CN102762761B - 用于在基材上沉积层的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在物体(20)上沉积由至少两种成分制成的层的设备，其具有用于布置该物体的沉积室(11)，至少一个具有待沉积的材料的源(12)，以及至少一个用于控制沉积过程的装置(40)，该设备如此配置：使得可以在沉积到基材上之前，通过选择性结合特定量的所述至少一种成分来在待沉积的材料的气相中改变其至少一种成分的浓度，其中该至少一种成分的选择性结合的量可以通过改变至少一种控制参数来进行控制，该参数主动偶合到所述组分的结合率。此外，涉及一种用于在物体上沉积由至少两种成分制成的层的设备，其中用于控制沉积过程的装置具有由反应性材料制成的至少一个吸气元件，其中该反应性材料包括铜和/或钼。还涉及一种用于在物体上沉积由至少两种成分制成的层的方法，其中至少一种成分的选择性结合的量是通过改变用于控制沉积过程的装置的结合率来控制的。

Description

用于在基材上沉积层的设备和方法
本发明属于生产层系统，特别具有薄层的层系统，的技术领域，并且涉及用于在基材上沉积由至少两种成分制成的层的设备(Vorrichtung)和方法。
由多种成分(例如CdS，Cu2S，CuxSey，InxSy，InxSey，ZnS，GaAs等)制成的半导体层的电子和结构性能主要取决于该层的组成。在层沉积例如通过PVD方法(物理气相沉积，薄层的物理沉积，例如热蒸发，电子束蒸发，溅射)进行层沉积的情况中，该层的组成会偏离起始材料的组成，特别是当化合物在气态离解时更是如此。由于所述成分不同的特性(例如质量，化学反应性，熔点)，所述的层通过在从源到基材的路径上成分的损失，而会具有不同于起始材料的组成。甚至起始材料的组成也会不同于期望的对于应用而言最佳的组成。
下文中使用下面的术语：
蒸发率指的是材料直接流出所述源的蒸发率。“沉积率”或者沉积速率表征了每单位时间内沉积到基材上的物质的量。“结合率”或者“吸气率”进而指的是由反应性或者惰性表面从气相中抽取的材料的量。
由多种成分制成的化合物(化合物半导体)能够作为薄膜通过各种各样的方法来沉积。在热蒸发的情况中，经常运用所谓的“共蒸发”(例如用于生产由Cu，In，Ga，和Se制成的黄铜矿吸收剂的各个成分的蒸发)。但是，为了产生高材料品质的层，基材必须保持在高温(>400℃)。特别地，在薄膜太阳能电池的缓冲层的生产中，高的基材温度(>250℃)经常是有害的，这是因为在较高的温度，薄层已经通过扩散和与它们下面的半导体材料发生化学反应而显著混合。在共蒸发的情况中，源的排列必须精确地限定。另外，蒸发速率必须非常精确地限定，以能够调整均匀分布在大表面上的具有个位数百分比范围精度的沉积层的组成。化合物半导体还可以通过溅射或者化合物从小舟向外的热蒸发，从泻流室向外的热蒸发，从线性蒸发器向外的热蒸发，或者用电子束来生产。在这种情况中，层的组成必须通过起始材料和加工参数来精细调整。例如，使用氧化锌，氧化镁锌，硫化镉，硫化锌或者硫化铟的试验是已知的。这里，在层形成中获得了比使用共蒸发更好的结果，特别是在低温时更是如此。但是，困难来自于沉积的重现性以及长期稳定性。特别地，起始材料对于太阳能电池的重现性和效率有明显的影响。难以从化合物材料中蒸发正确的组合物来确保形成合适的层。当源材料中某种成分的含量降低时，经由起始材料的组成或者经由蒸发参数例如源温度或者源几何形状来控制层组成是关键的。因此，无法保证所述加工的长期稳定性。氧化物化合物半导体例如ZnO，ZnMgO，InSnO(ITO)等经常是通过由适当的多成分化合物制成的靶子的溅射或者电子束蒸发(e-beam蒸发)来生产的。在这种情况中，大多会观察到由于氧损失而导致的层组成偏离。这种氧损失可以通过加入氧气来补偿。层组成还可以经由靶材料的组成来调整。在溅射的情况中，该组成还可以通过溅射压力来在较小的程度调整。但是，这不会产生长期稳定的加工，因为在靶子中一种成分接下来会变得富集。
因此，本发明的目标是提供一种设备和方法，其用于在物体上沉积由至少两种成分制成的层，使用其能够对沉积(即，沉积过程)进行有针对性控制。应当进一步提供薄膜(薄层)太阳能电池模块。这个目标是依靠具有并立的权利要求的特征的设备和方法来实现的。本发明有利的实施方案通过从属权利要求的特征给出。
特别地，该目标是依靠用于在物体上，特别是在基材上沉积由至少两种成分制成的层，特别是薄层的设备来实现的，其该设备包含下面部件：
-沉积室，所述物体可以或者已经布置在其中，
-至少一个具有待沉积的材料的源，其尤其可以或者已经布置在沉积室中(“可以布置在”还可以理解为表示“可以提供”)，
-至少一个用于控制沉积过程的装置，该装置如此配置：使得在待沉积的材料的气相中，由此在它沉积到物体上特别是基材上之前，至少该待沉积的材料的至少一种成分的浓度可以通过选择性结合一定量的该至少一种成分来改变，以使得沉积以受控的方式进行。
该用于控制沉积过程的装置如此配置：使得该至少一种成分的选择性结合的量可以通过改变至少一种控制参数来控制或者改变，该参数主动偶合到(wirkgekoppelt)用于该至少一种成分的装置的结合率上。如前序部分中所述，该用于沉积的设备的结合率描述了在单位时间内，通过反应性或者惰性结合表面从气相中提取的选择性结合的成分的量。结合率取决于结合表面的结合能力和/或尺寸。
