DE102013220805A1

DE102013220805A1 - Vorrichtung zur homogenen nasschemischen Behandlung von Substraten mit Formamidinsulfinsäure

Info

Publication number: DE102013220805A1
Application number: DE201310220805
Authority: DE
Inventors: Axel Jasenek; Harald Bauer; Jürgen Hackenberg
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2015-04-16

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Pufferschicht auf ein Halbleitersubstrat mittels chemischer Badabscheidung, insbesondere einer Absorberschicht einer Chalkopyrit-Dünnschichtsolarzelle, umfassend die folgenden Schritte, insbesondere in dieser Reihenfolge: a) Bereitstellen eines Halbleitersubstrats und eines Badbehälters und b) Bereitstellen einer ersten Badlösung umfassend mindestens ein Metallsalz und Thioharnstoff in dem Badbehälter und b1) Tauchen des Halbleitersubstrats in die erste Badlösung und/oder Aufbringen der ersten Badlösung auf das Halbleitersubstrat mittels Aufgiessen, Sprühen, Filmziehen und/oder Rotationsbeschichten; b2) Zugeben von Ammoniak zu der ersten Badlösung und b3) Zugeben von Formamidinsulfinsäure, in vorgelöster oder fester Form, zu der ersten Badlösung sowie eine Vorrichtung und eine Verwendung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Pufferschicht auf ein Halbleitersubstrat mittels chemischer Badabscheidung, insbesondere einer Absorberschicht einer Chalkopyrit-Dünnschichtsolarzelle.
Stand der Technik
Zur Herstellung von Solarzellen werden Substrate mit verschiedenen Metall- und Halbleiterschichten sowie Pufferschichten durch Bedampfen, Aufsputtern, durch galvanische Abscheidung, oder durch chemische Badabscheidungen beschichtet.
Insbesondere bei Cu(In, Ga)(S, Se)2-Solarzellen (CIGS Solarzellen)-wird für ein Abscheiden von Pufferschichten ein nasschemisches Verfahren eingesetzt, im Englischen auch als Chemical Bath Deposition (CBD) bezeichnet. Die Pufferschicht umfasst dabei beispielsweise Cadmiumsulfid (CdS), undotiertes Zinoxyd (ZnO), Indium(III)-sulfid (In2S3), und/oder (Zn, Mg)O.
Gemäß dem Stand der Technik ist es bekannt, CdS-Schichten als n-Halbleiter (n-HL) auf dem CuInGaSe-Absorbermaterial (p-HL) zu bilden. Diese Schichten sind üblicherweise 40 nm bis 80 nm dick und werden durch eine ca. 10 minütige chemische Badabscheidung erzeugt.
Nachteilig an CdS-Beschichtungen ist, dass diese aufgrund der Toxizität von CdS durch ein alternatives Material ersetzt werden sollen. Kandidaten hierfür sind In2S3 und insbesondere Zinkoxyd (ZnS). Beide stellen gangbare Alternativen für chemische Badabscheidungen dar, weisen jedoch eine erheblich geringere Schichtwachstumsgeschwindigkeit auf, so dass keine wirtschaftliche Prozessgeschwindigkeit realisierbar ist. Zudem sind die in einem Prozessschritt erzielbaren Schichtdicken durch Selbstinhibierung der Abscheidungen limitiert und erfordern daher ggf. eine mehrfache Wiederholung des Abscheidevorgangs, um die gewünschten Schichtdicken zu erzielen.
WO 2010/108480 A2 offenbart, dass durch eine Verwendung von Wasserstoffperoxyd (H2O2) als Additiv eine Beschleunigung des Abscheideprozesses von Zinksalzen bereitgestellt werden kann.
Nachteilig an der Verwendung von H2O2 als Additiv ist jedoch, dass eine solche Verwendung in der Praxis mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden sein kann. H2O2 kann in der chemischen Badabscheidelösung zu heftigen und unkontrollierbaren Reaktionen führen, oder spontan unter Gasentwicklung zerfallen.
