DE102013101247A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Solarzellen - Google Patents

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Chih-Jen Yang
Yang Chih-Jen
Kuo-Jui HSIAO
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Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Solarzelle. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse, welches eine Vakuumkammer definiert, sowie eine drehbare Substratvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, mehrere Substrate auf mehreren Oberflächen aufzunehmen, wobei jede der mehreren Oberflächen derart angeordnet ist, dass sie einer inneren Oberfläche der Vakuumkammer zugewandt ist. Eine erste Sputter-Quelle ist dazu eingerichtet, mehrere Absorberschicht-Atome eines ersten Typs auf wenigstens einen Abschnitt einer Oberfläche jeder der mehreren Substrate aufzubringen. Eine Aufdampfquelle ist in einer ersten Teilkammer der Vakuumkammer angeordnet und dazu eingerichtet, mehrere Absorberschicht-Atome eines zweiten Typs auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate aufzubringen. Eine erste Isolierungsquelle ist dazu eingerichtet, die Aufdampfquelle von der ersten Sputter-Quelle zu isolieren.

Description

  • Bezugnahme auf verwandte Anmeldungen
  • Diese Anmeldung nimmt die Priorität der am 10. Februar 2012 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/597,608 in Anspruch, welche hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit einbezogen ist.
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Photovoltaik und genauer auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von Solarzellen.
  • Hintergrund
  • Kupferindium-Galliumdiselenid (CIGS) ist in Dünnschichtsolarzellen eine weitverwendete Absorberschicht. CIGS-Dünnschichtsolarzellen haben in Laborumgebungen eine ausgezeichnete Konversionseffizienz (> 20%) erreicht. Die CIGS-Abscheidung wird auf herkömmlichem Weg meistens mit einer der beiden folgenden Techniken ausgeführt: Co-Aufdampfen oder Selenisation. Das Co-Aufdampfen umfasst das gleichzeitige Aufdampfen von Kupfer, Indium, Gallium und Selen. Die unterschiedlichen Schmelzpunkte der vier Elemente machen das Steuern der Bildung einer stöchiometrischen Zusammensetzung auf einem großen Substrat sehr schwierig. Darüber hinaus ist die Schichtadhäsion bei der Verwendung des Co-Aufdampfens sehr gering. Die Selenisation umfasst einen zweischrittigen Prozess. Zunächst wird in einem Sputter-Prozess ein Kupfer, Gallium und Indium umfassendes Ausgangsmaterial auf ein Substrat aufgebracht.
  • Anschließend wird die Selenisation durchgeführt, indem man das Ausgangsmaterial bei 500°C oder darüber mit giftigem H2Se/H2S reagieren lässt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Unterschiedliche Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden dem Fachmann durch Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden beispielhaften nichtbeschränkenden Ausführungsformen offensichtlich werden.
  • 1 ist eine schematische Darstellung, welche eine Aufsicht eines Beispiels einer Vorrichtung zum Herstellen von Solarzellen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • 2 ist eine schematische Darstellung, welche eine Aufsicht eines Beispiels einer Vorrichtung zum Herstellen von Solarzellen gemäß einiger Ausführungsformen veranschaulicht.
  • 3 ist eine schematische Darstellung, welche eine Aufsicht eines Beispiels einer Vorrichtung zum Herstellen von Solarzellen gemäß einiger Ausführungsformen veranschaulicht.
  • 4 ist eine schematische Darstellung, welche eine Aufsicht eines Beispiels einer Vorrichtung zum Herstellen von Solarzellen gemäß einiger Ausführungsformen veranschaulicht.
  • 5 ist eine schematische Darstellung, welche eine Seitenansicht eines Beispiels einer Vorrichtung zum Herstellen von Solarzellen mit einer Substratvorrichtung mit im Wesentlichen vertikaler Ladeoberfläche gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • 6 ist eine schematische Darstellung, welche eine Seitenansicht eines Beispiels einer Vorrichtung zum Herstellen von Solarzellen mit einer Substratvorrichtung mit einer geneigten Ladeoberfläche gemäß einiger Ausführungsformen veranschaulicht.
  • 7 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Isolierungsblende gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 8 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzellenabsorberschicht auf dem Substrat gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • 9 ist ein Flussdiagramm, welches einen Schritt des Ausbildens einer Absorber-Monolage eines Verfahrens zum Herstellen einer Solarzelle gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • 10 ist ein Flussdiagramm, welches einen Schritt des Ausbildens einer Absorber-Monolage eines Verfahrens zum Herstellen einer Solarzelle gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • Die 11A, 11B, 11C, 11D, 11E und 11F veranschaulichen einen Querschnitt einer Ablagerung einer Absorberschicht auf einem Substrat gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 12 ist ein Graph, welcher eine Auger-Elektronenspektroskopie(AES)-Tiefenprofilanalyse einer beispielhaften Absorberschicht gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • Überblick über die Erfindung
  • Eine Vorrichtung zum Herstellen einer Solarzelle gemäß der Erfindung umfasst ein Gehäuse, welches eine Vakuumkammer definiert, sowie eine drehbare Substratvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, mehrere Substrate auf mehreren Oberflächen aufzunehmen, wobei jede der mehreren Oberflächen derart angeordnet ist, dass sie einer inneren Oberfläche der Vakuumkammer zugewandt ist. Die Vorrichtung umfasst ferner eine erste Sputter-Quelle, welche dazu eingerichtet ist, mehrere Absorberschicht-Atome eines ersten Typs auf wenigstens einen Abschnitt einer Oberfläche jeder der mehreren Substrate aufzubringen. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Aufdampfquelle, welche in einer ersten Teilkammer der Vakuumkammer angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, mehrere Absorberschicht-Atome eines zweiten Typs auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate aufzubringen, sowie eine erste Isolierungsquelle, welche dazu eingerichtet ist, die Aufdampfquelle von der ersten Sputter-Quelle zu isolieren.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erste Isolierungsquelle wenigstens eine Isolierungspumpe.
  • Vorzugsweise umfasst die erste Isolierungsquelle eine Vakuumpumpe, welche innerhalb der ersten Teilkammer angeordnet ist, um den Druck in der ersten Teilkammer niedriger zu halten als den Druck in der Vakuumkammer außerhalb der ersten Teilkammer.
  • Die Vorrichtung kann darüber hinaus eine Heizvorrichtung umfassen, welche dazu eingerichtet ist, die mehreren Substrate zu erwärmen, wobei die Substratvorrichtung polygonal geformt ist und wobei die Heizvorrichtung eine Form aufweist, welche im Wesentlichen der Form der Substratvorrichtung entspricht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine zweite Sputter-Quelle, welche dazu eingerichtet ist, mehrere Absorberschicht-Atome eines dritten Typs auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate aufzubringen.
  • Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Sputter-Quellen innerhalb der Vakuumkammer einander benachbart angeordnet.
  • In einer alternativen Ausführungsform können die ersten und zweiten Sputter-Quellen auch aufeinander gegenüberliegenden Seiten der Vakuumkammer angeordnet sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist entlang der Aufdampfquelle eine Isolierungsblende angeordnet.
  • Vorzugsweise ist eine erste Isolierungspumpe zwischen der Aufdampfquelle und der zweiten Sputter-Quelle angeordnet, wobei die erste Isolierungsquelle eine zweite Isolierungspumpe umfasst, welche zwischen der Aufdampfquelle und der ersten Sputter-Quelle angeordnet ist.
  • Die Vorrichtung kann ferner eine dritte Sputter-Quelle umfassen, welche in einer zweiten Teilkammer der Vakuumkammer angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, eine Pufferschicht auf der Oberfläche jeder der mehreren Substrate aufzubringen, sowie eine zweite Isolierungsquelle, welche zum Isolieren der Aufdampfquelle von der zweiten Sputter-Quelle eingerichtet ist, und eine dritte Isolierungsquelle, welche zum Isolieren der Aufdampfquelle von der dritten Sputter-Quelle eingerichtet ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der erste Typ Kupfer, der zweite Typ Selen und der dritte Typ Indium.
  • Vorzugsweise ist die erste Sputter-Quelle dazu eingerichtet, mehrere Absorberschicht-Atome eines ersten Typs und eines vierten Typs auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate aufzubringen, wobei der vierte Typ Gallium ist.
  • Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung ferner eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen eines Prozessparameters in der Vakuumkammer.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine drehbare Trommel, welche innerhalb der Vakuumkammer angeordnet und mit einer ersten Oberfläche der Vakuumkammer gekoppelt ist, wobei die drehbare Trommel eine Form aufweist, welche im Wesentlichen der Form der Substratvorrichtung entspricht.
