒分别安装到第一宽度部分、第二宽度部分和一个或多个中间构件中的每一个中间构件上。基板放置于舟夹具内，以便这些槽通过期望距离支撑分隔开的平面基板。 舟夹具通过托架夹具(rack fixture)装载到用于热处理过程的管状炉中。本方法包括基板装置，其中每个基板单独插入一个没有前/后相配置(front/ back phase configuration)的槽内，并且任何相邻基板之间的最小间距至少等于期望值， 例如1英寸。在另一实施方式中，装载配置包括基板装置，其中每个基板单独插入一个槽中，并且任何一个基板的前/后表面直接面向以期望间距插入到另一槽内的相邻基板的另一前/ 后表面。在又一实施方式中，装载配置包括通过安装到第一宽度部分、第二宽度部分、和一个或多个中间构件中的每一个中间构件上的第二带槽棒来替换在基架上的每个第一带槽棒。每个第二带槽棒包括第二空间配置的第二多个槽。在一替换实施方式中，本专利技术提供了用于保持用于热处理的一个或多个基板的设备。该设备包括具有基本长方体形状的框架夹具(frame fixture)，其包括基架、顶架、耦合到基架和顶架的一个或多个侧连接杆。基架具有两个宽度构件和连接在两个长度构件之间的一个或多个中间接合构件。该设备进一步包括可拆卸地安装到所述两个宽度构件的每一个以及一个或多个中间接合构件的每一个上的第一带槽棒。每个第一带槽棒包括第一多个槽，其分别配置成支撑第一配置的多个平面基板。此外，该装置包括可拆卸地安装到顶架的两个宽度构件的每一个上的第一带槽棒。每个第一带槽棒包括第二多个槽，其分别与所述第一多个槽对准，以引导多个平面基板。该设备进一步包括托架结构，该托架结构配置为是处于炉内的装载位置中的框架夹具的机械支撑，以使第一配置的多个平面基板经受一个或多个反应性热处理过程。在另一替换实施方式中，本专利技术提供了通过热处理来处理基板的方法，其中基板温差中的每一个至少在斜坡升温(ramp up)或斜坡降温(ramp down)阶段之间的停歇阶段期间被控制在15°C以内。此外，该炉提供了一封闭体积，其使至少包括覆盖每个基板的一个表面的铜和铟物质的前体薄膜经历气态硒或硫物质，以制成用于太阳能电池的光电吸收 本专利技术提供了用于保持在炉管内的覆盖有光电前体层的多个平面基板的装置。炉管具有以受控方式提供热能的加热器。该炉可以填满包括硒和/或硫的期望气体物质，以用于用来制造光电电池的前体层地的反应热处理。尤其是，该设备利用具有托架夹具的石英舟夹具，所述托架夹具配置有多个槽以用于支撑大型平面(大多数情况下是矩形或正方形)玻璃基板。本专利技术的一些实施方式在舟夹具内提供了多个平面基板的装载配置，这通过如下方式进行竖直地对齐多个平面基板，为每个平面基板布置具有合适尺寸的多个槽， 在周期组内并且在多个平面基板彼此之间设置最佳间距，以及其他。在一些实施方式中，石英舟夹具内的基板的装载配置允许平面基板之间有效的对流而在反应性热处理过程中将热能从每个基板的较热区域传递到较冷区域。在一个特定实施方式中，每个基板上的温度保持基本均勻或至少温差控制为小于一设定值。在另一特定实施方式中，一替换的装载配置包括以背对背方式插入每个凹槽且各自的前体层暴露在前表面的两个基板。装载在第一凹槽内的两个平面基板中的一个的前体层面向装载在远离一侧预定距离的相邻凹槽内的两个平面基板中的一个的前体层，同时装载在第一凹槽内的两个平面基板中的另一个的前体层面向装载在远离相对侧预定距离的相邻凹槽内的两个平面基板中的一个的前体层。因此，与仅将一个基板装载至一个凹槽相比，石英舟夹具内装载的平面基板的数量增加，而不减少相邻基板的处理表面 (subjected surface)之间的间距。在一个特定实施方式中，相邻基板之间的预定距离与炉管配置、基板尺寸、装载的基板与炉管内壁之间的间隙距离、以及一个或多个热处理过程相关。例如，炉制成管形以便促进其中的气体对流。炉管由石英材料制成，该石英材料对于来自若干个分区加热器的热辐射是半透明的，所述分区加热器围绕管且具有对于不同区域的温度控制。也可以增加冷却器以便炉温更容易地斜坡下降，如在热处理过程的某些阶段中所期望的。附图说明图1是沿着炉管轴线的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种保持用于热处理的多个平面基板的方法，包括：提供具有第一端和第二端的管状炉，所述管状炉被用于进行热处理过程的多个加热器围绕，所述第一端具有门；提供具有耦接至顶架的基架的舟夹具，所述基架包括两个长度部分以及第一宽度部分、第二宽度部分、和连接在所述两个长度部分之间的至少一个中间构件；在所述第一宽度部分、所述第二宽度部分和所述至少一个中间构件上安装带槽构件，每个带槽构件具有多个凹槽；将多个平面基板插入所述舟夹具中，以使在所述第一宽度部分、所述第二宽度部分、和所述至少一个中间构件上的带槽构件以使每个基板与毗邻基板分开一期望距离的方式支撑所述平面基板的每一个；从所述第一端将所述舟夹具装载到所述管状炉内；以及使所述多个平面基板经受所述热处理过程。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·亚历山大，于尔格·施密茨贝格尔，阿希什·坦登，罗伯特·D·维廷，
申请(专利权)人：思阳公司，
类型：发明
国别省市：US