专利名称：将金属初始层置换反应成cigss-太阳能电池的黄铜矿层的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种置换^S^方法和一种实施其的装置，用于在RTP炉的M^中以硫种或硒将^ 初始层(另也称作初^tl质)置换>& <:1033-太阳能电池的黄旨层。特别是其目的在刊险薄是 太阳能模件。
背景技术：
具有I-HI-Vl2-黄W^附层即称为Cu(InxGaLx) (Sey， Si-y)2其中0《x《l且0《y《l形5tt化^tl
的薄层-太阳能电池使得该电池的加工^斷ft^率SW了希望。
初始物质可以tt^有Cu和In/Ga或Cu、 Zn、 Sn。它们也可以含有其它元素如Ag、 Sb、 Sn、 Zn
或Fe。
初女溯MM可以是在基片上的薄层(层厚0.1至5um)，基片可以由M、陶瓷、^M^M料制成。
基片可以e^被予Bfe敷以PI^层，以便阻隔初^tf质:t^自M的杂质。,阻挡层可以是硅化 1^如氮化硅。
鍋初^tl质的置换是以(周期莉VI类的元素实现的，在本展示的方法中湖礙P/或硒(也称
作^ft物)。OT换(也称作g)是在一个附胃的RiP-炉中M:貧^ir入于增高盼^jrf C口 热过程)实现的。
公知的是一个磁Mt物-t^^源为初^t/质( )以气^JMt物，该气^i^:物是在與虫供 源中由瓶态相被气化形成的并M^:合的输A^fi例如硒喷淋^S^rA^S^中，例如参见1994
年Gabor等人的APPl . Phys . Lett 198-200页65 (2)关于由(IiixGaLx) 2Sq初^tf^J^制成的敲 CuInxGakSe2太阳能电池。
还公开了一种fflM发化(H2S或H2Se)工作的方法。挥发化^t/Maii合的输A^S输入
财卜，通常的是由气化源例如^^f&高真空下气化l^^硒。
将固态的硫BA^^中也是公知的(其中除了基片外，硫粉繊片gA鹏里(Petri)"，中)。 覆以初^t/质的基片aAHJ^中。 Mi^可以具有任意皿并可以由分别涂层或没有涂层的金
属、^ii郝墨制成。反隨可以含有开口和阀门(用^^料和卸料的开口-门、法兰、真空阀)并可
以 宾空(高真空区)。 具有初^tf质的基片可以直接SAH^内，其中 安置械部±^1合的^^架内于垂直 駄平方向上被调喊悬置。
DE 199 36 081 Al公开了一种在RTP-炉中热^S净加^f质层的^a和方法，,该SM的基片置 ^"接受器中，絲有一个底綱一个玻璃陶離啲盖件。为了雜安置在接受器中，執~ 给基片 ili^^要求的f遣，而给初女^/质M另HlJ，其中接受器的透明^^自于 区域的滤光器。 ^Ji^样制成的太阳倉鹏件的效率比理论J^微對鹏中所可实现的数顿小的多。对^S^可实现 的数值，i驗见Siemer等的由'鹏热舰(RTP )得到的高效CuInS2太阳能电池、太阳倉纷才料以狄 阳能电池67 (2001)， 159—160以及Probst等的CIGSSE丰試職鹏摘自2003年5月12—16日， WCPEC-3， Osaka,提高性能的敏舰究。
发明内容
本发明的目的在于Jli共一种J^类型的方法和装置，籍其可进一步提高所制成太阳能电池的效率。
本发明的目的MM^利要求1和5限定的特征方^l 决。符合目的要求的结M案;iMM权利要
， 一个l[M以初^t/质的基片以^t^^够用量的硫秒或硒^SA—个可密封封闭的^S 箱中，其设有至iJ^个在Mj^卜^PT控制的排出阀，该^MI本身teeA RTP-炉的^^中。歸 对Si^W真空，同时^&^箱一起 真空，并且将^g中具有基片的^Si^l加热到4见定mi: 并在该MRJ:麟一确定的鹏时间。也可以想到，與树MMI进行抽真空。在鹏时间期间测量并 MS少一个排出阀调节^MI内的压力。
一个实施该方法适合的^a由一个im以初始物质的基片以及可^A^^^够用量的硫和/或
硒的可密封封闭的a^l构成，该&m箱设有至少一个在^^卜^T控制的排出阀，HiSH的内部压 力可ii31—个传S^糧。
HiSIPI以由鍋、鹏，陶^^墨制成。它可以是觀或没有觀的、錢明的蹈一透明的。 反繊是密封的，即ffii行舰时本身没有气條入^Si^中，也没有气体/^^4AH^中。反 应箱具;^"^4行^i前和鹏时调节压力的剛:i。 m^目的ZE力调节、糊UJi^mE力的调节，以 避^S行鹏时形成破坏性的杂細。