  • Vorzugsweise ist jede der mehreren Oberflächen der Substratvorrichtung in einem vorbestimmten Neigungswinkel bezüglich der inneren Oberfläche der Vakuumkammer geneigt.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle mit den Schritten des Anordnen mehrerer Substrate entlang mehrerer Oberflächen einer Substratvorrichtung, welche wirkungsmäßig zum Drehen innerhalb einer Vakuumkammer gekoppelt ist, des Drehens der Substratvorrichtung und des Ausbildens einer Absorber-Monolage auf einer Oberfläche jeder der mehreren Substrate. Der Schritt des Ausbildens umfasst die Schritte des Aufbringen mehrerer Kupfer- und Gallium-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate unter Verwendung einer ersten Sputter-Quelle, des Aufbringen mehrerer Selen-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche unter Verwendung einer Aufdampfquelle, des Aufbringens mehrerer Indium-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate unter Verwendung einer zweiten Sputter-Quelle und des zur Reaktion Bringens der mehreren Kupfer-, Gallium- und Indium-Atome mit den mehreren Selen-Atomen zum Ausbilden der Absorber-Monolage. Das Verfahren umfasst ferner das Wiederholen des Schritts des Ausbildens zum Ausbilden einer Absorberschicht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner einen Schritt des Evakuierens von Atomen aus der Vakuumkammer, um eine Kontamination der ersten und zweiten Sputter-Quellen zu verhindern, wobei das Evakuieren den Schritt des Evakuierens mehrerer Selen-Atome aus der Vakuumkammer unter Verwendung einer ersten Isolierungspumpe, welche zwischen der Aufdampfquelle und der ersten Sputter-Quelle angeordnet ist, und einer zweiten Isolierungspumpe, welche zwischen der Aufdampfquelle und der zweiten Sputter-Quelle angeordnet ist, umfasst.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Aufbringens einer Pufferschicht auf die Absorberschicht jeder der mehreren Substrate unter Verwendung einer dritten Sputter-Quelle, welche in einer Teilkammer der Vakuumkammer angeordnet ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jede der ausgebildeten Monolagen der Absorberschicht eine Zusammensetzung von 20 bis 24% Kupfer, 4 bis 14% Gallium, 10 bis 24% Indium und 49 bis 53% Selen.
  • In einem Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Herstellen einer Solarzelle mit einem Gehäuse, welches eine Vakuumkammer definiert, einer drehbaren Substratvorrichtung, welche zum Aufnehmen mehrerer Substrate auf mehreren Oberflächen eingerichtet ist, wobei jede der mehreren Oberflächen derart angeordnet ist, dass sie einer inneren Oberfläche der Vakuumkammer zugewandt ist, einer ersten Sputter-Quelle, welche dazu eingerichtet ist, mehrere Kupfer- und Gallium-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate aufzubringen, und eine Aufdampfquelle, welche in einer ersten Teilkammer der Vakuumkammer angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, mehrere Selen-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate aufzubringen. Eine zweite Sputter-Quelle ist dazu eingerichtet, mehrere Indium-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate aufzubringen, und eine dritte Sputter-Quelle ist in einer zweiten Teilkammer der Vakuumkammer angeordnet und dazu eingerichtet, eine Pufferschicht auf die Oberfläche jeder der mehreren Substrate aufzubringen. Eine Evakuierungsquelle, welche zum Evakuieren von Atomen aus der Vakuumkammer eingerichtet ist, ist bereitgestellt, um eine Kontamination der ersten und zweiten Sputter-Quellen zu verhindern.
  • In einem Aspekt bezieht sich die Erfindung auch auf eine Vorrichtung zum Aufbringen mindestens einer Schicht einer CIGS-Zelle mit einem Gehäuse, welches eine Vakuumkammer definiert, sowie mit einer drehbaren Trommel, welche innerhalb der Vakuumkammer angeordnet und mit einer Oberseite der Vakuumkammer verbunden ist, wobei große Glassubstrate auf einer geneigten oder vertikalen Oberfläche der drehbaren Trommel angeordnet sind. Die Vorrichtung umfasst ferner ein Heizelement, welches zum Erwärmen der Substrate eingerichtet ist, sowie mehrere Sputter-Quellen für Absorptionskomponenten, welche dazu eingerichtet sind, mehrere Absorptionskomponenten auf eine Oberfläche eines Glassubstrats aufzubringen. Eine Aufdampfquelle ist dazu eingerichtet, eine Absorptionskomponente zum Aufbringen auf die Substratoberfläche zu verdampfen. Eine Isolierungsblende ist dazu eingerichtet, eine Kontamination der mehreren Sputter-Quellen für die Absorptionskomponenten durch die Aufdampfquelle zu verhindern. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Sputter-Quelle für eine Pufferschicht, welche dazu eingerichtet ist, eine Pufferschichtkomponente auf der Substratoberfläche aufzubringen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die mehreren Absorptionskomponenten Indium, Gallium, Selen und mit Natrium dotiertes Kupfer.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine der Sputter-Quellen eine Quelle für mit Natrium dotiertes Kupfer, welches 2 bis 10% Natrium aufweist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind die mehreren Sputter-Quellen und die Aufdampfquelle entlang eines äußeren Umfangs der drehbaren Trommel gleichmäßig verteilt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Pufferschicht-Komponente CdS.
  • Vorzugsweise umfasst die Isolierungsblende einen Fortsatz mit einer gekrümmten Lamelle, welche eine innere Oberfläche und eine äußere Oberfläche aufweist, wobei die innere Oberfläche einer Krümmung der drehbaren Trommel entspricht und ein Öffnungselement mit der äußeren Oberfläche der gekrümmten Lamelle verbunden ist.
  • Vorzugsweise ist die drehbare Trommel dazu eingerichtet, mehrere Glassubstrate aufzunehmen.
  • In einem Aspekt bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Aufbringen einer CIGS-Schicht und einer CdS-Schicht mit den Schritten des Anordnens von Glassubstraten entlang eines Umfangs einer drehbaren Trommel und des Ausbildens einer CIGS-Schicht auf der Substratoberfläche. Das Ausbilden umfasst die Schritte des Drehens der drehbaren Trommel, des Aufbringens mehrerer Indium-, Gallium- und mit Natrium dotierter Kupfer-Atome auf die Substratoberfläche in einem Sputter-Prozess, des Aufdampfens eines elementaren Selen-Materials zum Aufbringen mehrerer Selen-Atome auf die Substratoberfläche, des Reagieren-Lassens der mehreren Indium-, Gallium-, und mit Natrium dotierter Kupfer-Atome mit den mehreren Selen-Atomen in einer Monolagen-Reaktion, wobei das Ausbilden einer CIGS-Schicht wiederholt wird, bis eine vorbestimmte Dicke einer CIGS-Schicht erreicht ist, und des Aufbringens einer CdS-Schicht auf die Oberseite der CIGS-Schicht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Aufbringen mehrerer Selen-Atome ferner das Ionisieren der mehreren Selen-Atome, um die Reaktionsrate zu steigern.
  • Detaillierte Beschreibung der Beispiele
  • Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, um ein Verständnis der Zeichnungen zu vereinfachen, werden die verschiedenen Ausführungsformen einer Multi-Gate-Halbleitervorrichtung und der Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung beschrieben. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu gezeichnet.
  • Die nachfolgende Beschreibung ist als ausführbare Darstellung eines repräsentativen Satzes von Beispielen gedacht. An den hier beschriebenen Ausführungsformen können viele Veränderungen vorgenommen werden, wobei weiterhin vorteilhafte Ergebnisse erzielt werden. Einige der erwünschten Vorteile, welche nachfolgend besprochen werden, können erzielt werden, indem einzelne der hier beschriebenen Merkmale oder Schritte ausgewählt werden, ohne dass andere Merkmale oder Schritte verwendet werden. Demzufolge sind viele Modifizierungen und Adaptionen ebenso wie Teilmengen der hier beschriebenen Merkmale und Schritte möglich und können unter Umständen sogar wünschenswert sein. Die nachfolgende Beschreibung ist daher als veranschaulichend und nicht als beschränkend anzusehen.
  • Diese Beschreibung veranschaulichender Ausführungsform soll in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen werden, welche als Teil der gesamten schriftlichen Beschreibung angesehen werden sollen. In der Beschreibung der hier offenbarten Ausführungsformen soll jede Bezugnahme auf eine Richtung oder Orientierung nur der einfacheren Beschreibung dienen und soll den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise beschränken. Relative Begriffe, wie beispielsweise „untere”, „obere”, „horizontal”, „vertikal”, „darüber”, „darunter”, „aufwärts”, „abwärts”, „oben” und unten” sowie ihre Ableitungen (zum Beispiel „in horizontaler Richtung”, „abwärts gerichtet”, „aufwärts gerichtet” usw.) sollten als Bezugnahme auf die Orientierung, wie sie beschrieben oder in der besprochenen Zeichnung gezeigt ist, interpretiert werden. Diese relativen Begriffe dienen lediglich der einfacheren Beschreibung und erfordern nicht, dass die Vorrichtung in einer bestimmten Orientierung hergestellt oder betrieben werden muss. Begriffe wie „angebracht”, „befestigt”, „verbunden” und „gekoppelt” beziehen sich auf eine Verbindung, in welcher Strukturen entweder direkt oder indirekt durch vermittelnde Strukturen aneinander befestigt oder miteinander verbunden sind, und umfassen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes beschrieben ist, sowohl bewegliche als auch starre Verbindungen oder Beziehungen. Der Begriff „benachbart”, wie er hier zum Beschreiben der Beziehung zwischen Strukturen/Komponenten verwendet wird, umfasst sowohl den direkten Kontakt zwischen den entsprechenden Strukturen/Komponenten, auf welche Bezug genommen wird, als auch das Vorliegen anderer vermittelnder Strukturen/Komponenten zwischen den entsprechenden Strukturen/Komponenten.
  • Die Verwendung des Singularartikels, wie beispielsweise „ein” oder „der”, soll nicht eine Mehrzahl von Objekten ausschließen, wenn nicht der Zusammenhang klar und unmissverständlich etwas anderes bestimmt.
