專利名稱：用于形成太陽能電池吸收體的前驅(qū)物膜的卷對(duì)卷反應(yīng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于輻射探測(cè)器和光電應(yīng)用場(chǎng)合的半導(dǎo)體膜的薄膜的 制備方法和裝置。
背景技術(shù)：
太陽能電池是將太陽光直接轉(zhuǎn)化成電能的光電設(shè)備。最常見的太 陽能電池材料是單晶或多晶晶片形式的硅。然而，使用硅基太陽能電 池產(chǎn)生的電的成本高于釆用更常規(guī)的方法生成的電的成本。因此，從 二十世紀(jì)七十年代早期以來，人們已經(jīng)為了在地球上使用而努力降低 太陽能電池的成本。降低太陽能電池成本的一條途徑是開發(fā)低成本薄 膜生長技術(shù)——其能夠在大面積的襯底上沉積太陽能電池質(zhì)量的吸收 體材料，以及使用高產(chǎn)出、低成本方法制造這些設(shè)備。包括周期表的IB(Cu，Ag，Au)族、IHA(B，Al，Ga，In，Ti)族、和VIA 族(O，S,Se，Te，Po)材料或元素中的某一些的IBIIIAVIA族化合物半導(dǎo)體 是用于薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)的極佳吸收體材料。特別地，Cu、 In、 Ga、 Se和S的化合物(其通常稱為CIGS(S)、或Cu(In，Ga)(S，Se)2或 CuInLxGax(SySeLy)k,其中O^x^l, O^y^l,并且k大致等于2)已 經(jīng)用在接近20%轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池結(jié)構(gòu)中。含有IIIA元素Al和 /或VIA族元素Te的吸收體也是可能的。因此，總而言之，含有i)IB 族的Cu、 ii) IIIA族的In、 Ga和Al中的至少一種、以及iii) VIA族的S、 Se和Te中的至少一種的化合物是適用于太陽能電池應(yīng)用的。 圖1中示出諸如Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)2薄膜太陽能電池的常規(guī) IBIIIAVIA族化合物光電電池的結(jié)構(gòu)。裝置10制造在襯底11上，襯 底ll諸如是玻璃片、金屬片、絕緣箔片或幅材、或?qū)щ姴蚍摹?包括Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)2族中材料的吸收體膜12生長在導(dǎo)電層13 上，導(dǎo)電層13預(yù)先沉積在襯底11上并用作至該裝置的電接觸部。襯 底11和導(dǎo)電層13形成基部20。包括Mo、 Ta、 W、 Ti和不銹鋼等的 導(dǎo)電層已經(jīng)用在圖1的太陽能電池結(jié)構(gòu)中。如果襯底自身是適當(dāng)選擇 的導(dǎo)電材料，可以不使用導(dǎo)電層13，因?yàn)橐r底11可以用作連接該裝 置的歐姆接觸部。在已經(jīng)生長吸收體膜12之后，諸如CdS、 ZnO或 CdS/ZnO疊層的透明層14形成在吸收體膜上。射線15通過透明層 14進(jìn)入該裝置。金屬網(wǎng)格(未示出)也可以沉積在透明層14上以減 小裝置的有效串聯(lián)電阻。吸收體膜12的優(yōu)選電類型是p型，透明層 14的優(yōu)選電類型是n型。然而也能夠采用n型吸收體和p型窗口層。 圖1的優(yōu)選裝置結(jié)構(gòu)稱為"襯底型"結(jié)構(gòu)。也能夠通過下述方式形成"覆 層"結(jié)構(gòu)將透明的導(dǎo)電層沉積在諸如玻璃或透明聚合物膜的透明覆層 上，然后沉積Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)2吸收體膜，最終由導(dǎo)電層形成連 接至該裝置的歐姆接觸部。在此種覆層結(jié)構(gòu)中，光從透明覆層側(cè)進(jìn)入 所述裝置。通過各種方法沉積的各種材料能夠用于提供圖1中所示裝 置的各層。在采用IBIIIAVIA族化合物吸收體的薄膜太陽能電池中，電池效 率與IB/IIIA的摩爾比成強(qiáng)函數(shù)關(guān)系。如果在成分中含有一種以上的 IIIA族材料，這些IIIA元素的相對(duì)量或摩爾比也影響性能。例如，對(duì) 于Cu(In，Ga)(S，Se)2吸收體層，裝置的效率是Cu/(In+Ga)的函數(shù)。進(jìn) 一步地，電池的某些重要參數(shù)，諸如其開路電壓、短路電流和填充因 數(shù)隨著IIIA元素的摩爾比——即Ga/(Ga+In)摩爾比變化。通常，為 了好的裝置性能，Cu/(In+Ga)摩爾比保持在1.0左右或低于1.0。隨著 Cu/(In+Ga)摩爾比增加，另一方面，吸收體層的光帶隙增加，因此太 陽能電池的開路電壓增加，而短路電路通?？蓽p小。對(duì)于薄膜沉積過程來說重要的是，能夠控制組分中IB/IIIA的摩爾比以及IIIA族成分 的摩爾比。應(yīng)該指出的是，盡管化學(xué)式經(jīng)常寫成Cu(In，Ga)(S，Se)2，該 化合物更精確的化學(xué)式是Cu(In，Ga)(S，Se)k，其中k通常接近2但可以 不是恰好為2。為了簡單化，我們將繼續(xù)使用為2的k值。需要進(jìn)一 步指出的是，化學(xué)式中的符號(hào)"Cu(X，Y)，，意指從(X = 0 %且Y = 100 % ) 至(X= 100%且Y = 0% )的X和Y的所有化學(xué)組成。例如"Cu(In，Ga)" 意指從Culn至CuGa的所有化學(xué)組成。類似地，Cu(In，Ga)(S，Se)2意 指Ga/(Ga+In)摩爾比從0至1變化以及Se/(Se+S)摩爾比從0至1變 化的整個(gè)化合物族。用于生長太陽能電池應(yīng)用所用Cu(In，Ga)(S，Se)2型化合物薄膜的 一種技術(shù)是兩階段處理，其中，Cu(In,Ga)(S，Se)2材料的金屬成分首先 沉積到襯底上，然后在高溫退火處理中與S和/或Se反應(yīng)。例如，為 了 CuInSe2生長，Cu和In薄層先沉積在襯底上，然后該疊層前驅(qū)物 層在升高的溫度下與Se反應(yīng)。如果反應(yīng)環(huán)境還含有硫，則能夠生長 CuIn(S，Se)2層。在所述前驅(qū)物層中添加Ga,也就是使用Cu/In/Ga疊 層膜前驅(qū)物，允許生長Cu(In，Ga)(S，Se)2吸收體。兩階段處理方案還可以采用包括VIA族材料的疊層。例如，可以 通過將In-Ga-Se和Cu-Se層沉積在In-Ga-Se/Cu-Se疊層中以及使它 們?cè)诖嬖赟e的情況下反應(yīng)而得到Cu(In，Ga)(S，Se)2膜。類似地，也可 以使用包括VIA族材料和金屬成分的疊層。包括VIA族材料的疊層 包括，但不限于In-Ga-Se/Cu疊層、Cu/In/Ga/Se疊層、Cu/Se/In/Ga/Se 疊層等。包括金屬成分的前驅(qū)物層的竭化和硫化或硫化反應(yīng)可以各種形式 的VIA族材料執(zhí)行。 