用于使用連續過程形成薄膜太陽能電池的方法和設備的制作方法

專利名稱：用于使用連續過程形成薄膜太陽能電池的方法和設備的制作方法
技術領域：
本文揭示的本發明大體上涉及光電領域，且更確切地說涉及使用連續過程制造薄膜太陽能電池以及根據所述過程制造的薄膜太陽能電池。
背景技術：
光電(PV)電池、模塊和能源系統為全世界對電力日益膨脹的需求提供清潔、可靠、可更新的能量。遺憾的是，產品成本一直未能充分降低以在發展中世界打開關鍵市場，在發展中世界，對電力的需求驅使其使用會造成污染的、不可更新的來源，例如煤和石油。隨著人口膨脹和人均能量消耗的增長，全世界正走向不和諧的未來，屆時，能量需求和供應將不可逆轉地產生分歧。
PV電池為不可更新的能量源提供了一種替代品。然而，雖然可在實驗室里制造相對高效的PV電池，但已證明，難以將所述工藝發展成具有對于商業生存而言至關重要的重復能力和效率的商業規模工藝。由于缺乏高效的薄膜制造工藝，使得PV電池無法有效地取代市場上的其它能量源。
目前使用多步驟批處理來制造電池，其中在各反應步驟之間轉移每一產品零件，且此類轉移較為松散而且需要在室內循環進行反應。典型的過程由一系列個別的批處理室組成，每一處理室特別針對電池中各層的形成而設計。這種過程的一個缺點是，襯底被數次從真空轉移到空氣中再傳回真空。替代的系統使用一系列個別的批處理室，其與卷式連續過程耦合以用于每一室。這一過程的主要缺點是系統的非連續性以及需要破壞真空。
使用上述方法，一個或一個以上的缺陷可能使整個板塊(單個裝置)無法使用，且導致產品的那個單元的零良率。這些和其它問題使得薄膜技術僅占全球不到10％的市場份額。

發明內容
本發明提供一種通過以下方式生產的光電產品提供穿過一系列反應室而安裝到托盤上的襯底，在所述反應室中可循序地在所述托盤上形成阻擋層、底部接觸層、一個或一個以上半導體層、n型結緩沖層、本征透明氧化層、透明導電氧化層以及頂部金屬柵格。
在本發明的替代實施例中，使用連續制造過程形成薄膜太陽能電池。在此實施例中，通過反應器來處理柔性且連續的襯底，所述反應器具有多個處理區域，所述處理區域沿著反應器的入口與出口之間的連續路徑安置。反應器內的每個處理區域由預定的處理環境界定，且專用于裝置的一個步驟層的形成。每個區域可進一步包括與一個或一個以上沉積方法相結合的處理條件。
進一步揭示一種用于以連續方式形成光電裝置的方法。在此實施例中，以預定速率使連續襯底通過具有多個處理區域的反應器，其中每一區域專用于裝置制造中的一個生產步驟階段。這些生產步驟包含1)用于制備襯底的裝載或隔離區域；2)用于沉積阻擋層的環境；3)用于沉積底部接觸層的環境；4)用于沉積半導體層的環境；5)用于沉積堿性材料的環境；6)用于沉積其它半導體層的環境；7)用于對上述層中的一者或一者以上進行熱處理的環境；8)用于沉積n型半導體層的環境，其中這一層充當結緩沖層；9)用于沉積本征透明氧化層的環境；和10)用于沉積導電的透明氧化層的環境。在進一步的實施例中，所述過程可經調整以包括較少的區域，以便制造具有較少層的薄膜太陽能電池，或者也可添加額外的處理。
還應了解，可使用額外的區域來使沉積或處理區域彼此隔離，以防化學交叉污染且允許最佳恢復。這些隔離區域可在工件駐留于其中的過程中發生變化，以允許暴露的襯底達到最佳狀況，使得真空密封中進行的下一生產步驟可防止交叉污染。
根據特定的光電設計，可調整反應器內的一個或一個以上區域。舉例來說，可組合包括兼容的沉積環境的一個或一個以上區域。或者，區域可包括可使用變化的沉積環境或子區域的沉積過程的組合。
在另一實施例中，可將一個或一個以上層組合成單個層并將其沉積在單個區域中。舉例來說，可將半導體層與堿性材料組合以形成含堿的混合相半導體源層。


圖1展示通過本發明的生產技術生產的薄膜太陽能電池的實施例。
圖2展示根據本發明的用于制造薄膜太陽能電池的連續過程的實施例。
圖3說明根據本發明在連續過程中從左向右饋送襯底的一個實施例。
圖4說明根據本發明的連續過程的一個實施例。
圖5說明根據本發明的連續過程的另一實施例，其中各區域進一步包括一個或一個以上子區域。
圖6A展示處理方法的實施例，其中通過根據本發明的循序濺鍍-蒸鍍過程同時饋送和處理兩個襯底。
