DE112009000929T5 - Wärmebehandlungsvorrichtung für Solarzellen - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Wärmebehandlungsvorrichtung angegeben, die einen Selenisierungsprozess oder Sulfurisierungsprozess ausführt, wenn eine Lichtabsorptionsschicht einer Solarzelle vom Chalkopyrit-Typ gebildet wird. Die Wärmebehandlungsvorrichtung enthält: eine Mehrzahl von Solarzellensubstraten, die in einem Quarzrohr parallel in Plattendickenrichtung mit konstantem Abstand angeordnet sind, einen Heizmechanismus zum Erhitzen von Atmosphärengas, der außerhalb des Quarzrohrs angeordnet ist, und eine erste Windleitplatte, die oberhalb der Substrate angeordnet ist, um erhitztes Atmosphärengas, das entlang einer Innenoberfläche des Quarzrohrs ansteigt, von oben in einen Mittelabschnitt der Substrate hin zu leiten.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmebehandlungsvorrichtung für Solarzellen vom Chalkopyrit-Typ, die bei einem Herstellungsverfahren für Dünnfilmsolarzellen verwendet wird, insbesondere bei einem Selenisierungsprozess während der Bildung einer Lichtabsorptionsschicht.
  • Technischer Hintergrund
  • Die Dünnfilmsolarzelle vom Chalkopyrit-Typ ist vom Dünnfilm-Typ, und sie hat eine CIGS-Schicht, die als Lichtabsorptionsschicht vom p-Typ eine Chalkopyritverbindung aufweist, in der ein Element davon in Gruppe I, Gruppe III oder Gruppe VI ist. Die Dünnfilmsolarzelle vom Chalkopyrit-Typ hat eine mehrschichtige Struktur, worin eine rückseitige Elektrodenschicht als Kathode, die eine Mo-Metallschicht ist, eine CIGS-Lichtabsorptionsschicht, eine Pufferschicht vom n-Typ und eine vorderste Schicht als Anode, die eine transparente Elektrodenschicht ist, auf ein Glassubstrat laminiert sind.
  • Wenn dann Lichtstrahlung wie etwa Sonnenlicht, von einem Oberflächenempfänger dieser mehrschichtigen Struktur emittiert wird, wird ein Paar eines Elektrons und eines positiven Lochs durch die Lichtstrahlung angeregt, die eine Energie über einer Bandlücke nahe einem p-n-Übergang in der mehrschichtigen Struktur hat. Das angeregte Elektron und das positive Loch erreichen den p-n-Übergang durch Diffusion, und das Elektron und das positive Loch werden durch das innere elektrische Feld des Übergangs örtlich zu einem n-Bereich und einem p-Bereich separiert. Im Ergebnis wird der n-Bereich negativ geladen, und der p-Bereich wird positiv geladen, und es ensteht zwischen den an jedem Bereich vorgesehenen Elektroden eine Potenzialdifferenz. Wenn diese Elektroden durch einen Leitungsdraht verbunden werden, erhält man durch elektromotorische Kraft aufgrund dieser Potenzialdifferenz einen Photostrom, und dies ist das Prinzip der Solarzelle.
  • Als Herstellungsverfahren für eine CIGS-Lichtabsorptionsschicht in einer solchen Dünnfilmsolarzelle kann ein Verfahren erwähnt werden (siehe Patentpublikation 1), welches umfasst: einen Vorläuferbildungsprozess, worin ein Cu, In und Ga enthaltender Vorläufer auf einer rückseitigen Elektrodenschicht gebildet wird, die auf einem Substrat gebildet wird durch Aufstäuben etc., sowie einen Selenisierungsprozess, worin eine Lichtabsorptionsschicht durch Wärmebehandeln des gebildeten Vorläufersubstrats unter einer Selenisierungsgas(H2Se, Wasserstoff, Selenidgas)-Atmosphäre gebildet wird. In dem Fall, worin die Selenisierung mittels dieses Verfahrens ausgeführt wird, wird eine Mehrzahl der obigen Substrate in der Vorrichtung angeordnet, und das Innere der Vorrichtung wird mit einem Inertgas, wie etwa Stickstoffgas, ausgetauscht, und dann wird eine Selenquelle eingesetzt und eingeschlossen, und die Substrate werden unter diesem Zustand auf eine vorbestimmte Temperatur für eine vorbestimmte Zeit erhitzt, und hierdurch wird die Lichtabsorptionsschicht gebildet.
