[发明专利]用于对多个多层本体进行热处理的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于对多层本体进行热处理、尤其是用于对前驱层（Vorl?uferschicht）进行回火以用于制造半导体层的装置和方法，所述半导体层例如可以用作为薄层太阳能电池中的吸收体。

背景技术

用于将太阳辐射直接转换成电能的光伏层系统是充分公知的。层的材料和布置被协调为使得一个或多个半导性层的入射辐射以尽可能高的辐射产率被直接转换成电流。光伏和扁平地伸展的层系统被称为太阳能电池。

在所有情况下，太阳能电池都包含半导体材料。为了提供足够的机械强度而需要载体衬底的太阳能电池被称为薄层太阳能电池。由于物理特性和技术处理能力，具有非晶、微晶或多晶硅、碲化镉（CdTe）、砷化镓（GaAs）或硫硒化铜铟（镓）（Cu(In,Ga)(S,Se)₂）的薄层系统特别适用于太阳能电池。五元半导体Cu(In,Ga)(S,Se)₂属于黄铜矿半导体族，其常被被称为CIS（硒化或硫化铜铟）或者CIGS（硒化铜铟镓，硫化铜铟镓或者硫硒化铜铟镓）。S可以在缩写CIGS中代表硒、硫或者两种硫族元素的混合物。

用于薄层太阳能电池的公知载体衬底包含无机玻璃、聚合物、金属或金属合金，并且可以根据层厚度和材料特性被构造成刚性板材或可弯曲膜。由于广泛可用的载体衬底和简单的单片串联，可以低成本地制造薄层太阳能电池的大面积的装置。

但是与具有晶体硅或多晶硅的太阳能电池相比，薄层太阳能电池显示出较小辐射产率和较小的电效率。基于Cu(In,Ga)(S,Se)₂的薄层太阳能电池显示出与多晶硅太阳能电池近似相当的电效率。CI(G)S薄层太阳能电池需要典型p导通的CI（G）S吸收体与典型n导通的前电极之间的缓冲层，该缓冲层通常包括氧化锌（ZnO）。缓冲层可以导致吸收体材料与前电极之间的电子匹配。缓冲层例如包含镉硫化合物。例如具有钼的背电极被直接沉积在载体衬底上。

多个太阳能电池的电路被称为光伏模块或太阳能模块。太阳能电池的电路以公知的耐风化的构造持久地被保护免受环境影响。通常，缺铁的钠钙玻璃和促进粘接的聚合物膜与太阳能电池连接成耐风化的光伏模块。该光伏模块可以通过连接插座绑定成多个光伏模块的电路。光伏模块的电路通过公知的功率电子器件与公共供电网络或自给自足的供电源连接。

用于制造例如由Cu(In,Ga)(S,Se)₂构成的薄层半导体的可能方法由两级工艺构成。这样的两级方法例如由J.Palm等人的“CIS module pilot processing applying concurrent rapid selenization and sulfurization of large area thin film precursors”（Thin Solid Film 431-432，414-522页，2003）公知。在此，首先将由钼组成的背电极施加到衬底、例如玻璃衬底上。钼层例如用激光被结构化。接着，例如通过磁控阴极溅射将由铜、铟和镓组成的不同前驱层沉积到钼层上。此外，通过热蒸发将硒层和/或硫层沉积在层序列上。这样产生的具有前驱层的多层本体在第二工艺中被热处理。通过热处理，进行前驱层到实际半导体层的实际晶体形成和相转换。

热处理例如在管线式设备（In-Line-Anlage）中进行，在该管线式设备中不同的工艺步骤在不同的室中进行。不同的室在工艺流水线中被相继地穿过。在简化的构造中，管线式设备由装载站构成，在该装载站中该设备被装载未经处理的多层本体。接着，使多层本体通过引入室进入管线式设备。在不同的加热室中，多层本体以高达50℃/s的加热速度非常迅速地升温，并且经历特定的温度变化曲线。该升温例如通过电运行的加热辐射器进行。用于将各个前驱层快速地热处理成半导体连接的方法通常被称为快速热处理（Rapid Thermal Processing（RTP））。接着，在冷却室和/或冷却路线中将多层本体冷却并且将其从设备中引出。例如由EP 0 662 247 B1公知用于对黄铜矿半导体进行快速热处理以用作为薄层太阳能电池中的吸收体的方法。

在薄层太阳能电池的制造中，多层本体的热处理是成本密集的和高要求的工艺。该工艺要求高温和工艺气氛的精确控制。

为了更好地控制热处理工艺，多层本体周围的工艺空间可以例如受到临时工艺框的限制，这例如由DE 10 2008 022 784 A1公知。通过限制工艺空间，易失的硫族元素组分、如硒或硫的分压在热处理期间保持基本恒定。此外，减少了工艺室与腐蚀性气体的接触。