CN102820372A - 用于执行薄膜光伏材料的反应热处理的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于执行薄膜光伏器件的反应热处理的装置和方法，所述装置包括具有管形体的炉，所述管形体被加热器和冷却装置围绕。该装置包括位于炉端部处的冷却门，该冷却门通过隔板与炉的中心部分隔开。冷却门促进炉中的对流增加，并且改进温度均匀性。

Description

用于执行薄膜光伏材料的反应热处理的方法和装置
相关申请的交叉参考
本申请要求2011年2月3日提交的、标题为“Method and Apparatusfor Performing Reactive Thermal Treatment of Thin Film PV Material(用于执行薄膜PV材料的反应热处理的方法和装置)”的美国临时申请第61/439,079号的权利。将该申请的整个公开结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及光伏材料及制造方法。更具体地，本发明提供了用于执行薄膜光伏材料的反应热处理的方法和装置，以及提供了用于在反应热处理期间提高温度均匀性并减短加工时间的方法和装置。
背景技术
能量来自于例如石油化工产品、水力电气、原子能、风力、生物质、太阳能的形式、以及更原始的形式，例如木材和煤炭。在过去的世纪中，现代文明依靠石油化工能量作为重要的能量来源。石油化工能量包括气体和石油。气体包括较轻的形式，例如丁烷和丙烷，通常用于家庭取暖和用作烹饪燃料。气体还包括通常用于运输目的的汽油、柴油、以及喷气燃料。在一些地方，较重形式的石油化工产品也可用于家庭取暖。
近来，有助于环境清洁且可再生的能源是令人期待的。一种清洁能源是太阳能。通常，太阳能技术将来自太阳的电磁辐射转换成其他形式的能量。虽然太阳能是环境清洁的，并且也已取得了一定的成功，但还有很多限制需要克服，以便能够在整个世界广泛地应用太阳能。例如，一种太阳能电池使用了取自半导体材料的结晶材料。这些结晶材料可以用于制造光电子器件，所述光电子器件包括将电磁辐射转换成电力的光伏器件和光电二极管器件。不过，结晶材料比较昂贵并且难于大规模获利；并且由这种结晶材料制成的器件的能量转换效率较低。其他类型的太阳能电池采用“薄膜”技术形成光敏材料的薄膜，以用于将电磁辐射转换成电能。使用薄膜技术也存在类似限制。此外，薄膜的可靠性通常较差，并且不能长时间地应用于常规环境应用中。通常，很难使薄膜机械地相互结合在一起。
作为改进薄膜太阳能电池技术方面的努力，已经开发出了在具有平面、管状、柱形、环形或其他形状的衬底上制造先进的基于CIS和/或CIGS的光伏薄膜堆叠的工艺。在形成光伏薄膜堆叠方面还有各种制造挑战，例如，保持衬底材料的结构完整、控制一个或多个前驱层中成分的化学组成、在反应气体环境中执行所述一个或多个前驱层的适当热处理、确保反应热处理期间衬底上的薄膜材料的均匀性和颗粒性，等等。特别地，当在大尺寸衬底上制造基于薄膜的光伏器件时，期望在整个衬底表面上具有温度均匀性。因此期望具有改进的系统和方法，以用于在平面的或非平面形状的、固定的或柔性的衬底上加工薄膜光伏器件。
发明内容
本发明提供了用于薄膜太阳能电池的热处理的方法和装置，其具有改进的温度均匀性和减少的加工时间。该方法和装置提供了双门盖，以用于，增强反应热处理过程中的传导和对流冷却以及衬底温度均匀性。本发明提供了用于执行薄膜光伏器件的反应热处理的装置。该装置包括具有管形体的炉，该管形体由加热器和冷却装置环绕。该管形体从第一端至第二端包围出了内部空间。第一门结构利用第一板覆盖第一端，该第一板面向内部空间。第一板耦接至门结构中的第一盘管。炉的相对端处设置有类似结构。此外，该装置包括炉中的可移除机架夹具。该机架夹具允许一批衬底从炉的任一端装载到内部空间中。设置在内部空间中的隔板件控制内部对流。
优选地，炉由石英制成，石英基本为化学惰性的且具有良好的热传导性。利用机架夹具装载衬底，其中每个衬底的尺寸在约20cm至156cm的范围内。较大的工业薄膜衬底保持在一个加工温度下，以用于反应气体环境中的退火。通过石英体的热传导和利用门结构导致的受控对流的综合作用使得加工阶段在156cm那么大的衬底和更大衬底上的温度变化通常不超过10℃。
