DE102009012200A1 - Thermal conversion of metallic precursor layer into semiconductor layer in thin layer solar cell, involves introducing chalcogen vapor/carrier gas mixture on substrate having precursor layer, heating, converting and cooling - Google Patents

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Abstract

An inlet and outlet side gas lock (4.1,4.2,4.3,4.4) for oxygen-tight closure of a furnace chamber (1) is formed. One or more substrates (6) prepared with at least one metallic precursor layer (7) are introduced into chamber. A chalcogen vapor/carrier gas mixture (10) is introduced on substrate. The substrate is heated in chalcogen vapor/carrier gas atmosphere to a final temperature and precursor layers are converted into semiconducting layers. The gas mixture not consumed in the reaction is removed, substrate is cooled and substrate is removed from chamber. An inlet and outlet side gas lock for oxygen-tight closure of a furnace chamber is formed. One or more substrates prepared with at least one metallic precursor layer are introduced into chamber. A chalcogen vapor/carrier gas mixture is introduced on substrate, and mixture is uniformly distributed along width of substrate. The substrate is heated in chalcogen vapor/carrier gas atmosphere to a final temperature and precursor layers are converted into semiconducting layers. The gas mixture not consumed in the reaction is removed, substrate is cooled and substrate is removed from chamber. An independent claim is included for device for thermal conversion of metallic precursor layer.

Description

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Umsetzung metallischer Precursorschichten auf flachen Substraten in halbleitende Schichten.at The present invention is a method and a device for the thermal conversion of metallic precursor layers on flat substrates in semiconducting layers.

Für eine preiswerte und möglichst umweltfreundliche Energieerzeugung durch Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie wird eine Herstellung von hocheffizienten Solarzellen bei möglichst geringem Material- und Energieeinsatz benötigt. Viel versprechend sind hier Dünnschichtsolarzellen, insbesondere Solarzellen auf der Basis von Verbindungshalbleitern wie zum Beispiel Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS).For a cheap and environmentally friendly energy production By converting sunlight into electrical energy becomes one Production of highly efficient solar cells if possible low material and energy consumption needed. Promising here are thin-film solar cells, in particular solar cells based on compound semiconductors such as copper-indium-gallium-selenide (CIGS).

Die Herstellung von halbleitenden Schichten erfolgt in einen mehrstufigen Prozess. Die metallischen Precursorschichten können Kupfer (Cu), Gallium (Ga) und Indium (In) enthalten, die mit bekannten Technologien, wie zum Beispiel Sputtern, auf das Substrat, welches ein Glassubstrat mit einer Molybdänschicht (Mo) sein kann, aufgebracht werden können. In einem zweiten Schritt werden in einem Temperprozess die metallischen Precursorschichten in einer chalkogenhaltigen Atmosphäre, vorzugsweise bestehend aus Selen und/oder Schwefel, in halbleitende Schichten, vorzugsweise in eine CuInGaSe(CIGS)-Schicht, umgewandelt. Die Chalkogene nehmen bei Raumtemperatur, also um ca. 20°C, einen festen Aggregatzustand ein.The Production of semiconducting layers takes place in a multi-stage Process. The metallic precursor layers can be copper (Cu), gallium (Ga) and indium (In), which are such as sputtering, onto the substrate, which is a glass substrate with a molybdenum layer (Mo) may be applied can. In a second step will be in a tempering process the metallic precursor layers in a chalcogen-containing atmosphere, preferably consisting of selenium and / or sulfur, in semiconducting Layers, preferably in a CuInGaSe (CIGS) layer, converted. The chalcogenes increase at room temperature, ie around 20 ° C, a solid state of aggregation.

Derartige mit einer halbleitenden Schicht präparierten Substrate können dann zu Solarmodulen weiter verarbeitet werden. Wesentlich für einen guten Wirkungsgrad ist die möglichst vollständige Umsetzung der metallischen Precursorschichten in eine halbleitende Schicht mit gleicher Schichtdicke über die Fläche des Substrats hinweg.such Substrates prepared with a semiconductive layer can then be further processed to solar modules. Essential for a good efficiency is the possible complete implementation of the metallic precursor layers into a semiconductive layer with the same layer thickness the area of the substrate.

Nach dem Stand der Technik sind Verfahren zur thermischen Umsetzung dieser präparierten Precursorschichten in halbleitende Schichten bekannt geworden, die im Vakuum ablaufen. Das Problem bei den Vakuumprozessen ist die lange Umsetzungszeit, auch Prozesszeit genannt. Dies führt bei der industriellen Umsetzung zu Problemen, weil lange Prozesszeiten stets mit niedriger Produktivität einhergehen. Eine Lösung wäre einerseits der Einsatz vieler Maschinen gleichzeitig, was jedoch hohe Investitionskosten bedeuten würde, oder andererseits aber die Beschleunigung der Prozesse. Hierfür bietet der Stand der Technik jedoch keine Hinweise.To the prior art are methods for the thermal conversion of these prepared precursor layers in semiconducting layers become known, which take place in a vacuum. The problem with the vacuum processes is the long conversion time, also called process time. this leads to in industrial implementation problems, because long process times always accompanied by low productivity. A solution On the one hand, the use of many machines would be simultaneous, which would mean high investment costs, or on the other hand, the acceleration of the processes. Therefor However, the prior art provides no evidence.

Weiterhin sind nach dem Stand der Technik Verfahren zur thermischen Umsetzung dieser präparierten Precursorschichten in halbleitende Schichten bekannt geworden, die unter atmosphärischen Bedingungen und unter Zufuhr von Wasserstoff enthaltenden Gasen, zum Beispiel Selenwasserstoff, ablaufen ( EP 0 318 315 A2 ). Die Verwendung von toxischen Gasen wie zum Beispiel Selenwasserstoff ist allerdings problematisch.Furthermore, the prior art has disclosed processes for the thermal conversion of these prepared precursor layers into semiconducting layers which proceed under atmospheric conditions and with the supply of hydrogen-containing gases, for example hydrogen selenide ( EP 0 318 315 A2 ). However, the use of toxic gases such as hydrogen selenide is problematic.

Aus EP 0 662 247 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Chalkopyrit-Halbleiters auf einem Substrat bekannt geworden, bei dem das mit Metallen, wie Kupfer, Indium oder Gallium, präparierte Substrat in einem inerten Prozessgas auf eine Endtemperatur von mindestens 350°C mit einer Aufheizrate von zumindest 10°C/Sekunde aufgeheizt wird. Die Endtemperatur wird für eine Zeitspanne von 10 Sekunden bis 1 Stunde aufrechterhalten, in der das Substrat Schwefel oder Selen als Komponente im Überschuss gegenüber den Komponenten Kupfer, Indium oder Gallium ausgesetzt wird. Dazu befindet sich über dem Schichtaufbau auf dem Substrat eine Abdeckung im Abstand von weniger als 5 mm im Sinne einer Verkapselung. Wie in der Patentschrift beschrieben wird, liegt der Partialdruck von Schwefel oder Selen dabei über dem Partialdruck, der sich über einer stöchiometrisch exakten Zusammensetzung der Ausgangskomponenten Kupfer, Indium oder Gallium und Selen oder Schwefel im Verhältnis 1:1:2 ausbilden würde. Es wird allerdings kein in verschiedene Temperaturbereiche segmentierter Ofen, der für ein Durchlaufverfahren geeignet ist, beschrieben.Out EP 0 662 247 B1 has disclosed a method for producing a chalcopyrite semiconductor on a substrate, wherein the substrate prepared with metals such as copper, indium or gallium in an inert process gas to a final temperature of at least 350 ° C at a heating rate of at least 10 ° C. / Second is heated up. The final temperature is maintained for a period of 10 seconds to 1 hour in which the substrate is exposed to sulfur or selenium as a component in excess of the components copper, indium or gallium. For this purpose, a cover at a distance of less than 5 mm in the sense of an encapsulation is located above the layer structure on the substrate. As described in the patent, the partial pressure of sulfur or selenium is above the partial pressure which would form over a stoichiometrically exact composition of the starting components copper, indium or gallium and selenium or sulfur in the ratio 1: 1: 2. However, no oven segmented into different temperature ranges suitable for a continuous process is described.

In der nachveröffentlichten internationalen Patentanmeldung PCT/EP 2008/007466 ist ein einfach zu realisierendes, schnelles Durchlaufverfahren zur thermischen Umsetzung metallischer Schichten auf beliebigen Substraten in halbleitende Schichten, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung angegeben.In the post-published international patent application PCT / EP 2008/007466 is an easy to implement, rapid flow method for the thermal conversion of metallic layers on any substrates in semiconducting layers, as well as an appropriate device for performing the method indicated.

Erreicht wird das mit einem Verfahren, bei dem die mindestens mit einer metallischen Precursorschicht präparierten Substrate in einem in unterschiedliche Temperaturbereiche segmentierten Ofen bei ca. atmosphärischen Umgebungsdruck in mehreren Schritten jeweils auf eine vorgegebene Temperatur bis zur Endtemperatur zwischen 400°C und 600°C erwärmt und unter Beibehaltung der Endtemperatur in einer Atmosphäre aus einer Mischung aus einem Trägergas und Chalkogendampf in halbleitende Schichten umgewandelt werden.Reached This is done with a process in which the at least one metallic Precursor layer prepared substrates in one in different Temperature ranges segmented oven at about atmospheric Ambient pressure in several steps, each to a predetermined Temperature up to the final temperature between 400 ° C and 600 ° C heated and while maintaining the final temperature in one Atmosphere of a mixture of a carrier gas and chalcogen vapor are converted into semiconducting layers.

Auf die Weise können gute halbleitende Schichten bei Aufheizraten deutlich unterhalb von 10°C/Sekunde erhalten werden.On The way can be good semiconducting layers at heating rates be obtained well below 10 ° C / second.

Nach dem Stand der Technik muss dabei gewährleistet sein, dass beim Erreichen der Endtemperatur genügend Chalkogene vorhanden sind, damit eine möglichst vollständige Umwandlung der metallischen Precursorschichten in halbleitende Schichten erfolgen kann.To The prior art must be ensured that when reaching the final temperature enough chalcogenes available are, so as complete as possible conversion the metallic precursor layers take place in semiconducting layers can.

Dies wird durch ein Überschussangebot an Chalkogenen gewährleistet. Nicht in der Reaktion verbrauchtes, überschüssiges Chalkogen wird mit dem Trägergas zusammen über einen Abgaskanal des Ofens abtransportiert. Nach dem Stand der Technik können und müssen die Chalkogene aus dem abgeführten Chalkogendampf-/Trägergasgemisch, auch Abgas genannt, herausgefiltert und als Abfall entsorgt werden.This is ensured by an excess supply of chalcogens. Not consumed in the reaction, excess Chalcogen is combined with the carrier gas removed an exhaust duct of the furnace. According to the state of the art The chalcogens can and must be removed from the waste Chalcogen vapor / carrier gas mixture, also called exhaust gas, filtered out and disposed of as waste.