圖6B展示處理方法的實施例的俯視圖，其中通過循序濺鍍-蒸鍍/濺鍍-蒸鍍過程同時饋送和處理兩個襯底。
為了清楚起見，每個圖式中均包含參考數字。這些參考數字遵照通用的命名方法。參考數字將具有三個或四個數字。前一個或兩個數字代表首次使用參考數字的圖號。舉例來說，首先在圖一中使用的參考數字將具有如同1XX的數字，而首先在圖五中使用的數字將具有如同5XX的數字。其后的兩個數字代表圖式中的特定物件。圖1中的一個物件將為101，而另一物件將為102。在隨后的圖中使用的相同參考數字表示相同物件。
具體實施例方式
本發明使用一種新的生產設備以便生產光電裝置。特定的設備將取決于特定的光電裝置設計，其可以發生變化。圖1展示光電裝置或薄膜太陽能電池100，其包括襯底105、阻擋層110、底部接觸層120、半導體層130、堿性材料140、另一半導體層150、n型結緩沖層160、本征透明氧化層170和透明的導電氧化層180。所屬領域的技術人員將認識到，薄膜太陽能電池可包括較少的層且仍根據本發明發揮作用。舉例來說，裝置不需要具有堿性材料。
提供集成生產設備的兩種變化形式。在每種情況下，提供一系列處理室，其中每一室提供特定的處理體系，以便形成特定的層沉積或層處理。這些處理室中的每一者均允許一構件將正被制造成光電裝置的工件從第一設計的室傳輸通過循序的多個室，直到已將工件制造成設計的光電堆疊為止。
這些多個具備傳輸機構的反應或處理室也可包含一個或一個以上隔離室，其確保在特別需要的室中保持特別有效的反應物，且不會污染下游過程。當然，這種隔離系統在形成光電裝置的半導體層時特別重要，其中相對少量的材料確定層是p型還是n型半導體。這一載體可配置有參考構件，以確保在界定的位置處將工件定位在產生設備內。
本發明設想兩種類型的用于將工件傳輸通過設備的傳輸機構。第一種是連續滾動系統，其中使相對柔性的襯底貫穿系統并將其收集起來。在完成堆疊之后，可將襯底分割成多個小份，或者，如果光電堆疊設計允許的話，可在完成的卷軸上將其收集。
第二種方法是在裝置上提供多個工件襯底，所述裝置能夠將襯底夾持到載體上，所述載體還具有允許零件以精確的方式行進穿過生產設備的構件。
參看圖1，所有層均沉積在襯底105上，襯底105可包括多個功能材料中的一者，例如玻璃、金屬、陶瓷或塑料。直接沉積在襯底105上的是阻擋層110。阻擋層110包括較薄的導體或非常薄的絕緣材料，并且用以阻擋不合需要的元素或化合物從襯底向外擴散到電池的其余部分。這一阻擋層110可包括鉻、鈦、氧化硅、氮化鈦和具有所需導電性和耐受性的相關材料。接下來沉積的層是底部接觸層120，其包括非反應性金屬，例如鉬。下一層沉積在底部接觸層120上，且為p型半導體層130，以便改進吸收體層與底部接觸層120之間的粘附性。P型半導體層130可為I-IIIa，b-VI同型半導體，但優選的成份為Cu:Ga:Se、Cu:Al:Se或Cu:Tn:Se與前述化合物中的任一者的合金。
在此實施例中，p型吸收體層的形成包含多個離散的層的相互擴散。最終如圖1所示，p型半導體層130和150組合成單個的復合層155，其充當太陽能的主要吸收體。在此實施例中，添加堿性材料140以用于為后續層的生長播種，并增加吸收體層155的載流子濃度和晶粒大小，因而提高太陽能電池的轉換效率。
堿性材料140一般是基于鈉的，且通常以Na-VII(VII＝F、Cl、Br)或Na2-VI(VI＝S、Se、Te)的形式沉積。當沉積時，堿性材料140可采用Na-A:I-III-VI合金(A＝VI或VII)的形式，以允許與半導體層150交換元素。
如圖1所示，堿性材料是離散的，且半導體層150沉積在上面。然而，堿性材料并不會保持離散，而是被半導體層150吸收成為155中所示的最終p型吸收體層的形成中的一部分。當沉積時，堿性材料通過蒸鍍、濺鍍或所屬領域的技術人員已知的其它沉積方法沉積在p型半導體層130上或其它預先存在的層上。在優選實施例中，堿性材料140在環境溫度下且在適度真空中(優選為10-6到10-2托)經受濺鍍。一旦經沉積，便在約400℃-600℃的溫度下對所述層進行熱處理。
