ES2858471T3 - Prevención de deformación de vidrio en procedimientos térmicos - Google Patents

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Abstract

Disposición (1) de cuerpo multicapa para la prevención de una deformación de un sustrato de vidrio, que incluye: - un cuerpo (2) multicapa con un sustrato (30) de vidrio, un revestimiento funcional (10) que está aplicado sobre una cara del sustrato (30) de vidrio, y una capa auxiliar (20) que está unida superficialmente con la cara del sustrato (30) de vidrio orientada en sentido opuesto al revestimiento funcional (10), incluyendo el revestimiento funcional (10) capas precursoras para transformarlas en una capa semiconductora de una célula solar de capa delgada; - dos conjuntos ordenados (4) de radiadores con un nivel de procesamiento entre los mismos en el que está dispuesto el cuerpo (2) multicapa, con una potencia de radiación Pges que incide sobre el sustrato (30) de vidrio en el intervalo de longitudes de onda de 250 nm a 4.000 nm para el tratamiento térmico del revestimiento funcional (10); en la que la capa auxiliar (20) presenta una potencia de radiación P20 absorbida de un 10% a un 60% de la potencia de radiación Pges incidente.

Description

DESCRIPCIÓN
Prevención de deformación de vidrio en procedimientos térmicos
La invención se refiere a una disposición de cuerpo multicapa y a un procedimiento para el tratamiento térmico de un cuerpo multicapa para producir una célula solar de capa delgada con poca deformación del sustrato de vidrio.
Los sistemas de capas fotovoltaicos para la conversión directa de luz solar en energía eléctrica son suficientemente conocidos. Los materiales y la disposición de las capas están ajustados de tal modo que una o más capas semiconductoras transforman la radiación incidente directamente en corriente eléctrica con el mayor rendimiento de radiación posible. Los sistemas de capas fotovoltaicos que se extienden de forma plana se designan como células solares.
Las células solares incluyen en todos los casos material semiconductor. Las células solares que requieren sustratos de soporte para proporcionar una resistencia mecánica suficiente se designan como células solares de capa delgada. Debido a las propiedades físicas y la manejabilidad tecnológica, los sistemas de capa delgada con silicio amorfo, micromorfo o policristalino, telururo de cadmio (CdTe), arseniuro de galio (GaAs) o seleniuro-sulfuro de cobre-indio-(galio) (Cu(In,Ga)(S,Se)2) son especialmente adecuados para células solares. El semiconductor de pentano Cu(In,Ga)(S,Se)2 pertenece al grupo de los semiconductores de calcopirita, que a menudo se designan como CIS (diseleniuro o disulfuro de cobre-indio) o CIGS (diseleniuro de cobre-indio-galio, disulfuro de cobre-indio-galio o disulfoseleniuro de cobre-indio-galio). En la abreviatura CIGS, S puede representar selenio, azufre o una mezcla de los dos calcógenos.
Los sustratos de soporte para células solares de capa delgada incluyen en muchos casos vidrio inorgánico. Gracias al sustrato de soporte ampliamente disponible y a un sencillo cableado en serie monolítico es posible producir de forma económica disposiciones de células solares de capa delgada de gran superficie.
Un procedimiento posible para la producción de semiconductores de capa delgada, por ejemplo de Cu(In,Ga) (S,Se)2 , consiste en un proceso de dos etapas. Estos procedimientos de dos etapas se conocen, por ejemplo, por J. Palm et al., "CIS module
pilot processing applying concurrent rapid selenization and sulfurization of large area thin film precursors", Thin Solid Films 431-432, pp. 414-522 (2003). En este contexto, en primer lugar se dispone un electrodo de molibdeno sobre un sustrato, por ejemplo un sustrato de vidrio. La capa de molibdeno se estructura, por ejemplo con un láser. A continuación, sobre la capa de molibdeno se depositan diferentes capas precursoras de cobre, indio y galio, por ejemplo mediante pulverización catódica por magnetrón. Además, sobre la sucesión de capas se deposita una capa de selenio y/o una capa de azufre mediante vaporización térmica. El cuerpo multicapa así producido con las capas precursoras se somete a tratamiento térmico en un segundo proceso. Mediante el tratamiento térmico tiene lugar la cristalización propiamente dicha y la transformación de fase de las capas precursoras, y se forma la capa semiconductora propiamente dicha.
El tratamiento térmico tiene lugar, por ejemplo, en instalaciones en línea, en las que las distintas etapas de procesamiento tienen lugar en diferentes cámaras. Las diferentes cámaras son atravesadas una tras otra en una línea de procesamiento. En una construcción simplificada, la instalación en línea consiste en una estación de carga, en la que la instalación se carga con cuerpos multicapa no tratados. A continuación, los cuerpos multicapa se introducen en la instalación en línea a través de una cámara de entrada de esclusa. En diferentes cámaras de calentamiento, los cuerpos multicapa se calientan muy rápidamente con velocidades de calentamiento hasta 50 ° C/s y se someten a un perfil de temperatura determinado. El calentamiento tiene lugar, por ejemplo, mediante radiadores de calentamiento eléctricos. El procedimiento para el procesamiento térmico rápido de capas precursoras individuales con el fin de obtener un compuesto semiconductor se designa normalmente como Rapid Thermal Processing (RTP). A continuación, el cuerpo multicapa se enfría en cámaras de refrigeración y/o en un recorrido de refrigeración y se saca de la instalación en línea. Por ejemplo, por el documento EP 0 662 247 B1 se conoce un procedimiento para el procesamiento térmico rápido de semiconductores de calcopirita para su utilización como absorbentes en células solares de capa delgada.
Para controlar mejor el proceso de tratamiento térmico, el espacio de procesamiento alrededor del cuerpo multicapa se puede delimitar, por ejemplo, mediante una caja de procesamiento temporal, tal como se da a conocer en el documento DE 102008022784 A1. Mediante la delimitación del espacio de procesamiento, la presión parcial de los componentes calcógenos muy volátiles, como selenio o azufre, se mantiene lo más constante posible durante el tratamiento térmico. Además se reduce la exposición de la cámara de procesamiento con gases corrosivos. Por ejemplo, por los documentos EP 2360 720 A1 y EP 2360721 A1 se conocen procedimientos para el procesamiento de dos sustratos de vidrio en una caja de procesamiento, llamados procedimientos de sustrato doble.
Debido a las altas temperaturas, en el proceso RTP a menudo se produce una deformación incontrolada de los sustratos de vidrio utilizados como sustratos de soporte. La deformación de los sustratos de vidrio es perjudicial para las demás etapas de procesamiento, de modo que dificulta o imposibilita un procesamiento posterior.
Así, las capas precursoras ejercen normalmente una fuerza de compresión mecánica (tensión de compresión) sobre el sustrato, que hace que los bordes del sustrato se doblen. Esto se puede contrarrestar mediante una capa trasera metálica en la otra cara del sustrato. Esta capa trasera ejerce sobre el sustrato una fuerza de compresión mecánica (tensión de compresión) correspondiente en sentido opuesto. En la solicitud de patente de EE. UU. n° 2012/0060900 A1 se describe una capa trasera para la compensación mecánica de una tensión de compresión producida por las capas precursoras.
