Na剂量控制方法
【技术领域】
[0001]本发明一般地涉及半导体技术领域，更具体地，涉及太阳能电池。
【背景技术】
[0002]太阳能电池是通过光伏效应将光能直接转换为电的电器件。随着能源效率的提高以及世界寻找不产生温室气体的能源，该电池越来越受欢迎。一些太阳能电池包括用于薄膜太阳能电池的铜铟镓硒(“CIGS”)半导体材料。虽然已经发现掺杂钠能够改善CIGS太阳能电池的性能，但是当前对Na剂量的控制有限。
【发明内容】
[0003]为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种方法，包括:将至少两个衬底彼此间以一定距离放置在衬底载体上，所述至少两个衬底包括第一含量的第一材料，其中，所述至少两个衬底之间的所述距离基于所述第一材料的第一含量和至少一个工艺参数；将所述衬底载体放置在反应腔室中；以及对所述至少两个衬底实施第一退火工艺。
[0004]在该方法中，所述第一含量的重量百分比介于2%和12%之间，且所述第一材料包括Na20。
[0005]在该方法中，所述第一含量的重量百分比为至少4%，且所述第一材料包括K20。
[0006]在该方法中，所述至少两个衬底包括第二含量的第二材料，所述第二含量的第二材料不同于所述第一含量的第一材料。
[0007]在该方法中，所述第一含量的重量百分比介于2%和12%之间且所述第一材料包括Na2O,并且所述第二含量的重量百分比为至少4%且所述第二材料包括Κ20。
[0008]在该方法中，所述距离介于5mm和10mm之间。
[0009]在该方法中，以背对背布置的方式放置所述至少两个衬底。
[0010]在该方法中，以面对面布置的方式放置所述至少两个衬底。
[0011 ] 在该方法中，所述至少一个工艺参数包括退火温度和退火时间中的一个。
[0012]在该方法中，所述至少一个工艺参数包括H2Se的浓度。
[0013]该方法还包括在所述第一退火工艺之后实施第二退火工艺。
[0014]根据本发明的另一方面，提供了一种方法，包括:将至少两个衬底彼此间以一定距离放置在衬底载体上，所述至少两个衬底包括第一含量的第一材料和第二含量的第二材料，其中，所述至少两个衬底之间的所述距离基于所述第一材料的第一含量、所述第二材料的第二含量和至少一个工艺参数；将所述衬底载体放置在反应腔室中；以及对所述至少两个衬底实施第一退火工艺。
[0015]在该方法中，所述第一含量的重量百分比介于2%和12%之间，且所述第一材料包括Na20。
[0016]在该方法中，所述第二含量的重量百分比为至少4%，且所述第二材料包括K20。
[0017]在该方法中，所述距离介于5mm和10mm之间。
[0018]在该方法中，以背对背布置的方式放置所述至少两个衬底。
[0019]在该方法中，以面对面布置的方式放置所述至少两个衬底。
[0020]根据本发明的又一方面，提供了一种方法，包括:将至少两个衬底彼此间以一定距离放置在衬底载体上，所述至少两个衬底包括重量百分比介于2%和12%之间的Na2O和重量百分比至少为5%的K2O,其中，所述至少两个衬底之间的所述距离基于Na2O的含量、K2O的含量和至少一个工艺参数；将所述衬底载体放置在反应腔室中；以及对所述至少两个衬底实施第一退火工艺。
[0021]在该方法中，所述至少一个工艺参数包括退火温度、退火时间和H2Se的浓度中的一个。
[0022]在该方法中，所述距离介于5mm和10mm之间。
【附图说明】
[0023]当结合附图进行阅读时，通过以下详细描述可以最佳地理解本发明的各方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘出。事实上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
[0024]图1是根据一些实施例的用于形成半导体吸收材料的炉系统的截面图。
[0025]图2是根据一些实施例的彼此以一定间隔距离设置在载体上并且放置于反应腔室内的多个衬底的具体示图。
[0026]图3A和图3B示出了根据一些实施例的衬底的可选布置。
[0027]图4是根据一些实施例制造太阳能电池的方法的一个实例的流程图。
【具体实施方式】
[0028]以下公开内容提供了许多用于实施主题的不同特征的不同实施例或实例。以下描述组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，并不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括以直接接触的方式形成第一部件和第二部件的实施例，并且还可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可在各个实例中重复参考标号和/或字母。该重复是为了简明和清楚的目的，而且其本身没有规定所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。