本发明的一个基本点在于，使用该设备(以及使用该方法)可以在沉积过程中控制或者调节由多个成分制成的（特别是沉积在基材上的）层的层组成。在接受器(Rezipient)(即，例如在蒸发的情况中是蒸发空间，或者在阴极溅射的情况中是溅射室)中，控制装置是用规定的参数来运行的；沉积室因此如此配置：使得沉积是有针对性或者以受控方式来进行的，因为待沉积的材料的至少一种成分的浓度是通过早期的“俘获”来有针对性改变的。“以受控的方式”因此表示了对待沉积的材料的成分的浓度（至少一种所述成分）进行有针对性影响，来规定在物体上的沉积率。当然在基材上沉积之前，也可以以合意的方式有针对性地影响多种成分，即，例如改变它们的浓度。使用该设备(以及该方法)可以将例如至少一个层沉积到物体上，特别是基材上，并由此例如可以产生叠层或者多层体。本发明的目标特别在从化合物中蒸发出来的情况中是有用的。但是，即使在共蒸发时也有利的是，除了各个元素的蒸发率之外，能够通过另外的参数调节沉积率。本发明能用于所有涂覆方法，特别是PVD方法，并且这里特别是从小舟，坩埚，泻流室，线性源等的热方法。使用通过PVD的层沉积的其他方法是电子束蒸发，磁控管溅射，离子束消熔，或者激光束消熔。但是，将其他方法用于薄层沉积(例如CVD，化学气相沉积)也是能想到的。这些层可以用这种方法在各种各样的物体上，特别是基材上沉积。沉积率可以通过不同参数来控制或者调节，如下文中详细描述的那样。本发明的目标因此适于长期稳定的方法，特别是当期望的层组成与起始材料各自的即刻存在的组成仅仅相差几个百分点时更是如此。因此，加工系统的结构和加工进程可以比迄今的那些明显更简单地进行设计。
下面在大多数情况下，将给出针对具体元素的化学符号，例如针对钼给出“Mo”，或者针对硒给出“Se”。
有利地，在本发明的用于在物体上沉积由至少两种成分制成的层的设备中，该用于控制沉积过程的装置如此配置：该至少一种成分的选择性结合的量可以(甚至)在该成分的沉积过程期间进行控制。通过这种措施还能够（甚至在该层沉积过程期间）有针对性影响层组成。另外在本发明的设备中可能特别有利的是，该用于控制沉积过程的装置如此配置：无需改变沉积室中所产生的负压，就能控制该至少一种成分的选择性结合的量。通过这种措施能够有利地控制或者改变沉积层的组成，而不破坏负压或者真空，以致层的生产能够明显更容易和快速地进行。另外，可以防止由于真空的破坏而导致的外来物质不合意地渗透到沉积室中，这会对所生产的层的组成(纯度)产生不利的影响。
在另外一种优选的实施方案中，该控制装置具有至少一个由(化学)反应性材料制成的吸气元件，其布置在沉积室中，并且如此配置，使得该至少一种成分(的待沉积的材料)的浓度可以通过将一定量的该成分化学结合到该吸气元件上来改变(并且因此在作为层实际沉积到基材上之前进行)。这意味着，通过至少一个吸气元件(其具有对于所述至少一种待控制的成分具有化学反应性的材料)来选择性或者有针对性结合待沉积材料的气体颗粒(分子，原子和/或离子)，与起始材料组成相比，能够在气相中改变待沉积的层(和因此沉积的层)的组成。因此能够以受控调节方式形成层。
优选该控制装置还可以具有至少一个吸气元件，其优选由对于所述至少一种待控制的成分呈(化学)惰性的材料制成，该吸气元件布置在沉积室中，并且如此配置，使得该至少一种成分的浓度可以通过将一定量的该成分物理结合到该吸气元件来改变。这里，该选择性结合可以例如通过冷凝或者吸附来进行(参见下面，尤其通过吸气剂表面的温度来控制)。这意味着，一种或者多种所述体位于所述接受器中，蒸气(或者甚至等离子体)的一种成分通过化学或者物理反应，选择性地(即，例如有目的性选择地)结合到其上。这在所述室中的蒸气组成与层组成之间产生了差异。该吸气元件具有规定的性能，以使得其本身上的沉积以及因此基材上的沉积是以规定方式并由此是有针对性进行的。待沉积的材料将基本上到处沉积(具体取决于环境的设计)，同样也在一个或多个吸气元件上沉积。因此，在实际沉积到基材上之前，将一定比例的待沉积材料“取走”。这意味着，该吸气元件(或者任选的多个吸气元件)用于改变蒸气和/或等离子体的化学组成。因此，基材上的层的组成可以在沉积时可变地调整。气体颗粒在该吸气材料上的结合可以是可逆的或者不可逆的。在反应性吸气材料情况下，大多实现了不可逆的结合；并且该吸气元件必须不时地例如进行置换或者再生。
优选该吸气元件由铜和/或钼或者另外的对于各自的化合物适合的元素形成，以尤其实现在该吸气元件上的化学结合。在BxCy类型的起始材料蒸发的情况，比例y可以通过在蒸发空间中使用吸气器表面来降低。铜特别适于结合硫化物或者硒化物成分。因此，在本发明的设备中，特别可以使用化合物例如Cu2S，In2S3，InS，GaS，Ga2S3，Al2S3，CuInS2，CuGaS2，CuAlS2，CuIn5S8，Cu2Se，In2Se3，GaSe，Ga2Se3，Al2Se3，CuInSe2，CuGaSe2，CuAlSe2，CuIn3Se5，SnSe，SnSe2，ZnSe，SnS，SnS2，ZnS，Cu2SnS3，CdS，CdSe，CdTe，Cu2ZnSnS4，Cu2ZnSnSe4，或者其他化合物，特别是其他的含硒-，硫-或者碲的化合物。铜和钼二者优选结合Se或者S或者Te。因此，打算或者已经沉积在物体或者基材上的层的这些元素含量变低，以使得精确控制沉积层的组成变成可能。甚至在氧化物化合物沉积的情况中，可以例如依靠在由例如Ti制成的吸气器表面上反应性结合氧来控制所述层的氧含量。
