CN103053008A - 用于对多个多层本体进行热处理的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在至少一个加热室和至少一个冷却室中对至少两个相叠布置的工艺层面上的至少两个多层本体进行连续热处理的装置，所述加热室和冷却室相继布置，其中加热室包括：第一工艺层面（3.1），其具有用于至少一个第一多层本体（4.1）的第一工艺框（5.1），所述第一工艺框（5.1）位于第一辐射器阵列（2.1）与第二辐射器阵列（2.2）之间，所述辐射器阵列具有用于加热第一多层本体（4.1）的加热辐射器（9）；第二工艺层面（3.1），其具有用于至少一个第二多层本体（4.2）的第二工艺框（5.2），所述第二工艺框位（5.2）于第二辐射器阵列（4.2）与第三辐射器阵列（4.3）之间，所述辐射器阵列具有用于加热第二多层本体（4.2）的加热辐射器（9）；其中第一辐射器阵列（2.1）和第二辐射器阵列（2.2）被构造为使得由第一辐射器阵列（2.1）以与第二辐射器阵列（2.2）不同的辐射强度照射第一工艺层面（2.1），和/或其中第二辐射器阵列（2.2）和第三辐射器阵列（2.3）被构造为使得由第二辐射器阵列（2.2）以与第三辐射器阵列（2.3）不同的辐射强度照射第二工艺层面（2.2），并且其中冷却室（KK1）包括：冷却装置；第一工艺层面（3.1），其用于冷却至少一个第一多层本体（4.1）；以及第二工艺层面（3.2），其用于冷却至少一个第二多层本体（4.2）。

Description

用于对多个多层本体进行热处理的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于对多层本体进行热处理、尤其是用于对前驱层（Vorläuferschicht）进行回火以用于制造半导体层的装置和方法，所述半导体层例如可以用作为薄层太阳能电池中的吸收体。
背景技术
用于将太阳辐射直接转换成电能的光伏层系统是充分公知的。层的材料和布置被协调为使得一个或多个半导性层的入射辐射以尽可能高的辐射产率被直接转换成电流。光伏和扁平地伸展的层系统被称为太阳能电池。
在所有情况下，太阳能电池都包含半导体材料。为了提供足够的机械强度而需要载体衬底的太阳能电池被称为薄层太阳能电池。由于物理特性和技术处理能力，具有非晶、微晶或多晶硅、碲化镉（CdTe）、砷化镓（GaAs）或硫硒化铜铟（镓）（Cu(In,Ga)(S,Se)2）的薄层系统特别适用于太阳能电池。五元半导体Cu(In,Ga)(S,Se)2属于黄铜矿半导体族，其常被被称为CIS（硒化或硫化铜铟）或者CIGS（硒化铜铟镓，硫化铜铟镓或者硫硒化铜铟镓）。S可以在缩写CIGS中代表硒、硫或者两种硫族元素的混合物。
用于薄层太阳能电池的公知载体衬底包含无机玻璃、聚合物、金属或金属合金，并且可以根据层厚度和材料特性被构造成刚性板材或可弯曲膜。由于广泛可用的载体衬底和简单的单片串联，可以低成本地制造薄层太阳能电池的大面积的装置。
但是与具有晶体硅或多晶硅的太阳能电池相比，薄层太阳能电池显示出较小辐射产率和较小的电效率。基于Cu(In,Ga)(S,Se)2的薄层太阳能电池显示出与多晶硅太阳能电池近似相当的电效率。CI(G)S薄层太阳能电池需要典型p导通的CI（G）S吸收体与典型n导通的前电极之间的缓冲层，该缓冲层通常包括氧化锌（ZnO）。缓冲层可以导致吸收体材料与前电极之间的电子匹配。缓冲层例如包含镉硫化合物。例如具有钼的背电极被直接沉积在载体衬底上。
多个太阳能电池的电路被称为光伏模块或太阳能模块。太阳能电池的电路以公知的耐风化的构造持久地被保护免受环境影响。通常，缺铁的钠钙玻璃和促进粘接的聚合物膜与太阳能电池连接成耐风化的光伏模块。该光伏模块可以通过连接插座绑定成多个光伏模块的电路。光伏模块的电路通过公知的功率电子器件与公共供电网络或自给自足的供电源连接。
用于制造例如由Cu(In,Ga)(S,Se)2构成的薄层半导体的可能方法由两级工艺构成。这样的两级方法例如由J.Palm等人的“CIS module pilot processing applying concurrent rapid selenization and sulfurization of large area thin film precursors”（Thin Solid Film 431-432，414-522页，2003）公知。在此，首先将由钼组成的背电极施加到衬底、例如玻璃衬底上。钼层例如用激光被结构化。接着，例如通过磁控阴极溅射将由铜、铟和镓组成的不同前驱层沉积到钼层上。此外，通过热蒸发将硒层和/或硫层沉积在层序列上。这样产生的具有前驱层的多层本体在第二工艺中被热处理。通过热处理，进行前驱层到实际半导体层的实际晶体形成和相转换。