  • Verbesserte Vorrichtungen und Verfahren zum Herstellen von Dünnschichtsolarzellen werden vorgestellt. Die Erfinder haben festgestellt, dass durch das Verbinden von Aufdampf- und Sputter-Prozessen in einer Vorrichtung und/oder ein Verfahren zum Herstellen von Dünnschichtsolarzellen ein verbessertes Mischen der Atome der Absorberschicht bei leicht skalierbarer Volumenproduktion erreicht werden kann. Die Erfinder haben erkannt, dass durch Hinzufügen einer Isolierungsquelle in die Vorrichtung und Verwenden einer Isolierungsquelle beim Ausführen des Verfahrens die Aufdampf- und Sputter-Prozesse isoliert und getrennt werden können, so dass die Sputterquellen-Kontamination minimiert wird und ein sichereres und effizienteres Verfahren zum Herstellen von Dünnschichtsolarzellen bereitgestellt werden kann.
  • 1 ist eine schematische Darstellung, welche eine Aufsicht eines Beispiels einer Vorrichtung 100 zum Herstellen von Solarzellen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Wie gezeigt, umfasst die Vorrichtung 100 zum Herstellen von Solarzellen ein Gehäuse 105, welches eine Vakuumkammer definiert. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Gehäuse 105 als ein Polygon geformt sein. Beispielsweise kann das Gehäuse 105 oktagonal geformt sein, wie in der dargestellten Ausführungsform gezeigt. In verschiedenen Ausführungsformen weist das Gehäuse 105 eine oder mehrere entfernbare Türen auf, welche an einer oder mehreren Seiten der Vakuumkammer angebracht sind. Das Gehäuse 105 kann aus rostfreiem Stahl oder anderen Metallen und Legierungen, welche für die Gehäuse von Trommelbeschichtern verwendet werden, bestehen. Beispielsweise kann das Gehäuse 105 eine einzelne Vakuumkammer mit einer Höhe von ungefähr 2,4 m (2,3 m bis 2,5 m) bei einer Länge und Breite von ungefähr 9,8 m (9,7 m bis 9,9 m) definieren.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung zum Herstellen von Solarzellen 100 eine drehbare Substratvorrichtung 120, welche dazu eingerichtet ist, mehrere Substrate 130 auf mehreren Oberflächen 122 zu tragen, wobei jede der Oberflächen 122 derart ausgerichtet ist, dass sie einer inneren Oberfläche der Vakuumkammer zugewandt ist. In einigen Ausführungsformen umfasst jede der mehreren Substrate 130 ein geeignetes Material, wie beispielsweise Glas. In anderen Ausführungsformen umfassen eines oder mehrere der Substrate 130 ein flexibles Material. In einigen Ausführungsformen umfasst das flexible Material rostfreien Stahl. In anderen Ausführungsformen umfasst das flexible Material Kunststoff. In verschiedenen Ausführungsformen hat die drehbare Substratvorrichtung 120 die Form eines Polygons. Beispielsweise werden in der gezeigten Ausführungsform mehrere Substrate 130 auf mehreren Oberflächen 122 in einer im Wesentlichen oktagonal geformten drehbaren Substratvorrichtung 120 gehalten. In anderen Ausführungsformen kann die Substratvorrichtung 120 zum Beispiel quaderförmig sein. Jede geeignete Form kann für die drehbare Substratvorrichtung 120 verwendet werden.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist die Substratvorrichtung 120 um eine Achse in der Vakuumkammer drehbar. 1 veranschaulicht eine Drehrichtung im Uhrzeigersinn für die drehbare Substratvorrichtung 120. In einigen Ausführungsformen ist die Substratvorrichtung 120 dazu eingerichtet, sich in einer Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen. In verschiedenen Ausführungsformen ist die drehbare Substratvorrichtung 120 wirkungsmäßig an einen Antriebsschaft, einen Motor oder einen anderen Mechanismus, welcher eine Drehung gegenüber einer Oberfläche der Vakuumkammer hervorruft, gekoppelt. In einigen Ausführungsformen wird die Substratvorrichtung 120 mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise zwischen 5 und 100 U/min (beispielsweise zwischen 3 und 105 U/min) rotiert. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Geschwindigkeit der Drehung der drehbaren Substratvorrichtung 120 gewählt, um die übermäßige Abscheidung von Absorptionskomponenten auf den mehreren Substraten 130 zu minimieren. In einigen Ausführungsformen rotiert die Substratvorrichtung mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 80 U/min (beispielsweise 75 bis 85 U/min). In einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung 100 eine drehbare Trommel 110, welche innerhalb der Vakuumkammer angeordnet und mit einer ersten Oberfläche der Vakuumkammer verbunden ist. Wie in 1 gezeigt ist, kann die drehbare Trommel 110 innerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die drehbare Trommel 110 wirkungsmäßig mit der Substratvorrichtung 120 gekoppelt. Wie gezeigt ist, weist die drehbare Trommel 110 eine Form auf, welche im Wesentlichen der Form der Substratvorrichtung 120 entspricht. Die drehbare Trommel kann jedoch jede geeignete Form aufweisen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung 100 eine erste Sputter-Quelle 135, welche dazu eingerichtet ist, mehrere Absorberschichtatome einer ersten Art auf wenigstens einen Abschnitt einer Oberfläche jeder der mehreren Substrate 130 aufzubringen. Wie in der veranschaulichten Ausführungsform gezeigt ist, kann die erste Sputter-Quelle 135 innerhalb einer Vakuumkammer zwischen der Substratvorrichtung 120 und dem Gehäuse angeordnet sein. Die erste Sputter-Quelle 135 kann mit einer Oberfläche der Vakuumkammer verbunden sein. Die erste Sputter-Quelle 135 kann beispielsweise ein Magnetron, eine Ionenstrahlquelle, ein Hochfrequenzgenerator oder jede andere Sputter-Quelle, welche zum Abscheiden mehrerer Absorberschicht-Atome eines ersten Typs auf wenigstens einen Abschnitt einer Oberfläche jeder der mehreren Substrate 130 eingerichtet ist, sein. In einigen Ausführungsformen umfasst die erste Sputter-Quelle 135 wenigstens eines von mehreren Sputter-Zielen 137. Die erste Sputter-Quelle 135 kann ein Sputter-Gas verwenden. In einigen Ausführungsformen wird das Sputtern mit einem Argon-Gas ausgeführt. Andere mögliche Sputter-Gase umfassen Krypton, Xenon, Neon und ähnliche inerte Gase.
  • Wie in 1 gezeigt ist, kann die Vorrichtung 100 eine erste Sputter-Quelle 135 umfassen, welche innerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, mehrere Absorberschicht-Atome eines ersten Typs auf wenigstens einen Abschnitt einer Oberfläche jeder der mehreren Substrate 130 abzuscheiden, sowie eine zweite Sputter-Quelle 135 umfassen, welche innerhalb der Vakuumkammer und der ersten Sputter-Quelle gegenüberliegend angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, mehrere Absorberschicht-Atome eines zweiten Typs auf wenigstens einen Abschnitt einer Oberfläche jeder der mehreren Substrate 130 abzuscheiden. In anderen Ausführungsformen können die erste Sputter-Quelle 135 und die zweite Sputter-Quelle 135 innerhalb der Vakuumkammer benachbart zueinander angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können die erste und die zweite Sputter-Quelle 135 jeweils wenigstens eines von mehreren Sputter-Zielen 137 umfassen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen ist eine erste Sputter-Quelle 135 dazu eingerichtet, eine Mehrzahl von Absorberschicht-Atomen eines ersten Typs (beispielsweise Kupfer (Cu)) auf wenigstens einen Abschnitt einer Oberfläche jeder der mehreren Substrate abzuscheiden, und eine zweite Sputter-Quelle 135 ist dazu eingeachtet, Absorberschicht-Atome eines zweiten Typs (beispielsweise Indium (In)) auf wenigstens einen Abschnitt einer Oberfläche jeder der mehreren Substrate 130 abzuscheiden. In einigen Ausführungsformen ist die erste Sputter-Quelle 135 dazu eingerichtet, mehrere Absorberschicht-Atome eines ersten Typs (beispielsweise Kupfer (Cu)) und eines dritten Typs (beispielsweise Gallium (Ga)) auf wenigstens einen Abschnitt einer Oberfläche jeder der mehreren Substrate 130 abzuscheiden. In einigen Ausführungsformen umfasst eine erste Sputter-Quelle 135 eines oder mehrere Kupfer-Gallium-Sputter-Ziele 137, und eine zweite Sputter-Quelle 135 umfasst eines oder mehrere Indium-Sputter-Ziele 137. Beispielsweise kann eine erste Sputter-Quelle 135 zwei Kupfer-Gallium-Sputter-Ziele umfassen, und eine zweite Sputter-Quelle 135 kann zwei Indium-Sputter-Ziele umfassen. In einigen Ausführungsformen kann. ein Kupfer-Gallium-Sputter-Ziel 137 ein Material mit ungefähr 70 bis 80% (z. B. 69,5 bis 80,5%) Kupfer und ungefähr 20 bis 30% (z. B. 19,5 bis 30,5%) Gallium umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung zum Herstellen von Solarzellen 100 ein erstes Kupfer-Gallium-Sputter-Ziel 137 mit einer ersten Kupfer-Gallium-Konzentration und ein zweites Kupfer-Gallium-Sputter-Ziel 137 mit einer zweiten Kupfer-Gallium-Konzentration, um einen Sputter-Prozess mit gradueller Zusammensetzung ausführen zu können. Beispielsweise kann ein erstes Kupfer-Gallium-Sputter-Ziel ein Material mit 65% Kupfer und 35% Gallium umfassen, um eine Monolagen-Abscheidung mit einer ersten Gradienten-Galliumkonzentration zu steuern, und ein zweites Kupfer-Gallium-Sputter-Ziel kann ein Material mit 85% Kupfer und 15% Gallium umfassen, um eine Monolagen-Abscheidung mit einer zweiten Gradienten-Galliumkonzentration zu steuern. Die mehreren Sputter-Ziele 137 können jede geeignete Größe aufweisen. Beispielsweise können die mehreren Sputter-Ziele 137 ungefähr 15 cm breit sein (z. B. 14–16 cm) und ungefähr 1,9 m hoch sein (z. B. 1,8–2 m).