El objetivo de la presente invención consiste en preparar una disposición de cuerpo multicapa mejorada que presente una deformación reducida del sustrato de vidrio durante un tratamiento térmico.
El objetivo de la presente invención se resuelve según la invención mediante una disposición de cuerpo multicapa según la reivindicación 1. Las reivindicaciones subordinadas indican realizaciones preferidas.
La invención también incluye un procedimiento para el tratamiento térmico de cuerpos multicapa con deformación reducida del sustrato.
Otras reivindicaciones indican una utilización de la disposición de cuerpo multicapa según la invención.
En el sentido de la invención, la expresión "cuerpo multicapa" describe al menos un sustrato y en particular un sustrato de vidrio con varias capas iguales o diferentes aplicadas sobre éste o dispuestas en contacto térmico directo con el mismo.
Los inventores han distinguido la siguiente cadena de problemas sorprendente y causal que conduce a una deformación del sustrato durante el tratamiento térmico de un sustrato de vidrio con un revestimiento por una sola cara. Si un sustrato de vidrio con un revestimiento por una sola cara, por ejemplo un revestimiento funcional formado por una capa de barrera, un electrodo y capas precursoras, se calienta en un conjunto ordenado de radiadores, esto conduce a una distribución heterogénea de la temperatura a través del espesor z del sustrato. Por regla general, el revestimiento funcional absorbe más radiación que el sustrato de vidrio. Por lo tanto, la cara con el revestimiento funcional se calienta más que la cara del sustrato de vidrio orientada en sentido opuesto al revestimiento. La distribución heterogénea de la temperatura conduce a una dilatación diferente de la cara revestida y la cara no revestida. Esto conduce a tensiones en la disposición formada por el sustrato de vidrio y el revestimiento funcional, y a una deformación del sustrato de vidrio en estado caliente. Si el sustrato de vidrio se calienta por encima de la temperatura de reblandecimiento del vidrio, por ejemplo de 470 ° C en el caso del vidrio sódico-cálcico, debido a la viscoelasticidad del vidrio se produce una distensión mecánica. La cara con el menor calentamiento y, por lo tanto, con la menor dilatación térmica se puede dilatar por el reblandecimiento del vidrio y bajo el peso propio del sustrato de vidrio. El sustrato de vidrio está apoyado de nuevo de forma plana, por ejemplo, sobre una placa de suelo. En este contexto, el sustrato de vidrio presenta un gradiente de temperatura entre la cara revestida y la cara no revestida. Cuando el sustrato de vidrio se enfría después de desconectar la potencia de radiación, esto conduce a una deformación en sentido opuesto debido a la mayor contracción térmica de la cara caliente del sustrato de vidrio. Cuando el sustrato de vidrio se ha enfriado por debajo de la temperatura de reblandecimiento del vidrio, ya no se produce ninguna distensión en el sustrato de vidrio. Después del enfriamiento, el sustrato de vidrio muestra una deformación pronunciada.
Sorprendentemente, dicha deformación del sustrato se evita o se reduce mediante una disposición de cuerpo multicapa según la invención.
La disposición de cuerpo multicapa según la invención para evitar una deformación del sustrato de vidrio incluye al menos
- un sustrato de vidrio;
- un revestimiento funcional aplicado sobre una cara del sustrato de vidrio, incluyendo el revestimiento capas precursoras para transformarlas en una capa semiconductora de una célula solar de capa delgada;
- una capa auxiliar que está unida superficialmente con la cara del sustrato de vidrio orientada en sentido opuesto al revestimiento funcional; y
- al menos un conjunto ordenado de radiadores con una potencia de radiación Pges que incide sobre el sustrato de vidrio en el intervalo de longitudes de onda de 250 nm a 4.000 nm para el tratamiento térmico del revestimiento funcional. En una configuración ventajosa, en cada una de las dos caras del sustrato de vidrio está dispuesto un conjunto ordenado de radiadores de este tipo.
En este contexto, la capa auxiliar presenta una potencia de radiación P20 absorbida de un 10% a un 60% de la potencia de radiación Pges incidente.
El sustrato de vidrio, el revestimiento funcional y la capa auxiliar forman un cuerpo multicapa.
En una configuración ventajosa de la disposición de cuerpo multicapa según la invención, la capa auxiliar está aplicada directamente sobre el sustrato de vidrio, preferiblemente mediante depósito en fase de vapor, pulverización catódica o depósito electroquímico.
En una configuración ventajosa de la disposición de cuerpo multicapa según la invención, la capa auxiliar está unida al sustrato de vidrio de forma separable (por ejemplo, la capa auxiliar está en contacto físico con el sustrato de vidrio sin estar firmemente unida al sustrato de vidrio, es decir, la capa auxiliar está dispuesta junto al sustrato de vidrio, en particular en contacto físico con éste). La capa auxiliar está aplicada entonces preferiblemente sobre una placa de soporte. El sustrato de vidrio puede estar sujeto o superpuesto sobre la capa auxiliar. Alternativamente, la placa de soporte puede estar superpuesta o sujeta con la cara revestida con la capa auxiliar sobre el sustrato de vidrio. La capa auxiliar está dispuesta preferiblemente sobre una placa de suelo o una placa de tapa de una caja de procesamiento.
El sustrato de vidrio, el revestimiento funcional y la capa auxiliar pueden presentar varias capas dispuestas una sobre otra o una junto a otra sin limitar la invención.
La potencia de radiación Pges incidente desde los conjuntos ordenados de radiadores en el intervalo de longitudes de onda de 250 nm a 4.000 nm es preferiblemente de 10 kW/m2 a 500 kW/m2, y de forma especialmente preferible de 50 kW/m2 a 200 kW/m2.
En una configuración ventajosa de la invención, la potencia de radiación Pges incidente desde los conjuntos ordenados de radiadores en el intervalo de longitudes de onda de 400 nm a 2.500 nm es de 10 kW/m2 a 500 kW/m2, y preferiblemente de 50 kW/m2 a 200 kW/m2.
La capa auxiliar según la invención absorbe preferiblemente una potencia de radiación P20 absorbida de un 10% a un 40%, y de forma especialmente preferible de un 20% a un 30%, de Pges.
En una configuración ventajosa, la capa auxiliar absorbe una potencia de radiación P20 de un 50% a un 150%, y preferiblemente de un 75% a un 125%, de la potencia de radiación P10 absorbida en el revestimiento funcional.
El dispositivo según la invención para el tratamiento térmico del cuerpo multicapa incluye al menos un conjunto ordenado de radiadores. En una configuración ventajosa, el dispositivo incluye dos conjuntos ordenados de radiadores con un nivel de procesamiento situado entre los mismos, en el que está dispuesto el cuerpo multicapa. Preferiblemente, los conjuntos ordenados de radiadores y el nivel de procesamiento están dispuestos paralelos entre sí.