在熱處理之后，通過沉積n型結緩沖層160來繼續進行光電生產過程。該層160將最終與吸收體層155相互作用，以形成必要的p-n結165。接下來沉積透明的本征氧化層170，以充當具有CIGS吸收體的異質結。最后，沉積導電的透明氧化層180，以充當電池電極的頂部。這最后一層是導電的，且可將電流載運到柵格載體，所述柵格載體允許帶走所產生的電流。
圖2示意性表示用于形成太陽能電池的反應器200。襯底205經由饋送輥215和吸收輥260從左到右饋送并穿過反應器。反應器200包含一個或一個以上處理區域，其在圖2中表示為220、230、240和250，其中每個處理區域均包括用于在襯底205上沉積材料的環境。所述區域以機械方式或可操作地在反應器200內彼此連接。如本文所使用，術語“環境”是指當襯底205位于特定區域中時用于在襯底205上沉積或反應材料層或材料混合物的條件曲線。
根據太陽能電池中正被處理的層來配置每個區域。舉例來說，一區域可經配置以執行濺鍍操作，其中包含加熱源和一個或一個以上源目標。
優選的情況是，以可控制的速率使伸長的襯底205通過各種處理區域。還預期襯底205可具有0.5米/分鐘到約2米/分鐘的平移速度。因此，考慮到所需的傳輸速度、材料接近特定源材料的滯留時間，優選地調諧每個區域內部的過程以形成所需的橫截面。因此，考慮到由傳輸或平移速度確定的堆疊的滯留時間，可選擇每一過程的特征(例如材料和過程選擇、溫度、壓力或濺鍍傳遞速率等)，以確保以適當方式傳遞組成材料。
根據本發明，可以連續滾動方式將襯底205傳輸通過所述過程，或者將襯底205以“圖片幀”類型裝配以放在托盤上的方式傳輸以轉位并傳輸通過所述過程，圖3中說明了后一種方式。參看圖3，將一個襯底或一組襯底310安裝在托盤320上，所述托盤320平移通過軌道350上的一個或一個以上區域330和340。在替代實施例中，所述過程可進一步包括放置成與襯底310成背對背配置的第二襯底或第二組襯底。
預期各種區域內的背景壓力范圍將從10-6托到10-3托。可通過添加例如氬氣、氮氣或氧氣等純凈氣體來實現高于基準真空(10-6托)的壓力。優選的情況是，速率R是常數，以使得襯底205從入口201不停止地行進穿過反應器200到達出口202。所屬領域的技術人員將了解，可因此以連續方式在襯底205上形成太陽能電池堆疊，而無需使襯底205在反應器200中停止。
圖2中的反應器可進一步包括真空隔離子區域或狹縫閥(slit valve)，其經配置以隔離相鄰的處理區域。提供真空隔離子區域或狹縫閥以便在不同的壓力環境之間連續傳輸襯底。
圖2中的反應器200是多個N處理區域220、230、240和250。然而，所屬領域的技術人員應了解，反應器可包括區域220、230、240、250……N區域。裝載/卸載區域210/211包括可與反應器的其余部分隔離且可向大氣開放的區域。
根據本發明，上述包括十層的太陽能電池可使用包括十個區域的反應器來制造，其中每個區域包括用于沉積該特定層的環境。然而，在各實施例中，可組合各種區域，從而降低反應器200內含有的區域的總數。
圖2展示每個區域在各個實施例中可包括離散的環境以用于沉積特定層；將兩個區域220、230組合成一個由虛線表示的區域270，以組合多個過程方面。根據所需的太陽能電池的結構，反應器內含有的區域數目可發生任何變化。在此實施例中，襯底205經過區域220、230、240和250，所述區域分別執行處理操作221、231、241和251。
在優選實施例中，所述過程可進一步包括襯底215，其與襯底205背對背地行進。在此實施例中，襯底215和205以背對背的配置垂直定向，且經過區域220、230、240和250，其執行相同的處理操作222、232、242和252。
圖4展示經由饋送輥420和吸收輥430通過反應器400從左到右饋送襯底410。在此實例中，反應器包括三個處理區域440、450和460。在反應器400中，區域440經配置以執行濺鍍操作，其中包含加熱源441以及一個或一個以上源目標442。同樣，區域460經配置以執行濺鍍操作，其包含噴嘴461和目標462。區域450經配置以執行濺鍍操作，其包含噴嘴451和目標452。區域450經配置以執行熱蒸鍍過程。
圖4示意性展示經配置以隔離相鄰的處理區域的真空隔離區域470和480。提供所述真空隔離區域以便于在不同壓力環境之間連續傳輸襯底。具體來說，在用來沉積硒的室之間將可使用隔離區域。
