CN101978091A - 形成太阳能电池吸收体的前体膜的卷进卷出反应 - Google Patents

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Abstract

一种卷进卷出快速热处理(RTP)工具，其用来使位于柔性箔基底上的前体层进行反应以形成太阳能电池吸收体。RTP工具包括具有相当低的高宽比的处理间隙，柔性箔基底穿过该处理间隙移动。RTP工具的低温区形成处理间隙的第一部分，RTP工具的高温区形成处理间隙的第二部分，一缓冲区形成处理间隙的第三部分，其将处理间隙的第一部分连接于第二部分。当连续工件的一部分穿过该缓冲区行进时，柔性箔基底的该部分的温度从低温区的温度增加到高温区的温度。缓冲区包括至少一个具有空腔的低导热区段。

Description

形成太阳能电池吸收体的前体膜的卷进卷出反应
本申请要求2008年2月6日提交的美国申请号12/027169的优先权，其是继续申请并已经要求2007年11月12日提交的发明名称为″形成太阳能电池吸收体的前体膜的卷进卷出反应″的美国专利申请No.11/938679和2006年10月14日提交的发明名称为″用于将前体膜转换成光伏吸收体的方法和设备″的优先权，这些申请也在此明确引入并作为参考。
技术领域
本发明涉及用于为辐射检测器和光伏应用制备半导体膜的薄膜的方法和设备。
背景技术
太阳能电池是直接将太阳光转换成电力的光伏器件。最常见的太阳能电池材料是单晶或多晶晶片形式的硅。但是，利用基于硅的太阳能电池发电的成本高于通过较传统方法发电的成本。因此，自从20世纪70年代早期以来，人们一直致力于降低在陆地上使用太阳能电池的成本。降低太阳能电池成本的一种方式是开发可以在大面积基底上沉积太阳能电池品质吸收体材料的低成本薄膜生长技术以及利用高吞吐量、低成本方法制造这些器件。
包含元素周期表的IB族(Cu，Ag，Au)、IIIA族(B，Al，Ga，In，Tl)和VIA族(O，S，Se，Te，Po)材料或元素的一些的IBIIIAVIA族化合物半导体是用于薄膜太阳能电池结构的极好吸收体材料。尤其是，一般称为CIGS(S)的Cu、In、Ga、Se和S的化合物，或Cu(In，Ga)(S，Se)2或CuIn1-xGax(SySe1-y)k(其中，0≤x≤1，0≤y≤1，k近似等于2)已经应用在太阳能电池结构中，这种太阳能电池结构能够产生接近20％的转换效率。包含IIIA族元素Al和/或VIA族元素Te的吸收体也是很有前途的。因此，总而言之，对于太阳能电池应用来说，包含如下元素的化合物是非常令人感兴趣的：i)来自IB族的Cu；ii)来自IIIA族的In、Ga、和Al中的至少一种；和iii)来自VIA族的S、Se、和Te中的至少一种。
像Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)2薄膜太阳能电池那样的传统IBIIIAVIA族化合物光伏电池的结构显示在图1中。器件10是在基底11上制成的，所述基底为例如玻璃片、片金属、绝缘箔或带、或导电箔或带。包含Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)2系列中的材料的吸收体膜12生长在预先沉积在基底11上并充当所述器件的电触点的导电层13上。基底11和导电层13形成基体20。包含Mo、Ta、W、Ti、和不锈钢等的各种各样导电层已经用在图1的太阳能电池结构中。如果基底本身就是适当选择的导电材料，由于基底11则可以用作器件的欧姆触点，所以可以不使用导电层13。在生长出吸收体膜12之后，在吸收体膜上形成像CdS、ZnO或CdS/ZnO叠层那样的透明层14。辐射15通过透明层14进入器件中。在透明层14上也可以沉积金属网格(未示出)，以降低器件的有效串联电阻。吸收体膜12的优选电类型是p型，透明层14的优选电类型是n型。但是，也可以利用n型吸收体和p型窗口层。图1的优选器件结构被称作″基底型″结构。通过在像玻璃或透明聚合物箔那样的透明覆盖层上沉积透明导电层，然后沉积Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)2吸收体膜，和最后通过导电层形成器件的欧姆触点，也可以构成″覆盖层型″结构。在这种覆盖层结构中，光从透明覆盖层侧进入器件。通过各种方法沉积的各种材料可以用于提供如图1所示的器件的各层。
在应用IBIIIAVIA族化合物吸收体的薄膜太阳能电池中，电池效率是1B/IIIA的摩尔比的强函数。如果合成物中存在不止一种IIIA族材料，这些IIIA元素的相对数量或摩尔比也影响特性。例如，对于Cu(In，Ga)(S，Se)2吸收体层，器件的效率是Cu/(In+Ga)的摩尔比的函数。而且，像它的开路电压、短路电流和填充因数那样，电池的一些重要参数随IIIA元素的摩尔比，即，Ga/(Ga+In)摩尔比而变。总的来说，对于良好的器件性能，Cu/(In+Ga)摩尔比保持在1.0左右或以下。另一方面，随着Ga/(Ga+In)摩尔比增大，吸收体层的光带隙也增大，因此，太阳能电池的开路电压增大，而短路电流通常可能减小。重要的是，使薄膜沉积工艺具有控制IB/IIIA的摩尔比和合成物中IIIA族成分的摩尔比两者的能力。应该注意到，尽管化学分子式常常被写成Cu(In，Ga)(S，Se)2，但化合物的更准确分子式是Cu(In，Ga)(S，Se)k，这里，k通常接近2，但可能不恰好是2。为简单起见，我们将继续沿用将k值取为2。进一步应该注意到，化学分子式中的符号″Cu(X，Y)″指的是X和Y从(X＝0％和Y＝100％)到(X＝100％和Y＝0％)的所有化学合成物。例如，Cu(In，Ga)指的是从CuIn到CuGa的所有合成物。同样，Cu(In，Ga)(S，Se)2指的是Ga/(Ga+In)摩尔比从0变到1以及Se/(Se+S)摩尔比从0变到1的化合物的整个系列。
为太阳能电池应用生长Cu(In，Ga)(S，Se)2型化合物薄膜的一种技术是两段式工艺，其中，首先将Cu(In，Ga)(S，Se)2材料的金属成分沉积在基底上，然后在高温退火工艺中与S和/或Se反应。例如，对于CuInSe2生长，首先将Cu和In的薄层沉积在基底上，然后在升高的温度下使这个叠加前体层与Se反应。如果反应气氛还包含硫，那么可以生长出CuIn(S，Se)2层。将Ga加入前体层中，即，使用Cu/In/Ga叠加膜前体使生长出Cu(In，Ga)(S，Se)2吸收体成为可能。