En configuraciones ventajosas del dispositivo según la invención, los conjuntos ordenados de radiadores, el nivel de procesamiento y el cuerpo multicapa están dispuestos en dirección vertical u horizontal. Una disposición vertical en el sentido de la invención significa que los conjuntos ordenados de radiadores, el nivel de procesamiento y el cuerpo multicapa están dispuestos en dirección aproximadamente paralela a la superficie de base de la instalación. En una disposición horizontal, los conjuntos ordenados de radiadores, el nivel de procesamiento y el cuerpo multicapa están dispuestos en dirección aproximadamente ortogonal con respecto a la superficie de base de la instalación.
La capa auxiliar según la invención es ventajosamente inerte frente a los productos de proceso del revestimiento funcional durante el tratamiento térmico, y en particular inerte frente a vapores de azufre y vapores de selenio, así como frente al ácido sulfhídrico y el ácido selenhídrico. La capa auxiliar contiene preferiblemente al menos una capa de grafito, carburo de silicio y/o nitruro de boro, preferiblemente con un espesor de capa de 10 nm a 10 pm. Esto tiene la ventaja especial de que la capa auxiliar es térmicamente estable y químicamente inerte frente a los productos de proceso durante el tratamiento térmico.
En una configuración alternativa de la capa auxiliar según la invención, la capa auxiliar incluye una capa de absorción y una capa protectora. La capa de absorción está dispuesta entre el sustrato de vidrio y la capa protectora. La capa de absorción absorbe según la invención la radiación electromagnética del conjunto ordenado de radiadores y puede contener materiales que son corroídos por los productos de proceso, como azufre o selenio. Los materiales adecuados para la capa de absorción son por ejemplo metal, preferiblemente aluminio, molibdeno, cobre, cobalto, níquel, titanio y/o tántalo. Alternativamente, la capa de absorción puede incluir semiconductores o compuestos de metaloides, preferiblemente carburo de silicio, óxido de zinc, sulfuro de cadmio, telururo de cadmio, antimoniuro de indio, arseniuro de indio y/o antimoniuro de zinc.
La capa protectora protege la capa de absorción frente a productos de proceso corrosivos y preferiblemente contiene nitruro de silicio, nitruro de titanio, nitruro de molibdeno, óxido de aluminio y/o nitruro de aluminio.
En un perfeccionamiento ventajoso de la capa auxiliar según la invención, entre el sustrato de vidrio y la capa de absorción está dispuesta una capa adhesiva. La capa adhesiva aumenta la adhesión de la capa de absorción en el sustrato de vidrio y contiene, por ejemplo, nitruro de silicio y/u oxinitruro de silicio.
La capa adhesiva, la capa de absorción y/o la capa protectora forman preferiblemente una barrera de difusión contra metales alcalinos del sustrato de vidrio.
En otra forma de realización preferible, el cuerpo multicapa que ha de ser procesado incluye un sustrato de vidrio con un espesor de 1 mm a 4 mm, preferiblemente de 2 mm a 3 mm. El vidrio consiste preferiblemente en vidrio sódicocálcico bajo en hierro. El vidrio de este tipo tiene una temperatura de reblandecimiento del vidrio de aproximadamente 4702 C.
El revestimiento funcional contiene capas precursoras para transformarlo en una capa absorbente semiconductora de una célula solar de capa delgada. En principio, la disposición de cuerpo multicapa según la invención es adecuada para el tratamiento térmico de todas las capas precursoras que han de ser transformadas en capas absorbentes semiconductoras de células solares de capa delgada, y evita una deformación del sustrato de vidrio en la misma.
Para la producción de una célula solar de capa delgada de Cu(In,Ga) (S,Se)2 , el revestimiento funcional incluye preferiblemente al menos una capa de barrera de difusión de álcali formada por nitruro de silicio, una capa de electrodo de molibdeno, una capa precursora de cobre-indio-galio y una capa precursora adicional de selenio. La capa de nitruro de silicio tiene un espesor de por ejemplo 50 nm a 300 nm, la capa de molibdeno de por ejemplo 200 nm a 700 nm, la capa de cobre-indio-galio de por ejemplo 300 nm a 1.000 nm y la capa de selenio de por ejemplo 700 nm a 2.000 nm.
En una configuración preferida del dispositivo según la invención, al menos un cuerpo multicapa, preferiblemente dos cuerpos multicapa, están dispuestos dentro de una caja de procesamiento. La caja de procesamiento sirve para delimitar el espacio de procesamiento.
La caja de procesamiento puede estar configurada como una caja con suelo, tapa y paredes laterales. Las paredes laterales pueden incluir metal, vidrio, cerámica, vitrocerámica o grafito. Preferiblemente, el suelo y la tapa son transparentes o parcialmente transparentes, en particular para la radiación electromagnética de los conjuntos ordenados de radiadores.
Las cajas de procesamiento pueden ser prácticamente estancas a los gases o presentar una configuración abierta. Preferiblemente, las cajas de procesamiento pueden presentar conexiones de gas propias y se pueden dotar de una atmósfera de gas determinada durante etapas de procesamiento determinadas. La atmósfera de gas puede contener, por ejemplo, gases reactivos como H2S, HbSe, vapor de S, vapor de Se o H2 , así como gases inertes como N2 , He o Ar.
En el sentido de la invención, prácticamente estanca a los gases significa que la caja de procesamiento es estanca a los gases hasta una diferencia de presión máxima definida entre el espacio interior de la caja de procesamiento y de la cámara de procesamiento. Si se supera una diferencia de presión máxima definida, se produce una compensación de presión entre el espacio interior de la caja de procesamiento y de la cámara de procesamiento. En una configuración adecuada para esto, la tapa se coloca suelta sobre el marco de la caja de procesamiento. Dependiendo de la estanqueidad de la caja de procesamiento, en las cajas de procesamiento prácticamente estancas a los gases se puede mantener una diferencia de presión entre el espacio interior de la caja de procesamiento y de la cámara de procesamiento. El intercambio libre de gas de procesamiento está limitado y se forma un gradiente de presión parcial del gas de procesamiento.
En una configuración preferida del dispositivo según la invención, una caja de procesamiento se carga en cada caso con dos cuerpos multicapa. Para el procesamiento de dos cuerpos multicapa en una caja de procesamiento, los dos sustratos de vidrio se pueden disponer uno junto a otro de tal modo que los dos revestimientos funcionales estén orientados hacia afuera. Alternativamente, los dos revestimientos funcionales pueden estar orientados uno hacia el otro. En caso de estar orientados uno hacia el otro, los dos revestimientos funcionales preferiblemente se separan entre sí a través de medios distanciadores para poder introducir un gas de procesamiento en el espacio formado.
En la configuración ventajosa de la disposición según la invención, los cuerpos multicapa o las cajas de procesamiento cargadas con cuerpos multicapa se conducen a través del dispositivo por medio de un mecanismo de transporte. El mecanismo de transporte puede incluir, por ejemplo, una cinta transportadora, cadenas de transporte o una tracción de carro. Preferiblemente, el mecanismo de transporte puede incluir rodillos que se accionan de manera sincrónica, de forma especialmente preferible a través de correas trapezoidales o accionamientos por cadena, preferiblemente con la unidad de accionamiento situada fuera de la cámara de procesamiento.