圖4所示的反應器400包含抽吸系統，用于形成低于最低處理壓力的壓力。濺鍍區域可具有10-3托的壓力，且熱區域可具有10-6托的壓力。在此實例中，隔離區域可具有10-7托的壓力，以便提供有效的低壓阻擋。
隔離區域的較低壓力經配置以將區域之間的傳導流最小化，因而在相鄰的處理區域中提供相對穩定的環境。材料移動通過的孔優選略微大于襯底的厚度，以便將進入隔離室中的氣流最小化，同時仍然維持工件流。
隔離區域的長度可由若干因素確定相鄰區域的內部壓力環境；工件在室中的滯留時間；工作過程對于反應器區域之間的交叉污染的敏感度等等。
圖4中說明的反應器優選包含微處理器、相關聯的存儲器490和用于控制所揭示的過程的操作的傳感器。微處理器490可包括所屬領域中已知用于存儲、獲取和執行關于處理機的操作的計算機指令的計算機，或者可為足以用來監視和控制有限的、預定組的處理變量的普通的工業控制器。
計算機490可操作地耦合到每個區域中的各傳感器，以接收對應于過程的各個方面的反饋并響應于接收到的反饋而調整所要的參數。舉例來說，反應器400可包含安置在區域440中的傳感器443、安置在區域450中的傳感器453和安置在區域460中的傳感器463。可將一個或一個以上傳感器安置在各區域中以向計算機490提供所要的環境反饋。這些傳感器可監視如蒸汽壓力、蒸汽含量、溫度、工件平移速度、表面的物體特征等的變量。
可感測給定區域的溫度和壓力以及給定區域或區域的子區域中的環境條件。舉例來說，可提供額外的傳感器454以感測傳感器453所感測的區域450的特定子區域。以此方式，可在區域內提供多個環境。舉例來說，傳感器可經配置以在相同區域內提供不同的溫度曲線。
此外，所揭示的過程的其它方面也可以動態方式來感測和控制。舉例來說，可在過程中部署張力傳感器，以動態地維持襯底上的所要張力。當襯底的特定部分在過程中朝下游移動時，其可能會經歷溫度變化。這自然將導致襯底因變化的溫度的作用而膨脹和收縮。為了確保將襯底維持在恒定的張力下，傳感器可向計算機提供反饋，且計算機可經配置以響應于感測到的反饋而控制饋送和吸收輥或其它饋送機構。例如溫度或濺鍍功率的參數可經動態感測和/或調整以維持所要的張力。
此外，預期襯底可經配置以使得張力可受到精確控制。舉例來說，可有意將襯底中接近一個或兩個邊緣的部分裸露，以便于輥引導件、張力控件或其它饋送機構直接接觸且因此控制襯底的張力。或者，牽引器饋送導引孔，例如一般在紙或薄膜中具有的導引孔安置在襯底周圍以便于傳輸和張力控制。
這些機械張力控制方法可結合環境傳感器使用，以便在襯底從一個環境被傳遞到下一環境時更準確地控制襯底的張力。
圖6A展示以背對背方式處理襯底601與602的反應器600的一部分的俯視圖說明，且還說明被區域611隔離的循序濺鍍-蒸鍍過程。為了實現背對背處理，將襯底601的加熱源603鏡射為襯底602的加熱源607。同樣，將襯底601的濺鍍源604、加熱源605和蒸鍍源606鏡射為襯底602的濺鍍源607、加熱源609和蒸鍍源610。
圖6B展示以背對背方式用循序濺鍍-蒸鍍/濺鍍-蒸鍍過程處理襯底621與622的反應器620的一部分的俯視圖說明。如圖6A中所示，將襯底621的濺鍍源622鏡射為襯底622的濺鍍源628。同樣，將襯底621的加熱源623和626、蒸鍍源624和627以及蒸鍍源625鏡射為襯底622的加熱源629和632、蒸鍍源630和633以及濺鍍源631。因此，通過加熱和材料源的簡單重復，可在相同的機器內將太陽能電池的產量有效地翻倍。
具體處理步驟現在轉向個別過程步驟，所述過程開始裝載襯底并使其通過隔離的裝載區域或類似單元210。在各實施例中，反應器200內含有隔離區域210。或者，可將隔離區域210附接到反應器200的外部部分。第一處理區域210可進一步包括襯底制備環境，以去除表面的原子級的任何殘余的瑕疵。襯底制備可包含離子束、沉積、加熱或濺鍍蝕刻。
第二處理區域可為用來沉積用于襯底雜質隔離的阻擋層的環境，其中阻擋層在襯底與后續層之間提供導電路徑。在優選實施例中，阻擋層包括由濺鍍過程傳遞的例如鉻或鈦等元素。優選情況是，所述環境包括環境溫度下約10-3托到約10-2托范圍內的壓力。