  • Da jedoch in diesem Verfahren eine Mehrzahl der Substrate angeordnet ist und diese von den Seitenflächen oder dem Umfang der Substrate her erhitzt werden, gibt es Probleme darin, dass (1) das Erhitzen in Abhängigkeit von der Anordnung des Substrats ungenügend sein könnte und (2) deren Zusammensetzungsverhältnis nicht gleichmäßig ist und daher auf (a) jedem Substrat oder (b) in der Oberfläche des Substrats keine homogene CIGS-Lichtabsorptionsschicht gebildet wird und daher die Solarzellencharakteristiken nicht gleichmäßig sind.
  • Die obigen Probleme werden im weiteren Detail erläutert, und das Problem (1) wird wie folgt beschrieben. Der Umfang einer Mehrzahl der eingesetzten Substrate wird primär durch Strahlung erhitzt, und eine Oberfläche des Substrats, die ganz außen liegt, hat eine überragende Temperaturverteilung, weil sie die gleichmäßige Strahlung von der Wärmequelle erhält. Jedoch wird die Strahlung der Wärmequelle von einem Vorläufer, der auf dem an der äußersten Seite angeordneten Substrat gebildet wird, weitgehend absorbiert. Im Ergebnis werden die Substrate, die vom zweitäußersten zur Mitte hin angeordnet sind, primär durch Wärmeleitung in dem Substrat und Konvektion von Atmosphärengas, das auf der Oberfläche des Substrats fließt, erwärmt. In diesem Fall hat die Wärmeleitung eine Temperaturverteilung, die durch jede gesonderte physikalische Eigenschaft des Vorläufers und der Substrate bestimmt ist, und das Atmosphärengas hat seine eigene Temperaturverteilung in der Vorrichtung, und daher ist (a) die Gesamttemperatur in der Mitte des Substrats niedriger als jene an dessen Außenseite, und darüber hinaus ist (b) die Temperaturgleichmäßigkeit an der Oberfläche des Substrats ungenügend.
  • Zusätzlich wird das Problem (2) wie folgt beschrieben. Das in die Vorrichtung eingeleitete Wasserstoffselenidgas wird in Wasserstoff und Selenmoleküle zersetzt, wenn es über etwa 160°C erhitzt wird, und dieses Selenmolekül wird durch Kontakt einer erhitzten Vorläuferoberfläche in einer Schicht aufgenommen. Bei diesem Reaktionsprozess wird, falls die Temperatur aller Substrate in der Vorrichtung gleichmäßig ist, das Selenisierungsgas in der Vorrichtung auf jeder Substratoberfläche gleichmäßig zirkuliert, und durch gleichmäßigen Kontakt des Selenisierungsgases mit der Substratoberfläche wird eine homogene Lichtabsorptionsschicht gebildet. Jedoch tritt in jedem Substrat eine Temperaturdifferenz auf, wie in (1) erläutert, und darüber hinaus wird zwischen dem Substrat und dem Quarzrohr durch das in der Vorrichtung erhitzte Selenisierungsgas ein Aufwind erzeugt; jedoch sinkt ein Teil des erhitzten Selenisierungsgases von den Zwischenräumen zwischen jedem Substrat während des Aufstiegs ab, und ein anderer Teil verbleibt an einem oberen Abschnitt des Substrats, ohne durch die Substrate abzusinken und steigt danach zu dem oberen Abschnitt der Substrate. Daher wird die Zirkulation des Atmosphärengases auf der Oberfläche der Substrate nicht gleichmäßig gemacht, und im Ergebnis sind die Bestandteile der Substrate nicht gleichmäßig.
  • Als Technik zur Lösung dieses Problems kann man ein Verfahren erwähnen (siehe Patentpublikation 2), worin Atmosphärengas zwangsweise zirkuliert wird, indem in einem Reaktor ein elektrisch angetriebenes Gebläse vorgesehen wird. Allgemein sind ein Selenisierungsprozess oder ein Sulfurisierungsprozess bei etwa 650°C erforderlich, um die Substrate in der Solarzelle vom Chalkopyrit-Typ herzustellen. Zusätzlich ist es erforderlich, dass das Material des bei einem solchen Prozess verwendeten Reaktors bei hohen Temperaturen Selen-beständig ist.