Weiterhin werden nach dem Stand der Technik die Chalkogene für die thermische Umwandlung der metallischen Precursorschichten bevorzugt über mindestens eine Schicht aus Chalkogenen auf den metallischen Precursorschichten bereitgestellt, die dann im Ofen verdampfen und dem Prozess zur Verfügung stehen. Ein schnelles und kostengünstiges Beschichtungsverfahren für Chalkogene sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung wurde in der nachveröffentlichten Patentanmeldung PCT/EP 2008/062061 geschaffen.Furthermore, according to the prior art, the chalcogens for the thermal conversion of the metallic precursor layers are preferably provided via at least one layer of chalcogens on the metallic precursor layers, which then evaporate in the oven and are available to the process. A rapid and cost-effective coating process for chalcogens and a device suitable for carrying out the process has been described in the post-patent application PCT / EP 2008/062061 created.

Bei diesem Beschichtungsverfahren kondensiert nur ein Teil der Chalkogene auf den Substraten. Die Chalkogene die nicht kondensieren werden kontrolliert abgeführt und als Abfall entsorgt.at Only a part of the chalcogen condenses in this coating process on the substrates. The chalcogens that will not condense controlled discharged and disposed of as waste.

Eine Wiederaufbereitung zur erneuten Verwendung ist kaum möglich. Daher sollte das Chalkogendampf-/Trägergasgemisch möglichst bedarfsgerecht dem Prozess zugeführt und Verluste während des Prozesses möglichst vermieden werden.A Reprocessing for reuse is hardly possible. Therefore, the chalcogen vapor / carrier gas mixture should be as possible as needed fed to the process and losses during the Process should be avoided as much as possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die thermische Umsetzung von metallischen Precursorschichten in halbleitende Schichten mit best möglicher Qualität und optimaler Nutzung der Prozessgase anzugeben, wobei der Abfall an Chalkogenen des gesamten Prozesses deutlich reduziert werden soll.Of the Invention is based on the object, a method and an apparatus for the thermal conversion of metallic precursor layers in semiconducting layers with the best possible quality and optimal use of the process gases, with the waste at Chalcogens of the entire process should be significantly reduced.

Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst durch Ausbilden einer eingangs- und ausgangsseitigen Gasschleuse zum sauerstoffdichten Verschluss einer Ofenkammer, Einbringen eines oder mehrerer mit mindestens einer metallischen Precursorschicht präparierten Substrate in die Ofenkammer, Einleiten eines über die Breite der Substrate hinweg möglichst gleichmäßig verteilten Chalkogendampf-/Trägergasgemisches oberhalb der Substrate bei einem Druck nahe Atmosphärendruck, Erwärmen der Substrate in der Chalkogendampf-/Trägergasatmosphäre auf eine Endtemperatur mit Umwandlung der metallischen Precursorschichten in halbleitende Schichten, Abführen des nicht in der Reaktion verbrauchten Chalkogendampf-/Trägergasgemisches, Abkühlen der Substrate und Ausführen der Substrate aus der Ofenkammer.The The object underlying the invention is achieved by a method solved by forming an input and output side Gas lock for the oxygen-tight closure of a furnace chamber, introduction one or more with at least one metallic precursor layer prepared substrates into the furnace chamber, introducing a via the Width of the substrates as evenly as possible distributed chalcogen vapor / carrier gas mixture above the substrates at a pressure near atmospheric pressure, heating the substrates in the chalcogen vapor / carrier gas atmosphere to a final temperature with conversion of the metallic precursor layers in semiconducting layers, not dissipating in the reaction consumed chalcogen vapor / carrier gas mixture, cooling the substrates and running the substrates from the oven chamber.

Durch die Erfindung werden die Abfallmengen verringert, da die Prozessgase optimal ausgenuzt werden und da Verluste an Prozessgasen nahezu vermieden werden. Das führt zu einem vereinfachten Produktionsverfahren und zur Redaktion der Kosten, da auch primär weniger Chalkogene eingesetzt werden.By the invention reduces the amount of waste as the process gases be optimally exploited and there losses of process gases almost be avoided. This leads to a simplified production process and for the redaction of the costs, since also primarily less Chalkogene be used.

Eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird erreicht, wenn die Substrate in einer Schutzgasatmosphäre bis auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der möglichst keine Verdampfung von Chalkogenen stattfindet.A further improvement of the method according to the invention is achieved when the substrates are in a protective gas atmosphere be heated to a temperature as possible no evaporation of chalcogens takes place.

Weiterhin kann über der Oberfläche der Substrate zwischen den Gasschleusen eine Strömung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches erzeugt werden, wodurch einerseits die Qualität der herzustellenden halbleitenden Schichten verbessert wird. Andererseits kann dadurch die Menge an zuzuführendem Chalkogendampf-/Trägergasgemisch im Vergleich zu einer unbewegten Atmosphäre verringert werden.Farther can be over the surface of the substrates between the gas locks a flow of the chalcogen vapor / carrier gas mixture be produced, whereby on the one hand the quality of the produced Semiconducting layers is improved. On the other hand, it can the amount of chalcogen vapor / carrier gas mixture to be supplied reduced compared to a static atmosphere become.

Das Chalkogendampf-/Trägergasgemisch wird bevorzugt durch Trägergas, welches an geschmolzenen Chalkogenen vorbeiströmt und dabei Chalkogendampf aufnimmt, erzeugt.The Chalcogen vapor / carrier gas mixture is preferably by carrier gas, which flows past molten chalcogens and chalcogen vapor absorbs, generates.

Vorzugsweise wird das Chalkogen Selen und als Schutz-/Trägergas ein inertes Gas, wie zum Beispiel Stickstoff, verwendet.Preferably becomes the chalcogen selenium and as a protective / carrier gas inert gas, such as nitrogen.

Nach der Umwandlung der metallischen Precursorschichten in halbleitende Schichten und vor dem Entfernen des nicht in der Reaktion verbrauchten Chalkogendampfes kann das Substrat in der Chalkogendampf-/Trägergasatmosphäre bei einer vorgegebenen Temperatur gehalten und anschließend abgekühlt werden.To the conversion of the metallic precursor layers into semiconducting Layers and before removing the not consumed in the reaction Chalcogen vapor may be the substrate in the chalcogen vapor / carrier gas atmosphere held at a predetermined temperature and then be cooled.

In einer Weiterentwicklung der Erfindung werden die Substrate in einem in mehrere Temperaturbereiche segmentierten Ofen in mehreren Schritten auf eine jeweils vorgegebene Temperatur erwärmt.In In a further development of the invention, the substrates are in one furnace segmented into several temperature ranges in several steps heated to a respective predetermined temperature.

Dabei werden die in dem Ofen befindlichen Substrate gleichzeitig und schrittweise von Segment zu Segment transportiert, wobei die vorgegebene Verweildauer in den einzelnen Segmenten identisch ist.there For example, the substrates in the oven will be simultaneously and incrementally transported from segment to segment, whereby the given residence time is identical in the individual segments.

Die Verweildauer kann zum Beispiel 60 Sekunden betragen.The Dwell time can be 60 seconds, for example.

Die Aufheizung der Substrate kann in Stufen von Raumtemperatur auf zum Beispiel ca. 150°C, 450°C und 550°C vorgenommen werden, wobei als Endtemperatur die 550°C-Marke nicht überschritten werden muss.The heating of the substrates can be carried out in stages from room temperature to, for example, about 150 ° C, 450 ° C and 550 ° C, with the end temperature not exceeding the 550 ° C mark must become.

Die Substrate können anschließend in mindestens einem Schritt auf Raumtemperatur abgekühlt werden.The Substrate can then be in at least one Step to be cooled to room temperature.

Für die Bereitstellung des notwendigen Chalkogendampfes zur Umwandlung der metallischen Precursorschichten in halbleitende Schichten können die Substrate vor dem Einbringen in den Ofen bereits mit mindestens einer Chalkogenschicht versehen werden. Die Chalkogene auf dem Substrat verdampfen dann im Ofen bei dünnen Schichten vollständig und stehen im Ofen zusätzlich zur direkten Zuführung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches für den Umwandlungsprozess zur Verfügung.For the provision of the necessary chalcogen vapor for conversion of the metallic precursor layers in semiconducting layers, the Substrates prior to introduction into the oven already with at least a Chalkogenschicht be provided. The chalcogens on the substrate then evaporate completely in the oven for thin layers stand in the oven in addition to the direct supply of the Chalcogen vapor / carrier gas mixture for the conversion process to disposal.

Bei dicken Chalkogenschichten kann auch nur ein Teil der Chalkogene verdampfen und die metallischen Precursorschichten können zum Teil auch direkt mit geschmolzenen Chalkogenen in halbleitende Schichten umgewandelt werden.at Thick chalcogen layers can only be part of the chalcogens evaporate and the metallic precursor layers can partly directly with molten chalcogens in semiconducting Layers are converted.

Die Chalkogenschichten werden bevorzugt durch Aufdampfen von Chalkogenen auf die metallischen Precursorschichten aufgebracht. Dies kann unter atmosphärischen Bedingungen in einem Durchlaufprozess erfolgen.The Chalcogen layers are preferred by vapor deposition of chalcogens applied to the metallic precursor layers. This can be done under atmospheric conditions in a continuous process.

Die Erfindung kann weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass die metallischen Precursorschichten durch aufeinander folgendes Sputtern von Kupfer/Gallium und Indium hergestellt werden.The Invention may further be characterized in that the metallic Precursor layers by sequential sputtering of copper / gallium and indium.

Zu diesem Zweck werden zum Beispiel aus Glas bestehende Substrate zunächst durch Sputtern mit einer Molybdänschicht versehen, auf der dann eine zweite Schicht aus Kupfer/Gallium von einem zusammengesetzten Kupfer/Gallium-Target und schließlich eine dritte Schicht aus Indium von einem Indium-Target unter Hochvakuum gesputtert werden. Typischerweise erfolgt die Beschichtung mit Molybdän in einer ersten Sputteranlage, die Beschichtung mit Kupfer/Gallium und Indium in einer zweiten Sputteranlage.To For this purpose, for example, consisting of glass substrates are first provided by sputtering with a molybdenum layer, on then a second layer of copper / gallium from a compound Copper / gallium target and finally a third layer be sputtered from indium from an indium target under high vacuum. typically, the coating with molybdenum takes place in a first sputtering plant, the coating with copper / gallium and indium in a second Sputter.

Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung gelöst, die aus einem Ofen mit einer in mehrere Temperaturbereiche segmentierten Ofenkammer, die eine Öffnung zum Einbringen der Substrate und eine Öffnung zum Ausbringen der Substrate mit kleinst möglichen Abmessungen aufweist, mit einer Gasschleuse an der Öffnung zum Einbringen der Substrate, mit einer Gasschleuse an der Öffnung zum Ausbringen der Substrate, mit einem Transportmittel für flache Substrate zum schrittweisen und gleichzeitigen Transport sämtlicher in der Ofenkammer befindlicher Substrate zum jeweils nächsten Segment und mit einem Abgaskanal zum Entfernen eines Chalkogendampf-/Trägergasgemisches besteht, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Wand der Ofenkammer zwischen den Gasschleusen Mittel zur Erzeugung einer Strömung eines Chalkogendampf-/Trägergasgemisches längs der Substrate angeordnet sind.The Task is further solved by a device that from an oven with a segmented into several temperature ranges Furnace chamber having an opening for introducing the substrates and an opening for discharging the substrates with the smallest possible Dimensions, with a gas lock at the opening for introducing the substrates, with a gas lock at the opening to the Application of the substrates, with a transport for flat substrates for gradual and simultaneous transport all located in the furnace chamber substrates for each next segment and with an exhaust duct for removing one Chalcogen vapor / carrier gas mixture consists, characterized that in a wall of the furnace chamber between the gas locks means for Generation of a flow of a chalcogen vapor / carrier gas mixture are arranged along the substrates.

