用于处理被覆层的基质的工艺盒、组件和方法
【技术领域】
[0001 ] 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】
[0002]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。
[0003]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 Cl 和 EP 2200097 Al。
[0004]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/ 二砸(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/ 二砸(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 processingapplying concurrent rapid selenizat1n and sulfurizat1n of large area thinfilm precursors"，Thin Solid Films 431-432，见 414-522 页(2003)中详细地来说明。
[0005]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 BI已知。
[0006]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-层堆的在线砸化要求足够的Se量用于完全的砸化。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砸损失造成制成的薄层太阳能模块的功率损失。
[0007]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 Al已知。
[0008]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。
[0009]通常，处理腔的结构复杂且技术要求高，因为必需的真空密封性对所使用的材料和设备部件(如真空穿引部、尤其旋转穿引部、阀、运输滚子、气体对接站、冷却板和真空活门)提出最高要求。出于该原因，用于该过程步骤的投资耗费占太阳能工厂的整个投资耗费的显著份额。此外在实践中显示出，技术上复杂的且相对昂贵的部件(其设计用于处理腔的真空密封性)由于被覆层的基质或工艺盒的运输、到大于500° C的较高的最大温度上的加热以及由于腐蚀性的工艺环境遭受明显增加的磨损且可变得不密封。在失效的情况中，整个生产链被必需的维护工作中断。
[0010]US专利申请文件Nr.2005/0238476 Al示出一种用于在受控制的环境中运输基质的装置，其带有壳体，该壳体包括用于基质的可排空的基质腔和副腔。基质腔和副腔通过带有纳米孔的间隔壁彼此分离，其中，间隔壁形成基于Knudsen原理(热渗透)的微型泵。基质腔具有冷却板(去污板)，其中，间隔壁不布置在基质与冷却板之间。而冷却板始终布置在与基质相对的位置中。此外，副腔通过可加热的间隔壁被与通过冷却板冷却的壳体截段或基质腔热去耦。对于泵机构需要加热。
【发明内容】
[0011]与此相对，本发明的目的在于提供一种可使被覆层的基质在技术上明显更简单的且更成本有利的设备中经受热处理的可能性。根据本发明的建议，该目的和另外的目的通过根据并列的权利要求所述的用于处理被覆层的基质的工艺盒、组件和方法来实现。本发明的优选的实施形式由从属权利要求的特征得出。
[0012]根据本发明示出一种用于处理被覆层的基质的工艺盒，其选择性地可被用作可运输的或静止的工艺盒。
[0013]在本发明的意义中，术语“基质”是指具有两个彼此对立的表面的面状体，其中，在这两个表面的中的一个上施加有典型地包含多个层的层结构。基质的另一表面通常未被覆层。例如涉及用于制造薄层太阳能模块的以化合物半导体(例如黄铜矿化合物或锌黄锡矿化合物)的先质层或前体层涂覆的基质，须使其经受RTP热处理。
[0014]根据本发明的工艺盒包括壳体，通过其来形成或者包围可气密地封闭的(可排空的)空腔。空腔的净高度优选地被测定成使得可在尽可能短的时间中泵出气体且满足在RTP热处理中关于氧含量和水分压的高要求。该壳体原则上可由任何适合于所意图的应用的材料(例如金属、玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷、碳纤维强化的碳材料或石墨)制成。
[0015]在此是重要的是，工艺盒的壳体具有一个或多个壳体截段，其分别构造成能够通过射到壳体截段上的电磁热辐射热处理。为了该目的，对于用于处理基质的电磁热辐射，用于热处理的壳体截段可以是透明的、部分透明的或不透明的。例如，用于热处理的壳体截段由玻璃陶瓷构成。用于热处理的壳体截段尤其也可包含材料(例如石墨)或由这样的材料构成，该材料适合于至少部分、尤其完全吸收热辐射器的电磁热辐射，以便本身被加热。被加热的壳体截段那么可用作用于加热基质的次级热源，这尤其可导致热量分布的均匀化。
[0016]此外，工艺盒的壳体包括一个或多个可调温的或可主动冷却的(第一)壳体截段，其温度可调节到可预设的温度值上。为了该目的，壳体截段分别与(外部的)调温或冷却装置在热技术上可联结或被联结。第一壳体截段例如(流体地)被联结或可联结到冷却装置处且因此可被冷却，而第二壳体截段不被联结到冷却装置处且因此不能被冷却。此外，壳体包括一个或多个不可调温或冷却的、也就是说不可与调温或冷却装置联结的或被联结的(第二)壳体截段，其尤其是使能够通过射到壳体截段上的电磁热辐射热处理的、即处在热辐射器的辐射场中的壳体截段。第一壳体截段不同于第二壳体截段。
[0017]可调温的或可冷却的(第一)壳体截段关于基质和使能够通过射到壳体截段上的电磁热辐射热处理的、即处在热辐射器的辐射场中的壳体截段的温度可主动冷却。工艺盒的可调温的或可冷却的壳体截段可在被覆层的基质的热处理之前、期间和/或之后被调温或主动冷却。
[0018]如此处和另外被使用的那样，术语“可冷却”是指将壳体截段调温(冷却)到比在热处理中基质的或使能够通过射到壳体截段上的电磁热辐射热处理的、即处在热辐射器的辐射场中的壳体截段的温度更低的温度上。例如，壳体截段被调温到在20° C至200° C的范围中的温度上。通过该调温(冷却)，在真空技术中常见的塑料密封件(弹性体、含氟弹性体)和其它相对成本