CN104300039A - 利用加热装置制造太阳能电池的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种形成太阳能电池的方法和装置，该装置可包括具有位于沉积处理系统中的一个或多个加热元件的加热装置、从前面覆盖一个或多个加热元件的前盖以及位于背面且与前盖相配合来包围一个或多个加热元件的背部金属反射器。该方法可包括在基板装置的多个表面周围设置多个基板，其中，基板装置操作性地被连接以在真空舱内顺序地提供基板，在多个基板中的每一个的表面的上方形成吸收层，以及利用上述加热装置给多个基板中的每一个的表面加热。本发明还公开了使用加热装置制造太阳能电池的装置和方法。

Description

利用加热装置制造太阳能电池的装置和方法

技术领域

本发明总体上涉及太阳能光伏领域，更具体地涉及使用加热装置制造太阳能电池的装置和方法。

背景技术

铜铟镓二硒（CIGS）是薄膜太阳能电池中常用的吸收层。在实验室环境中，CIGS薄膜太阳能电池已取得很好的转换效率（＞20%）。通过共蒸法或硒化法即可实现大多数常用的CIGS沉积。共蒸法涉及同时蒸发铜、铟、镓和硒。四种元素的熔点不同使得在大的基板上控制形成化学计量化合物非常困难。此外，当使用共蒸法时，薄膜附着力非常差。硒化涉及一种两步骤的工艺。第一步，将铜、镓和铟前体溅射到基板上。第二步，在500摄氏度或高于500摄氏度的环境下，通过将前体和有毒的H2Se/H2S进行反应以发生硒化。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种形成太阳能电池的加热装置，包括：

一个或多个加热元件，位于沉积处理系统内；

前盖，从前面覆盖所述一个或多个加热元件；以及

背面金属反射器，位于背面且与所述前盖相配合来包围所述一个或多个加热元件。

在可选实施例中，所述沉积处理系统是旋转沉积处理系统。

在可选实施例中，所述沉积处理系统是直线型沉积处理系统。

在可选实施例中，所述沉积处理系统是垂直沉积处理系统。

在可选实施例中，所述加热元件是红外线加热元件、微波管加热元件或电阻加热元件。

在可选实施例中，所述背面金属反射器的形状为平坦形状、弧形形状或弯曲形状。

在可选实施例中，所述加热装置设置在所述沉积处理系统的相邻溅射阴极之间。

在可选实施例中，对于预定的周期，在所述加热装置的石英前盖的前方或上方逐一顺序地提供多个基板中的基板。

在可选实施例中，所述背面金属反射器由不锈钢板制成，所述前盖由石英、石墨、碳化硅、陶瓷或具有高导热性的任何材料中的一种制成。

在可选实施例中，所述背面金属反射器包括凹槽元件或增强聚集在被处理的基板或太阳能电池上的热辐射的可选形状的元件。

在可选实施例中，所述背面金属反射器由具有高反射率金属涂层的板制成。

在可选实施例中，所述高反射率金属涂层由金、铜或铝制成。

在可选实施例中，所述背面金属反射器包括凹槽元件。

在可选实施例中，所述加热装置位于限定所述沉积处理系统的真空舱的壳体内，并且所述沉积处理系统还包括至少一个第一溅射源和至少一个蒸发源，所述至少一个第一溅射源被配置为在多个基板中的每一个的至少部分表面上方沉积多个第一类型的吸收层原子，且所述至少一个蒸发源设置在所述真空舱的第一子舱内且被配置为在所述多个基板中的每一个的所述至少部分表面上方沉积多个第二类型的吸收层原子。

根据本发明的另一方面，还提供了一种形成太阳能电池的方法，包括:

在基板装置的多个表面周围设置多个基板，所述基板装置被操作性地连接以在真空舱内顺序地提供基板；

在所述多个基板中的每一个的表面上方形成吸收层；以及

用具有一个或多个加热元件的加热装置给所述多个基板中的每一个的所述表面加热，其中，所述一个或多个加热元件封装在从前面覆盖所述一个或多个加热元件的前盖和位于背面且与所述前盖相配合的背面金属反射器之间。

在可选实施例中，加热步骤包括：通过将形成所述一个或多个加热元件的红外线光源反射到所述背面金属反射器的被构造为朝向被处理的基板的表面聚集热辐射的成形表面来提供均匀的热辐射。

在可选实施例中，设置所述多个基板包括：旋转所述基板装置，以在所述真空舱内顺序地提供所述基板。

在可选实施例中，设置所述多个基板包括：所述基板装置的在所述真空舱内顺序地供给所述基板的直线型供给。

在可选实施例中，形成所述吸收层的步骤包括：使用第一溅射源在所述多个基板中的每一个的所述表面的至少部分上方沉积多个铜和镓原子；使用蒸发源在所述表面的至少部分上方沉积多个硒原子；使用第二溅射源在所述多个基板中的每一个的所述表面的至少部分的上方沉积多个铟原子；以及，将所述多个铜和镓原子、所述多个铟原子与所述多个硒原子进行反应以形成所述吸收层。