Die Mittel zur Erzeugung der Strömung bestehen aus mindestens einer Öffnung in einer Wand der Ofenkammer zur Zuführung eines Chalkogendampf-/Trägergasgemisches und mindestens einer Öffnung in der Wand der Ofenkammer zur Absaugung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches.The Means for generating the flow consist of at least an opening in a wall of the oven chamber for feeding a chalcogen vapor / carrier gas mixture and at least an opening in the wall of the furnace chamber for suction of the chalcogen vapor / carrier gas mixture.

Die Abmessungen der Öffnungen sollten nahezu denn der durch diese zu schleusenden Substrate entsprechen, zumindest dass die Höhe der Öffnungen nur unerheblich größer als die Dicke der Substrate ist, Dadurch können Verluste an Prozessgasen in Verbindung mit den Gasschleusen erheblich verringert werden.The Dimensions of the openings should be close to that of these substrates to be slush correspond, at least that the Height of the openings only insignificantly larger As the thickness of the substrates is, this can cause losses significantly reduced in process gases in connection with the gas locks become.

Bei einer solchen erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt sich in der Ofenkammer ein Innendruck nahe Atmosphärendruck ein, und zwar bedingt durch die Abmessungen der Öffnungen zum Hindurchschleusen der Substrate, sowie die zugehörigen Gasvorhänge, die Menge an zugeführten Gasen, die Absaugung der Gase bzw. des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches und der Temperatur. Der genaue Druck lässt sich über da Verhältnis der zugeführten und der abgesaugten Gase einstellen.at such a device according to the invention in the furnace chamber, an internal pressure near atmospheric pressure a, due to the dimensions of the openings for passing through the substrates, as well as the associated gas curtains, the amount of gases supplied, the extraction of the gases or the chalcogen vapor / carrier gas mixture and the temperature. Of the Exact pressure can be over there ratio Adjust the supplied and extracted gases.

In einer Ausführung der Erfindung befindet sich die Öffnung zur Zuführung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches in der Wand der Ofenkammer, die der beschichteten Fläche eines in der Ofenkammer befindlichen Substrates gegenüber liegt.In an embodiment of the invention is the opening for supplying the chalcogen vapor / carrier gas mixture in the wall of the furnace chamber, that of the coated area a located in the furnace chamber substrate is opposite.

Vorzugsweise wird das Chalkogen Selen verwendet.Preferably the chalcogen selenium is used.

Die Temperaturen in den verschieden Segmenten können zum Beispiel mit Hilfe von Heiz- und Kühlsystemen unabhängig voneinander eingestellt werden.The Temperatures in different segments can be, for example independent with the help of heating and cooling systems be adjusted from each other.

In einer Weiterentwicklung der Erfindung ist jedes Segment von den anderen Segmenten thermisch isoliert. Dies ermöglicht, dass benachbarte Segmente auf deutlich unterschiedliche Temperaturen gebracht werden können.In A further development of the invention is each segment of the thermally isolated from other segments. This makes possible, that adjacent segments at significantly different temperatures can be brought.

Weiterhin kann jedes Segment für sich thermisch gedämmt werden, um den Energieeinsatz für die Beheizung des Segments zu reduzieren.Farther Each segment can be insulated thermally be to use the energy for heating the segment to reduce.

In einer Ausführung der Erfindung bestehen die Wände der Ofenkammer aus Graphit.In an embodiment of the invention consist of the walls the furnace chamber made of graphite.

Aufgrund des schrittweisen und gleichzeitigen Transports der Substrate von Segment zu Segment, ist die Verweildauer der Substrate in den einzelnen Segmenten identisch und kann zum Beispiel ca. 60 Sekunden betragen.by virtue of the stepwise and simultaneous transport of the substrates of Segment by segment, is the residence time of the substrates in the individual Segments identical and can be, for example, about 60 seconds.

Mehrere Segmente am Anfang der Ofenkammer bilden eine Aufwärmzone und mehrere Segmente am Ende der Ofenkammer bilden eine Abkühlzone. Die Segmente zwischen Aufwärmzone und Abkühlzone ist die Zone in der die thermische Umwandlung stattfindet, die Reaktionszone.Several Segments at the beginning of the furnace chamber form a warm-up zone and a plurality of segments at the end of the furnace chamber form a cooling zone. The segments between warm-up zone and cooling zone is the zone where the thermal conversion takes place, the reaction zone.

Die Aufwärmzone ist mit der eingangsseitigen Gasschleuse am Eingang der Aufwärmzone versehen. Am Ausgang der Aufwärmzone kann eine zusätzliche Gasschleuse vorhanden sein.The Warm-up zone is connected to the input-side gas lock on Entrance of the warming up provided. At the exit of the warm-up zone There may be an additional gas lock.

Die Gasschleusen am Anfang und am Ende der Aufwärmzone trennen die Atmosphäre der Aufwärmzone von der Atmosphäre außerhalb der Ofenkammer und von der Atmosphäre der Reaktionszone. Damit kann in einer Schutzgasatmosphäre, insbesondere unter Ausschluss von Sauerstoff aber auch in Abwesenheit von Chalkogendampf, eine Aufwärmung der Substrate auf eine vorgegebene Temperatur stattfinden.The Disconnect the gas locks at the beginning and at the end of the warm-up zone the atmosphere of the warming up zone from the atmosphere outside the oven chamber and from the atmosphere the reaction zone. This can be done in a protective gas atmosphere, especially with the exclusion of oxygen but also in the absence of chalcogen vapor, a warming of the substrates to one given temperature take place.

In einer Ausführung der Erfindung ist die Öffnung zur Zuführung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches direkt nach der Gasschleuse am Ausgang der Aufwärmzone angebracht.In An embodiment of the invention is the opening for supplying the chalcogen vapor / carrier gas mixture directly after the gas lock at the exit of the warm-up zone appropriate.

Dies hat den Vorteil, dass die Substrate in der Aufwärmzone in Abwesenheit von Sauerstoff aber auch von Chalkogendampf auf eine Temperatur, bei der möglichst keine Kondensation von Chalkogendampf stattfinden kann, erwärmt werden. Werden die Substrate dann durch die Gasschleuse am Ausgang der Aufwärmzone durchgeschleust wird durch die Öffnung zur Zuführung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches Chalkogendampf für die gesamte Fläche der Substrate angeboten.This has the advantage that the substrates in the warm-up zone in the absence of oxygen but also of chalcogen vapor to one Temperature, if possible, no condensation of chalcogen vapor can take place, be heated. Become the substrates then passed through the gas lock at the exit of the warming up is passed through the opening for supplying the chalcogen vapor / carrier gas mixture Chalcogen vapor for the entire surface of the substrates offered.

Die Abkühlzone ist mit der ausgangsseitigen Gasschleuse am Ende der Abkühlzone versehen. Am Eingang der Abkühlzone kann eine zusätzliche Gasschleuse vorhanden sein.The Cooling zone is with the output side gas lock on End of the cooling zone provided. At the entrance of the cooling zone There may be an additional gas lock.

Die Gasschleusen am Anfang und am Ende der Abkühlzone trennen die Atmosphäre der Abkühlzone von der Atmosphäre außerhalb der Ofenkammer und von der Atmosphäre der Reaktionszone. Damit kann in einer Schutzgasatmosphäre, insbesondere unter Ausschluss von Sauerstoff, eine Abkühlung der Substrate stattfinden.The Disconnect the gas locks at the beginning and at the end of the cooling zone the atmosphere of the cooling zone from the atmosphere outside the oven chamber and from the atmosphere the reaction zone. This can be done in a protective gas atmosphere, especially with the exclusion of oxygen, a cooling of the Substrates take place.

Weiterhin verhindern die zusätzlichen Gasschleusen am Ende der Aufwärmzone und am Anfang der Abkühlzone sowohl den Austritt von Chalkogen aus der Reaktionszone in die Umgebung als auch das Eindringen von zum Beispiel Sauerstoff und Wasserstoff in die Reaktionszone.Farther prevent the additional gas locks at the end of the warm-up zone and at the beginning of the cooling zone both the exit of chalcogen from the reaction zone into the environment as well as the penetration of for example, oxygen and hydrogen in the reaction zone.

Zum besseren Ausschluss von zum Beispiel Sauerstoff oder Wasserstoff aus der Ofenkammer, kann die Ofenkammer von einem Gehäuse mit einer Öffnung zum Einbringen der Substrate und einer Öffnung zum Ausbringen der Substrate umgeben sein.To the better exclusion of, for example, oxygen or hydrogen from the furnace chamber, the furnace chamber can be from a housing with an opening for introducing the substrates and an opening be surrounded to dispense the substrates.

Das Gehäuse kann zum Beispiel eine Edelstahlumhüllung sein.The Housing can, for example, a stainless steel cladding be.

Weiterhin kann das Gehäuse eine separate Gehäuseabsaugung besitzen und es kann eine Spülung mit einem Schutzgas vorgesehen sein.Farther the housing can be a separate housing exhaust own and it can be a purge with a protective gas provided be.

In einer Ausführung der Erfindung hat das Gehäuse ein separates Kühlsystem. Dies erlaubt die abgestrahlte Wärme der Ofenkammer abzuführen.In An embodiment of the invention has the housing a separate cooling system. This allows the radiated Dissipate heat of the furnace chamber.

Schließlich kann im Gehäuse ein Sauerstoff-Sensor und/oder ein H2Se-Sensor angebracht sein.Finally, an oxygen sensor and / or an H 2 Se sensor may be mounted in the housing.

Der Sauerstoffsensor ermöglicht ein eindringen von Sauerstoff in den Raum zwischen Gehäuse und Ofenkammer festzustellen.Of the Oxygen sensor allows the penetration of oxygen in the space between housing and furnace chamber determine.

Der H2Se-Sensor dient zur Sicherheit, um ein eventuelles Entstehen von Selenwasserstoff rechtzeitig festzustellen und den Betreiber entsprechend zu warnen.The H 2 Se sensor is used as a safety measure to detect any possible formation of hydrogen selenide in time and to warn the operator accordingly.

In einer Fortentwicklung der Vorrichtung können die Gasflüsse zu beiden Seiten der Gasschleusen unabhängig voneinander eingestellt werden.In a development of the device, the gas flows on both sides of the gas locks independently be set.

Die Gasschleusen der Ofenkammer können dazu aus jeweils mindestens zwei Gasvorhängen bestehen. Es können auch zusätzliche Absaugungen zwischen den Gasvorhängen vorhanden sein. Dadurch wird sicher verhindert, das Prozessgase die Ofenkammer unkontrolliert verlassen können.The Gas locks of the furnace chamber can from each at least two gas curtains. There may also be additional Exhausts between the gas curtains be present. Thereby is safely prevented, the process gases the oven chamber uncontrolled being able to leave.

Bevorzugt wird als Schutz-/Trägergas ein inertes Gas, wie zum Beispiel Stickstoff, verwendet.Prefers is used as protective / carrier gas an inert gas, such as Nitrogen, used.