在另外一种优选的实施方案中，该吸气元件作为明示的元件布置在沉积室中和/或形成沉积室的至少一部分，特别是沉积室壁的至少一部分。该吸气元件因此还可以布置在沉积室中为其所提供的位置，并因此也容易从其上除去。例如该吸气元件可以位于任选形成的蒸气槌(Dampfkeule)中，并因此对于气相具有影响，并且对层形成有影响。还可以由期望的吸气材料(至少部分的)形成沉积室的壁或者来提供(同样是至少部分地)由该吸气材料制成的壁内衬(节约空间)。
优选该控制装置包括至少一个掩蔽元件，其使得该吸气元件的活性区域是可变的。这意味着，吸气元件暴露于蒸气的表面是可变的。掩蔽元件是这样布置的，即，它例如部分覆盖该吸气元件或者扩大活性区域。如果该掩蔽元件(或者任选的多个掩蔽元件)完全收回，则吸气元件的整个表面例如可以发挥作用。为此，单个掩蔽元件或者多个掩蔽元件是由惰性材料形成的(来原则上避免吸气功能)。伸缩蓬(Faltenbalg)、可移动的盖子等装置可以例如被提供作为掩蔽元件。该吸气元件的活性表面(结合表面)(它的尺寸在这里例如通过一个或者多个掩蔽元件来改变)因此充当了可变的控制参数，来控制用于选择性结合待沉积的层的至少一种成分的结合率。
在一种有利的实施方案中，该控制装置具有至少一个用于温度控制或者调节的装置，其如此配置：使得能够控制吸气元件和/或物体，特别是基材的至少活性区域的温度。该装置可以例如提供作为源加热装置和/或基材加热装置或者可以包括这些。吸气元件的温度影响吸气率，并因此充当了可变的控制参数，用于控制选择性结合待沉积的层的至少一种成分的结合率。
可以依靠吸气器表面的温度，来控制成分(即，吸气元件上一定量的气体颗粒)的冷凝(在这种情况中是物理结合)的程度，和因此控制基材上的层的组成。备选地，基材温度在这里适于作为不同的或者甚至另外的用于控制沉积率的参数。依靠这种温度的变化，可以提高或者降低吸气率，这取决于反应参与物的选择。温度的升高会导致吸气功能的提高或者甚至导致更高的重新从较热表面上释放回到沉积室的概率，和因此导致降低的吸气功能。但是，在两种情况中，沉积率和/或结合率可以依靠可变的加工参数从外面来控制。这样，在生产方法中，表面可以在定期的维护间隔时通过加热来再生。备选地，为此，可调节温度的表面(板材，膜，栅格等)可以经置换和用新的未涂覆的表面进行替换。此外，待结合的成分的反应速度会受到非惰性吸气器表面温度的影响(在这种情况中是化学结合)。例如这里在处于含硫气氛的铜表面的情况中，通过提高铜的温度，硫腐蚀的速度会加速(例如提高了硫在铜表面上的结合)，作为其结果，在沉积过程中，更少的硫会嵌入到所述层中。
优选该控制装置具有至少两个吸气元件，其配置为电极元件，并且在其上可以施加不同的电势，来提供两种不同配置的吸气元件，其任选地允许不同的结合速率(在吸气元件上的沉积)。还可以将吸气元件相对于室壁错接/连接(verschalten)，以使得该吸气元件和室壁处于不同的电势。为此，可以提供另外的电极，其包含该控制装置。为此，该控制装置必须具有适当的电路元件，以便能够施加不同的电势。从外面来控制蒸气组成的另外的可能方式因此可以在于，将在所述接受器中的例如两个铜表面置于不同的电势。在彼此间具有电势差的两个表面上能够验证到不同厚度的沉积。依靠电势差或者甚至电极表面和它的布置的变化，所述层组成同样能够主动控制。备选地，Cu表面的电势还可以相对于室壁改变或者相对于加工室中的另一电极而改变。
有利地设想到，该控制装置具有至少一种用于操作和/或定位该吸气元件和/或该掩蔽元件的装置，该装置如此配置：使得该吸气元件和/或掩蔽元件能够在沉积室中移动，和因此可以改变该吸气元件和/或掩蔽元件的位置。因此，例如该吸气元件的活性区域可以改变(例如通过在掩蔽元件后面和/或任选存在的蒸气槌内操作该吸气元件)。还可以利用交换所述元件的操作。一个或者多个掩蔽元件的操作同样能够改变该（一个或多个）吸气元件的活性区域。如果该吸气元件的这种改变例如是距离泻流室轴(或者溅射阴极等)的径向距离的函数，则可以想到的是作为距离蒸发轴的距离的函数，精细调整该吸气功能。这种功能原则上可以用于消除不同的蒸发物质的蒸气槌中可能出现的不均匀性。这种效应还可以用于允许实现在层组成方面的大面积均匀涂层。
优选该吸气元件配置为平面元件或者棒元件，因为它们能够容易的放置，并且使得活性区域能够以合适的方式供利用。该吸气元件还可以作为膜元件，作为板材元件，作为栅格元件(一维作为炉栅(Rost)，或者二维作为网格或者筛网，甚至在栅格平面内，在一个或者两个方向上具有不同的栅格间距)等元件来提供。