两段式工艺方法也可以应用包含VIA族材料的叠加层。例如，通过在In-Ga-Se/Cu-Se叠层上沉积In-Ga-Se和Cu-Se层并在存在Se的情况下使它们反应，可以获得Cu(In，Ga)Se2。同样，也可以使用包含VIA族材料和金属成分的叠层。包含VIA族材料的叠层包括但不限于In-Ga-Se/Cu叠层、Cu/In/Ga/Se叠层、Cu/Se/In/Ga/Se叠层等等。
包含金属成分的前体层的硒化和/或硫化或磺化可以在各种形式的VIA族材料中进行。一种方法包括利用像H2Se、H2S或它们的混合物那样的气体同时或相继与包含Cu、In和/或Ga的前体反应。这样，在升高的温度下退火和反应之后形成Cu(In，Ga)(S，Se)2膜。在形成化合物的过程中，通过在反应气体中加入等离子体可以提高反应率或反应度。来自元素源的Se蒸汽或S蒸汽也可以用于硒化和硫化。作为选择，正如前面所描述的，Se和/或S可以沉积在包含Cu、In和/或Ga的前体层上，并可以在升高的温度下使叠加结构退火，以便开始金属元素或成分与VIA族材料的反应，形成Cu(In，Ga)(S，Se)2化合物。
两段式工艺中的反应步骤通常在分批炉中进行。在该方法中，将若干上面沉积有前体层的预切基底(通常为玻璃基底)放置到分批炉内，反应一段时间，该时间段可以从15分钟到几个小时变动。通常，在装载基底后，将分批炉的温度升至反应温度，该反应温度可以在400-600℃范围内。该温升的缓变率正常情况下低于5℃/sec，通常小于1℃/sec。该缓慢的加热过程尽力利用气态Se源、例如H2Se或有机金属Se源硒化金属前体(例如仅包含Cu、In和/或Ga的前体层)。但是，对于包含固体Se的前体来说，缓慢的缓变率会导致Se去湿和形态问题。例如，通过将前体层放置在分批炉中而使之与基体/Cu/In/Se的结构以较低的温升速率(例如1℃/sec)反应生成呈粉末状且不均匀的膜。这样的膜不会产出高效率的太阳能电池。
在美国专利5578503中描述的一种现有技术方法以每次单基底方式利用快速热退火(RTP)方法使前体层分批反应。在各种出版物中也披露了这样的RTP方案(例如，参见Mooney等，Solar Cells，vol：30，p：69，1991，Gabor等，AIPConf.Proc.#268，PV AdvancedResearch&Development Project，p：236，1992，以及Kerr等，IEEEPhotovoltaics Specialist Conf.，p：676，2002)。在先有技术的RTP反应器设计中，带有前体层的基底的温度高速(通常为10℃/sec)升高至反应温度。应当相信，这样的高温上升通过Se的熔点(220℃)，避免了去湿问题，从而生成具有较好形态的膜。
进行硒化/硫化处理的反应室的结构对于所形成的化合物膜的品质、太阳能电池的效率、产量、材料利用率和工艺成本都是至关重要的。本发明提供了用以以卷进卷出方式执行CIGS型吸收体结构的前体层反应的方法和设备。卷进卷出处理增加了吞吐量，使基底处理最小。所以，是大规模制造的优选方法。
发明内容
本发明提供了用以在连续柔性基底上形成太阳能电池吸收体层的方法和集成工具。一种卷进卷出快速热处理(RTP)工具，用来使连续柔性工件上的前体层进行反应，其包括多个腔。
附图说明
图1是应用IBIIIAVIA族吸收体层的太阳能电池的剖视图；
图2显示了以卷进卷出方式使前体层反应以在柔性箔基体上形成IBIIIAVIA族层的设备；
图3A显示了包括柔性基体和在柔性基体上沉积的前体层的一种示例性柔性结构；
图3B显示了基体，通过使图3A的前体层反应而在基体上形成有IBIIIAVIA族吸收体层；
图4显示了以卷进卷出方式使前体层反应以在柔性箔基体上形成IBIIIAVIA族层的另一个设备；
图5A-5B显示了其中放置有柔性结构的不同反应室的横截面视图；
图5C显示了包括外室和内室的反应室的横截面视图；
图6显示了图2中反应器的示例性型式；
图7A是本发明的快速热处理(RTP)工具的实施例的示意图，所述快速热处理工具包括将冷区连接到热区的缓冲区；
图7B是图7A中所示的RTP工具的温度分布曲线图；
图8A是本发明的包括RTP工具的实施例的卷进卷出快速热处理系统的实施例的示意图；
图8B是图8A中所示的RTP工具的示意性透视图，其中RTP工具包括多于一个的缓冲区；
图9是本发明的RTP工具的另一个实施例的示意图；
图10A是本发明的RTP工具的另一个实施例的示意图；
图10B是图10A中所示RTP工具的顶部分的温度分布曲线图；和
图10C是图10A中所示RTP工具的底部分的温度分布曲线图。
具体实施方式
包含IB族材料、IIIA族材料、和可选的VIA族材料或成分的前体与VIA族材料的反应可以以各种各样的方式进行。这些技术包括在存在像i)直接沉积在前体上的固态Se、固态S、固态Te源，和ii)H2Se气体、H2S气体、H2Te气体、Se蒸汽、S蒸汽、Te蒸汽等那样的源提供的Se、S、和Te的至少一种的情况下，将前体层加热到350-600℃、优选400-575℃的温度范围保持1分钟到几小时的间隔。Se、S、和Te蒸汽可以通过加热远离前体的这些材料的固态源生成。诸如H2Se和H2S那样的氢化物气体可以是瓶装气体。这样的氢化物气体和像H2Te那样的短寿命气体也可以通过例如在酸性水溶液中电解包含S、Se和/或Te的阴极就地生成，然后提供给反应器。生成这些氢化物气体的电化学方法适用于就地生产。
前体层可以同时或依次向多于一种的VIA族材料暴露。例如，可以在存在S的情况下对包括Cu、In、Ga、和Se的前体层进行退火，形成Cu(In，Ga)(S，Se)2。这种情况下的前体层可以是包括含有Cu、Ga和In的金属层以及沉积在金属层上的Se层的叠加层。作为选择，Se微粒可以散布在含有Cu、In和Ga的整个金属层中。也可以让前体层包含Cu、In、Ga和S，并在反应期间，在存在Se的情况下使该层退火，形成Cu(In，Ga)(S，Se)2。