一種方案涉及使用諸如H2Se、 H2S或它們混合 物的氣體來同時(shí)或順序地反應(yīng)，而前驅(qū)物包括Cu、 In和/或Ga。以此 方式，可以在高溫下的退火和反應(yīng)之后形成Cu(In,Ga)(S，Se)2膜。通 過在化合物形成的過程期間在反應(yīng)氣體中激發(fā)等離子體，可以增加反 應(yīng)速率或反應(yīng)能力。來自元素源的Se蒸汽或S蒸汽也可以用于硒化或 硫化。替代地，如上所述，Se和/或S可以沉積在包括Cu、 In和/或Ga的前驅(qū)物層上，并且疊層結(jié)構(gòu)能夠在升高的溫度下退火以啟動(dòng)金屬 元素或化合物于VIA族材料之間的反應(yīng)而形成Cu(In，Ga)(S，Se)2化合物。兩階段處理的反應(yīng)步驟通常在分層式烘爐中進(jìn)行。在此方案中， 數(shù)個(gè)其上沉積有前驅(qū)物層的預(yù)切割襯底被放置到分層式烘爐中，并且 反應(yīng)進(jìn)行15分鐘到數(shù)小時(shí)的時(shí)間期間。在加載所述襯底后，分層式烘 爐的溫度通常升高至反應(yīng)溫度，反應(yīng)溫度可以在400 - 600。C的范圍內(nèi)。此溫度升高的斜率通常低于5。c/秒，典型地低于rc/秒。在美國專利第5578503號(hào)中描述的現(xiàn)有技術(shù)方法采用快速熱退火(RTP)方 案來使前驅(qū)物層以批次的方式反應(yīng)，每次一襯底。在此種設(shè)計(jì)中，帶 有前驅(qū)物層的襯底的溫度以高的速率——通常為10。C/秒——升高至 反應(yīng)溫度。用于執(zhí)行硒化/硫化處理的反應(yīng)腔的設(shè)計(jì)對(duì)于得到的化合物膜的 質(zhì)量、太陽能電池的效率、產(chǎn)出、材料利用和處理成本是極其重要的。 本發(fā)明提供方法和裝置來以巻至巻方式執(zhí)行用于形成CIGS(S)型吸收 體的前驅(qū)物層的反應(yīng)。巻到巻或巻對(duì)巻處理增加產(chǎn)出且使得襯底處理 最小化。因此，其是用于大批量生產(chǎn)的優(yōu)選方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種方法和一種集成式的工具來在連續(xù)柔性工件上形 成太陽能電池吸收體。使用包含多個(gè)腔的巻至巻快速熱處理(RTP) 工具來使連續(xù)柔性工件上的前驅(qū)物層反應(yīng)。本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種具有多個(gè)腔的集成式巻至巻RTP工 具來通過使連續(xù)柔性工件表面上的前驅(qū)物層反應(yīng)而形成太陽能電池吸 收體。所述工具包括狹長的殼體，其包含真空管線來在所述狹長的 殼體內(nèi)抽真空。進(jìn)一步地，所述狹長的殼體的加熱腔將預(yù)先設(shè)定的溫 度分布施加至所述連續(xù)柔性工件。所述加熱腔在位于所述加熱腔第一 端處的第一開口和位于所述加熱腔第二端處的第二開口之間延伸，并 且包含由所述加熱腔的頂壁、底壁和側(cè)壁所限定的處理間隙。臨近所ii述加熱腔的第一開口設(shè)置的氣體入口管線在所述處理期間將可以是惰性氣體或可以包括VIA族材料的處理氣體傳送至所述加熱腔內(nèi)。所述 連續(xù)柔性工件設(shè)置成在處理期間經(jīng)過所述處理間隙以及在所述第 一和 第二開口之間被傳送。取決于柔性工件在處理間隙中的速度以及加熱 腔的預(yù)先設(shè)定溫度分布，所述柔性工件的部分在反應(yīng)期間經(jīng)受預(yù)先設(shè) 定的溫度-時(shí)間曲線。所述狹長殼體的供應(yīng)腔容納所述連續(xù)柔性工件的供應(yīng)輥。所述供 應(yīng)腔臨近所述加熱腔的第一端并且所述第一開口將所述供應(yīng)腔的內(nèi)部 空間連接至所述處理間隙，所述連續(xù)柔性工件設(shè)置成經(jīng)過所述第一開 口從所述供應(yīng)腔被傳送至所述加熱腔。所述狹長殼體的接收腔容納來 自所述加熱腔的連續(xù)柔性工件。所述第二開口將接收腔的內(nèi)部空間連 接至處理間隙，所述連續(xù)柔性工件設(shè)置成經(jīng)過所述第二開口從所述處 理腔被傳送至所述供應(yīng)腔。通過進(jìn)給所述連續(xù)柔性工件的從所述供應(yīng)腔中的所述供應(yīng)輥上事 先退繞的部分，及通過在接收腔中拾取并巻繞所述連續(xù)柔性工件的已 處理部分，移動(dòng)機(jī)構(gòu)在所述加熱腔的處理間隙中保持并移動(dòng)所述連續(xù) 柔性工件(包括所述連續(xù)柔性工件的處于處理腔中并已在處理腔中處 理的部分)并使之經(jīng)過所述處理間隙。臨近所述加熱腔的第一和第二開口之一設(shè)置的排出管線去除處理 氣體以及氣體副產(chǎn)物。氣體輸入管線和排出管線設(shè)置成在連續(xù)柔性 工件在處理間隙中移動(dòng)時(shí)，允許連續(xù)柔性工件的前表面上存在處理氣 體流。


圖l是采用IBIIIAVIA族吸收體層的太陽能電池的剖視圖。圖2示出以巻對(duì)巻方式使前驅(qū)物層反應(yīng)以在柔性膜基體上形成IBIIIAVIA族層的裝置。圖3A示出包括柔性基體和沉積在其上的前驅(qū)物層的示例性柔性結(jié)構(gòu)。圖3B示出一基體，該基體帶有通過使圖3A的前驅(qū)物層反應(yīng)而在 其上所形成的IBIIIAVIA族吸收體層。圖4示出另一以巻對(duì)巻方式使前驅(qū)物層反應(yīng)以在柔性膜基體上形 成IBIIIAVIA族層的裝置。圖5A-5B示出其內(nèi)設(shè)置柔性結(jié)構(gòu)的不同反應(yīng)腔的剖視圖。圖5C示出包括外腔和內(nèi)腔的反應(yīng)腔的剖視圖。圖6示出圖2的反應(yīng)器的示例。
具體實(shí)施方式