在本发明的可选实施例中，提供了用于以增强的温度均匀性执行光伏材料的反应热处理的方法。该方法包括提供炉，该炉在第一端盖与第二端盖之间包围出管状空间，以用于将一个或多个衬底容纳在其中。接着，将炉加热至加工温度范围，并且保持温度变化小于10摄氏度，以用于执行衬底的反应热处理。接着，对炉进行冷却以便以每分钟1度的速率或更快地将衬底的温度从加工温度范围降低至接近室温。
本方法提供了薄膜前体的反应热处理，以在较大的玻璃衬底上形成光伏器件的吸收体。优选地，用于在反应气体环境中执行热处理的装置要求炉本身是化学惰性的并且能够热传导。在具体实施例中，该装置是具有端盖的石英管，以用于促进其中的工作气体的对流。必要地，利用隔板件保持衬底周围的工作气体。端盖对称地设置有内置式热交换器结构，以保持冷却板既用作残留颗粒的冷阱又用作散热片。因此，该较大衬底可以设置在炉管中且保持在具有较高温度均匀性的加工温度范围内。这使得能够在改进的温度均匀性下执行工作气体与衬底上的前驱材料之间的反应，从而以较高的转化效率形成光伏吸收体。
附图说明
图1是用于在大面板衬底上加工薄膜光伏材料的装置的横截面图；
图2是示出了用于对流控制的隔板件的横截面图；
图3是示出了用于执行光伏器件的反应热处理的方法的简图；以及
图4是示出了用于加工衬底的温度曲线的示例图表。
具体实施方式
本发明提供了用于在具有改进的温度均匀性的衬底上加工薄膜太阳能电池的方法和装置。该方法和结构应用于在玻璃衬底上制造铜铟镓硒化物薄膜光伏器件，但本发明也可以用于其他工艺中。
图1是用于在大面板衬底上加工薄膜光伏材料的装置的一个实施例的横截面图。如所示的，在沿着中心平面从第一端部区域115至第二端部区域116剖切而来的横截面图中，示出了用于执行热处理的加工腔室100。该腔室100是包围出内部空间111的管形炉。图1中矩形的宽度是管形炉的直径。管形体110由安装在壳体结构190中的加热件160和冷却件170环绕。加热件160可以是具有适当流体的电阻加热带或管。
优选地，管形体110是具有良好热传导性的材料，其中加热件160与管形体110接触，以便热能能够直接传导至炉。例如，腔室100可为石英的，石英对反应气体具有耐受性并且是良好的热导体。可以采用其他技术来加热石英管形体。此外，可以通过在石英管形体的外部周围流动的冷却气体来提供冷却件。这使得能够按照热加工的需要控制炉腔室100的温度。
在图1中，腔室100包括两个端盖(或门结构)120A和120B，这两个端盖分别构造成用于覆盖第一端115和第二端116。端盖120A和120B中的每一个都包括面向炉内部的板1201和耦接至板1201的内部盘管结构1210。在一个实施例中，端盖是真空系统中使用的常规金属，例如不锈钢、铝、以及类似物。盘管结构1210提供了热交换器，该热交换器能够使流体冷却剂从入口1211到出口1212循环。通过采用流动的水冷却剂可以按照预期冷却所述板1201。
两个端盖120A和120B被设计成密封所述腔室100以形成真空系统。端盖120A或120B中的任一个都可包括真空管：一个管1221，用于将预期气体物质从外部源供应至腔室内部空间111中；以及一个管1222，所述管1222连接至真空泵以便在加工之前清空腔室或者在加工之后清理该腔室。在加工中，工作气体包括硒化物气体或硫化物气体，通常混合有惰性气体以作为运载气体。通常采用硒物质和硫物质在反应热处理工艺中形成薄膜光伏材料。
炉腔室100被指定用于执行衬底上的薄膜材料的热处理。通过打开相应的门结构或端盖120A或120B，可以从第一端部区域115或第二端部区域116中的任一个装载衬底。衬底101可以装载在船体结构138中，船体结构138插在炉腔室的内部空间111中。衬底101通常是指定用于在其上形成薄膜光伏器件的大玻璃面板或其他材料。衬底通常是尺寸大至156cm的方形玻璃衬底。通常对每个衬底进行预处理以形成叠置在玻璃表面上的薄膜堆叠。在薄膜堆叠的顶部上可以形成薄膜前驱材料，例如利用各种沉积或掺杂技术混合的铜物质、铟物质、镓物质、和/或钠掺杂物。在一个实施例中，期望铜-铟-镓混合前体与硒或硫气体物质反应以形成薄膜光伏吸收体。装载有衬底101的船体结构138由腔室内部的机架夹具135支撑。在一个实施例中，利用轴132使得机架夹具135经由门结构可以移除。在另一个实施例中，通过与装置100相关联的自动装载机(未示出)装载和卸载机架夹具135。内部空间中的机架夹具135和船体结构138暴露在反应工作气体中，所以它们优选是化学惰性的。在一种实施中，它们都是石英材料。