热处理例如在管线式设备（In-Line-Anlage）中进行，在该管线式设备中不同的工艺步骤在不同的室中进行。不同的室在工艺流水线中被相继地穿过。在简化的构造中，管线式设备由装载站构成，在该装载站中该设备被装载未经处理的多层本体。接着，使多层本体通过引入室进入管线式设备。在不同的加热室中，多层本体以高达50℃/s的加热速度非常迅速地升温，并且经历特定的温度变化曲线。该升温例如通过电运行的加热辐射器进行。用于将各个前驱层快速地热处理成半导体连接的方法通常被称为快速热处理（Rapid Thermal Processing（RTP））。接着，在冷却室和/或冷却路线中将多层本体冷却并且将其从设备中引出。例如由EP 0 662 247 B1公知用于对黄铜矿半导体进行快速热处理以用作为薄层太阳能电池中的吸收体的方法。
在薄层太阳能电池的制造中，多层本体的热处理是成本密集的和高要求的工艺。该工艺要求高温和工艺气氛的精确控制。
为了更好地控制热处理工艺，多层本体周围的工艺空间可以例如受到临时工艺框的限制，这例如由DE 10 2008 022 784 A1公知。通过限制工艺空间，易失的硫族元素组分、如硒或硫的分压在热处理期间保持基本恒定。此外，减少了工艺室与腐蚀性气体的接触。
可替代地，多层本体的热处理可以在批量运行中在堆叠炉中进行。由WO 01/29902 A2公知了这样的堆叠炉。堆叠炉用于同时使多个多层本体在单个室中同时升温并稍后冷却。与管线式设备相比，这提高了设备节拍时间并且由此减小了设备吞吐量，其中在管线式设备中，加热和冷却在不同的室中实现。具有炉壁和炉内置装置的整个堆叠炉被寄生地加热并且在冷却工艺期间被再次冷却。因此，与具有壁和内置装置的加热室和冷却室在连续运行中经历明显更小的温度变化的管线式设备相比，在堆叠炉的情况下产生更高的能量成本。在通常基于管线式原理的大型技术制造中，堆叠炉的不连续的批量运行仅能较差地集成在太阳能电池或太阳能模块的整个制造工艺中。
发明内容
本发明的任务在于，有利地改进现有技术中公知的用于对多层本体进行热处理的装置。尤其是将提供低成本和节能的装置，其中设备吞吐量至少加倍并且仅仅轻微地提高投资成本和运行成本。
所述任务和另外的任务通过根据并列权利要求所述的用于对至少两个多层本体进行连续热处理的装置来解决。优选的实施方式由从属权利要求得出。
用语“多层本体”在本发明的意义上描述至少一个上面施加有多个相同或不同层的衬底。
根据本发明的用于对至少两个多层本体进行连续热处理的装置包括相继布置的至少一个加热室和至少一个冷却室。加热室和冷却室优选地被闸门隔开。根据本发明的装置具有传输装置以用于将多层本体传输到加热室中、从加热室传输到冷却室中以及从冷却室中传输出来。在根据本发明的装置中，多层本体位于两个尤其是彼此相叠或彼此上下布置的工艺层面上。在加热室中，多层本体通过吸收来自电磁辐射的能量、优选地通过吸收红外辐射、特别优选地通过吸收在1μm至2μm的波长下具有强度最大值的电磁辐射而被加热。
加热室包括至少一个第一辐射器阵列以用于加热第一多层本体。例如在第一辐射器阵列之下布置有用于容纳针对至少一个第一多层本体的第一工艺框的第一工艺层面。例如在第一工艺层面之下布置有用于加热至少一个第一多层本体以及第二工艺层面中的至少一个第二多层本体的第二辐射器阵列。在第二辐射器阵列之下布置有用于容纳针对至少第二多层本体的第二工艺框的第二工艺层面。在第二工艺层面之下布置有用于加热第二多层本体的第三辐射器阵列。因此，该装置包括：第一工艺层面，其具有用于至少一个第一多层本体的第一工艺框，所述第一工艺框位于第一辐射器阵列与第二辐射器阵列之间，所述辐射器阵列具有用于加热第一多层本体的加热辐射器；以及第二工艺层面，其具有用于至少一个第二多层本体的第二工艺框，所述第二工艺框位于第二辐射器阵列与第三辐射器阵列之间，所述辐射器阵列具有用于加热第二多层本体的加热辐射器。
通过用语“第一”、“第二”和“第三”来说明辐射器阵列与这两个工艺层面的相对位置，其中第一辐射器阵列位于一个工艺层面的一侧并且第二辐射器阵列位于该工艺层面的另一侧。另一方面，第二辐射器阵列位于另一工艺层面的一侧，并且第三辐射器阵列位于该另一工艺层面的另一侧。能够理解，在具有两个以上工艺层面的装置中，以相应方式与最外面的两个工艺层面相邻地布置第一或第三辐射器阵列，其中分别有一个第二辐射器阵列位于两个相邻的工艺层面之间。
第一工艺层面的两个辐射器阵列和第二工艺层面的两个辐射器阵列有利地被构造为，分别用不同的辐射强度照射第一工艺层面和/或第二工艺层面。这意味着，第一和第二辐射器阵列被构造为使得它们能够输出彼此不同的辐射强度来加热第一工艺层面。第一工艺层面因此可以在上面布置有辐射器阵列的两侧、例如在其上侧和下侧以不同的辐射强度被加热。在此，第一辐射器阵列在第一工艺层面的一侧的辐射强度不同于第二辐射器阵列在第一工艺层面的另一侧的辐射强度。相应地，第二辐射器阵列和第三辐射器阵列可替代地或附加地被构造为使得它们能够输出彼此不同的辐射强度来加热第二工艺层面。第二工艺层面因此可以在上面布置有辐射器阵列的两侧、例如在其上侧和下侧以不同的辐射强度被加热。在此，第二辐射器阵列在第二工艺层面的一侧的辐射强度不同于第三辐射器阵列在第二工艺层面的另一侧的辐射强度。