形成Cu(In，Ga)(S，Se)2化合物层的一些优选实施例可以总结如下：i)在包含Cu、In和Ga的金属前体上沉积一层Se，形成一结构，并在升高的温度下，在气态S源中使该结构发生反应；ii)在包含Cu、In和Ga的金属前体上沉积S和Se的混合层或一层S和一层Se，形成一结构，并在没有S或Se的气态氛围中，或在包括S和Se中的至少一种的气态氛围中，在升高的温度下使该结构发生反应；iii)在包括Cu、In和Ga的金属前体上沉积一层S，形成一结构，并在升高的温度下，在气态Se源中使该结构发生反应；iv)在包括Cu、In和Ga的金属前体上沉积一层Se，形成一结构，并在升高的温度下使该结构发生反应，形成Cu(In，Ga)Se2层和/或包括Cu、In、和Ga的硒化物的混合相层，然后使Cu(In，Ga)Se2层和/或混合相层与S的气态源、S的液态源或像S层那样的S的固态源发生反应；和v)在包括Cu、In和Ga的金属前体上沉积一层S，形成一结构，并在升高的温度下使该结构发生反应，形成Cu(In，Ga)S2层和/或包括Cu、In、和Ga的硫化物的混合相层，然后使Cu(In，Ga)S2层和/或混合相层与Se的气态源、Se的液态源或像Se层那样的Se的固态源发生反应。
应当指出，VIA族材料是具有腐蚀性的。所以，应该适当选择在升高的温度下向VIA族材料或向材料蒸汽暴露的反应器或室的所有部分的材料。这些部分应该由基本上惰性的材料制成或应该被这样的材料覆盖，诸如，陶瓷，例如矾土、氧化钽、二氧化钛、氧化锆等等；玻璃；石英；不锈钢；石墨；难熔金属，诸如Ta、耐火金属氮化物和/或碳化物，例如Ta-氮化物和/或碳化物、Ti-氮化物和/或碳化物、W-氮化物和/或碳化物、其它诸如Si-氮化物和/或碳化物的氮化物和/或碳化物，等等。
可以在反应器中进行包括Cu、In、Ga和任选的至少一种VIA族材料的前体层的反应，所述反应器以低的速率对前体层施加工艺温度。作为选择，也可以使用快速热处理(RTP)，其中，以至少大约10℃/sec的速率使前体的温度升至高反应温度。VIA族材料层(如果包括在前体层中)可以通过蒸发、溅射、或电镀获得。作为选择，可以制备包括VIA族微粒的墨水，并且可以沉积这些墨水，以在前体层内部形成VIA族材料层。也可以使用诸如包括至少一种VIA族材料的有机金属溶液的其它液体或溶液。可以采用浸入溶化物或墨水中、喷射溶化物或墨水、刮涂或墨水写入技术来沉积这样的层。
在图2中显示了执行前体层反应以形成IBIIIAVIA族化合物膜的卷进卷出设备100或卷进卷出RTP反应器。应该注意到，要在该反应器中反应的前体层可以包括至少一种IB族材料和至少一种IIIA族材料。例如，前体层可以是Cu/In/Ga、Cu-Ga/In、Cu-In/Ga、Cu/In-Ga、Cu-Ga/Cu-In、Cu-Ga/Cu-In/Ga、Cu/Cu-In/Ga、或Cu-Ga/In/In-Ga等等的叠层，叠层内各种材料层的次序可以改变。这里，Cu-Ga、Cu-In、In-Ga分别指的是Cu和Ga的合金或混合物、Cu和In的合金或混合物、In和Ga的合金或混合物。作为选择，前体层也可以包括至少一种VIA族材料。存在许多这样前体层的例子。这些前体层中的一些包括Cu/In/Ga/VIA族材料叠层、Cu-VIA族材料/In/Ga叠层、In-VIA族材料/Cu-VIA族材料叠层、或Ga-VIA族材料/Cu/In叠层，其中，Cu-VIA族材料包括Cu和VIA族材料的合金、混合物或化合物(诸如Cu硒化物、Cu硫化物等)，In-VIA族材料包括In和VIA族材料的合金、混合物或化合物(诸如In硒化物、In硫化物等)，Ga-VIA族材料包括Ga和VIA族材料的合金、混合物或化合物(诸如Ga硒化物、Ga硫化物等)。这些前体沉积在包括基底11的基体20上，如图1所示，基体20另外还可以包括导电层13。可以利用本发明的方法和设备处理的其它类型的前体包括IBIIIAVIA族材料层，IBIIIAVIA族材料层可以利用像化合物电镀、无电镀、从化合物靶的溅射、使用基于IBIIIAVIA族微粒的墨水的墨水沉积、喷射包括Cu、In、Ga和任选的Se的金属微粒等那样的低温方法在基体上形成。然后，在设备或反应器中使这些材料层在350-600℃范围的温度下退火，以改善它们的晶体品质、组成和密度。
在本发明的反应器中，退火和/或反应步骤可以在基本大气压力下，在低于大气压力的压力下，或在高于大气压力的压力下进行。反应器中的低压可以利用真空泵实现。
图2中的卷进卷出设备100可以包括一细长加热腔101，所述加热腔101由加热器系统102包围，所述加热器系统102可以具有一个或更多个加热区，例如Z1、Z2和Z3，以沿着腔101的长度形成温度分布。这这些区之间，优选设有具有低导热率的缓冲区域，以便能够获得急剧的温度轮廓。在2006年10月13日提交的、题为″用于将前体层转换成光伏吸收体的方法和设备″的美国申请序列号No.11/549590中论述了使用这样的缓冲区域的细节，该申请在此引入作为参考。腔101一体密封地附着于第一端口103和第二端口104。一体密封指的是腔的内部容积、第一端口和第二端口与空气氛围隔离，所以，该内部容积中所使用的任何气体都不会泄漏出去(除非在指定的排气口处)，也没有泄漏到内部容积中。换句话说，该腔、第一端口和第二端口的结合是真空密闭的。第一卷轴105A和第二卷轴105B分别放置在第一端口103和第二端口104中，连续柔性的工件106或柔性结构可以在第一卷轴105A和第二卷轴105B之间沿着任一方向、即从左至右或者从右到左移动。柔性结构包括要在细长腔中转换成吸收体层的前体层。第一端口103具有至少一个第一端口进气口107A和第一端口真空管线108A。同样，第二端口104具有至少一个第二端口进气口107B，并且可以具有第二端口真空管线108B。第一端口103和第二端口104以及用于加热的细长腔101可以通过第一端口真空管线108A和第二端口真空管线108B中的任一个或者两者进行抽空。腔101还设置有至少一个气体管线113和至少一个排气部112。还可能有另外的真空管线(未显示)连接到腔101。优选在所有的进气口、气体管线、真空管线和排气部上设置阀109，以便形成可以置于单一真空下的共用腔室。在腔101的两端优选设有缝隙110，柔性结构106穿过缝隙110。虽然所述腔以及第一和第二端口的抽空是从工具的内部容积中除去空气的优选方法，但是，用气体例如N2通过指定的排气口吹扫(purging)工具的内部容积也是可以的。
柔性结构106A在反应之前可以是一基体，在基体的至少一个面上沉积有前体膜。反应之后的柔性结构106B包括基体和作为前体层反应的结果形成的IBIIIAVIA族化合物层。应该注意到，我们没有区分图2中柔性结构106的反应部分和未反应部分，两者都叫做柔性结构106。不管柔性结构上的前体层进行了反应还是没有进行反应，我们都指的是作为卷材(web)的柔性结构。基体的基底可以是柔性金属或聚合箔。如上所述，基体上的前体膜包括至少Cu、In、和Ga、以及可选的VIA族材料，例如Se。当柔性结构106穿过腔101时，柔性结构106的背面20A可以触及或者不触及腔101的壁。现在将通过具体的例子描述本发明的流程。
