通過熱處理和硫族化i-iii前導(dǎo)層形成i-iii-vi2半導(dǎo)體層的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及形成半導(dǎo)體層的工業(yè)方法的領(lǐng)域，尤其是用于光伏應(yīng)用的工業(yè)方法的領(lǐng)域。
[0002]更具體而言，本發(fā)明涉及在至少一個爐腔內(nèi)，通過熱處理和硫族化沉積于基底上的1-1II型金屬前導(dǎo)層從而形成1-1I1-VI2型半導(dǎo)體層的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]如圖3b所示，這種形成方法通常包括步驟SI，其加熱1-1II型金屬前導(dǎo)層至550°C和600°C之間的穩(wěn)定溫度，更具體而言加熱至等于580°C的溫度，以及硫族化(chalcogenizat1n)步驟S2，在該步驟中，溫度維持在所述穩(wěn)定溫度。
[0004]如圖4b所示，所得到的1-1I1-VI2型半導(dǎo)體層具有晶粒邊界較模糊的微結(jié)構(gòu)。需要注意的是，該微結(jié)構(gòu)包括兩種相的混合，其一化合物CuIn0.sGa0.2Se2，其二是化合物
CuIn0.5Ga0.5Se2o
[0005]此外，如圖7所示，這樣形成的半導(dǎo)體層用于制造具有如下特征的轉(zhuǎn)換效率的光伏電池:
[0006]-轉(zhuǎn)換效率根據(jù)加入基底和前導(dǎo)層的硫族元素的摩爾量和1-1II前導(dǎo)層的摩爾量的比率而改變，尤其當(dāng)該比率的值在1.2至2.0之間改變。
[0007]-轉(zhuǎn)換效率的值限制為小于9%。
[0008]此外，如圖Sb所示，這樣形成的半導(dǎo)體層用于制造光伏電池，該光伏電池的轉(zhuǎn)換效率根據(jù)在金屬前導(dǎo)層中的銅元素的摩爾量和鎵以及銦的摩爾量的比值而改變，特別是當(dāng)該比值在0.6至1.2之間改變且有效分散度在5%至11 %之間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在本文中，本發(fā)明通過克服上述一個或多個限制改善了這種情形。
[0010]為此，除了根據(jù)上文所述的序言外，本發(fā)明的方法是必要的，其包括:
[0011]-在惰性氣體中的加熱步驟，在該步驟中，溫度均勻加熱至介于460°C至540°C之間的第一溫度，以便使前導(dǎo)層致密化，以及，
[0012]-在所述第一溫度開始的硫族化步驟，在該步驟中，溫度繼續(xù)增加至介于550°C至600°C之間的穩(wěn)定的第二溫度，以便形成半導(dǎo)體層。
[0013]因此，有利的是，相比于根據(jù)圖3b所示的形成方法而形成的半導(dǎo)體層，該方法能形成提供轉(zhuǎn)換效率增加約為4%的半導(dǎo)體層。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個特征，第一溫度介于480°C至520°C之間。
[0015]根據(jù)另一個特征，第一溫度等于505°C。
[0016]因此，有利的是，根據(jù)硫族化步驟開始的溫度來優(yōu)化形成方法。
[0017]根據(jù)另一個特征，在加熱步驟中，以3.5°C/秒，正負1°C/秒的速率增加溫度。
[0018]因此，有利的是，該方法能精細地調(diào)節(jié)金屬前導(dǎo)層致密化的控制。
[0019]根據(jù)另一個特征，硫族化步驟包括將砸和雙氮(dinitrogen)的氣體混合物注入至少一個爐腔的砸化步驟。
[0020]因此，有利的是，該方法能在溫度隨時間變化的某個選定的時刻砸化金屬前導(dǎo)層。
[0021]根據(jù)硫族化步驟的另一個特征，通過將砸加熱至500°C溫度(正負20°C)以得到砸的高分壓，從而獲得砸和氮的氣體混合物。
[0022]因此，有利的是，該方法使其有可能相較于金屬前導(dǎo)層中的銅元素量，優(yōu)化在所形成的半導(dǎo)體層中獲得的砸元素量，以便以工業(yè)生產(chǎn)率形成半導(dǎo)體層。
[0023]在硫族化步驟的另一個特征中，以13標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘，正負3標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘，容積流率注入砸和雙氮的氣體混合物。