根据本发明的又一方面，还提供了一种形成太阳能电池的装置，包括：

壳体，限定沉积处理系统的真空舱；

加热装置，位于所述真空舱内，所述加热装置包括：

一个或多个加热元件；

前盖，从前面覆盖所述一个或多个加热元件；以及

背面金属反射器，位于背面且与所述前盖相配合来包围所述一个或多个加热元件。

附图说明

当结合所附的非限制性的示例性实施例参考下列详细说明时，对本领域的技术人员来说，本发明的各个方面是显而易见的。

图1是示出根据本发明实施例的太阳能电池形成装置的俯视图的示意图。

图2是根据一些实施例的用于形成太阳能电池的加热装置的分解图。

图3是示出根据一些实施例的包括加热装置的太阳能电池形成装置实例的俯视图的示意图。

图4是根据一些实施例的示出与旋转处理系统一起用于太阳能形成装置的加热装置的俯视或侧视图的示意图。

图5是示出根据本发明实施例的与直线型处理系统一起用于太阳能形成装置的加热装置的俯视或侧视图的示意图。

图6是示出根据一些实施例的用于太阳能形成装置的具有凹槽的背面金属反射板的侧视图的示意图。

图7是示出根据一些实施例的用于太阳能形成装置的具有凹槽的背面金属反射板和反射金属涂层的侧视图的示意图。

图8是示出图7中实例的侧视图且根据一些实施例进一步包括朝向基板（未示出）的红外线加热源和反射热模式的示意图。

图9是示出根据一些实施例的平坦背面金属反射板实例的侧视图以及红外线加热源和如图所示的以一种模式分布的反射热模式的示意图。

图10是示出根据本发明实施例的形成太阳能电池的方法流程图。

具体实施方式

参考附图，其中为便于理解附图使用相同的标识标示相同的元件，描述了太阳能电池或多栅极半导体器件及其形成方法的不同实施例。附图未按比例绘制。

下列描述用作代表性实例的教导。可对本文描述的实施例进行多种更改而仍获得有益效果。以下描述的一些理想的有益效果可通过选择本文描述的一些部件或步骤来实现，而不需使用其它部件或步骤。因此，多处修改和修正以及本文描述的部件和步骤的子集是可能的并且在某些环境下甚至是最理想的。因此，下面描述用作说明目的，但不限制本发明。

对于示例性实施例的描述旨在结合附图进行阅读，附图被认为是整个书面描述的一部分。在本文公开的实施例的描述中，任何引用的方向或定位旨在便于描述并且不用于以任何方式限定本发明的范围。相对关系术语，诸如“下面的”、“上面的”、“水平的”、“垂直的”、“在…上面”、“在…下面”、“上”、“下”、“顶部”和“底部”以及其派生词（例如，“水平地”、“向下地”和“向上地”等）与随后所描述的或在论述过程中附图中所示出的方向相关。这些相对关系术语旨在更容易地描述，并不要求装置按此特定的方向装配或操作。除非另有明确说明，否则这些涉及了“附接”、“附着”、“连接”、“互连”等术语涉及的是彼此直接固定或连接或通过中间结构间接地固定或连接的关系，以及两者均可移动或均不可移动的连接或关系。另外，本文使用的用于描述结构/组件之间的关系的术语“附近的”既包括所参考的相应结构/组件之间为直接接触，也包括在相应结构/组件之间存在其它中间结构/组件。

除非明确做出了其它表述，否则本文所使用的单数冠词，如，“一个”和“所述”不旨在排除对象的复数。

图1是示出根据本发明实施例的太阳能电池形成装置100的俯视图的示意图。如图所示，太阳能电池形成装置100包括限定真空舱的壳体105。在不同的实施例中，壳体105可能成形为多边形。例如，如示出的实施例所示，壳体105可以是八边形。在不同的实施例中，壳体105具有构造在真空舱的一个或多个侧边上的一个或多个可拆卸门。壳体105可由用于鼓式涂布机壳体的不锈钢或其它金属和合金构成。例如，壳体105可限定单个真空舱，该单个真空舱的高度为大约2.4m（2.3m到2.5m之间）、长度和宽度分别为大约9.8m（9.7m到9.9m之间）。