例子1
Cu(In，Ga)(Se，S)2吸收体层可以利用图2的单腔反应器结构形成。在图3A中显示了反应之前的示例性柔性结构106A。基体20类似于图1的基体20。前体层200设置在基体20上。前体层200包括In和Ga中的至少一种，以及Cu。优选地，前体层200包括Cu、In和Ga中的全部。可选择在前体层200上沉积Se层201，以形成带有Se的前体层202。Se也可以混合在前体层200(未显示)中，以形成另一种型式的带有Se的前体层。在图3B中显示了反应步骤之后的柔性结构。在这种情况下，柔性结构106B包括基体20和IBIIIAVIA族化合物层203，例如通过使前体层200或带有Se的前体层202反应而获得的Cu(In，Ga)(Se，S)2膜。
在将未反应的柔性结构106A或卷材装载到例如第一卷轴(spool)105A上之后，卷材的一端可以穿过腔101进给，通过缝隙110的间隙111，然后缠绕在第二卷轴105B上。第一端口103和第二端口104的门(未显示)被关闭，系统(包括第一端口103、第二端口104和腔101)被抽空，以除去空气。作为选择，也可以通过排气部112用来自进气口或气体管线中的任何或全部的惰性气体、例如N2吹扫系统一段时间。抽空或吹扫后，系统充满惰性气体，加热器系统102可以被开启，以沿腔101的长度建立温度分布。当建立了所要求的温度分布时，反应器就准备好加工。
在形成例如Cu(In，Ga)Se2吸收体层的工序期间，可以优选通过腔进气口113向腔引入包括Se蒸汽或Se源、例如H2Se的气体。此刻，排气部112可以通过打开它的阀而开启，以便将带有Se的气体可以被导向洗涤器或捕集器(未显示)。应该注意到，Se是一种易挥发的材料，在大约400-600℃的典型反应温度下，其蒸汽趋向于跑到所存在的任何冷表面上，并以固态或液态Se的形式沉积。这意味着，除非在反应工艺期间采取预防措施，否则Se蒸汽可以流入第一端口103和/或第二端口104，并沉积在那里的所有表面上，包括第一端口103中的卷材的未反应部分和第二端口104中的卷材的已反应部分。为了减少或消除这样的Se沉积，优选的是，通过第一端口进气口107A将一气体引入第一端口103中，以及通过第二端口进气口107B将一气体引入第二端口104，引入的气体可以是带有Se和/或带有S的气体，其在低温下不会分解成Se和/或S，但是，引入的气体优选为惰性气体，例如N2，它对两个端口加压，以建立惰性气体从端口通过缝隙110的间隙111向腔101的流动。
通过减少缝隙110的间隙111和/或增大气体流入端口的流速，可以使该气流的速度升高。这样，Se蒸汽向端口内的扩散被减少或阻止，从而向排气部112引导这样的蒸汽，在那里，其被捕集，远离已被处理的卷材。缝隙110的间隙111的优选值可以在0.5-5mm的范围内，更优选在1-3mm的范围内。可以根据缝隙的宽度，调节气体流入端口的流速，而缝隙的宽度又取决于柔性结构106或卷材的宽度。通常，卷材宽度可以在1-4英尺的范围内。
一旦设定好带有Se的气体和惰性气体流并且腔101达到所希望的温度分布，就可以使柔性结构106以一预定速度从第一端口103移动到第二端口104。这样，柔性结构106的未反应部分离开第一辊105A，进入腔101，然后穿过腔101，进行反应，在卷材的基体上形成Cu(In，Ga)Se2吸收体层，并卷到第二端口104中的第二卷轴105B上。应该注意到，在第二端口104内部可以存在一可选择的冷却区(未显示)，以在将反应的卷材缠绕在第二卷轴105B之前冷却反应的卷材。
上面的论述同样适用于形成含有S的吸收体层。例如，为形成Cu(In，Ga)S2层，上述的带有Se的气体可以替换为带有S的气体，例如H2S。为了形成Cu(In，Ga)(Se，S)2，可以使用带有Se的气体和带有S的气体的混合物。作为选择，可以利用带有Se的前体，并且可以在带有S的气体中进行反应。
图2中系统100的一个特点在于，柔性结构106可以从左到右以及从右到左移动。这样，可以执行一个以上的反应步骤。例如，当卷材从左到右移动时，可以进行第一反应，然后当卷材从右到左移动时，可以进行第二反应，已反应的卷材可以从第一卷轴105A上卸下来。当然，可以通过在第一卷轴105A和第二卷轴105B之间移动卷材多次，进行更多反应或退火步骤等等。对于各种反应步骤的反应条件，例如气体流速和反应温度，可以是不同的。例如，腔101的温度分布可以设定到在卷材从左到右移动时第一反应步骤的最高温度400℃。这样，卷材的前体可以在400℃下部分地或完全地反应或退火。
在卷材的基本上所有的部分在第二卷轴105B上卷起之后，温度分布的最高温度可以调节到一更高值，例如550℃，当已退火或反应的前体层可以进一步反应、退火或晶化时，卷材可以从右到左移动，这次在550℃的高温下进行。应当指出，可以通过使腔101变长并设定沿腔101的温度分布而使得在卷材从左至右行进时实现同样的工序，例如，它穿过400℃的区域，然后穿过550℃的区域。但是，通过使用上述的双向运动，可以减少腔101的长度，仍然可以实现两步骤/两温度反应。为了使卷材在其间的反应步骤中滚压到第一卷轴105A或第二卷轴105B中的任一个时保持高的温度，可以在第一端口103和第二端口104中的任一个或两者中放置任选的加热器(未显示)。
应当指出，除反应器温度和卷材速度之外，在上述的多步骤反应方法中，还可以改变反应气体组成。例如，在卷材从左到右移动时的第一反应步骤期间，第一气体，例如H2Se，可用于腔101中，以形成硒化前体层。另一方面，在卷材从右到左移动时的第二反应步骤期间，可以将另一气体、例如H2S引入到腔101中。由此，当卷材从第二卷轴105B移动到第一卷轴105A时，硒化前体层可以与S反应，通过将已硒化的前体层转化为硫代硒化物，可以生长Cu(In，Ga)(Se，S)2层。通过选择气体浓度、卷材速度和反应温度，可以控制吸收体层中Se和S的量。例如，可以通过在与Se进行反应的第一工序步骤期间增大卷材的速度和/或降低反应温度，而增大最终的吸收体层中S/(Se+S)的摩尔比。同样，也可以通过在与S进行反应的第二工序步骤期间减小卷材速度和/或升高反应温度，而增大S/(Se+S)的摩尔比。这通过优化彼此独立的两个反应步骤，提供了较大程度的灵活性来优化吸收体层组成。