炉腔室100还可包括靠近端部115和116的隔板。这些隔板件有助于将加热气体保持在内部空间中(衬底在该内部空间中得以处理)，同时有助于将冷却气体保持在靠近端盖的区域111A和111B中。所述隔板包括：第一组隔板140，所述第一组隔板140基本覆盖管形体的大部分横截面积区域；以及覆盖下部边缘部分的隔板141。隔板140为盘形的并且设置成靠近管形内部空间的中部。隔板141为月牙形，以部分地覆盖盘形隔板的下部边缘部分。在靠近另一端116处，一组盘形隔板150覆盖管形体横截面，并且月牙形隔板151附接至管形炉体。所有这些隔板都能够是石英的。
如此处使用的，“月牙形”表示“当从圆形盘的边缘上去除另一圆形的一部分时产生的形状，以使得剩下的形状是由两个直径不同的圆弧封闭而成的，这两个圆弧在两点处相交。”例如，可以在例如http://en.wikipedia.org/wiki/crescent的公共信息网站中查到对于“月牙形”的一些说明和定义。
通常，衬底为平面形，例如，类似玻璃板。通常尺寸为20×20cm的方块玻璃，20×50cm的矩形玻璃，65×156cm的矩形玻璃。该玻璃通常为广泛用于太阳能电池的衬底的钠钙玻璃。当然，该衬底也可以由其他材料制成，所述其他材料包括熔融石英、石英、或其他。取决于应用，衬底可以是其他平面形状的，包括矩形、方形、盘形，以及非平面形状，例如杆状、管状、半圆柱瓦片形、或均匀的柔性箔。
衬底通常具有由早期工艺形成的覆盖层。例如，可利用溅射技术在衬底表面上形成前驱层，所述前驱层包括铜物质、铟物质、和/或铟-镓物质。在随后的反应热处理过程中，在炉管中的气体环境中通过反应处理前驱层，该炉管中容纳有硒化物物质、或硫化物物质、以及氮物质。当加热炉管时，气态硒和前驱层中的铜-铟-镓物质反应。该反应热处理的结果是，前驱层被转化成光伏薄膜堆叠，该光伏薄膜堆叠含有铜铟(镓)联硒(CIGS)化合物，其是p-型半导体并且用作用于形成光伏电池的吸收层。在由Robert Wieting于2009年5月14日提交的、标题为“Method and System forSelenization in Fabricating CIGS/CIS Solar Cells(在制造CIGS/CIS太阳能电池中用于硒化处理的方法和系统)”、申请系列号为61/178,459的美国专利申请(转让给San Jose的Stion公司)中，可以发现用于形成薄膜太阳能电池的CIGS光伏薄膜堆叠的热处理工艺的进一步描述，并且将该申请结合于此作为参考。
图2是示出了根据本发明实施例的用于对流控制的隔板件的横截面图。在垂直于管轴线的横截面中示出了炉管210，其与炉结构100基本相同。通过中心轴232(该中心轴可以耦接至端盖120A或120B以及机架夹具135)安装盘形隔板240。可以平行地设置不止一个盘形隔板240，尽管只有一个是可见的。盘形隔板240覆盖了大部分横截面面积。通过将加热的工作气体保持在炉的设置有衬底的中心区域111中，隔板240提供对内部热转移的控制。每个隔板240都有助于防止热辐射损失。利用平行设置的四个隔板240(它们彼此之间有一定间隙)，消除了超过98％的因辐射造成的热损失，从而改进了内部空间的中心区域中的温度均匀性。
在另一个实施例中，每个盘形隔板240在其外围边缘与炉管210的内壁之间都具有环形间隙211。该间隙211允许工作气体的以可控方式从中心区域111到端盖区域111A的对流(见图1)。因为中心区域111处的气体温度相对较高，并且端盖(例如120A)相对较冷，因此较热气体会向上流动，形成了从间隙211的上部部分上方的中心区域111至较冷区111A且通过间隙211的下部部分返回的流动。在一个实施例中，月牙形隔板241被安装成使内壁的下部部分与盘形隔板240中至少一个接触。在这种结构中，如图2中所示，月牙形隔板241具有弧形形状，并且具有与炉管210的内壁相同的曲率。当提供月牙形隔板241与一个盘形隔的板240之间的接触时，月牙形隔板241的高度挡住了间隙211的下部部分。因此，挡住了通过间隙211下部部分的对流，从而改变了整个内部对流。虽然图2中示出了对称的圆形炉管，但也可以取决于实施例采用具有对称和或甚至不对称设置形状的隔板的其他几何结构。