Somit ist die Steuerung bzw. Regelung und somit die Reproduzierbarkeit nicht oder nur eingeschränkt gegeben. Zudem sind aufwendige prozess- und anlagentechnische Maßnahmen für die industrielle Umsetzung erforderlich.
Es wäre daher wünschenswert, auf Verfahren und Vorrichtungen zurückgreifen zu können, die nicht mit den Nachteilen des Stands der Technik behaftet sind, und die insbesondere ein zuverlässiges Beschichten von Substraten, insbesondere mit Pufferschichten, ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Aufbringen einer Pufferschicht auf ein Halbleitersubstrat mittels chemischer Badabscheidung, insbesondere einer Absorberschicht einer Chalkopyrit-Dünnschichtsolarzelle, umfassend die folgenden Schritte, insbesondere in dieser Reihenfolge:

a) Bereitstellen eines Halbleitersubstrats und eines Badbehälters und
b) Bereitstellen einer ersten Badlösung umfassend mindestens ein Metallsalz und Thioharnstoff in dem Badbehälter und b1) Tauchen des Halbleitersubstrats in die erste Badlösung und/oder Aufbringen der ersten Badlösung auf das Halbleitersubstrat mittels Aufgiessen, Sprühen, Filmziehen und/oder Rotationsbeschichten; b2) Zugeben von Ammoniak zu der ersten Badlösung und b3) Zugeben von Formamidinsulfinsäure, in vorgelöster oder fester Form, zu der ersten Badlösung oder
c) Bereitstellen einer ersten Badlösung umfassend mindestens ein Metallsalz und Ammoniak und c1) Bereitstellen einer zweiten Badlösung umfassend Thioharnstoff und Formamidinsulfinsäure; c2) Vermischung der ersten und der zweiten Badlösung im Badbehälter und/oder beim Zuführen in den Badbehälter und c3) Tauchen des Halbleitersubstrats in die erste und/oder zweite Badlösung und/oder Aufbringen der ersten und/oder zweiten Badlösung auf das Halbleitersubstrat mittels Aufgiessen, Sprühen, Filmziehen und/oder Rotationsbeschichten, oder
d) Bereitstellen einer ersten Badlösung umfassend mindestens ein Metallsalz und Amoniak; d1) Bereitstellen einer zweiten Badlösung umfassend Formamidinsulfinsäure; d2) Einbringen und Vermischen der ersten und der zweiten Badlösung im Badbehälter und/oder Vermischen der ersten und der zweiten Badlösung beim Einbringen der ersten und zweiten Badlösung in den Badbehälter und d3) Tauchen des Halbleitersubstrats in die erste und/oder zweite Badlösung und/oder Aufbringen der ersten und/oder zweiten Badlösung auf das Halbleitersubstrat mittels Aufgiessen, Sprühen, Filmziehen und/oder Rotationsbeschichten, oder
e) Bereitstellen einer ersten Badlösung umfassend Ammoniak; e1) Zugeben von mindestens einem Metallsalz zu der ersten Badlösung; e2) Zugeben von Formamidinsulfinsäure zu der ersten Badlösung und e3) Tauchen des Halbleitersubstrats in die erste Badlösung und/oder Aufbringen der ersten Badlösung auf das Halbleitersubstrat mittels Aufgiessen, Sprühen, Filmziehen und/oder Rotationsbeschichten.

Gemäß dem Stand der Technik ist es bekannt, dass bei chemischen Badabscheidungen von Metallsalzen, insbesondere von ZnO-Schichten, Wasserstoffperoxyd beschleunigend unter Bildung von Zinkperoxid (ZnO2) wirkt. Bei chemischen Badabscheidungen von ZnS ist dabei mit einer Reaktion des Wasserstoffperoxyds mit dem meist verwendeten Schwefellieferanten Thioharnstoff zu erwarten. Das Produkt dieser Reaktion ist Formamidinsulfinsäure.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es nunmehr ermöglicht, auf Wasserstoffperoxid zu verzichten und damit die mit einem Einsatz von Wasserstoffperoxid verbundenen Nachteile zu eliminieren.
