DE102010035569A1 - Continuous furnace - Google Patents
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Abstract
Durchlaufofen zur thermischen Umsetzung einer auf einem Substrat (3) angeordneten metallischen Vorgängerschicht in einer Gasströmung, insbesondere zur Umsetzung einer metallischen Vorgängerschicht in eine CIGSe-Schicht, mit einem fortlaufenden Tunnel, der eine Mehrzahl von aufeinander folgenden Segmenten (5, 6, 7, 8, 9) umfasst, wobei der Querschnitt des Tunnels in einem mittleren der Segmente (6, 7) kleiner ist als in einem an das mittlere Segment angrenzenden Segment (5, 8, 9).Continuous furnace for the thermal conversion of a metallic precursor layer arranged on a substrate (3) in a gas flow, in particular for the conversion of a metallic precursor layer into a CIGSe layer, with a continuous tunnel that has a plurality of successive segments (5, 6, 7, 8 , 9), the cross section of the tunnel in a middle one of the segments (6, 7) being smaller than in a segment (5, 8, 9) adjoining the middle segment.
Description
Die Erfindung betrifft einen Durchlaufofen zur thermischen Umsetzung einer auf einem Substrat angeordneten metallischen Vorgängerschicht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und die Verwendung eines Durchlaufofens nach dem nebengeordneten Anspruch 14.The invention relates to a continuous furnace for the thermal conversion of a substrate arranged on a metallic precursor layer according to the preamble of
Bei der Herstellung von Dünnschicht-Solarzellen mit einer Kupfer-Indium-Gallium-Sulfid-Selenid-Schicht (CIGSSe) werden bei bekannten Herstellverfahren metallische Vorgängerschichten in diese CIGSSe-Schicht umgesetzt. Vor dem Umsetzen werden Vorgängerschichten auf einem Substrat angeordnet. Die Vorgängerschichten enthalten die metallische Vorgängerschicht und können Selen und/oder Schwefel enthaltende Vorgängerschichten aufweisen.In the production of thin-film solar cells with a copper-indium-gallium-sulfide-selenide layer (CIGSSe), metallic precursor layers are converted into this CIGSSe layer in known production processes. Prior to conversion, precursor layers are placed on a substrate. The precursor layers contain the metallic precursor layer and may have selenium and / or sulfur-containing precursor layers.
Aus der
Eine mögliche Umgebung für die Umsetzung ist unter Vakuum. Die unter Vakuum arbeitenden Verfahren haben allerdings den Nachteil, dass sie eine sehr lange Prozesszeit für die Umsetzung benötigen.One possible environment for the reaction is under vacuum. However, the vacuum processes have the disadvantage that they require a very long process time for the implementation.
Besser geeignet sind in der Regel Verfahren, bei welchen Prozessgase durch den Durchlaufofen geführt werden, beispielsweise durch einen Einlass in den Ofen hinein und durch Absaugen in einer Absaugeinrichtung wieder aus dem Ofen heraus. Als Prozessgas wird ein Trägergas wie zum Beispiel Stickstoff, evtl. gemischt mit weiteren Bestandteilen, wie zum Beispiel Selen und/oder Schwefel, verwendet und über das Substrat geleitet. Die Hauptaufgabe des Prozessgases ist es, eine Sauerstoff-freie Umgebung herzustellen.Processes in which process gases are passed through the continuous furnace, for example through an inlet into the furnace and out of the furnace by suction in a suction device, are generally more suitable. As the process gas, a carrier gas such as nitrogen, possibly mixed with other ingredients such as selenium and / or sulfur, used and passed over the substrate. The main task of the process gas is to create an oxygen-free environment.
Dabei hat sich allerdings gezeigt, dass in der gebildeten CIGSSe-Schicht unter Umständen Inhomogenitäten auftreten können. Solche Effekte führen zu einer Verminderung des Wirkungsgrades von mit diesen Substraten hergestellten Solarmodulen.However, it has been shown that inhomogeneities may occur in the CIGSSe layer formed. Such effects lead to a reduction in the efficiency of solar modules produced with these substrates.