衬底被装载在炉管内部空间中支撑在机架夹具上的船体结构中。通常每个衬底都竖直地设置且与其他衬底平行，以便于工作气体循环。如图1中所示，靠近两个端盖的盘形隔板将内部空间分隔为中心区域111和两个端部区域111A和111B。由加热件加热炉管，特别是在中心区111中，以便热处理衬底。随着衬底和中心区域中的工作气体温度的升高，工作气体在衬底之间流动，特别是向上流动。端盖板可以保持较冷，以用于处理目的。此外，盘形隔板240提供这两个区域之间的热辐射屏障。这产生了横穿隔板的温降。从中心区域至端盖区域的温降，以及盘形隔板240的外围边缘与炉管的环形内壁之间的间隙允许对流在中心区域111与端部之间的流动。相对较热的气体通过间隙的上部部分朝向端盖板流动，在这里较热气体得以冷却，以使其大部分通过间隙的下部部分回流。
在升温阶段以及在加工温度下的处理阶段期间，限制冷对流，以使得衬底周围的温度更均匀。通过可选地提供月牙形隔板241，使间隙的下部部分基本被挡住，该下部部分是冷气体的主要路径。冷气体主要被保持在端盖区域中，但冷气体可以穿过月牙形隔板间隙上方的较高部分处的间隙，在这里，会使这些气体变得更温热。在一个实施例中，隔板241的弧长是炉管周长的一半或者更小，例如是该炉管周长的40％或更小，然而，取决于应用，该弧长可以是炉管周长的50％至66％，或者更大。通过减少对流，加热气体保持在中心区域中，加速了加热操作。
然而，在温度冷却阶段(通常在处理阶段之后)，希望具有增强的对流流动。通过以下步骤实现炉管的冷却：首先利用热传导冷却管形体，然后在工作气体与端盖板之间增强的热交换的情况下通过内部对流冷却炉内部的工作气体。通过使用管形体110周围的冷却件170(见图1)实现冷却。例如，冷却件170是气体分配器，其能够向炉管的外壳提供冷气，以冷却管形体110。冷却的炉体会使得内部的工作气体和衬底冷却。此外，通过施加穿过门结构中的盘管的冷却流体，可以冷却端盖120A、120B上的面板，所述盘管连接至外部热交换器。
实现冷却的另一种方法是，增强对流流动以使中心区域内的较暖工作气体更快地朝向较冷的面板移动，然后返回至中心区域。因此，可选地，可以移动月牙形隔板以再次打开间隙的下部部分。当然，可以使用其他方法改变对流以加快冷却。利用两个门结构形成了相对于所装载衬底的对称设置，并且除了能得到更快的冷却速率之外，还有助于提高衬底上的温度均匀性。
在另一个实施例中，冷面板用作冷阱，以用于吸收反应热处理工艺期间形成的未反应的剩余颗粒。在这样的示例中，工作气体包括硒化氢气体或硫化氢气体。当温度升高至约为420℃的加工温度范围时，硒化氢气体可经受热裂解，并且分解为氢气和硒颗粒。一部分硒颗粒可能没有完全与衬底上的前驱材料反应，并且因此被工作气体流夹带。从衬底表面或前驱材料混合物中还会释放出其他气体或颗粒，包括未反应颗粒。不希望这些颗粒沉积在衬底表面上，因为这样会使得光伏吸收体降级。通过在加工保持阶段保持冷却，端盖的面板成为用于这种未反应颗粒的主要吸收位置。
图3是示出了用于执行光伏器件的反应热处理的方法的简图。该方法的步骤包括：
1.开始；
2.提供具有两个端盖的炉管；
3.将衬底放入炉管中并且密封端盖；
4.从两个端盖中的任一个供应工作气体；
5.使温度升高至加工温度范围；
6.通过炉的传导以及端盖引起的工作气体的对流两者保持该加工温度范围；
7.通过传导和对流以将温度降低至室温来冷却炉，；
8.执行其他步骤
9.结束。
如所示，以上方法提供了在反应气体环境中处理薄膜光伏材料的改进技术。在优选实施例中，该方法采用具有端盖的石英炉管，以提供稳定的加热和冷却，还通过控制热传导和内部对流两者使得温度以更快的速度升高。两个端盖可以保持冷却，提供用于剩余颗粒的冷阱，以及用于引起良好内部对流的热交换板。
如所示的，用于在反应热处理中处理光伏材料的方法400开始于步骤402，该步骤包括准备具有薄膜前驱材料的衬底。薄膜前驱材料包括铜物质、铟物质、或镓物质(以及有时还包括钠物质)的混合物。方法400接下来是步骤404，提供作为加工装置的炉管。接着(在步骤406)装载衬底，并且使端盖密封炉。通常衬底装载在衬底支撑件(或船形结构)中，然后将衬底支撑件插入由机架夹具支撑的炉管中。衬底装载过程还可以用于安装隔板，该隔板用于根据需要改变内部对流。