该吸气元件优选如此配置：使得其至少部分地包围至少一个源。为此，圆柱形例如是合适的，或者该吸气元件配置为盒式元件。因此，该吸气元件紧邻蒸发位置(源)发挥作用。
优选下面的化合物可以用该设备进行沉积：
所有的多成分化合物，
-特别是II-VI-，III-V-，III2VI3-，I-III-VI2-，I-III3-VI5-，I-III5-VI8-，I2-II-IV-VI4-化合物，其中罗马数字I-VI指的是元素周期表相应的族，
-特别是所有含有氧，硫，硒或者碲的化合物，
-特别是化合物例如Cu2Se，In2Se3，GaSe，Ga2Se3，Al2Se3，CuInSe2，CuGaSe2，CuAlSe2，CuIn3Se5，Cu2S，In2S3，InS，GaS，Ga2S3，Al2S3，CuInS2，CuGaS2，CuAlS2，CuIn5S8，SnSe，SnSe2，ZnSe，SnS，SnS2，ZnS，Cu2SnS3，CdS，CdSe，Cu2ZnSnS4，Cu2ZnSnSe4或者CdTe。
这意味着，该吸气元件如此配置：使得这些化合物特别适于在物体或者基材上的沉积过程和层沉积。
本发明还扩展到一种用于在物体上沉积由至少两种成分制成的层的设备，其具有用于布置该物体的沉积室，至少一个具有待沉积的材料的源，以及至少一个用于控制沉积过程的装置，该装置如此配置，使得在待沉积的材料的气相中，在沉积到物体上之前，该待沉积的材料的至少一种成分的浓度可以通过选择性结合一定量的该至少一种成分来改变，其中该用于控制沉积过程的装置具有至少一个由反应性材料制成的吸气元件，该元件布置在沉积室中，并且如此配置：使得该至少一种成分的浓度可以在该吸气元件上化学和/或物理结合一定量的所述成分来改变，其中该反应性材料包括铜和/或钼或者它们的一种或者多种化合物。有利地，这种设备如此配置：使得该至少一种成分的选择性结合的量可以通过改变至少一种主动偶合到针对该至少一种成分的结合率上的控制参数来控制，其中为此目的，该用于控制沉积过程的装置可以如此配置：使得可以改变吸气元件的温度和/或活性结合表面和/或电势。
本发明还扩展到一种用于在物体上沉积由至少两种成分制成的层的方法，其中至少一种成分在其气相中的浓度是在沉积到物体上之前，依靠用于控制沉积过程的装置，通过选择性结合一定量的该成分来改变的，其中该选择性结合的量是通过改变该用于控制沉积过程的装置对于所述成分的结合率来控制的。在本发明方法的一种有利的实施方案中，该至少一种成分的选择性结合的量是通过改变吸气元件的温度和/或活性结合表面和/或电势来控制的。在本发明方法的另外一种有利的实施方案中，将不同的电势施加到至少两个吸气元件上(该吸气元件配置为电极元件)，来以希望的方式有针对性控制沉积层的组成。在本发明方法的另外一种有利的实施方案中，将相对于沉积室壁不同的电势施加到该至少一个吸气元件上，来以希望的方式有针对性控制沉积层的组成。在本发明方法的另外一种有利的实施方案中，将相对于至少一种其他电极不同的电势施加到该吸气元件上，来以希望的方式有针对性控制沉积层的组成。在本发明方法的另外一种有利的实施方案中，该至少一个吸气元件和/或用于该吸气元件的掩蔽元件是在沉积室中操作的，和因此改变了该吸气元件和/或掩蔽元件的位置，来以希望的方式有针对性地控制沉积层的组成。
本发明还涉及一种借助一种设备在物体上，特别是在基材上沉积由至少两种成分制成的层，特别是薄层的方法，该设备包含下列：
沉积室和至少一个具有待沉积的材料的源，其尤其可以或者已经布置在沉积室中，和至少一个用于控制沉积过程的装置，其中该方法包含下面的步骤：
-将该物体，特别是基材布置在沉积室中，
-依靠该至少一种控制装置如此控制沉积过程，以使得依靠其，在至少待沉积的材料的气相中，和因此在它沉积到物体上特别是基材上之前，该至少待沉积的材料的至少一种成分的浓度可以通过选择性结合一定量的该至少一种成分来改变，以使得该沉积过程是以受控方式进行的。
优选该控制装置包含至少一种由反应性材料制成的吸气元件，其布置在沉积室中。优选提供另外的步骤：依靠由(化学)反应性材料制成的吸气元件，通过将一定量的成分化学结合到该吸气元件上，来改变该至少一种成分的浓度。同样地，该控制装置优选具有由惰性材料制成的至少一个布置在沉积室中的吸气元件，并且优选提供了另外的步骤：依靠由(化学)惰性材料制成的吸气元件，通过将一定量的成分物理结合到该吸气元件上，来改变该至少一种成分的浓度。
如上所述，蒸发材料，也即材料浓度(被蒸发和待沉积的材料的至少一种成分)，可以通过将气体颗粒物理或者化学结合到该吸气材料上，来有针对性地改变，目的是能够使得在物体上，特别是在基材上以受控或者调节方式运行层形成方法。为此，还优选可以提供另外的步骤：依靠控制装置的至少一个掩蔽元件，改变吸气元件的活性区域。优选还可以提供控制温度的步骤，也即至少吸气元件的活性区域和/或物体特别是基材的温度，依靠温控装置或者控制装置来调节该装置。吸气元件活性区域的改变和/或活性区域温度或者甚至基材温度的改变同样是选择性进行和有目的地影响在基材上的层形成过程的措施，因为吸气元件和/或基材不同的温度引起了成分在吸气元件上不同的结合以及成分在基材上不同的沉积。同样合适的是另外的步骤：在两个吸气元件上施加不同的电势，来控制基材上的沉积过程(其中还影响也改变了待沉积的材料在气相中的浓度)。为此，该控制装置现在包括至少两个吸气元件，其配置为电极元件，并且其可以相应错接/连接。吸气元件还可以错接/连接到沉积室壁上或者另外的电极上，以使得该吸气元件和壁或者吸气元件和另外的电极处于不同的电势。