En una configuración preferida del dispositivo según la invención, los conjuntos ordenados de radiadores incluyen radiadores lineales conocidos en sí, en particular radiadores infrarrojos eléctricos tubulares y/o una matriz de fuentes de radiación puntual conocidas en sí. Preferiblemente, los radiadores lineales están situados paralelos entre sí. Los radiadores lineales y las fuentes de radiación puntual son adecuados para emitir una radiación electromagnética plana prácticamente uniforme en el intervalo de longitudes de onda de 250 nm a 4.000 nm y preferiblemente en el intervalo de radiación térmica.
En una configuración del dispositivo según la invención, cada conjunto ordenado de radiadores emite una radiación electromagnética de la misma intensidad hacia ambos lados. En una configuración preferida del dispositivo según la invención, los conjuntos ordenados de radiadores presentan características de irradiación dependientes de la dirección, en particular en la dirección del nivel de procesamiento. Para ello se utilizan, por ejemplo, radiadores lineales que presentan un revestimiento reflectante por una sola cara, por ejemplo de cerámica, metal o vidrio de sílice opaco nanoporoso, tal como se conoce por el documento DE 102005058819 A1.
En otra configuración preferida del dispositivo según la invención, el conjunto ordenado de radiadores que se encuentra entre dos niveles de procesamiento incluye dos niveles dispuestos entre sí de radiadores lineales o fuentes de radiación puntual. Preferiblemente, entre los dos niveles está dispuesto otro reflector. Los dos niveles se pueden calentar independientemente entre sí. De este modo, distintos niveles de procesamiento se pueden calentar a temperaturas diferentes.
Mediante conjuntos ordenados de radiadores con diferente potencia o conjuntos ordenados de radiadores con característica de irradiación dependiente de la dirección es posible en particular calentar distintas caras de un cuerpo multicapa con aportes térmicos diferentes. A través de esta medida se puede favorecer la simetrización según la invención de la distribución de la temperatura en la dirección del espesor de capa a través del sustrato de vidrio.
El objetivo de la invención se resuelve además mediante un procedimiento para el tratamiento térmico de un sustrato de vidrio con revestimiento funcional, en el que en una primera etapa se aplica el revestimiento funcional sobre una cara del sustrato de vidrio. Además, la cara del sustrato de vidrio orientada en sentido opuesto al revestimiento funcional se une a una capa auxiliar.
En este contexto, la capa auxiliar se puede aplicar directamente sobre el sustrato de vidrio, por ejemplo mediante depósito en fase de vapor, pulverización por rayos catódicos, depósito químico en fase gaseosa, electrodepósito o procedimientos de pulverización.
Alternativamente, la capa auxiliar puede estar dispuesta sobre un material de soporte, como una placa de soporte, y el sustrato de vidrio se puede unir con la capa auxiliar del material de soporte, por ejemplo mediante sujeción o superposición.
En una segunda etapa, el sustrato de vidrio con el revestimiento funcional y la capa auxiliar se calienta en un conjunto ordenado de radiadores a una temperatura superior a la temperatura de reblandecimiento del vidrio del sustrato de vidrio. La temperatura de procesamiento es preferiblemente de 470 ° C a 600 ° C. Ventajosamente, el sustrato de vidrio se dispone en un nivel de procesamiento situado entre dos conjuntos ordenados de radiadores y se calienta a una temperatura de 470 ° C a 600 ° C con una potencia de radiación Pges que incide sobre el sustrato de vidrio en el intervalo de longitudes de onda de 250 nm a 4.000 nm.
En una tercera etapa, el sustrato de vidrio se enfría a una temperatura inferior a la temperatura de reblandecimiento del vidrio. La temperatura de reblandecimiento del vidrio sódico-cálcico bajo en hierro es de aproximadamente 470 ° C.
Una utilización preferida de la disposición de cuerpo multicapa según la invención consiste en la transformación de capas precursoras en una capa semiconductora, preferiblemente a temperaturas de 470 ° C a 600 ° C. La capa semiconductora se utiliza preferiblemente como absorbente en una célula solar de capa delgada.
Las capas precursoras contienen o consisten preferiblemente en cobre, indio, galio y selenio, y se transforman en una capa semiconductora de Cu(In,Ga) (S,Se)2 en una atmósfera con contenido de azufre mediante Rapid Thermal Processing (RTP).
La invención se explica más detalladamente a continuación por medio de figuras. Éstas son representaciones puramente esquemáticas y no están a escala. No limitan la invención en modo alguno.
Se muestran:
La Figura 1, una representación en sección transversal esquemática de una disposición de cuerpo multicapa según la invención;
la Figura 2a, una sección transversal a través de un cuerpo multicapa según la invención con perfil de temperatura;
la Figura 2b, una sección transversal de un cuerpo multicapa según el estado actual de la técnica con perfil de temperatura;
la Figura 3, una sección transversal a través de una configuración del cuerpo multicapa según la invención; la Figura 4, una sección transversal a través de otra configuración del cuerpo multicapa según la inve la Figura 5, una sección transversal a través de otra configuración del cuerpo multicapa según la inve la Figura 6, una sección transversal a través de otra configuración del cuerpo multicapa según la inve la Figura 7, un ejemplo de realización de las etapas de procedimiento según la invención por medio de un
diagrama de flujo.
La Figura 1 muestra una disposición 1 de cuerpo multicapa según la invención para el tratamiento térmico de un
revestimiento funcional 10 sobre un sustrato 30 de vidrio. La disposición 1 de cuerpo multicapa forma parte, por
ejemplo, de una cámara de calentamiento, no representada aquí, de una instalación en línea para el tratamiento
térmico de un revestimiento funcional 10, formado por capas precursoras de una célula solar de capa delgada,
mediante Rapid Thermal Processing (RTP). La instalación en línea presenta además una cámara de refrigeración que
está dispuesta detrás de la cámara de calentamiento en la dirección de transporte. El cuerpo multicapa 2 se encuentra
en un nivel 3 de procesamiento situado entre dos conjuntos ordenados 4.1 y 4.2 de radiadores. Los conjuntos
ordenados 4.1 y 4.2 de radiadores incluyen, por ejemplo, varios radiadores lineales dispuestos paralelos.
El cuerpo multicapa 2 incluye, por ejemplo, un sustrato 30 de vidrio con un revestimiento funcional 10 sobre la cara
superior del sustrato 30 de vidrio. El revestimiento funcional 10 incluye, por ejemplo, un electrodo de molibdeno y una
sucesión apilada de capas precursoras que contienen cobre, indio, galio, azufre y selenio.
No obstante, el revestimiento funcional 10 también puede estar dispuesto sobre la cara inferior del sustrato 30 de
vidrio, y la capa auxiliar 20 sobre la cara superior del sustrato 30 de vidrio. El cuerpo multicapa 2 también puede estar
dispuesto verticalmente entre los conjuntos ordenados 4.1 y 4.2 de radiadores.