在图4中显示了本发明的另一个实施例。图4中的反应器系统包括一个三区段腔450，这是一个最常见的多腔结构的示例。图4中的三区段腔450包括区段A、B和C。为简化视图，在该附图中没有显示各个区段周围的加热装置以及第一端口、第一卷轴、第二端口和第二卷轴。但是，对于这些省略部件，可以使用类似于图2所示的结构。加热装置可以是热灯、加热线圈等等，它们可具有独立的控制部，以在区段A、B和C产生不同的温度值和温度分布。
图4中结构的重要特点在于，区段A和C由一片段分开，优选一小体积片段410，其位于三区段腔450的区段B之内。设有将气体送入区段A、B和C中的每个的装置。例如，入口401和402可以分别将气体送入区段A和C中，而入口403可以将气体送入区段B的小体积片段410内。可以设置排气部404和405，以分别从区段A和C排出气体。待处理或已反应的柔性结构106可以穿过第一缝隙110A的第一间隙111A，进入三区段腔450，然后穿过第二缝隙110B的第二间隙111B退出。
例子2
Cu(In，Ga)(Se，S)2吸收体层可以利用图4的三区段腔反应器形成。在装载未反应的柔性结构106之后，通过如例子1中所述的对该系统的泵送和吹扫，可以启动工序。三区段腔450的区段A、B和C可以具有T1、T2和T3的温度，它们可以彼此相等或不等。此外，每个区段A、B和C沿着它们各自的长度可以具有温度分布，而不是正好为恒定的温度。在处理期间，可以将第一处理气体，例如N2，通过入口403引入到区段B中的小体积片段410中，而第二处理气体和第三处理气体可以分别通过入口401和402引入区段A和C中。
第二处理气体和第三处理气体可以是相同的气体，也可以是两种不同的气体。例如，第二处理气体可以包括Se，第三处理气体可以包括S。这样，当柔性结构106上的部分通过第一缝隙110A的第一间隙111A进入三区段腔450的区段A时，该部分上的前体层开始与Se反应，在该部分上形成硒化前体层。当该部分进入小体积片段410时，其在该片段内的N2气体中进行退火(如果区段B被加热)，直到它进入区段C。在区段C中，由于存在气态S物质，发生硫化或磺化作用，由此，在该部分通过第二缝隙110B的第二间隙111B退出三区段腔450之前，在该部分上形成Cu(In，Ga)(Se，S)2吸收体层。吸收体层中的S/(Se+S)摩尔比率可以由区段A和C的相对温度和长度来控制。例如，在给定的卷材速度下，通过减少区段A的长度和/或降低区段A的温度，可以使S/(Se+S)比率增大。
替换地或附加地，可以增大区段C的长度和/或温度。反之，可以减少S/(Se+S)摩尔比率。应当指出，和前面的例子一样，也可以从右到左向后运动柔性结构或卷材而继续反应。也可以改变三区段腔450的各个区段A、B和C中所引入的气体，以获得带有不同组成的吸收体层。图4的结构具有的独特特点是允许在反应器的两个不同区段中存在两种不同气体或蒸汽，这样，通过向卷材的各个部分顺次施加不同的反应温度和不同的反应气体，可以在卷材基底上进行卷进卷出连续处理。向两个区段(在图4中，为区段A和C)之间的减小体积片段引入惰性气体作为扩散屏障，能够最小化或消除在这两个区段中使用的不同气体之间的掺合。在图4中，通过入口403引入的第一气体向右和向左流经小体积片段410，从而与来自区段A和C的朝向彼此的任何气流形成对抗。应当指出，在它们之间可以将带有更多小体积片段的更多区段添加到图4的反应器结构中，各个区段可以在不同的温度和气体下运行，以为高质量IBIIIAVIA族化合物吸收体层的结构提供工艺灵活性。还可以将更多的进气口和/或排气部添加到图4的系统中，并且可以改变这些进气口和排气部的位置。
对于本发明的腔来说，可以使用各种各样不同的横断面形状。在图5A和5B中显示了分别具有圆形和矩形横截面的两个这样的腔500A和500B。带有圆形横截面的基本上圆筒形的反应腔对抽空该腔是很有效的，甚至在该腔由像玻璃或石英样的材料制成的情况下。但是，当基底或卷材宽度增加至1英尺、2英尺或更多时，圆形腔变得很大。使用这样大的圆筒形腔不能维持带有急剧温度变化的温度分布，因而不能在较宽柔性基底、例如1-4英尺宽、甚至更宽的基底上进行卷进卷出RTP工艺。
如图5B所示，腔500B包括由顶壁510A、底壁510B和侧壁510C限定的矩形间隙。在这种情况下，该腔优选由金属构造而成，因为，为了抽空这样的腔而不使之裂开，如果该腔由石英或玻璃构造，则需要很厚的壁(半英寸或更大)。在该构造中，顶壁510A和底壁510B基本上彼此平行，柔性结构106被放置在它们之间。带有矩形横截面或构造的腔对于减少反应气体消耗是有好处的，因为这样的腔的高度可以减小到10mm以下，宽度大致接近柔性结构的宽度(可以是1-4英尺)。这样小的高度也允许在VIA族蒸汽中反应，不需要向腔中引入太多的VIA族材料。应当指出，腔500B的高度、即间隙尺寸是顶壁和底壁之间的距离，在反应期间，小间隙尺寸对使VIA族材料在前体层表面上保持高的过压来说是必需的。并且，甚至对于超过4英尺的柔性基底宽度来说，这些腔可以保持快速变化的温度分布。例如，沿着带有矩形横截面的腔的长度的温度分布可以包括在几个厘米距离内的400-500℃的温度变化。所以，这样的腔可以用于卷进卷出RTP工艺模式中，其中，基底上的前体膜的一部分以每秒几厘米的速度穿过上述温度变化行进，经历400-500℃/秒的温度升高速率。通过增大基底的速度，可以实现甚至每秒几千摄氏度的更高的温度升高速率。
如图5C的横截面视图所示，另一个优选腔结构包括一双腔500C，其中，一带有矩形横截面的内腔501B设置在一带有圆形横截面的圆筒形外腔501A内。在这种情况下，柔性结构106或卷材穿过内腔501B，其在形状上可以是正交的，全部气体优选被送往并穿过内腔501B，所述内腔501B具有比外腔501A小得多的体积。这样，反应气体的浪费可以达到最小，但同时，由于外腔501B的圆筒形形状，整个腔可以很容易地被抽空，即使该腔可能由诸如石英的材料制成。在这种情况下，加热器(未显示)可以放置在内腔501B外面，但在外腔501A里面。这样，沿矩形横截面腔的长度可以维持急剧的温度分布，同时具有抽空反应器主体的能力。