Die Öffnung zum Einbringen der Substrate, die Öffnung zum Ausbringen der Substrate und die Gasschleusen ermöglichen es die Vorrichtung im Durchlaufverfahren, bei einem Druck in der Nähe des Atmosphärendrucks und unter definierten Restgasbedingungen, insbesondere unter Ausschluss von Sauerstoff und Wasserstoff, zu betreiben. Auch hierdurch kann dem unkontrollierten Verlust von Prozessgasen vorgebeugt werden.The opening for introducing the substrates, the opening for spreading the substrates and the gas locks allow the device in a continuous process, at a pressure near the atmospheric pressure and under defined residual gas conditions, in particular with exclusion of oxygen and hydrogen, to operate. Also this can prevent the uncontrolled loss of process gases.

Das Transportmittel, die Öffnung zum Einbringen der Substrate und die Öffnung zum Ausbringen der Substrate erlauben ein Einbringen der Substrate in die Ofenkammer hinein, ein Transportieren der Substrate durch die Ofenkammer hindurch und ein Ausbringen der Substrate nach der Umsetzung der metallischen Precursorschichten in halbleitende Schichten aus der Ofenkammer hinaus.The means of transport, the opening for introducing the substrates and the opening for Ausbrin conditions of the substrates allow introduction of the substrates into the furnace chamber, transporting the substrates through the furnace chamber and applying the substrates after the metallic precursor layers have been converted into semiconductive layers out of the furnace chamber.

Die Vorrichtung ist so angeordnet, dass das Chalkogendampf-/Trägergasgemisch hauptsächlich über eine Fläche der in der Ofenkammer befindlichen Substrate strömt.The Device is arranged so that the chalcogen vapor / carrier gas mixture mainly over an area of in the furnace chamber located substrates flows.

Zur Zuführung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches über die Öffnung zur Zuführung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches ist diese Öffnung über eine oder auch mehrere Leitungen mit einer Verdampfungskammer verbunden.to Feeding the chalcogen vapor / carrier gas mixture over the opening for supplying the chalcogen vapor / carrier gas mixture is this opening over one or more Lines connected to a vaporization chamber.

In einer Fortführung der Erfindung ist die Öffnung zur Zuführung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches eine schlitzförmige Öffnung, die senkrecht zur Transportrichtung ausgerichtet ist und die sich über das ganze in der Ofenkammer befindliche Substrat erstreckt. Dies hat den Vorteil einer gleichmäßigeren Verteilung des Chalkogendampfes in der Ofenkammer.In a continuation of the invention is the opening for supplying the chalcogen vapor / carrier gas mixture a slot-shaped opening perpendicular to the Transport direction is aligned and extending over the entire substrate located in the furnace chamber extends. this has the advantage of a more even distribution of Chalcogen vapor in the oven chamber.

Die Leitungen von der Verdampfungskammer zu der schlitzförmigen Öffnung können entlang der schlitzförmigen Öffnung zur Zuführung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches verteilt enden um eine gleichmäßige Verteilung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches über die gesamte Öffnung hinweg zu erhalten.The Lines from the evaporation chamber to the slot-shaped opening can along the slot-shaped opening for supplying the chalcogen vapor / carrier gas mixture distributed end to an even distribution of the chalcogen vapor / carrier gas mixture over the to receive the entire opening.

In einer Weiterentwicklung der Erfindung können die Leitungen die zu einer schlitzförmigen Öffnung führen im unteren Teil der Leitungen die Form der schlitzförmigen Öffnung annehmen. Die ermöglicht eine nahezu gleichmäßige Verteilung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches über die gesamte schlitzförmige Öffnung hinweg.In a further development of the invention, the lines which lead to a slot-shaped opening in the lower part of the lines the shape of the slot-shaped opening accept. This allows a nearly uniform Distribution of the chalcogen vapor / carrier gas mixture via the entire slot-shaped opening away.

Weiterhin können die Leitungen im untern Teil mit Verengungen gefolgt von Entspannungszonen versehen sein.Farther The pipes in the lower part can be followed with constrictions be provided by relaxation zones.

Dies bewirkt, dass das Chalkogendampf-/Trägergasgemisch welches durch diese Verengungen strömt aufgestaut und damit komprimiert und dann wieder ausgedehnt wird. Dieser Vorgang wird wiederholt. Dadurch verteilt sich das Chalkogendampf-/Trägergasgemisch auf die gewünschte Länge hinweg und ermöglicht eine homogene Verteilung des Chakogendampfes.This causes the chalcogen vapor / carrier gas mixture which flows through these constrictions dammed up and thus compressed and then expanded again. This process is repeated. Thereby the chalcogen vapor / carrier gas mixture is distributed the desired length and allows a homogeneous distribution of the chacogenous vapor.

Die Verdampfungskammer ist eine Kammer mit mindestens einem Ausgang zur Abführung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches an die sich die Leitungen anschließen. Die Verdampfungskammer kann mindestens einen zusätzlichen Eingang zur Versorgung mit festem Chalkogen und einen Zugang für die Zuführung eines Trägergases haben.The Evaporation chamber is a chamber with at least one outlet to remove the chalcogen vapor / carrier gas mixture to which the cables connect. The evaporation chamber can have at least one additional input to the supply with solid chalcogen and an access for the feeder have a carrier gas.

Das feste Chalkogen schmilzt in der beheizbaren Verdampfungskammer und bildet einen Chalkogensee. Zur Dossierung der Chalkogene kann die Verdampfungskammer mit einem Füllstandssensor ausgestattet sein.The solid chalcogen melts in the heatable evaporation chamber and forms a Chalkogensee. For dossing the chalcogens, the evaporation chamber be equipped with a level sensor.

Das Trägergas, welches in die Verdampfungskammer eintritt und vorzugsweise vorher erwärmt wurde, nimmt in der Verdampfungskammer Chalkogendampf auf und das Chalkogendampf-/Trägergasgemisch wird über eine oder mehrere Leitungen der Öffnung zur Zuführung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches zugeführt.The Carrier gas, which enters the evaporation chamber and preferably previously heated, takes in the evaporation chamber chalcogen vapor and the chalcogen vapor / carrier gas mixture is over one or more lines of the opening for feeding fed to the chalcogen vapor / carrier gas mixture.

Um die Strömungsgeschwindigkeit mit der das Trägergas in die Verdampfungskammer strömt zu steuern, kann es durch einen Durchflussmesser überwacht und über ein Feinregulierventil eingestellt werden. Es versteht sich, dass die Steuerung automatisiert ablaufen kann.Around the flow rate with the carrier gas to control the evaporation chamber flows through it monitors a flow meter and over Fine regulating valve can be adjusted. It is understood that the Control can run automatically.

Um einen Rückfluss von der Öffnung zur Zuführung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches zu der Verdampfungskammer zu verhindern, kann eine zusätzliche Trägergaseinspeisung in jeder Leitung zwischen Verdampfungskammer und Öffnung zur Zuführung vorgesehen sein. Das so genannte Prozesszusatzgas, welches durch diese zusätzlichen Einspeisungen eingebracht wird, erzeugt dabei einen Sog, der das Chalkogendampf-/Trägergasgemisch aus der Verdampfungskammer heraussaugt.Around a return flow from the opening to the feeder of the chalcogen vapor / carrier gas mixture to the vaporization chamber can prevent an additional carrier gas feed in each line between the evaporation chamber and opening for delivery be provided. The so-called process additive gas, which by these additional feeds is introduced generated doing a suction, the chalcogen vapor / carrier gas mixture the evaporation chamber sucks.

Um die Strömungsgeschwindigkeit, mit der das Prozesszusatzgas in eine Leitung zwischen Verdampfungskammer und Öffnung zur Zuführung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches fließt, zu steuern, kann jede Leitung mit einem Durchflussmesser überwacht und über ein Feinregulierventil eingestellt werden.Around the flow rate at which the process additive gas in a line between the evaporation chamber and the opening for supplying the chalcogen vapor / carrier gas mixture flows, can control each line with a flow meter and adjusted via a fine regulating valve.

Eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Prozesszusatzgases führt zu einem größeren Chalkogendampf-/Trägergasfluss in der zugehörigen Leitung zwischen Verdampfungskammer und schlitzförmigen Öffnung zur Zuführung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches.A increased flow rate of the process additive gas leads to a larger chalcogen vapor / carrier gas flow in the associated line between the evaporation chamber and slit-shaped opening for feeding of the chalcogen vapor / carrier gas mixture.

Mit der unabhängigen Regelung der Prozesszusatzgasflüsse kann die Homogenität des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches senkrecht zur Transportrichtung weiter verbessert werden.With the independent regulation of process additive gas flows can the homogeneity of the chalcogen vapor / carrier gas mixture be further improved perpendicular to the transport direction.

Da, wie bereits beschrieben, nicht der gesamte Chalkogendampf in der Reaktion aufgebraucht wird, muss dieses Chalkogendampf-/Trägergasgemisch als Abgas über den Abgaskanal abgeführt werden. Um den Verlust an Chalkogen zu begrenzen kann dieses Abgas über einen Durchflussmengenteiler aufgeteilt werden. Ein Teil wird dann weiterhin als Abgas, genannt Restabgas, abgeführt, der andere Teil kann, zum Beispiel über die zusätzliche Trägergaseinspeisungen oder über die Trägergaseinspeisung der Verdampfungskammer, dem Prozess wieder zur Verfügung gestellt werden. Dabei sollte die Temperatur des zurückgeführten Chalkogendampf-/Trägergasgemisches nie die Kondensationstemperatur des Chalkogens unterschreiten, um eine Kondensation des Chalkogens in der Rückführung zu vermeiden.Since, as already described, not the entire chalcogen vapor is used up in the reaction, this chalcogen vapor / carrier gas mixture has to be removed as exhaust gas via the exhaust gas channel be led. To limit the loss of chalcogen, this offgas can be split by a flow divider. One part is then further discharged as exhaust gas, called residual exhaust gas, the other part can be made available to the process again, for example via the additional carrier gas feeds or via the carrier gas feed of the evaporation chamber. The temperature of the recirculated chalcogen vapor / carrier gas mixture should never fall below the condensation temperature of the chalcogen to avoid condensation of the chalcogen in the recirculation.

Das Restabgas kann gefiltert und dann abgeführt werden. Der Abfall an Chalkogenen muss entsorgt oder einer Wiederaufbereitung zugeführt werden.The Residual exhaust gas can be filtered and then removed. Of the Waste of chalcogens must be disposed of or reprocessed be supplied.

In einer Fortführung dieser Abgasrückführung wird dem Restabgas Chalkogen entzogen und das wieder der Beschichtung zurückgeführte Gas mit Chalkogen angereichert.In a continuation of this exhaust gas recirculation Chalkogen is withdrawn from the residual exhaust gas and again the coating recycled gas enriched with chalcogen.