如发明人已经发现的那样，位于工艺框中的多层本体的热导入在该多层本体的上侧和下侧通常是不同的。其原因是多层本体与工艺框之间的不同热耦合，这例如由于下列原因造成：由于铺设在工艺框中，工艺框与多层本体的下侧之间的热传导；或者在多层本体与工艺框的盖板或底板之间，在多层本体的上侧和下侧的气体气氛的不同高度。另一原因可能是由加热辐射器造成的对工艺框的盖板或底板的不同升温。此外，衬底的层构造可能具有到工艺框和/或加热辐射器的与衬底不同的热连接。
一般而言，期望多层本体内的尽可能均匀的热分布，以例如用于经控制地将前驱材料转换到薄层半导体中的吸收体。但是所述效应导致多层本体的热分布方面的不期望的不均匀性。通过本发明，可以有利地通过与相同工艺层面相邻的辐射器阵列的不同辐射强度来实现该工艺层面中包含的多层本体中的热分布的均匀化。本发明由此首次致力于多个工艺层面上的多层本体中的不均匀热分布这一问题，其方式是将第一工艺层面的两个辐射器阵列和第二工艺层面的两个辐射器阵列构造为分别用不同的辐射强度照射第一工艺层面和/或第二工艺层面，使得实现要工艺处理的多层本体中的均匀热分布。
冷却室包括至少第一工艺层面和第二工艺层面，该第二工艺层面例如布置在第一工艺层面之下。此外，冷却室包括用于使第一工艺层面和/或第二工艺层面冷却的冷却装置。
在根据本发明的装置的一个有利的扩展方案中，冷却装置包括至少三个冷却板。冷却室包括至少一个第一冷却板以用于使第一多层本体冷却。例如在第一冷却板之下布置第一工艺层面。例如在第一工艺层面之下布置第二冷却板以用于使第一和第二多层本体冷却。例如在第二冷却板之下布置第二工艺层面并且在第二工艺层面之下布置第三冷却板以用于冷却第二多层本体。因此，第一工艺层面位于第一冷却板与第二冷却板之间，并且第二工艺层面位于第二冷却板与第三冷却板之间。
多层本体上的冷却速度以及温度均匀性受到冷却板与多层本体相距的间隔、冷却板表面的吸收特性、以及冷却板的温度的影响。中间的冷却板例如可以由两个元件构成，所述元件与第一和第二多层本体相距不一样大的间隔并且以不同的强度冷却这些多层本体。冷却板通常在其内部具有管道系统，并且被诸如油或水之类的热载体介质流经。热载体介质在该装置之外通过冷却机组被冷却。冷却板例如包含贵金属或铜。
具有两个彼此相叠布置的工艺层面的装置是特别有利的，因为可以特别有效地利用处于其间的第二辐射器阵列的辐射能量。由第二辐射器阵列发射的电磁辐射直接加热第一和第二工艺层面上的第一和第二多层本体。
在根据本发明的装置的一个有利的扩展方案中，辐射器阵列和工艺层面彼此平行布置。在根据本发明的装置的另一优选的扩展方案中，冷却板和工艺层面彼此平行布置。
在根据本发明的装置的有利的扩展方案中，辐射器阵列、工艺层面和冷却板垂直或水平地布置。在本发明的意义上的垂直布置是指，辐射器阵列、工艺层面和冷却板与设备基面近似平行地布置。对于加热室，垂直布置是指：第一工艺层面布置在第一辐射器阵列之下并且第二辐射器阵列布置在第一工艺层面之下。此外，至少一个第二工艺层面布置在第二辐射器阵列之下并且至少一个第三工艺层面布置在第二工艺层面之下。在冷却室中，冷却板和工艺层面相应地彼此相叠布置。通过垂直布置，根据本发明的装置与根据现有技术的装置占据大致相同的设备基面。利用根据本发明的装置，可以同时热处理在根据现有技术的装置的情况下至少两倍那样多的多层本体。在水平布置中，辐射器阵列、工艺层面和冷却板与设备基面近似正交地布置。
在根据本发明的装置的一个优选的扩展方案中，在加热室和/或冷却室中，将至少两个多层本体、优选三个多层本体在传输方向上并排地布置在至少一个工艺层面上。并排布置的多层本体优选地以相同的节拍经过加热室和冷却室被传输并在那里被工艺处理。
在根据本发明的装置的一个优选的扩展方案中，在工艺框中布置至少一个多层本体、优选两个多层本体。工艺框用于限制工艺空间。
工艺框可以被构造成具有底板、盖板和侧壁的箱。底板、盖板和侧壁可以包含金属、玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷或石墨。底板、盖板和侧壁可以尤其对辐射器阵列的电磁辐射是透明的、部分透明或者不可透过的。底板、盖板和侧壁可以吸收辐射器阵列的电磁辐射并且自己被加热。被加热的底板、盖板和侧壁于是可以用作次级热源以用于加热多层本体。
工艺框可以构造为准气密或开放的。工艺框优选地可以具有自己的气体连接端并且在特定的工艺步骤期间配备特定的气体气氛。该气体气氛例如可以包含反应气体，如H2S、H2Se、S蒸汽、Se蒸汽或者H2以及惰性气体，如N2、He或Ar。