El cuerpo multicapa 2 se calienta mediante radiación con la potencia Po del conjunto ordenado 4.1 de radiadores
superior y Pu del conjunto ordenado 4.2 de radiadores inferior. Las distintas capas del cuerpo multicapa 2, es decir, el
revestimiento funcional 10, el sustrato 30 de vidrio y la capa auxiliar 20, tienen coeficientes de absorción A10, A20 y A30,
coeficientes de reflexión R10, R20 y R30 y coeficientes de transmisión T10, T20 y T30 definidos en relación con la radiación
incidente. Si se utilizan diferentes fuentes de radiación o en caso de propiedades diferentes de las caras superiores y
las caras inferiores de las capas individuales, estos coeficientes pueden ser diferentes para la radiación del conjunto
ordenado 4.1 de radiadores superior y del conjunto ordenado 4.2 de radiadores inferior. Para facilitar la representación,
aquí se supone de forma simplificada que dichos coeficientes son idénticos para la radiación del conjunto ordenado
4.1 de radiadores superior y del conjunto ordenado 4.2 de radiadores inferior con las potencias Po y Pu.
La Tabla 1 muestra la potencia de radiación absorbida en las capas individuales procedente del conjunto ordenado
4.1 de radiadores superior y del inferior 4.2. La potencia de radiación total absorbida en la capa respectiva, producida
por la radiación del conjunto ordenado 4.1 de radiadores superior y del conjunto ordenado 4.2 de radiadores inferior,
está representada en la columna derecha de la Tabla 1.
Tabla 1
Potencia absorbida del Potencia absorbida del Potencia total absorbida
conjunto ordenado 4.1 de conjunto ordenado 4.2 de
radiadores superior con la radiadores inferior con la
________________ potencia Po________________ potencia Pu____________
Revestimiento Po x A10 Pu X T20 X T30 X A10 P10 = (Po x A10)
funcional 10 (Pu x T20 x T30 x A10)
Sustrato 30 Po x T10 x A30 Pu X T20 X A30 P30 = (Po x T10 x A30)
(Pu X T20 X A30)
Capa auxiliar 20 Po x T10 x T30 x A20 Pu X A20 P20 = (Po x T10 x T30 x A20)
(Pu x A20)
Un cuerpo multicapa 2 según la invención ideal se caracteriza por la condición P10 = P20, es decir, la potencia total P10
absorbida del revestimiento funcional 10 es igual a la potencia total P20 absorbida de la capa auxiliar 20.
El caso ideal descrito es difícil de establecer en la realidad. No obstante, una reducción según la invención de la
deformación del sustrato mediante una simetrización del gradiente de temperatura en el sustrato 30 de vidrio se puede
lograr en todos los casos si la potencia P20 absorbida del revestimiento funcional 20 cumple las siguientes condiciones:
Para P10 > P30 se ha de cumplir P20 > P30 o
para P10 < P30 se ha de cumplir P20 < P3.
Estas condiciones también son aplicables si solo hay disponible un conjunto ordenado de radiadores por sustrato, o si
las potencias de radiación Po y Pu (cara superior y cara inferior) son diferentes. Del mismo modo, las condiciones
también son aplicables si los valores máximos de longitud de onda del conjunto ordenado 4.1 de radiadores superior y del conjunto ordenado 4.2 de radiadores inferior son diferentes.
El revestimiento funcional 10 y la capa auxiliar 20 también pueden consistir en cada caso en varias capas. La condiciones indicadas son aplicables entonces a las propiedades de absorción, reflexión y transmisión de todo el paquete del revestimiento funcional 10 o de la capa auxiliar 20.
Resulta ventajoso que la reflexión R20 de la capa auxiliar 20 sea lo más baja posible. De acuerdo con las condiciones arriba mencionadas, para la reducción de la deformación según la invención solo es esencial la potencia realmente absorbida. Por lo tanto, también se podrían utilizar capas con una reflexión mayor. Sin embargo, en este caso, la potencia de calentamiento necesaria para el proceso térmico aumenta. Los valores interesantes en la práctica para la reflexión R20 comienzan por ejemplo en R20 < 70%. Con valores de absorción A20 de la capa auxiliar 20 de A20 > 5% se espera ya una aportación significativa a la reducción de la deformación del sustrato.
La Figura 2a muestra una representación esquemática del perfil de la temperatura T en la altura z de sustrato del sustrato 30 de vidrio durante el tratamiento térmico en un conjunto ordenado de radiadores según la Figura 1. La Figura 2a muestra el perfil de temperatura en un cuerpo multicapa 2 según la Figura 1. Si el revestimiento funcional 10, la capa auxiliar 20 y el sustrato 30 de vidrio absorben en cada caso aproximadamente la misma potencia, es decir P10 = P20 = P30, resulta un perfil de temperatura constante (i) en la altura z de sustrato. Debido a la baja absorción A30 de radiación del sustrato 30 de vidrio en comparación con la absorción A10 de radiación del revestimiento funcional 10, este caso solo se puede lograr con mucha dificultad. No obstante, si es aplicable P10 > P30 con P20 > P30, ya se logra una reducción de la deformación del sustrato 30 de vidrio mediante una simetrización del perfil de temperatura. El perfil de temperatura (ii) resultante muestra valores máximos de temperatura en el área del sustrato 30 de vidrio en los límites con el revestimiento funcional 10 y con la capa auxiliar 20.
La Figura 2B muestra el perfil de temperatura de un sustrato 30 de vidrio con un revestimiento funcional 20 por una sola cara según el estado actual de la técnica sin capa auxiliar 20. El perfil de temperatura es asimétrico y no homogéneo. En particular, la temperatura T es más alta en el área del revestimiento funcional 20 que en la cara inferior del sustrato 30 de vidrio que no presenta ningún revestimiento. Después del enfriamiento se puede constatar una clara deformación del sustrato 30 de vidrio debido a la cadena de problemas descrita en la introducción.
La Figura 3 muestra una configuración preferida del cuerpo multicapa 2 según la invención. El revestimiento funcional 10 incluye una capa 11 de barrera de nitruro de silicio, que sirve como barrera de difusión para iones de sodio procedentes del sustrato 30 de vidrio. El revestimiento funcional 10 incluye además un electrodo 12 que, por ejemplo, contiene molibdeno o consiste en molibdeno. Sobre el electrodo 12 está dispuesta una capa precursora 13 formada por una sucesión de capas o una aleación que contiene cobre, indio y/o galio, así como una capa precursora 14 adicional formada por selenio. La capa precursora 13 se puede transformar en una capa absorbente de una célula solar de capa delgada mediante tratamiento térmico, por ejemplo en una atmósfera con contenido de azufre. La capa 11 de barrera formada por la capa de nitruro de silicio tiene preferiblemente un espesor de 50 nm a 300 nm, por ejemplo de 150 nm. El electrodo 12 tiene preferiblemente un espesor de 200 nm a 700 nm, por ejemplo de 500 nm. La capa precursora 13 tiene preferiblemente un espesor de 300 nm a 1.000 nm, por ejemplo de 700 nm. La capa 14 de selenio adicional tiene preferiblemente un espesor de 700 a 2.000 nm, por ejemplo de 1.500 nm. Otros materiales para la capa 11 de barrera son, por ejemplo, oxinitruro de silicio, óxido de aluminio, nitruro de molibdeno, nitruro de titanio o mezclas o sucesiones de capas de los mismos. El electrodo 12 contiene preferiblemente cobre, aluminio, titanio o mezclas o sucesiones de capas de los mismos. La capa precursora 13 también puede contener aluminio, azufre, zinc, estaño o plata.