Zur Zuführung des festen Chalkogens in die Verdampfungskammer kann mindestens eine Zuführungseinrichtung in die Vorrichtung eingebaut werden. Eine Zuführungseinrichtung kann aus einem Behälter, der trichterförmig sein kann und der für einen Vorrat an Chalkogen sorgt, einer Dosiereinrichtung, die es erlaubt eine vorgegebene Menge über mindestens eine Rohrleitung in eine Verdampfungskammer einzubringen, und einem Ventil für jede Rohrleitung bestehen. Die Ventile sind während der Zuführung des Chalkogens geöffnet und bleiben sonst verschlossen, so dass weitestgehend ein Austreten von Chalkogendampf aus der Verdampfungskammer in die Zuführungseinrichtung hinein verhindert wird.to Feeding the solid chalcogen into the evaporation chamber can at least one feeding device in the device to be built in. A feeding device may consist of a Container which can be funnel-shaped and which provides a supply of chalcogen, a metering device that it allows a given amount over at least one Piping into an evaporation chamber, and a valve exist for each pipeline. The valves are during open and stay open to the feed of the chalcogen otherwise closed, so that as far as possible an escape of chalcogen vapor from the evaporation chamber into the feed device is prevented in it.

Bei großen Anlagen kann über mehrere Eingänge zur Versorgung mit festem Chalkogen eine gleichmäßige Verteilung in einer Verdampfungskammer gewährleistet werden. Dabei kann eine Zuführungseinrichtung festes Chalkogen gleichmäßig auf die verschiedenen Eingänge der Verdampfungskammer verteilen, oder es kann auch für jeden Eingang eine separate Zuführungseinrichtung vorgesehen sein.at large facilities can have multiple entrances to supply with solid chalcogen a uniform Distribution can be ensured in an evaporation chamber. In this case, a feed device fixed Chalkogen evenly on the different inputs distribute the vaporization chamber, or it may also be for Each input may be provided with a separate supply device.

Ein weiteres Verhindern von einem Austreten von Chalkogendampf aus der Verdampfungskammer in eine Zuführungseinrichtung kann durch eine Trägergaseinspeisung in die Rohrleitung zwischen Ventil und Verdampfungskammer realisiert werden. Die Strömungsgeschwindigkeit dieser Trägergaseinspeisung kann zum Beispiel über einen Flussmesser erfasst und über ein Feinregulierventil eingestellt werden.One further preventing leakage of chalcogen vapor from the Evaporation chamber in a feeder can by a Carrier gas feed into the pipeline between valve and evaporation chamber can be realized. The flow velocity This carrier gas feed can, for example, over detected a flow meter and adjusted via a fine regulating become.

In einer Ausführung der Erfindung sind Bauteile die mit dem Chalkogendampf oder dem Chalkogendampf-/Trägergasgemisch kontaktierbar sind vorzugsweise aus einem gegenüber diesem Gemisch resistenten Material, wie zum Beispiel Graphit.In An embodiment of the invention are components that with the Chalcogen vapor or the chalcogen vapor / carrier gas mixture can be contacted preferably from a relative to this Mixture resistant material, such as graphite.

Weiterhin sollten Bauteile die mit Chalkogendampf in Verbindung kommen erwärmt werden, so dass eine Kondensation des Chalkogens auf diesen Bauteilen verhindert wird. Dies verhindert eine aufwändige Reinigung und Wartung.Farther Components that come in contact with chalcogen vapor should be heated so that condensation of the chalcogen on these components is prevented. This prevents a complicated cleaning and maintenance.

Eine Möglichkeit dies zu verwirklichen ist, Teile der Vorrichtung in einem Block, zum Beispiel aus Graphit, unterzubringen und diesen mit einer integrierten Heizung auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen.A Possibility to realize this, parts of the device in a block, for example made of graphite, accommodate and this with an integrated heater to the desired temperature too heat.

In einer Weiterentwicklung der Erfindung ist die Öffnungen zur Zuführung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches in einem Aufdampfkopf, der in eine Aussparung in der dem Transportmittel gegenüberliegenden Wand eingesetzt ist, untergebracht.In A further development of the invention is the openings for supplying the chalcogen vapor / carrier gas mixture in a vapor deposition head, which is in a recess in the transport opposite wall is used, housed.

Der Aufdampfkopf besteht vorzugsweise aus einem Material welches resistent gegenüber dem Chalkogendampfes ist, insbesondere zum Beispiel aus Graphit.Of the Evaporation head is preferably made of a material which is resistant against the chalcogen vapor is, in particular, for example Graphite.

Der Aufdampfkopf kann, zum Beispiel über eine integrierte Heizung, auf eine gewünschte Temperatur gebracht werden.Of the Evaporator head can, for example, via an integrated heating, be brought to a desired temperature.

Weiterhin kann eine thermische Entkopplung des Aufdampfkopfes von der Ofenkammer vorgesehen sein. Dies ermöglicht den Aufdampfkopf bei einer anderen Temperatur als der Temperatur des entsprechenden Segments der Ofenkammer zu halten.Farther can be a thermal decoupling of the evaporation head of the furnace chamber be provided. This allows the Aufdampfkopf in another Temperature as the temperature of the corresponding segment of the furnace chamber to keep.

In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann der Aufdampfkopf unter eine dichte Haube mit integriertem Kühlsystem gestellt werden. Der Innenraum der Haube kann in einer speziellen Ausführung mit einem Schutzgas geflutet und abgesaugt werden.In a further development of the invention, the vapor deposition head under a sealed hood with integrated cooling system provided become. The interior of the hood can be in a special design with a protective gas are flooded and sucked off.

In einer Fortführung der Erfindung sind weiter Bauteile die mit Chalkogendampf in Kontakt kommen, zum Beispiel die Verdampfungskammern und die Leitungen zwischen Verdampfungskammer und der Öffnung zur Zuführung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches, sowie Stickstoffgaseinspeisungen in dem Aufdampfkopf untergebracht. Das Unterbringen der Stickstoffgaseinspeisungen im Aufdampfkopf hat den Vorteil, dass sich dass Stickstoffgas im Aufdampfkopf bereits erwärmt.In a continuation of the invention are further components come into contact with chalcogen vapor, for example, the evaporation chambers and the lines between the evaporation chamber and the opening for feeding the chalcogen vapor / carrier gas mixture, As well as nitrogen gas feeds housed in the Aufdampfkopf. The Accommodating the nitrogen gas feeds in the evaporation head has the advantage that already nitrogen gas in the evaporation head heated.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigt:One Embodiment of the invention will be described with reference to the attached Drawings explained. It shows:

1 eine schematische Zeichnung einer Ofenkammer zur thermischen Umsetzung von metallischen Precursorschichten in halbleitende Schichten, 1 a schematic drawing of a furnace chamber for the thermal conversion of metallic precursor layers into semiconducting layers,

2 einen Aufdampfkopf und 2 an evaporation head and

3 eine schematische Zeichnung einer Zuführungseinrichtung für Selen. 3 a schematic drawing of a selenium feed device.

1 zeigt eine Ofenkammer 1 mit Wänden aus Graphit, welche von einer nicht dargestellten, kühlbaren Edelstahlumhüllung umgeben ist. Der Raum zwischen Ofenkammer und Edelstahlumhüllung kann durch eine Absaugung abgesaugt und mit Stickstoff gespült werden. Die Ofenkammer ist in Segmente S1 ... S7 unterteilt. 1 shows a furnace chamber 1 with walls of graphite, which is surrounded by a, not shown, coolable stainless steel cladding. The space between the oven chamber and the stainless steel casing can be sucked off by suction and purged with nitrogen. The furnace chamber is divided into segments S1 ... S7.

In jedem Segment S1 ... S7 kann eine gewählte Temperatur durch ein Heiz- 2 bzw. Kühlsystem 3 vorgegeben werden. Dabei sind die Segmente S1 ... S5 mit jeweils einem Heizsystem 2 und die Segmente S6, S7 mit jeweils einem Kühlsystem 3 ausgestattet.In each segment S1 ... S7, a selected temperature can be controlled by a heating 2 or cooling system 3 be specified. The segments S1 ... S5 each have a heating system 2 and the segments S6, S7, each with a cooling system 3 fitted.

Die Aufwärmzone S1 und die Abkühlzone S7 sind mit eingangs- und ausgangsseitigen Gasschleusen 4.1, 4.2; 4.3, 4.4 ausgestattet. Als Schutz- bzw. Trägergas wird Stickstoff verwendet. Die Gasschleusen 4.1, 4.2; 4.3, 4.4 sind von der Gestalt, dass die Gasflüsse auf beiden Seiten der Gasschleusen 4.1, 4.2; 4.3, 4.4 unabhängig von einander einstellbar sind.The warming-up zone S1 and the cooling-down zone S7 are provided with input and output gas locks 4.1 . 4.2 ; 4.3 . 4.4 fitted. Nitrogen is used as the protective or carrier gas. The gas locks 4.1 . 4.2 ; 4.3 . 4.4 are of the shape that the gas flows on both sides of the gas locks 4.1 . 4.2 ; 4.3 . 4.4 are independently adjustable.

Die Gasschleusen 4.1, 4.2; 4.3, 4.4 bestehen jeweils aus zwei Gasvorhängen. Weiterhin haben die Gasschleusen 4.1, 4.2; 4.3, 4.4 jeweils eine Absaugung zwischen den beiden Gasvorhängen.The gas locks 4.1 . 4.2 ; 4.3 . 4.4 each consist of two gas curtains. Continue to have the gas locks 4.1 . 4.2 ; 4.3 . 4.4 one suction each between the two gas curtains.

Durch die Gasschleusen 4.1, 4.2; 4.3, 4.4 wird ermöglicht, Substrate 6 mittels eines Transportmittels 5 durch die einzelnen Segmente S1 ... S7 der Ofenkammer 1 im Durchlaufverfahren, bei Atmosphärendruck und unter definierten Restgasbedingungen, insbesondere unter Ausschluss von Sauerstoff und Wasserstoff, zu transportieren.Through the gas locks 4.1 . 4.2 ; 4.3 . 4.4 is possible, substrates 6 by means of a means of transport 5 through the individual segments S1 ... S7 of the furnace chamber 1 in the continuous process, at atmospheric pressure and under defined residual gas conditions, in particular with the exclusion of oxygen and hydrogen to transport.

Das Transportmittel 5, welches in der Zeichnung nicht näher spezifiziert ist, besteht aus drehbar gelagerten Graphitrollen, auf denen die Substrate 6 schrittweise von Segment zu Segment längs durch die Ofenkammer 1 geschoben werden. Dazu sind verschieb- und drehbare und mit Transportnasen versehene Schubstangen vorgesehen.The means of transport 5 , which is not specified in the drawing, consists of rotatably mounted graphite rolls on which the substrates 6 step by step from segment to segment along the furnace chamber 1 be pushed. These sliding and rotatable and provided with transport lugs push rods are provided.

Um den Transport aller Substrate 6 gleichzeitig durchzuführen, werden die Transportnasen vor jedem Transporthub mit den Substraten 6 durch Verdrehen der Schubstange nach oben in Eingriff gebracht und sämtliche Substrate 6 gleichzeitig beschleunigt. Zum Ende jedes Transporthubes erfolgt das Abbremsen der Substrate 6, wobei deren Vorderkante mit der Transportnase des jeweils vorhergehenden Substrates 6 in Eingriff kommt. Nach erfolgtem Transporthub werden die Transportnasen wieder weggeschwenkt, woraufhin die Transportstange wieder in die Ausgangsposition zurückbewegt wird.To transport all substrates 6 to carry out simultaneously, the transport lugs before each Transporthub with the substrates 6 engaged by turning the push rod upwards and all substrates 6 simultaneously accelerated. At the end of each transport stroke, the braking of the substrates takes place 6 , Whose leading edge with the transport lug of the respective preceding substrate 6 engages. After the transport stroke the transport lugs are swung away again, whereupon the transport rod is moved back to the starting position.