工艺框可以被构造为具有由吸收辐射器阵列的电磁辐射的材料制成、例如由石墨制成的盖板和/或底板。通过加热底板和盖板产生次级热源，这可导致热分布的均匀化。
在本发明的意义上，准气密是指，直到工艺框的内部空间与工艺室之间的所定义的最大压力差为止工艺框都是气密的。在超过所定义的最大压力差的情况下，导致工艺框的内部空间与工艺室之间的压力平衡。在对此合适的扩展方案中，盖板松动地铺设到工艺框的框架上。根据工艺框的紧密性，可以在准气密的工艺框的情况下保持工艺框的内部空间与工艺室之间的压力差。工艺气体的自由交换保持为有限的并且形成工艺气体的分压降。
在根据本发明的装置的一个优选的扩展方案中，给工艺框分别装载两个多层本体。用于制造薄层太阳能电池的半导体层的多层本体通常由玻璃衬底和前驱层序列构成。为了在工艺框中工艺处理两个多层本体，可以将两个玻璃衬底并排布置得使得两个前驱层指向外部。可替代地，两个前驱层可以朝向彼此。在朝向彼此的情况下，两个前驱层优选地被间隔器彼此隔开。通过所产生的空间，可以向前驱层输送工艺气体。
在根据本发明的装置中，多层本体或被装载多层本体的工艺框通过传输机构经过该装置。该传输机构例如可以包括传送带、传送链或者滑车。传输机构可以优选地包含辊，所述辊特别优选地通过三角皮带或链条驱动优选地与处于工艺室之外的驱动单元同步地被驱动。传输机构优选地包含连续的石英辊或短辊（Stummelrolle），它们布置在多层本体或工艺框之下。短辊可以布置在一个或多个辐射器阵列之内或之外，并且相应地或多或少地被加热。短辊优选地包含耐高温的陶瓷，如Si3N4和BN或者氧化物陶瓷，如ZrO2。
在根据本发明的装置的一个优选的扩展方案中，在加热室和/或冷却室中，将至少两个工艺框、优选三个工艺框在传输方向上并排地布置在至少一个工艺层面上。并排布置的工艺框优选地以相同节拍被传输经过加热室和冷却室并且在那里被工艺处理。
在根据本发明的装置的一个优选的扩展方案中，冷却室具有对流冷却或强制冷却。在强制冷却的情况下，优选地通过冷却室循环气流、特别优选地惰性气体的气流。该气流在冷却板或合适的冷却体处被冷却。接着，加热的多层本体或工艺框被该气流冷却。该气体优选地通过通风设备或风扇被移动。在对流冷却的情况下，通过经升温空气的上升和冷却空气的下降产生循环的气流。
在根据本发明的装置的另一优选的扩展方案中，加热室具有两个反射器。第一反射器布置在第一辐射器阵列的背向第一工艺层面的侧。第二反射器布置在第三辐射器阵列的背向第二工艺层面的侧。所述反射器优选地包含具有或不具有涂层的基本体，其中所述反射器在辐射器阵列的电磁辐射的波长范围中和/或从加热的多层本体或工艺框中发出的电磁辐射的波长范围中具有高反射率。该基本体例如包含陶瓷、石英玻璃、金属、或者类似的适用于高温的材料。反射器的涂层优选地包含诸如下列金属：金、银、钼、铝、陶瓷化合物，如Al（MgF2）、Al（SiO）、MgF2、SiO2、Al2O3、或者石英纳米颗粒。
在没有反射器的情况下，从外部辐射器阵列发射到背向工艺层面的方向上的电磁辐射落到该设备的外壁上。该辐射对多层本体的加热仅仅作出一小部分的贡献。反射器将该辐射的大部分反射回该设备中并由此反射到多层本体上。辐射器阵列的效率通过反射器得到提高并且能量需求被降低。
在根据本发明的装置的一个优选的扩展方案中，加热室和/或冷却室具有用于生成真空和/或气体气氛的设备。该气体气氛优选地包含工艺气体或惰性气体。通过多次将工艺室抽真空以及用纯净气体填充工艺室，可以生成所定义的气体气氛。加热室和冷却室优选地通过闸门或活门、特别优选地通过真空密闭的和/或气密的闸门对外封闭并彼此隔开。
根据本发明的装置的一个优选的扩展方案具有被多层本体相继穿过的多个加热室和/或冷却室。根据本发明的装置的一个特别优选的扩展方案具有2至6个加热室和2至6个冷却室。不同的加热室和冷却室可以具有不同的温度和不同的加热或冷却功率。多个单个的冷却室也可以部分或完全地在一个冷却路段中实现，该冷却路段的长度高于单个冷却室的长度。
在根据本发明的装置的一个优选的扩展方案中，辐射器阵列包含本身公知的线形辐射器、尤其是电驱动的棒状红外辐射器和/或由本身公知的点辐射源构成的矩阵。线形辐射器优选平行地并排放置。线形辐射器和点辐射源适于在热辐射区域中发出几乎均匀的平面电磁辐射。
在根据本发明的装置的一个优选的扩展方案中，每个辐射器阵列都向两侧发射相同强度的电磁辐射。在根据本发明的装置的一个优选的扩展方案中，辐射器阵列尤其是在工艺层面的方向上具有取决于方向的辐射特性。为此例如使用如下的线形辐射器：其具有例如由陶瓷、金属或纳米孔不透明石英玻璃制成的一侧反射的涂层，如从DE 10 2005 058819 A1中公知的那样。通过该措施，可以以简单方式在多层本体中的热分布的均匀化方面有针对性地改变辐射器阵列的辐射强度。第二辐射器阵列的加热辐射器尤其是可以分别具有单侧的反射器，使得这些加热辐射器被构造为照射第一工艺层面或第二工艺层面。用于照射第一或第二工艺层面的加热辐射器例如以交替的顺序布置。