包括IB族材料、IIIA族材料以及可選的VIA族材料或組分的前 驅(qū)物與VIA族材料的反應(yīng)可以多種方式獲得。這些技術(shù)涉及在存在 Se、S和Te中至少一種的情況下將前驅(qū)物層加熱至350-600。C的溫度， 優(yōu)選地加熱至400 - 575。C的溫度，并持續(xù)從1分鐘至數(shù)個(gè)小時(shí)的時(shí)段， 其中所述Se、 S和/或Te由諸如如下的源提供i)直接沉積在所述前 驅(qū)物上的固態(tài)Se、 S或Te源；以及ii)H2Se氣體、H2S氣體、H2Te 氣體、Se蒸氣、S蒸氣、Te蒸氣等。Se、 S、 Te蒸氣也可以通過加熱 遠(yuǎn)離前驅(qū)物這些材料的固體源而產(chǎn)生。諸如H2Se和H2S的氬化物氣 體可以是瓶裝氣。此種氫化物氣體和諸如H2Te的短壽命氣體也可以 在現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生，例如，通過在包括S、 Se和/或Te的陰極酸性水溶液中 電解，然后提供至反應(yīng)器。生產(chǎn)這些氫化物氣體的電化學(xué)方法適用于 現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。前驅(qū)物可以同時(shí)地或順序地暴露于一種以上的VIA族材料。例 如，包括Cu、 In、 Ga和Se的前驅(qū)物層可以在存在S的情況下退火以 形成Cu(In， Ga)(S， Se)2。在此情況下，前驅(qū)物層可以是包括含Cu、 Ga及In的金屬層與沉積在金屬層上的Se層的堆疊的層。替代地， Se納米顆?？梢员椴挤稚⒃谒龊珻u、 Ga及In的金屬層中。所述 前驅(qū)物層還可以包括Cu、 In、 Ga和S，在反應(yīng)期間該層在存在Se的 情況下退火以形成Cu(In， Ga)(S， Se)2。形成Cu(In，Ga)(S，Se)2化合物層的一些優(yōu)選實(shí)施方式可以總結(jié)如下i)將Se層沉積在包括Cu、 In和Ga的金屬前驅(qū)物上形成一結(jié)構(gòu) 并在升高的溫度下使所述結(jié)構(gòu)在氣態(tài)S源中反應(yīng)；ii)在包括Cu、 In 和Ga的金屬前驅(qū)物上沉積S和Se的混合層或S層與Se層，形成一 結(jié)構(gòu)并在升高的溫度下使所述結(jié)構(gòu)在不含S或Se的氣體環(huán)境中或在含 S和Se中至少一種的氣體環(huán)境中反應(yīng)；iii)在包括Cu、 In和Ga的 金屬前驅(qū)物上沉積S層，形成一結(jié)構(gòu)并在升高的溫度下使所述結(jié)構(gòu)在 氣態(tài)Se源中反應(yīng)；W)在包括Cu、 In和Ga的金屬前驅(qū)物上沉積Se 層形成一結(jié)構(gòu)，并在升高的溫度下使所述結(jié)構(gòu)反應(yīng)以形成 Cu(In，Ga)Se2層和/或包括Cu、 In和Ga硒化物的混合相層，然后使 所述Cu(In，Ga)Se2層和/或所述混合相層與氣態(tài)S源、液態(tài)S源或諸如 S層的固態(tài)S源反應(yīng)；v)在包括Cu、 In和Ga的金屬前驅(qū)物上沉積 S層形成一結(jié)構(gòu)，并在升高的溫度下使所述結(jié)構(gòu)反應(yīng)以形成 Cu(In，Ga)S2層和/或包括Cu、 In和Ga硒化物的混合相層，然后使所 述Cu(In，Ga)S2層和/或所述混合相層與氣態(tài)Se源、液態(tài)Se源或諸如 Se層的固態(tài)Se源反應(yīng)。應(yīng)該注意到，VIA族材料是腐蝕性的。因此，在升高的溫度下暴 露于VIA族材料或材料蒸氣的反應(yīng)器或腔的各部分所用的材料應(yīng)該 正確地選擇。這些部分應(yīng)該以下述材料制造或涂覆諸如陶乾例如氧 化鋁、氧化鉭、氧化鈦、氧化鋯等、玻璃、石英、不銹鋼、石墨等實(shí) 質(zhì)上惰性的材料；諸如Ta的耐熱材料，諸如氮化鉭和/碳化鉭、氮化 鈦和或碳化鈦、氮化鴒和/或碳化鴒的耐熱金屬氮化物和/或碳化物； 以及諸如氮化硅和或碳化硅等的其它氮化物和/或碳化物。包括Cu、 In、 Ga以及可選地至少一種VIA族材料的前驅(qū)物層的 反應(yīng)可以在以慢的速度將處理溫度施加至所述前驅(qū)物層的反應(yīng)器中進(jìn) 行。替代地，可以使用快速熱處理(RTP)，其中以至少大約10。C/秒 的速度將前驅(qū)物溫度升高至高的反應(yīng)溫度。如果前驅(qū)物層中包含有 VIA族材料，則VIA族材料可以通過蒸發(fā)、噴濺或電鍍而獲得。替代 地，可以制備包括VIA族納米微粒的墨水，這些墨水可以沉積而在前 驅(qū)物層內(nèi)形成VIA族材料層。還可以使用諸如包括至少一種VIA族材料的有機(jī)金屬溶液的其它液體或溶液。可以采用浸入熔化金屬或墨 水中、噴射熔化金屬或墨水、刮刷或墨水書寫技術(shù)來沉積此種層。圖2中示出用來執(zhí)行前驅(qū)物層的反應(yīng)以形成IBIIIAVIA族化合物 膜的巻對(duì)巻裝置100或巻至巻RTP反應(yīng)器。應(yīng)該注意，待在該反應(yīng)器 中反應(yīng)的前驅(qū)物層可以包括至少一種IB族材料和至少一種IIIA族材 料。例如，前驅(qū)物層可以是Cu/In/Ga、 Cu-Ga/In、 Cu-In/Ga、 Cu/In-Ga、 Cu畫Ga/Cu畫In、 Cu畫Ga/Cu國In/Ga、 Cu/Cu-In/Ga或Cu-Ga/In/In-Ga等 的疊層，其中各種材料層在所述疊層中的順序可以改變。在此，Cu-Ga、 Cu-In、 In-Ga分別意指Cu和Ga的合金或混合物、Cu和In的合金 或混合物以及In和Ga的合金或混合物。替代地，前驅(qū)物層還可以包 含至少一種VIA族材料。此種前驅(qū)物層有許多的例子。這些例子中的 一些是Cu/In/Ga/VIA族材料疊層、Cu-VIA族材料/In/Ga疊層，In -VIA族材料/ Cu-VIA族材料疊層、或Ga-VIA族材料/Cu/In，在此 Cu-VIA族材料包括Cu和VIA族材料的合金、混合物或化合物(諸 如硒化銅、硫化銅等)，In-VIA族材料包括In和VIA族材料的合金、 混合物或化合物(諸如硒化銦、硫化銦等)，以及Ga-VIA族材料包括 Ga和VIA族材料的合金、混合物或化合物(諸如硒化鉤、硫化鉀等)。 這些前驅(qū)物沉積在包括襯底11的基體20上，基體20可以附加地包括 如圖1中所示的傳導(dǎo)層13?？梢允褂帽景l(fā)明的方法和裝置處理的其它 類型前驅(qū)物包括IBIIIAVIA族材料層，該IBIIIAVIA族材料層可以使 用諸如化合物電鍍、化學(xué)鍍、來自化合物耙的噴濺、采用基于IIIAVIA 族納米微粒的墨水的墨水沉積、噴濺包括Cu、 In、 Ga和可選地Se 等的金屬納米微粒等低溫方法而形成在基體上。然后這些材料層在 350 - 600°C的溫度范圍內(nèi)在所述裝置或反應(yīng)器內(nèi)退火，以改善其晶體 質(zhì)量、組分和密度。退火和/或反應(yīng)步驟可以在本發(fā)明的反應(yīng)器內(nèi)以基本上等于大氣 壓力的壓力、低于大氣壓力的壓力或高于大氣壓力的壓力進(jìn)行。反應(yīng) 器內(nèi)的較低壓力可以通過使用真空泵而獲得。圖2的巻對(duì)巻裝置100可以包括細(xì)長的加熱腔101,加熱腔101被加熱器系統(tǒng)102環(huán)繞，加熱器系統(tǒng)102可以具有諸如Zl、 Z2和Z3 的一個(gè)或多個(gè)加熱區(qū)以形成沿著腔101的長度的溫度分布。在所述區(qū) 之間優(yōu)選地設(shè)有低熱導(dǎo)率的緩沖區(qū)域，使得可以獲得劇變的溫度分布。 緩沖區(qū)域的此種使用的細(xì)節(jié)在2006年10月13日提交的、發(fā)明名稱為"Method and Apparatus for Converting Precursor Layers into PhotovoltaicAbsorbers"的美國專利申請(qǐng)第11/549/590號(hào)中有過討論， 在此將該美國專利申請(qǐng)引入作為參考。