Eine Verwendung von Formamidinsulfinsäure zur Erhöhung einer Schichtwachstumsgeschwindigkeit einer Zinkoxidschicht und/oder einer Zinksulfidschicht in einem Prozess chemischer Badabscheidung (chemical bath deposition, CBD) hat den Vorteil, dass ein Prozess chemischer Badabscheidung zur Verfügung gestellt wird, der besonders einfach und wirtschaftlich durchführbar ist. Insbesondere wird die Zinkoxidschicht und/oder die Zinksulfidschicht unter Nutzung der chemischen Badabscheidung auf ein Halbleitersubstrat abgeschieden.
Somit kommt anstelle von Wasserstoffperoxid nunmehr direkt Formamidinsulfinsäure zum Einsatz. Eine Verwendung von Formamidinsulfinsäure zeichnet sich dabei gegenüber einem Einsatz von Wasserstoffperoxid durch folgende Vorteile aus. Bei Formamidinsulfinsäure handelt es sich um eine stabile Substanz, so dass keine unkontrollierten Zersetzungsreaktionen auftreten, die die Güte der Beschichtung eines Substrats negativ beeinflussen können. Zudem ist eine einfache Dosierbarkeit gegeben. Formamidinsulfinsäure kann sowohl als Feststoff als auch in Form einer Lösung der Reaktionsmischung zu beliebigen Zeitpunkten zugegeben werden. Zudem tritt gegenüber einer Verwendung des bekannten Wasserstoffperoxids eine Beschleunigung des Abscheideprozesses um den Faktor 1,5 bis 2,5 auf. Weiterhin kann ein Einbau von agglomerierten Feststoffpartikeln in den zu bildenden n-Halbleiter, die sich in der Reaktionslösung bzw. Badlösung gebildet haben, verhindert werden. Abschließend besteht eine Unempfindlichkeit der Abscheiderate gegenüber den Strömungsverhältnissen der Reaktionslösung, so dass die anlagentechnischen Maßnahmen zur Erreichung einer gleichmäßigen Beschichtung deutlich reduziert werden können und größere Substrate für eine CBD-Beschichtung mit hoher Qualität zugänglich gemacht werden können.
Erfindungsgemäß kann das Halbleitersubstrat in die erste und/oder zweite Badlösung eingetaucht werden, oder die erste und/oder zweite Badlösung kann auf das Halbleitersubstrat aufgebracht bzw. aufgesprüht werden. Bei kleinen Halbleitersubstraten kann dabei eine Rotationsbeschichtung, auch als „spin coating” bezeichnet, zum Einsatz kommen. Bei größeren Substraten kann die Verwendung eines Filmziehgeräts vorteilhaft sein. Wird die zweite Badlösung auf das Halbleitersubstrat aufgebracht, kann eine Durchmischung dadurch bereitgestellt werden, dass das bereits mit der ersten Badlösung benetzte Halbleitersubstrat mit der zweiten Badlösung besprüht oder anderweitig aufgebracht wird, und/oder eine weitere Schicht mittels Rotationsbeschichtung und/oder Filmziehen aufgebracht wird.
Dabei kann vorgesehen sein, dass als das mindestens eine Metallsalz Zinksalz, insbesondere Zinksulfat, Zinkacetat, Zinkchlorid und/oder Zinknitrat, verwendet wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein

– Durchführen von Schritt b) und anschließendes Durchführen von Schritt b1) und nachfolgendes Durchführen von Schritt b2) oder anschließendes Durchführen von Schritt b2) und nachfolgendes Durchführen von Schritt b1), und danach erfolgendes Durchführen von Schritt b2) und/oder
– Durchführen von Schritt c) und anschließendes Durchführen von Schritt c1) oder Durchführen von Schritt c1) und anschließendes Durchführen von Schritt c) und nachfolgendes Durchführen von Schritt c2) und anschließendes Durchführen von Schritt c3) oder nachfolgendes Durchführen von Schritt c3) und anschließendes Durchführen von Schritt c2) und/oder
– Durchführen von Schritt d) und anschließendes Durchführen von Schritt d1) oder Durchführen von Schritt d1) und anschließendes Durchführen von Schritt d) und nachfolgendes Durchführen von Schritt d2) und anschließendes Durchführen von Schritt d3) oder nachfolgendes Durchführen von Schritt d3) und anschließendes Durchführen von Schritt d2) und/oder
– Durchführen von Schritt e), nachfolgendes Durchführen von Schritt e1), und anschließendes oder zeitgleiches Durchführen von Schritt e2) und nachfolgendes Durchführen von Schritt e3) oder anschließendes Durchführen von Schritt e3) und nachfolgendes Durchführen von Schritt e2), oder nachfolgendes Durchführen von Schritt e3) und anschließendes Durchführen von Schritt e1) und nachfolgendes oder zeitgleiches Durchführen von Schritt e2).