  • In einigen Ausführungsformen kann eine Sputter-Quelle 135, welche zum Abscheiden mehrerer Absorberschicht Indium-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate 130 eingerichtet ist, mit Natrium (Na) dotiert sein. Beispielsweise kann ein Indium-Sputter-Ziel 137 eine Sputter-Quelle 135 mit Natrium-Elementen dotiert sein. Die Erfinder haben erkannt, dass ein Dotieren eines Indium-Sputter-Ziels 137 mit Natrium das Erfordernis des Abscheidens einer Alkali-Silikat-Schicht in der Solarzelle minimieren kann. Diese Verbesserung kann zu niedrigeren Herstellungskosten für die Solarzelle führen, da Natrium direkt in die Absorberschicht eingebracht wird. In einigen Ausführungsformen ist eine Sputter-Quelle 135 eine Natrium-dotierte Kupferquelle mit zwischen ungefähr 2 und 10% Natrium (z. B. 1,95 bis 10,1% Natrium). In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Indium-Sputterquelle 135 mit anderen Alkalielementen, wie beispielsweise Kalium, dotiert sein. In anderen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 100 mehrere Kupfer-Gallium-Sputterquellen 135 und mehrere Natrium-dotierte Indium-Sputterquellen 135 umfassen. Beispielsweise kann die Vorrichtung zum Herstellen von Solarzellen eine 65:35-Kupfer-Gallium-Sputterquelle 135 und eine 85:15-Kupfer-Gallium-Sputterquelle 135 umfassen, um einen Sputter-Prozess mit gradueller Zusammensetzung ausführen zu können.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung 100 eine Aufdampfquelle 140, welche dazu eingerichtet ist, mehrere Absorberschicht-Atome eines vierten Typs auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate 130 abzuscheiden. In verschiedenen Ausführungsformen ist der vierte Typ nicht-toxisches elementares Selen. Der vierte Typ kann jedes geeignete Aufdampfquellenmaterial umfassen. In einigen Ausführungsformen ist die Aufdampfquelle 140 dazu eingerichtet, einen Dampf eines Aufdampfquellenmaterials des vierten Typs zu erzeugen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Dampf auf dem einen oder den mehreren Substraten 130 kondensieren. Beispielsweise kann die Aufdampfquelle 140 ein Aufdampfschiffchen, ein Tiegel, eine Drahtspule, eine Elektronenstrahl-Aufdampfquelle oder jede andere geeignete Aufdampfquelle 140 sein. In einigen Ausführungsformen ist die Aufdampfquelle 140 in einer ersten Teilkammer der Vakuumkammer 110 angeordnet. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Dampf des Aufdampfquellmaterials des vierten Typs vor der Kondensation auf dem Substrat ionisiert werden, beispielsweise unter Verwendung eines Ionisationsentladers, um die Reaktivität zu steigern. In der veranschaulichten Ausführungsform sind eine erste und eine zweite Sputter-Quelle 135 auf gegenüberliegenden Seiten der Vakuumkammer und ungefähr gleich weit entfernt von der Aufdampfquelle 140 entlang des Umfangs der Vakuumkammer angeordnet.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung 100 eine erste Isolierungsquelle, welche dazu eingerichtet ist, eine Aufdampfquelle 140 von einer ersten Sputter-Quelle 135 zu isolieren. Die erste Isolierungsquelle kann dazu eingerichtet sein, Material des vierten Typs von der Aufdampfquelle 140 daran zu hindern, die erste Sputter-Quelle 135 zu kontaminieren. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die erste Isolierungsquelle eine Isolierungspumpe 152, wie beispielsweise eine Vakuumpumpe. In anderen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 100 mehrere Isolierungspumpen 152 umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Isolierungsquelle eine Kombination einer Isolierungspumpe 152 und eine Isolierungsteilkammer (nicht gezeigt) umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen kann die erste Isolierungspumpe eine Vakuumpumpe 152 umfassen, welche innerhalb einer ersten Teilkammer der Vakuumkammer angeordnet ist, um den Druck in der ersten Teilkammer niedriger als den Druck in der Vakuumkammer außerhalb der ersten Teilkammer zu halten. Beispielsweise kann die erste Isolierungspumpe 152 innerhalb einer ersten Teilkammer der Vakuumkammer, welche die Aufdampfquelle 140 beherbergt, angeordnet sein, um den Druck in der ersten Teilkammer niedriger als den Druck in der Vakuumkammer außerhalb der ersten Teilkammer zu halten und um die Aufdampfquelle 140 von der ersten Sputter-Quelle zu isolieren. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Isolierungsquelle 152 eine Evakuierungsquelle 152, wie beispielsweise eine Vakuumpumpe 152, sein, welche dazu eingerichtet ist, Atome aus der Vakuumkammer zu evakuieren, um einer Kontamination einer Sputter-Quelle 135 vorzubeugen. Beispielsweise kann die Isolierungsquelle 152 eine Vakuumpumpe 152 sein, welche innerhalb einer ersten Teilkammer der Vakuumkammer, welche die Aufdampfquelle 140 beherbergt, angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, Atome des Aufdampfquellenmaterials zu evakuieren, um einer Kontamination einer Sputter-Quelle 135 vorzubeugen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Isolierungsquelle 152 eine Vakuumpumpe sein, welche entlang einer Umfangsoberfläche der Vakuumkammer angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, Atome (beispielsweise Atome des Aufdampfquellenmaterials) aus der Vakuumkammer zu evakuieren, um eine Kontamination der Sputter-Quelle 135 vorzubeugen.
  • In Ausführungsformen, welche mehrere Sputter-Quellen 135 und/oder mehrere Aufdampfquellen 140 umfassen, kann die Vorrichtung 100 mehrere Isolierungsquellen umfassen, um jede der Aufdampfquellen von jeder der Sputter-Quellen 135 zu isolieren. In Ausführungsformen mit ersten und zweiten Sputter-Quellen 135, welche auf gegenüberliegenden Seiten einer Vakuumkammer angeordnet sind, und mit einer Aufdampfquelle 140, welche dazwischen an einer Umfangsoberfläche der Vakuumkammer angeordnet ist, kann die Vorrichtung 100 beispielsweise eine erste Isolierungspumpe 152 umfassen, welche zwischen der ersten Sputter-Quelle 135 und der Aufdampfquelle 140 angeordnet ist, und eine zweite Isolierungspumpe 152 umfassen, welche zwischen der zweiten Sputter-Quelle 135 und der Aufdampfquelle 140 angeordnet ist. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 100 eine Isolierungspumpe 152, welche zwischen der Aufdampfquelle 140 und eine der beiden Sputter-Quellen 135 angeordnet ist.
  • Die Vorrichtung zum Herstellen von Solarzellen 100 kann eine oder mehrere Heizelemente 117 umfassen, um die mehreren Substrate 130, welche auf mehreren Oberflächen 122 der drehbaren Substratvorrichtung 120 angeordnet sind, zu heizen. In der dargestellten Ausführungsform sind mehrere Heizelemente in einer Heizvorrichtung 115 angeordnet, um die mehreren Substrate zu heizen. Wie in 1 gezeigt ist, kann die Heizvorrichtung 115 eine Form aufweisen, welche im Wesentlichen der Form der Substratvorrichtung entspricht. In der dargestellten Ausführungsform sind die mehreren Heizelemente 117 in einer im Wesentlichen innerhalb einer Heizvorrichtung 115 oktagonalen Form positioniert dargestellt. Die Heizvorrichtung 115 kann jedoch jede geeignete Form aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Heizvorrichtung 115 derart angeordnet, dass sie entlang des Umfangs der Substratvorrichtung 120 einen im Wesentlichen gleichmäßigen Abstand einhält. In der dargestellten Ausführungsform ist die Heizvorrichtung 115 entlang einer inneren Oberfläche der drehbaren Substratvorrichtung 120 angeordnet. In einigen Ausführungsformen kann die Heizvorrichtung 115 entlang einer inneren Oberfläche einer drehbaren Trommel 110 angeordnet sein. Eine Leistungsquelle der Heizvorrichtung 115 kann sich durch eine Oberfläche der drehbaren Trommel 110 hindurch erstrecken. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Substratvorrichtung 120 um die Heizvorrichtung 115 herum drehbar. In einigen Ausführungsformen ist die Heizvorrichtung 115 entlang einer äußeren Oberfläche einer drehbaren Trommel 110 angeordnet. In einigen Ausführungsformen kann die Heizvorrichtung 115 mit einer Oberfläche der Vakuumkammer verbunden sein. Die Heizvorrichtung 115 kann drehbar sein. In anderen Ausführungsformen ist die Heizvorrichtung 115 nicht drehbar eingerichtet. Das eine oder die mehreren Heizelemente 117 können Infrarotheizelemente, Halogenstrahlheizelemente, Widerstandsheizelemente oder jedes andere Heizelement, welches zum Heizen eines Substrats 130 während eines Abscheidungsprozesses geeignet ist, umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. In einigen Ausführungsformen ist die Heizvorrichtung 115 dazu eingerichtet, ein Substrat auf eine Temperatur zwischen ungefähr 300 und 550°C (z. B. zwischen 295 und 555°C) aufzuheizen.