腔101整體以可密封的方式附 接至第一端口 103和第二端口 104。"整體地以可密封的方式"意指腔 的內(nèi)部容積、第一端口和第二端口相對(duì)于空氣環(huán)境密封，因此，在內(nèi) 部容積內(nèi)使用的任何氣體不會(huì)泄漏出去(除了在指定的排出端口處)， 并且沒有空氣泄漏到內(nèi)部容積之中。換句話說，所述腔、第一和第二 端口的集成是真空密封的。第一巻筒105A和第二巻筒105B分別設(shè)置 在第一端口 103和第二端口 104內(nèi)，柔性結(jié)構(gòu)的連續(xù)柔性工件106能 夠在第一巻筒105A和第二巻筒105B之間以任一方向移動(dòng)，即從左向 右或從右向左。柔性結(jié)構(gòu)包括待在細(xì)長腔內(nèi)轉(zhuǎn)化為吸收體層的前驅(qū)物 層。第一端口 103具有至少一個(gè)第一端口氣體入口 107A和第一端口 真空管線108A。類似地，第二端口 104具有至少一個(gè)第二端口氣體入 口 107B,并且可以具有第二端口真空管線108B。細(xì)長加熱腔101以 及第一端口 103和第二端口 104可以通過第一端口真空管線108A和 第二端口真空管線108B中的任意一個(gè)或兩個(gè)而排空。腔101還設(shè)有 至少一個(gè)氣體管線113和至少一個(gè)排出部112。可以有附加的真空管 線(未示出)連接至腔101。優(yōu)選地，在所有氣體入口、氣體管線、 真空管線和排出口上設(shè)置閥109，使得形成一個(gè)公共腔，該公共腔能 夠處于單個(gè)真空下。在腔101的兩端優(yōu)選地具有切口 110，柔性結(jié)構(gòu) 106穿過所述切口。盡管將腔和第一與第二端口排空是從該工具的內(nèi) 部容積去除空氣的優(yōu)選方法，但是利用諸如1\2的氣體通過指定的排出 端口將該工具的內(nèi)部容積進(jìn)行吹掃也是可以的。反應(yīng)前的柔性結(jié)構(gòu)106A可以是在至少一面上沉積有前驅(qū)物膜的 基體。反應(yīng)后的柔性結(jié)構(gòu)106B包括所述基體和作為前驅(qū)物層反應(yīng)結(jié)果的IBIIIAVIA族化合物層。應(yīng)該注意，我們沒有區(qū)分圖2中柔性結(jié) 構(gòu)106的已反應(yīng)部分和未反應(yīng)部分——都稱為柔性結(jié)構(gòu)106。我們還 將所述柔性結(jié)構(gòu)稱為"幅材"，而不論其上的前驅(qū)物層是否已經(jīng)發(fā)生反 應(yīng)?；w的襯底可以是柔性金屬或者聚合體膜片。如上所描述的，基 體上的前驅(qū)物膜至少包括Cu、 In和Ga以及可選的諸如Se的VIA族 材料。柔性結(jié)構(gòu)106在移動(dòng)通過腔101時(shí)，柔性結(jié)構(gòu)106的背側(cè)20A 可以接觸或不接觸腔101的壁。現(xiàn)在將通過具體實(shí)施例描述本發(fā)明的 方法。實(shí)施例1可以使用圖2的單腔反應(yīng)器設(shè)計(jì)來形成Cu(In，Ga)(Se，S)2吸收體 層。在圖3A中示出了示例的反應(yīng)前的柔性結(jié)構(gòu)106A?；w20可以 類似于圖l的基體20。前驅(qū)物層200設(shè)置在基體20上。前驅(qū)物層200 包括Cu，并且包括In和Ga中的至少一種。優(yōu)選地，前驅(qū)物層200 包括Cu、 In和Ga中的每一種。可選地，Se層201可以沉積在前驅(qū) 物層200上形成承載Se的前驅(qū)物層202。 Se還可以混合在前驅(qū)物層 200 (未示出)內(nèi)形成承載Se的前驅(qū)物層的另一形式。反應(yīng)步驟后的 柔性結(jié)構(gòu)在圖3B中示出。在此情況下，柔性結(jié)構(gòu)106B包括基體20 和IBIIIAVIA化合物層203——諸如通過前驅(qū)物層200或承載Se的前 驅(qū)物層202的反應(yīng)而得到的Cu(In，Ga)(Se，S)2膜。在將未反應(yīng)的柔性結(jié)構(gòu)106A或幅材加載在例如第一巻筒105A上 之后，所述幅材的一端可以;故進(jìn)給通過腔101，經(jīng)過切口 110的間隙 111,然后巻在第二巻筒105B上。第一端口 103和第二端口 104的門 (未示出)關(guān)閉，并且所述系統(tǒng)(包括第一端口 103、第二端口 104 以及腔101)被排空以去除空氣。替代地，可以利用通過所述氣體入 口或氣體管線中的任一個(gè)或全部進(jìn)入并持續(xù)一段時(shí)間的諸如N2的惰 性氣體將所述系統(tǒng)通過排出口 112吹掃。在排空或吹掃之后，系統(tǒng)被 填充以惰性氣體并且加熱器系統(tǒng)102可以開啟以沿著腔101的長度建 立溫度分布。當(dāng)建立起所需的溫度分布時(shí)，反應(yīng)器可以準(zhǔn)備用于處理。17在形成例如Cu(In，Ga)Se2吸收體層的處理中，包括Se蒸氣或諸 如H2Se的Se源的氣體可以被導(dǎo)入腔中，優(yōu)選地通過腔氣體入口 113 導(dǎo)入。排出口現(xiàn)在可以通過打開其閥而打開，使得承載Se的氣體能夠 被引導(dǎo)至洗滌器或捕集器(未示出)。應(yīng)該注意，Se是揮發(fā)性材料并 且在大約400- 600。C的典型反應(yīng)溫度附近趨于依附在任何冷的表面 上并且以固態(tài)或液態(tài)Se的形式沉積。這意味著，除非在反應(yīng)處理期間 進(jìn)行防范，否則Se蒸氣可以進(jìn)入第一端口 103和/或第二端口 104并 且沉積在所有表面(包括第一端口 103中的幅材的未反應(yīng)部分以及第 二端口 104中的幅材的已反應(yīng)部分)上。為了消除此種Se沉積或使之 最小化，優(yōu)選的是通過第一端口氣體入口 107A將氣體導(dǎo)入第一端口 103內(nèi)以及通過第二端口氣體入口 107B將氣體導(dǎo)入第二端口 104。被 導(dǎo)入的氣體可以是不會(huì)在低溫下分解成Se和/或S的承載Se和/或承 載S的氣體，但是優(yōu)選地所述被導(dǎo)入氣體是諸如N2的惰性氣體，并且 所述惰性氣體對(duì)所述兩個(gè)端口加壓以建立從所述端口通過所述切口 110的間隙lll朝著所述腔的惰性氣體氣流。該氣體氣流的速度能夠通過減小切口 110的間隙111和/或增加氣 體至所述端口內(nèi)的流量而增加。在此方式下，Se蒸氣至所述端口的擴(kuò) 散被減小或防止，將此種蒸氣引導(dǎo)至排出口 112，在此其被從已處理 的幅材收集走。對(duì)于切口 110的間隙111來說優(yōu)選的值可以在0.5-5mm 的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在l-3mm的范圍內(nèi)。