优选提供了另外的步骤：在沉积室中依靠用于操作和/或定位该吸气元件和/或控制装置的掩蔽元件的装置，来操作(改变位置)该吸气元件和/或掩蔽元件，和因此改变吸气元件的活性区域。这能够根据期望将该吸气元件和/或掩蔽元件置于适于待沉积的材料作用的位置，以及能够定位以改变该吸气元件的活性区域。并且最终，可能有利的是，提供下面的另外的步骤：依靠吸气元件包围该设备的源。优选提供下面的步骤：沉积下面的化合物(这意味着，所有这些成分可以用本发明的方法来选择性地沉积)：
所有的多成分化合物，
-特别是II-VI-，III-V-，III2VI3-，I-III-VI2-，I-III3-VI5-，I-III5-VI8-，I2-II-IV-VI4-化合物，
-特别是所有的含氧，硫，硒或者碲的化合物，
-特别是化合物例如Cu2Se，In2Se3，GaSe，Ga2Se3，Al2Se3，CuInSe2，CuGaSe2，CuAlSe2，CuIn3Se5，Cu2S，In2S3，InS，GaS，Ga2S3，Al2S3，CuInS2，CuGaS2，CuAlS2，CuIn5S8，SnSe，SnSe2，ZnSe，SnS，SnS2，ZnS，Cu2SnS3，CdS，CdSe，Cu2ZnSnS4，Cu2ZnSnSe4或者CdTe。
同样要求保护的是一种薄膜太阳能电池模块或者薄层太阳能电池模块，具有叠层(多层体，例如其上沉积有一层或者多层的基材)，其中该叠层或者叠层的至少一层是或者用上述方法来生产的。
此外，本发明扩展到用于在物体上沉积由至少两种成分制成的层的这样的设备和这样的方法的用途，用于生产薄层太阳能电池或者薄层太阳能电池模块，其优选包括作为半导体层的黄铜矿化合物，特别是Cu(In，Ga)(S，Se)2。优选用于生产CIS-或者(CIGSSe)薄层太阳能电池或者CIS或者(CIGSSe)薄层太阳能电池模块。
应当理解本发明主题的不同的实施方案可以单个实现或者以任何的组合来实现。特别地，上述和下面将要解释的特征不仅可以用于所示的组合中，而且还可以用于其他组合或者单个设置中，而不脱离本发明的范围。
下面，将参考工作实施例来描述本发明，所述工作实施例是参考附图来详细解释的。其中：
图1示出了在一种实施方案中本发明的设备的示意性俯视图；
图2是硫的蒸气压力曲线；
图3是具有S2-分压的测量曲线的图；
图4示出了用于图解薄层中S-含量的曲线的图；
图5示出了在另外一种实施方案中本发明设备的示意性俯视图；
图6示出了在另外一种实施方案中本发明设备的示意性俯视图；
图7示出了在另外一种实施方案中本发明设备的示意性俯视图；
图8示出了在另外一种实施方案中本发明设备的示意性俯视图；
图9是薄膜太阳能电池的叠层；
图10是薄膜太阳能电池的另一种叠层。
图1表示了设备10，其用于在物体上，特别是在基材20上沉积由至少两种成分制成的层，特别是薄层。表示了一种示意性俯视图。该布置包含沉积室11(未明示地给出)和布置于沉积室11中的待沉积的材料30的源12(这里是蒸发器)。待涂覆的一种基材20或者多种基材(或者一般性而言，物体)可以布置在这种系统10中。为了涂覆，待沉积的材料30(在所述源中不可见)必须例如蒸发。为此，加热例如在源12中的该待沉积的材料30(热蒸发)和由此在所环境中沉积在物体上。在源12和基材20之间，观察到蒸气槌(Dampfkeule)31，其是通过待沉积的材料30在气相中形成的。其他气体形成方法同样可以使用。该设备(以及相应的方法)可以用于通过PVD或者甚至通过CVD方法的层沉积中。溅射阴极，泻流室(Effusionszell)，坩埚(取决于相关的方法)也可以作为源来提供。
能够用这种布置有针对性地影响打算在基材20上沉积的层的组成。为此，该设备10包含用于控制沉积过程的装置40，该装置40如此配置，使得通过选择性结合(在非基材的物体上)规定量的至少一种成分，至少能够改变待沉积材料的至少一种成分在气相中（并由此在沉积之前）的浓度，这样在基材20上的沉积是以受控方式进行的。具体地，将物体(这里是吸气元件41，蒸气成分通过化学或者物理反应选择性结合到该物体上)位于接受器11中(即，在蒸发的情况中是蒸发空间，或者在阴极溅射的情况中是溅射室)。由此在紧邻（direkt an）源12处的蒸气组成和层组成之间产生了差异。这里，为了更好地区别于其他部件，吸气元件是用虚线表示的。该材料还沉积在吸气体或者吸气元件41上。因为吸气元件41具有规定的参数或者规定的性能，所以在基材20上待沉积的材料颗粒的沉积也是有针对性发生的。取决于吸气剂材料，该待沉积材料物理或者化学结合到吸气元件41上。
在吸气元件41上的结合率可以通过吸气元件的活性面或活性区域43的表面积尺寸或者通过其他物理参数例如温度或者另外的电势来控制。在吸气元件41上的结合可以是可逆的或者不可逆的。
所述层可以用本发明的设备和本发明的方法沉积到不同的基材上。基材可以是柔性的(例如聚合物膜或者金属箔)和刚性的(例如陶瓷，玻璃)。
