Na劑量控制方法
【技術領域】
[0001]本發明一般地涉及半導體技術領域，更具體地，涉及太陽能電池。
【背景技術】
[0002]太陽能電池是通過光伏效應將光能直接轉換為電的電器件。隨著能源效率的提高以及世界尋找不產生溫室氣體的能源，該電池越來越受歡迎。一些太陽能電池包括用于薄膜太陽能電池的銅銦鎵硒(“CIGS”)半導體材料。雖然已經發現摻雜鈉能夠改善CIGS太陽能電池的性能，但是當前對Na劑量的控制有限。
【發明內容】
[0003]為了解決現有技術中所存在的缺陷，根據本發明的一方面，提供了一種方法，包括:將至少兩個襯底彼此間以一定距離放置在襯底載體上，所述至少兩個襯底包括第一含量的第一材料，其中，所述至少兩個襯底之間的所述距離基于所述第一材料的第一含量和至少一個工藝參數；將所述襯底載體放置在反應腔室中；以及對所述至少兩個襯底實施第一退火工藝。
[0004]在該方法中，所述第一含量的重量百分比介于2%和12%之間，且所述第一材料包括Na20。
[0005]在該方法中，所述第一含量的重量百分比為至少4%，且所述第一材料包括K20。
[0006]在該方法中，所述至少兩個襯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]在該方法中，所述第一含量的重量百分比介于2%和12%之間且所述第一材料包括Na2O,并且所述第二含量的重量百分比為至少4%且所述第二材料包括Κ20。
[0008]在該方法中，所述距離介于5mm和10mm之間。
[0009]在該方法中，以背對背布置的方式放置所述至少兩個襯底。
[0010]在該方法中，以面對面布置的方式放置所述至少兩個襯底。
[0011 ] 在該方法中，所述至少一個工藝參數包括退火溫度和退火時間中的一個。
[0012]在該方法中，所述至少一個工藝參數包括H2Se的濃度。
[0013]該方法還包括在所述第一退火工藝之后實施第二退火工藝。
[0014]根據本發明的另一方面，提供了一種方法，包括:將至少兩個襯底彼此間以一定距離放置在襯底載體上，所述至少兩個襯底包括第一含量的第一材料和第二含量的第二材料，其中，所述至少兩個襯底之間的所述距離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個工藝參數；將所述襯底載體放置在反應腔室中；以及對所述至少兩個襯底實施第一退火工藝。
[0015]在該方法中，所述第一含量的重量百分比介于2%和12%之間，且所述第一材料包括Na20。
[0016]在該方法中，所述第二含量的重量百分比為至少4%，且所述第二材料包括K20。
[0017]在該方法中，所述距離介于5mm和10mm之間。
[0018]在該方法中，以背對背布置的方式放置所述至少兩個襯底。
[0019]在該方法中，以面對面布置的方式放置所述至少兩個襯底。
[0020]根據本發明的又一方面，提供了一種方法，包括:將至少兩個襯底彼此間以一定距離放置在襯底載體上，所述至少兩個襯底包括重量百分比介于2%和12%之間的Na2O和重量百分比至少為5%的K2O,其中，所述至少兩個襯底之間的所述距離基于Na2O的含量、K2O的含量和至少一個工藝參數；將所述襯底載體放置在反應腔室中；以及對所述至少兩個襯底實施第一退火工藝。
[0021]在該方法中，所述至少一個工藝參數包括退火溫度、退火時間和H2Se的濃度中的一個。
[0022]在該方法中，所述距離介于5mm和10mm之間。
【附圖說明】
[0023]當結合附圖進行閱讀時，通過以下詳細描述可以最佳地理解本發明的各方面。應該注意，根據工業中的標準實踐，各個部件未按比例繪出。事實上，為了清楚的討論，各個部件的尺寸可以任意地增大或減小。
[0024]圖1是根據一些實施例的用于形成半導體吸收材料的爐系統的截面圖。
[0025]圖2是根據一些實施例的彼此以一定間隔距離設置在載體上并且放置于反應腔室內的多個襯底的具體示圖。
[0026]圖3A和圖3B示出了根據一些實施例的襯底的可選布置。
[0027]圖4是根據一些實施例制造太陽能電池的方法的一個實例的流程圖。
【具體實施方式】
[0028]以下公開內容提供了許多用于實施主題的不同特征的不同實施例或實例。以下描述組件和布置的具體實例以簡化本發明。當然，這些僅僅是實例，并不旨在限制本發明。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觸的方式形成第一部件和第二部件的實施例，并且還可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實施例。此外，本發明可在各個實例中重復參考標號和/或字母。該重復是為了簡明和清楚的目的，而且其本身沒有規定所討論的各種實施例和/或配置之間的關系。
