[发明专利]用于在基材上沉积层的设备和方法

说明书

本发明属于生产层系统，特别具有薄层的层系统，的技术领域，并且涉及用于在基材上沉积由至少两种成分制成的层的设备(Vorrichtung)和方法。

由多种成分(例如CdS，Cu₂S，Cu_xSe_y，In_xS_y，In_xSe_y，ZnS，GaAs等)制成的半导体层的电子和结构性能主要取决于该层的组成。在层沉积例如通过PVD方法(物理气相沉积，薄层的物理沉积，例如热蒸发，电子束蒸发，溅射)进行层沉积的情况中，该层的组成会偏离起始材料的组成，特别是当化合物在气态离解时更是如此。由于所述成分不同的特性(例如质量，化学反应性，熔点)，所述的层通过在从源到基材的路径上成分的损失，而会具有不同于起始材料的组成。甚至起始材料的组成也会不同于期望的对于应用而言最佳的组成。

下文中使用下面的术语：

蒸发率指的是材料直接流出所述源的蒸发率。“沉积率”或者沉积速率表征了每单位时间内沉积到基材上的物质的量。“结合率”或者“吸气率”进而指的是由反应性或者惰性表面从气相中抽取的材料的量。

由多种成分制成的化合物(化合物半导体)能够作为薄膜通过各种各样的方法来沉积。在热蒸发的情况中，经常运用所谓的“共蒸发”(例如用于生产由Cu，In，Ga，和Se制成的黄铜矿吸收剂的各个成分的蒸发)。但是，为了产生高材料品质的层，基材必须保持在高温(>400℃)。特别地，在薄膜太阳能电池的缓冲层的生产中，高的基材温度(>250℃)经常是有害的，这是因为在较高的温度，薄层已经通过扩散和与它们下面的半导体材料发生化学反应而显著混合。在共蒸发的情况中，源的排列必须精确地限定。另外，蒸发速率必须非常精确地限定，以能够调整均匀分布在大表面上的具有个位数百分比范围精度的沉积层的组成。化合物半导体还可以通过溅射或者化合物从小舟向外的热蒸发，从泻流室向外的热蒸发，从线性蒸发器向外的热蒸发，或者用电子束来生产。在这种情况中，层的组成必须通过起始材料和加工参数来精细调整。例如，使用氧化锌，氧化镁锌，硫化镉，硫化锌或者硫化铟的试验是已知的。这里，在层形成中获得了比使用共蒸发更好的结果，特别是在低温时更是如此。但是，困难来自于沉积的重现性以及长期稳定性。特别地，起始材料对于太阳能电池的重现性和效率有明显的影响。难以从化合物材料中蒸发正确的组合物来确保形成合适的层。当源材料中某种成分的含量降低时，经由起始材料的组成或者经由蒸发参数例如源温度或者源几何形状来控制层组成是关键的。因此，无法保证所述加工的长期稳定性。氧化物化合物半导体例如ZnO，ZnMgO，InSnO(ITO)等经常是通过由适当的多成分化合物制成的靶子的溅射或者电子束蒸发(e-beam蒸发)来生产的。在这种情况中，大多会观察到由于氧损失而导致的层组成偏离。这种氧损失可以通过加入氧气来补偿。层组成还可以经由靶材料的组成来调整。在溅射的情况中，该组成还可以通过溅射压力来在较小的程度调整。但是，这不会产生长期稳定的加工，因为在靶子中一种成分接下来会变得富集。

因此，本发明的目标是提供一种设备和方法，其用于在物体上沉积由至少两种成分制成的层，使用其能够对沉积(即，沉积过程)进行有针对性控制。应当进一步提供薄膜(薄层)太阳能电池模块。这个目标是依靠具有并立的权利要求的特征的设备和方法来实现的。本发明有利的实施方案通过从属权利要求的特征给出。

特别地，该目标是依靠用于在物体上，特别是在基材上沉积由至少两种成分制成的层，特别是薄层的设备来实现的，其该设备包含下面部件：

-沉积室，所述物体可以或者已经布置在其中，

-至少一个具有待沉积的材料的源，其尤其可以或者已经布置在沉积室中(“可以布置在”还可以理解为表示“可以提供”)，

-至少一个用于控制沉积过程的装置，该装置如此配置：使得在待沉积的材料的气相中，由此在它沉积到物体上特别是基材上之前，至少该待沉积的材料的至少一种成分的浓度可以通过选择性结合一定量的该至少一种成分来改变，以使得沉积以受控的方式进行。

该用于控制沉积过程的装置如此配置：使得该至少一种成分的选择性结合的量可以通过改变至少一种控制参数来控制或者改变，该参数主动偶合到(wirkgekoppelt)用于该至少一种成分的装置的结合率上。如前序部分中所述，该用于沉积的设备的结合率描述了在单位时间内，通过反应性或者惰性结合表面从气相中提取的选择性结合的成分的量。结合率取决于结合表面的结合能力和/或尺寸。