在一些实施例中，太阳能形成装置100包括旋转基板装置120，其被配置为将多个基板130保持在多个表面122上，其中，多个表面122中的每个被设置为朝向真空舱的内表面。在一些实施例中，多个基板130中的每个均包括合适的材料，如玻璃。在其它实施例中，多个基板130中的一个或多个包括柔性材料。在一些实施例中，柔性材料包括不锈钢。在其它实施例中，柔性材料包括塑料。在不同的实施例中，旋转基板装置120成形为多边形。例如，在示出的实施例中，多个基板130保持在大致为八边形的旋转基板装置120中的多个表面122上。在其它实施例中，例如，基板装置120可以是矩形。旋转基板装置120可以是任何合适的形状。可选择地，其它实施例可以是直线型布置而不是旋转布置，进一步的描述参见图5。

如图1所示，基板装置120可绕真空舱的轴线旋转。图1示出了旋转基板装置120的旋转的顺时针方向。在一些实施例中，基板装置120配置为逆时针旋转。在各种实施例中，旋转基板装置120操作性地连接至驱动轴、马达或驱动从真空舱的一个面旋转的其它机构。在一些实施例中，基板装置120以例如介于大约5到100RPM之间（例如，3到105RPM之间）的速度进行旋转。在各种实施例中，选择旋转基板装置120的旋转速度，以使多个基板130上的吸收组件的过量沉积最小化。在一些实施例中，基板装置以大约80RPM（例如，75-85RPM）的速度进行旋转。在一些实施例中，装置100包括设置在真空舱内且连接到真空舱的第一表面的旋转鼓110。如图1所示，旋转鼓110可设置在真空舱内。在示出的实施例中，旋转鼓110操作性地连接至基板装置120。如图所示，旋转鼓110的形状与基板120的形状大致共形。但是，旋转鼓可具有任何合适的形状。

在不同的实施例中，装置100包括第一溅射源135，该第一溅射源135被配置为在每个基板130的至少部分表面上方沉积多个第一类型的吸收层原子。如示出的实施例所示，第一溅射源135可设置在基板装置120和壳体之间的真空舱内。第一溅射源135可连接至真空舱的一个表面。第一溅射源135可以是例如磁控管、离子束源、RF生成器，或者被配置为在每个基板130的至少部分表面上方沉积多个第一类型的吸收层原子的任何合适的溅射源。在一些实施例中，第一溅射源135包括多个溅射靶137中的至少一个。第一溅射源135可利用溅射气体。在一些实施例中，利用氩气进行溅射。其它可能的溅射气体包括氪、氙、氖和类似的惰性气体。

如图1所示，装置100可包括第一溅射源135和第二溅射源135，其中，第一溅射源135设置在真空舱内且被配置为在每个基板130的至少部分表面上方沉积多个第一类型的吸收层原子，而第二溅射源135设置在真空舱内且和第一溅射源135相对，并被配置为在每个基板130的至少部分表面上方沉积多个第二类型的吸收层原子。在其它实施例中，第一溅射源135和第二溅射源135相互邻近地设置在真空舱内。在一些实施例中，第一和第二溅射源135均可包括多个溅射靶137中的至少一个。

在不同的实施例中，第一溅射源135被配置为在每个基板130的至少部分表面上方沉积多个第一类型（如，铜（Cu））的吸收层原子，而第二溅射源135被配置为在每个基板130的至少部分表面上方沉积多个第二类型（如，铟（In））的吸收层原子。在一些实施例中，第一溅射源135被配置为在多个基板130的每一个的至少部分表面上方沉积多个第一类型（如，铜（Cu））和第三类型（如，镓（Ga））的吸收层原子。在一些实施例中，第一溅射源135包括一个或多个铜-镓溅射靶137，而第二溅射源135包括一个或多个铟溅射靶137。例如，第一溅射源135可包括两个铜-镓溅射靶，而第二溅射源135可包括两个铟溅射靶。在一些实施例中，铜-镓溅射靶137包括含大约70-80%（如，69.5-80.5%）的铜和大约20-30%（如，19.5-30.5%）的镓的材料。在不同的实施例中，为了将溅射组分分级，太阳能电池形成装置100具有第一铜-镓浓度比的第一铜-镓溅射靶137和具有第二铜-镓浓度比的第二铜-镓溅射靶137。例如，第一铜-镓溅射靶可包括含65%的铜和35%的镓的材料，以将单层沉积控制在第一梯度镓浓度，而第二铜-镓溅射靶可包括含85%的铜和15%的镓的材料，以将单层沉积控制在第二梯度镓浓度。多个溅射靶137可以是任何合适的尺寸。例如，多个溅射靶137的宽度和高度分别为大约15cm（如，14-16cm之间）和1.9m（如，1.8-2.0m之间）。

