JP2007527121A - Cigsプロセスのインラインプロセス制御のための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図12
Description
太陽電池は、それが再生可能な技術であるため、最小限の環境影響で電力を生成する手段を提供する。市場での成功品となるために、太陽電池は効率的であり、低コストを有し、耐久性であり、他の環境問題を付加しない必要がある。
図1において、CIGS太陽電池は、モリブデン層3がコーティングされた板ガラスまたは金属箔などの基材材料2上にCIGS層1を含むように示されている。この層は、太陽電池の裏面コンタクトとして機能する。CIGS成長の後に、通例CdS 50nmのバッファ層4、高い抵抗率のZnOの薄層5(場合により省略)および透明導電性酸化物6の前面コンタクト6の蒸着による、pn接合の形成が続く。高い光−電気変換効率を備えた太陽電池を得るための1つの重要な因子は、CIGS材料の品質である。
本発明の1つの目的は、モリブデン裏面コンタクト層を備えた基材がCIGSプロセスチャンバ内を連続的に移動するCIGS太陽電池製造のインラインシステムにおける、同時蒸着CIGS層の正確な制御のための制御方法を提供することである。
図1を参照する。一般的に使用されるCIGS太陽電池の製造方法は、Mo層3によってコーティングされた板ガラスまたは金属箔などの基材材料2上でのCIGS層1の成長を含む。Mo層は、太陽電池の裏面コンタクトとして機能する。CIGS成長は、通例CdS 50nmのバッファ層4、任意の高い抵抗率のZnO薄層5および透明導電性酸化物6の前面コンタクトの蒸着による、pn接合の形成が続く。高い光−電気変換効率を備えた太陽電池を得るための1つの重要な因子は、CIGS材料の品質である。
Claims (48)
- プロセスチャンバ内での同時蒸発蒸着プロセスによって製造された銅インジウムガリウムジセレン化物(CIGS)太陽電池の組成制御の方法であって、蒸着条件は、蒸着されたCu過剰全体組成が、Cu不足全体組成に変換されるようになっており、
a.インライン連続基材フロー製造システムのプロセスチャンバ内で前記同時蒸発プロセスを実施するステップと、
b.転移に関連する物理パラメータを使用することによって、銅豊富組成から銅不足組成への転移が起こる瞬間であって、基準転移点と呼ばれる瞬間を検知するステップと、
c.前記物理パラメータを使用して前記転移点の移動を検知するステップと、
d.前記転移点を基準転移点に戻すために、蒸発物流量を調整するステップと、
を特徴とする方法。 - 基材の幅に渡る方向に見られるような少なくとも1つの場所で前記検知を実施することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- モリブデン裏面コンタクト層を備えた基材がCIGSプロセスチャンバ内を移動して、変換が起こる位置であって、基準位置と呼ばれる位置を検知するために、物理パラメータがプロセスチャンバ内の基準転移点にて、CIGS層が位置の両側に1つずつ有する2点で監視されることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- 転移が起こる位置の両側に加熱要素が配置され、基材に伝送される電力を一定に維持することと、基準位置での2つの隣接する加熱要素での温度差を測定することとを特徴とする、請求項3に記載の方法。
- 個々に制御された電力を加熱要素に供給することによって基材および蒸着されたCIGS膜の温度を一定に維持することと、2つの隣接する加熱要素に伝送された電力差を基準位置で測定することとを特徴とする、請求項3に記載の方法。
- 前記プロセスチャンバの幅に渡って分布された複数のセンサ対が前記2点での検知に使用され、蒸発源の各セットに割当てることと、各転移点をその基準転移点に戻すために各蒸発セットの蒸発流を個別に調整することとを特徴とする、請求項3に記載の方法。
- センサ対が前記2点での検知に使用され、各セットにおける銅流量を調整することを特徴とする、請求項3〜6のいずれかに記載の方法。
- 前記物理パラメータがCIGS層の放出率に関連していることを特徴とする、請求項3に記載の方法。
- 前記物理パラメータが熱容量または、それ自体既知であるように、抵抗率であることを特徴とする、請求項3に記載の方法。
- 前記物理パラメータが前記蒸着されたCIGS膜によって反射または透過された光の強度に関連することを特徴とする、請求項3に記載の方法。
- 前記物理パラメータが反射光の強度に関する鏡面反射光の強度に関連することを特徴とする、請求項3に記載の方法。
- 前記CIGS膜の構成要素の蒸着量を検知するさらなるステップを特徴とする、請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