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zunächst in einer Vormischung ein Metallsalz und Thioharnstoff in einer ersten Badlösung bereitgestellt werden. Hiermit wird die aus dem Stand der Technik bekannte Badmischung bzw. Reaktionsmischung bereitgestellt, die nur geringe Abscheideraten ermöglicht, mit der die Abscheidung auf dem Substrat begonnen wird. Dabei kann gemäß einer Ausführungsform ein Tauchen des Halbleitersubstrats in die erste Badlösung erfolgen und zu einem nachfolgenden Zeitpunkt Formamidinsulfinsäure, in vorgelöster oder fester Form, zu der ersten Badlösung zugegeben werden und somit die Abscheiderate erhöht werden. Alternativ kann die Zugabe von Formamidinsulfinsäure, in vorgelöster oder fester Form, zu der ersten Badlösung bereits vor dem Tauchen des Substrats erfolgen. Damit kann gewählt werden, zu welchem Zeitpunkt ein beschleunigtes Abscheiden beginnen soll.
Zudem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zunächst zwei, für sich selbst nicht reaktionsfähige, Badlösungen bereitgestellt werden. Eine erste Badlösung umfasst mindestens ein Metallsalz und Ammoniak und eine zweiten Badlösung umfasst Thioharnstoff und Formamidinsulfinsäure. Die erste und zweite Badlösung können dabei unabhängig voneinander vor dem Vermischen miteinander auf Prozesstemperatur gebracht werden. Eine Vermischung der ersten und der zweiten Badlösung kann dabei im Badbehälter oder alternativ oder zusätzlich beim Zuführen in den Badbehälter erfolgen. Vor dem Vermischen der ersten und zweiten Badlösung oder im Anschluss kann ein Tauchen des Halbleitersubstrats in die erste und/oder zweite Badlösung erfolgen.
Auch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn dabei die zweite Badlösung alternativ Formamidinsulfinsäure, jedoch keinen Thioharnstoff umfasst.
Des weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zunächst eine Badlösung umfassend Ammoniak bereitgestellt wird und das Halbleitersubstrat in die Ammoniaklösung getaucht wird, wobei anschließend mindestens ein Metallsatz und daran anschließend oder zeitgleich Formamidinsulfinsäure zugegeben wird. Auch kann selbstverständlich zunächst das mindestens eine Metallsalz und daran anschließend oder zeitgleich Formamidinsulfinsäure zugegeben werden, wobei ein Tauchen des Halbleitersubstrats in die erste Badlösung erst im Anschluss an die besagten Zugaben erfolgt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise das Metallsalz und/oder der Thioharnstoff im destillierten Wasser, beispielhaft bei einer Temperatur in einem Bereich von 40°C bis 100°C, insbesondere in einem Bereich von 70°C bis 90°C, gelöst werden.
Nach dem Aufbringen der Pufferschicht kann gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Substrate mit einer Lösung, z. B. einer Ammoniak/Wasser-Lösung, gespült werden und optional in einem Inertgasstrom, insbesondere einem Stickstoffgasstrom getrocknet werden. Dem folgend kann insbesondere eine Temperung in Luft in einem Temperaturbereich von beispielsweise 100°C bis 250°C erfolgen, bevor die nächste Halbleiterschicht in der Prozesskette, die sogenannte Fensterschicht aufgebracht wird.