当反应箱盖的弯曲郷可被测量时，^Si^T直接鹏^Mm压力湖糧。
如J^M，在舰开始前即在加热前，^| 真空。对此，在鹏开始前，可以在S/S箱中
调节一个确定的1t性气^w压。
^Mt物的输入(Wi硫种或硒)可以
直接在^^中进行，对此， 一足够量的SM:^i徵H^;
直接在鹏箱中进行，对此， 一足够量的繊姚tl^^im
ffliiBA^状物、小片状物、珠状物、片状tl^它固体^^物实现。 其中S^物可以分别置于^^SMI的底部。
S5i^j七物也可以^A舟皿中，辦皿可以敞口或部分概闭。i^"皿由石墨、鹏、陶^^P 制成创门可以不觀^SM。
磡M^物的量与鹏时的消^fi相匹配。只输入在鹏时层所消耗的5!M:物量，因此，确保了 消縫的节省；否则多余的5il^七t^^f只在^^^g^箱的^t称^^A^^的真魏中。
用于g ()i斜刀^t/质置换^^^肖,^r层)的育遣^^^以 :, 现，,器
设置在M^内鹏IITM种耻面。
^M^S可以fflil，在Si^内的平面加^;件实iJ)^可^ia设置在^^内的电P助口热 器实现。
肯糧微以可调节的诚实现，以便根据鹏的进行鹏驢。 跡法的优点是
—与公知方法的区别是，非常节省5^Mt物。iKit接加入确定量的iS^t物以^Ml与初々溯 质层反应的予卿消縫，可以尽可t鹏免弄脏^g种^&^箱戯空泵。鹏箱被密封封闭，以 便衝共用于，的H^it物且不会漏入周围的Mi^^M:真^^出。迄^l，一定^tJJ0f的 系统中工作，因此不能保证节省f柳的^a气体(ntM:物)。还嗜缝的剩^ti会排至啁围的环趟中。
—ffl3i^ffl&mi和R^，使得鹏容积即必働口热和与smtt^M的容积鹏艮小。线
^ffi力可以ffl31^ffl，瞎由压力调，，调控，由此>&^,目的^1^制。在由，初始层^^
成半导^^w层时,历经不同的化学相，它可以由as箱中压力禾Pia^蹄目的ii^第卿调节。由此，
可以避免不希望的S^副^f且可imttk调节B^望的^。
—i!31^ffl具有弹性盖的反应箱，可由盖的^^#常 地确定反应箱中的压力。通迚将压力信 号与^z^中的气^WJi节MI^，可使得^S中压力与HMI中的压力相i^。 M:调节H^ 和反应箱的阀门，可在皿时调节和有目的地^a^l中ftM戶; ^望的压力。
一与公知方法不同的是，，^离t/ftl工作，不需要^ffl有毒的^^硒氢化物(H2S或H2Se)。 itl外，只，^^必需的^^^物量，因为目闭的系统中S!i^t物不会泄漏且完全在^时,。
—a^与as箱的装料和卸料可以高度自动化，(由于)该反应箱可以在a^卜面被充以初 繊质和磡姚物。
下面借助实施例进一步描述本发明。
附图表明了i^^法所細的安置在RTP-炉之^Z^中的HMI的I繊面图。
1
2生 rm.
舰阀
4调节阀
基片
6鹏宰
7真魏
8
9传繊
10压力传繊
11阀门
具体实施例方式
^ZH 1是一种低矮的石墨箱，它具有一由鹏陶徵喊的透明的盖2。 HiS箱1舰一领高温 的密封被相对盖2密封。分别在MiS箱l的端部设置包括一4^含过压阀3的ft^阀以及一个调节阀4， i!3l调节阀4可以在作业期间以禾i^e制调节到g望的压力。 为了^SMI 1的装料和卸料，要将盖2移开。
SMIl^WM制成的基片5， ^a行^bajs由它(5)制駄阳能模件。基片例如MM以钼 (层厚为0.1至2um)、铜(层厚为0.1至2"111)以及铟(层厚为0.1至2ixm)。除了该被觀的基片 5以外，还将元素形式的硫输APJHi3^昏l中。
SMIlffla3g明的盖2封闭，歸将EjSHl駄^tRTP-炉的S^6中。
^MIl借助真顿7抽真空，歸关闭调节阀4并加热^Zfl1。渤B縱RTP-炉的^j^中 M石^Ht器8进行，石^I射器8^S在H^6中的反应箱1的上面和TM。在作业时，^iS箱 1桫A^勵口热到^1S鹏(300至600°0。力口热斑呈^^1至60併中之间。在加热JlMP],持 馳测量MiSII 1中的实P示压力。其中弹'隨2的弯曲^^M31光学传繊9检测。另外，6 中的压力舰一压力传繊10观懂。御口热过程中，M:齡的历程都调准并遵辦定的压力曲线。
在作业开始之前，在^gj^fl中ffla—阀门ll输入的惰性气体要调节到限定的压力(O.l至lOO hpa之间)。