Es ist Aufgabe der Erfindung, Vorrichtungen und Verfahren des Standes der Technik zu verbessern, insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung oder ein Verfahren anzugeben, mit welchen eine verbesserte Umsetzung einer metallischen Vorgängerschicht in eine homogene CIGSSe-Schicht möglich ist. Dabei sollte die Umsetzung möglichst in einer kurzen Zeitspanne erfolgen können.It is an object of the invention to improve devices and methods of the prior art, in particular the object of the invention to provide a device or a method with which an improved implementation of a metallic precursor layer is possible in a homogeneous CIGSSe layer. The implementation should be possible within a short period of time.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 und der Verwendung einer solchen Vorrichtung nach dem nebengeordneten Anspruch 14 gelöst.The object is achieved with a device according to
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Unteransprüche.Advantageous developments are the subject of dependent claims.
Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass durch Strömungs-Inhomogenitäten der Prozessgasströmung Inhomogenitäten in der gebildeten CIGSSe-Schicht entstehen können. Durch Verringern des Querschnitts des Tunnels des Durchlaufofens in einem Segment, in welchem die Umsetzung der metallischen Vorgängerschicht erfolgt, wird die Strömung in diesem Bereich homogenisiert, da der verbleibende Querschnitt zwischen Tunneldecke und Substratoberfläche im Bereich der Umsetzung fortlaufend gleichmäßig ist. Vor dem verringerten Querschnitt des Tunnels bildet sich ein Rückstau des Prozessgases, sodass am Beginn des verringerten Querschnitts gleichmäßig Prozessgas einströmt. Dabei bedeutet der Begriff „ein mittleres der Segmente”, dass der Durchlaufofen in eine Mehrzahl von aufeinander folgenden Segmenten unterteilt ist, wobei ein mittleres Segment ein Segment ist, das mindestens ein vorausgehendes und mindestens ein nachfolgendes Segment aufweist. Das mittlere Segment liegt nach der Definition dieser Anmeldung nicht notwendigerweise exakt in der Mitte des Durchlaufofens, sondern ist lediglich nicht an einem Rand des Durchlaufofens angeordnet. Vorzugsweise verläuft die Gasströmung des Prozessgases in der Transportrichtung des Durchlaufofens. Als Prozessgas wird zweckmäßigerweise ein Gas verwendet, das das Trägergas umfasst oder im Wesentlichen aus dem Trägergas besteht. Als Trägergas wird vorzugsweise Stickstoff verwendet. Weitere Bestandteile des Prozessgases können Selen und/oder Schwefel sein.The invention makes use of the knowledge that inhomogeneities in the formed CIGSSe layer can arise due to flow inhomogeneities of the process gas flow. By reducing the cross-section of the tunnel of the continuous furnace in a segment in which the implementation of the metallic precursor layer takes place, the flow in this area is homogenized, since the remaining cross section between tunnel ceiling and substrate surface in the region of implementation is continuously uniform. In front of the reduced cross-section of the tunnel, a backflow of the process gas is formed so that process gas flows in uniformly at the beginning of the reduced cross-section. Here, the term "an average of the segments" means that the continuous furnace is divided into a plurality of successive segments, wherein a middle segment is a segment having at least one preceding segment and at least one subsequent segment. The middle segment according to the definition of this application does not necessarily lie exactly in the middle of the continuous furnace, but is merely not arranged on an edge of the continuous furnace. Preferably, the gas flow of the process gas is in the transport direction of the continuous furnace. As the process gas, it is expedient to use a gas which comprises the carrier gas or consists essentially of the carrier gas. The carrier gas used is preferably nitrogen. Other components of the process gas may be selenium and / or sulfur.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind in dem Durchlaufofen mindestens eine Heizeinrichtung und mindestens eine Kühleinrichtung vorgesehen, so dass die einzelnen Segmente unabhängig voneinander auf einer jeweils vorgebbaren Temperatur gehalten werden können.In one embodiment of the invention, at least one heating device and at least one cooling device are provided in the continuous furnace, so that the individual segments can be held independently of one another at a respectively predeterminable temperature.
Bevorzugt sind die Wände des Tunnels aus Graphit und die mindestens eine Heizeinrichtung und die mindestens eine Kühleinrichtung sind in den Graphit eingelassen. Unter dem Begriff „Wände” wird dabei vorzugsweise die gesamte Tunneleinhausung einschließlich Decke des Tunnels verstanden.The walls of the tunnel are preferably made of graphite and the at least one heating device and the at least one cooling device are embedded in the graphite. The term "walls" is understood to mean preferably the entire tunnel housing including the ceiling of the tunnel.