Die Verweildauer der Substrate 6 in den einzelnen Segmenten S1 ... S7 ist jeweils identisch und beträgt 60 Sekunden, wobei auch andere Zeiten eingestellt werden können.The residence time of the substrates 6 in the individual segments S1 ... S7 is identical in each case and amounts to 60 seconds, although other times can also be set.

Bei dem Verfahren wird ein Schichtstapel aus Molybdän auf einem Glassubstrat 6, einer Kupfer/Gallium und Indium Schicht 7 sowie einer dünnen Selenschicht 8 in das Segment S1 eingebracht. Die Molybdän, Kupfer/Gallium- und indium-Schichten werden durch Sputtern in einer Vakuumkammer aufgebracht, wohingegen die Selen-Schicht bei Atmosphärendruck aufgedampft wird.In the method, a layer stack of molybdenum on a glass substrate 6 , a copper / gallium and indium layer 7 and a thin selenium layer 8th introduced into the segment S1. The molybdenum, copper / gallium and indium layers are deposited by sputtering in a vacuum chamber, whereas the selenium layer is evaporated at atmospheric pressure.

Die Gasschleusen 4.1, 4.2; 4.3, 4.4 und die Heizung 2 gewährleisten in S1 eine erste Aufwärmung des Substrats 6 auf ca. 150°C in Abwesenheit von zum Beispiel Sauerstoff und Wasserstoff.The gas locks 4.1 . 4.2 ; 4.3 . 4.4 and the heater 2 ensure in S1 a first warm-up of the substrate 6 to about 150 ° C in the absence of, for example, oxygen and hydrogen.

Nach 60 Sekunden wird das Substrat 6 durch die zweite Gasschleuse 4.2 hindurch in das zweite Segment S2 transportiert, in dem das Substrat 6 auf ca. 450°C aufgewärmt wird.To 60 Seconds becomes the substrate 6 through the second gas lock 4.2 transported through in the second segment S2, in which the substrate 6 warmed to about 450 ° C.

Erfindungsgemäß wird Selendampf in S2 über eine Selenquelle unmittelbar nach der Gasschleuse 4.1, 4.2 dem Prozess zugeführt. Dazu ist in S2 eine Aussparung in der dem Transportmittel gegenüberliegenden Wand der Ofenkammer vorgesehen. In diese Aussparung ist ein Aufdampfkopf 9, der in 2 detailliert dargestellt ist, eingesetzt. Über den Aufdampfkopf und die darin befindliche Öffnung 10.1 wird ein Selendampf-/Stickstoffgasgemisch 10 in die Ofenkammer 1 eingebracht.According to the invention, selenium vapor in S2 is via a source of selenium immediately after the gas lock 4.1 . 4.2 fed to the process. For this purpose, a recess in the wall of the furnace chamber opposite the transport means is provided in S2. In this recess is a Aufdampfkopf 9 who in 2 is shown in detail, used. About the vaporization head and the opening therein 10.1 becomes a selenium vapor / nitrogen gas mixture 10 in the oven chamber 1 brought in.

Weiterhin beginnt das Selen auf den Substraten 6 in S2 zu schmelzen und verdampft dann vollständig. Das nun dampfförmige Selen mischt sich mit dem Selendampf-/Stickstoffgasgemisch 10 der Quelle und dem Stickstoffgas der Gasschleusen 4.1, 4.2; 4.3, 4.4 in der Offenkammer 1 zu einem Selendampf-/Stickstoffgasgemisch 10. Dieses Gasgemisch wird mittels Steuerung der Gasflüsse durch die Ofenkammer 1 hindurch über die darin befindlichen Substrate hinweg zu einem Abgaskanal 11 in der dem Transportmittel 5 gegenüberliegenden Wand 1.1 der Ofenkammer 1 transportiert.Furthermore, the selenium begins on the substrates 6 in S2 to melt and then evaporates completely. The now vaporous selenium mixes with the Selendampf- / nitrogen gas mixture 10 the source and the nitrogen gas of the gas locks 4.1 . 4.2 ; 4.3 . 4.4 in the open chamber 1 to a Selendampf- / nitrogen gas mixture 10 , This gas mixture is controlled by controlling the gas flows through the furnace chamber 1 through the substrates therein to an exhaust passage 11 in the means of transport 5 opposite wall 1.1 the oven chamber 1 transported.

Der Gasfluss wird so gesteuert, dass beim Erreichen der Endtemperatur im dritten Segment S3 bei der die Reaktion stattfindet, beim Halten der Temperatur in S4 und bei einer Abkühlung in S5 genügend Selendampf vorhanden ist und zumindest in den Sektionen S3. und S4 über die gesamte Oberfläche der Substrate 6 strömt. Nicht in der Reaktion verbrauchtes Selen wird über den Abgaskanal 11 der Ofenkammer 1 zwischen S5 und S6 abtransportiert.The gas flow is controlled so that upon reaching the final temperature in the third segment S3 at which the reaction takes place, while maintaining the temperature in S4 and a cooling in S5 genü There is only seldom steam and at least in sections S3. and S4 over the entire surface of the substrates 6 flows. Selenium not consumed in the reaction is via the exhaust channel 11 the oven chamber 1 transported between S5 and S6.

In den darauf folgenden Segmenten S6 und S7 wird das Substrat 6 auf ca. 250°C bzw. 50°C abgekühlt und dann aus der Ofenkammer 1 wieder ausgeschleust.In the subsequent segments S6 and S7, the substrate becomes 6 cooled to about 250 ° C and 50 ° C and then from the oven chamber 1 discharged again.

Die Steuerung des Gasflusses wird dadurch ermöglicht, dass die Gasflüsse auf beiden Seiten der Gasschleuse 4.1, 4.2; 4.3, 4.4 und im Abgaskanal 11 unabhängig voneinander einstellbar sind. Die Geschwindigkeit des Gasflusses in der Ofenkammer 1 von Segment S2 bis zum Abgaskanal 11 muss dabei auf die Transportgeschwindigkeit der Substrate 6 abgestimmt sein.The control of the gas flow is made possible by the gas flows on both sides of the gas lock 4.1 . 4.2 ; 4.3 . 4.4 and in the exhaust duct 11 are independently adjustable. The speed of the gas flow in the furnace chamber 1 from segment S2 to the exhaust duct 11 must be aware of the transport speed of the substrates 6 be coordinated.

Die Umwandlung der Precursorschichten in halbleitende CIGS-Schichten (12), findet bereits in S3 bei einer Temperatur von ca. 550°C statt. Danach wird die Temperatur des Substrats 6 in S4 bei ca. 500°C gehalten und im S5 auf ca. 350°C abgekühlt. Da der Abgaskanal 11 sich zwischen den Segmenten S5 und S6 befindet, findet diese Abkühlung in einer Atmosphäre, die Selen enthält, statt. Durch den Dampfdruck des Selens im Selendampf-/Trägergasgemisch 10 wird ein Wiederverdampfen von Selen bei dieser Abkühlung verhindert. Dies ermöglicht eine Herstellung von halbleitenden Schichten mit guter Qualität. Insbesondere können daraus Solarmodule mit guten Wirkungsgraden hergestellt werden.The conversion of the precursor layers into semiconducting CIGS layers ( 12 ), already takes place in S3 at a temperature of about 550 ° C. Thereafter, the temperature of the substrate 6 held in S4 at about 500 ° C and cooled in S5 to about 350 ° C. As the exhaust duct 11 is between the segments S5 and S6, this cooling takes place in an atmosphere containing selenium instead. By the vapor pressure of the selenium in Selendampf- / carrier gas mixture 10 Re-evaporation of selenium is prevented during this cooling. This enables production of semiconductive layers of good quality. In particular, solar modules with good efficiencies can be produced from this.

Zum weiteren Schutz, damit kein Selen in die Umgebung entweichen kann, ist der Aufdampfkopf 9 unter eine dichte Haube 13 mit einem integriertem Kühlsystem gestellt. Der Raum zwischen Haube 13 und dem Aufdampfkopf 9 kann mit Stickstoff geflutet, bzw. gespült und abgesaugt werden.For further protection, so that no selenium can escape into the environment, is the Aufdampfkopf 9 under a tight hood 13 provided with an integrated cooling system. The space between hood 13 and the evaporation head 9 can be flooded with nitrogen, or rinsed and sucked off.

In 2 ist der Aufdampfkopf 9 detailliert dargestellt. Das Selendampf-/Stickstoffgasgemisch 10 wird über eine schlitzförmige Öffnung 14 im Aufdampfkopf 9, die senkrecht zur Transportrichtung der Substrate 6 ausgerichtet ist, in die Ofenkammer 1 hinein gebracht.In 2 is the vapor deposition head 9 shown in detail. The selenium vapor / nitrogen gas mixture 10 gets over a slit-shaped opening 14 in the evaporation head 9 perpendicular to the transport direction of the substrates 6 is aligned, in the oven chamber 1 brought in.

Um eine gleichmäßige Versorgung an Selen senkrecht zur Transportrichtung zu erhalten, muss der Selendampf über die gesamte Breite der Substrate 6 hinweg gleichmäßig in die Ofenkammer 1 eingebracht werden.In order to obtain a uniform supply of selenium perpendicular to the transport direction, the selenium vapor must over the entire width of the substrates 6 evenly into the oven chamber 1 be introduced.

Dazu hat eine Leitung 15 über die das Selendampf-/Trägergasgemisch 10 im unteren Teil die Form einer schlitzförmigen Öffnung 14. Dies wird über den Schlitz 15 zur Zuführung des Selendampf-/Trägergasgemisches 110 mit mehreren Verengungen in dem Aufdampfkopf 9 verwirklicht. Der Schlitz 15 zur Zuführung verläuft parallel zur schlitzförmigen Öffnung 14 und endet an dieser Öffnung. Dabei staut sich das Gemisch auf und kann anschließend in einer Entspannungszone wieder ausdehnen. Dieser Vorgang wird mehrmals wiederholt. Dadurch verteilt sich das Selendampf-/Trägergasgemisch 10 auf die gesamte schlitzförmige Öffnung hinweg.This has a line 15 via the selenium vapor / carrier gas mixture 10 in the lower part the shape of a slit-shaped opening 14 , This will be over the slot 15 for supplying the Selendampf- / carrier gas mixture 110 with several constrictions in the evaporation head 9 realized. The slot 15 for feeding runs parallel to the slot-shaped opening 14 and ends at this opening. The mixture accumulates and can then expand again in a relaxation zone. This process is repeated several times. As a result, the selenium vapor / carrier gas mixture is distributed 10 on the entire slot-shaped opening away.

3 zeigt eine schematische Zeichnung einer Zuführungseinrichtung für Selen. 3 shows a schematic drawing of a selenium feed device.

Selen ist in festem Aggregatszustand kugelförmig kommerziell erhältlich. Die Kugeln weisen einen typischen Durchmesser von 3–5 mm auf. Die Selenkugeln werden in einen trichterförmigen Behälter 16 geschüttet. Der Trichter weist an seinem unteren Ende eine Öffnung auf, durch welche die Selenkugeln senkrecht nach unten fallen können. Außerdem ist der Trichter mit einem Füllstandsmesser ausgestattet.Selenium is commercially available spherically in solid state. The balls have a typical diameter of 3-5 mm. The selenkugeln are placed in a funnel-shaped container 16 poured. The funnel has at its lower end an opening through which the selenkalls can fall vertically downwards. In addition, the funnel is equipped with a level gauge.

