[发明专利]用于加工多层体的布置、系统和方法

说明书

本发明涉及一种用于加工，特别是硒化多层体的布置、系统和方法。

在下面描述多层体(Mehrschichtk?rper)例如基材(例如玻璃基材)的加工。即使在使用特定的术语“基材”时，该表述通常总是表示“多层体”。“裸露的”、未涂覆的基材可以称作基材，经涂覆的基材，即多层体也可以称作基材。多层体例如是通过在载体层(Tr?gerschicht)上施加功能层来形成的。为了使得所述各层或者至少该功能层具有期望的物理和/或化学性能，该多层体或者层可能必须进行加工。该加工可以例如是在加工气体存在下作为回火或者退火来提供。为此，提供这样的系统，在其中可以对多层体进行加热。

使用多层体来生产例如(特别是大面积)薄膜半导体，例如薄膜太阳能电池或者薄膜太阳能电池模块(Dünnschichtsolarmodule)。太阳能功率系统是例如用基于黄铜矿半导体(例如CuInSe₂，缩写为“CIS”或者Cu(In，Ga)(S，Se)₂，缩写为“CIGSSE”)的太阳能电池模块来运行的。这样的薄膜太阳能电池模块具有至少一个基材(例如玻璃，陶瓷，金属箔，或者塑料膜)，第一电极(例如钼Mo或者金属氮化物)，吸收剂层(例如CuInSe₂或者更通常的(Ag，Cu)(In，Ga，Al)(Se，S)₂)，前电极(例如ZnO或者SnO₂)，和包封和覆盖材料(例如EVA/玻璃或者PVB/玻璃，其中EVA表示乙烯乙酸乙烯酯，PVB表示聚乙烯醇缩丁醛)作为主要部件。其他层例如玻璃之间的碱性隔离层和吸收剂与窗户层之间的Mo或者缓冲层可以用于改进效率和/或长期稳定性。典型的薄膜太阳能电池模块的另外一种主要部件是集成的串联接头，其由单个太阳能电池形成串联链，并因此能够产生更高的运行电压。在下面，在每种情况中，将化学符号用于表示特定元素，例如“Mo”表示钼，或者“Se”表示硒。实验室试验表明目前已知的生产方法仍然可以进行很大的改进，并且依靠加工工程化方案和优化，能够实现大的成本节约。当前，存在着不同的用于生产基于黄铜矿半导体的薄膜太阳能电池模块的方法。在一种已知的两步法中，在第一步中将所谓的前体层Cu(Ga)，In和Se沉积到已经提供有Mo薄膜的冷却的基材上。这可以例如通过溅射，电沉积，丝网印刷，蒸发法或者化学气相沉积来进行。在第二步中，将以此方式涂覆的基材在加工室(适当的炉子)中在隔绝空气的情况下加热，该加热是通过从室温至大约600℃的预定的测试温度曲线来进行。在这个回火加工过程中，期望的黄铜矿半导体是在复杂的相变中由前体层形成的。这种方法可以称作在线加工，例如在线硒化。硫化在这种方式中也是可能的。在线回火方法需要可靠的控制快速的CIS层形成过程，以及例如用于大的涂覆玻璃片的同样的加速加热和冷却方法。由例如铜，铟和镓组成的包装层(Schichtpaket)，以及由元素硒制成的最终的覆盖物是以至多几个K/s的相对高的加热速率升高至相对高的温度，在该温度时前面施加的各个成分反应来形成半导体化合物(层堆叠体–前体层，SEL-前体，堆叠的元素层的快速热加工，RTP)。这些与炉法相比明显缩短的反应时间现在能够转化成连续加工。加工室例如具有隧道或者形成隧道，其例如可以通过闸密封或者是作为封闭的加工室来提供。该加工室是通过能量源照射(即，例如矩阵状布置的发射器)来用于加热的。Cu(In，Ga)(S，Se)₂(CIGSSE)黄铜矿半导体在玻璃基材上的大面积加工是从SEL-前体开始的，因此必需具有下面的基本先决条件：在几个K/s范围内的快速的加热速率，在玻璃基材(侧面)和基材厚度上的均匀的温度分布，在RTP过程中确保硫属元素(Se和/或 S)足够高的、受控的和可再现的分压(防止Se和/或S损失或者其他施加元素的损失)，受控的加工气体供给(例如H₂，N₂，Ar，H₂S，H₂Se，S气体，Se气体)，和高于500℃的最大温度。工业规模的在线方法在加工和设备工程化方面是非常复杂的。这导致了这样的事实，即，用于这种加工步骤的投资成本消耗了太阳能电池制造设备的整个投资成本中的不小的比例。

因此，本发明的目标是设计多层体更有效的热加工，和因此降低投资成本，特别是相应的加工系统的投资成本，由此还降低了生产成本。这个目标是依靠具有并列权利要求所述特征的多层体的布置，以及用于加工多层体的系统和方法来实现的。本发明有利的实施方案是通过从属权利要求的特征来给出的。