Vorzugsweise ist in dem mittleren Segment ein Deckenelement an einer Decke des Tunnels angeordnet. Das Deckenelement kann dabei integral mit der Decke des Tunnels verbunden sein oder als separates Element an der Decke des Tunnels angebracht sein. Das Deckenelement bewirkt die Querschnittsverringerung im mittleren Segment. Das Deckenelement kann beispielsweise ein Block oder eine abgehängte Decke sein, wobei vorzugsweise wichtig ist, dass der wirksame Strömungsquerschnitt verringert wird. Auf diese Weise wird auf einfache Art und Weise der verringerte Querschnitt geschaffen.Preferably, in the middle segment, a ceiling element is arranged on a ceiling of the tunnel. The ceiling element can be integral be connected to the ceiling of the tunnel or attached as a separate element to the ceiling of the tunnel. The ceiling element causes the cross-section reduction in the middle segment. The ceiling element may for example be a block or a suspended ceiling, wherein it is preferably important that the effective flow cross-section is reduced. In this way, the reduced cross-section is created in a simple manner.
Vorzugsweise umfasst der Querschnitt des Tunnels in dem mittleren Segment zumindest einen in der Transportrichtung ausgerichteten Seitenkanal. Besonders bevorzugt werden zwei Seitenkanäle in dem Durchlaufofen vorgesehen, vorteilhafterweise jeweils einer rechts und einer links des Deckenelements. So kann mit einem mittig an der Decke des Tunnels angeordneten Deckenelement beidseitig des Deckenelements jeweils ein Seitenkanal geschaffen werden. Dies bietet den Vorteil, dass über dem Substrat eine beruhigte Strömung geschaffen werden kann, so dass ein Selenmangel und/oder ein Schwefelmangel bei der Umsetzung vermieden werden können.The cross-section of the tunnel in the middle segment preferably comprises at least one side channel oriented in the transport direction. Particularly preferred two side channels are provided in the continuous furnace, advantageously one right and one left of the ceiling element. Thus, a side channel can be created on both sides of the ceiling element with a centrally arranged on the ceiling of the tunnel ceiling element. This offers the advantage that a calm flow can be created over the substrate so that selenium deficiency and / or sulfur deficiency in the reaction can be avoided.
Der Seitenkanal ist in Transportrichtung des Durchlaufofens vorzugsweise im Bereich des verringerten Querschnitts des mittleren Segments angeordnet. Besonders bevorzugt ist er in einer der Ecken des Tunnels angeordnet, wobei bei zwei Seitenkanälen jeweils einer in einer der beiden oberen Ecken des Tunnels angeordnet ist. Die Oberseite des Tunnels bzw. die Decke des Tunnels ist die einer Transporteinrichtung des Tunnels gegenüberliegende Seite des Tunnels. Die Transporteinrichtung dient dazu, Substrate durch den Durchlaufofen zu transportieren. In der Regel ist die Transporteinrichtung unten im Tunnel angeordnet, sodass die Substrate liegend in der Transporteinrichtung angeordnet werden können. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Anordnung beschränkt, wobei bei einer ` anderen Anordnung die Begriffe ”Decke” und ”oben” entsprechend umzudeuten sind.The side channel is preferably arranged in the transport direction of the continuous furnace in the region of the reduced cross section of the middle segment. Particularly preferably, it is arranged in one of the corners of the tunnel, with two side channels each having one arranged in one of the two upper corners of the tunnel. The top of the tunnel or the ceiling of the tunnel is the opposite side of the tunnel to a transport device of the tunnel. The transport device serves to transport substrates through the continuous furnace. In general, the transport device is arranged at the bottom of the tunnel, so that the substrates can be arranged horizontally in the transport device. However, the invention is not limited to such an arrangement, wherein in a `different arrangement, the terms 'ceiling' and 'top' are to be reinterpreted accordingly.