先前區域下游的第三處理區域包括用于沉積用作底部接觸層的金屬層的環境。底部接觸層包括為電流提供導電路徑的厚度。此外，底部接觸層用作太陽能電池堆疊的第一導電層。所述層可進一步用來防止例如雜質等化學化合物從襯底擴散到太陽能電池結構的其余部分，或者用作襯后層與太陽能電池結構的其余部分之間的熱膨脹緩沖物。優選情況是，底部接觸層包括鉬，然而，底部接觸層可包括其它導電金屬，例如鋁、銅或銀。
第四區域提供用于沉積p型半導體層的環境。所述p型半導體層可用作吸收體生長的外延模板。優選的情況是，p型半導體層為同型I-IIIVI2材料，其中此材料的光學帶隙高于p型吸收體層的平均光學帶隙。舉例來說，半導體層可包括Cu:Ga:Se、Cu:Al:Se或Cu.Tn:Se與前述化合物中的任一者的合金。優選的情況是，可在10-6到10-2托的背景壓力下在從環境溫度直到約300℃的溫度下通過濺鍍過程傳遞所述材料。更優選的情況是，溫度范圍為從環境溫度到約200℃。
先前區域下游的第五區域提供用于沉積堿性材料以增強所述類型吸收體的生長和電性能的環境。優選的情況是，在環境溫度下且在約10-6托到10-2托的壓力范圍下濺鍍種子層。優選的情況是，所述材料包括NaF、Na2Se、Na2S或KCI等化合物，其中厚度范圍為從約50nm到約500nm。
先前區域下游的第六區域可包括用于沉積用于CIGS吸收體層的額外半導體層的環境。在優選實施例中，第六區域可進一步包括一個或一個以上用于沉積半導體層的子區域。在一個實施例中，CIGS吸收體層通過以下方式形成首先在一個或一個以上連續子區域中傳遞前體材料，然后在下游熱處理區域中使前體材料反應成為p型吸收體層。因此，特別是對于CIGS系統而言，在層的格式中，可存在兩個材料沉積步驟和第三熱處理步驟。
在前體傳遞區域中，以多種方式沉積前體材料層，其中包含蒸鍍、濺鍍和化學氣相沉積或其組合。優選情況是，可在從約200℃-300℃的溫度范圍下傳遞前體材料。需要使前體材料反應以盡可能快速地形成p型吸收體。如之前就此所述，可將前體層形成為薄層的混合物或形成為一系列薄層。
制造裝置也可具有先前處理區域下游的第七處理區域，其用于對一個或一個以上先前層進行熱處理。術語“多元物”包含二元物、三元物等。優選情況是，熱處理使得先前不反應的元素或多元物發生反應。舉例來說，在一個實施例中，優選具有呈各種組合形式且具有元素的多元化合物的各種比率的Cu、In、Se和Ga作為沉積在工件上的來源。反應環境包含成不同比例的硒和硫，且溫度范圍為從約400℃到約600℃，具有或不具有背景惰性氣體環境。在各種實施例中，可通過優化前體的混合方式來將處理時間最小化到一分鐘或更少。環境內的最佳壓力取決于環境是反應性的還是惰性的。根據本發明，在熱處理區域內，壓力范圍為從約10-6到約10-2托。然而，應注意，這些范圍在很大程度上取決于作為整體的階段的反應器設計、光電裝置的設計者以及設備的操作變量。
反應器可具有用于形成n型半導體層或結伴體的第八處理區域。結緩沖層從II-VI或IIIXVI族中選出。舉例來說，結緩沖層可包括通過蒸鍍、升華或化學氣相沉積方法沉積的ZnO、ZnSe、ZnS、In、Se或InNS。溫度范圍為從約200℃到約400℃。
此外，所述過程還可具有第九區域，其具有用于沉積透明氧化物(例如ZnO)的本征層的環境。根據本發明，所述本征透明氧化層可通過多種方法沉積，其中包含(例如)RF濺鍍、CVD或MOCVD。
在各實施例中，所述過程還可具有第十區域，其具有用于沉積透明導電氧化層以用作太陽能電池的頂部電極的環境。在一個實施例中，舉例來說，以濺鍍方式沉積摻雜有鋁的ZnO。優選情況是，所述環境包括約200℃的溫度和約5毫托的壓力。或者，可使用ITO(氧化銦錫)或類似物。
如上所述，在一個實施例中，反應器可包括離散的區域，其中每個區域對應于光電裝置的一層的形成。然而，在優選實施例中，可組合包括類似成份和/或環境條件的區域，因此減少反應器中的區域的總數。
舉例來說，在圖5中，區域510包括子區域511和512，區域515包括子區域516和517，且區域520包括一個區域，其中每個區域和子區域包括預定的環境。在此實例中，可在子區域511中沉積材料A，且可在子區域512中沉積不同的材料B，其中材料A下游的子區域512的環境不同于子區域511中的環境。因此，襯底505當在相同區域510的不同區域中時可經歷不同的溫度或其它過程曲線。根據此實施例，區域可被界定為具有預定壓力，且區域可包含一個或一個以上區域、子區域或其中的階段，其中每個子區域經配置以在相同的壓力環境內使所要材料沉積或反應。