图6显示了图2中反应器的示例性型式。为简化附图，仅显示了腔部分。在该图中可以看到，双腔600包括一圆筒形腔601和一正交腔602，所述正交腔602处于圆筒形腔601中。进气口113和排气部112连接于正交腔602。应当指出，圆筒形腔601可以不与正交腔密闭封隔，这样，当整个腔被泵送时，能够平衡圆筒形腔601和正交腔之间的压力。另外，如果这些腔彼此密封分开，它们可能必须同时一起被泵送，才能在它们之间不存在大的压差。
太阳能电池可以利用在本领域中众所周知的材料和方法于在本发明反应器中形成的化合物层上制造。例如，可以利用化学浸渍方法在化合物层的表面上沉积薄(＜0.1微米)CdS层。可以利用MOCVD或溅射技术在CdS层上沉积ZnO的透明窗。可选地，可以在ZnO上沉积金属指型图案(finger pattern)以完成太阳能电池。
下面将提供卷轴至卷轴或卷进卷出RTP工具的各种实施例。本发明的RTP工具可以具有至少一个冷区、至少一个热区和连接这两个区的缓冲区。在该实施例中的这些区沿RTP工具的处理间隙形成。工件在该处理间隙中被加工，同时其在处理方向上移动。应当理解，术语″热″或″暖″或″高温″区和″冷″或″冷却″或″低温″区指的是相对条件，热/暖/高温区比冷/冷却/低温区热，但是，对于冷区，差别程度不需要最大低温，对于热区，差别程度不需要最小高温。
在一个实施例中，这些区优选沿着处理间隙放置，并形成围绕处理间隙的一部分的区段，这样，当工件的一部分穿过特定区前进时，利用赋予该区的热状况处理工件的那部分。依照本发明的原理，缓冲区可以形成为RTP工具的处理间隙的一部分，连接保持在不同温度的两个区。在这点上，缓冲区可以把一较低温度区连接到较高温度区，或者可以把较高温度区连接到较低温度区。例如，低温区可以保持在第一温度，这样，当连续工件的一部分穿过该低温区行进时，连续工件的该部分处于该第一温度下。另一方面，高温区可以保持在第二温度，这样，当它穿过该高温区行进时，连续工件的该部分处于第二温度下。如果缓冲区将较低温度区连接到较高温度区，并且如果连续工件的该部分被使得从较低温度区向较高温度区行进，则当它穿过该缓冲区行进时，连续工件的该部分的温度从第一温度增加至第二温度。这实际上为连续工件的该部分提供了快速热处理的条件。连续工件以预定速度从热处理工具区的低温区通过缓冲区移动到高温区，这样，通过选择连续工件的低温值、高温值、速度值以及缓冲区的长度值，在连续工件穿过缓冲区行进时，连续工件的一部分经历的加热速率可以很容易地达到10℃/秒或更高(例如100-500℃/秒)。在一个特定实施例中，缓冲区小于高温区长度的10％，在一优选实施例中，缓冲区长度在高温区长度的1-5％范围内。在优选实施例中，第一缓冲区的规定长度小于10cm，优选小于5cm。本结构的独特特点在于这种灵活性以及以低成本达到非常高的温度从而保持非常高的加工吞吐量的能力。
图7A显示了示例性快速热处理系统700的一部分，该系统700具有将低温区704、例如冷区连接于高温区706或热区的缓冲区702。该系统700可以是包括更多区的更大系统的一部分。例如，热区706后面可以跟着另一个缓冲区和冷区组合。此外，热区可以被一个或更多个缓冲区分割开，以在热区内建立所希望的温度分布，各个被加热区具有不同温度。该系统的处理间隙708由顶壁710、底壁712和侧壁714限定。处理间隙708贯穿冷区704、缓冲区702和热区706延伸。在各个区中，顶壁、底壁和侧壁可以由相同的材料或不同的材料制成，并且可以使用不同的结构特点。间隙高度和宽度可以沿各个区中的处理间隙而不同。处理间隙优选在2mm-20mm高度和10-200cm宽度的范围之内。间隙的高宽比可以在1∶50和1∶1000之间。这里，高宽比定义为间隙的高度(或深度)与其最小横向尺寸(宽度)之间的比率。如果连续工件的速度增加，则处理间隙的高度可能增加至更大的值，例如高达约50mm，因此，缓冲区的长度也可以增加，仍然保持10℃/秒或以上的温度升高速率。
在加工期间，连续工件716在箭头A所示的方向上以预定速度在处理间隙708中移动。在该实施例中，一冷却系统(未显示)可以用来在冷区704中保持低温，一加热系统(未显示)则用来在热区706中保持高温。正如在下面将要更加全面地描述的那样，缓冲区702是将冷区连接到热区的低导热区域，这样，两个区利用短的缓冲区就能够维持在它们的设定温度范围内，不用任何改变。应当指出，缓冲区越短，以恒速穿过缓冲区移动的工件的一部分所经历的温升速率就越高。在这方面，本发明实现了2-15cm范围内的缓冲区长度，使缓冲区一端保持在室温(大约20℃)而另一端保持在500-600℃范围内的高温成为可能。缓冲区的低导热特性可以通过用低导热材料和/或特点构造缓冲区的顶壁、底壁和任选侧壁中的至少一个或者构造它们的至少一部分而提供。如图7B所示，在系统700的示例性温度分布中，系统700的缓冲区的低导热特性以急剧的方式使连续工件的温度从较冷温度提升至较热温度。这样，当工件从冷区移动到热区时，其经历的温升率由其速度确定。冷区的温度可以小于50℃，优选在20-25℃范围内，热区的温度可以在300-600℃范围内，优选在500-550℃。如果缓冲区的长度是10cm，以及如果连续工件以1cm/秒的速度移动，则该例子中的工件在缓冲区中的加热速度将为大约(550-20)/10＝53℃/秒。一温度控制器(未显示)可用于控制冷区和热区的加热。
如图7A所示，各个区包括并环绕处理间隙708的预定部分，它们中的工件部分暴露于图7B所示的示例性热分布中。在本上下文中，连续工件的′部分′可以解释为具有长度、宽度和厚度的矩形部分，其中宽度和厚度是连续柔性工件的宽度和厚度。例如，如果连续工件的一部分位于热区中，则连续工件材料的那部分基本上全部都暴露于该热区的温度下。冷区和缓冲区同样如此。这些区中的连续工件的部分将暴露于这些区的环境下。
图8A显示了卷进卷出(卷轴至卷轴)处理系统800，其包括RTP工具802的一个实施例，以便加工柔性连续工件804(下文中的工件)。工件804沿RTP工具802的处理间隙806在供给卷轴808和接收卷轴810之间延伸。图8B示出了RTP工具的侧透视图。参照图8A和8B，处理间隙806在进入开口811A和退出开口811B之间延伸，并由顶壁824、底壁826和侧壁828限定。一移动机构(未显示)展开并将工件804进给到处理间隙806中，并在其离开处理间隙806时，卷起工件804并在接收卷轴810上缠绕工件804。应当指出，本结构的一个重要特点是其无泄漏构造。空气和/或氧优选不允许进入处理间隙。这需要处理间隙优选以无泄漏的方式构造，并且可以抽真空处理间隙，以在启动RTP工艺之前，优选在用惰性气体或反应气体、例如包括Se和/或S的气体回填处理间隙之后，消除空气。