Vorzugsweise ist in dem Tunnel stromaufwärts des Deckenelements ein Leitelement angeordnet. Dabei bedeutet stromaufwärts entgegen der Strömungsrichtung des Prozessgases, d. h. vorzugsweise entgegen der Transportrichtung des Substrats. Das Leitelement ist dazu geeignet, das durch den Tunnel strömende Gas oder Prozessgas in den oder die Seitenkanäle zumindest teilweise einzuleiten. Besonders bevorzugt ist das Leitelement als Führungskeil ausgebildet, insbesondere als dreieckförmiger Führungskeil, welcher dazu dient, zumindest einen Teil eines durch den Tunnel strömenden Gases in zwei Seitenkanäle einzuleiten. Vorzugsweise ist der Durchlaufofen derart ausgebildet, dass zumindest 30%, bevorzugt mindestens 50% des Prozessgases durch die Seitenkanäle geleitet werden. Die Ausbildung der Seitenkanäle des Leitelements und ggf. weiteren Einbauten erfolgt vorteilhafterweise, um die angegebenen Anteile zu erreichen. Dies bietet den Vorteil, dass über dem Substrat eine besonders beruhigte Strömung, unabhängig von einer Strömung in den Seitenkanälen geschaffen werden kann.Preferably, a guide element is arranged in the tunnel upstream of the ceiling element. In this case, upstream against the flow direction of the process gas, ie. H. preferably counter to the transport direction of the substrate. The guide element is suitable for at least partially introducing the gas or process gas flowing through the tunnel into the side channel (s). Particularly preferably, the guide element is designed as a guide wedge, in particular as a triangular guide wedge, which serves to introduce at least a portion of a gas flowing through the tunnel into two side channels. Preferably, the continuous furnace is designed such that at least 30%, preferably at least 50% of the process gas are passed through the side channels. The formation of the side channels of the guide element and possibly other internals is advantageously carried out to achieve the specified proportions. This offers the advantage that a particularly calm flow, independent of a flow in the side channels, can be created above the substrate.
Vorzugsweise umfasst der Durchlaufofen zumindest eine in Transportrichtung oder Strömungsrichtung in dem Tunnel angeordnete Führungsleiste. Die Führungsleiste ist vorzugsweise so angeordnet, dass sie den Seitenkanal zumindest teilweise begrenzt. Durch die Führungsleiste ist es möglich, eine Strömung in dem Seitenkanal von einer Strömung über dem Substrat zumindest teilweise zu. entkoppeln. Dies bietet den Vorteil, dass über dem Substrat eine besonders homogene Strömung geschaffen werden kann.Preferably, the continuous furnace comprises at least one arranged in the transport direction or flow direction in the tunnel guide bar. The guide bar is preferably arranged to at least partially define the side channel. The guide rail makes it possible to at least partially increase a flow in the side channel from a flow over the substrate. decouple. This offers the advantage that a particularly homogeneous flow can be created above the substrate.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Führungsleiste an einem Seitenrand des Deckenelements angeordnet. Besonders bevorzugt werden Anordnungen mit einem mittig an der Decke des Tunnels angeordneten Deckenelement, welches zwei Seitenkanäle schafft. An den beiden Seitenrändern des Deckenelements sind bevorzugt Führungsleisten angebracht. Die Führungsleisten weisen vorzugsweise einen rechteckförmigen Querschnitt auf, welcher eine größere Höhe als Breite aufweist, sodass die Führungsleiste nach unten in das Innere des Tunnelquerschnitts hineinragen. Auf diese Weise werden zuverlässig Seitenkanäle geschaffen. Die Führungsleisten erstrecken sich vorzugsweise zumindest über die Hälfte, bevorzugter mindestens 90%, der gesamten Länge des Deckenelements. Dabei können die Führungsleisten bei typischen Ausführungsformen auch unterbrochen sein. Bei Unterbrechungen nur über eine kurze Strecke kommt es dennoch nicht zu einer maßgeblichen Vermischung der Strömungen in den Seitenkanälen mit der. Strömung über den Substraten.Preferably, the at least one guide strip is arranged on a side edge of the ceiling element. Particularly preferred are arrangements with a centrally arranged on the ceiling of the tunnel ceiling element, which creates two side channels. On the two side edges of the ceiling element guide strips are preferably mounted. The guide rails preferably have a rectangular cross section, which has a greater height than width, so that the guide bar protrude down into the interior of the tunnel cross section. In this way, side channels are created reliably. The guide strips preferably extend at least over half, more preferably at least 90%, of the entire length of the ceiling element. The guide rails may also be interrupted in typical embodiments. When interruptions only over a short distance, it does not come to a significant mixing of the currents in the side channels with the. Flow over the substrates.