在一些实施例中，被配置为在每个基板130的至少部分表面上方沉积多个铟吸收层原子的溅射源135可掺杂有钠（Na）。例如，溅射源135的铟溅射靶137可掺杂有钠（Na）元素。掺杂钠的铟溅射靶137可最小化在太阳能电池中沉积碱-硅酸盐层的需求。由于钠被直接引入吸收层，所以这种改进能降低太阳能电池的制造成本。在一些实施例中，溅射源135是钠掺杂的铜源，其中，钠掺杂量为大约2-10%（如，1.95-10.1%的钠）。在不同的实施例中，铟溅射源135可掺杂其它碱元素，如钾。在其它实施例中，装置100可包括多个铜-镓溅射源135和多个钠掺杂的铟溅射源135。例如，为了将溅射组分分级，太阳能电池形成装置可具有铜-镓含量比为65:35的溅射源135和铜-镓含量比为85:15的溅射源135。

在不同的实施例中，装置100包括蒸发源140，其被配置为在每个基板130的至少部分表面上方沉积多个第四类型的吸收层原子。在不同的实施例中，第四类型是无毒性的元素硒。第四类型可包括任何合适的蒸发源材料。在一些实施例中，蒸发源140被配置为产生第四类型的蒸发源材料的蒸汽。在不同的实施例中，蒸汽可凝结在一个或多个基板130上。例如，蒸发源140可以是蒸发皿、坩埚、灯丝线圈、电子束蒸发源、或任何合适的蒸发源140。在一些实施例中，蒸发源140设置在真空舱110的第一子舱内。在不同的实施例中，可在第四种类型的蒸发源材料的蒸汽在基板上方凝结之前通过例如使用离子放电器的方法将其离子化，以增强反应性。在示出的实施例中，第一和第二溅射源135设置在真空舱的相对侧且围绕真空舱的外围与蒸发源140的距离大致相等。

在不同的实施例中，装置100包括被配置为将蒸发源140和第一溅射源135隔离开的第一隔离源。第一隔离源被配置为防止来自蒸发源140的第四类型材料污染第一溅射源135。在示出的实施例中，第一隔离源是隔离泵152，如，真空泵。在其它实施例中，装置100可包括多个隔离泵152。在不同的实施例中，隔离源可包括隔离泵152和隔离子舱（未示出）的组合。

在一些实施例中，第一隔离泵可包括设置在真空舱的第一子舱内的真空泵152，以保持第一子舱内的压力低于第一子舱外部的真空舱内的压力。例如，第一隔离泵152可设置在真空舱的容纳蒸发源140的第一子舱内，以保持第一子舱内的压力低于第一子舱外部的真空舱内的压力并将蒸发源140和第一溅射源隔离开。在不同的实施例中，隔离源152可以是排出源（evacuation source）152，如，真空泵152，其被配置为将来自真空舱的原子排出以防止污染溅射源135。例如，隔离源152可以是设置在真空舱的容纳蒸发源140的第一子舱内的真空泵152，其被配置为排出蒸发源材料原子以防止污染溅射源135。在不同的实施例中，隔离源152可以是沿真空舱的周界表面设置的真空泵，其被配置为排出真空舱的原子（如，蒸发源材料原子），以防止污染溅射源135。

在包括多个溅射源135和/或多个蒸发源140的实施例中，装置100可包括多个隔离源，以将蒸发源的每一个和溅射源135的每一个隔离开。例如，在第一和第二溅射源135设置在真空舱的相对侧并且蒸发源140在真空舱的周界表面上设置于第一和第二溅射源135之间的实施例中，装置100可包括设置在第一溅射源135与蒸发源140之间的第一隔离泵152以及设置在第二溅射源135与蒸发源140之间的第二隔离泵152。在示出的实施例中，装置100包括设置在蒸发源140和两个溅射源135中的一个之间的隔离泵152。

太阳能电池形成装置100可包括一个或多个加热器117，以加热设置在旋转基板装置120的多个表面122上的多个基板130。在示出的实施例中，多个加热器117设置在加热装置115中，以给多个基板加热。如图1所示，加热装置115的形状可与基板装置120的形状基本共形。在示出的实施例中，多个加热器117以大致为八边形的形状布置在加热装置115中。但是，加热装置115可具有任何合适的形状。在不同的实施例中，加热装置115设置为保持离基板装置120的周界大致相同的距离。在示出的实施例中，加热装置115绕旋转基板装置120的内表面设置。在一些实施例中，加热装置115可绕旋转鼓110的内表面设置。加热装置115的电源可延伸穿过旋转鼓110的表面。在不同的实施例中，基板装置120可绕加热装置115旋转。在一些实施例中，加热装置115绕旋转鼓110的外表面设置。在一些实施例中，加热装置115可连接至真空舱的表面。加热装置115可以旋转。在其它实施例中，将加热装置115配置为不旋转。一个或多个加热器117可包括但不限于，红外线加热器、卤素灯泡加热器、电阻加热器、微波管加热器、或在沉积过程中用于给基板130加热的任何合适的加热器。在一些实施例中，加热装置115可将基板加热到大约300到550摄氏度之间（如，295到555摄氏度之间）的温度。