在密封炉之后，方法400包括步骤408，通过穿过端盖的管道供应工作气体。在步骤408中，方法400提供了炉管内部空间中的气态环境，该气态环境准备执行具有预定温度曲线(temperature profile)的反应热处理过程。将工作气体从气体供应装置供应至炉管，该气体供应装置例如为连接至炉管端盖的阀或喷射器。工作气体通常包括计划与衬底上叠放的薄膜前体材料反应的化学前体物质。工作气体包括运载气体，例如氮、氦、氩、以及其他气体。当然，该气体步骤通常在清洗过程之前，以用于在引入工作气体之前制备真空，或者在过程结束之后清理炉。
方法400包括步骤410，以升高衬底温度。紧接着升温阶段，方法400包括步骤412，用于通过利用传导和对流两者控制热转移来保持加工温度，如上所述的。
接下来，方法400包括步骤414，通过传导和对流将温度从加工温度范围降低至接近室温来冷却炉。在一个示例中，能够以每分钟1度或者每分钟3度或者更快的速度冷却衬底，同时仍然保持较大衬底上的适度的均匀温度。
接着，根据本发明的一个实施例，之后可以具有其他步骤416，利用氮气清理腔室，并且去除所有反应气体，以操作该已处理的衬底，用于在大尺寸衬底上制造光伏器件的后续其他工艺。
图4是示出了根据本发明一个实施例的炉管中温度曲线的示意图。温度曲线500被描绘成衬底温度的图表，该衬底温度随经过的时间而变化。在该同一示意图中还标出了衬底上的最大温度变化。该温度曲线包括第一温度升高阶段R1，用于将加热件的温度从室温升高至预定设定点Ts。接着开始第一处理阶段P1，以使衬底温度接近加工温度范围。例如，第一升高阶段在时间t1达到设定点，在这之后，衬底温度在t2升高至大约为425℃的第一加工温度范围。热处理过程(其中，温度基本保持在Tp)持续至时间t3。接着，第二升温阶段R2使温度升得更高，在时间t4达到第二处理阶段P2。在P2期间，衬底在该第二加工温度(例如约510℃)下经受进一步热处理，直到时间t5，以完成用于形成光伏吸收体材料的反应退火过程。在一个实施例中，以每分钟约4-5度的速率执行升温阶段R1和R2。炉执行该升温阶段，同时保持衬底上的温度变化小于40℃。因此，衬底(例如玻璃材料)承受了较小的热应力。
在阶段P2之后，该加工需要第一冷却阶段C1。优选以相对缓慢的冷却速率执行第一冷却过程。以每分钟约0.5度下降的冷却速率(或者更慢)，当温度达到约430℃时，直到时间t6都使玻璃保持足够的粘性以释放内部应力。在该点之后，玻璃不会再具有更多的残余应变，所以温度的进一步下降不会导致损坏。接着，开始加速的冷却阶段C2，以每分钟1至3度进行冷却。该加快的冷却速率能够实质上减短处理时间并且提高生产率。
虽然利用特定实施例描述了本发明，但应该理解的是，在不背离所附的权利要求限定的本发明的精神和范围的前提下，可以做出各种改变、修改、以及变型。例如，虽然示出了管状炉，但也可以使用其他形状的炉和隔板。此外，虽然以上实施例应用于形成CIS和/或CIGS光伏器件的反应热处理，其也可以用于其他热处理。

Claims (19)

1.一种用于执行薄膜光伏器件的反应热处理的装置，所述装置包括：
炉，所述炉具有本体和相关联的加热和冷却装置，所述本体从第一端至第二端包围一内部空间；
第一门结构，所述第一门结构被构造成通过面对所述内部空间的第一板覆盖所述第一端，所述第一板被耦接至所述第一门结构中的第一盘管；
第二门结构，所述第二门结构被构造成通过面向所述内部空间的第二板覆盖所述第二端，所述第二板被耦接至所述第二门结构中的第二盘管；
机架夹具，所述机架夹具设置在所述炉中，所述机架夹具能够在所述内部空间中支撑一批衬底；以及
第一多个隔板件和第二多个隔板件，所述第一多个隔板件设置在所述第一板附近，所述第二多个隔板件设置在所述第二板附近，所述第一多个隔板件和所述第二多个隔板件控制所述内部空间中的内部对流。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述本体包括管状本体。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一多个隔板件和所述第二多个隔板件包括耦接至所述机架夹具的盘形隔板件。