Vorzugsweise ist an dem Deckenelement oder an dem Leitelement zumindest eine Abschirmlippe angeordnet. Die Armschirmlippe ist vorzugsweise zumindest im Wesentlichen quer zur Tunnelrichtung angeordnet. Die Abschirmlippe ist zweckmäßigerweise so angeordnet, dass der Querschnitt des Tunnels gegenüber dem im mittleren Segment vorliegenden, verringerten Querschnitt weiter verringert wird. Auf diese Weise wird vor dem Bereich, in welchem die Umsetzung stattfinden soll, ein Strömungsaufstau erzeugt. Hinter der Abschirmlippe entsteht auf diese Weise eine beruhigte Strömung. Im Zusammenhang mit den Seitenkanälen, welche vorzugsweise so angeordnet sind, dass sie einen überwiegenden Anteil des Volumenstroms der Gasströmung des Prozessgases aufnehmen, ergibt sich eine besonders günstige Strömungssituation über dem Substrat.Preferably, at least one shielding lip is arranged on the ceiling element or on the guide element. The arm-shield lip is preferably arranged at least substantially transversely to the tunnel direction. The shielding lip is expediently arranged so that the cross-section of the tunnel is further reduced in relation to the reduced cross-section present in the middle segment. In this way, upstream of the area in which the reaction is to take place, a flow accumulation is generated. Behind the shielding lip created in this way a calm flow. In connection with the side channels, which are preferably arranged so that they absorb a predominant portion of the volume flow of the gas flow of the process gas, results in a particularly favorable flow situation over the substrate.
Vorteilhafterweise sind eine vordere Abschirmlippe und eine hintere Abschirmlippe vorgesehen, wobei die vordere Abschirmlippe an oder vor einem stromaufwärts gelegenen Ende des Deckenelements quer zur Strömungsrichtung angeordnet ist. Die hintere Abschirmlippe ist an einem stromabwärts gelegenen Ende des Deckenelements quer zur Tunnelrichtung angeordnet. Dabei bedeutet vorderes Ende und hinteres Ende jeweils, dass die Abschirmlippe in einem jeweiligen Bereich angeordnet ist, d. h. vorzugsweise innerhalb der ersten 20%, noch bevorzugter der ersten 10%, oder innerhalb der letzten 20%, noch bevorzugter 10% des Deckenelements. Zwischen den Abschirmlippen wird eine besonders beruhigte Strömung erreicht. Advantageously, a front shield lip and a rear shield lip are provided, wherein the front shield lip is arranged at or in front of an upstream end of the ceiling member transversely to the flow direction. The rear shield lip is disposed at a downstream end of the ceiling member transversely of the tunnel direction. In this case, the front end and the rear end respectively mean that the shielding lip is arranged in a respective region, ie preferably within the first 20%, more preferably the first 10%, or within the last 20%, more preferably 10% of the ceiling element. Between the shield lips a particularly calm flow is achieved.
Vorzugsweise ist das Deckenelement mindestens so breit wie ein durch die Transportvorrichtung transportierbares Substrat. Besonders bevorzugt werden Anordnungen, bei welchen die Führungsleisten seitlich neben, evtl. auch oberhalb, von transportierten Substraten angeordnet sind, sodass über die gesamte Breite des Substrats eine gleichmäßige Strömung erreicht wird.Preferably, the ceiling element is at least as wide as a transportable by the transport substrate. Particularly preferred are arrangements in which the guide rails are arranged laterally next to, possibly also above, of transported substrates, so that over the entire width of the substrate, a uniform flow is achieved.
Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche des Tunnels im Bereich des mittleren Segments um zumindest 20% gegenüber einem benachbarten Bereich des Tunnels verringert. Besonders bevorzugt wird eine Verringerung der Querschnittsfläche um zumindest 30% oder noch bevorzugter um zumindest 40%. Im Bereich der Abschirmlippen wird die Höhe des Tunnels vorzugsweise um weitere mindestens 5%, bevorzugter mindestens 10%, der Gesamthöhe des Tunnels im nicht verringerten Querschnitt verringert. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die verringerte Höhe regelmäßig nicht im Bereich der Seitenkanäle, sondern dazwischen vorliegt. Die Breite der Abschirmlippe beträgt vorzugsweise maximal das Dreifache, bevorzugter maximal das Doppelte ihrer Höhe. Auf diese Weise wird der Strömungswiderstand an der Abschirmlippe erhöht. Im Querschnittsbereich der Abschirmlippe ist die Höhe des Tunnels vorzugsweise um mindestens 30% gegenüber dem nicht verringerten Querschnitt, noch bevorzugter um mindestens 40% oder 50% verringert. Im Bereich der Seitenkanäle ist die Höhe des Tunnels vorzugsweise gegenüber einem benachbarten Segment nicht verringert. Die Seitenkanäle weisen vorzugsweise eine Breite auf, welche mindestens der halben Tunnelhöhe entspricht.Preferably, the cross-sectional area of the tunnel in the area of the middle segment is reduced by at least 20% with respect to an adjacent area of the tunnel. Particularly preferred is a reduction of the cross-sectional area by at least 30% or more preferably by at least 40%. In the area of the shielding lips, the height of the tunnel is preferably reduced by a further at least 5%, more preferably at least 10%, of the total height of the tunnel in the unreduced cross section. It should be noted that the reduced height is usually not in the range of side channels, but in between. The width of the Abschirmlippe is preferably at most three times, more preferably at most twice their height. In this way, the flow resistance is increased at the Abschirmlippe. In the cross-sectional area of the shielding lip, the height of the tunnel is preferably reduced by at least 30% from the unreduced cross-section, more preferably by at least 40% or 50%. In the area of the side channels, the height of the tunnel is preferably not reduced in relation to an adjacent segment. The side channels preferably have a width which corresponds to at least half the tunnel height.
Vorzugsweise ist an einem ersten Ende des Tunnels eine Einlassschleuse zum Einschleusen von Substraten in den Tunnel vorgesehen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist am ersten Ende des Tunnels die Einlassschleuse und am zweiten Ende des Tunnels eine Auslassschleuse vorgesehen. Die Schleusen erlauben es, Substrate im Durchlaufverfahren in den Ofen ein- und auszuschleusen und dabei Sauerstofffreiheit in dem Durchlaufofen sicher zu stellen. Die Schleusen können mechanische Klappen oder Schieber aufweisen, bevorzugt umfasst die Einlassschleuse und/oder die Auslassschleuse jeweils eine Gasschleuse. Eine Verunreinigung von Bauteilen kann mit der Verwendung von Gasschleusen verhindert werden.Preferably, an inlet lock is provided at a first end of the tunnel for introducing substrates into the tunnel. In a preferred embodiment of the invention, the inlet lock is provided at the first end of the tunnel and an outlet lock at the second end of the tunnel. The locks make it possible to feed in and out of substrates in the oven while ensuring oxygen freedom in the continuous furnace. The locks may have mechanical flaps or slides, preferably the inlet lock and / or the outlet lock each comprise a gas lock. Contamination of components can be prevented by using gas locks.
Bevorzugt umfasst die Einlassschleuse einen Gaseinlass zum Einbringen von Prozessgas in den Tunnel. Der Gaseinlass kann integral mit der Gasschleuse ausgebildet sein. Dies kann zum Beispiel durch die Verwendung von Gasschleusen, bei denen die Gasströmungen zu beiden Seiten der Gasschleuse unabhängig voneinander einstellbar sind, realisiert werden. Bevorzugt umfasst die Einlassschleuse eine Mehrzahl von Einlassöffnungen oder -schlitzen, wobei einige der Öffnungen für die Gasschleuse und zumindest eine der Öffnungen als Gaseinlass Verwendet werden. In typischen Ausführungsbeispielen ist auch eine Trennung von Gasschleuse und Gaseinlass in zwei Bauteile möglich. Dies bietet den Vorteil größerer Flexibilität in der Konfiguration der Anlage.Preferably, the inlet lock comprises a gas inlet for introducing process gas into the tunnel. The gas inlet may be formed integrally with the gas lock. This can be achieved, for example, by the use of gas locks, in which the gas flows on both sides of the gas lock can be set independently of one another. Preferably, the inlet lock comprises a plurality of inlet openings or slots, wherein some of the openings for the gas lock and at least one of the openings are used as a gas inlet. In typical embodiments, a separation of gas lock and gas inlet into two components is possible. This offers the advantage of greater flexibility in the configuration of the plant.