如图1所示，装置100可包括绕蒸发源140设置的隔离挡板170。隔离挡板170可被配置为将蒸发源材料的蒸汽导向多个基板130的表面的特定部分。隔离挡板170可被配置为将蒸发源材料的蒸汽导向远离溅射源135。装置100可包括除了一个或多个隔离源之外的隔离挡板170以最小化蒸发源材料122对一个或多个溅射源135的污染。隔离挡板170可由诸如不锈钢或其它类似的金属和金属合金的材料构成。在一些实施例中，隔离挡板170为一次性使用的。在其它实施例中，隔离挡板170是可清洁的。

在一些实施例中，装置100可包括一个或多个原位监控器件160，以监控诸如温度、舱压、薄膜厚度的工艺参数或任何合适的工艺参数。在不同的实施例中，装置100可包括负载锁定舱182和/或无负载锁定舱184。在本发明的实施例中，装置100可包括缓冲子舱155（如，缓冲层沉积子舱），与真空破除器一起原位配置在装置100内。在一些实施例中，和真空破除器一起原位配置在装置100内的缓冲层沉积子舱155包括具有一个或多个溅射靶（未示出）的溅射源（未示出）。在不同的实施例中，装置100包括设置在真空舱的子舱内的溅射源（未示出），其被配置为在基板装置120中的每个基板130的表面上方沉积缓冲层。在不同的实施例中，装置100包括隔离源，以将缓冲层溅射源与蒸发源和/或吸收单层溅射源隔离开。缓冲层材料可包括诸如无毒的ZnS-O或CdS。

图1的装置100也可用于形成具有不同吸收膜的太阳能电池，例如，铜-锌-锡-硫-硒（CZTSS）吸收膜。在一些实施例中，通过进一步提供锡、铜、锌或铜/锌靶作为靶137，在装置100中形成多个CZTSS吸收层。蒸发源140可使用硫、硒或共同使用硫和硒作为源材料。此外，可使用其它蒸发源140分别提供硒和硫源材料。

图2是用于形成太阳能电池的加热器或加热器模块或加热装置117的分解立体图。在一个实施例中，加热装置117包括用于沉积处理系统中的一个或多个加热元件204、从前面覆盖一个或多个加热元件204的前盖206以及位于背面且与前盖206配合来封装加热装置117内的一个或多个加热元件204的背面金属反射器202。前盖206可由石英、石墨、碳化硅、陶瓷材料或具有高导热性的任何一种材料构成。沉积处理系统可以是例如旋转沉积处理系统、直线型沉积处理系统或垂直沉积处理系统的系统。加热元件204可以是红外线加热元件，但是也可将其它加热元件用于上述提及的实施例的构思中。背面金属反射器可以是平坦形状的、弧形形状的或弯曲形状的，以便更好地与沉积处理系统的形状共形。背面金属反射器也可包括不同形状的元件，如，凹槽、浅凹或能够增强在经沉积处理系统处理的基板表面上聚集热辐射的任何其它形状。

参见图3，沉积处理系统300可包括鼓306，其携带多个基板302以暴露于沉积处理系统300中的不同处理步骤。每个基板302可暴露于溅射器件308和309以及加热装置317。该加热装置317可设置在沉积处理系统的相邻溅射阴极308和309之间。加热装置317可包括不锈钢板或一些其它形式的背面金属反射器310，其中，背面金属反射器310可进一步涂覆有高反射金属涂层312（如，金、铝或铜）。诸如红外线加热元件的多个加热元件314被装入或包入背面金属反射器310和前盖(如石英前盖316)之间。系统300可进一步包括将硒应用于区域305内的硒源304。前盖316能够保护加热元件314免受硒或其它处理元件的污染，同时，仍能保证充足的热传导性以加热被处理的基板。

对于一个预定周期，多个基板中的基板每个顺序地提供到加热装置的石英前盖之前或之上。背面金属反射器可由平的不锈钢板或带有凹槽的反射金属板或能增强对被处理的基板聚集热辐射的其它形状的板构成。可选地，背面金属反射器包括具有高反射率的金属涂层312的板。高反射率金属涂层312可由金、铜、铝或它们的组合制成。当然，也可选择性地使用其它高反射率金属或材料。背面金属反射器也可选择性地包括被涂覆有高反射率涂层的成形元件，如凹槽。

在一个实施例中，加热装置117或317位于限定沉积处理系统100或300的真空舱的壳体内，其中，沉积处理系统进一步包括至少一个第一溅射源（308或309），被配置为在多个基板（302）的每一个的至少部分表面上方沉积多个第一类型的吸收层原子；以及至少一个蒸发源，设置在真空舱的第一子舱内且被配置为在多个基板的每一个的至少部分表面上方沉积多个第二类型的吸收层原子。