氣體流入所述端口的流量可 以根據(jù)切口的寬度而得到調(diào)節(jié)，而所述切口的寬度又取決于柔性結(jié)構(gòu) 106或幅材的寬度。通常幅材寬度可以在l-4英尺的范圍內(nèi)。一旦承載Se的氣體或惰性氣體流被設(shè)定好并且達(dá)到了腔101的所 需溫度分布，柔性結(jié)構(gòu)106可以預(yù)定的速度從第一端口 103移動(dòng)至第 二端口 104。以此方式，柔性結(jié)構(gòu)106的未反應(yīng)部分離開第一滾筒 105A，進(jìn)入腔101，經(jīng)過腔101，完成反應(yīng)而在幅材的基體上形成 Cu(In，Ga)Se2吸收體層，并且在第二端口 104內(nèi)巻在第二巻筒105B 上。應(yīng)該注意，在第二端口 104內(nèi)可以有可選的冷卻區(qū)域(未示出) 以在反應(yīng)過的幅材巻到第二巻筒105B上之前對(duì)之進(jìn)行冷卻。上面的說明也可以用于形成含有s的吸收體層。例如，為了形成Cu(In，Ga)S2層，上面說明中的承載Se的氣體可以由諸如H2S的承載 S的氣體替代。為了形成Cu(In，Ga)(Se，S)2層，可以使用承載Se的氣 體和承載S的氣體的混合物。替代地，可以使用承載S的前驅(qū)物并且 反應(yīng)可以在承載S的氣體中進(jìn)行。圖2的系統(tǒng)100的一個(gè)特征是，柔性結(jié)構(gòu)106可以從左向右移動(dòng) 也可以從右向左移動(dòng)。以此方式，可以執(zhí)行多于一次的反應(yīng)步驟。例 如，可以隨著幅材從左向右移動(dòng)而執(zhí)行第一反應(yīng)，然后可以隨著幅材 從右向左移動(dòng)第二反應(yīng)，并且反應(yīng)后的幅材可以從第一巻筒105A卸 載。當(dāng)然，可以通過在第一巻筒105A和第二巻筒105B之間多次移動(dòng) 幅材而執(zhí)行多個(gè)步驟的反應(yīng)或退火等。對(duì)于不同的反應(yīng)步驟，諸如氣 體流量和反應(yīng)溫度的反應(yīng)條件可以不同。例如，當(dāng)幅材從左向右運(yùn)動(dòng) 時(shí)，對(duì)于第一反應(yīng)步驟，腔IOI的溫度分布可以設(shè)置為最大溫度400。C。 以此方式幅材的前驅(qū)物可以在400。C的溫度下部分地或完全地反應(yīng)或 退火。在幅材的大致所有部分巻在第二巻筒105B上之后，溫度分布的 最大溫度可以調(diào)整至更高的值，諸如調(diào)整至550°C，此時(shí)在更高的溫 度550。C下，所述幅材可以從右向左移動(dòng)，已經(jīng)退火或反應(yīng)過的前驅(qū) 物層可以被進(jìn)一步地反應(yīng)、退火或晶體化。應(yīng)該注意，可以通過下述 方法實(shí)現(xiàn)類似的處理使腔IOI更長，以及沿著腔IOI設(shè)置溫度分布， 使得隨著幅材從左向右移動(dòng)，例如經(jīng)過40(TC的區(qū)域，以及然后經(jīng)過 550。C的區(qū)域。然而，使用如上所述的雙向運(yùn)動(dòng)，腔101的長度可以減 小而仍然可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)步驟/兩個(gè)溫度的反應(yīng)。為了在幅材于反應(yīng)步驟 之間巻到第一巻筒105A或第二巻筒105B的任一一個(gè)之上時(shí)保持幅材具有高的溫度，可以在第一端口 103和第二端口 104的任--個(gè)或兩個(gè)之內(nèi)設(shè)置可選的加熱器(未示出)。應(yīng)該注意，在反應(yīng)器溫度和幅材速度之外，在上述的多步驟反應(yīng) 方法中反應(yīng)氣體成分也可以改變。例如，在第一反應(yīng)步驟期間，當(dāng)幅 材從左向右移動(dòng)時(shí)，諸如H2Se的第一氣體可以用在腔101中以形成硒化的前驅(qū)物層。另一方面，在第二反應(yīng)步驟期間，當(dāng)幅材從右向左
移動(dòng)時(shí)，諸如H2S的另一氣體可以被導(dǎo)入腔101中。結(jié)果，隨著幅材從第二巻筒105B移動(dòng)至第一巻筒105A，硒化的前驅(qū)物層可以與S反應(yīng)，從而通過將已經(jīng)硒化的前驅(qū)物層轉(zhuǎn)化成硫-硒化物可以生長Cu(In，Ga)(Se，S)2層。選擇氣體濃度、幅材速度以及反應(yīng)溫度，可以控制吸收體層中Se和S的量。例如，在執(zhí)行與Se的反應(yīng)時(shí)，通過增加第 一處理步驟期間的幅材速度和/或降低反應(yīng)溫度，可以增加最終吸收體層中的S/ (Se + S)摩爾比率。類似地，在執(zhí)行與S的反應(yīng)時(shí)，通過降低第二反應(yīng)步驟期間的幅材速度和/或升高反應(yīng)溫度，也可以增加S/(Se + S)摩爾比率。這提供了通過優(yōu)化彼此獨(dú)立的兩個(gè)反應(yīng)步驟而優(yōu)化吸收體層成分的大的靈活性。
本發(fā)明的另一實(shí)施方式在圖4中示出。圖4中的反應(yīng)器系統(tǒng)400包括三段式腔450——其是更通常的多腔設(shè)計(jì)的例子。圖4的三段式腔450包括A段、B段和C段。在圖中沒有示出各段周圍的加熱裝置以及第一端口、第一巻筒、第二端口和第二巻筒以簡化該圖。不過，與圖2中所示類似的設(shè)計(jì)可以用于這些未顯示的部分。所述加熱裝置可以是加熱燈、熱線圏等，并且它們可以有獨(dú)立的控制來在A段、B段和C段中產(chǎn)生不同的溫度值和分布。
圖4的設(shè)計(jì)的重要特征在于，A段和C段由節(jié)段分離，優(yōu)選地由低容積段410分離，低容積段410處在三段式腔450的B段中。有裝置將氣體導(dǎo)入A段、B段和C段中的各個(gè)段。例如，入口401和402分別可以將氣體導(dǎo)入A段和C段，而入口 403可以將氣體導(dǎo)入B段中的低容積段410?？梢栽O(shè)置排出口 404和405來分別從A段和C段排出氣體。待處理或反應(yīng)的柔性結(jié)構(gòu)106可以經(jīng)過第一切口 110A的第一間隙111A，進(jìn)入三段式腔450，然后經(jīng)過第二切口 IIOB的第二間隙111B排出。
實(shí)施例2
可以使用圖4的三段式腔形成Cu(In，Ga)(Se，S)2吸收體層。在載入未反應(yīng)柔性結(jié)構(gòu)106之后，如實(shí)施例1中說明的一樣對(duì)系統(tǒng)抽氣并吹掃，可以開始進(jìn)行處理。三段式腔450的A段、B段和C段可以具有溫度T1、 T2和T3， Tl、 T2和T3可以彼此相同或不同。進(jìn)一步地，A段、B段和C段各自均可以具有溫度分布，而非沿著其各自的長度具有恒定的溫度。在處理期間，可以通過入口 403將諸如N2的第一處理氣體導(dǎo)入B段中的低容積段410，而第二處理氣體和第三處理氣體可以分別通過入口 401和402分別導(dǎo)入至A段和C段。