  • Wie in 1 gezeigt ist, kann die Vorrichtung 100 eine Isolierungsblende 170 umfassen, welche um die Aufdampfquelle 140 herum angeordnet ist. Die Isolierungsblende 170 kann dazu eingerichtet sein, einen Dampf eines Aufdampfquellenmaterials zu einem bestimmten Abschnitt einer Oberfläche der mehreren Substrate 130 zu leiten. Die Isolierungsblende 170 kann dazu eingerichtet sein, einen Dampf eines Aufdampfquellenmaterials von einer Sputter-Quelle 135 wegzuleiten. Die Vorrichtung 100 kann eine Isolierungsblende 170 zusätzlich zu einer oder mehreren Isolierungsquellen umfassen, um die Kontamination der einen oder mehreren Sputter-Quellen 135 mit Aufdampfquellenmaterial 122 zu minimieren. Die Isolierungsblende 170 kann aus einem Material wie beispielsweise rostfreiem Stahl oder anderen ähnlichen Metallen oder Metalllegierungen bestehen. In einigen Ausführungsformen ist die Isolierungsblende 170 eine Einwegblende. In anderen Ausführungsformen ist die Isolierungsblende 170 reinigbar.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 100 eine oder mehrere Überwachungseinrichtungen 160 in-situ umfassen, um Prozess-Parameter, wie beispielsweise die Temperatur, den Kammerdruck, die Schichtdicke oder jedweden geeigneten Prozessparameter, zu überwachen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 100 eine Ladeverschlusskammer 182 und/oder eine Entladeverschlusskammer 184 umfassen. In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Vorrichtung 100 eine Pufferteilkammer 155 (beispielswiese eine Pufferschichtabscheidungsteilkammer) umfassen, welche in-situ in der Vorrichtung 100 zusammen mit einem Vakuumbrecher angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen umfasst eine Pufferschichtabscheidungsteilkammer 155, welche in situ in der Vorrichtung 100 zusammen mit einem Vakuumbrecher angeordnet ist, eine Sputter-Quelle (nicht gezeigt), welche eine oder mehrere Sputter-Ziele (nicht gezeigt) umfasst. In einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung 100 eine Sputter-Quelle (nicht gezeigt), welche in einer Teilkammer der Vakuumkammer angeordnet und dazu eingerichtet ist, eine Pufferschicht auf einer Oberfläche jeder der mehreren Substrate 130 in der Substratvorrichtung 130 abzuscheiden. In einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung 100 eine Isolierungsquelle, um die Pufferschicht-Sputter-Quelle von einer Aufdampfquelle und/oder einer Absorber-Monolage-Sputter-Quelle zu isolieren. Das Pufferschichtmaterial kann beispielsweise nicht-toxisches ZnS-O oder CdS umfassen.
  • Die Vorrichtung 100 der 1 kann auch verwendet werden, um Solarzellen mit unterschiedlichen Absorberschichten auszubilden, beispielsweise mit einer Kupfer-Zink-Zinn-Schwefel-Selen(CZTSS)-Absorberschicht. In einigen Ausführungsformen werden mehrere CZTSS-Absorberschichten in der Vorrichtung 100 ausgebildet, indem ferner Zinn-, Kupfer-, Zink- oder Kupfer/Zink-Ziele als Ziele 137 bereitgestellt werden. Die Aufdampfquelle 140 kann Schwefel, Selen oder sowohl Schwefel und Selen als Quellmaterial verwenden. Zusätzlich kann eine weitere Aufdampfquelle 140 verwendet werden, um getrennt Selen- und Schwefel-Quellmaterial bereitzustellen.
  • Unter Bezugnahme auf 2 wird nun eine schematische Zeichnung, welche eine Aufsicht eines Beispiels einer Vorrichtung 200 zum Ausbilden von CIGS-Solarzellen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht, erläutert. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 200 ein Gehäuse 205, welches eine Vakuumkammer definiert, eine drehbare Substratvorrichtung 220, welche zum Tragen mehrerer Substrate 230 auf mehreren Oberflächen 222 eingerichtet ist, eine erste Sputter-Quelle 235, welche zum Abscheiden mehrerer Absorberschicht-Atome eines ersten Typs auf wenigstens einen Abschnitt einer Oberfläche jeder der mehreren Substrate 230 eingerichtet ist, eine Aufdampfquelle 240, welche zum Abscheiden mehrerer Absorberschicht-Atome eines zweiten Typs auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate 230 eingerichtet ist, eine erste Isolierungsquelle 252, welche zum Isolieren der Aufdampfquelle 240 von der ersten Sputter-Quelle 235 eingerichtet ist, eine zweite Sputter-Quelle 235, welche zum Abscheiden mehrerer Absorberschicht-Atome eines dritten Typs auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate 230 eingerichtet ist, und eine zweite Isolierungsquelle, welche zum Isolieren der Aufdampfquelle 240 von der zweiten Sputter-Quelle 235 eingerichtet ist, umfassen.
  • In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 200 eine drehbare Trommel 210, eine Heizvorrichtung 215 mit mehreren Heizelementen 217, eine Isolierungsblende 270, eine Ladeverschlusskammer 282, eine Entladeverschlusskammer 284, eine Überwachungseinrichtung 260 und Sputter-Ziele 237 in jeder der ersten und zweiten Sputter-Quellen 235, wie vorangehend für 2 beschrieben wurde. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung 200 eine Pufferschichtabscheidungsquelle 265. In der dargestellten Ausführungsform ist die Pufferschichtabscheidungsquelle 265 entlang einer inneren Umfangsoberfläche des Gehäuses 205 angeordnet. In einigen Ausführungsformen kann die Pufferschichtabscheidungsquelle 265 in einer Teilkammer der Vakuumkammer angeordnet sein. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Pufferschicht-Sputterquelle 265 dazu eingerichtet, eine Pufferschicht vom n-Typ, wie beispielsweise eine Cadmiumsulfid(CdS)-Pufferschicht oder eine ZnS-O-Pufferschicht, auf die Absorberschicht abzuscheiden. Die Pufferschicht kann jedes geeignete Pufferschichtmaterial umfassen.
  • In der dargestellten Ausführungsform umfassen die ersten und zweiten Isolierungsquelle erste und zweite Isolierungspumpen 252, wie beispielsweise Vakuumpumpen 252, welche dazu eingerichtet sind, die erste bzw. zweite Sputter-Quelle 235 von der Aufdampfquelle 240 zu isolieren. In einigen (nicht gezeigten) Ausführungsformen ist eine oder sind mehrere der Isolierungspumpen 252 dazu eingerichtet, den Druck in einer Teilkammer (nicht gezeigt) der Aufdampfquelle 240 niedriger zu halten als den Druck in der Vakuumkammer. Die Isolierungspumpen 252 können dazu eingerichtet sein, die Absorberschicht-Atome des zweiten Typs von der Aufdampfquelle 240 aus der Vakuumkammer zu evakuieren, die Diffusion der Absorberschicht-Atome des zweiten Typs in die Sputter-Ziele 237 zu verhindern und der Kontamination der beiden Sputter-Quellen 235 durch die Absorberschicht-Atome des zweiten Typs entgegenzuwirken. In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 200 eine Lade-/Entlade-Substratkammer 255 und eine Nachbearbeitungskammer 280 umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Nachbearbeitungskammer 280 für die Nachbearbeitung der CIGS-Zelle, beispielsweise für das Abkühlen der CIGS-Zelle, eingerichtet sein.
  • Unter Bezugnahme auf 3 wird eine schematische Zeichnung, welche eine Aufsicht eines Beispiels einer Vorrichtung zum Herstellen von Solarzellen 300 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, beschrieben. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 300 ein Gehäuse 305, welches eine Vakuumkammer definiert, eine drehbare Trommel 310, eine Heizvorrichtung 315 mit mehreren Heizelementen 317, eine drehbare Substratvorrichtung, welche mehrere Substrate 330 trägt, mehrere Sputter-Quellen 335, mehrere Sputter-Ziele 337, eine Aufdampfquelle 340, eine Isolierungsblende 370, eine Ladeverschlusskammer 382, eine Entladeverschlusskammer 384 und eine Pufferteilkammer 355, wie vorangehend für die 1 und 2 beschrieben wurde. In der dargestellten Ausführungsform sind die drehbare Trommel 310, die Heizvorrichtung 315 und das Gehäuse 305 im Wesentlichen als ein Zehneck geformt. Wie in 3 gezeigt ist, kann die Vorrichtung 300 zwei Aufdampfquellen 340 umfassen. In der dargestellten Ausführungsform sind vier Isolierungspumpen 352 bereitgestellt und dazu eingerichtet, die Aufdampfquellen 340, die Sputter-Quellen 335 und die Pufferteilkammer 355 zu isolieren. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Isolierungspumpen 352 dazu eingerichtet, die Kontamination der beiden Sputter-Quellen 335 und der Pufferteilkammer 355 mit Absorberschicht-Atomen aus der Aufdampfquelle zu minimieren. Bezugnehmend nun auf 4, umfasst die Vorrichtung 400 eine Sputter-Quelle 435, eine Aufdampfquelle 440 und eine Pufferteilkammer 455. In der dargestellten Ausführungsform sind in der Vorrichtung 400 zwei Isolierungspumpen 452 bereitgestellt und dazu eingerichtet, die Sputter-Quelle 435, die Aufdampfquelle 440 und die Pufferteilkammer 455 zu isolieren und die Kontamination der Sputter-Quellen 435 und der Pufferteilkammer 455 mit Absorberschicht-Atomen der Aufdampfquelle zu minimieren. In einigen Ausführungsformen kann die Pufferteilkammer 455 für die Pufferschichtabscheidung, beispielsweise durch einen Sputterprozess, eingerichtet sein.