在该实施例中，RTP工具包括第一冷区812A、第一缓冲区814A、热区816、第二缓冲区814B和第二冷区812B。因此，第一缓冲区814A便于加热工件804，第二缓冲区814B便于冷却工件804。第二缓冲区814B将保持在高温的热区连接于保持在较低温度的冷区。在该实施例中，为了产生较慢的冷却速率，第二缓冲区814B可以比第一缓冲区814A长，所述第一缓冲区814A保持较短，以便于工件的快速加热。类似地，第二冷区812B可以比第一冷区长，以便于使冷却周期长。带有冷却元件818的冷却系统冷却所述冷区812A和812B。示例性冷却系统可以是使用流体冷却剂、例如气体或液体冷却剂的冷却系统。热区816包括一系列沿热区816放置的加热元件820。加热元件均通过使用温度控制器和位于各个区的加热元件附近的热电偶分别或成组地进行控制。在这方面，可以将热区分离成带有分别控制的一个或更多个加热器的多个加热区。在该实施例中，缓冲区814A和814B包括低导热特征821，以减少热量从热区朝向冷区的流动。
利用图8B描述缓冲区的细节，其更加详细地显示了RTP工具802的缓冲区814A。通过在缓冲区的壁内形成空腔，可以降低缓冲区814A的至少一部分的导热率，不会负面地影响壁的机械完整性。这是很重要的，因为正如之前所阐明的，处理间隙必须是无泄漏的。通过在壁中形成凹槽，空腔可以垂直于处理间隙的横轴延伸。作为选择，正如在下面的另一个实施例(参见图9)中所述的，空腔可以是贯穿顶壁或底壁部分的宽度和侧壁的高度形成的贯通空腔(或通孔)。通过在顶壁和底壁上切凹槽，减少了连接热区和冷区的壁材料(可以是例如不锈钢)的质量。这样来降低该切口区域的热传导。此外，切口形成板状特征或矩形板822，其有助于从缓冲区扩散热量。在该实施例中，缓冲区的顶壁和底壁两者包括对称放置的相等数量的切口。为了形成缓冲区，顶部和底部上的切口沿处理间隙806的同一部分延伸。在该实施例中，虽然侧壁828A不包括任何特征822，但是同样可以在侧壁上具有特征。顶壁和底壁上的切口均具有2mm或更大的宽度。它们的深度可以是顶壁或底壁厚度的约50-80％。应当指出，通过使用带有切口的这种结构，能够产生从热区到冷区的所希望的接近线性的温度变化，反之亦然，如图7B所示。在一个实施例中，热区和缓冲区可以密封在一绝热器中，以避免从反应器损失热量。作为选择，RTP工具802可以完全由隔离封闭物覆盖，以保护使用者免受高温损伤，并减少热损失。
图9显示了RTP工具900的另一个实施例，所述RTP工具900具有冷区902A和902B、缓冲区904A和904B以及热区906。连续工件908贯穿工具900的处理间隙910延伸。冷区和热区的结构与前述实施例中描述的RTP工具802相同。在该实施例中，缓冲区中的低导热特征可以是在缓冲区904A和904B的壁内钻的孔912。孔912的存在减少了从热区向冷区传导热量的金属壁材料的质量，将该材料替换为空气。也可以使增压空气流过孔912，以帮助从缓冲区904A和904B扩散热量。应当指出，在图7A和8A中，所示的工件处于处理间隙的中间。但是，根据处理间隙的位置(水平、竖直或成一定角度)，工件的一个表面实际上可以接触限定处理间隙的壁中的至少一个。在图10A中，显示了工件的底部接触底壁的情形。
图10A显示了RTP工具850的局部侧视图。RTP工具850是图8A和8B中所示的RTP工具802的替换实施例。在该实施例中，由于具有与顶壁和底壁相联的缓冲区，这些缓冲区位于热区与冷区之间，在处理间隙的上壁和下壁上建立了不同的热分布，以致顶部缓冲区与底部缓冲区不一定必须共同扩张，实际上，底部缓冲区可以与顶部冷区和顶部热区中的任一个或两者重叠，反之亦然。例如，上壁的温度分布可以如图10B所示，下壁的温度分布可以如图10C所示。该结构的好处在于，工件可以热耦合于其中一个壁(在图10A中为下壁)，因此基本上经历那个壁的热分布(图10C)，而反应腔的相对的壁可以处于不同的温度(图10B)。通过使顶壁热区保持得比直接位于其下方的底壁冷区热，例如，可以热激活在处理间隙中存在的气态物质(例如Se蒸汽或H2Se蒸汽等等)，同时由底壁热区控制工件本身的温度。通过使得在工件表面的正对面具有一顶壁热区，能够使反应物质保持在汽相下，不会让它们冷凝并可能滴落在工件表面上。例如，通过保持一顶壁热区，在RTP工艺期间可以避免Se冷凝，RTP工艺利用Se物质来硒化包括Cu、In和Ga的前体。同时，通过使用上壁插入件858和下壁插入件860(上壁插入件858和下壁插入件860可以具有不同的结构和热传导)，在处理间隙的顶壁和底壁的不同区域可以获得不同的温度分布。例如，如果上壁插入件858与热区很好地热耦合在一起但与冷区的热耦合较差，则可以沿上壁插入件858使高温移动靠近入口856。
尽管已经参照某些优选实施例对本发明作了描述，但对它们的修改对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。

Claims (38)

1.一种用于使位于连续工件上的前体材料反应的设备，所述连续工件连续进给所述前体材料的部分穿过该设备，以形成太阳能电池吸收体，该设备包括：
快速热处理工具，其包括连续、无泄漏的处理间隙，连续工件穿过该处理间隙行进，该处理间隙包括：
顶壁和底壁，所述顶壁和底壁布置成存在1/50到1/1000的高宽比，其中顶壁和底壁由其间的第一缓冲区分隔成两个不同的温度区，其中第一缓冲区包括位于顶壁和底壁中的至少一个之内的多个空腔，所述多个空腔提供了低导热区域，这些低导热区域一起显著地防止热能传递给相邻的两个不同温度区，同时仍然保持包括缓冲区的处理间隙无泄漏。
2.如权利要求1所述的设备，其中：
两个不同的温度区包括：
第一区，其基本上维持在第一温度范围，使得当连续工件的一部分穿过该第一区行进时，连续工件的该部分处于该第一温度范围下；
第二区，其基本上维持在第二温度范围，使得当连续工件的所述部分穿过该第二区行进时，连续工件的所述部分处于该第二温度范围下，其中第二温度范围比第一温度范围高。
3.如权利要求2所述的设备，其中，顶壁和底壁中的每一个均包括所述多个空腔，所述多个空腔提供了低导热区域，这些低导热区域一起防止热能传递给相邻的两个不同温度区。
4.如权利要求3所述的设备，还包括以预定速度移动所述连续工件的所述部分穿过第一区、第二区和第一缓冲区的移动机构，其中在预定速度下，连续工件的所述部分在第一缓冲区内的加热速率至少为10℃/秒。