Vorzugsweise wird das Prozessgas an dem Gaseinlass gerichtet in den Tunnel des Durchlaufofens eingebracht. Stromabwärts des mittleren Segments ist vorzugsweise eine Absaugeinrichtung zum Absaugen des Prozessgases angeordnet. Das Einbringen und Absaugen an bestimmten Stellen des Tunnels bietet den Vorteil, dass die Strömungsrichtung festgelegt wird und definierte Verhältnisse im Durchlaufofen geschaffen werden. Insbesondere wird eine Kondensation von zum Beispiel Selen und/oder Schwefel stromaufwärts des mittleren Segments reduziert.Preferably, the process gas is introduced at the gas inlet directed into the tunnel of the continuous furnace. Downstream of the middle segment, a suction device for sucking off the process gas is preferably arranged. The introduction and suction at certain points of the tunnel has the advantage that the flow direction is set and defined conditions are created in the continuous furnace. In particular, condensation of, for example, selenium and / or sulfur upstream of the middle segment is reduced.
Vorzugsweise ist in dem mittleren Segment eine Heizung angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass in der Reaktionszone, welche vorzugsweise das mittlere Segment oder mehrere mittlere Segmente umfasst, ein vorgebbares Temperaturprofil eingestellt oder geregelt werden kann.Preferably, a heater is arranged in the middle segment. This offers the advantage that in the reaction zone, which preferably comprises the middle segment or several middle segments, a predeterminable temperature profile can be set or regulated.
Vorzugsweise umfasst der Tunnel eine Aufwärmzone, eine Reaktionszone und eine Abkühlzone. Das mittlere Segment ist vorzugsweise in der Reaktionszone angeordnet. Dabei kann ausdrücklich eine der Zonen mehrere Segmente umfassen. So umfasst beispielsweise die Reaktionszone vorzugsweise mindestens zwei Segmente, um eine ausreichend lange Strecke für die Umschichtung zu schaffen. Von der Erfindung ausdrücklich umfasst sind Anordnungen, bei welchen zwischen den Segmenten Unterbrechungen, beispielsweise des Deckenelements oder der Führungsleisten, vorhanden sind. Solche kurzen Unterbrechungen, welche vorzugsweise kürzer sind als eine Breite des Tunnels, sind für die Strömungen von untergeordneter Bedeutung. Der Gaseinlass ist vorzugsweise am stromaufwärts gelegenen Ende des Segments, welches in der Aufwärmzone liegt, angeordnet.Preferably, the tunnel comprises a warm-up zone, a reaction zone and a cooling zone. The middle segment is preferably arranged in the reaction zone. One of the zones may explicitly comprise several segments. For example, the reaction zone preferably includes at least two segments to provide a sufficiently long distance for the shift. Expressly encompassed by the invention are arrangements in which interruptions, for example of the ceiling element or the guide rails, are present between the segments. Such short breaks, which are preferably shorter than a width of the tunnel, are of secondary importance to the flows. The gas inlet is preferably at the upstream end of the segment lying in the warm-up zone.
Das oben genannte Leitelement befindet sich vorzugsweise in der Aufwärmzone, bevorzugt am Übergang zu der Reaktionszone, und stellt somit bestimmte Strömungsverhältnisse stromaufwärts der Reaktionszone ein, sodass es in der Reaktionszone lediglich definierte Strömungsverhältnisse stromabwärts des Leitelementes gibt. Die vordere Abschirmlippe befindet sich vorzugsweise am Ende des Leitelements oder am Anfang des Deckenelements, wie oben bereits angemerkt. Die Abkühlzone umfasst wiederum wenigstens ein Segment, je nach benötigter Länge für die Abkühlzone unter Umständen auch mehrere Segmente. Die Absaugeinrichtung befindet sich vorzugsweise in der Abkühlzone, besonders bevorzugt am stromabwärts gelegenen Ende eines ersten Segments der Abkühlzone. Auf diese Weise wird in einem weiteren, strömabwärts liegenden Segment der Abkühlzone eine Selen- und/oder Schwefel-freie oder weitgehend Selen- und/oder Schwefel-freie Atmosphäre erreicht, sodass die weitere Abkühlung ohne Selen und/oder ohne Schwefel erfolgen kann und keine Kondensation von Selen und/oder Schwefel stattfindet. Am Ende eines letzten Segments, welches Teil der Abkühlzone ist, befindet vorzugsweise eine weitere Schleuse, welche ein Eindringen von Sauerstoff von außen in den Durchlaufofen verhindern kann.The abovementioned guide element is preferably located in the warm-up zone, preferably