物理结合(例如吸附)到吸气元件41上可以例如经由蒸发空间中(吸气元件)的惰性表面的温度来控制。图2作为举例，表示了硫的蒸气压曲线。在横坐标上绘制温度(℃)；在纵坐标上绘制蒸汽压(mbar)。通过-20℃到20℃范围的温度变化(甚至化学惰性吸气元件)，硫蒸气压变化大于三个数量级。源和基材之间的气体空间中的蒸气压会明显受到蒸发空间中大表面的影响。硫将根据该温度而在表面上冷凝。吸气元件还可以具有化学反应性区域或者由化学反应性材料例如铜形成(Cu表面)。这里，至少一种成分的浓度是通过将一定量的成分化学结合到吸气元件上来改变的。
图3表示了这样的图，其表示了在所述接受器中S2-分压随时间变化的曲线，所述曲线在用于沉积的设备（具有或者不具有吸气元件）中记录。为此，将多成分的、含硫化合物沉积到基材上。加工时间(小时和分钟)绘制在横座标上；S2-分压绘制在纵坐标上。基材上的沉积层的层组成是通过x射线荧光分析来测得的。它表明插入铜箔(作为吸气元件)将沉积层的相对硫含量降低了大约3%(为了影响层的组成，沉积室或者涂覆室的接受器壁内面是用较大面积的上述铜箔来衬里的)。使用位于所述系统中的残留气体分析器来测定硫分压。可以看到通过铜表面的存在，S2-分压降低了一个数量级。这影响了沉积层的层组成。
在另外的试验中，加热了所引入的Cu-表面(或者吸气元件)。图4表示了相对于吸气元件的温度，薄层内S-含量的曲线。该吸气元件的温度(℃)绘制在横座标上；基材上沉积层的S-含量的降低率(原子%)绘制在纵坐标上。同样在这种情况中，所述层是通过沉积含硫的多成分化合物来产生的。可以看到所述层中的硫含量由于加热上述Cu-表面而降低；这意味着，所述箔的吸气功能由于加热而升高。
图5以示意性俯视图表示了用于在物体20上沉积层的本发明设备10的另外一种实施方案。它类似于图1所示构造。但是，在这种情况中，提供了两个吸气元件41a，41b，其作为板(还有片，箔等)安装在接受器壁上。沉积室11的整个壁(侧壁，底面和/或盖子)或者仅仅其部分区域可以用于此，这取决于一个或多个吸气元件41a，41b期望的作用。板41a，41b可以加热，冷却，或者具有相对于彼此或者相对于室壁或者相对于另外一种电极不同的电势。为此，需提供相应的元件或者装置。因此，控制装置40可以至少一个具有用于温度控制和/或调节的装置44。其在这里是作为“黑色盒”提出的，并且示意性地表示为装置44。这里，控制装置40将具有适当的用于操作该装置44的控制元件。该装置40还可以具有连接吸气元件41，41b的装置46，使用其允许实现上述的电势分配。该装置46因此允许连接两个吸气元件，任选的还将吸气元件连接到沉积室壁或者另外的电极。
图6表示了本发明设备的另外一种实施方案(示意性俯视图，没有表示基材)，其中在这种情况中，提供了四个吸气元件41a，41b，41c，41d。这些吸气元件中的每一个可以依靠掩蔽元件42a，42b，42c，42d来覆盖。这意味着，每个掩蔽元件例如是可移动的(在箭头B的方向上)，以使得每个吸气元件41a，41b，41c，41d的活性表面区域43(仅仅画了吸气元件41a)是可变的。吸气元件也可以设计成可操作的。为此，可以提供用于操作和/或定位该吸气元件和/或(各自的)掩蔽元件的装置45。装置45同样在这里仅仅示意性表示为“黑盒子”，并且目的是表示控制装置40可以具有操作装置45。装置45例如可以具有轨道元件，所述掩蔽元件和/或甚至吸气元件可以在该轨道元件中手动或者自动操作。装置44，45和46可以提供在所示的任何实施方案中，其中控制装置40具有适当的调控装置或者其中该吸气元件具有适当的连接盒(Anschlussbuchsen)等。
图7也以示意性俯视图表示了本发明设备10的另外一种实施方案。其的构造同样类似于图1所示；但是，源12例如是泻流室。这里吸气元件41布置在源12周围。吸气元件41在这里例如是圆柱形的(因此表示了截面)，但是它也可以是椭圆的，矩形的，六边形等。该包围性的吸气元件41可以经加热，冷却，或者分区地施加不同的电势。通过沿着箭头B移动该包围性的吸气元件(例如该包围性的吸气圆柱体)，可以改变有效活性表面。
图8表示了本发明设备的另外一种实施方案(示意性俯视图)，类似于前述的这些。源12同样是一种蒸发源。但是这里，栅格状吸气元件41布置在蒸气槌中。所述栅格(一维作为炉栅（Rost），或者二维作为网或者筛网)因此位于蒸气“束”中。该栅格元件同样可以经加热，冷却，或者施加有不同的电势(例如相对于室壁)。在一种可选择的实施方案中，该栅格元件的面积可以通过改变栅格间距来改变。
图9和10表示了涂覆的基材20，其可以用本发明的设备10或者用本发明的方法生产。图9表示了基于 Cu(In，Ga)(S，Se)2-吸收剂的薄膜太阳能电池的叠层。“裸露的”基材21可以例如由玻璃，Fe，Al，或者塑料膜来形成，任选的具有扩散阻挡层。将Mo层221沉积到基材上。之后，是Cu(In，Ga)(S，Se)2-层222，接下来是缓冲层223，和最后例如是TCO-层(透明导电氧化物层)224例如ZnO：Al。代替该Cu(In，Ga)(S，Se)2-层，还可以提供Cu2ZnSn(S，Se)4-层，Cu2ZnSnS4-层，或者甚至Cu2ZnSnSe4-层。图10表示了薄膜太阳能电池的基于CdTe-吸收剂和CdS-缓冲剂的叠层。玻璃基材21可以例如任选地具有扩散阻挡层。这里在TCO-层(例如SnO/ITO等)231之后是CdS-缓冲剂层232，CdTe-吸收剂层233，和最后是界面/金属接触234。