Die Kugeln fallen in eine Dosiervorrichtung 17. Die Dosiervorrichtung 17 besteht aus einem zylinderförmigen Gehäuse und einem mittig drehbar gelagerten, ebenfalls zylinderförmigen Drehteil, nachfolgend Trommel genannt. Das Gehäuse weist zwei Bohrungen auf, eine an der Ober- und eine auf der Unterseite auf dem gleichen Teilkreisdurchmesser und in Ihrer Lage um 180° versetzt. Das innere Drehteil weist vier Bohrungen auf, welche auf dem gleichen Teilkreisdurchmesser liegen. In Ihrer Länge sind die beiden Teile so gestaltet, dass zwischen ihnen keine Selenkugel passt.The balls fall into a metering device 17 , The dosing device 17 consists of a cylindrical housing and a centrally rotatably mounted, also cylindrical rotary member, hereinafter referred to as drum. The housing has two holes, one on the top and one on the bottom on the same pitch diameter and offset in their position by 180 °. The inner rotary part has four holes, which lie on the same pitch circle diameter. In their length, the two parts are designed so that no selenium ball fits between them.

Liegen die Bohrungen der Teile fluchtend übereinander, können die Selenkugeln in die Trommel fallen. Wird die Trommel um 90° verdreht können die Selenkugeln die Trommel und das Gehäuse, senkrecht nach unten fallend, verlassen.Lie the holes of the parts aligned over each other, can the selenium balls fall into the drum. If the drum is rotated by 90 ° the selenium balls can move the drum and the casing, vertically falling down, left.

Über die Zeitspanne, die zwischen den 90° Drehungen vergeht und die Anzahl der Selenkugeln, welche in die Bohrung der Trommel passen lässt sich die Anzahl der Selenkugeln und damit die Menge an Selen, welche bereitgestellt wird, dosieren.about the amount of time that passes between the 90 ° turns and the number of selenium balls entering the bore of the drum you can adjust the number of selenium balls and thus dose the amount of selenium provided.

Anschließend fallen die Selenkugeln durch eine senkrechte Rohrleitung 18 in eine beheizte Kammer 19, auch Verdampfungskammer genannt. In der senkrechten Rohrleitung 18 ist ein, als Kugelhahn mit vollständiger Öffnung ausgeführtes, Ventil 20 eingebaut, welches nur im Zeitraum der Dosierung geöffnet wird. Dadurch kann aus der beheizten Kammer, in der Selendampf vorhanden ist, so gut wie kein Dampf in die Zuführungseinrichtung entweichen.Then the selenium balls fall through a vertical pipeline 18 in a heated chamber 19 , also called evaporation chamber. In the vertical pipeline 18 is a, designed as a ball valve with full opening, valve 20 installed, which is opened only during the period of dosing. As a result, virtually no vapor can escape from the heated chamber, in which selenium vapor is present, into the supply device.

Ein weiteres Verhindern von einem Austreten von Selendampf aus der Verdampfungskammer 19 in die Zuführungseinrichtung ist durch eine Stickstoffgaseinspeisung in die Rohrleitung 21 zwischen Ventil 20 und Verdampfungskammer 19 realisiert. Dieser Stickstofffluss erzeugt einen Fluss in die Verdampfungskammer 19 hinein und verhindert eine Strömung in die entgegengesetzte Richtung.Further preventing the escape of selenium vapor from the vaporization chamber 19 in the feeder is by a stick material gas feed into the pipeline 21 between valve 20 and evaporation chamber 19 realized. This flow of nitrogen creates a flow into the vaporization chamber 19 into it and prevents a flow in the opposite direction.

Wie beschrieben fallen die Selenkugeln von oben in eine Kammer 19. Die Kammer 19 ist eine einfache horizontale Bohrung in einem Block aus Graphit, dem Aufdampfkopf 9 in 2, und ist an beiden Stirnseiten verschlossen. In dieser Kammer 19, die zusätzlich zur Selenzuführung einen Eingang 22 und einen Ausgang 23 besitzt, sammelt sich das Selen. Die erwähnten Zugänge befinden sich auf der oberen Seite der Bohrung.As described, the selenium balls fall from above into a chamber 19 , The chamber 19 is a simple horizontal hole in a block of graphite, the vapor deposition head 9 in 2 , and is closed at both ends. In this chamber 19 , which in addition to Selenzuführung an input 22 and an exit 23 possesses, selenium collects. The mentioned accesses are located on the upper side of the bore.

Der Block wird samt dem Selen über eine Heizung erhitzt. Durch Erhitzen wird das Selen nun zunächst geschmolzen und verdampft dann bei einem weiteren Temperaturanstieg. In der unteren Hälfte der Kammer befindet sich dann ein flüssiger Selensee 24, in der oberen Hälfte Selendampf 25.The block is heated together with the selenium via a heater. By heating, the selenium is first melted and then evaporates at a further temperature rise. In the lower half of the chamber is then a liquid Selensee 24 , in the upper half Selendampf 25 ,

Um den Füllstand in der Kammer 19 zu regeln, ist ein nicht dargestellter Füllstandssensor vorgesehen. Der Füllstandssensor gibt an die beschriebene Dosiervorrichtung ein Signal, wenn zu wenig Selen in der Kammer 19 ist. Daraufhin beginnt der beschriebene Vorgang, damit Selen in die Kammer 19 fällt. Ist ein ausreichender Füllstand erreicht, stoppt der Füllstandssensor über ein Signal den Dosiervorgang.To the level in the chamber 19 To regulate, an unillustrated level sensor is provided. The level sensor gives a signal to the described metering device if there are too few selenium in the chamber 19 is. Thereupon, the process described begins with selenium in the chamber 19 falls. If a sufficient level is reached, the level sensor stops the dosing process via a signal.

Der Selendampf, der sich in der Kammer 19 gebildet hat, muss nun an die Substrate 6 weiter geführt werden. Dabei muss gewährleistet sein, dass der Selendampf nicht abkühlen und kondensieren kann. Der Transport des Dampfes erfolgt über ein Trägergas. Als Trägergas wird Stickstoff verwendet. Dieses muss zuvor auf dieselbe Temperatur, wie in der Kammer 19 vorherrscht, erhitzt werden. Der Stickstoff gelangt durch den Eingang 22 in die Kammer 19, in der sich der Selendampf befindet. Dort nimmt es das Selen auf und befördert es durch den Ausgang 23 der Kammer in Richtung Substrat 6. Die Leitung 23 zwischen der Kammer 19 und schlitzförmiger Öffnung 14/15 zur Zuführung muss auch erhitzt werden um eine Kondensation von Selen zu verhindern, was eine aufwändige Wartung nach sich ziehen würde.The Selendampf, which is in the chamber 19 has formed, must now contact the substrates 6 continue to be conducted. It must be ensured that the selenium vapor can not cool down and condense. The transport of the vapor takes place via a carrier gas. Nitrogen is used as the carrier gas. This must first be at the same temperature as in the chamber 19 prevails, be heated. The nitrogen passes through the entrance 22 in the chamber 19 in which the selenium vapor is located. There it picks up the selenium and carries it through the exit 23 the chamber towards the substrate 6 , The administration 23 between the chamber 19 and slit-shaped opening 14 / 15 The feed must also be heated to prevent condensation of selenium, which would require extensive maintenance.

Um dieses Vorheizen des Stickstoffgases, das Erhitzen der Verdampfungskammer 19 und der Transportwege leichter zu verwirklichen, ist alles im Aufdampfkopf 9 aus Graphit untergebracht. Der ganze Aufdampfkopf 9 wird beheizt. Das Stickstoffgas wird durch einen nicht dargestellten Mäander im Aufdampfkopf 9 durchgeführt. Dabei erhitzt sich das Gas auf die Temperatur des Aufdampfkopfes 9.To this preheating the nitrogen gas, heating the evaporation chamber 19 and to make the transport routes easier, everything is in the evaporator head 9 housed in graphite. The whole steam head 9 is heated. The nitrogen gas is passed through a meander, not shown, in the vapor deposition head 9 carried out. The gas heats up to the temperature of the vapor deposition head 9 ,

Zusätzlich wird die Strömung des mit Selendampf vermischten Stickstoffgases über eine weitere, sich in der Leitung zwischen Verdampfungskammer 19 und schlitzartiger Öffnung zur Zuführung 21 befindende Stickstoffgaseinspeisung 26 gesteuert. Durch das Einströmen dieses Gases, genannt Prozesszusatzgas, wird ein leichter Sog entwickelt, der das Gasgemisch aus der Kammer zieht. Der Fluss über die Stickstoffgaseinspeisung für das Prozesszusatzgas kann über einen Durchflussmesser gemessen und über ein Feinregulierventil eingestellt werden.In addition, the flow of the selenium vapor mixed nitrogen gas over another, in the line between the evaporation chamber 19 and slot-like opening to the feeder 21 located nitrogen gas feed 26 controlled. The inflow of this gas, called process additive gas, a slight suction is developed, which pulls the gas mixture from the chamber. The flow through the nitrogen gas feed for the process additive gas can be measured via a flow meter and adjusted via a fine adjustment valve.

Um die Strömungsgeschwindigkeit der Stickstoffeinspeisung für das Prozesszusatzgas 26, der Stickstoffeinspeisung in die Rohrleitung 21 und der Stickstoffeinspeisung in die Verdampfungskammer 22 zu steuern, sind diese jeweils mit einem Durchflussmesser und einem Feinregulierventil ausgestattet. Dies erlaubt die entsprechenden Flüsse zu messen und dann einzustellen.To the flow rate of the nitrogen feed for the process additive gas 26 , the nitrogen feed into the pipeline 21 and the nitrogen feed into the vaporization chamber 22 These are each equipped with a flow meter and a fine regulating valve. This allows the corresponding rivers to be measured and then adjusted.