图4示出了具有位于背面金属反射器311和前盖（如石英盖）316之间的加热元件314的加热装置317的代表示例。加热元件317构成沉积处理系统400的一部分，其中，沉积处理系统400以旋转方式将基板302呈现或提供给加热装置317。类似地，图5的沉积处理系统500包括具有位于背面金属反射器311和石英盖316之间的加热元件314的加热装置317。加热元件317构成沉积处理系统500的一部分，其中，沉积处理系统500以直线型方式将基板302输送或提供给加热装置317。

参见图6的代表示例600，背面金属反射器602可包括成形元件，如所示的凹槽604。背面金属反射器602可由诸如不锈钢的材料形成。背面金属反射器可由其它可选的金属形成，并且也可包括对被处理的基板聚集热辐射的其它可选成形元件。参见图7的代表示例700，背面金属反射器602可进一步包括可由诸如金、铜或铝构成的高反射金属层702。高反射金属层702也可位于凹槽604上方。参见图8，代表示例800可进一步包括布置在反射金属层702和凹槽604上方的红外线加热源802。凹槽604允许热反射804的发生，其中，热反射804将热量导向和集中到基板（未示出）或可直接位于背面金属反射器602上方的基板表面。图9的代表示例900示出了平坦金属反射器902可具有热反射904，该热反射904易于分散且不能被有效地聚集或导向到处理中的基板。但是，平坦的反射器表面也属于本文的实施例的构思。

图10是示出根据本发明实施例的形成太阳能电池的方法100的流程图。方法开始于框1002，在基板装置的多个表面周围设置多个基板，其中，基板装置被操作性地连接以在真空舱内顺序提供基板。在1004中，在多个基板的每一个的表面上方形成吸收层。方法进行至1006，即，用具有一个或多个加热元件的加热装置加热多个基板中的每一个的表面，其中，所述一个或多个加热元件封装在从前面覆盖其的前盖（如，石英前盖）和在背面与石英盖相配合的背面金属反射器之间。在1008中，该方法可通过将构成一个或多个加热元件的红外线光源反射到成形表面（如，背面金属反射器的凹槽表面）来提供均匀的热辐射。在一个实施例中，在1010中的设置可包括旋转基板装置以在真空舱内顺序地提供基板；在另一个实施例中，在1012中的设置可选择性地包括基板装置的在真空舱内顺序地提供基板的直线型地供给。在另一个实施例中，形成吸收层可包括1014中的步骤，即，使用第一溅射源在多个基板中的每一个的至少部分表面上方沉积多个铜和镓原子，使用蒸发源在至少部分表面上方形成多个硒原子，使用第二溅射源在多个基板的每一个的至少部分表面上方沉积多个铟原子，以及将多个铜、镓和铟原子与多个硒原子进行反应，以形成吸收层。

在不同的实施例中并且再次参见图1，形成吸收层可包括使用第一溅射源（如，135）在多个基板130中的每一个的至少部分表面122上方沉积多个铜和镓原子。使用蒸发源（如，140）在多个基板130中的每一个的至少部分表面122上方沉积多个硒原子。使用第二溅射源（如，135）在多个基板130中的每一个的至少部分表面122上方沉积多个铟原子。将多个铜、镓和铟原子与多个硒原子反应以形成吸收单层。

在一些实施例中，使用第一溅射源（如，135）在多个基板130中的每一个的表面122的至少部分上方沉积多个铜和镓原子。然后，使用第二溅射源（如，135）在多个基板130中的每一个的表面122的至少部分上方沉积多个铟原子。使用蒸发源（如，140）在多个基板130的每个基板的表面122的至少部分上方沉积多个硒原子。在块838，将多个铜、镓和铟原子与多个硒原子反应以形成吸收单层。

调节溅射源（如，第一和/或第二溅射源135）的电源可控制溅射速率和沉积在基板130上方的所溅射的铜、镓和/或铟原子的浓度。类似地，调整蒸发源140的电源可控制蒸发速率和沉积在基板130上方的蒸发的硒原子的浓度。基板装置120的旋转速度和/或方向也能影响所溅射的铜、镓和/或铟原子的速率和数量以及沉积在基板130上方的蒸发的硒原子的数量。如上所述，选择一个或多个溅射源（如，135）中的一个或多个铜-镓溅射靶（如，137）中的铜-镓浓度可将所溅射的铜和镓原子的浓度控制到期望的梯度浓度。在不同的实施例中，控制每个溅射源和每个蒸发源的电源、每个溅射源的溅射速率和每个蒸发源的蒸发速率中的一个或多个，以形成吸收单层的预定组分。在不同的实施例中，形成的吸收单层的组分包括20-24%的铜、4-14%的镓、10-24%的铟和49-53%的硒。在一些实施例中，组分是23%的铜、9%的镓、17%的铟和51%的硒。通过使用本文描述的形成吸收单层的方法和装置，可提高形成具有预定组分的吸收单层的效率和精度。