  • Jedoch ist es in dem Fall, wo ein elektrisch angetriebenes Gebläse verwendet wird, erforderlich, dass das Material des Gebläses Selenkorrosionsbeständig ist, und es ist auch erforderlich, dass die Drehwelle haltbar abgedichtet ist, insbesondere im Hinblick auf die Bearbeitungstemperatur, Reibungswärme, Korrosionsgas etc. haltbar ist.
  • Die Patentpublikation 1 ist die japanische ungeprüfte Patentanmeldungspublikation Nr. 2006-196771 . Die Patentpublikation 2 ist die japanische ungeprüfte Patentanmeldungspublikation Nr. 2006-186114 .
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
  • Daher wurde die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände abgeschlossen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wärmebehandlungsvorrichtung für Solarzellen vom Chalkopyrit-Typ anzugeben, worin eine CIGS-Lichtabsorptionsschicht mit hoher Qualität erhalten werden kann, indem die Gleichmäßigkeit der Temperatur in der Vorrichtung und die Gleichmäßigkeit der Atmosphärenzirkulation begünstigt werden.
  • MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
  • Die Wärmebehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist eine Wärmebehandlungsvorrichtung für einen Selenisierungsprozess oder Sulfurisierungsprozess, der ausgeführt wird, wenn in einer Solarzelle vom Chalkopyrit-Typ eine Lichtabsorptionsschicht gebildet wird und sie umfasst: ein Quarzrohr, in dem eine Mehrzahl von Solarzellensubstraten parallel mit in Dickenrichtung vorbestimmten Abständen angeordnet sind, einen Heizmechanismus zum Erhitzen von Atmosphärengas, der außerhalb des Quarzrohrs angeordnet ist, und erste Ablenkplatten, die oberhalb der Substrate angeordnet sind, worin erhitztes Atmosphärengas, das entlang einer Innenoberfläche des Quarzrohrs ansteigt, von oben zur Mitte der Substrate hin geleitet wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Konvektion des Atmosphärengases durch einen einfachen Aufbau begünstigt, und das erhitzte Gas wird zuverlässig auch zur Mitte der Substrate hin geleitet, wo die Gastemperatur leicht abnehmen kann, und im Ergebnis werden Temperaturdifferenzen zwischen den Substraten verringert, wobei eine CIGS-Lichtabsorptionsschicht mit hoher Qualität gebildet wird, und daher kann eine Verbesserung und Gleichmäßigkeit der Leistung der Solarzelle ausgeführt werden. Darüber hinaus kann gemäß der Wärmebehandlungsvorrichtung für Solarzellen vom Chalkopyrit-Typ der vorliegenden Erfindung die langfristige Zuverlässigkeit verbessert werden, da ein einfacher Aufbau ohne Antriebsmechanismus realisiert wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein vertikaler frontaler Querschnitt, der schematisch eine Ausführung einer Wärmebehandlungsvorrichtung für Solarzellen der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ist ein horizontaler ebener Querschnitt, der schematisch eine Ausführung einer Wärmebehandlungsvorrichtung für Solarzellen der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3A ist eine Draufsicht, die erste Ablenkelemente in der vorliegenden Erfindung zeigt, 3B ist ein vertikaler frontaler Querschnitt, der schematisch einen oberen Teil einer Wärmebehandlungsvorrichtung für Solarzellen der vorliegenden Erfindung zeigt, und 3C ist eine Draufsicht, die eine Strömungsrateneinstellplatte in der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • ERLÄUTERUNG DER BEZUGSZEICHEN
    • 1 ... Quarzrohr, 2 ... Substrat, 3 ... Heizmechanismus, 4 ... Gaseinführrohr, 5 ... Gasheizvorrichtung, 6 ... erste Ablenkplatte, 7, 9, 11, 14 ... Löcher, 8 ... obere Heizung, 10 ... Strömungsrateneinstellplatte, 12 ... zweite Ablenkplatte, 13 ... dritte Ablenkplatte, 15 ... vierte Ablenkplatte, 16 ... Verstärkungsheizung, 17 ... untere Heizung.
  • BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden werden Ausführungen der Heizvorrichtung für Solarzellen vom Chalkapyrit-Typ der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen im Detail erläutert. 1 ist ein vertikaler frontaler Querschnitt, der schematisch eine Ausführung einer Wärmebehandlungsvorrichtung für Solarzellen der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2 ist ein horizontaler ebener Querschnitt, der schematisch eine Ausführung einer Wärmebehandlungsvorrichtung für Solarzellen der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in den 1 und 2 gezeigt, ist in der Wärmebehandlungsvorrichtung für Solarzellen der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Solarzellensubstraten 2 parallel mit vorbestimmten Abständen in Dickenrichtung auf einem Halteschiff in einem Quarzrohr 1 angeordnet. Ein Heizmechanismus 3 zum Erhitzen von Atmosphärengas ist z. B. an einer Außenseite des Quarzrohrs 1 angeordnet, sodass er den Umfang des Quarzrohrs 1 umgibt. Gemäß dem wie oben aufgebauten Heizmechanismus 3 erfolgt die Konvektion des Atmosphärengases in dem Quarzrohr 1 durch Erwärmung.
  • Hier wird als Atmosphärengas in dem Quarzrohr 1 ein Selenisierungsgas (H2Se, Wasserstoffselenidgas) z. B. von einem Gaseinführrohr 4 eingeleitet, das in einen unteren Abschnitt der Wärmebehandlungsvorrichtung eingesetzt ist. Es ist bevorzugt, dass das eingeleitete Selenisierungsgas zuvor von einer Gasheizvorrichtung 5 erhitzt wird, die in dem Quarzrohr 1 angeordnet ist. Da das Gas, wie oben beschrieben, durch Erhitzung eingeführt wird, entsteht in der Wärmebehandlungsvorrichtung leicht ein Aufwind, und die Konvektion wird begünstigt. Darüber hinaus wird das zugeführte Wasserstoffselenidgas durch das Erhitzen aktiviert und wird in einem Prozesstank zugeführt in einem Zustand, in dem es zuvor als Wasserstoff und Selenmolekül separiert worden ist, und daher kann man auch einen Effekt erhalten, worin die Reaktionszeit mit dem Vorläufer verkürzt wird.
  • 3A ist eine Draufsicht, die erste Ablenkelemente 6 in der vorliegenden Erfindung zeigt, 3B ist ein vertikaler frontaler Querschnitt, der schematisch einen oberen Teil einer Wärmebehandlungsvorrichtung für Solarzellen der vorliegenden Erfindung zeigt, und 3C ist eine Draufsicht, die eine Strömungsrateneinstellplatte in der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in den 1 und 3 gezeigt, sind in der Wärmebehandlungsvorrichtung für Solarzellen der vorliegenden Erfindung die ersten Ablenkplatten 6 an einem oberen Abschnitt des Quarzrohrs 1 angeordnet, und das erhitzte Atmosphärengas, das entlang einer Innenoberfläche des Quarzrohrs 1 ansteigt, wird von oben zur Mitte der Subtrate 2 hin geleitet, ohne stehenzubleiben. Die ersten Ablenkplatten 6 haben z. B. Ränder, die mit einer Innenoberfläche des Quarzrohrs 1 in Kontakt stehen, und eine Querschnittsform, die von dem Rand aufwärts zur Mitte hin einen Bogen beschreibt und der Mittelabschnitt nach unten gerichtet ist. Gemäß dieser Form kann das Atmosphärengas, das entlang der Innenoberfläche des Quarzrohrs 1 ansteigt, zur Mitte der Substrate 2 hin geleitet werden. Obwohl in dieser Ausführung der Draufsichtumfang der ersten Ablenkplatten 6 kreisförmig ist, kann er auch polygonal etc. sein, solange das Atmosphärengas zur Mitte der Substrate 2 hin geleitet wird.
  • Ferner können die ersten Ablenkplatten 6 Löcher 7 aufweisen, die erlauben, dass das Atmosphärengas, das nahe deren Rand angestiegen ist, durchtritt, wie in 3A gezeigt, und das Atmosphärengas, das durch die Löcher 7 hindurchgetreten ist, wird von oberen Heizungen 8 erhitzt und zur Mitte der Substrate 2 durch ein Mittelloch 9 hin geleitet, wie in den 1 und 3B gezeigt, und daher kann eine besonders bevorzugte CIGS-Lichtabsorptionsschicht gebildet werden.
  • Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass in der vorliegenden Erfindung eine Strömungsrateneinstellplatte 10 zwischen den Substraten 2 und den ersten Ablenkplatten 6 vorgesehen ist, wie in den 1, 3B und 3C gezeigt. Gemäß dieser Strömungsrateneinstellplatte 10 kann durch optionales Einstellen des Musters der Löcher 11 das hochgestiegene Atmosphärengas gleichmäßig auf die Substrate 2 geleitet werden.
  • Ferner ist es in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass zweite Ablenkplatten 12 zwischen Seitenflächen der Substrate 2 und dem Heizmechanismus 3 so angeordnet werden, dass sie von den Substraten 2 und dem Heizmechanismus 3 getrennt sind. Gemäß diesem Aufbau wird der Anstieg des erhitzten Atmosphärengases entlang der Innenoberfläche des Quarzrohrs 1 begünstigt, und es wird verhindert, dass das Atmosphärengas während des Anstiegs aus den Zwischenräumen zwischen jedem Substrat absinkt, und darüber hinaus werden die Temperaturunterschiede zwischen dem Mittelabschnitt und in der Nähe der Seitenflächen des Substrats verringert, indem eine direkte Strahlung des Heizmechanismus 3 an den Seitenflächen der Substrate abgeblockt wird.
  • Darüber hinaus ist es in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass dritte Ablenkplatten 13 so vorgesehen werden, dass sie eine Mehrzahl der Substrate 2 von einer Dickenrichtung her zwischen sich aufnehmen. Diese dritten Ablenkplatten 13 können eine direkte Strahlung des Heizmechanismus 3 auf die äußersten Substrate in Dickenrichtung in einer Mehrzahl der Substrate 2 abblocken, und die Temperaturunterschiede zwischen den äußersten Substraten und den zweitäußersten und nachfolgenden Substraten kann verringert werden. Weil jedoch das strahlungsbedingte Erhitzen durch Abdeckung des Gesamtumfangs der Substrate 2 mittels der zweiten Ablenkplatten 12 und der dritten Ablenkplatten 13 abgeblockt wird, besteht die Gefahr, dass die Kapazität des Heizers ungenügend ist und das gewünschte Temperaturprofil nicht erhalten werden kann. Daher kann eine für direkte Strahlung genutzte Temperatursteuerung ausgeführt werden, durch das Eröffnen von Löchern 14 mit frei gewählten Mustern an den dritten Ablenkplatten 13.
  • Ferner ist es in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass vierte Ablenkplatten 15 an einem unteren Abschnitt der Substrate 2 vorgesehen sind. Die vierten Ablenkplatten 15 haben eine Querschnittsform, die von der Mitte zum Rand hin nach unten einen Bogen beschreiben, und der Rand zu einer Innenoberfläche des Quarzrohrs 1 weist, wie in 1 gezeigt. Bei dieser Form kann das Atmosphärengas, das zwischen das Substrat 2 fällt, zur Innenoberfläche des Quarzrohrs 1 geleitet werden, und die Konvektion des Atmosphärengases kann begünstigt werden.
  • Es ist bevorzugt, dass die obigen ersten bis vierten Ablenkplatten aus opakem Quarz hergestellt werden, das für Infrarotlicht undurchlässig ist, um eine Selenbeständigkeit bei hoher Temperatur zu bekommen und die direkte Strahlung von dem Heizmechanismus abzublocken.
  • Darüber hinaus ist es in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass Verstärkungsheizungen 16 an einem unteren Abschnitt einer Innenoberfläche des Quarzrohrs 1 angeordnet sind. Gemäß diesem Aufbau wird der Anstieg des Atmosphärengases entlang der Innenoberfläche des Quarzrohrs 1 begünstigt, indem das Atmosphärengas am unteren Abschnitt der Innenoberfläche des Quarzrohrs 1 weiter erhitzt wird, und dabei kann die Konvektion des Atmosphärengases weiter verbessert werden. Um darüber hinaus die Konvektion des Atmosphärengases, das zwischen den Substraten 2 zur Innenoberfläche des Quarzrohrs 1 absinkt, weiter zu begünstigen, ist an einem Mittelabschnitt der obigen vierten Ablenkplatten 15 ein Loch vorgesehen, und nach Erhitzen des Atmosphärengases, das durch dieses Loch hindurchgetreten ist, mit einer unteren Heizung 17 kann das Atmosphärengas zu der Verstärkungsheizung 16 geleitet werden.