11
Ofenkammerfurnace chamber
1.11.1
Wandwall
1.21.2
Wandwall
1.31.3
Öffnung/EingangOpening / input
1.41.4
Öffnung/AusgangOpening / output
22
Heizsystemheating system
33
Kühlsystemcooling system
4.14.1
Gasschleusegas lock
4.24.2
Gasschleusegas lock
4.34.3
Gasschleusegas lock
4.44.4
Gasschleusegas lock
55
TransportmittelMode of Transport
66
Molybdän auf Glassubstratmolybdenum on glass substrate
77
Metallische PrecursorschichtenMetallic precursor layers
88th
Se-SchichtSe layer
99
AufdampfkopfAufdampfkopf
1010
Selendampf-/StickstoffgasgemischSelendampf- / nitrogen gas mixture
10.110.1
Öffnungopening
1111
Abgaskanalexhaust duct
1212
CIGS-SchichtCIGS layer
1313
HaubeHood
1414
Schlitzförmige Öffnung zur ZuführungSlot-shaped opening to the feeder
1515
Schlitz zur Zuführungslot to the feeder
1616
Behältercontainer
1717
Dosiervorrichtungmetering
1818
Rohrleitungpipeline
1919
Kammerchamber
2020
VentilValve
2121
Stickstoffgaseinspeisung in die RohrleitungNitrogen gas feed into the pipeline
2222
Eingangentrance
2323
Ausgangoutput
2424
SelenseeSelensee
2525
Selendampfselenium vapor
2626
Stickstoffgaseinspeisung für das ProzesszusatzgasNitrogen gas feed for the process additive gas

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - EP 0318315 A2 [0006] - EP 0318315 A2 [0006]
  • - EP 0662247 B1 [0007] EP 0662247 B1 [0007]
  • - EP 2008/007466 [0008] - EP 2008/007466 [0008]
  • - EP 2008/062061 [0013] - EP 2008/062061 [0013]

Claims (20)

Verfahren zur thermischen Umsetzung metallischer Precursorschichten auf flachen Substraten in halbleitende Schichten in einer Ofenkammer, gekennzeichnet durch – Ausbilden einer eingangs- und ausgangsseitigen Gasschleuse (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) zum sauerstoffdichten Verschluss der Ofenkammer (1), – Einbringen eines oder mehrerer mit mindestens einer metallischen Precursorschicht präparierter Substrate (6) in die Ofenkammer (1), – Einleiten eines über die Breite der Substrate (6) möglichst gleichmäßig verteilten Chalkogendampf-/Trägergasgemisches (10) oberhalb der Substrate, – Erwärmen der Substrate (6) in der Chalkogendampf-/Trägergasatmosphäre (10) auf eine Endtemperatur und Umwandlung der metallischen Precursorschichten in halbleitende Schichten, – Entfernen des nicht in der Reaktion verbrauchten Chalkogendampf-/Trägergasgemisches (10), – Abkühlen der Substrate (6), und – Entnahme der Substrate (6) aus der Ofenkammer (10).Process for the thermal conversion of metallic precursor layers on flat substrates into semiconductive layers in a furnace chamber, characterized by - forming an inlet and outlet gas lock ( 4.1 . 4.2 . 4.3 . 4.4 ) for the oxygen-tight closure of the furnace chamber ( 1 ), - introducing one or more substrates prepared with at least one metallic precursor layer ( 6 ) in the oven chamber ( 1 ), - introducing an across the width of the substrates ( 6 ) as evenly distributed chalcogen vapor / carrier gas mixture ( 10 ) above the substrates, - heating of the substrates ( 6 ) in the chalcogen vapor / carrier gas atmosphere ( 10 ) to a final temperature and conversion of the metallic precursor layers into semiconductive layers, - removal of the non-consumed in the reaction chalcogen vapor / carrier gas mixture ( 10 ), - cooling the substrates ( 6 ), and - removal of the substrates ( 6 ) from the furnace chamber ( 10 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate (6) in einer Schutzgasatmosphäre bis auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der möglichst keine Verdampfung von Chalkogenen stattfindet.Method according to claim 1, characterized in that the substrates ( 6 ) are heated in a protective gas atmosphere to a temperature at which, if possible, no evaporation of chalcogens takes place. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass über der Oberfläche der Substrate (6) zwischen den Gasschleusen (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) eine Strömung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches (10) erzeugt wird.Method according to claims 1 and 2, characterized in that above the surface of the substrates ( 6 ) between the gas locks ( 4.1 . 4.2 . 4.3 . 4.4 ) a flow of the chalcogen vapor / carrier gas mixture ( 10 ) is produced. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Chalkogendampf-/Trägergasgemisch (10) durch Überströmen von geschmolzenen Chalkogenen mit Trägergas erzeugt wird.Process according to Claims 1 and 3, characterized in that the chalcogen vapor / carrier gas mixture ( 10 ) is generated by overflow of molten chalcogens with carrier gas. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate (6), nach der Umwandlung der metallischen Precursorschichten in halbleitende Schichten und vor dem Entfernen des nicht in der Reaktion verbrauchten Chalkogendampfes, in der Chalkogendampf-/Trägergasatmosphäre (10) bei einer vorgegebenen Temperatur gehalten und anschließend abgekühlt werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the substrates ( 6 ), after the conversion of the metallic precursor layers into semiconductive layers and before the removal of the chalcogen vapor not consumed in the reaction, in the chalcogen vapor / carrier gas atmosphere ( 10 ) are kept at a predetermined temperature and then cooled. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate (6) in einem in mehrere Temperaturbereiche segmentierten Ofenkammer (1) in mehreren Schritten auf eine jeweils vorgegebene Temperatur erwärmt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the substrates ( 6 ) in a furnace chamber segmented into a plurality of temperature regions ( 1 ) are heated in several steps to a respective predetermined temperature. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Ofenkammer (1) befindlichen Substrate (6) gleichzeitig und schrittweise von Segment zu Segment transportiert werden.A method according to claim 6, characterized in that in the furnace chamber ( 1 ) ( 6 ) are transported simultaneously and step by step from segment to segment. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate (6) in der Schutzgasatmosphäre auf eine Temperatur von ca. 150°C und anschließend in der Chalkogendampf-/Trägergasatmosphäre auf zunächst ca. 450°C und dann auf die Endtemperatur von ca. 550°C erwärmt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the substrates ( 6 ) In the inert gas atmosphere to a temperature of about 150 ° C and then in the chalcogen vapor / carrier gas atmosphere to first about 450 ° C and then to the final temperature of about 550 ° C are heated. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate (6) vor dem Einbringen in die Ofenkammer (1) mit mindestens einer Chalkogenschicht versehen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the substrates ( 6 ) before introduction into the oven chamber ( 1 ) are provided with at least one chalcogen layer. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Precursorschichten auf dem Substrat (6) durch aufeinander folgendes Sputtern von Kupfer/Gallium und Indium auf einem mit Molybdän beschichteten flachen Glassubstrat hergestellt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metallic precursor layers on the substrate ( 6 ) are prepared by sequentially sputtering copper / gallium and indium onto a molybdenum coated flat glass substrate. Vorrichtung, bestehend aus einem Ofen mit einer in mehrere Temperaturbereiche segmentierten Ofenkammer, die Öffnungen zum Ein- und Ausbringen der Substrate aufweist, mit Gasschleusen an den Öffnungen zum Ein- und Ausbringen der Substrate, mit einem Transportmittel für flache Substrate zum schrittweisen und gleichzeitigen Transport sämtlicher in der Ofenkammer befindlicher Substrate zum jeweils nächsten Segment und mit einem Abgaskanal zum Entfernen eines Chalkogendampf-/Trägergasgemisches besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (1.3, 1.4) zum Ein- und Ausbringen der Substrate (6) kleinst mögliche Abmessungen aufweisen, dass in einer Wand (1.1) der Ofenkammer (1) zwischen den Gasschleusen (4) Mittel zur Erzeugung einer Strömung eines Chalkogendampf-/Trägergasgemisches (10) längs über den Substraten (6) angeordnet sind.Apparatus comprising a furnace having a furnace chamber segmented into a plurality of temperature regions, having openings for introducing and removing the substrates, with gas locks at the openings for introducing and removing the substrates, with a transport means for flat substrates for the stepwise and simultaneous transport of all in the furnace chamber located substrates to each next segment and with an exhaust passage for removing a chalcogen vapor / carrier gas mixture, characterized in that the openings ( 1.3 . 1.4 ) for loading and unloading the substrates ( 6 ) have the smallest possible dimensions that in a wall ( 1.1 ) of the furnace chamber ( 1 ) between the gas locks ( 4 ) Means for generating a flow of a chalcogen vapor / carrier gas mixture ( 10 ) longitudinally over the substrates ( 6 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung einer Strömung längs über den Substraten (6) in oder entgegen deren Transportrichtung aus Öffnungen (10.1) in einer Wand der Ofenkammer (1.1) zur Zu- bzw. Abführung eines Chalkogendampf-/Trägergasgemisches (10) oder eines Trägergases bestehen.Apparatus according to claim 11, characterized in that the means for generating a flow along the substrates ( 6 ) in or against the transport direction of openings ( 10.1 ) in a wall of the furnace chamber ( 1.1 ) for supplying or removing a chalcogen vapor / carrier gas mixture ( 10 ) or a carrier gas. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (10.1) zur Zuführung eines Chalkogendampf-/Trägergasgemisches (10) Bestandteil eines Aufdampfkopfes (9) ist.Apparatus according to claim 12, characterized in that the opening ( 10.1 ) for supplying a chalcogen vapor / carrier gas mixture ( 10 ) Component of a vapor deposition head ( 9 ). Vorrichtung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (10.1, 11) zur Zu- bzw. Aführung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches, oder des Trägergases, sich in der Wand (1.1) der Ofenkammer (1) befindet, die der beschichteten Fläche eines in der Ofenkammer (1) befindlichen Substrates (6) gegenüber liegt.Device according to claim 11 and 12, characterized in that the openings ( 10.1 . 11 ) to supply or lead the chalcogen vapor / carrier gas mixture, or the carrier gas, in the wall ( 1.1 ) of the furnace chamber ( 1 ), the be layered surface of one in the furnace chamber ( 1 ) substrate ( 6 ) is opposite. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufwärmzone an deren Ausgang mit einer Gasschleuse (4.2) versehen ist.Device according to one of claims 11 to 14, characterized in that a warm-up zone at its output with a gas lock ( 4.2 ) is provided. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Öffnung (10.1) zur Zuführung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches (10) direkt nach der Gasschleuse (4.2) angebracht ist.Device according to claims 11 to 15, characterized in that the at least one opening ( 10.1 ) for feeding the chalcogen vapor / carrier gas mixture ( 10 ) directly after the gas lock ( 4.2 ) is attached. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Öffnung (10.1) zum Zuführen des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches (10) eine schlitzförmige Öffnung ist, die senkrecht zur Transportrichtung ausgerichtet ist und sich über die gesamte Breite der in der Ofenkammer (1) befindlichen Substrate (6) erstreckt.Apparatus according to claim 16, characterized in that the at least one opening ( 10.1 ) for feeding the chalcogen vapor / carrier gas mixture ( 10 ) is a slot-shaped opening which is aligned perpendicular to the transport direction and over the entire width of the in the furnace chamber ( 1 ) ( 6 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Öffnung (10.1) zur Zuführung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches (10) über mindestens eine Leitung mit einer Verdampfungskammer (19) verbunden ist.Device according to one of claims 11 to 17, characterized in that the at least one opening ( 10.1 ) for feeding the chalcogen vapor / carrier gas mixture ( 10 ) via at least one line with an evaporation chamber ( 19 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen die zu der schlitzförmigen Öffnung führen, im unteren Teil die Form der schlitzförmigen Öffnung annimmt und mit Verengungen gefolgt von Entspannungszonen versehen ist.Device according to claim 18, characterized in that that leads to the slot-shaped opening lead, in the lower part of the shape of the slot-shaped opening and provided with constrictions followed by relaxation zones. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungskammer (19) mit mindestens einer Zuführungseinrichtung zur Zuführung des Chalkogendampf-/Trägergasgemisches, bestehend aus einem Behälter und einer Dosiereinrichtung, über Rohrleitungen mit Ventilen verbunden ist.Device according to one of claims 18 and 19, characterized in that the evaporation chamber ( 19 ) with at least one supply device for supplying the chalcogen vapor / carrier gas mixture, consisting of a container and a metering device, is connected via pipes with valves.
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