第二處理氣體和第三處理氣體可以是相同氣體或兩種不同的氣體。例如，第二處理氣體可以包括Se,而第三處理氣體可以包括S。以此方式，當(dāng)柔性結(jié)構(gòu)106的一部分通過第一切口 110A的第一間隙111A進(jìn)入三段式腔的A段時(shí)，這部分上的前驅(qū)物層開始與Se反應(yīng)在所述部分上形成硒化的前驅(qū)物層。當(dāng)所述部分進(jìn)入低容積段410時(shí)，其在該段內(nèi)在N2氣體中退火(如果B段被加熱)，直到所述部分進(jìn)入C段。在C段中，由于存在氣態(tài)形式的S，從而發(fā)生硫化或硫化反應(yīng)，從而在所述部分經(jīng)過第二切口 110B的第二間隙111B排出三段式腔450之前在所述部分上形成Cu(In，Ga)(Se，S)2吸收體層?？梢酝ㄟ^A段和C段的相對(duì)溫度和長度而控制吸收體層中的S/ (Se + S)摩爾比率。例如，在給定的幅材速度下，可以通過減小A段的長度和/或降低A段的溫度而增加S/ (Se + S)比率。
替代地或者附加地，可以增加C段的長度和/或溫度?？梢赃M(jìn)行相反的操作以降低S/ (Se + S)摩爾比率。應(yīng)該注意，如同在前一實(shí)施例中一樣，可以從右向左向回運(yùn)行柔性結(jié)構(gòu)以繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)。還可以改變導(dǎo)入三段式腔450的A段、B段和C段各段的氣體以獲得具有不同組分的吸收體層。圖4的設(shè)計(jì)的獨(dú)特的特征在于，允許在反應(yīng)器的兩個(gè)不同段中存在兩種不同的氣體或蒸氣，使得可以通過以順序的方
;亍巻對(duì)巻連續(xù)處理。將、4性氣體導(dǎo)入、:段(圖^4中的A段和C段)之間的低容積段用作擴(kuò)散阻礙，并使得這兩個(gè)段中所使用的不同氣體之間的相互混合最小化或消除此種相互混合。通過圖4中的入口 403導(dǎo)入的第一氣體流經(jīng)低容積段410向右流和向左流，逆著A段和C段之間朝著彼此的任何氣體流動(dòng)。應(yīng)該指出的是，在圖4的反應(yīng)器設(shè)計(jì)中可以增加更多的段，以使段與段之間具有更多的低容積段，并且各段可以不同的溫度和氣體運(yùn)行，以提供形成高質(zhì)量IBIIIAVIA族化合物吸收體層的處理靈活性。此外，可以將更多的氣體入口和/或排出口添加至圖4的系統(tǒng)，并且這些氣體入口和排出口的位置可以改變。
各種不同的橫截面形狀可以用于本發(fā)明的腔。在圖5A和5B中分別示出具有圓形和矩形橫截面的兩種這樣的腔500A和500B。具有圓形橫截面的大致圓筒形反應(yīng)腔對(duì)于在腔中抽真空是有利的，即使在腔由諸如玻璃或石英的材料制造時(shí)也是如此。然而，隨著襯底或幅材的寬度增加至1英尺、2英尺或更大，圓形腔變得相當(dāng)大。使用此種大的圓筒形腔不能維持具有劇烈溫度變化的溫度分布，從而巻至巻RTP處理不能在諸如l-4英尺寬或更寬的寬柔性襯底上進(jìn)行。
如圖5B中所示，腔500B包含由頂壁510A、底壁510B和側(cè)壁510C限定的矩形間隙。在此情況下，腔優(yōu)選地由金屬構(gòu)成，因?yàn)闉榱嗽诖朔N腔中抽真空而腔不破裂，如果腔由石英或玻璃構(gòu)成則需要非常厚的壁(半英寸或更厚)。在此構(gòu)造中，頂壁510A和底壁510B基本上彼此平行，并且柔性結(jié)構(gòu)106設(shè)置在它們之間。具有矩形橫截面或構(gòu)造的腔更有利于減少反應(yīng)氣體的消耗，因?yàn)榇朔N腔的高度可以減小到低于10mm，寬度接近柔性結(jié)構(gòu)的寬度(可以是l-4英尺)。這樣小的高度還允許在無需將太多的VIA族材料導(dǎo)入腔內(nèi)的情況下在VIA族蒸氣中進(jìn)行反應(yīng)。應(yīng)該注意，腔500B的高度，即間隙尺寸，是頂壁和底壁之間的距離，并且需要保持小的間隙尺寸以在反應(yīng)期間在前驅(qū)物層的表面上保持高的VIA族材料壓力。此外，這些腔即使對(duì)于寬度在4英尺以上的柔性襯底也能夠保持劇烈變化的溫度分布。例如，沿著具有矩形截面的腔的長度的溫度分布可以在幾厘米的長度上包括400-500。C的溫度變化。因此，此種腔可以在巻至巻RTP模式中使用，其中襯底上的前驅(qū)物層的一部分以每秒幾厘米的速度經(jīng)過上述的溫度變化，經(jīng)受400-50(TC/秒的溫度升高。通過增加襯底的速度甚至可以實(shí)現(xiàn)每秒數(shù)千度的更高速率。
如同在圖5C的橫截面圖中示出的，另一優(yōu)選的腔設(shè)計(jì)包括雙重腔500C，其中具有矩形截面的內(nèi)腔501B設(shè)置在圓筒形的、具有圓形截面的外腔501A內(nèi)。在此情況下，柔性結(jié)構(gòu)106或幅材經(jīng)過內(nèi)腔501B，內(nèi)腔501B在形狀上可以是方形的，并且所有的氣流優(yōu)選地被引導(dǎo)至并經(jīng)過內(nèi)腔501B， 501B的容積比外腔501A小^^多。通過此種方式，反應(yīng)氣體的浪費(fèi)實(shí)現(xiàn)最小化，但是與此同時(shí)因?yàn)橥馇?01A的圓筒形形狀整個(gè)腔可以容易地排空，甚至所述腔可以諸如石英的材料制造。在此情況下加熱器(未示出)可以設(shè)置在內(nèi)腔501B的外側(cè)、外腔501A的內(nèi)側(cè)。以此方式，能夠沿著矩形截面腔維持劇變的溫度分布同時(shí)具有容易地排空反應(yīng)器主體部的能力。
圖6示出圖2的反應(yīng)器的示例。為了簡化附圖僅僅示出了腔部分。如同能從該圖看出的，雙重腔600包括圓筒形腔601和放置在圓筒形腔601內(nèi)的方形腔602。氣體入口 113和出口 112連接至方形腔602。應(yīng)該指出的是，圓筒形腔601可以不相對(duì)于方形腔氣密，從而當(dāng)整個(gè)腔被抽空時(shí)，圓筒形腔601和方形腔之間的壓力平衡。否則，如果這些腔彼此氣密，它們必須同時(shí)被抽空以使它們之間沒有大的壓差。
可以使用本領(lǐng)域中公知的材料和方法在于本發(fā)明的反應(yīng)器中所形成的化合物層上制造太陽能電池。例如，可以使用化學(xué)浸漬方法在所述化合物層上沉積薄的(<0.1微米)CdS層。可以使用MOCVD或噴濺技術(shù)在所述CdS層上沉積ZnO的透明窗?？蛇x地在所述ZnO上沉積金屬指圖案以完成太陽能電池。
盡管結(jié)合某些優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，方式對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，其改型是明顯的。