使用本发明的物体，在物体上待沉积的化合物的成分可以甚至在沉积之前通过简单的方式来有针对性地改变它的浓度，以使得沉积过程可以受控，并且将规定的层沉积到物体上，特别是基材上。该装置和方法不受限于基材尺寸和室尺寸。
本发明另外的特性是通过下面的说明来揭示的：
本发明涉及一种用于在物体上特别是在基材上沉积由至少两种成分制成的层，特别是薄层的设备，其包含：所述物体可以布置在其中的沉积室；至少一种具有待沉积材料的源，其特别可以或者已经布置在沉积室中；至少一个用于控制沉积过程的装置，该装置如此配置：使得在待沉积的材料的气相中，因此在它沉积到物体上特别是基材上之前，待沉积的材料的至少一种成分的浓度可以通过选择性结合一定量的该至少一种成分来在改变，以使得沉积以受控的方式来进行。根据一种实施方案，该控制装置具有至少一种由反应性材料制成的吸气元件，该稀奇元件布置在沉积室中并且如此配置：使得该至少一种成分的浓度可以通过将一定量的所述成分化学结合到所述吸气元件上来改变。根据一种实施方案，该控制装置具有至少一个吸气元件，该吸气元件优选由惰性材料制成，布置在沉积室中并如此配置：使得该至少一种成分的浓度可以通过将一定量的所述成分物理结合到所述吸气元件上来改变。根据一种实施方案，该吸气元件作为明示的元件布置在沉积室中和/或形成沉积室的至少一部分，特别是沉积室壁的至少一部分。根据一种实施方案，该控制装置包括至少一个掩蔽元件，所述遮蔽元件如此配置：使得吸气元件的活性区域是可变的。根据一种实施方案，该控制装置具有至少一个控制和/或调节温度的装置，该装置如此配置：使得至少该吸气元件活性区域的温度和/或物体特别是基材的温度是可控的。根据一种实施方案，该控制装置具有至少两个吸气元件，其配置为电极元件，可以向其上施加不同的电势，使得提供两种不同配置的吸气元件。根据一种实施方案，该控制装置是这样配置的，即，可以在该吸气元件上施加相对于沉积室壁不同的电势。根据一种实施方案，该控制装置具有至少一个电极，并且如此配置，使得可以在该吸气元件上施加相对于所述电极不同的电势。根据一种实施方案，该控制装置具有至少一种用于操作和/或定位该吸气元件和/或掩蔽元件的装置，该装置如此配置：使得该吸气元件和/或掩蔽元件可以在沉积室中移动，和因此可以改变吸气元件和/或掩蔽元件的位置。根据一种实施方案，该吸气元件配置为平面元件或者棒元件和/或栅格元件，和/或该吸气元件如此配置：它至少部分包围所述源。根据一种实施方案，该设备如此配置：可以沉积下面的化合物：
所有的多成分化合物，
-特别是II-VI-，III-V-，III2VI3-，I-III-VI2-，I-III3-VI5-，I-III5-VI8-，I2-II-IV-VI4-化合物，
-特别是所有的含氧，硫，硒或者碲的化合物，
-特别下面的化合物：Cu2Se，In2Se3，GaSe，Ga2Se3，Al2Se3，CuInSe2，CuGaSe2，CuAlSe2，CuIn3Se5，Cu2S，In2S3，InS，GaS，Ga2S3，Al2S3，CuInS2，CuGaS2，CuAlS2，CuIn5S8，SnSe，SnSe2，ZnSe，SnS，SnS2，ZnS，Cu2SnS3，CdS，CdSe，Cu2ZnSnS4，Cu2ZnSnSe4，或者CdTe。
本发明涉及一种用于借助这样的设备在物体上特别是在基材上，沉积由至少两种成分制成的层，特别是薄层的方法，该设备包含下面部件：沉积室；至少一种尤其可以或者已经布置在沉积室中的待沉积材料的源；至少一个用于控制沉积过程的装置，其中该方法包含下面的步骤：在沉积室(11)中布置该物体，特别是基材；依靠至少一种控制装置如此控制沉积过程：在待沉积的材料的气相中，因此在它沉积到物体上特别是基材上之前，至少待沉积的材料的至少一种成分的浓度可以通过选择性结合一定量的该至少一种成分来改变，以使得沉积过程以受控的方式来进行。根据一种实施方案，该控制装置具有至少一种由反应性材料和/或优选惰性材料制成的吸气元件，其布置在沉积室中，其中该方法包括一个或多个其它的步骤：依靠由反应性材料制成的吸气元件，通过将一定量的所述成分化学结合到吸气元件上来改变所述至少一种成分的浓度和/或依靠由优选惰性材料制成的吸气元件，通过将一定量的所述成分物理结合到吸气元件上来改变至少一种成分的浓度。根据一种实施方案，该控制装置具有至少一种用于温度控制和/或调节的装置，其中该方法包括另外的步骤：依靠用于温度控制或调节的装置，控制至少吸气元件的活性区域的温度和/或物体特别是基材的温度。根据一种实施方案，该控制装置具有至少一个掩蔽元件和/或用于操作和/或定位吸气元件和/或掩蔽元件的装置，其中该方法包括一个或多个另外的步骤：依靠至少一个掩蔽元件来改变吸气元件的活性区域，和/或依靠用于操作和/或定位该吸气元件和/或掩蔽元件的装置，来在沉积室中操作和/或定位该吸气元件和/或掩蔽元件。