  • Die Solarzelle vom Chalkopyrit-Typ kann mittels der obigen Wärmebehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung geeignet hergestellt werden. Als Herstellungsverfahren dieser Wärmebehandlungsvorrichtung kann ein Herstellungsverfahren erwähnt werden, welches umfasst: einen Vorläuferbildungsprozess, worin ein Cu, In und Ga enthaltender Vorläufer auf einer rückseitigen Elektrodenschicht gebildet wird, die auf einem Substrat gebildet wird, durch Aufstäuben, einen Selenisierungsprozess, worin eine CIGS-Lichtabsorptionsschicht durch Wärmebehandeln des gebildeten Vorläufersubstrats unter einer H2Se-Gasatmosphäre gebildet wird, ein Pufferschichtbildungsprozess, worin eine Pufferschicht vom n-Typ auf der CIGS-Lichtabsorptionsschicht gebildet wird, und einen transparenten Elektrodenbildungsprozess, worin auf der Pufferschicht eine transparente Elektrodenschicht gebildet wird.
  • Der Selenisierungsprozess der CIGS-Lichtabsorptionsschicht unter Verwendung der Wärmebehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird im näheren Detail erläutert. H2Se-Gas wird mit einer vorbestimmten Strömungsrate von einem Gaseinführrohr 4 eine vorbestimmte Zeit fließen gelassen, während in der Wärmebehandlungsvorrichtung auf 50 bis 95 kPa durch Aktivierung eines Auslassmechanismus (nicht gezeigt) ein Unterdruckzustand eingehalten wird, und dies ist ein erster Selenisierungsprozess. In diesem Fall ist es wünschenswert, dass das in der Vorrichtung zugeführte H2Se-Gas auf etwa 100 bis 200°C in einem Vorheizraum erhitzt wird, zusätzlich zum Betrieb der Verstärkungsheizung. Im Ergebnis kann von einem Bodenabschnitt der Vorrichtung ein positiver Aufwind erzeugt werden, und mit dem Effekt der Ablenkplatten wird eine Zirkulation der Atmosphäre begünstigt, und man kann einen Effekt erhalten, worin die Temperaturen der Substrate gleichmäßig gemacht werden.
  • Dann wird, nach dem Einleiten des H2Se-Gases, die Innentemperatur durch den Heizmechanismus 3 auf 250 bis 450°C angehoben, während der Unterdruckzustand auf 50 bis 95 kPa gehalten wird. Dann wird das H2Se-Gas mit einer vorbestimmten Strömungsrate von dem Gaseinleitrohr 4 für eine vorbestimmte Zeitdauer unter Bedingungen fließen gelassen, worin die Temperaturzustände und Druckzustände beibehalten werden, und dies ist ein zweiter Selenisierungprozess. Gemäß diesem Prozess wird eine Se-Komponente in dem Lichtabsorptionsschichtvorläufer aufgenommen, der eine geschichtete Struktur hat, in der eine In-Schicht und eine Cu-Ga-Schicht auf den Substraten 2 ausgebildet werden, während jede Komponente von In, Cu und Ga diffundiert wird. Es ist wünschenswert, dass die Dauer dieses Prozesses z. B. etwa 10 bis 120 Minuten dauert.
  • Auch in dem zweiten Selenisierungsprozess wird die Zirkulation der Atmosphäre durch die Wirkungen der Ablenkplatten und des Aufwinds begünstigt, der aufgrund des Betriebs der Verstärkungsheizung der Zufuhr des vorgeheizten Gases begünstigt wird, um den Effekt zu erhalten, worin die Substrattemperatur gleichmäßig gemacht wird, wobei inbesondere während des Temperaturanstiegs eine Dauer, um die Substrattemperatur gleichmäßig zu machen, verkürzt wird. Darüber hinaus wird das Gas, das zuvor in Wasserstoff und Selenmoleküle zerlegt worden ist, zugeführt, indem die Vorheiztemperatur auf über 160°C gelegt wird, die eine Zersetzungstemperatur des H2Se-Gases ist, und im Ergebnis wird die Se-Komponente in dem Vorläufer, der aufgenommen wird, aktiviert, und der Effekt, der eine Dauer für die Selenisierung verkürzt, wird vermutet. Ferner wird der Fluss des Selen enthaltenden Atmosphärengases zu jeder Substratoberfläche durch den Effekt der Ablenkplatten gleichmäßig gemacht, und daher wird die Se-Menge in dem Vorläufer gleichmäßig gemacht.