5.如权利要求4所述的设备，其中，第一缓冲区的长度小于第二处理区长度的10％。
6.如权利要求5所述的设备，其中，第一缓冲区长度在第二区长度的1-5％范围内。
7.如权利要求6所述的设备，其中，第一缓冲区长度小于10cm。
8.如权利要求6所述的设备，其中，第一缓冲区长度小于5cm。
9.如权利要求4所述的设备，还包括一温度控制器，其将第一处理区和第二处理区之间的温差保持在至少300℃。
10.如权利要求4所述的设备，其中，所述空腔为顶壁和底壁中每个内的孔。
11.如权利要求10所述的设备，其中，所述孔基本上为圆筒形的。
12.如权利要求4所述的设备，其中，所述空腔为在基本上垂直于连续工件的行进方向的方向上配置的缝隙。
13.如权利要求12所述的设备，其中，各缝隙的宽度至少为2mm。
14.如权利要求13所述的设备，其中，各缝隙的深度是顶壁和底壁厚度的50％-80％。
15.如权利要求4所述的设备，还包括维持在第三温度范围的第三区和位于第二区和第三区之间的第二缓冲区，其中第二缓冲区包括位于顶壁和底壁中每个内的另外多个空腔，所述另外多个空腔也提供了低导热区域，这些低导热区域一起防止热能在第二区和第三区之间传递，同时仍然保持包括第二缓冲区的处理间隙无泄漏，以及其中移动机构连续移动连续工件以预定速度通过第一、第二和第三区以及第一和第二缓冲区。
16.如权利要求15所述的设备，其中，第二缓冲区的长度小于第二处理区长度的10％。
17.如权利要求16所述的设备，其中，第一缓冲区和第二缓冲区长度小于10cm。
18.如权利要求16所述的设备，其中，第一缓冲区和第二缓冲区长度小于5cm。
19.如权利要求3所述的设备，其中，第一缓冲区的长度小于第二处理区长度的10％。
20.如权利要求19所述的设备，其中，第一缓冲区长度在第二区长度的1-5％范围内。
21.如权利要求20所述的设备，其中，第一缓冲区长度小于10cm。
22.如权利要求20所述的设备，其中，第一缓冲区长度小于5cm。
23.如权利要求3所述的设备，还包括一温度控制器，其将第一处理区和第二处理区之间的温差保持在至少300℃。
24.一种使设置在连续工件上的前体材料进行反应的方法，该连续工件形成一连续进给的薄片，所述方法包括：
以预定速率范围穿过无泄漏的处理间隙来进给显著长度的连续工件的薄片；
在处理间隙的第一区中加热该显著长度的连续工件的薄片的各个部分，所述第一区基本上维持在第一温度范围；
在处理间隙的第二区中加热该显著长度的连续工件的薄片的各个部分，所述第二区基本上维持在第二温度范围，其中第二温度范围比第一温度范围高；和
使该显著长度的连续工件的薄片的各个部分穿过处理间隙的第一缓冲区，所述第一缓冲区将第一区连接到第二区，其中所述预定速率范围使显著长度的各个部分位于第一缓冲区内的周期小于各个部分位于第二区内的另一个周期的10％，其中缓冲区包括多个低导热空腔，所述多个低导热空腔一起防止热能从第二区传递到第一区，同时仍然保持包括缓冲区的处理间隙无泄漏。
25.如权利要求24所述的方法，其中，显著长度的连续工件的薄片的各个部分穿过第一缓冲区的步骤使得该部分上的加热速率在第一缓冲区内超过10℃/秒。
26.如权利要求25所述的方法，其中，第一温度范围与第二温度范围之差至少为300℃。
27.如权利要求25所述的方法，还包括下列步骤：
在处理间隙的第三区中加工该显著长度的连续工件的薄片的各个部分，所述第三区基本上维持在第三温度范围；和
使该显著长度的连续工件的薄片的各个部分穿过处理间隙的第二缓冲区，所述第二缓冲区将第二区连接到第三区，其中所述预定速率范围使显著长度的各个部分位于第二缓冲区内的周期小于各个部分位于第二区内的另一个周期的10％，其中第二缓冲区包括多个低导热空腔，这些低导热空腔一起防止热能在第二区和第三区之间传递，同时仍然保持包括第二缓冲区的处理间隙无泄漏。
28.一种设备，其用于连续进给带有前表面和后表面的连续工件的部分通过该设备，以使位于该连续工件的前表面上的前体层反应以形成太阳能电池吸收体，该设备包括：
快速热处理工具，该快速热处理工具包括连续、无泄漏的处理间隙，连续工件穿过该处理间隙行进，该处理间隙具有顶壁、底壁和侧壁，在所述处理间隙的高度和宽度之间存在1/50到1/1000的高宽比；
一移动机构，其移动连续工件通过该处理间隙，同时使连续工件的后表面与所述底壁保持物理接触，而在前体层与顶壁之间保持有距离；
其中，该处理间隙还包括：
带有第一温度范围的顶部冷区、顶部缓冲区以及与顶壁相关的、带有第二温度范围的顶部热区，其中顶部缓冲区位于顶部冷区和顶部热区之间；
底部冷区、底部缓冲区以及与底壁相关的底部热区，其中底部缓冲区位于底部冷区和底部热区之间，这样，当连续工件的一部分在该底部冷区行进时，连续工件的该部分处于第三温度范围下，以及当连续工件的该部分在该底部热区行进时，连续工件的该部分处于第四温度范围下，以及其中第四温度范围比第三温度范围高；以及
其中，顶部缓冲区和底部缓冲区均包括位于顶壁和底壁中每个之内的多个空腔，所述多个空腔提供了低导热区域，这些低导热区域相应地一起防止热能从顶部热区传递到顶部冷区以及热能从底部热区传递到底部冷区，同时仍然保持处理间隙无泄漏。
29.如权利要求28所述的设备，其中，底部缓冲区的一部分位于顶部热区的另一部分下方。
30.如权利要求28所述的设备，其中，底部冷区的一部分位于顶部热区的另一部分下方。
31.如权利要求28所述的设备，其中，底部冷区的一部分位于顶部缓冲区的另一部分下方。
32.的权利要求28所述的设备，其中，移动机构以预定速度范围移动连续工件通过处理间隙，以及其中，在预定速度下，当连续工件的该部分穿过底部缓冲区时，连续工件的该部分的加热速率至少为10℃/秒。
33.的权利要求28所述的设备，其中，所述空腔为在顶壁和底壁的部分中切割的孔。
34.如权利要求28所述的设备，其中，所述空腔是在大体上垂直于连续工件的行进方向的方向上切割的。
35.如权利要求34所述的设备，其中，所述空腔大体上为矩形，并通过矩形突起彼此分开。
36.如权利要求35所述的设备，其中，各空腔的宽度至少为2mm。
37.如权利要求36所述的设备，其中，各空腔的深度是顶壁和底壁厚度的50％-80％。
38.如权利要求34所述的设备，其中，所述空腔基本上为圆筒形的。
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