Sobre la cara del sustrato 30 de vidrio orientada en sentido opuesto al revestimiento funcional 10 está dispuesta una capa auxiliar 20. Una condición importante para la capa auxiliar 20 es la estabilidad química y térmica. En este ejemplo de configuración, la capa auxiliar 20 consiste en una sola capa (parcialmente) absorbente e inerte frente a los productos de proceso de las capas precursoras 13 y 14. Los procedimientos de producción para células solares de capa delgada de Cu(In,Ga) (S,Se)2 requieren, por ejemplo, una estabilidad térmica para temperaturas hasta aproximadamente 600 ° C y una estabilidad térmica frente al vapor se selenio y el vapor de azufre, así como frente al ácido sulfhídrico y el ácido selenhídrico.
La capa auxiliar 20 contiene preferiblemente grafito, nitruro de silicio o nitruro de boro. La capa auxiliar consiste, por ejemplo, en una capa de grafito con un espesor de 200 nm.
Dependiendo del procedimiento de producción o de depósito, la capa auxiliar 20 tiene un espesor de 10 nm a 10 gm. El límite inferior depende del grado de transmisión deseado y de las propiedades ópticas de la capa. El espesor óptimo se puede determinar mediante experimentos sencillos. El depósito de la capa auxiliar 20 tiene lugar preferiblemente mediante procedimientos de plasma en vacío, como pulverización catódica, mediante vaporización, mediante depósito químico en fase de vapor (chemical vapour deposition CVD), como CVD de plasma, mediante electrodepósito y/o mediante procedimientos de pulverización.
La Figura 4 muestra una configuración alternativa de un cuerpo multicapa 2 según la invención. El revestimiento funcional 20 corresponde a las capas descritas en relación con la Figura 3. La capa auxiliar 20 incluye una sucesión apilada formada por una capa adhesiva 21, una capa 23 de absorción y una capa protectora 22, estando dispuesta la primera capa 21 de barrera directamente junto al sustrato 30 de vidrio. La capa adhesiva 21 y la capa protectora 22 son esencialmente transparentes y contienen material dieléctrico. En el sentido de esta invención, esencialmente transparente significa una transmisión de la radiación electromagnética incidente procedente de los conjuntos ordenados 4 de radiadores de más de un 98%.
La capa protectora 22 es ventajosamente inerte frente a los productos de proceso en el tratamiento térmico de las capas precursoras 13 y 14, y en particular inerte frente a una atmósfera con contenido de selenio y/o azufre a altas temperaturas. La capa adhesiva 21 es una capa adherente o que mejora la adhesión, que une la capa 13 de absorción y la capa protectora 22 firmemente con el sustrato 30 de vidrio. Ventajosamente, la capa adhesiva 21 contiene nitruro de silicio u oxinitruro de silicio. La capa adhesiva 21 tiene ventajosamente un espesor de 0 nm a 300 nm. La capa adhesiva 21 consiste, por ejemplo, en una capa de nitruro de silicio.
La capa protectora 22 contiene preferiblemente nitruro de silicio, nitruro de titanio, nitruro de molibdeno, óxido de aluminio y/o nitruro de aluminio. La capa protectora 22 tiene ventajosamente un espesor de 50 nm a 500 nm. La capa protectora 22 consiste, por ejemplo, en una capa de nitruro de silicio con un espesor de 1.500 nm.
Las capas adhesivas 21 y capas protectoras 22 de este tipo impiden la difusión de metales alcalinos desde el sustrato 30 de vidrio hasta el interior de las capas precursoras 13 y 14. Una difusión incontrolada de metales alcalinos en las capas precursoras 13, 14 o en la capa absorbente semiconductora resultante de éstas reduce la eficacia y deteriora las propiedades eléctricas de la posterior célula solar de capa delgada.
Las capas metálicas simples solo son adecuadas de forma limitada como capa auxiliar 20 única, ya que la reactividad con selenio y azufre a menudo es demasiado fuerte y las capas metálicas se corroen. Además, la reflexión de capas metálicas delgadas y lisas es desfavorablemente alta.
Si la capa metálica se protege contra la atmósfera de procesamiento mediante una capa protectora 22, se pueden utilizar capas metálicas como capa 23 de absorción. Como metales son adecuados en particular aluminio, molibdeno, cobre, cobalto, níquel, titanio, tántalo o aleaciones de los mismos. Además, para reducir la reflexión puede resultar ventajoso depositar la capa metálica de forma porosa y/o con superficie rugosa.
La capa 23 de absorción puede incluir ventajosamente un semiconductor o un metaloide. Son especialmente adecuados el silicio-germanio amorfo, carburo de silicio, óxido de zinc, sulfuro de cadmio, telururo de cadmio, antimoniuro de indio, arseniuro de indio y/o antimoniuro de zinc. En estos semiconductores, el comportamiento de absorción se puede ajustar y optimizar en relación con la radiación incidente a través de la banda prohibida y la cantidad de portadores de carga libres. En los semiconductores con banda prohibida pequeña, como el arseniuro de indio y el antimoniuro de zinc, la absorción interesante para esta aplicación se encuentra en caso de radiación electromagnética con energías por encima de la banda prohibida. Si bien los semiconductores con una banda prohibida grande, como el óxido de zinc, son transparentes en el espectro visible, muestran una mayor absorción para longitudes de onda por encima de una longitud de onda crítica determinada por la frecuencia de plasma.
En una configuración ventajosa de la capa auxiliar 20 según la invención, el índice de refracción y el espesor de capa de la capa protectora 22 se ajustan de tal modo que la capa protectora 22 actúa como capa antirreflectante. Los parámetros de capa se han de elegir preferiblemente de tal modo que el valor mínimo de la reflexión se produzca con el valor máximo de la distribución espectral de la radiación electromagnética de los conjuntos ordenados 4 de radiadores. Por ejemplo, en caso de una capa protectora 22 formada por una única capa de nitruro de silicio se trata de un espesor de capa de aproximadamente 400 nm. La capa protectora 22 también puede consistir en una capa de gradiente con índice de refracción diferente a lo largo del espesor de capa, o a su vez una capa múltiple dieléctrica, para aumentar el efecto antirreflectante.
La Figura 5 muestra un ejemplo de configuración especialmente ventajoso de una capa auxiliar 20 simplificada. La capa auxiliar 20 presenta una capa 23 de absorción de molibdeno y una capa protectora 22 de nitruro de silicio. Esta sucesión de capas tiene la ventaja especial de que la capa 23 de absorción de molibdeno se adhiere bien sobre el sustrato 30 de vidrio y que la combinación de molibdeno/nitruro de silicio presenta al mismo tiempo un efecto de barrera de difusión suficiente para metales alcalinos procedentes del sustrato 30 de vidrio.
La Figura 6 muestra una configuración alternativa de una disposición 1 de cuerpo multicapa según la invención con dos sustratos 30.1 y 30.2 de vidrio en una caja 50 de procesamiento. Esta disposición se designa normalmente como configuración de sustrato doble. Las capas funcionales 10.1 y 10.2 están dispuestas aquí en posiciones directamente adyacentes entre sí (configuración face to face - cara a cara) y se mantienen a una distancia fija mediante elementos distanciadores 51.