通过具有取决于方向的辐射特性的辐射器阵列，尤其是可以以不同的热输入加热多层本体的两侧。相应的情况适用于具有不同辐射功率的辐射器阵列，这例如可以通过辐射阵列中的不同数目的加热辐射器来实现。同样可以设想，给不同辐射器阵列或同一辐射器阵列的加热辐射器施加不同的电功率，以便为了使多层本体中的热分布均匀化而实现同一辐射器阵列的加热辐射器的不同辐射强度或者不同辐射器阵列的辐射强度。
在根据本发明的装置的另一优选的扩展方案中，位于两个工艺层面之间的辐射器阵列包括两个例如相叠布置的线形辐射器或点辐射源的层面。在两个层面之间优选布置另一反射器。两个层面可以彼此隔开地加热。不同的工艺层面可以这样被加热到不同温度。
在另一优选的实施方式中，要工艺处理的多层本体包含具有厚度为1mm至4mm、优选2mm至3mm的玻璃衬底。在一个衬底侧施加由多个薄层构成的层序列、例如氮化硅/钼/铜铟镓/硒的序列层。氮化硅层具有例如50nm至300nm的厚度，钼层具有例如200nm至700nm的厚度，铜铟镓层具有例如300nm至1000nm的厚度，并且硒层具有例如500nm至2000nm的厚度。
此外，本发明的任务通过一种用于对至少两个工艺层面上的至少两个多层本体进行连续热处理的方法来解决，其中在第一步骤中，使第一工艺层面上的第一多层本体和第二工艺层面上的第二多层本体进入至少一个加热室，并且借助于辐射器阵列将其以0℃至50℃/s的加热速度加热到350℃至800℃、优选450℃至550℃的温度，所述辐射器阵列例如布置在工艺层面之上和/或之下。因此，第一工艺层面位于第一辐射器阵列与第二辐射器阵列之间，并且第二工艺层面位于第二辐射器阵列与第三辐射器阵列之间。有利地分别用不同的辐射强度照射第一和/或第二工艺层面，使得在多层本体中实现均匀的热分布。因此，由第一辐射器阵列以与第二辐射器阵列不同的辐射强度照射第一工艺层面，和/或由第二辐射器阵列以与第三辐射器阵列不同的辐射强度照射第二工艺层面。
在第二步骤中，使第一多层本体和第二多层本体进入冷却室，并且借助于冷却板将其以0℃至50℃/s的冷却速度冷却到10℃至350℃、优选10℃至250℃的温度、特别优选冷却到15℃至50℃的温度，所述冷却板布置在工艺层面之上和/或之下。可替代地，所述冷却可以借助于对流冷却和/或强制冷却进行。接着使多层本体离开冷却室。
根据本发明的方法例如可以在上述用于热处理至少两个多层本体的装置中实施。
在根据本发明的方法的一个优选的实施方式中，两个工艺层面具有相同的温度。在根据本发明的方法的一个可替代的实施方式中，例如通过使用具有取决于方向的辐射特性的辐射器阵列，两个工艺层面具有不同的温度。
在根据本发明的方法的一个优选的实施方式中，多层本体的热处理在至少一个另外的加热室和/或至少一个另外的冷却室中进行、特别优选地在1至5个另外的加热室和/或1至5个另外的冷却室中进行。这使得能够精确控制多层本体中的工艺。尤其是在每个加热室或冷却室中进行多层本体的部分工艺处理直到特定的工艺处理阶段。于是，多层本体在从一个室过渡到下一个室时未被完全工艺处理。
此外，本发明包括对用于对至少两个相叠布置的工艺层面上的至少两个多层本体进行连续热处理的装置的应用。
根据本发明的装置的一种优选应用是将前驱层转换成半导体层。所述半导体层优选地用作薄层太阳能电池中的吸收体。
前驱层优选地由铜、铟、镓和硒构成，并且在含硫的气氛中通过快速热处理（RTP）被转换成Cu(In,Ga)(S,Se)2半导体层。
附图说明
接下来根据附图和流程图进一步阐述本发明。所述附图示出纯粹示意性的图示并且不是比例正确的。所述附图不以任何方式限制本发明。
图1示出了根据本发明的装置的截面图，该装置用于热处理两个相叠布置的工艺层面上的两个多层本体；
图2示出了根据本发明的装置的加热室的截面图；
图3示出了根据本发明的加热室的另一扩展方案的截面图；
图4示出了根据本发明的加热室的另一扩展方案的截面图；
图5示出了根据本发明的加热室的另一扩展方案的截面图；
图6示出了具有两个加热室和两个冷却室的另一根据本发明的装置的截面图；
图7根据流程图示出了根据本发明的方法步骤的实施例。
具体实施方式
图1以用于通过快速热处理（RTP）对前驱层进行硒化的管线式设备（1）为例示出了根据本发明的用于对多层本体进行热处理的装置。管线式设备（1）具有在传输方向（11）上相继布置的加热室（HK1）和冷却室（KK1）。管线式设备（1）具有两个工艺层面（3.1）和（3.2），这两个工艺层面垂直地相叠布置。根据本发明同样设置了水平构造。在加热室（HK1）中，在上部工艺层面（3.1）之上布置辐射器阵列（2.1）并且在下部工艺层面（3.2）之下布置辐射器阵列（2.3）。此外，在工艺层面（3.1）与（3.2）之间布置了辐射器阵列（2.2）。