Auch kann vorgesehen sein, dass die erste und/oder zweite Badlösung 0,05 bis 0,5 mol/l des mindestens einen Metallsalzes umfasst oder dieser zugegeben wird.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass als Ammoniak 2%-tiger bis 30% Ammoniak, insbesondere 2,5%-tiger bis 25% Ammoniak, verwendet oder zugegeben wird.
Auch kann gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die erste und/oder zweite Badlösung destilliertes Wasser umfasst.
Dabei kann gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die erste und/oder zweite Badlösung 0,1 bis 2,5 mol/l, insbesondere 0,2 bis 1,5 mol/l, Thioharnstoff umfasst oder dieser zugegeben wird.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der ersten und/oder zweiten Badlösung kein Wasserstoffperoxid (H2O2) zugegeben wird oder in diesen enthalten ist.
Ein Verzicht auf Wasserstoffperoxid hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
Auch liefert die Erfindung eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Pufferschicht auf ein Halbleitersubstrat mittels chemischer Badabscheidung, insbesondere einer Absorberschicht einer Chalkopyrit-Dünnschichtsolarzelle gemäß einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend
mindestens einen Badbehälter,
mindestens einen ersten Vorratsbehälter und/oder mindestens eine erste Anschlussleitung, ausgelegt und eingerichtet, um Formamidinsulfinsäure zu umfassen und/oder bereitzustellen, mindestens einen zweiten Vorratsbehälter und/oder mindestens eine zweite Anschlussleitung, ausgelegt und eingerichtet um ein Metallsalz zu umfassen und/oder bereitzustellen, mindestens einen dritten Vorratsbehälter und/oder mindestens eine dritte Anschlussleitung, ausgelegt und eingerichtet um Thioharnstoff zu umfassen und/oder bereitzustellen, mindestens einen vierten Vorratsbehälter und/oder mindestens eine vierte Anschlussleitung, ausgelegt und eingerichtet, um 25%-tigen Ammoniak zu umfassen und/oder bereitzustellen, mindestens einen fünften Vorratsbehälter und/oder mindestens eine fünfte Anschlussleitung, ausgelegt und eingerichtet, um 2,5%-tigen Ammoniak zu umfassen und/oder bereitzustellen, mindestens einen sechsten Vorratsbehälter und/oder mindestens eine sechste Anschlussleitung, ausgelegt und eingerichtet, um 10%-tigen Ammoniak zu umfassen und/oder bereitzustellen, mindestens einen siebten Vorratsbehälter und/oder mindestens eine siebte Anschlussleitung, ausgelegt und eingerichtet, um eine Säure zu umfassen und/oder bereitzustellen und/oder mindestens einen achten Vorratsbehälter und/oder mindestens eine achte Anschlussleitung, ausgelegt und eingerichtet, um destilliertes Wasser zu umfassen und/oder bereitzustellen, und
mindestens eine Dosiereinrichtung, ausgelegt und eingerichtet, um einen Inhalt des mindestens einen Vorratsbehälters, insbesondere jedes Vorratsbehälters, vorzugsweise unabhängig von den weiteren Vorratsbehältern, dem mindestens einen Badbehälter und/oder einer Mischeinrichtung zuzuführen, und vorzugsweise mindestens eine Mischeinrichtung, temperierbar in einem Bereich von 40°C bis 100°C, insbesondere in einem Bereich von 70°C bis 90°C,, ausgelegt und eingerichtet um den Inhalt mindestens zweier Vorratsbehälter vor dem Einbringen in den mindestens einen Badbehälter über mindestens eine Rühreinrichtung, statische Mischer und/oder Mischdüsen zu vermischen, und vorzugsweise
mindestens einer Zuführeinrichtung, ausgelegt und eingerichtet, um die erste und/oder zweite Badlösung in den mindestens einen Badbehälter zuzuführen oder beim Zuführen über eine Mischeinrichtung, vorzugsweise statische Mischer oder Mischdüsen zu vermischen.