[0029]而且，為了便于描述，在本文中可以使用諸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空間相對術語以描述如圖所示的一個元件或部件與另一個(或另一些)元件或部件的關系。除了圖中所示的方位外，空間相對術語旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉90度或在其他方位上)，并且本文中使用的空間相對描述符可以同樣地進行相應的解釋。
[0030]所公開的系統和方法有利地提高了控制襯底的鈉(Na)劑量的能力。應該相信，來自玻璃襯底的Na參加退火反應，該玻璃襯底由Na-Se化合物形成并且重新沉積在CIG薄膜的頂部上。因為適當的Na劑量提高太陽能電池的器件性能，所以將適當劑量的(B卩，正確的劑量)Na_Se摻雜到CIG中是有利的。因為大量的Na不利于器件性能，所以期望控制Na劑量且目前還不能實現。在一些實施例中，通過提供特定的間隔距離以及工藝參數實現Na劑量控制，該工藝參數包括但不限于溫度、H2Se濃度、Na2O濃度和K2O含量。
[0031]圖1示出了反應爐29，其中，硫屬化物半導體吸收材料形成在襯底上。圖1示出了氣體管道33，入口反應氣體31流和氣體混合物35流流過氣體管道33。在各個實施例的一些工藝步驟中，一種或多種入口反應氣體31產生傳送到爐29的氣體混合物35。氣體混合物35被傳送到反應爐29。反應爐29是能夠依次實施多個原位處理操作的可編程爐，并且根據一個實施例，反應爐29實施諸如硒化操作和硫化操作的一個或多個硫屬化物半導體吸收材料形成操作。在一些實施例中，硫屬化物半導體吸收材料形成操作包括硒化反應和之后的硫化反應，且在一些實施例中，在硒化步驟或硫化步驟或者硒化步驟和硫化步驟之后實施退火操作。這樣，使用多種入口反應氣體31。將入口反應氣體31作為部分或全部氣體混合物35傳送到反應爐29。在一些實施例中，取決于在反應爐29中實施的特定爐操作。
[0032]反應爐29包括用于裝載或卸載諸如襯底39的襯底的門37。通過位于反應腔室43內的石英舟(quartz boat)41保持襯底39。加熱器罩45包括加熱元件并且用于將反應爐29加熱到各個溫度。在一些實施例中，襯底39是太陽能電池襯底。在各個實施例中，襯底39由玻璃、或諸如聚酰亞胺的合適的有機材料、或金屬箔形成。在其他實施例中，由用于將襯底39保持在反應腔室43內的另一合適的構件來替換石英舟41。
[0033]根據本發明的方法，襯底39包括位于其表面上的金屬前體材料，且在反應爐29的反應腔室43內，在至少入口反應氣體31和襯底39的表面上的金屬前體之間發生反應。本發明提供了通過加熱包括襯底39的反應爐29引起反應。在一些實施例中，位于襯底39上的金屬前體包括Cu、In、Ga，但是在其他實施例中，使用包括Se和Na的其他材料。在一些實施例中，反應是使用含S反應氣體作為入口反應氣體31的硫化操作，且在另一實施例中，反應是使用含Se反應氣體作為入口反應氣體31的硒化操作，但是在其他實施例中，也實施其他反應和方法。根據襯底39上的金屬前體包括Cu、In、Ga的實施例，在硒化操作中，前體通過熱硒化操作轉化為Cu (In, Ga) Se (CIGS)，且在一些實施例中，在硒化操作之后，進行硫化操作，其中，通過熱工藝將CIGS的硒化的前體材料轉化為Cu (In，Ga) SeS (CIGSS)，其中，CIGS與含S氣體發生反應。
[0034]入口反應氣體31由來自各個氣體源的一種或幾種氣體組成。在示出的實施例中，氣體源49、53和55供給到氣體混合器57。在示出的實施例中，氣體源49是H2Se,氣體源53是N2，且氣體源55是!!#。在其他實施例中，使用其他氣體源。在一個實施例中，將隊氣體源53和反應物H2S氣體源55在氣體混合器57混合，且將混合氣體作為入口反應氣體31傳送到反應腔室43用于硫化反應。對于硒化操作和硫化操作，在其他實施例中使用不同的硒源和硫源，且在其他實施例中，也使用不同于氬氣和氮氣的載氣。在一些實施例中，在退火操作中，將Ar氣體源51或N2氣體源53或其他惰性氣體傳送到反應腔室43。
[0035]現在參考圖2，示出了設置在反應爐29的反應腔室43內的石英舟41或其他襯底載體。示出的襯底載體41支撐彼此距離為d的多個襯底39。可以將襯底39以背對背布置(即，使得玻璃襯底彼此面對)或面對面布置(即，使得吸收層彼此面對)放置在襯底載體41內。盡管示出了以在反應腔室43內