在处理时间期间，初^tl质层(以钼为基的綱铟)历经确定的相。M3i中间相Culn2; Cu In9
和Cu16In9该初々溯质与硫Sl^ CuInS2和Cu2S/Cu S。该温度曲线并主要Jiffi力曲线鄉f]此调节，以 便由离析物只^^#望的产物(CuInS2和Cu2S/CuS)，而不出现In (铟)和S (硫)之间的化，。 形卜，还要避免富-铟(ln)相在Cu-InS-系(例如CuIri6S8)中的形成。
M5i加热反mn，不仅具W^加^i质层的基片5而且Mr入的s^mtPlfe!jn热。这个(硫)经液 态相^K气态相。硫的沸点可以i!31予Bfe调节的惰性气体压力被M地调节。^MI中的最;^力建 立则舰加入的硫翻反離1的调节鹏被确定。在^SM司舰开启调节阀4刚^bSffi力调节到
麻望的数{6±。
在丰加嫩质Si^CuInS2结束后，关断石^S^器7并且SMIl被辨卩到室温。剩涂,l底 打开调节阀4后^AMj^室6。所需要的硫LM—,决于初^t/质的层厚并可以被精m^确定到小 于30%剩缝、实际上甚至明显小于30%剩縫。由此，顿舰受微之资源(这里为^bS物质的 力口入量)的纟,。
权利要求
1、一种置换反应方法，用于在一个RTP-炉的反应室中以硫和/或硒将金属初始层(初始物质)置换反应成CIGSS-太阳能电池的黄铜矿层，其特征在于将敷层以初始物质的基片以及对反应足够用量的硫和/或硒置入到一个密封封闭的反应箱中，该反应箱至少设有一个在反应室外部可控制的排出阀，该反应箱本身被放入在RTP-炉的反应室中，该反应室被抽真空，将反应室中具有基片的反应箱加热到一个规定的温度并在这个温度上保持一个确定的处理时间，其中在该处理时间期间测量反应箱内的压力并通过至少一个排出阀调控它。
2、 如权利要求l的方法，，征在于加热斑雜惰性气体中进行。
3、 如权利要求1或2W^法，^tlE在于i^^硒以固态形^aAMMI中。
4、 如权利要求1—3之一的方法，^mi在于^^硒的量不大于^5^需量的30%。
5、 一种置换Si^g，用于在一个RTP-炉中以礙n/^硒将，初始层(初^t/质)置换^&^ CIGSS-太阳能电池的黄W层，，征在于用于该RTP-炉之H^中的加热游呈^S—个MMI， 其可^A—个im以初^tl质的基片以及其可输入一种对反lS^够用量的硫种或硒并且其是可密封封 闭的以及其设有至少一个在H/^卜W控制的排出阀，其之内部压力M3l—个传Stl可以观糧。
6、 如权利要求5的^g，，征在于^Z箱的M^t明的。
7、 如权利要求5或6的驢，赚征在于反離的 #性的。
8、 如权利要求5—7之一的體，辦征在于MMI的盖由鹏陶織喊。
9、 如权利要求5—8之一的體，辦征在于織被相对Si^l的壳体设有一个耐高温的密封。
10、 如权利要求5—9之一的體，^miE在于S^箱另外设有至少HtE阀。
11、 如权利要求5—10之一的驢，辦征在于用于测量MiS箱内部压力的传/ill是"^测量盖弯曲z，的光学传自。
12、 如权利要求5 — 11之一的^a，，征在于用于测量^s箱内部压力的传^^一个用于 M;自箱气体的调节器,。
13、 如权利要求5—12之一的驢，^ftiE在于在^&i^内于反MI上面lP/^TM^Sra鄉射器。
14、 如J^权利要求5 — 13之一的體，辦征在于^^^^一个附加压力传 。
全文摘要
本发明涉及一种置换反应方法和一种置换反应装置，用于在RTP炉的反应室中以硫和/或硒将金属初始层(初始物质)置换反应成CIGSS-太阳能电池的黄铜矿层，特别是其目的在于制造薄层-太阳能模件。特建议，将敷层以初始物质的基片以及对反应足够用量的硫和/或硒置入一个可密封封闭的反应箱中，其被设有至少一个在反应室外部可控制的排出阀，该反应箱本身被置入抽真空的RTP-炉反应室中，反应室中具有基片的反应箱被加热到规定温度并在该温度下保持一确定的处理时间，其中在处理时间期间测量并通过至少一排出阀调节反应箱内的压力。
文档编号H01L31/032GK101346822SQ200680049184
公开日2009年1月14日 申请日期2006年12月22日 优先权日2005年12月28日
发明者A·米德, C·冯·克劳普曼, D·施米特, I·卢克, N·迈尔 申请人:硫化电池太阳能技术有限公司