Schließlich liefert die Erfindung eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Anspruch 9 zum Aufbringen einer Pufferschicht auf ein Halbleitersubstrat mittels chemischer Badabscheidung, insbesondere einer Absorberschicht einer Chalkopyrit-Dünnschichtsolarzelle.
Zeichnung
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachgehenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft anhand von schematischen Zeichnungen erläutert sind. Dabei zeigt:
1: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
2: eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Ausführungsbeispiel
1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur chemischen Badabscheidung einer Pufferschicht auf ein Substrat 2. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Badbehälter 3 sowie Vorratsbehälter 5, 6, 9, 11, 13, 15, 17.
Der erste Vorratsbehälter 5 kann beispielsweise Formamidinsulfinsäure umfassen, der zweite Vorratsbehälter 7 ein Zink-Salz, der dritte Vorratsbehälter 9 Thioharnstoff, der vierte Vorratsbehälter 11 25%-tigen Ammoniak, der fünfte Vorratsbehälter 13 2,5%-tigen Ammoniak und der sechste Vorratsbehälter 15 10%-tigen Ammoniak und der siebte Vorratsbehälter 17 eine Säure. Destilliertes Wasser kann über eine Anschlussleitung 19 bereitgestellt werden. Über Dosiereinrichtungen, insbesondere Ventile 21, kann die Zuführung der Substanzen, in vorgelöster oder fester Form, in den Badbehälter 3 erfolgen.
Dabei ist gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass eine Mischung von Zink-Salz aus dem zweiten Vorratsbehälter 7, dem Thioharnstoff aus dem dritten Vorratsbehälter 9 und dem 25%-tigen Ammoniak aus dem vierten Vorratsbehälter 11 in einer Mischvorrichtung 23 vor Zugabe der vermischten Substanzen in den Badbehälter 3 erfolgen kann.
2 zeigt eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1'. Ein erster Vorratsbehälter 5' kann beispielsweise ein Zink-Salz umfassen, der zweite Vorratsbehälter 7' 25%-tigen Ammoniak, der dritte Vorratsbehälter 9' Thioharnstoff, der vierte Vorratsbehälter 11' Formamidinsulfinsäure, der fünfte Vorratsbehälter 13' 2,5%-tigen Ammoniak und der sechste Vorratsbehälter 15' 10%-tigen Ammoniak und der siebte Vorratsbehälter 17' eine Säure. Destilliertes Wasser kann über eine Anschlussleitung 19' bereitgestellt werden. Über Dosiereinrichtungen, insbesondere Ventile 21', kann die Zuführung der Substanzen, in vorgelöster oder fester Form, in einen Badbehälter 3' erfolgen.
Eine erste Badlösung kann durch ein Vermischen von dem Zink-Salz aus Vorratsbehälter 5' und 25%-tigem Ammoniak aus dem zweiten Vorratsbehälter 7' in einer Mischeinrichtung 25 bereitgestellt werden und in den Badbehälter 3' überführt werden. Eine zweite Badlösung kann durch ein Vermischen von Thioharnstoff aus dem dritten Vorratsbehälter 11' und Formamidinsulfinsäure aus dem vierten Vorratsbehälter 13' in einer Mischeinrichtung 27 bereitgestellt werden und in den Badbehälter 3' überführt werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2010/108480 A2 [0006]

Claims

Verfahren zum Aufbringen einer Pufferschicht auf ein Halbleitersubstrat mittels chemischer Badabscheidung, insbesondere einer Absorberschicht einer Chalkopyrit-Dünnschichtsolarzelle, umfassend die folgenden Schritte, insbesondere in dieser Reihenfolge: a) Bereitstellen eines Halbleitersubstrats und eines Badbehälters und b) Bereitstellen einer ersten Badlösung umfassend mindestens ein Metallsalz und Thioharnstoff in dem Badbehälter und b1) Tauchen des Halbleitersubstrats in die erste Badlösung und/oder Aufbringen der ersten Badlösung auf das Halbleitersubstrat mittels Aufgiessen, Sprühen, Filmziehen und/oder Rotationsbeschichten; b2) Zugeben von Ammoniak zu der ersten Badlösung und b3) Zugeben von Formamidinsulfinsäure, in vorgelöster oder fester Form, zu der ersten Badlösung oder c) Bereitstellen einer ersten Badlösung