權(quán)利要求
1.一種集成式的卷至卷快速熱處理(RTP)工具，其用于通過使連續(xù)柔性工件的表面上的前驅(qū)物層反應(yīng)而形成太陽能電池吸收體，所述工具包括細(xì)長的殼體，其包含密封的公共腔，所述公共腔包含加熱腔、供應(yīng)腔、以及接收腔，其中所述加熱腔限定有狹窄的處理間隙，所述狹窄的處理間隙將預(yù)先設(shè)定的溫度分布施加至所述連續(xù)柔性工件的處于該狹窄的處理間隙內(nèi)的部分上，其中所述狹窄的處理間隙由形成開口的頂壁、底壁和側(cè)壁所限定，其中所述開口的高度顯著小于其寬度，并且所述加熱腔具有加熱腔輸入開口和加熱腔輸出開口；所述供應(yīng)腔容納所述連續(xù)柔性工件的供應(yīng)輥，并且具有供應(yīng)腔開口，其中，所述供應(yīng)腔開口與所述加熱腔輸入開口對(duì)準(zhǔn)，所述連續(xù)柔性工件設(shè)置成從所述供應(yīng)腔進(jìn)入所述加熱腔；所述接收腔容納接收輥以從所述加熱腔收集所述連續(xù)柔性工件，并且具有接收腔開口，其中，所述接收腔開口與所述加熱腔輸出開口對(duì)準(zhǔn)，所述連續(xù)柔性工件設(shè)置成從所述加熱腔進(jìn)入所述供應(yīng)腔；以及移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其在所述公共腔內(nèi)保持所述連續(xù)柔性工件，并且通過將所述連續(xù)柔性工件的從所述供應(yīng)輥上事先退繞的部分送進(jìn)、并通過拾取所述連續(xù)柔性工件的已處理部分并將之卷繞在所述接收腔中的接收輥上，移動(dòng)所述連續(xù)柔性工件使之經(jīng)過所述加熱腔的所述狹窄的處理間隙。
2. 按照權(quán)利要求l的工具，其特征在于，進(jìn)一步包含與所述公共 腔相關(guān)聯(lián)的真空管線，所述真空管線允許在所述公共腔內(nèi)部形成真空 以及將所述公共腔內(nèi)部排空。
3. 按照權(quán)利要求2的工具，其特征在于，進(jìn)一步包括環(huán)繞所述加 熱腔的圓筒形封套，其中所述圓筒形封套密封至所述細(xì)長殼體。
4. 按照權(quán)利要求2的工具，其特征在于，進(jìn)一步包括臨近所述加 熱腔輸出開口設(shè)置的排出管線，所述排出管線將來自所述加熱腔的所 述狹窄的處理間隙的處理氣體以及氣態(tài)副產(chǎn)物移除；臨近所述加熱腔輸入開口設(shè)置的氣體輸入管線，其將所述處理氣 體導(dǎo)入所述加熱腔的所述狹窄的處理間隙，使得所迷處理氣體沿著所 述連續(xù)柔性工件的運(yùn)動(dòng)方向流動(dòng)。
5. 按照權(quán)利要求4的工具，其特征在于，所述氣體輸入管線將 VIA族材料處理氣體供應(yīng)至所述加熱腔內(nèi)。
6. 按照權(quán)利要求2的工具，其特征在于，所述供應(yīng)腔和所述接收腔包含用于將惰性氣體傳輸至所述供應(yīng)腔和所述接收腔內(nèi)的氣體入 口 。
7. 按照權(quán)利要求5的工具，其特征在于，所述供應(yīng)腔和所述接收口 。
8. 按照權(quán)利要求2的工具，其特征在于，所述頂壁和所述底壁之 間的距離在所述加熱腔的所述處理間隙的長度上變化。
9. 按照權(quán)利要求8的工具，其特征在于，所述加熱腔輸入開口和 所述加熱腔輸出開口各自均包含分隔件，所述分隔件限定小于所述處 理間隙的間隙。
10. 按照權(quán)利要求9的工具，其特征在于，所述加熱腔的頂壁實(shí) 質(zhì)上平行于所述加熱腔的底壁。
11. 按照權(quán)利要求10的工具，其特征在于，所述狹窄的處理間隙 的高度在0.5-10mm的范圍內(nèi)。
12. 按照權(quán)利要求ll的工具，其特征在于，所述狹窄的處理間隙 的寬度在100-2000mm的范圍內(nèi)。
13. 按照權(quán)利要求l的工具，其特征在于，所述溫度分布包括在 350至600。C的范圍內(nèi)的最大溫度。
14. 一種快速熱處理(RTP)系統(tǒng)，其用于通過使連續(xù)柔性工件 的表面上預(yù)先沉積的前驅(qū)物層反應(yīng)而形成太陽能電池吸收體，所述系統(tǒng)包括加熱腔，其允許在其內(nèi)部形成真空并且將其內(nèi)部排空，所述加熱 腔包含第一處理段、擴(kuò)散阻礙段以及第二處理段，所迷加熱腔對(duì)所述 連續(xù)柔性工件的被送進(jìn)經(jīng)過所述加熱腔的部分提供預(yù)定的溫度分布，其中所述第一處理段通過在至少一種第一氣態(tài)物存在的情況下對(duì)所述 連續(xù)柔性工件的處于所述第一處理段內(nèi)的部分進(jìn)行加熱而進(jìn)行處理；所述第二處理段通過在至少一種第二氣態(tài)物存在的情況下對(duì)所述 連續(xù)柔性工件的處于所述笫二處理段內(nèi)的部分進(jìn)行加熱而進(jìn)行處理；所述擴(kuò)散阻礙段設(shè)置在所述第一處理段和第二處理段之間，通過 將惰性氣體施加至所述擴(kuò)散阻礙段之內(nèi)、使得所述惰性氣體從所述擴(kuò) 散阻礙段的中心區(qū)域朝所述第 一處理段以及朝所述第二處理段流動(dòng)， 由此形成阻礙來減少所述至少一種第一氣態(tài)物和所述至少一種第二氣 態(tài)物的相互混合，從而將所述第一處理段和第二處理段的處理隔開； 以及移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其通過將所述連續(xù)柔性工件的從所述供應(yīng)輥上事先退 繞的部分進(jìn)給至所述加熱腔，并且通過拾取所述連續(xù)柔性工件的已處 理部分并將之巻繞在接收輥上，從而在所述加熱腔的各個(gè)段之內(nèi)保持 并移動(dòng)所述連續(xù)柔性工件使之經(jīng)過各個(gè)段。
15. 按照權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括連接至所 述第一處理段和所述第二處理段中至少一個(gè)的至少一個(gè)排出口 ，以移 除其內(nèi)的氣態(tài)物以及反應(yīng)副產(chǎn)物。
16. 按照權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括供應(yīng)腔以 容納所述連續(xù)柔性工件的供應(yīng)輥，其中所述供應(yīng)腔與所述加熱腔集成 為一體。
17. 按照權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括接收腔以 容納所述連續(xù)柔性工件的接收輥，其中所述接收腔與所述加熱腔集成 為一體。
18. 按照權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其特征在于，所述供應(yīng)腔和所述接