at the transition to the reaction zone, and thus sets certain flow conditions upstream of the reaction zone, so that there are only defined flow conditions downstream of the guide element in the reaction zone. The front shielding lip is preferably located at the end of the baffle or at the beginning of the ceiling member, as noted above. The cooling zone in turn comprises at least one segment, depending on the required length for the cooling zone may also have multiple segments. The suction device is preferably located in the cooling zone, more preferably at the downstream end of a first segment of the cooling zone. In this way, in a further, downstream segment of the cooling zone, a selenium and / or sulfur-free or substantially selenium and / or sulfur-free atmosphere is reached, so that the further cooling can be carried out without selenium and / or without sulfur and none Condensation of selenium and / or sulfur takes place. At the end of a last segment, which is part of the cooling zone, there is preferably a further lock, which can prevent the penetration of oxygen from the outside into the continuous furnace.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines Durchlaufofens mit den oben beschriebenen erfindungsgemäßen oder bevorzugten Merkmalen zur thermischen Umsetzung einer auf einem Substrat angeordneten metallischen Vorgängerschicht, insbesondere zur Umsetzung einer metallischen Vorgängerschicht in eine CIGSSe-Schicht.A further aspect of the invention relates to the use of a continuous furnace with the inventive or preferred features described above for the thermal conversion of a metallic precursor layer arranged on a substrate, in particular for converting a metallic precursor layer into a CIGSSe layer.
Neben den oben genannten Vorteilen weist die Erfindung insbesondere die Vorteile auf, dass eine quasi ruhende bzw. beruhigte Strömung zum Umsetzen der Vorgängerschichten erzeugt wird, sodass eine homogenisierte CIGSSe-Schicht geschaffen werden kann. Die abgesenkte Decke mit dem Leitelement, den Führungsleisten und den Abschirmlippen verstärken ihre jeweiligen Einzeleffekte, wobei jedoch auch jede einzelne dieser Maßnahmen unabhängig von den anderen Maßnahmen geeignet ist, die Strömungsverhältnisse für eine Umsetzung metallischer Vorgängerschichten zu verbessern.In addition to the above-mentioned advantages, the invention has the particular advantages that a quasi-steady flow is generated for converting the precursor layers, so that a homogenized CIGSSe layer can be created. The lowered ceiling with the guide element, the guide rails and the Abschirmlippen enhance their respective individual effects, but each of these measures is independent of the other measures suitable to improve the flow conditions for a conversion metallic precursor layers.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be explained with reference to figures. Show it:
In der
Der in der
Die Substrate
Auf ihrem Weg durch den Durchlaufofen durchlaufen die Substrate
In den Segmenten
Im Rahmen der Erfindung ist in einem mittleren Bereich des Durchlaufofens, genauer gesagt in zumindest einem mittleren Segment, genauer den mittleren Segmenten
Stromaufwärts des Deckenelements
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Tunnelofens der
Die
Bei der in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsform verringert das Deckenelement
Zum besseren Verständnis der bevorzugten Ausführungsform sind in den
In der
Die
Die
Weiter stromabwärts nach der vorderen Abschirmlippe
Seitlich des Deckenelementes
Weiter stromabwärts ist in dem Schnitt D-D der
Die Seitenkanäle
Die hintere Abschirmlippe
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Einlassschleuseinlet sluice
- 22
- Auslassschleuseoutlet lock
- 33
- Substratesubstrates
- 55
- Segmentsegment
- 66
- Segmentsegment
- 77
- Segmentsegment
- 88th
- Segmentsegment
- 99
- Segmentsegment
- 1010
- Aufwärmheizungwarm Heating
- 1111
- Heizungheater
- 1212
- Kühlungcooling
- 1313
- Absaugeinrichtungsuction
- 1515
- Deckenelementceiling element
- 1616
- Leitelementvane
- 1717
- vordere Abschirmlippefront shielding lip
- 1818
- hintere Abschirmlipperear shield lip
- 2020
- Transporteinrichtungtransport means
- 2121
- Pfeil (Strömungsrichtung)Arrow (flow direction)
- 2222
- Seitenkanalside channel
- 2323
- Führungsleisteguide rail
- 2525
- Luftraumairspace
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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