Las capas auxiliares 20.1 y 20.2 están dispuestas, por ejemplo, sobre placas 40 de soporte, como una placa 41 de tapa o una placa 42 de suelo. Un elemento 52 de marco forma el espacio de procesamiento junto con la placa 41 de tapa y la placa 42 de suelo. La placa 40 de soporte incluye, por ejemplo, una vitrocerámica, que es esencialmente transparente para la radiación electromagnética 5 de los conjuntos ordenados 4.1 y 4.2 de radiadores.
La simetrización según la invención del gradiente de temperatura tiene lugar aquí mediante contacto térmico de las capas auxiliares 20.1 y 20.2, que están unidas de forma separable con los sustratos 30.1 y 30.2 de vidrio. El contacto térmico con el sustrato 10.2 de vidrio inferior tiene lugar, por ejemplo, mediante colocación de la cara del sustrato 30.2 de vidrio orientada en sentido opuesto al revestimiento funcional 10.2 sobre la capa auxiliar 20.2. La capa auxiliar 20.2 está dispuesta a su vez sobre la placa 42 de suelo de la caja 50 de procesamiento. Alternativamente, el contacto térmico con el sustrato 10.1 de vidrio superior tiene lugar mediante colocación de la capa auxiliar 20.1 sobre la cara del sustrato 30.1 de vidrio orientada en sentido opuesto a la capa funcional 10.1. En este contexto, la capa auxiliar 20.1 está dispuesta sobre la cara inferior de la placa 41 de tapa. Las capas auxiliares 20.1 y 20.2 pueden consistir en materiales inertes contra los productos de proceso, y en particular el azufre y el selenio, a altas temperaturas, como por ejemplo grafito, carburo de silicio o nitruro de boro, tal como se ha descrito en relación con la Figura 3. No obstante, las capas auxiliares 20.1 y 20.2 también pueden consistir en sistemas multicapa de capas 23 de absorción y capas protectoras 22, tal como se han descrito ya en relación con la Figura 4 y la Figura 5. Se entiende que, preferiblemente, en este caso la capa 23 de absorción está dispuesta directamente sobre la placa 40 de soporte y que la capa protectora 22 aísla la capa 23 de absorción con respecto al espacio de procesamiento. Esto tiene la ventaja especial de que la capa protectora 22 protege la capa 23 de absorción frente a productos de proceso reactivos y frente a daño mecánico en caso de contacto con el sustrato de vidrio.
La presente invención no está limitada a disposiciones con uno o dos sustratos 30 de vidrio. Además, dos sustratos 30.1 y 30.2 de vidrio pueden estar dispuestos de tal modo que los revestimientos funcionales 10.1 y 10.2 estén orientados en sentidos opuestos y estén separados entre sí por los sustratos 30.1 y 30.2 de vidrio (configuración back to back - dorso contra dorso). Entre los dos sustratos 30.1 y 30.2 de vidrio puede estar dispuesta una placa de soporte, no mostrada aquí, que está revestida por ambas caras con una capa auxiliar 20 en cada caso.
La placa de soporte con la capa auxiliar 20 no ha de formar parte de una caja de procesamiento, sino que, por ejemplo, puede ser el suelo de una cinta transportadora o estar simplemente colocada, como elemento independiente, sobre el sustrato 30 de vidrio.
La Figura 7 muestra un ejemplo de realización de las etapas de procedimiento según la invención por medio de un diagrama de flujo.
Los sustratos 30 de vidrio, cuyos perfiles de temperatura se simetrizan mediante una capa auxiliar 20 según la invención, muestran después del tratamiento térmico una menor deformación que sustratos 30 de vidrio del mismo tipo que han sido procesados sin capa auxiliar 20.
Este resultado fue inesperado y sorprendente para los expertos.
Se muestran:
1 Disposición de cuerpo multicapa
2 Cuerpo multicapa
3 Nivel de procesamiento
4, 4.1, 4.2 Conjunto ordenado de radiadores
5 Radiación electromagnética
10, 10.1, 10.2 Revestimiento funcional
11 Capa de barrera
12 Electrodo
13 Capa precursora
14 Capa precursora adicional
20, 20.1,20.1 Capa auxiliar
21 Capa adhesiva
22 Capa protectora
23 Capa de absorción
30, 30.1,30.2 Sustrato de vidrio
41 Placa de suelo
42 Placa de tapa
50 Caja de procesamiento
51 Elemento distanciador
52 Elemento de marco
z Espesor de sustrato
T Temperatura

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Disposición (1) de cuerpo multicapa para la prevención de una deformación de un sustrato de vidrio, que incluye:
    - un cuerpo (2) multicapa con un sustrato (30) de vidrio, un revestimiento funcional (10) que está aplicado sobre una cara del sustrato (30) de vidrio, y una capa auxiliar (20) que está unida superficialmente con la cara del sustrato (30) de vidrio orientada en sentido opuesto al revestimiento funcional (10), incluyendo el revestimiento funcional (10) capas precursoras para transformarlas en una capa semiconductora de una célula solar de capa delgada;
    - dos conjuntos ordenados (4) de radiadores con un nivel de procesamiento entre los mismos en el que está dispuesto el cuerpo (2) multicapa, con una potencia de radiación Pges que incide sobre el sustrato (30) de vidrio en el intervalo de longitudes de onda de 250 nm a 4.000 nm para el tratamiento térmico del revestimiento funcional (10);
    en la que la capa auxiliar (20) presenta una potencia de radiación P20 absorbida de un 10% a un 60% de la potencia de radiación Pges incidente.
    2. Disposición (1) de cuerpo multicapa según la reivindicación 1, en la que la capa auxiliar (20) está aplicada sobre el sustrato (30) de vidrio, preferiblemente mediante depósito en fase de vapor, pulverización catódica o depósito electroquímico.
    3. Disposición (1) de cuerpo multicapa según la reivindicación 1, en la que la capa auxiliar (20) está unida al sustrato (30) de vidrio de forma separable.
    4. Disposición (1) de cuerpo multicapa según la reivindicación 3, en la que la capa auxiliar (20) está aplicada sobre una placa (40) de soporte, preferiblemente una placa (41) de suelo o una placa (42) de tapa de una caja (50) de procesamiento.
    5. Disposición (1) de cuerpo multicapa según una de las reivindicaciones 1 a 4, en la que la capa auxiliar (20) presenta una potencia de radiación P20 absorbida de un 10% a un 40%, y preferiblemente de un 20% a un 30%, de Pges.
    6. Disposición (1) de cuerpo multicapa según una de las reivindicaciones 1 a 5, en la que la que la capa auxiliar (20) presenta una potencia de radiación P20 absorbida de un 50% a un 150%, y preferiblemente de un 75% a un 125%, de la potencia de radiación P10 absorbida en el revestimiento funcional (10).
    7. Disposición (1) de cuerpo multicapa según una de las reivindicaciones 1 a 6, en la que la capa auxiliar (20) incluye al menos una capa de grafito, carburo de silicio y/o nitruro de boro, preferiblemente con un espesor de capa de 10 nm a 10 pm.