在不同的实施例中，使用设置在蒸发源140与第一溅射源135之间的第一隔离泵（如，152）和设置在蒸发源140与第二溅射源135之间的第二隔离泵（152）从真空舱中排出多个硒原子。在不同的实施例中，使用设置在真空舱的子舱（如，155）内的第三溅射源（如，135）在每个基板的吸收层上方沉积缓冲层。在其它的实施例中，吸收单层可包括其它半导体化合物的元素，这些元素包括但不限于，ClSe、CGSe、CIS、CGS、CIGSe、CIGSeS、CZTS或任何合适的化合物，以形成太阳能电池的吸收层。

通过整篇描述和附图，给出了参见具体配置的示例性实施例。本领域的技术人员应该理解，能够以其它具体形成实施本发明。本领域的技术人员无需过度实验就能实践这样的其它实施例。对本专利文件的目的来说，本发明的范围不局限于前述的具体实施例或可选的实施例。

如图1至图10的不同配置和实施例所示，描述了不同的改良的CIGS膜，但是实施例不限于这些CIGS膜。

根据一些实施例，加热装置117包括使用于沉积处理系统的一个或多个加热元件204、从前面覆盖一个或多个加热元件204的前盖以及在背面与前盖206相配合并包围加热装置117中的一个或多个加热元件204的背面金属反射器202。由前盖206和背面金属反射器202形成的壳体可以是密封的，但是不必在所有的实施例中都是密封的。沉积处理系统可以是诸如旋转沉积处理系统或直线型沉积处理系统或垂直沉积处理系统的系统。加热元件204可以是红外线加热元件，但是，在本文的实施例构思中也可使用其它加热元件。背面金属反射器可以是平坦形状的、弧形形状的或弯曲形状的，以便更好地与沉积处理系统的形状共形。

根据不同的实施例，提供了形成太阳能电池的方法。该方法包括根据本发明的实施例形成太阳能电池。该方法开始于框1002，在基板装置的多个表面周围设置多个基板，其中，基板装置被操作性地连接以在真空舱内顺序地提供基板。在1004中，在多个基板中的每一个的表面上方形成吸收层。该方法进行至1006，用具有一个或多个加热元件的加热装置给每个基板的表面加热，其中，一个或多个加热元件装在从前面覆盖一个或多个加热元件的前盖和在背面与前盖相配合的背面金属反射器之间。在1008，该方法可通过将构成一个或多个加热元件的红外线光源反射到背面金属反射器的凹槽表面来提供均匀的热辐射。在一个实施例中，在1010的设置可包括旋转基板装置以在真空舱内顺序地提供基板，在另一个实施例中，在1012的设置可包括基板装置的在真空舱内顺序地提供基板的直线型供给。在另一个实施例中，形成吸收层可包括1014的步骤，使用第一溅射源在每个基板的表面的至少部分上方沉积多个铜和镓原子，使用蒸发源在所述表面的至少部分上方沉积多个硒原子，使用第二溅射源在每个基板的表面的至少部分上方沉积多个铟原子，以及将多个铜、镓和铟原子与多个硒原子进行反应，以形成吸收层。

根据一些实施例，形成太阳能电池的装置包括限定沉积处理系统的真空舱的壳体以及真空舱内的加热装置。加热装置可包括一个或多个加热元件、从前面覆盖一个或多个加热元件的前盖以及从背面与前盖相配合且包围一个或多个加热元件的背面金属反射器。

在一些实施例中，形成太阳能电池的加热装置包括位于沉积处理系统中的一个或多个加热元件、从前面覆盖一个或多个加热元件的前盖、以及位于背面且与前盖相配合来包围一个或多个加热元件的背面金属反射器。在一些实施例中，沉积处理系统是旋转沉积处理系统、直线型沉积处理系统或垂直沉积处理系统。在一些实施例中，加热元件是红外线加热元件、微波管加热元件或电阻加热元件中的一种。