在冷却室（KK1）中，在上部工艺层面（3.1）之上布置冷却板（7.1），并且在下部工艺层面（3.2）之下布置冷却板（7.3）。此外，在工艺层面（3.1）与（3.2）之间布置冷却板（7.2）。冷却板（7.1,7.2,7.3）例如包括贵金属并且在其内部具有用于热载体介质的分布系统。该分布系统例如被作为热载体介质的油或水流经。热载体介质在管线式设备（1）之外在冷却机组中被冷却。
加热室（HK1）和冷却室（KK1）被构造为真空密闭和气密的，并且与真空泵和用于供应气体的装置连接。加热室（HK1）和冷却室（KK1）被闸门（8）彼此隔开。
多层本体（4.1）和（4.2）位于工艺层面（3.1）和（3.2）上。多层本体（4.1）和（4.2）例如包含具有钼电极的玻璃衬底以及包含铜、铟、镓、硫和硒的前驱层的堆叠序列。
图2示出了根据本发明的装置的加热室（HK1）的示例性构造的示意图。多层本体（4.1）和（4.2）分别布置在工艺框（5.1）和（5.2）中。工艺框（5.1,5.2）包含由玻璃陶瓷制成的底板和盖板以及由石墨制成的侧壁。该玻璃陶瓷对于辐射器阵列（2.1,2.2,2.3）的电磁辐射是可透过的。工艺框（5.1,5.2）被实施为部分气密的，使得可以进行工艺框（5.1,5.2）的内部与加热室（HK1）的气氛之间的压力平衡。部分气密是指，盖板松动地铺设到侧壁上，并且不进行另外的用于密封的措施。工艺框（5.1,5.2）也可以具有连接推杆。通过该连接推杆，可以有针对性地向工艺框（5.1,5.2）输送工艺气体或惰性气体。
工艺框（5.1,5.2）的传输通过由短辊构成的系统进行。短辊在其长侧的外边缘之下支承工艺框（5.1,5.2）。这些短辊例如包含耐高温的陶瓷。两个相邻室之间的传输速度通常为高达1m/s。
在第一辐射器阵列（2.1）之上并且在第三辐射器阵列（2.3）之下布置第一反射器（6.1）和第二反射器（6.2）。第一反射器（6.1）将第一辐射器阵列（2.1）的向上定向的电磁辐射朝向第一工艺层面（3.1）的方向反射。第二反射器（6.2）将第三辐射器阵列（2.3）的向下定向的电磁辐射朝向第二工艺层面（3.2）的方向反射。
图3示出了根据本发明的加热室（HK1）的另一扩展方案。第二辐射器阵列（2.2）由线形辐射器的两个层面（9.1）和（9.2）构成，这两个层面被反射器（6.3）彼此隔开。通过层面（9.1）中的与层面（9.2）相比不同数目的线形辐射器（9）、通过层面（9.1）和（9.2）中的线形辐射器（9）的不同接线、和/或通过层面（9.1）和（9.2）中不同的取决于时间的功率调节，实现第二辐射器阵列（2.2）的取决于方向的辐射特性。
图4示出了根据本发明的加热室（HK1）的另一优选的扩展方案。第二辐射器阵列（2.2）的线形辐射器（9）在其上侧和其下侧交替地涂层有反射器层（10）。反射器层（10）可以包含不透明的纳米孔石英层，所述石英层直接施加在线形辐射器（9）上。可替代地，反射器层（10）可以包含由陶瓷制成的半外壳。在上侧具有反射器层（10）的线形辐射器（9）和在下侧具有反射器层（10）的线形辐射器（9）可以被加热到不同温度。
通过辐射器阵列（2.1,2.2,2.3）的不同的辐射功率和取决于方向的辐射特性，可以将多层本体（4.1,4.2）的不同侧加热到不同温度。因此，例如可以将多层本体（4.1,4.2）的一个衬底侧加热到比具有前驱层的侧低的温度，所述前驱层应被转换成半导体层。
图5示出了根据本发明的加热室（HK1）的另一优选扩展方案。第一辐射器阵列（2.1）的线形辐射器（9）在上侧并且第三辐射器阵列（2.3）的线形辐射器（9）在下侧被涂层有反射器层（10）。通过第一辐射器阵列（2.1）和第三辐射器阵列（2.3）的取决于方向的辐射特性，可以放弃附加的反射器。在第一辐射器阵列（2.1）之上以及在辐射器阵列（2.3）之下使用附加的反射器可以提高取决于方向的辐射特性的效率。
图6示出了具有两个加热室（HK1）和（HK2）以及两个冷却室（KK1）和（KK2）的本发明装置的另一有利扩展方案。多层本体（4.1）和（4.2）在传输方向（11）上穿过加热室（HK1）和（HK2）以及冷却室（KK1）和（KK2）。加热室（HK1）和（HK2）以及冷却室（KK1）和（KK2）可以具有不同的加热和冷却功率以及不同的温度谱。这实现了特别精确的工艺控制。因此，例如第一加热室（HK1）可以具有比第二加热室（HK2）高的加热功率。在加热室（HK1）和（HK2）以及冷却室（KK1）和（KK2）中，多层本体（4.1）和（4.2）经历所期望的温度变化曲线和所期望的工艺气氛。不同的加热室和冷却室可以具有不同的工艺气氛。在根据本发明的装置的另一扩展方案中，可以相继布置另外的加热室和冷却室。如果需要工艺引导，则可以交替地布置加热室和冷却室，也就是说，在冷却室后可以例如又跟随加热室。