接著，可將襯底505傳遞到室515，其中在子區域516內沉積材料C，且在子區域517內沉積材料D。最終，襯底505到達區域520，在其中沉積單個材料E。
所屬領域的技術人員將了解，反應器500可如所述般具有沿著襯底的平移所界定的路徑安置在反應器的入口與出口之間的一系列區域。在每個區域內，可提供一個或一個以上組成環境或子區域，以使選定的目標材料沉積或反應，從而形成用于形成太陽能電池堆疊的連續過程。一旦襯底進入反應器，太陽能堆疊的各層便以循序方式沉積和形成，其中連續的每個下游過程用于形成太陽能電池堆疊，直到在反應器的出口處提供完成的薄膜太陽能電池為止。
雖然已經展示和描述了本揭示案的實施例和應用，但所屬領域的技術人員將容易了解，在不偏離本文的發明原理的情況下，可能存在遠多于上述內容的修改和改進。因此，本揭示案除了所附權利要求書的精神之外不受任何限制。
權利要求
1.一種用于制造光電裝置的設備，其包括用于將襯底連續提供到以下區域的構件能夠提供用于沉積導電后層的環境的區域；能夠提供用于沉積p型半導體層的環境的區域；能夠提供用于沉積n型半導體層的環境的區域；和能夠提供用于沉積透明導電前層的環境的區域。
2.根據權利要求1所述的用于制造光電裝置的設備，其進一步包括用于依次將襯底提供到多個反應器區域以便制備所述襯底的構件。
3.根據權利要求1所述的用于制造光電裝置的設備，其進一步包括第一處理區域，所述區域能夠提供用于將所述襯底從周圍環境平移到處理環境的環境。
4.根據權利要求3所述的設備，其中所述襯底部分地或整體地從大氣壓力平移到與后續處理環境相符的降低壓力。
5.根據權利要求1所述的用于制造光電裝置的設備，其進一步包括能夠提供用于沉積阻擋層的環境的處理區域。
6.根據權利要求5所述的設備，其中所述阻擋層包括薄型導體或非常薄的絕緣材料。
7.根據權利要求1所述的用于制造光電裝置的設備，其進一步包括能夠提供用于沉積導電底部接觸層的環境的處理區域。
8.根據權利要求7所述的設備，其中導電底部接觸層的沉積包括金屬層。
9.根據權利要求8所述的設備，其中所述金屬層包括從由鉬、鈦、鉭和其它可接受的金屬或合金組成的群組中選出的導電金屬。
10.根據權利要求9所述的設備，其中所述金屬層為鉬。
11.根據權利要求1所述的用于制造光電裝置的設備，其進一步包括能夠提供用于沉積堿性材料的環境的處理區域。
12.根據權利要求11所述的設備，其中所述堿性材料為Na-VII或Na2-VII。
13.根據權利要求1所述的用于制造光電裝置的設備，其進一步包括能夠提供用于沉積半導體層的環境的處理區域。
14.根據權利要求13所述的設備，其中所述半導體層包括I、III、VI族元素。
15.根據權利要求14所述的設備，其中所述半導體層包括CuGaSe2、CuAlSe2或CuInSe2與所述I、III、VI元素中的一者或一者以上的合金。
16.根據權利要求15所述的設備，其中所述半導體層包括CuGaSe2。
17.根據權利要求1所述的用于制造光電裝置的設備，其進一步包括能夠提供用于沉積額外的半導體層的環境的處理區域，其中所述半導體層包括前體p型吸收體材料。
18.根據權利要求17所述的設備，其中所述前體材料包括I、III、VI族元素。
19.根據權利要求18所述的設備，其中所述前體材料包括I-(IIIa、IIIb)-VI2層。
20.根據權利要求19所述的設備，其中所述前體材料包括I-(IIIa、IIIb)-VI2層的元素中的一者或一者以上，其中0.0＜IIIb/(IIIa+IIIb)＜0.4。
21.根據權利要求19所述的設備，其中所述前體材料包括I-(IIIa、IIIb)-VI2層的合金中的一者或一者以上，其中0.0＜IIIb/(IIIa+IIIb)＜0.4。
22.根據權利要求1所述的設備，其中所述半導體層包括CIGS吸收體層，其包括In1-x:Gax:Se2，其中x的范圍在0.2到0.3之間，其中厚度范圍從約1μm到約3μm。