  • Dann wird die Innentemperatur durch den Heizmechanismus 3 auf etwa 500 bis 650°C erhitzt, während der Unterdruckzustand auf 50 bis 95 kPa gehalten wird. Dann wird dieser Zustand für etwa 10 bis 120 Minuten gehalten, und dies ist der dritte Selenisierungsprozess. Gemäß diesem Prozess wird der Lichtabsorptionsschichtvorläufer, der durch die obige Diffusion der jeweiligen In-, Cu- und Ga-Komponenten und die Aufnahme der Se-Komponente gleichmäßig gemacht worden ist, kristallisiert, und die innere Membranstruktur wird zuverlässig rekonfiguriert. Nachdem die Heiztemperatur aufgrund des Heizmechanismus 3 allmählich gesenkt worden ist und auf Raumtemperatur abgenommen hat, werden anschließend die Substrate 2, in denen die Lichtabsorptionsschicht durch den ersten Selenisierungsprozess bis dritten Selenisierungsprozess gebildet wurde, herausgenommen, und daher wird die CIGS-Lichtabsorptionsschicht fertiggestellt.
  • Auch in dem dritten Selenisierungsprozess wird die innere Zirkulation durch den Effekt der Verstärkungsheizung und der Ablenkplatten begünstigt, und im Ergebnis wird die Kristallisierung und Rekonfiguration jeder Komponente gleichmäßig gemacht, wobei die gleichmäßige CIGS-Lichtabsorptionsschicht gebildet wird und daher die Solarzellencharakateristiken gleichmäßig gemacht werden.
  • 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
    • JP 2006-196771 [0010]
    • JP 2006-186114 [0010]

Claims (4)

  1. Wärmebehandlungsvorrichtung für einen Selenisierungsprozess oder Sulfurisierungsprozess, der ausgeführt wird, wenn in einer Solarzelle vom Chalkopyrit-Typ eine Lichtabsorptionsschicht gebildet wird, umfassend: ein Quarzrohr (1), in dem eine Mehrzahl von Solarzellensubstraten (2) parallel mit in Dickenrichtung vorbestimmten Abständen angeordnet sind, einen Heizmechanismus (3) zum Erhitzen von Atmosphärengas, der außerhalb des Quarzrohrs (1) angeordnet ist, und erste Ablenkplatten (6), die oberhalb der Substrate (2) angeordnet sind, worin erhitztes Atmosphärengas, das entlang einer Innenoberfläche des Quarzrohrs (1) ansteigt, von oben zur Mitte der Substrate (2) hin geleitet wird.
  2. Die Wärmebehandlungsvorrichtung für Solarzellen vom Chalkopyrit-Typ nach Anspruch 1, die ferner zweite Ablenkplatten (12) aufweist, die zwischen Seitenflächen der Substrate (2) und dem Heizmechanismus (3) angeordnet sind, sodass sie von den Substraten (1) und dem Heizmechanismus (3) getrennt sind, worin die zweiten Ablenkplatten (12) den Anstieg des erhitzten Atmosphärengases entlang der Innenoberfläche des Quarzrohrs (1) begünstigen und eine direkte Strahlung des Heizmechanismus (3) auf die Seitenflächen der Substrate (2) blockieren.
  3. Die Wärmebehandlungsvorrichtung für Solarzellen vom Chalkopyrit-Typ nach Anspruch 1, die ferner Verstärkungsheizungen (16) aufweist, die an einem unteren Abschnitt einer Innenoberfläche des Quarzrohrs (1) angeordnet sind, wobei die Verstärkungsheizungen (16) den Anstieg des erhitzten Atmosphärengases entlang der Innenoberfläche des Quarzrohrs (1) begünstigen.
  4. Die Heizvorrichtung für Solarzellen vom Chalkopyrit-Typ nach Anspruch 1, die ferner einen Gasheizmechanismus (5) aufweist, um das in das Quarzrohr (1) eingeleitete Atmosphärengas vorzuwärmen.
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