在所述实施例中，第一辐射器阵列（2.1）和第二辐射器阵列（2.2）被构造为，使得上部多层本体（4.1）的上侧可以由第一辐射器阵列（2.1）以与上部多层本体（4.1）的下侧可被第二辐射器阵列（2.2）加热的辐射强度不同的辐射强度加热。相应地，第二辐射器阵列（2.2）和第三辐射器阵列（2.3）被构造为，使得下部多层本体（4.2）的上侧可以由第二辐射器阵列（2.2）以与下部多层本体（4.2）的下侧可被第三辐射器阵列（2.3）加热的辐射强度不同的辐射强度加热。通过这种方式，可以在两个多层本体（4.1）和（4.2）中的每个中实现均匀的热分布。
图7根据流程图示出了根据本发明的方法步骤的实施例。首先，在装载站中将多层本体（5.1）装入到工艺框（5.1）中并且将多层本体（4.2）装入到工艺框（5.2）中。接着，将工艺框（5.1）和（5.2）装载到导入室中并且关闭该导入室。在导入室中，通过多次抽真空和填充惰性气体调整所定义和所期望的工艺气氛。接着，在方法步骤（a）使具有多层本体（4.1）的工艺框（5.1）进入工艺层面（3.1）中并且使具有多层本体（4.2）的工艺框（5.2）进入工艺层面（3.2）中。
在加热室（HK1）和（HK2）中经历所期望的加热谱（取决于工艺时间的温度和工艺气氛）：在加热室（HK1）中利用布置在工艺层面（3.1,3.2）之上和/或之下的辐射器阵列（2.1,2.2,2.3）加热第一工艺层面（3.1）上的第一多层本体（4.1）和第二工艺层面（3.2）上的第二多层本体（4.2）。优选地借助于辐射器阵列（2.1,2.2,2.3）将两个多层本体（4.1）和（4.2）以1℃/s至50℃/s的加热速度加热到350℃至800℃的温度。对多层本体（4.1）和（4.2）分别在其上侧和下侧以不同的辐射强度进行加热，以便实现每个多层本体中的均匀的热分布。接着，在方法步骤（b）中，使多层本体（4.1）和（4.2）进入冷却室（HK1）。同时可以使新的多层本体进入加热室（HK1）。在冷却室（KK1）和（KK2）中，热的多层本体（4.1）和（4.2）以高达50℃/s被冷却到工艺技术所需的温度。两个多层本体（4.1）和（4.2）优选地以0℃/s至 50℃/s的冷却速度被冷却到10℃至 350℃的温度。由于多层本体（4.1）和（4.2）的温度与冷却板（7.1,7.2,7.3）的温度之间的变小的温度差，多层本体（4.1）和（4.2）的冷却速度变慢。这可以通过合适的措施来对抗，例如通过与时间有关的间隔方法来减小冷却板与多层本体之间的间隔、或者匹配冷却板的温度。冷却工艺可以附加地通过循环冷却气流来加速，例如空气流、氩气流或氮气流。可替代地可以在没有冷却板的情况下通过对流或强制冷却来实现冷却。
接着使多层本体（4.1）和（4.2）离开冷却室（KK1）进入导出室并且被输送给另一处理。在导出室中，例如可以去除存在的有毒气体。还可能的是，在导出室之后布置另一冷却路段或另一冷却室。在特定的实施方式中可以放弃导出室。
如以用于制造黄铜矿半导体的管线式硒化设备为例从表1中可以得知的那样，根据本发明的装置与现有技术相比提供了优点。
表1：本发明潜力估计
根据现有技术的具有一个工艺层面的管线式硒化设备 根据本发明的具有两个工艺层面的管线式硒化设备
占地面积的大小 100％ 100％
投资成本 100％ 130％
设备吞吐量 100％ 200％
每多层本体的能量成本 100％ 70％
根据本发明的具有两个垂直布置的工艺层面的装置在设备的占地面积几乎相同并且仅仅稍高的投资成本的情况下与根据现有技术的具有一个工艺层面的管线式硒化系统相比提供了双倍的吞吐量。尽管设备的吞吐量加倍，但是设备所需的面积需求未提高或仅仅不显著地提高，这对太阳能工厂的总投资和运行成本具有正面效应。
每多层本体的能量成本在根据本发明的装置的情况下被减小高达大致30％。这尤其是通过有效利用第二辐射器阵列的所发出的辐射能来进行。
该结果对于本领域技术人员来说是未预料到和意想不到的。
附图标记列表
（1） 管线式设备
（2.1）,（2.2），（2.3） 辐射器阵列
（3.1）,（3.2） 工艺层面
（4.1）,（4.2） 多层本体
（5.1）,（5.2） 工艺框
（6.1）,（6.2），（6.3） 反射器
（7.1）,（7.2），（7.3） 冷却板
（8） 闸门
（9） 加热辐射器，线形辐射器
（9.1），（9.2） 加热辐射器（9）的层面
（10） 加热辐射器（9）的反射器层
（11） 传输方向。

Claims (15)

1.一种用于在至少一个加热室（HK1）和至少一个冷却室（KK1）中对至少两个相叠布置的工艺层面（3.1,3.2）上的至少两个多层本体（4.1,4.2）进行热处理的装置，所述加热室（HK1）和冷却室（KK1）在传输方向上相继布置，其中加热室（HK1）包括：