4.根据权利要求3所述的装置，进一步包括月牙形隔板件，所述月牙形隔板件具有的宽度和弧长大于所述管状本体的半个周长，并且所述月牙形隔板件被设置在所述管状本体的靠近所述第一端和所述第二端的下半部分上。
5.根据权利要求3所述的装置，其中，所述盘形隔板件具有的直径小于所述管状本体的内直径，从而提供环绕所述盘形隔板件的外围边缘的间隙，所述间隙在所述管状本体的下部部分处被所述月牙形隔板件阻挡。
6.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：
进气口，所述进气口耦接至所述第一门结构和所述第二门结构中的至少一个，所述进气口用于至少通过所述间隙将工作气体引入所述内部空间中；以及
出气口，所述出气口连接至泵以便能够清理所述炉。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述相关联的加热和冷却装置对所述内部空间提供受控的热能传递。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，控制所述炉以提供一温度曲线，所述温度曲线具有以第一速率将温度从室温升高至加工温度的升温阶段、将加工温度保持在室温之上达一退火时间的保持阶段、以及以第二速率使温度从加工温度降低的冷却阶段。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，每个所述第一板和所述第二板均被连接以接收来自外部热交换器的流体冷却剂且还吸收未反应颗粒。
10.根据权利要求8所述的装置，其中，在所述保持阶段，所述第一板和所述第二板均被冷却以使得所述内部空间中的一批衬底能够保持在温度变化小于10摄氏度的加工温度下。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述第一板和所述第二板均是金属的且被冷却至基本室温。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述炉能够容纳一批玻璃衬底，所述玻璃衬底的至少一个尺寸不大于165cm。
13.一种用于执行光伏材料的反应热处理的方法，所述方法包括：
提供炉，所述炉在第一端盖与第二端盖之间包围一空间；
将至少一个衬底引入到所述空间中；
向所述空间中供应工作气体；
使所述工作气体和所述至少一个衬底的温度升高至加工温度；
以使温度变化小于10摄氏度的方式保持所述加工温度以利用所述工作气体执行所述至少一个衬底的热处理；以及
利用传导和对流冷却所述炉，以便以每分钟至少1度的速率将所述至少一个衬底的温度从所述加工温度降低至接近室温。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述炉包括石英管，所述石英管的长度至少约为2米，直径至少约为1米，所述石英管具有靠近所述管的至少一个加热件以及至少一个冷却件。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述至少一个衬底包括具有覆于上方的薄膜前体的玻璃板，所述薄膜前体包括铜物质、铟物质、以及镓物质中的至少一种。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述工作气体包括硒化物气体、硫化物气体、以及氮气中的至少一种。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，升高所述工作气体的温度的步骤包括利用传导和对流。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，保持所述加工温度的步骤包括：
邻近所述炉设置加热件；
靠近所述第一端盖和所述第二端盖两者引入多个隔板以控制对流流动；以及
将所述第一端盖和所述第二端盖保持在低于所述炉的中心部分的温度下，从而将所述至少一个衬底上的温度变化降低至小于10摄氏度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，将所述第一端盖和所述第二端盖保持在较低温度下的步骤包括将所述第一端盖和所述第二端盖两者基本保持在室温，以加强所述炉中的对流。
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