[發(fā)明專利]用于薄膜光伏材料的硒化的大規(guī)模方法和熔爐系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010503974.3
• 申請日: 2010-09-28
• 公開（公告）號: CN102031497A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅伯特D·維廷
• 申請（專利權(quán)）人: 思陽公司
• 主分類號: C23C16/30
• 分類號: C23C16/30;C23C16/52;C23C16/46;C23C16/455
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 李丙林;張英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及光伏技術(shù)。更具體地，本發(fā)明提供一種用于使用銅銦二硒化物(銅銦二硒，硒化銦銅)物質(zhì)(CIS)、銅銦鎵二硒化物(銅銦鎵硒，二硒化銅銦鎵)物質(zhì)(CIGS)和/或其它的薄膜光伏器件的方法和結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可應(yīng)用于光伏模塊、柔性板(柔性片材)、建筑物或窗玻璃、汽車等。

背景技術(shù)

在制造CIS和/或CIGS類型的薄膜的過程中，具有各種制造難題，例如，保持基板材料的結(jié)構(gòu)完整性，確保薄膜材料的均勻性和粒度等。雖然，過去的傳統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)致力于解決部分這些中的某些問題，但是其在各種情況中通常是不適合的。因此，期望獲得改進的系統(tǒng)和方法用于制造薄膜光伏器件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明總體上涉及光伏技術(shù)。更具體地，本發(fā)明提供一種用于使用銅銦二硒化物物質(zhì)(CIS)、銅銦鎵二硒化物物質(zhì)(CIGS)和/或其它的薄膜光伏器件的方法和結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可應(yīng)用于光伏模塊、柔性板、建筑物或窗玻璃、汽車等。

根據(jù)一個實施方式，本發(fā)明提供一種用于制造銅銦二硒化物半導(dǎo)體薄膜的方法。該方法包括提供多個基板，每個基板具有銅和銦復(fù)合結(jié)構(gòu)。該方法還包括將多個基板轉(zhuǎn)移至熔爐中，將多個基板中的每一個相對于重力方向垂直定向而設(shè)置，用數(shù)字N限定多個基板，其中，N大于5。該方法進一步包括：將包括硒化物物質(zhì)和第一載氣的氣態(tài)物質(zhì)引入熔爐中，并將熱能轉(zhuǎn)移入熔爐中，以將溫度從第一溫度升高至第二溫度，第二溫度的范圍是從約350℃到約450℃，以至少在每個基板上開始由銅和銦復(fù)合結(jié)構(gòu)形成銅銦二硒化物薄膜。該方法另外包括將溫度保持在約第二溫度一段時間。該方法還包括從熔爐去除至少殘余的硒化物物質(zhì)。該方法進一步包括將硫化物物質(zhì)引入熔爐中。而且，該方法包括將溫度保持在預(yù)定水平，以允許多個基板達到預(yù)定水平的溫度均勻度。該方法包括將溫度升高至第三溫度，第三溫度的范圍是從約500℃到525℃，同時，將多個基板保持在包括硫物質(zhì)的環(huán)境中，以從銅銦二硒化物薄膜提取出一種或多種硒物質(zhì)。

在一個可替換實施方式中，本發(fā)明提供一種用于制造銅銦二硒化物半導(dǎo)體薄膜的方法。該方法包括將多個基板轉(zhuǎn)移至熔爐中。將多個基板中的每個相對于重力方向垂直定向而設(shè)置。用數(shù)字N限定多個基板，其中，N大于5。每個基板至少具有銅和銦復(fù)合結(jié)構(gòu)。該方法進一步包括：將包括硒化物物質(zhì)和包含氮氣物質(zhì)的載氣的氣態(tài)物質(zhì)引入熔爐中。另外，該方法包括將熱能轉(zhuǎn)移入熔爐中，以將溫度從第一溫度升高至第二溫度。第二溫度的范圍是從約350℃到約450℃，以至少在每個基板上開始用銅和銦復(fù)合結(jié)構(gòu)形成銅銦二硒化物薄膜。此外，該方法包括選擇性地將附加的載氣引入熔爐中，以在轉(zhuǎn)移熱能或熔爐內(nèi)的另外的處理過程中，在熔爐內(nèi)保持基本均勻的溫度分布。

應(yīng)明了的是，本發(fā)明相對于傳統(tǒng)技術(shù)提供了多種益處。尤其是，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法與傳統(tǒng)系統(tǒng)兼容，這使得實施起來可節(jié)省成本。在各種實施方式中，溫度控制方法保持基板的結(jié)構(gòu)完整性，同時允許發(fā)生各種反應(yīng)。例如，當(dāng)進行處理時，允許基板在相對均勻程度的溫度下穩(wěn)定化。其還具有其它益處。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有重疊電極層的透明基板的簡化圖；

圖2和圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的包括銅銦薄膜的復(fù)合結(jié)構(gòu)的簡化圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的熔爐的簡化圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于形成銅銦二硒化物層過程的簡化圖；

圖5和圖5A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的熔爐的溫度分布的簡化圖；

圖6A和圖6B是根據(jù)本發(fā)明的不同實施方式的薄膜銅銦二硒化物器件的簡化圖。

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的由原位熱偶測量的示例性熔爐溫度分布。

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的熔爐中的各區(qū)域處的示例性溫度分布設(shè)定點。

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的示例性熔爐溫度分布和基板溫度均勻度。

圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的熔爐中的十個基板的示例性電池斷路電壓分布。

具體實施方式

本發(fā)明總體上涉及光伏技術(shù)。更具體地，本發(fā)明提供一種用于使用銅銦二硒化物物質(zhì)(CIS)、銅銦鎵二硒化物物質(zhì)(CIGS)和/或其它的薄膜光伏器件的方法和結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可應(yīng)用于光伏模塊、柔性板、建筑物或窗玻璃、汽車等。