    8. Disposición (1) de cuerpo multicapa según una de las reivindicaciones 1 a 7, en la que la capa auxiliar (20) incluye una capa (23) de absorción dispuesta sobre el sustrato (30) de vidrio y una capa protectora (22) dispuesta sobre la capa (23) de absorción.
    9. Disposición (1) de cuerpo multicapa según una de las reivindicaciones 1 a 8, en la que la capa (23) de absorción incluye un metal, preferiblemente aluminio, molibdeno, cobre, cobalto, níquel, titanio y/o tántalo, o un compuesto de metaloides, preferiblemente carburo de silicio, óxido de zinc, sulfuro de cadmio, telururo de cadmio, antimoniuro de indio, arseniuro de indio y/o antimoniuro de zinc, y/o la capa protectora (22) incluye nitruro de silicio, nitruro de titanio, nitruro de molibdeno, óxido de aluminio y/o nitruro de aluminio.
    10. Disposición de cuerpo multicapa según una de las reivindicaciones 1 a 9, en la que la capa auxiliar (20) presenta una capa adhesiva (21) entre el sustrato (30) de vidrio y la capa (23) de absorción, y la capa adhesiva (21) incluye preferiblemente nitruro de silicio y/u oxinitruro de silicio.
    11. Disposición de cuerpo multicapa según una de las reivindicaciones 1 a 10, en la que el revestimiento funcional (10) incluye capas precursoras (13, 14) de cobre, indio, galio, azufre y/o selenio.
    12. Disposición de cuerpo multicapa según una de las reivindicaciones 1 a 11, en la que el revestimiento funcional (10) incluye al menos una capa (11) de barrera, preferiblemente una capa de nitruro de silicio con un espesor de 50 nm a 300 nm, un electrodo (12), preferiblemente una capa de molibdeno con un espesor de 200 nm a 700 nm, una capa precursora (13), preferiblemente una capa de cobre-indio-galio con un espesor de 300 nm a 1.000 nm, y una capa precursora (14) adicional, preferiblemente una capa de selenio con un espesor de 700 a 2.000 nm.
    13. Procedimiento para el tratamiento térmico con una disposición (1) de cuerpo multicapa según una de las reivindicaciones 1 a 12, en el que
    a) sobre una cara de un sustrato (30) de vidrio se aplica un revestimiento funcional (10) y la cara del sustrato (30) de vidrio orientada en sentido opuesto al revestimiento funcional (10) se une a una capa auxiliar (20), incluyendo el revestimiento funcional (10) capas precursoras para transformarlas en una capa semiconductora de una célula solar de capa delgada;
    b) el sustrato (30) de vidrio se dispone en un nivel de procesamiento situado entre dos conjuntos ordenados (4) de radiadores y se calienta a una temperatura de 470 ° C a 600 ° C con una potencia de radiación Pges que incide sobre el sustrato (30) de vidrio en el intervalo de longitudes de onda de 250 nm a 4.000 nm, siendo absorbida mediante la capa auxiliar (20) una potencia de radiación P20 de un 10% a un 60% de la potencia de radiación Pges incidente; y
    c) el sustrato (30) de vidrio se enfría a una temperatura <470 ° C.
    14. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que la capa auxiliar (20) se aplica sobre el sustrato (30) de vidrio, preferiblemente mediante depósito en fase de vapor, pulverización catódica y/o depósito electroquímico.
    15. Utilización de una disposición (1) de cuerpo multicapa según una de las reivindicaciones 1 a 12 para la prevención de la deformación de un sustrato (30) de vidrio durante la transformación de al menos una capa precursora (13) en una capa absorbente semiconductora de una célula solar de capa delgada mediante tratamiento térmico y preferiblemente mediante Rapid Thermal Processing (Procesamiento Térmico Rápido).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130216967A1 (en) * 2010-08-27 2013-08-22 Saint-Gobain Glass France Device and method for heat-treating a plurality of multi-layer bodies
CN107293605A (zh) * 2016-04-05 2017-10-24 神华（北京）光伏科技研发有限公司 太阳能电池背电极和太阳能电池及其制备方法
US20200400391A1 (en) * 2018-02-22 2020-12-24 Osaka Gas Co., Ltd. Radiative Cooling Device
EP3690962A1 (de) * 2019-01-31 2020-08-05 (CNBM) Bengbu Design & Research Institute for Glass Industry Co., Ltd. Anordnung, vorrichtung und verfahren zum wärmebehandeln eines mehrschichtkörpers
KR102190655B1 (ko) * 2020-08-31 2020-12-15 주식회사 바인딩 유리 기판을 사용한 태양광 전지를 이용하여 제조되는 태양광 모듈

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3386127B2 (ja) * 1992-09-22 2003-03-17 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト 基板上に黄銅鉱半導体を迅速に作成する方法
DE4442824C1 (de) * 1994-12-01 1996-01-25 Siemens Ag Solarzelle mit Chalkopyrit-Absorberschicht
DE19936081A1 (de) * 1999-07-30 2001-02-08 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zum Temperieren eines Mehrschichtkörpers, sowie ein unter Anwendung des Verfahrens hergestellter Mehrschichtkörper
FR2810118B1 (fr) * 2000-06-07 2005-01-21 Saint Gobain Vitrage Substrat transparent comportant un revetement antireflet
US20060060237A1 (en) * 2004-09-18 2006-03-23 Nanosolar, Inc. Formation of solar cells on foil substrates
DE102005058819B4 (de) 2005-10-13 2009-04-30 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils aus hochkieselsäurehaltigem Glas, mit einer SiO2-haltigen, glasigen Schicht versehenes Bauteil, sowie Verwendung des Bauteils
DE102008022784A1 (de) 2008-05-08 2009-11-12 Avancis Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zum Tempern von Gegenständen in einer Behandlungskammer
US20100236616A1 (en) * 2009-03-19 2010-09-23 Jenn Feng Industrial Co., Ltd. Cigs solar cell having thermal expansion buffer layer and method for fabricating the same
JP5381562B2 (ja) * 2009-09-29 2014-01-08 大日本印刷株式会社 薄膜太陽電池及びその製造方法
EP2360721A1 (de) 2010-02-23 2011-08-24 Saint-Gobain Glass France Vorrichtung zum Positionieren von mindestens zwei Gegenständen, Anordnungen, insbesondere Mehrschichtkörperanordnungen, Anlage zum Prozessieren, insbesondere zum Selenisieren, von Gegenständen, Verfahren zum Positionieren von mindestens zwei Gegenständen
EP2360720A1 (de) 2010-02-23 2011-08-24 Saint-Gobain Glass France Vorrichtung zum Positionieren von mindestens zwei Gegenständen, Anordnungen, insbesondere Mehrschichtkörperanordnungen, Anlage zum Prozessieren, insbesondere zum Selenisieren, von Gegenständen, Verfahren zum Positionieren von mindestens zwei Gegenständen
US20120060900A1 (en) * 2010-09-08 2012-03-15 Ascent Solar Technologies, Inc. Cd-Free, Oxide Buffer Layers For Thin Film CIGS Solar Cells By Chemical Solution Deposition Methods

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