  • Unter Bezugnahme auf 5 wird eine schematische Zeichnung beschrieben, welche eine Seitenansicht eines Beispiels einer Vorrichtung zum Herstellen von Solarzellen 500 mit einer drehbaren Substratvorrichtung 520, welche eine im Wesentlichen vertikale Ladeoberfläche aufweist, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. In der dargestellten Ausführungsform ist die drehbare Substratvorrichtung 520 dazu eingerichtet, mehrere Substrate 530 auf mehreren Oberflächen zu tragen, wobei jede der mehreren Oberflächen im Wesentlichen vertikal ist und derart angeordnet ist, dass sie einer inneren Oberfläche der Vakuumkammer zugewandt ist. Die Sputter-Quelle 537 ist innerhalb der Vakuumkammer angeordnet. In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Heizvorrichtung 515 mit mehreren Heizelementen 517 bereitgestellt. Wie gezeigt ist, kann die Heizvorrichtung 515 mit einer unteren Oberfläche des Gehäuses 505 verbunden sein, so dass sie nicht zum Drehen eingerichtet ist. In der dargestellten Ausführungsform sind die mehreren Heizelemente entlang einer inneren Oberfläche der drehbaren Substratvorrichtung 520 angeordnet und sind im Wesentlichen vertikal angeordnet, damit sie im Wesentlichen der Anordnung der mehreren Oberflächen der Substratvorrichtung 520 entsprechen.
  • Unter Bezugnahme auf 6 kann in anderen Ausführungsformen die drehbare Substratvorrichtung 620 zum Tragen mehrerer Substrate 630 auf mehreren Oberflächen eingerichtet sein, wobei jede der mehreren Oberflächen in einem vorbestimmten Neigungswinkel bezüglich einer Vertikalrichtung, beispielsweise bezüglich der inneren Oberfläche der Vakuumkammer, angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen liegt der vorbestimmte Neigungswinkel zwischen ungefähr 1 und 5 Grad (z. B. zwischen 0,8 Grad und 5,2 Grad Neigung). Beispielsweise können die mehreren Oberflächen der Substratvorrichtung 620 um einen vorbestimmten. Neigungswinkel von 2 Grad bezüglich der inneren Oberfläche der Vakuumkammer geneigt sein. In einem weiteren Beispiel können die mehreren Oberflächen der Substratvorrichtung 620 um einen vorbestimmten Neigungswinkel von 0,5 Grad bezüglich der inneren Oberfläche der Vakuumkammer geneigt sein. In einigen Ausführungsformen können die mehreren Heizelemente 617 in der Heizvorrichtung 615 und/oder die Sputter-Ziele 637 in den Sputter-Quellen 635 auch um den vorbestimmten Neigungswinkel geneigt sein, damit sie im Wesentlichen der Anordnung der mehreren Oberflächen der Substratvorrichtung 620 entsprechen. In anderen Ausführungsformen können die mehreren Oberflächen der Substratvorrichtung 620 um einen vorbestimmten Neigungswinkel geneigt sein, während die mehreren Heizelemente 617 in der Heizvorrichtung 615 und/oder die Sputter-Ziele 637 in den Sputter-Quellen 635 im Wesentlichen vertikal ausgerichtet sind.
  • Unter Bezugnahme auf 7 wird eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Isolierungsblende 770 erläutert. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Form der Isolierungsblende 770 derart eingerichtet, dass die im Wesentlichen der Form der drehbaren Substratvorrichtung 720 entspricht. In der dargestellten Ausführungsform weist die Isolierungsblende 770 eine Form auf, welche dazu eingerichtet, im Wesentlichen der oktagonalen Form der drehbaren Substratvorrichtung 720 zu entsprechen. Die Isolierungsblende 770 kann sich bis zu einem Aufdampfschild 740 erstrecken, welches eine Öffnung aufweist. Die Aufdampfquelle (nicht gezeigt) ist derart angeordnet, dass sie einen Dampf eines Materials von der Aufdampfquelle zu einem bestimmten Abschnitt auf einer Oberfläche der mehreren Substrate, welche in der Substratvorrichtung 720 vorgehalten werden, leitet. Das Aufdampfschild 740 kann eine Öffnung aufweisen, und sich bis zu der Isolierungsblende 770 erstrecken und dazu eingerichtet sein, einen Dampf eines Materials einer Aufdampfquelle (nicht gezeigt) von einer Sputter-Quelle fortzuleiten. 7 veranschaulicht die Diffusion eines Materials von einer Aufdampfquelle (nicht gezeigt) in eine Öffnung des Aufdampfschilds 740. Wie gezeigt ist, kann die Öffnung rechteckförmig sein. Die Öffnung kann jedoch jede geeignete Form aufweisen. Ein Schlitz kann in der Öffnung und der Lamelle der Isolierungsblende 770 ausgebildet sein, um das Hindurchtreten der Atome der Absorberschicht von der Aufdampfquelle zu wenigstens einem Abschnitt einer Oberfläche jeder der in der Substratvorrichtung 720 vorgehaltenen Substrate zu ermöglichen.
  • 8 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren 800 des Herstellens einer Solarzelle gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Bei Block 810 werden mehrere Substrate (z. B. 130) um mehrere Oberflächen (z. B. 122) einer Substratvorrichtung (z. B. 120) angeordnet, wobei die Substratvorrichtung wirkungsmäßig zum Drehen innerhalb einer Vakuumkammer angeschlossen ist. Bei Block 820 wird die Substratvorrichtung 120 gedreht. Bei Block 830 wird eine Absorber-Monolage auf einer Oberfläche 122 jeder der mehreren Substrate 130 ausgebildet.
  • Unter Bezugnahme auf 9 wird ein Flussdiagramm, welches Einzelheiten des Schritts 830 (der 8) des Ausbildens der Absorber-Monolage des Verfahrens 800 des Herstellens einer Solarzelle gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht, erläutert. In verschiedenen Ausführungsformen werden bei Block 832 mehrere Kupfer- und Gallium-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche 122 jeder der mehreren Substrate 130 unter Verwendung einer ersten Sputter-Quelle (z. B. 135) abgeschieden. Bei Block 834 werden unter Verwendung einer Aufdampfquelle (z. B. 140) mehrere Selen-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche 122 jeder der mehreren Substrate 130 abgeschieden. Bei Block 836 werden unter Verwendung einer zweiten Sputter-Quelle (z. B. 135) mehrere Indium-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche 122 jeder der mehreren Substrate 130 abgeschieden. Bei Block 838 werden die mehreren Kupfer-, Gallium- und Indium-Atome mit den mehreren Selen-Atomen zur Reaktion gebracht, um die Absorber-Monolage auszubilden.
  • Unter Bezugnahme auf 10 wird ein Flussdiagramm, welches Einzelheiten des Schritts 830 (der 8) des Ausbildens der Absorber-Monolage des Verfahrens 800 zum Herstellen einer Solarzelle gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht, erläutert. In einigen Ausführungsformen werden bei Block 832 unter Verwendung einer ersten Sputter-Quelle (z. B. 135) mehrere Kupfer- und Gallium-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche 122 jeder der mehreren Substrate 130 abgeschieden. Bei Block 834 werden unter Verwendung einer zweiten Sputter-Quelle (z. B. 135) mehrere Indium-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche 122 jeder der mehreren Substrate 130 abgeschieden. Bei Block 836 werden unter Verwendung einer Aufdampfquelle (z. B. 140) mehrere Selen-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche 122 jeder der mehreren Substrate 130 abgeschieden. Bei Block 838 werden die mehreren Kupfer-, Gallium- und Indium-Atome mit den mehreren Selen-Atomen zur Reaktion gebracht, um die Absorber-Monolage auszubilden.
  • Durch das Einstellen einer Leistungsquelle einer Sputter-Quelle (z. B. der ersten und/oder der zweiten Sputter-Quelle 135) kann eine Sputter-Rate und eine Konzentration der gesputterten Kupfer-, Gallium- und/oder Indium-Atome, welche auf dem Substrat 130 abgelagert werden, gesteuert werden. Auf ähnliche Weise kann durch das Einstellen einer Leistungsquelle einer Aufdampfquelle 140 eine Aufdampfrate und eine Konzentration der aufgedampften Selen-Atome, welche auf dem Substrat 130 abgeschieden werden, gesteuert werden. Die Geschwindigkeit und/oder Richtung der Drehung der Substratvorrichtung 120 kann ebenfalls die Rate und die Menge der gesputterten Kupfer-, Gallium und/oder Indium-Atome und die Menge der aufgedampften Selen-Atome, welche auf dem Substrat 130 abgeschieden werden, beeinflussen. Wie vorangehend beschrieben wurde, kann das Auswählen der Kupfer-Gallium-Konzentration in einer oder mehreren Kupfer-Gallium-Sputter-Zielen (z. B. 137) der einen oder mehreren Sputter-Quellen (z. B. 135) die Konzentration der gesputterten Kupfer- und Gallium-Atome auf einer gewünschte Gradientenkonzentration einstellen. In einigen Ausführungsformen werden die Leistungsquelle jeder Sputter-Quelle und/oder die Leistungsquelle jeder Aufdampfquelle und/oder die Sputterrate jeder Sputter-Quelle und/oder die Aufdampfrate jeder Aufdampfquelle gesteuert, um eine vorbestimmte Zusammensetzung einer Absorber-Monolage einzustellen. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die ausgebildete Absorber-Monolage eine Zusammensetzung von 20 bis 24% Kupfer, 4 bis 14% Gallium, 10 bis 24% Indium und 49 bis 53% Selen. In einigen Ausführungsformen liegt die Zusammensetzung bei 23% Kupfer, 9% Gallium, 17% Indium und 51% Selen. Die Erfinder haben erkannt, dass unter Verwendung der hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen zum Ausbilden der Absorber-Monolage, eine gesteigerte Effizienz und Genauigkeit beim Ausbilden der Absorber-Monolage mit der vorbestimmten Zusammensetzung erreicht werden kann.