在一些实施例中，背面金属反射器是平坦的、弧形的或弯曲的。在一些实施例中，背面金属反射器由不锈钢板构成，且前盖由石英、石墨、碳化硅、陶瓷或具有高导热性的任何材料构成。在一些实施例中，背面金属反射器由具有高反射率的金属涂层构成。在一些实施例中，高反射率的金属涂层由金、铜或铝中的一种构成。在一些实施例中，背面金属反射器包括凹槽元件或能提高聚集在处理的基板或太阳能电池的热辐射的可选形状的元件。在一些实施例中，加热装置设置在沉积处理系统的相邻溅射阴极之间。在一些实施例中，加热装置位于限定沉积处理系统的真空舱的壳体内，其中，沉积处理系统进一步包括至少一个第一溅射源和至少一个蒸发源，其中，至少一个第一溅射源被配置为在每个基板的表面的至少部分上方沉积多个第一类型的吸收层原子，且至少一个蒸发源设置在真空舱的子舱内且被配置为在每个基板的表面的至少部分上方沉积多个第二类型的吸收层原子。在一些实施例中，对于预定的周期，多个基板中的基板逐一顺序地提供在加热装置的石英前盖的前方或上方。

在一些实施例中，形成太阳能电池的方法包括：在基板装置的多个表面周围设置多个基板，其中，基板装置被操作性地连接以在真空舱内顺序地提供基板；在每个基板的表面上方形成吸收层；以及使用具有一个或多个加热元件的加热装置给每个基板的表面加热，其中，一个或多个加热元件被装在从前面覆盖一个或多个加热元件的前盖和从背面与前盖相配合的背面金属反射器之间。在一些实施例中，加热步骤包括通过将形成一个或多个加热元件的红外线光源反射到背面金属反射器的成形表面来提供均匀的热辐射，从而向被处理的基板的表面聚集热辐射。在一些实施例中，设置步骤包括旋转基板装置以在真空舱内顺序地提供基板。在一些实施例中，设置步骤包括基板装置的在真空舱内顺序地供给基板的直线型供给。在一些实施例中，形成吸收层的步骤包括使用第一溅射源在每个基板的表面的至少部分上方沉积多个铜和镓原子，使用蒸发源在所述表面的至少部分上方沉积多个硒原子，使用第二溅射源在每个基板的表面的至少部分上方沉积多个铟原子，以及将多个铜、镓和铟原子与多个硒原子进行反应以形成吸收层。

虽然已经描述了不同的实施例，但是，本领域的技术人员应该理解，所描述的实施例只是示例性的，并且，通过精读，主题类型的范围要和自然发生的等同物、变化和修改的整个范围相一致。

此外，上述实施例只是示例性的且不用于限制所附权利要求所限定的本发明的范围。在不违背本发明的精神和范围的情况下，本主题类型的方法可进行不同的修改和变化。因此，本领域的技术人员对其所做的变化和修改包括在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种形成太阳能电池的加热装置，包括：

一个或多个加热元件，位于沉积处理系统内；

前盖，从前面覆盖所述一个或多个加热元件；以及

背面金属反射器，位于背面且与所述前盖相配合来包围所述一个或多个加热元件。

2.根据权利要求1所述的加热装置，其中，所述沉积处理系统是旋转沉积处理系统。

3.根据权利要求1所述的加热装置，其中，所述沉积处理系统是直线型沉积处理系统。

4.根据权利要求1所述的加热装置，其中，所述沉积处理系统是垂直沉积处理系统。

5.一种形成太阳能电池的方法，包括:

在基板装置的多个表面周围设置多个基板，所述基板装置被操作性地连接以在真空舱内顺序地提供基板；

在所述多个基板中的每一个的表面上方形成吸收层；以及

用具有一个或多个加热元件的加热装置给所述多个基板中的每一个的所述表面加热，其中，所述一个或多个加热元件封装在从前面覆盖所述一个或多个加热元件的前盖和位于背面且与所述前盖相配合的背面金属反射器之间。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，加热步骤包括：通过将形成所述一个或多个加热元件的红外线光源反射到所述背面金属反射器的被构造为朝向被处理的基板的表面聚集热辐射的成形表面来提供均匀的热辐射。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，设置所述多个基板包括：旋转所述基板装置，以在所述真空舱内顺序地提供所述基板。

8.根据权利要求5所述的方法，其中，设置所述多个基板包括：所述基板装置的在所述真空舱内顺序地供给所述基板的直线型供给。

9.根据权利要求5所述的方法，其中，形成所述吸收层的步骤包括：

使用第一溅射源在所述多个基板中的每一个的所述表面的至少部分上方沉积多个铜和镓原子；

使用蒸发源在所述表面的至少部分上方沉积多个硒原子；

使用第二溅射源在所述多个基板中的每一个的所述表面的至少部分的上方沉积多个铟原子；以及

将所述多个铜和镓原子、所述多个铟原子与所述多个硒原子进行反应以形成所述吸收层。

10.一种形成太阳能电池的装置，包括：

壳体，限定沉积处理系统的真空舱；

加热装置，位于所述真空舱内，所述加热装置包括：

一个或多个加热元件；

前盖，从前面覆盖所述一个或多个加热元件；以及

背面金属反射器，位于背面且与所述前盖相配合来包围所述一个或多个加热元件。