—第一工艺层面（3.1），其具有用于至少一个第一多层本体（4.1）的第一工艺框（5.1），所述第一工艺框（5.1）位于第一辐射器阵列（2.1）与第二辐射器阵列（2.2）之间，所述辐射器阵列具有用于加热第一多层本体（4.1）的加热辐射器（9），
—第二工艺层面（3.1），其具有用于至少一个第二多层本体（4.2）的第二工艺框（5.2），所述第二工艺框（5.2）位于第二辐射器阵列（2.2）与第三辐射器阵列（2.3）之间，所述辐射器阵列具有用于加热第二多层本体（4.2）的加热辐射器（9），
其中第一辐射器阵列（2.1）和第二辐射器阵列（2.2）被构造为使得由第一辐射器阵列（2.1）以与第二辐射器阵列（2.2）不同的辐射强度照射第一工艺层面（3.1），和/或其中第二辐射器阵列（2.2）和第三辐射器阵列（2.3）被构造为使得由第二辐射器阵列（2.2）以与第三辐射器阵列（2.3）不同的辐射强度照射第二工艺层面（3.2），并且其中
冷却室（KK1）包括
—冷却装置，
—第一工艺层面（3.1），其用于冷却至少一个第一多层本体（4.1）；以及第二工艺层面（3.2），其用于冷却至少一个第二多层本体（4.2）。
2.根据权利要求1所述的装置，其中辐射器阵列（2.1,2.2,2.3）具有电磁辐射的取决于方向的辐射特性和/或不同的辐射功率。
3.根据权利要求2所述的装置，其中加热辐射器（9）具有反射器层（10）。
4.根据权利要求3所述的装置，其中布置在两个工艺层面（3.1，3.2）之间的第二辐射器阵列（2.2）的加热辐射器（9）具有反射器层（10），并且被构造为要么照射第一工艺层面（3.1）要么照射第二工艺层面（3.2）。
5.根据权利要求1所述的装置，其中布置在两个工艺层面（3.1，3.2）之间的第二辐射器阵列（2.2）具有带有加热辐射器（9）的两个加热辐射器层面（9.1,9.2），其中一个加热辐射器层面（9.1）被构造为照射第一工艺层面（3.1）并且另一加热辐射器层面（9.2）被构造为照射第二工艺层面（3.2）。
6.根据权利要求5所述的装置，其中在两个加热辐射器层面（9.1，9.2）之间布置反射器（6.3）。
7.根据权利要求1至6之一所述的装置，其中加热辐射器（6）能够被选择性地操控以生成可变的辐射强度。
8.根据权利要求1至7之一所述的装置，其中辐射器阵列（2.1,2.2,2.3）和工艺层面（3.1,3.2）彼此平行地布置。
9.根据权利要求1至8之一所述的装置，其中冷却装置包括用于冷却多层本体（4.1,4.2）的第一冷却板（7.1）、第二冷却板（7.2）、以及第三冷却板（7.3），其中第一工艺层面（3.1）位于第一冷却板（7.1）与第二冷却板（7.2）之间，并且第二工艺层面（3.2）位于第二冷却板（7.2）与第三冷却板（7.3）之间。
10.根据权利要求1至9之一所述的装置，其中冷却装置具有经引导的气流。
11.根据权利要求1至10之一所述的装置，其中在加热室（HK1）与冷却室（KK1）之间布置闸门（8）或活门。
12.根据权利要求1至11之一所述的装置，其中在加热室（HK1）中和/或在冷却室（KK1）中，至少两个多层本体（4.1,4.2）在传输方向上并排地布置在工艺层面（3.1,3.2）上。
13.根据权利要求1至12之一所述的装置，其中加热室（HK1）包括至少一个第一反射器（6.1）和至少一个第二反射器（6.2），其中第一辐射器阵列（2.1）布置在第一反射器（6.1）与第一工艺层面（3.1）之间，并且第一反射器（6.1）被构造为反射第一辐射器阵列（2.1）的电磁辐射，并且其中第三辐射器阵列（2.3）布置在第二反射器（6.2）与第二工艺层面（3.2）之间，并且第二反射器（6.2）被构造为反射第三辐射器阵列（2.3）的电磁辐射。
14.根据权利要求1至13之一所述的装置，其中加热室（HK1）和/或冷却室（KK1）具有用于生成真空和/或气体气氛的设备，所述气体气氛优选地包含工艺气体或惰性气体。
15.一种用于对至少两个工艺层面（3.1,3.2）上的至少两个多层本体（4.1,4.2）进行连续热处理的方法，其中:
a.借助于辐射器阵列（2.1,2.2,2.3）将至少一个加热室（HK1）中的多层本体（4.1）和（4.2）以1℃/s至50℃/s的加热速度加热到350℃至800℃的温度，其中第一工艺层面（3.1）位于第一辐射器阵列（2.1）与第二辐射器阵列（2.2）之间，并且第二工艺层面（3.2）位于第二辐射器阵列（2.2）与第三辐射器阵列（2.3）之间，其中由第一辐射器阵列（2.1）以与第二辐射器阵列（2.2）不同的辐射强度照射第一工艺层面（3.1），和/或其中由第二辐射器阵列（2.2）以与第三辐射器阵列（2.3）不同的辐射强度照射第二工艺层面（3.2），以及
b.将至少一个冷却室（KK1）中的多层本体（4.1）和（4.2）以0℃/s至50℃/s的冷却速度冷却到10℃至350℃的温度。
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