  • Unter Bezugnahme wiederum auf 8 wird bei Block 840 der Schritt des Ausbildens der Absorber-Monolage 930 wiederholt, um eine Absorberschicht auszubilden. In unterschiedlichen Ausführungsformen umfasst jede der ausgebildeten Monolagen der Absorberschicht eine Zusammensetzung von 20 bis 24% Kupfer, 4 bis 14% Gallium, 10 bis 24% Indium und 49 bis 53% Selen. Die Erfinder haben erkannt, dass durch Verwendung der hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen zum Ausbilden der Absorber-Monolage eine gesteigerte Effizienz und Genauigkeit zum Ausbilden jeder der Absorber-Monolagen in der Absorberschicht in der vorbestimmten Zusammensetzung erreicht werden kann. In verschiedenen Ausführungsformen bewirkt daher jede Drehung der Substratvorrichtung (z. B. 120) eine Ablagerung mehrerer Atome der Absorberschichtelemente, um eine gewünschte Gradientenzusammensetzung zu erhalten. Bei Block 850 werden mehrere Atome aus der Vakuumkammer evakuiert, um der Kontamination der ersten und zweiten Sputter-Quellen entgegenzuwirken. In verschiedenen Ausführungsformen werden mehrere Selen-Atome unter Verwendung einer ersten Isolierungspumpe (z. B. 252), welche zwischen der Aufdampfquelle 140 und der ersten Sputter-Quelle 135 angeordnet ist, und einer zweiten Isolierungspumpe (252), welche zwischen der Aufdampfquelle 140 und der zweiten Sputter-Quelle 135 angeordnet ist, aus der Vakuumkammer evakuiert. In verschiedenen Ausführungsformen wird unter Verwendung einer dritten Sputter-Quelle (z. B. 135), welche in einer Teilkammer (z. B. 155) der Vakuumkammer angeordnet ist, eine Pufferschicht über der Absorberschicht jeder der mehreren Substrate aufgebracht. In anderen Ausführungsformen können die Absorber-Monolagen Elemente anderer Halbleiterverbindungen umfassen, einschließlich CISe, CGSe, CIS, CGS, CIGSe, CIGSeS, CZTS, aber nicht darauf beschränkt, oder jede geeignete Verbindung zum Ausbilden einer Absorberschicht einer Solarzelle.
  • Unter Bezugnahme auf die 11A bis 11F wird eine Schnittdarstellung einer Ablagerung einer Absorberschicht auf einem Substrat gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Mehrere Absorberschicht-Atome können auf dem Substrat 1130 abgeschieden werden, wie vorangehend beschrieben wurde und in den 1 bis 10 gezeigt ist. In der dargestellten Ausführungsform ist gezeigt, dass die mehreren Absorberschicht-Atome auf einer unteren Elektrodenschicht 1132, welche auf dem Substrat abgelagert ist, aufgebracht werden. Unter Bezugnahme auf 11A können mehrere Absorberschicht-Atome 1141 eines ersten Typs, beispielsweise Indium-Atome, durch Sputtern, beispielweise unter Verwendung einer ersten Sputter-Quelle (z. B. 135), abgelagert werden, um eine erste Konzentration von Indium-Atomen zu erhalten. Wie in 11B gezeigt ist, können mehrere Absorberschicht-Atome 1042 eines zweiten Typs, beispielsweise Selen-Atome, durch Aufdampfen, zum Beispiel mittels einer Aufdampfquelle (z. B. 140), abgelagert werden, um eine zweite Konzentration von Selen-Atomen zu erhalten. Wie in 11C gezeigt ist, können mehrere Absorberschicht-Atome 1143 eines dritten Typs, beispielsweise Kupfer-Atome, oder Absorberschicht-Atome eines dritten Typs 1143 und eines vierten Typs 1144, wie beispielweise Kupfer- und Gallium-Atome, durch Sputtern, beispielsweise mittels einer zweiten Sputterquelle (z. B. 135), abgeschieden werden, um eine dritte Konzentration oder eine dritte Konzentration und eine vierte Konzentration zu erhalten. In verschiedenen Ausführungsformen können die mehreren Absorberschicht-Atome des dritten Typs 1143 Natrium-dotierte Kupfer-Atome umfassen.
  • Wie in 11D gezeigt ist, können die mehreren Absorberschicht-Atome (1141, 1142, 1143, 1144) in einer Monolagen-Reaktion miteinander reagieren. In unterschiedlichen Ausführungsformen kann die Monolagen-Reaktion eine Absorber-Monolage 1146 auf dem Substrat ausbilden. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Absorber-Monolage 1146 eine CIGS-Monolage. Die Monolagen-Reaktion bewirkt eine verbesserte Gleichmäßigkeit und eine konsistentere und gewünschte Bandlücke in der Absorberschicht. Die Erfinder haben erkannt, dass das hier beschriebene schrittweise Verfahren zum Ausbilden der Absorber-Monolage in einem genaueren und verbesserten Prozess zum Erreichen der gewünschten Monolagen-Konzentration resultiert. In einigen Ausführungsformen kann das Ionisieren mehrerer der zweiten Absorptionskomponenten, wie beispielsweise Selen, die Reaktionsrate steigern. Wie in den 11A bis 11F gezeigt ist, bildet dieser Prozess auf genauere und effizientere Weise eine Absorberschicht mit einer vorbestimmten stöchiometrischen Zusammensetzung aus.
  • In verschiedenen Ausführungsformen weist die ausgebildete Absorberschicht eine abgestufte Energiebandlücke auf. Die Absorberschicht kann dazu eingerichtet sein, die Energie einer Mehrzahl von Wellenlängen einfallenden Lichts zu absorbieren. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Absorber-Monolage (1146, 1147, 1148, usw.) eine Dicke von ungefähr 10 Å oder 1 nm aufweisen. Wie in 11E gezeigt ist, können mehrere der Mehrzahl von Absorptionskomponenten unter Verwendung desselben Verfahrens (11A bis 11D) auf der Absorber-Monolage 1146 abgeschieden werden, um in einer weiteren Monolagen-Reaktion zum Ausbilden einer weiteren Absorber-Monolage zu reagieren. Die Gesamtheit all der Absorber-Monolagen kann die Absorberschicht 1150 ausbilden, wie in 11F gezeigt ist. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Absorberschicht 1150 eine polykristalline GIGS-Schicht. Der Schritt des Ausbildens der Absorber-Monolagen (1146, 1147, 1148, usw.) kann wiederholt werden, bis eine vorbestimmte Dicke der Absorberschicht 1150 erreicht ist. In einigen Ausführungsformen kann die vorbestimmte Dicke ungefähr 1500 nm (1490–1510 nm) betragen. In anderen Ausführungsformen kann die vorbestimmte Dicke ungefähr 1200 nm (1190–1210 nm) betragen. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Pufferschicht (nicht gezeigt) über der Absorberschicht ausgebildet werden.
  • 12 veranschaulicht einen Graph einer Auger-Elektronenspektroskopie(AES)-Tiefenprofilanalyse eines Beispiels einer Absorberschicht, welche gemäß einigen Ausführungsformen ausgebildet wurde. Wie in 12 gezeigt ist, weist die Absorberschicht eine Gradienten-Zusammensetzung auf, welche über unterschiedliche Tiefen der Absorberschicht im Wesentlichen konsistent ist. Eine X-Achse der AES-Tiefenprofilanalyse zeigt eine Ätzzeit in Sekunden. Die linke Seite der Y-Achse der AES-Tiefenprofilanalyse zeigt eine atomare Zusammensetzung der mehreren Absorberschichtelemente an. Wie in 12 gezeigt ist, bleibt die atomare Zusammensetzung von Kupfer und Selen über unterschiedliche Tiefen der Absorberschicht im Wesentlichen konstant. 12 zeigt auch die abnehmende Menge an Indium über unterschiedliche Tiefen der Absorberschicht hinweg, welche mit der zunehmenden Menge an Gallium konsistent ist. Die rechte Seite der Y-Achse der AES-Tiefenprofilanalyse zeigt das atomare Zusammensetzungsverhältnis von Gallium zu Indium plus Gallium. 12 zeigt, dass das atomare Zusammensetzungsverhältnis von Gallium zu Indium plus Gallium mit einem Doppelgradienten über die gesamte Absorberschicht hinweg gesteuert werden kann.
  • In der gesamten Beschreibung und den Zeichnungen werden exemplarische Ausführungsformen mit Bezug auf spezifische Konfigurationen vorgestellt. Der Fachmann wird erkennen, dass die vorliegende Offenbarung in anderen spezifischen Formen verkörpert werden kann. Der Fachmann wird in der Lage sein, solche weiteren Ausführungsformen ohne übermäßige Versuche zur Ausführung zu bringen. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung ist daher nicht auf die spezifischen beispielhaften Ausführungsformen oder Alternativen der vorangehenden Beschreibung beschränkt.
