[发明专利]用于处理被覆层的基质的工艺盒、组件和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于处理被覆层的基质的工艺盒(Prozessbox)、组件和方法。其尤其涉及处理涂覆有用于制造用于薄层太阳能电池的由化合物半导体(Verbindungshalbleiter)构成的吸收器的前体层(Vorlaeuferschicht)的基质。

背景技术

用于将太阳光直接转换成电能的光伏层系统充分已知。其通常被称为“太阳能电池”，其中，术语“薄层太阳能电池”涉及带有仅几微米的较小厚度的层系统，其需要基质用于足够的机械强度。已知的基质包括无机玻璃、塑料(聚合物)或金属、尤其金属合金且可根据相应的层厚和特殊的材料特性被设计为刚性的板或柔韧的薄膜。

鉴于技术上的可操纵性和效率，带有由化合物半导体构成的吸收器的薄层太阳能电池证实为有利的。在专利文献中，已多次说明薄层太阳能电池。就此而言，仅示例性地参照文件DE 4324318 C1和EP 2200097 A1。

在薄层太阳能电池中，主要将由黄铜矿化合物、尤其铜-铟/镓-二硫/二硒(缩写为分子式Cu(In,Ga)(S,Se)₂)或锌黄锡矿化合物、尤其铜-锌/锡-二硫/二硒(缩写为分子式Cu₂(Zn,Sn)(S,Se)₄)构成的化合物半导体用作吸收器。制造化合物半导体的不同的可能性中近年来主要实施两个方法。这是将各个元素共蒸镀到热基质上以及将元素在单层(前体层或者说先质层)中连续施加到冷基质上，例如通过喷镀，结合快速热处理(RTP=Rapid Thermal Processing)，在其中实现前体层的真正的结晶和相变成化合物半导体。最后提及的两阶段的操作方式例如在J. Palm等的"CIS module pilot processing applying concurrent rapid selenization and sulfurization of large area thin film precursors", Thin Solid Films 431-432, 见414-522页(2003)中详细地来说明。

在薄层太阳能模块的大规模生产中，前体层的RTP热处理在在线设备(在其中被覆层的基质依次被输送给不同的处理腔)中实现。这样的方法例如由文件EP 0662247 B1已知。

前体层的RTP热处理是复杂的过程，其要求在几K/s的范围中的快速的加热速率、在基质上(横向)和在基质厚度上均匀的温度分布、在500°C之上的最大温度以及工艺环境的精确控制。尤其在制造黄铜矿化合物时要确保例如施加到基质上的容易挥发的硫族元素(Se和/或S)的足够高的、可控制的且可重现的分压和受控制的过程气体供给(例如H₂、N₂、Ar、H₂S、H₂Se、S气体、Se气体)。例如，金属的CuInGa-前体-层堆的在线硒化要求足够的Se量用于完全的硒化。明显的Se损失导致前体层至黄铜矿化合物的不完全转变且甚至较弱的硒损失造成制成的薄层太阳能模块的功率损失。

已知通过工艺盒限制围绕被覆层的基质的处理腔。该工艺盒使能够在热处理期间至少尽可能将容易挥发的硫族成分(如Se或S)的分压保持恒定。此外减少处理腔暴露以腐蚀性气体。这样的工艺盒例如由文件DE 102008022784 A1已知。

在被用于薄层太阳能模块的大规模生产的在线设备中，被覆层的基质或装载有其的工艺盒在索引运行(Indexbetrieb)中经过不同的处理腔，在其中它们被有节拍地输送到相应下一处理腔中。处理腔通常实施为可气密地封闭的(可排空的)腔室，因为整个处理段为了除去氧气和水必须被泵出或排空。虽然基质的处理通常在常压(或出于安全原因较小的负压)下实现，处理腔的气密性是必要的，以便避免氧气和水扩散到处理段中和有毒气体流出。仅输入和输出闸被循环地泵出。