23.根據權利要求22所述的設備，其中所述CIGS吸收體層是通過傳遞I、III和VI型前體金屬而形成，其中將Cu、In1-x、Gax和Se2層循序沉積在所述襯底上。
24.根據權利要求22所述的設備，其中所述CIGS吸收體層是通過傳遞I、III和VI型前體金屬而形成，其中將Cu、In1-x、Gax和Se2層循序沉積在所述襯底上，且接著通過熱處理將其合成為合金混合物。
25.根據權利要求22所述的設備，其中所述CIGS吸收體層是通過傳遞I、III和VI型前體金屬而形成，其中單獨合成Cu:Gax層，且接著將其與Inx-1層和Se2層共同沉積在襯底上。
26.根據權利要求22所述的設備，其中所述CIGS吸收體層是通過傳遞I、III和VI型前體金屬而形成，其中單獨合成Cu:Gax層，且接著將其與In1-x層和Se2層共同沉積在襯底上，且接著通過熱處理將其合成為合金混合物。
27.根據權利要求22所述的設備，其中所述CIGS吸收體層是通過傳遞I、III和VI型前體金屬而形成，其中單獨合成Cu:Gax:Inx-1層，且接著將其與Se2層共同沉積在襯底上。
28.根據權利要求22所述的設備，其中所述CIGS吸收體層是通過傳遞I、III和VI型前體金屬來形成，其中單獨合成Cu:Gax:Inx-1層，且接著將其與Se2層共同沉積在襯底上，且接著通過熱處理將其合成為合金混合物。
29.根據權利要求1所述的用于制造光電裝置的設備，其進一步包括能夠提供用于對一個或一個以上層進行熱處理的環境的處理區域。
30.根據權利要求29所述的設備，其中所述處理發生在從10-6托直到大氣壓力的壓力范圍和300℃到700℃的溫度范圍中。
31.根據權利要求1所述的用于制造光電裝置的設備，其進一步包括能夠提供用于沉積n型半導體層的環境的處理區域。
32.根據權利要求31所述的設備，其中所述n型半導體層是離散的。
33.根據權利要求32所述的設備，其中所述離散層包括II-VI、III-VI族元素中的一者或一者以上。
34.根據權利要求32所述的設備，其中所述離散層材料包括從由(In、Ga)y(Se、S、O)和(Zn、Cd)(Se、S、O)組成的群組中選出的材料中的一者或一者以上。
35.根據權利要求32所述的設備，其中所述離散層材料包括從由(In、Ga)2Se3、(In、Ga)2S3、ZnSe、ZnS和ZnO組成的群組中選出的材料中的一者或一者以上。
36.根據權利要求32所述的設備，其中所述n型半導體層是通過將摻雜劑物質擴散到p型吸收體層中而形成。
37.根據權利要求36所述的設備，其中所述摻雜劑物質是從由一個或一個以上II或III族元素組成的群組中選出。
38.根據權利要求37所述的設備，其中所述摻雜劑物質包括Zn或Cd。
39.根據權利要求1所述的用于制造光電裝置的設備，其進一步包括能夠提供用于沉積絕緣透明半導體層的環境的處理區域。
40.根據權利要求39所述的設備，其中所述絕緣透明半導體層包括II-VI或II-IV-VI族中的一個或一個以上材料。
41.根據權利要求39所述的設備，其中所述絕緣透明半導體層包括ZnO或ITO中的一個或一個以上材料。
42.根據權利要求1所述的用于制造光電裝置的設備，其進一步包括能夠提供用于沉積導電透明半導體層的環境的處理區域。
43.根據權利要求42所述的設備，其中所述導電透明半導體層包括II-VI或II-IV-VI族中的一個或一個以上材料。
44.根據權利要求42所述的設備，其中所述導電透明半導體層包括ZnO、Cd2SnO4或ITO中的一個或一個以上材料。
45.根據權利要求1所述的用于制造光電裝置的設備，其進一步包括第一處理區域，所述區域能夠提供用于將所述襯底從所述處理環境平移回到所述周圍環境的環境。
46.根據權利要求45所述的設備，其中所述襯底部分地或整體地從大氣壓力平移到與后續處理環境相符的降低壓力。
47.一種用于制造光電裝置的方法，其包括將工件循序提供到能夠提供用于沉積半導體層的環境的第四區域；將所述工件循序提供到能夠提供用于沉積堿性材料的環境的第五區域；和將所述工件循序提供到能夠提供用于沉積p型吸收體層前體材料的環境的第六區域。