  • Wie in den verschiedenen Konfigurationen und Ausführungsformen, die in den 1 bis 12 veranschaulicht sind, gezeigt wird, wurden verschiedene verbesserte CIGS-Filme beschrieben.
  • Gemäß einiger Ausführungsformen wird eine Vorrichtung zum Ausbilden einer Solarzelle bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse, welches eine Vakuumkammer definiert, eine drehbare Substratvorrichtung, welche zum Aufnehmen mehrerer Substrate auf mehreren Oberflächen eingerichtet ist, wobei jede der mehreren Oberflächen einer inneren Oberfläche der Vakuumkammer zugewandt angeordnet ist, eine erste Sputter-Quelle, welche zum Aufbringen mehrerer Absorberschicht-Atome eines ersten Typs auf wenigstens einen Abschnitt einer Oberfläche jeder der mehreren Substrate eingerichtet ist, eine Aufdampfquelle, welche in einer ersten Subkammer der Vakuumkammer angeordnet ist und zum Aufbringen mehrerer Absorberschicht-Atome eines zweiten Typs auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate eingerichtet ist, und eine erste Isolierungsquelle, welche zum Isolieren der Aufdampfquelle von der ersten Sputter-Quelle eingerichtet ist.
  • Gemäß verschiedener Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Ausbilden einer Solarzelle bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Anordnen mehrerer Substrate entlang mehrerer Oberflächen einer Substratvorrichtung, welche wirkungsmäßig dazu eingerichtet ist, innerhalb einer Vakuumkammer zu rotieren, das Drehen der Substratvorrichtung und das Ausbilden einer Absorber-Monolage auf einer Oberfläche jeder der mehreren Substrate. Der Schritt des Ausbildens umfasst das Aufbringen mehrerer Kupfer- und Gallium-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate unter Verwendung einer ersten Sputter-Quelle, das Aufbringen mehrerer Selen-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche unter Verwendung einer Aufdampfquelle, das Aufbringen mehrerer Indium-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate unter Verwendung einer zweiten Sputter-Quelle und das zur Reaktion Bringen der mehreren Kupfer-, Gallium- und Indium-Atome mit den mehreren Selen-Atomen, um die Absorber-Monolage auszubilden. Das Verfahren umfasst auch das Wiederholen des Schritts des Ausbildens zum Bilden einer Absorberschicht.
  • Gemäß einiger Ausführungsformen wird eine Vorrichtung zum Ausbildung einer Solarzelle bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse, welches eine Vakuumkammer definiert, eine drehbare Substratvorrichtung, welche zum Halten mehrerer Substrate auf mehrere Oberfläche eingerichtet ist, wobei jede der mehreren Oberflächen derart angeordnet ist, dass sie einer inneren Oberfläche der Vakuumkammer zugewandt ist, eine erste Sputter-Quelle, welche zum Aufbringen mehrerer Kupfer- und Gallium-Atome auf wenigstens einem Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate eingerichtet ist, eine Aufdampfquelle, welche in einer ersten Teilkammer der Vakuumkammer angeordnet und dazu eingerichtet ist, mehrere Selen-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate aufzubringen, eine zweite Sputter-Quelle, welche zum Aufbringen mehrerer Indium-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate eingerichtet ist, eine dritte Sputter-Quelle, welche in einer zweiten Teilkammer der Vakuumkammer angeordnet und zum Aufbringen einer Pufferschicht auf die Oberfläche jeder der mehreren Substrate eingerichtet ist, sowie eine Evakuierungsquelle, welche zum Evakuieren von Atomen aus der Vakuumkammer eingerichtet ist, um eine Kontamination der ersten und zweiten Sputter-Quellen vorzubeugen.
  • Während unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben wurden, versteht sich, dass die beschriebenen Ausführungsformen allein der Veranschaulichung dienen und dass der Umfang des Gegenstandes sämtliche Äquivalente und viele Variationen und Modifikationen umfasst, die der Fachmann einer Durchsicht der Ausführungsformen selbstverständlich entnimmt.
  • Die vorangehenden Beispiele dienen allein der Veranschaulichung und sollen den Umfang der Offenbarung, wie sie durch die anliegenden Ansprüche definiert ist, nicht beschränken. Unterschiedliche Modifikationen und Variationen können in dem Verfahren des Gegenstandes vorgenommen werden, ohne von dem Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Die Ansprüche sollen daher diejenigen Variationen und Modifikationen umfassen, welche von einem Fachmann vorgenommen werden können.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum Herstellen einer Solarzelle mit: einem Gehäuse, welches eine Vakuumkammer definiert; einer drehbaren Substratvorrichtung, welche zum Aufnehmen mehrerer Substrate auf mehreren Oberflächen eingerichtet ist, wobei jede der mehreren Oberflächen derart angeordnet ist, dass sie einer inneren Oberfläche der Vakuumkammer zugewandt ist; einer ersten Sputter-Quelle, welche dazu eingerichtet ist, mehrere Absorberschicht-Atome eines ersten Typs auf wenigstens einen Abschnitt einer Oberfläche jeder der mehreren Substrate aufzubringen; einer Aufdampfquelle, welche in einer ersten Teilkammer der Vakuumkammer angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, mehrere Absorberschicht-Atome eines zweiten Typs auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate aufzubringen; und einer ersten Isolierungsquelle, welche dazu eingerichtet ist, die Aufdampfquelle von der ersten Sputter-Quelle zu isolieren.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die erste Isolierungsquelle eine oder mehrere Isolierungspumpen umfasst.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die erste Isolierungsquelle eine Vakuumpumpe umfasst, welche innerhalb der ersten Teilkammer angeordnet ist, um den Druck in der ersten Teilkammer niedriger zu halten als den Druck in der Vakuumkammer außerhalb der ersten Teilkammer.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Heizvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die mehreren Substrate zu erwärmen, wobei die Substratvorrichtung polygonförmig ist und wobei die Heizvorrichtung eine Form aufweist, die im Wesentlichen der Form der Substratvorrichtung entspricht.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer zweiten Sputter-Quelle, welche dazu eingerichtet ist, mehrere Absorberschicht-Atome eines dritten Typs auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate aufzubringen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die ersten und zweiten Sputter-Quellen innerhalb der Vakuumkammer benachbart zueinander angeordnet sind oder bei welcher die ersten und zweiten Sputter-Quellen auf gegenüberliegenden Seiten der Vakuumkammer angeordnet sind.
  7. Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle mit folgenden Schritten: Anordnen mehrerer Substrate entlang mehrerer Oberflächen einer Substratvorrichtung, welche wirkungsmäßig gekoppelt ist, um sich innerhalb einer Vakuumkammer zu drehen; Drehen der Substratvorrichtung; Ausbilden einer Absorber-Monolage auf einer Oberfläche jeder der mehreren Substrate, wobei das Ausbilden umfasst: Aufbringen mehrerer Kupfer- und Gallium-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate unter Verwendung einer ersten Sputter-Quelle; Aufbringen mehrerer Selen-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche unter Verwendung einer Aufdampfquelle; Aufbringen mehrerer Indium-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate unter Verwendung einer zweiten Sputter-Quelle; und zur Reaktion Bringen der mehreren Kupfer-, Gallium- und Indiumatome mit den mehreren Selen-Atomen zum Ausbilden der Absorber-Monolage; und Wiederholen des Schritts des Ausbildens zum Ausbilden einer Absorberschicht.
  8. Verfahren nach Anspruch 7 mit zusätzlich einem Schritt des Evakuierens von Atomen aus der Vakuumkammer, um der Kontamination der ersten und zweiten Sputter-Quellen entgegenzuwirken, wobei das Evakuieren das Evakuieren mehrerer Selen-Atome aus der Vakuumkammer unter Verwendung einer ersten Isolierungspumpe, welche zwischen der Aufdampfquelle und der ersten Sputter-Quelle angeordnet ist, und einer zweiten Isolierungspumpe, welche zwischen der Aufdampfquelle und der zweiten Sputter-Quelle angeordnet ist, umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei welchem jede der ausgebildeten Monolagen der Absorberschicht eine Zusammensetzung von 20 bis 24% Kupfer, 4 bis 14% Gallium, 10 bis 24% Indium und 49 bis 53% Selen umfasst.
  10. Vorrichtung zum Ausbilden einer Solarzelle mit: einem Gehäuse, welches eine Vakuumkammer definiert; einer drehbaren Substratvorrichtung, welche zum Aufnehmen mehrerer Substrate auf mehreren Oberflächen eingerichtet ist, wobei jede der mehreren Oberflächen derart angeordnet ist, dass sie einer inneren Oberfläche der Vakuumkammer zugewandt ist; einer ersten Sputter-Quelle, welche dazu eingerichtet ist, mehrere Kupfer- und Gallium-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate aufzubringen; einer Aufdampfquelle, welche in einer ersten Teilkammer der Vakuumkammer angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, mehrere Selen-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate aufzubringen; einer zweiten Sputter-Quelle, welche dazu eingerichtet ist, mehrere Indium-Atome auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche jeder der mehreren Substrate aufzubringen; einer dritten Sputter-Quelle, welche in einer zweiten Teilkammer der Vakuumkammer angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, eine Pufferschicht auf die Oberfläche jeder der mehreren Substrate aufzubringen; und einer Evakuierungsquelle, welche dazu eingerichtet ist, Atome aus der Vakuumkammer zu evakuieren, um der Kontamination der ersten und zweiten Sputter-Quellen entgegenzuwirken.
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