[0024]根據(jù)另一個特征，硫族化步驟持續(xù)5分鐘，正負I分鐘。
[0025]因此，有利的是，該方法以工業(yè)生產(chǎn)率形成半導(dǎo)體層。
[0026]根據(jù)另一個特征，加入基底和前導(dǎo)層的硫族元素量和金屬前導(dǎo)層的量的比率介于1.4和2.2之間。
[0027]有利的是，該方法提供了在該比率值的范圍內(nèi)所形成半導(dǎo)體層的令人滿意的穩(wěn)定性。
[0028]根據(jù)另一個特征，爐膛包括至少一系列腔體，并且加熱步驟在一系列腔體中的第一腔體中實施，硫族化步驟在一系列腔體中的第二腔體中實施。
[0029]根據(jù)另一個特征，爐膛中的至少第二腔體維持在低于大氣壓強的20至200帕的壓強。
[0030]因此，有利的是，該方法能確保滿意的安全等級。
[0031]根據(jù)另一個特征，第二溫度(穩(wěn)定溫度)介于570°C至590°C之間。
[0032]本發(fā)明還涉及通過根據(jù)上述提及的任意特征的方法所獲得的1-1I1-VI2型半導(dǎo)體層。
[0033]根據(jù)所述半導(dǎo)體層的一個特征，其具有包括不同尺寸的晶粒的微結(jié)構(gòu)，這些尺寸對應(yīng)于CIGSe在0.16°至0.18°之間的{112}XRD尖峰的半寬度。
[0034]因此，優(yōu)選的是，相較于根據(jù)圖3b所示的形成方法形成的半導(dǎo)體層，本發(fā)明的半導(dǎo)體層、或者相當(dāng)于吸收層提供的轉(zhuǎn)換效率約增加4%。此外，有利的是，該半導(dǎo)體層從而具有令人滿意的微結(jié)構(gòu)均勻性。
[0035]根據(jù)該半導(dǎo)體層的另一個特征，其包括多個不同化合物層，包括一個較低層，其為CuGaSe2 層。
[0036]因此，有利的是，該半導(dǎo)體層更加牢固地結(jié)合載物層(carrierlayers)，尤其是MoSe2化合物層。
[0037 ]本發(fā)明還涉及實施根據(jù)上述特征中的一項特征的方法的爐膛。
[0038]所述爐膛包括:
[0039]-至少一個第一腔體和第二腔體，
[0040]-從一個腔體至下一個腔體的傳送裝置，
[0041]-各個腔體的加熱設(shè)備，
[0042]-各個加熱設(shè)備的控制裝置，以及，
[0043]-用于測量各個腔體中溫度的測量裝置，
[0044]后者將各個腔體的溫度測量結(jié)果傳輸?shù)接糜诳刂聘骷訜嵩O(shè)備的控制裝置，以便確定在第一腔體中均勻增溫至介于460°C至540°C之間的第一溫度，以及維持第二腔體中的溫度穩(wěn)定在介于550°C至600°C之間的第二溫度，
[0045]所述爐膛還包括用于將惰性氣體注入第一腔體的注入裝置，以及，
[0046]所述爐膛還包括用于將溫度在480°C至520°C之間的砸和雙氮的氣體混合物注入第二腔體的注入裝置。
【附圖說明】
[0047]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點通過用于描述且非限制性目的的如下說明并參考附圖將會顯而易見，在附圖中:
[0048]圖1非常示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的包括加熱步驟和硫族化步驟的形成方法。
[0049]圖2a至2d示出了對應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的形成方法的不同物相的不同層狀結(jié)構(gòu)。
[0050]圖3a和3b是爐膛內(nèi)的溫度隨時間改變的顯示圖，示出了分別根據(jù)本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的形成方法中的硫族化步驟的起始和結(jié)束。
[0051]圖4a和4b是分別根據(jù)本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的形成方法形成的由顯微鏡獲得的微結(jié)構(gòu)圖。
[0052]圖5是由不同硫族化的起始溫度所獲得的光伏電池平均收益(或者相當(dāng)于平均轉(zhuǎn)換效率)的變化圖。
[0053]圖6是X射線熒光光譜法(XRF)圖，示出了對于注入爐腔中的砸和雙氮的氣體混合物的不同溫度，加入基底和前導(dǎo)層的砸元素的總量和金屬前導(dǎo)層量的比率隨金屬前導(dǎo)層中銅元素量和銦以及鎵元素量的比率的變化。
[0054]圖7并列顯示兩幅圖，兩幅圖中的每幅圖繪制了根據(jù)硫族元素的摩爾量和金