附图标记列表
10       沉积设备
11       沉积室，接受器
12       源
20       基材，一般性称为物体
21       “裸露的”基材
221    层
222    层
223    层
224    层
231    层
232    层
233    层
234    层
30       待沉积的材料
31       蒸气槌
40       用于控制沉积过程的装置
41       吸气元件
41a    吸气元件
41b    吸气元件
41c     吸气元件
41d    吸气元件
42a    掩蔽元件
42b    掩蔽元件
42c     掩蔽元件
42d    掩蔽元件
43       活性区域
44       用于温度控制或者调节的装置
45       用于操作和/或定位该吸气元件的装置
46       连接装置
B    掩蔽和/或吸气元件的移动方向。

Claims (12)

1.用于在物体(20)上沉积由至少两种成分制成的层的设备(10)，其包含：
-用于布置该物体(20)的沉积室(11)，
-至少一个具有待沉积的材料(30)的源(12)，
-至少一个用于控制沉积过程的装置(40)，该装置(40)如此配置：使得在沉积到该物体(20)上之前，在待沉积材料的气相中该待沉积材料的至少一种成分的浓度能够通过选择性结合一定量的所述至少一种成分而改变，其中该至少一种成分的选择性结合的量能够通过改变至少一种与该至少一种成分的结合率主动偶合的控制参数来控制，其中所述用于控制沉积过程的装置(40)具有至少一个由对于待控制的该至少一种成分呈化学惰性或化学反应性的材料制成的吸气元件(41，41a，41b，41c，41d)，该吸气元件布置在所述沉积室(11)中，并且如此配置：使得能够通过将一定量的所述成分物理或化学结合到该吸气元件(41，41a，41b，41c，41d)上来改变该至少一种成分的浓度，其中所述用于控制沉积过程的装置(40)如此配置：使得能够改变该吸气元件的活性结合表面和/或电势。
2.根据权利要求1的设备(10)，其中所述用于控制沉积过程的装置(40)如此配置：使得所述至少一种成分的选择性结合的量能够在所述成分的沉积过程期间进行控制。
3.根据权利要求1或2的设备(10)，其中所述用于控制沉积过程的装置(40)具有至少两个配置为电极元件的吸气元件(41，41a，41b，41c，41d)，能够向该电极元件施加不同的电势，使得提供两种不同配置的吸气元件。
4.根据权利要求1或2的设备(10)，其中所述用于控制沉积过程的装置(40)如此配置：使得相对于沉积室(11)的壁，能够将不同的电势施加到所述至少一个吸气元件(41，41a，41b，41c，41d)上。
5.根据权利要求1或2的设备(10)，其中所述用于控制沉积过程的装置(40)具有至少一个电极，并且如此配置：使得相对于该电极，能够将不同的电势施加到该吸气元件(41，41a，41b，41c，41d)上。
6.根据权利要求1或2的设备(10)，其中所述用于控制沉积过程的装置(40)具有至少一个用于操作和/或定位所述吸气元件(41，41a，41b，41c，41d)和/或针对该吸气元件的掩蔽元件(42a，42b，42c，42d)的装置(45)，该装置(45)如此配置：使得该吸气元件(41，41a，41b，41c，41d)和/或掩蔽元件(42a，42b，42c，42d)能够在所述沉积室(11)中移动，并由此能够改变该吸气元件(41，41a，41b，41c，41d)和/或该掩蔽元件(42a，42b，42c，42d)的位置。
7.根据权利要求1或2的设备(10)，其中所述吸气元件(41，41a，41b，41c，41d)配置为平面元件和/或棒元件和/或栅格元件，和/或该吸气元件(41，41a，41b，41c，41d)如此配置，使得其至少部分地包围所述源(12)。
8.根据权利要求1或2的设备(10)，其中所述吸气元件(41，41a，41b，41c，41d)布置在所述沉积室(11)中或形成了所述沉积室(11)的至少一部分。
9.根据权利要求1或2的设备(10)，其中所述吸气元件的反应性材料包括铜和/或钼。
10.用于在物体(20)上沉积由至少两种成分制成的层的方法，其中在沉积到所述物体上之前，至少一种成分在它的气相中的浓度依靠用于控制沉积过程的装置(40)选择性结合一定量的该成分而改变，其中该选择性结合的量是通过改变该用于控制沉积过程的装置(40)对所述成分的结合率来控制的，其中所述至少一种成分的选择性结合的量是通过改变吸气元件(41，41a，41b，41c，41d)的活性结合表面和/或电势来控制的。
11.根据权利要求1-9之一的设备和根据权利要求10的方法用于生产薄膜太阳能电池或者薄膜太阳能电池模块的用途。
12.根据权利要求11的用途，用于生产CIS(CIGSSe)-薄膜太阳能电池或者CIS(CIGSSe)-薄膜太阳能电池模块。
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