umfassend mindestens ein Metallsalz und Ammoniak und c1) Bereitstellen einer zweiten Badlösung umfassend Thioharnstoff und Formamidinsulfinsäure; c2) Vermischung der ersten und der zweiten Badlösung im Badbehälter und/oder beim Zuführen in den Badbehälter und c3) Tauchen des Halbleitersubstrats in die erste und/oder zweite Badlösung und/oder Aufbringen der ersten und/oder zweiten Badlösung auf das Halbleitersubstrat mittels Aufgiessen, Sprühen, Filmziehen und/oder Rotationsbeschichten, oder d) Bereitstellen einer ersten Badlösung umfassend mindestens ein Metallsalz und Amoniak; d1) Bereitstellen einer zweiten Badlösung umfassend Formamidinsulfinsäure; d2) Einbringen und Vermischen der ersten und der zweiten Badlösung im Badbehälter und/oder Vermischen der ersten und der zweiten Badlösung beim Einbringen der ersten und zweiten Badlösung in den Badbehälter und d3) Tauchen des Halbleitersubstrats in die erste und/oder zweite Badlösung und/oder Aufbringen der ersten und/oder zweiten Badlösung auf das Halbleitersubstrat mittels Aufgiessen, Sprühen, Filmziehen und/oder Rotationsbeschichten, oder e) Bereitstellen einer ersten Badlösung umfassend Ammoniak; e1) Zugeben von mindestens einem Metallsalz zu der ersten Badlösung; e2) Zugeben von Formamidinsulfinsäure zu der ersten Badlösung und e3) Tauchen des Halbleitersubstrats in die erste Badlösung und/oder Aufbringen der ersten Badlösung auf das Halbleitersubstrat mittels Aufgiessen, Sprühen, Filmziehen und/oder Rotationsbeschichten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als das mindestens eine Metallsalz Zinksalz, insbesondere Zinksulfat, Zinkacetat, Zinkchlorid und/oder Zinknitrat, verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch – Durchführen von Schritt b) und anschließendes Durchführen von Schritt b1) und nachfolgendes Durchführen von Schritt b2) oder anschließendes Durchführen von Schritt b2) und nachfolgendes Durchführen von Schritt b1), und danach erfolgendes Durchführen von Schritt b2) und/oder – Durchführen von Schritt c) und anschließendes Durchführen von Schritt c1) oder Durchführen von Schritt c1) und anschließendes Durchführen von Schritt c) und nachfolgendes Durchführen von Schritt c2) und anschließendes Durchführen von Schritt c3) oder nachfolgendes Durchführen von Schritt c3) und anschließendes Durchführen von Schritt c2) und/oder – Durchführen von Schritt d) und anschließendes Durchführen von Schritt d1) oder Durchführen von Schritt d1) und anschließendes Durchführen von Schritt d) und nachfolgendes Durchführen von Schritt d2) und anschließendes Durchführen von Schritt d3) oder nachfolgendes Durchführen von Schritt d3) und anschließendes Durchführen von Schritt d2) und/oder – Durchführen von Schritt e), nachfolgendes Durchführen von Schritt e1), und anschließendes oder zeitgleiches Durchführen von Schritt e2) und nachfolgendes Durchführen von Schritt e3) oder anschließendes Durchführen von Schritt e3) und nachfolgendes Durchführen von Schritt e2), oder nachfolgendes Durchführen von Schritt e3) und anschließendes Durchführen von Schritt e1) und nachfolgendes oder zeitgleiches Durchführen von Schritt e2).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Ammoniak 2%-tiger bis 30% Ammoniak, insbesondere 2,5%-tiger bis 25% Ammoniak, verwendet oder zugegeben wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Badlösung destilliertes Wasser umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Badlösung 0,1 bis 2,5 mol/l, insbesondere 0,2 bis 1,5 mol/l, Thioharnstoff umfasst oder dieser zugegeben wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten und/oder zweiten Badlösung kein Wasserstoffperoxyd (H2O2) zugegeben wird oder in diesen enthalten ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die erste und/oder zweite Badlösung 0,05 bis 0,5 mol/l des mindestens einen Metallsalzes umfasst oder dieses zugegeben wird.
