[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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，以及实施该方法和用于在衬底上生产太阳能电池组件的 装置。

背景技术

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，该衬底可以 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 ℃，所述硫属元素为固体，在高于350℃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氢气的气体中进行 (EP0318315A2)，但是反过来是非常费时并且昂贵的。通常的转变 温度是550℃。

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。

EP0662247B1已经公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℃的处理温度和至少10℃/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、铟或镓更大。为了这个目的，在封装中，在衬底上的层结构上 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、铟或镓和硫的理想配比成分。

发明内容

本发明基于该目的，然后，提供一种加快的和快速易行的方法， 用于把任意所需衬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发明的目的，备有至少一层金属前体层 的衬底通常在炉内加热，其被分成不同的温度区，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400℃和600 ℃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。

本发明的一个方面，衬底之前准备有前体层，并且在放入炉子 之前在该前体层上具有硫属元素层。

硫属元素层优选通过硒蒸汽沉积到前体层。

本发明进一步的特征在于通过相继溅射铜、铟和镓形成前体 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 后在该层上从复合靶溅射形成由铜/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。

在本发明的另一结构中，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20℃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150℃、400℃和500℃-600℃的阶段进行加 热，其中最终温度不能超过550℃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。

衬底以例如8℃/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。