48.根據權利要求47所述的用于制造光電裝置的方法，其進一步包括將襯底提供到具有循序的多個反應器區域的設備，其中所述第一區域是用于準備所述襯底的制備以產生工件的裝載或隔離區域。
49.根據權利要求47所述的用于制造光電裝置的方法，其進一步包括將所述工件循序提供到能夠提供用于沉積阻擋層的環境的第二反應器區域。
50.根據權利要求47所述的用于制造光電裝置的方法，其進一步包括將所述工件循序提供到能夠提供用于沉積底部接觸層的環境的第三區域。
51.根據權利要求47所述的用于制造光電裝置的方法，其進一步包括將所述工件循序提供到能夠提供對先前層中的一者或一者以上進行熱處理的環境的第七區域。
52.根據權利要求47所述的用于制造光電裝置的方法，其進一步包括將所述工件循序提供到能夠提供用于沉積n型半導體層的環境的第八處理區域，其中此層用作結緩沖層。
53.根據權利要求47所述的用于制造光電裝置的方法，其進一步包括將所述工件循序提供到能夠提供用于沉積本征透明氧化層的環境的第九處理區域。
54.根據權利要求47所述的用于制造光電裝置的方法，其進一步包括將所述工件循序提供到能夠提供用于沉積透明氧化層的環境的第十處理區域。
55.一種用于制造光電裝置的設備，其包括用于依次將襯底提供到多個反應器區域的構件，所述多個反應器區域包括能夠提供用于將所述襯底從周圍環境平移到處理環境的環境的處理區域，其中所述襯底部分地或整體地從大氣壓力平移到與后續處理環境相符的降低壓力；能夠提供用于沉積導電后層的環境的處理區域，其中所述導電底部接觸層的沉積包括由鉬組成的金屬層；能夠提供用于沉積阻擋層的環境的處理區域，其中所述阻擋層包括薄型導體或非常薄的絕緣材料；能夠提供用于沉積半導體層的環境的處理區域，其中所述半導體層包括CuGaSe2、CuAlSe2或CuInSe2與I、III、VI元素中的一者或一者以上的合金；能夠提供用于沉積堿性材料的環境的處理區域，其中所述堿性材料為Na-VII或Na2-VII；能夠提供用于沉積另一半導體層的環境的處理區域，其中所述半導體層包括I-(IIIa、IIIb)-VI2層；能夠提供對一個或一個以上層進行熱處理從而形成p型吸收體層的環境的處理區域，其中所述處理發生在從10-6托直到大氣壓力的壓力范圍和300℃到700℃的溫度范圍中；能夠提供用于沉積n型半導體層的環境的處理區域，其中所述n型半導體層包括以下群組(InGa)y(Se、S、O)或以下群組(Zn、Cd)(Se、S、O)中的一者或一者以上；能夠提供用于沉積透明導電前層的環境的處理區域，其中所述絕緣透明半導體層包括ZnO或ITO中的一個或一個以上材料；和能夠提供用于沉積導電透明半導體層的環境的處理區域，其中所述導電透明半導體層包括ZnO、Cd2SnO4或ITO中的一個或一個以上材料。
56.一種用于制造光電裝置的方法，其包括將附加到載體構件的多個襯底零件提供到具有循序的多個反應器區域的設備，其中第一區域為用于準備所述襯底的制備以產生工件的裝載或隔離區域；將所述工件循序提供到能夠提供用于沉積阻擋層的環境的第二區域；將所述工件循序提供到能夠提供用于沉積底部接觸層的環境的第三區域；將所述工件循序提供到能夠提供用于沉積半導體層的環境的第四區域；將所述工件循序提供到能夠提供用于沉積堿性材料的環境的第五區域；將所述工件循序提供到能夠提供用于沉積前體p型吸收體材料的環境的第六區域，其中所述前體p型吸收體層材料包含基于銅銦二硒的合金材料；將所述工件循序提供到能夠提供用于對先前層中的一者或一者以上進行熱處理的環境的第七區域；將所述工件循序提供到能夠提供用于沉積n型化合物半導體的環境的第八處理區域，其中此層用作結緩沖層；將所述工件循序提供到能夠提供用于沉積本征透明氧化層的環境的第九處理區域；和將所述工件循序提供到能夠提供用于沉積導電透明氧化層的環境的第十處理區域。
全文摘要
本發明涉及用于制造光電裝置的新方法和一種用于實踐這些制造方法的設備。本發明使用一種轉移通過系統以使工件襯底前進通過多個處理室組成的集成設備，所述多個處理室控制所述制造過程的每一者。
文檔編號C23C16/00GK101080511SQ200580043385
公開日2007年11月28日 申請日期2005年11月10日 優先權日2004年11月10日
發明者約翰·R·塔特爾 申請人:德斯塔爾科技公司