Vorrichtung zum Aufbringen einer Pufferschicht auf ein Halbleitersubstrat mittels chemischer Badabscheidung, insbesondere einer Absorberschicht einer Chalkopyrit-Dünnschichtsolarzelle gemäß einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend mindestens einen Badbehälter (3, 3'), mindestens einen ersten Vorratsbehälter (5) und/oder mindestens eine erste Anschlussleitung, ausgelegt und eingerichtet, um Formamidinsulfinsäure zu umfassen und/oder bereitzustellen, mindestens einen zweiten Vorratsbehälter (7) und/oder mindestens eine zweite Anschlussleitung, ausgelegt und eingerichtet um ein Metallsalz zu umfassen und/oder bereitzustellen, mindestens einen dritten Vorratsbehälter (9) und/oder mindestens eine dritte Anschlussleitung, ausgelegt und eingerichtet um Thioharnstoff zu umfassen und/oder bereitzustellen, mindestens einen vierten Vorratsbehälter (11) und/oder mindestens eine vierte Anschlussleitung, ausgelegt und eingerichtet, um 25%-tigen Ammoniak zu umfassen und/oder bereitzustellen, mindestens einen fünften Vorratsbehälter (13) und/oder mindestens eine fünfte Anschlussleitung, ausgelegt und eingerichtet, um 2,5%-tigen Ammoniak zu umfassen und/oder bereitzustellen, mindestens einen sechsten Vorratsbehälter (15) und/oder mindestens eine sechste Anschlussleitung, ausgelegt und eingerichtet, um 10%-tigen Ammoniak zu umfassen und/oder bereitzustellen, mindestens einen siebten Vorratsbehälter 17 und/oder mindestens eine siebte Anschlussleitung, ausgelegt und eingerichtet, um eine Säure zu umfassen und/oder bereitzustellen und/oder mindestens einen achten Vorratsbehälter und/oder mindestens eine achte Anschlussleitung (19, 19'), ausgelegt und eingerichtet, um destilliertes Wasser zu umfassen und/oder bereitzustellen, und mindestens eine Dosiereinrichtung (21, 21'), ausgelegt und eingerichtet, um einen Inhalt des mindestens einen Vorratsbehälters (5, 7, 9, 11, 13, 15, 17), insbesondere jedes Vorratsbehälters (5, 7, 9, 11, 13, 15, 17) unabhängig von den weiteren Vorratsbehältern (5, 7, 9, 11, 13, 15, 17), dem mindestens einen Badbehälter (3, 3') und/oder einer Mischeinrichtung (23, 25, 27) zuzuführen, und vorzugsweise mindestens eine Mischeinrichtung (23, 25, 27), temperierbar im Bereich von 40°C bis 100°C, vorzugsweise in einem Bereich von 70°C bis 90°C,, ausgelegt und eingerichtet um den Inhalt mindestens zweier Vorratsbehälter (5, 7, 9, 11, 13, 15, 17) vor dem Einbringen in den mindestens einen Badbehälter (3, 3') mittels mindestens einer Rühreinrichtung, einem statischen Mischer und/oder Mischdüsen zu vermischen, und vorzugsweise mindestens einer Zuführeinrichtung, ausgelegt und eingerichtet, um die erste und/oder zweite Badlösung in den mindestens einen Badbehälter (3, 3') zuzuführen und/oder beim Zuführen über eine Mischeinrichtung, vorzugsweise mindestens einem statischen Mischer und/oder mindestens eine Mischdüse zu vermischen.
Verwendung von Formamidinsulfinsäure zur Erhöhung einer Schichtwachstumsgeschwindigkeit einer Zinkoxidschicht und/oder einer Zinksulfidschicht in einem Prozess chemischer Badabscheidung (chemical bath deposition, CBD).