[發明專利]太陽電池的熱處理裝置

有效

• 申請號: 200980113312.0
• 申請日: 2009-04-14
• 公開（公告）號: CN102007600A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 越前谷剛;平野祐一;長崎仁志;德永圭哉;米澤諭
• 申請（專利權）人: 本田技研工業株式會社
• 主分類號: H01L31/04
• 分類號: H01L31/04
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 黨曉林;王小東

技術領域

本發明涉及在薄膜太陽電池的制造方法、特別是光吸收層成膜時的硒化工序中使用的黃銅礦型(chalcopyrite)太陽電池的熱處理裝置。

背景技術

黃銅礦型薄膜太陽電池屬于薄膜型種類，作為p型的光吸收層具備由以Ⅰ族、Ⅲ族、Ⅳ族的元素作為構成成分的黃銅礦化合物構成的CIGS層。黃銅礦型薄膜太陽電池由在玻璃基板上具備以下各層的多層層疊構造構成：由Mo金屬層構成的作為正極的背面電極層；CIGS光吸收層；n型的緩沖層；以及作為負極的由透明電極層形成的最外表面層。

進而，當太陽光等照射光從該多層層疊構造的表面受光部射入時，在多層層疊構造的p-n結附近，由具有能帶隙(band?gap)以上的能量的照射光激發而產生一對電子和空穴。激發出的電子和空穴通過擴散到達p-n結部，借助p-n結的內部電場，電子聚集于n區域、空穴聚集于p區域，從而電子和空穴被分離。結果，n區域帶負電、p區域帶正電，在設于各個區域的電極之間產生電位差。以該電位差作為電動勢，當利用導線將各個電極之間連接在一起時就會得到光電流，這就是太陽電池的原理。

作為這種薄膜太陽電池中的CIGS光吸收層的制造方法，能夠舉出如下的方法：利用濺射等在形成于基板上的背面電極層上形成包含Cu、In和Ga的前體(precursor)，在該前體形成工序之后，進行在硒化氣體(H₂Se：硒化氫氣體)氣氛中對形成有前體的基板進行熱處理以形成光吸收層的硒化工序(例如參照專利文獻1)。在使用該方法進行硒化的情況下，在裝置內設置多張所述基板，在利用氮氣等惰性氣體置換裝置內部的氣體之后導入硒源，在封入有硒源的狀態下升溫，以一定溫度保持對象物一定時間，由此形成光吸收層。

但是，在該方法中，由于多張基板以多張并排的方式配置，并從基板的側部或者外周部等進行加熱，因此具有以下的問題：(1)根據基板的位置不同而加熱變得不充分，并且，(2)構成成分比變得不均勻，無法在(a)每張基板或者(b)基板面內形成均質的CIGS光吸收層，太陽電池的特性變得不均勻。

如果對上述問題點進行具體說明，問題點(1)如下所述。填充的多張基板的外周部主要借助輻射被加熱，配置于最外側的基板受到來自加熱源的均勻的熱輻射，因此被加熱至面內的溫度分布良好的狀態。但是，來自加熱源的輻射幾乎都被形成在該配置于外側的基板上的前體吸收。由此，在配置于從外側開始第二張以后到中央部的基板中，借助基板內的熱傳導和流過基板表面的氣氛氣體的對流進行的加熱占據主導地位。此時，熱傳導具有由前體和基板各自固有的物性值決定的熱分布，并且氣氛氣體自身在裝置內部具有溫度分布，因此中央部的基板的整體溫度比外側的基板的整體溫度低(a)，此外基板面內的溫度均勻性差(b)。

并且，問題點(2)如下所述。當導入裝置內的硒化氫氣體被加熱至大約160℃時就分解為氫和硒分子，該硒分子通過與被加熱的前體表面接觸而被取入膜中。在該反應過程中，在假定裝置內的基板溫度全都一致的情況下，裝置內的硒化氫氣體相對于各個基板表面均勻地循環，硒化氫氣體與基板表面均勻地接觸，由此形成均質的光吸收層。但是，如在(1)中所說明了的那樣，在每張基板產生溫度差，此外，雖然在裝置內被加熱的硒化氫氣體會在基板與石英管之間產生上升氣流，但是，一部分硒化氫氣體在上升途中從各個基板之間的間隙下降，一部分硒化氫氣體在上升至基板上部之后并不通過基板之間下降而是滯留在基板上部，因此，氣氛氣體相對于基板表面的循環并不均勻，結果，在基板內具有不均勻的構成成分(b)。

作為解決這種問題點的技術，存在在反應爐中設置電動風扇以強制地使氣氛氣體對流的技術(例如參照專利文獻2)。一般情況下，在黃銅礦型太陽電池的基板的生產中，需要大約650℃的硒化工序或者硫化工序。并且，這種工序的反應爐所使用的材料需要利用具有高溫下的耐硒特性的物質制作。

但是，在使用電動風扇的情況下，風扇的材質需要具有耐硒腐蝕性，并且，旋轉軸需要具有密封耐久性、特別是相對于處理溫度、摩擦熱、腐蝕氣體等的耐久性。

專利文獻1：日本特開2006-196771號公報

專利文獻2：日本特開2006-186114號公報

發明內容

因此，鑒于上述問題點，本發明的目的在于提供一種通過促進裝置內的溫度的均勻性、氣氛氣體循環的均勻性，從而能夠得到高品質的CIGS光吸收層的黃銅礦型太陽電池的熱處理裝置。