[0029]而且，为了便于描述，在本文中可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空间相对术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且本文中使用的空间相对描述符可以同样地进行相应的解释。
[0030]所公开的系统和方法有利地提高了控制衬底的钠(Na)剂量的能力。应该相信，来自玻璃衬底的Na参加退火反应，该玻璃衬底由Na-Se化合物形成并且重新沉积在CIG薄膜的顶部上。因为适当的Na剂量提高太阳能电池的器件性能，所以将适当剂量的(B卩，正确的剂量)Na_Se掺杂到CIG中是有利的。因为大量的Na不利于器件性能，所以期望控制Na剂量且目前还不能实现。在一些实施例中，通过提供特定的间隔距离以及工艺参数实现Na剂量控制，该工艺参数包括但不限于温度、H2Se浓度、Na2O浓度和K2O含量。
[0031]图1示出了反应炉29，其中，硫属化物半导体吸收材料形成在衬底上。图1示出了气体管道33，入口反应气体31流和气体混合物35流流过气体管道33。在各个实施例的一些工艺步骤中，一种或多种入口反应气体31产生传送到炉29的气体混合物35。气体混合物35被传送到反应炉29。反应炉29是能够依次实施多个原位处理操作的可编程炉，并且根据一个实施例，反应炉29实施诸如硒化操作和硫化操作的一个或多个硫属化物半导体吸收材料形成操作。在一些实施例中，硫属化物半导体吸收材料形成操作包括硒化反应和之后的硫化反应，且在一些实施例中，在硒化步骤或硫化步骤或者硒化步骤和硫化步骤之后实施退火操作。这样，使用多种入口反应气体31。将入口反应气体31作为部分或全部气体混合物35传送到反应炉29。在一些实施例中，取决于在反应炉29中实施的特定炉操作。
[0032]反应炉29包括用于装载或卸载诸如衬底39的衬底的门37。通过位于反应腔室43内的石英舟(quartz boat)41保持衬底39。加热器罩45包括加热元件并且用于将反应炉29加热到各个温度。在一些实施例中，衬底39是太阳能电池衬底。在各个实施例中，衬底39由玻璃、或诸如聚酰亚胺的合适的有机材料、或金属箔形成。在其他实施例中，由用于将衬底39保持在反应腔室43内的另一合适的构件来替换石英舟41。
[0033]根据本发明的方法，衬底39包括位于其表面上的金属前体材料，且在反应炉29的反应腔室43内，在至少入口反应气体31和衬底39的表面上的金属前体之间发生反应。本发明提供了通过加热包括衬底39的反应炉29引起反应。在一些实施例中，位于衬底39上的金属前体包括Cu、In、Ga，但是在其他实施例中，使用包括Se和Na的其他材料。在一些实施例中，反应是使用含S反应气体作为入口反应气体31的硫化操作，且在另一实施例中，反应是使用含Se反应气体作为入口反应气体31的硒化操作，但是在其他实施例中，也实施其他反应和方法。根据衬底39上的金属前体包括Cu、In、Ga的实施例，在硒化操作中，前体通过热硒化操作转化为Cu (In, Ga) Se (CIGS)，且在一些实施例中，在硒化操作之后，进行硫化操作，其中，通过热工艺将CIGS的硒化的前体材料转化为Cu (In，Ga) SeS (CIGSS)，其中，CIGS与含S气体发生反应。
[0034]入口反应气体31由来自各个气体源的一种或几种气体组成。在示出的实施例中，气体源49、53和55供给到气体混合器57。在示出的实施例中，气体源49是H2Se,气体源53是N2，且气体源55是!!#。在其他实施例中，使用其他气体源。在一个实施例中，将队气体源53和反应物H2S气体源55在气体混合器57混合，且将混合气体作为入口反应气体31传送到反应腔室43用于硫化反应。对于硒化操作和硫化操作，在其他实施例中使用不同的硒源和硫源，且在其他实施例中，也使用不同于氩气和氮气的载气。在一些实施例中，在退火操作中，将Ar气体源51或N2气体源53或其他惰性气体传送到反应腔室43。
[0035]现在参考图2，示出了设置在反应炉29的反应腔室43内的石英舟41或其他衬底载体。示出的衬底载体41支撑彼此距离为d的多个衬底39。可以将衬底39以背对背布置(即，使得玻璃衬底彼此面对)或面对面布置(即，使得吸收层彼此面对)放置在衬底载体41内。尽管示出了以在反应腔室43内