19. 按照權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一處理段和第 二處理段包含氣體入口。
20. 按照權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱腔的頂壁平 行于底壁。
21. 按照權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一處理段和第 二處理段的所述頂壁和所述底壁之間的高度是所述擴(kuò)散阻礙段的頂壁 和底壁之間的高度的至少兩倍。
22. 按照權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一處理段和第 二處理段的頂壁和底壁之間的高度在0.5-10mm的范圍內(nèi)。
23. 按照權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一處理段和第 二處理段的側(cè)壁之間的寬度在100-2000mm的范圍內(nèi)。
24. 按照權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度分布包括在 350至600。C的范圍內(nèi)的最大溫度。
25. —種在連續(xù)柔性工件移動(dòng)經(jīng)過巻至巻快速熱處理(RTP)腔 時(shí)在所述連續(xù)柔性工件的表面上形成吸收體層的方法，其中，所述巻 至巻快速熱處理腔包括帶有入口的第一處理段；擴(kuò)散阻礙段；以及 帶有出口的第二處理段，其中，所述擴(kuò)散阻礙段設(shè)置在所述第一處理 段和第二處理段之間，其中在所述表面上設(shè)置有前驅(qū)物層，所述方法包括通過進(jìn)給所述連續(xù)柔性工件的從所述供應(yīng)輥上事先退繞的部分， 使所述連續(xù)柔性工件的一部分經(jīng)過所述入口移動(dòng)進(jìn)入所述熱處理腔的 所述第一處理段內(nèi)；通過在將惰性氣體施加至所述擴(kuò)散阻礙段的同時(shí)施加笫一溫度分 布而在所述第一處理段中對(duì)所述前驅(qū)物層進(jìn)行處理；傳送所述連續(xù)柔性工件的所述部分使之經(jīng)過所述擴(kuò)散阻礙段并朝 所述第二處理段運(yùn)動(dòng)；通過在將 性氣體施加至所述擴(kuò)散阻礙段的同時(shí)施加笫二溫度分布而在所述第二處理段中對(duì)所述前驅(qū)物層進(jìn)行處理；以及從所述第二處理段的所述出口拾取所述連續(xù)柔性工件的已處理部 分并將之巻繞在接收輥上。
26. 按照權(quán)利要求25的方法，其特征在于，上述移動(dòng)、傳送和拾 取步驟以變化的速度進(jìn)行，所述速度變化用來改變所述連續(xù)柔性工件 所經(jīng)受的溫度分布。
27. 按照權(quán)利要求26的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將第一氣 體提供至所述第一處理段。
28. 按照權(quán)利要求26的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將第二氣 體提供至所述第二處理段。
29. 按照權(quán)利要求27的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將第二氣 體提供至所述第二處理段。
30. 按照權(quán)利要求26的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括使一惰性 氣體經(jīng)過所述入口流入所述第一處理段以及使另一惰性氣體經(jīng)過所述 出口流入所述第二處理段。
31. 按照權(quán)利要求29的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括使一惰性 氣體經(jīng)過所述入口流入所述第一處理段以及使另一惰性氣體經(jīng)過所述 出口流入所述第二處理段。
32. 按照權(quán)利要求29的方法，其特征在于，所述第一氣體和所述 第二氣體包括VIA族材料氣體和惰性氣體中的至少 一種。
33. 按照權(quán)利要求32的方法，其特征在于，在所述第一處理段中 對(duì)所述前驅(qū)物層進(jìn)行處理包括在施加包含硒的所述第一氣體的同時(shí)加 熱所述前驅(qū)物層。
34. 按照權(quán)利要求33的方法，其特征在于，在所述第二處理段中 對(duì)所述前驅(qū)物層進(jìn)行處理包括在施加包含硫的所述第二氣體的同時(shí)加 熱所述前驅(qū)物層。
35. 按照權(quán)利要求33的方法，其特征在于，在所述第二處理段中 對(duì)所述前驅(qū)物層進(jìn)行處理包括施加包含氮的所述惰性氣體。
36. 按照權(quán)利要求29的方法，其特征在于，所述第一氣體是惰性氣體，而所述第二氣體包括硒、硫和惰性氣體中的至少一種。
37. 按照權(quán)利要求36的方法，其特征在于，所述惰性氣體通過所 述入O導(dǎo)入。
38. 按照權(quán)利要求37的方法，其特征在于，所述前驅(qū)物層包^舌硒 層，以及在第一處理段中對(duì)所述前驅(qū)物層進(jìn)行處理包括在施加所述惰 性氣體的同時(shí)加熱所述前驅(qū)物層。
39. 按照權(quán)利要求38的方法，其特征在于，在所述第二處理段中 對(duì)所述前驅(qū)物層進(jìn)行處理包括在施加包含硫的所述第二氣體的同時(shí)加 熱所述前驅(qū)物層。
40. 按照權(quán)利要求38的方法，其特征在于，在所述第二處理段中 對(duì)所述前驅(qū)物層進(jìn)行處理包括施加包含氮的所述第二氣體。
41. 按照權(quán)利要求32的方法，其特征在于，所述前驅(qū)物層包括硒 層，以及在所述第 一處理段中對(duì)所述前驅(qū)物層進(jìn)行處理包括在施加包 含硒的所述第一氣體的同時(shí)加熱所述前驅(qū)物層。
全文摘要
一種卷至卷快速熱處理(RTP)工具，其帶有多個(gè)腔用于通過使連續(xù)柔性工件上的前驅(qū)物層反應(yīng)而形成太陽能電池吸收體。所述RTP工具包含細(xì)長殼體，所述細(xì)長殼體具有帶預(yù)定溫度分布的加熱腔、供應(yīng)腔和接收腔。所述加熱腔包含小的處理間隙，在該處理間隙中所述前驅(qū)物層與VIA族材料反應(yīng)以形成吸收體層。所述連續(xù)柔性工件從供應(yīng)腔退繞并進(jìn)給至加熱腔，以及經(jīng)處理的連續(xù)柔性工件在接收腔中被拾取與卷起。
文檔編號(hào)H01L31/00GK101578707SQ200780046459
公開日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2007年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月10日
發(fā)明者布倫特·M·巴索爾 申請(qǐng)人:索羅能源公司