- 基材(21)の幅に渡って蒸発源のセット(11、12、13)を列として提供することと、各列の蒸発物流量を制御することとを特徴とする、請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
- 前記CIGS膜の構成要素の蒸着量を検知するさらなるステップを特徴とする、請求項13に記載の方法。
- CIGSプロセスチャンバ(7)を含み、その中でモリブデン裏面コンタクト層(3)を備えた基材(2)が前記CIGSプロセスチャンバ内の蒸着ゾーン(DZ)を連続的に移動する銅インジウムガリウムジセレン化物(CIGS)太陽電池の製造のためのインライン連続基材フロー製造装置であって、前記プロセスチャンバが、蒸着ゾーン内に配置され、コントローラに接続された少なくとも1個のセンサ(18、19;30、31)を特徴とする複数の独立した加熱要素(10)を含み、前記センサが蒸着されたCIGS膜のCu過剰組成からCu不足組成への変換に関連する物理パラメータを測定するように適合されており、前記基材が前記プロセスチャンバ内を移動するときに、前記プロセスチャンバ内の基準転移点(27)にて前記変換が起こり、前記蒸着されたCIGS膜にて前記基準転移点で前記物理パラメータを測定することによって、前記基準転移点から移動する基材上の実際の転移点の移動を検知するように前記センサが配置され、コントローラ(17)が入力としてセンサ出力信号を受信し、前記実際の転移点を前記基準点移転に戻すために、出力として蒸発物流量を調整する補正信号を伝送するように適合されている、インライン連続基材フロー製造装置。
- センサ対(18、19)を共に形成する2個のセンサが前記転移点の両側に配置されることと、前記対の各センサが前記コントローラの各入力に接続され、前記センサ対が前記蒸発源と共に各列に配置されていることを特徴とする、請求項15に記載のインライン製造装置。
- 前記CIGS膜の構成要素の蒸着量を検知するための装置(17)を特徴とする、請求項15または16に記載のインライン製造装置。
- センサ対が蒸発源の個々のセット(11〜13)と連結され、2つのセンサ対(18、19)が前記プロセスチャンバの幅に渡る方向に見られるように異なる場所に配置されることと、各センサ対およびその連結された蒸発源のセットが各列に配置されることと、各蒸発セットの蒸気流を調整するために列の各センサ対および蒸発源のセットが各コントローラ(17)に接続されることとを特徴とする、請求項15に記載のインライン製造装置。
- それぞれが蒸発源のセット(11〜13)を含む2つの列があり、基材が前記蒸着チャンバ(7)内で沿って流れる通路の両側かつ外側に前記2列の蒸発源を提供することを特徴とする、請求項18に記載のインライン製造装置。
- 前記CIGS膜の構成要素の蒸着量を検知する装置(17)を特徴とする、請求項18または19に記載のインライン製造装置
- 前記CIGS膜の構成要素の蒸着量を検知する装置がXRF(X線蛍光)装置、EDX(エネルギー分散X線分光法)装置または表面形状測定装置であることを特徴とする、請求項17に記載のインライン製造装置。
- 追加センサ対および連結された蒸発源(11〜13)が列の前記2列間の場所に配置されることを特徴とする、請求項18に記載のインライン製造装置。
- 1個以上の追加センサ(30、31)が前記各コントローラ(17)の入力に接続されることを特徴とし、前記追加のセンサが前記基準転移点の上流および/または下流の前記物理パラメータを測定するために配置されている、請求項22に記載のインライン製造装置。
- 前記コントローラ(17)がCu対In+Gaの相対量を変更するように適合されていることを特徴とする、請求項15に記載のインライン製造装置。
- X線蛍光組成測定装置(20)が各元素(Cu、Ga、In、Se)の全蒸着量を測定し、それにより前記蒸着されたCIGS層の厚さおよび組成を測定するように適合されていることを特徴とする、請求項15に記載のインライン製造装置。
- 前記コントローラ(17)が、前記蒸着されたCIGS層の厚さを一定にするために前記X線蛍光組成測定装置(20)に接続され、蒸着されたCuの全量および/または蒸着されたGa+Inの全量を調整するように適合されていることを特徴とする、請求項25に記載のインライン製造装置。
- Cu、In、GaおよびSeを含む蒸発源(11〜13、26)を含むプロセスチャンバ(7)内での同時蒸発蒸着プロセスによって製造された銅インジウムガリウムジセレン化物(CIGS)太陽電池の組成制御の方法であって、蒸着層中の各元素の量を測定するステップを含み、基材(21)の幅に渡って蒸発源のセット(11、12、13)を列として提供することと、各列の前記蒸着層中の元素の個々の量を測定することと、均一な元素組成のCIGS膜を提供するために、各列の蒸発物流量を制御することとを特徴とする、方法。
- 各列にて前記蒸着されたCIGS膜の全厚を測定することと、均一な厚さのCIGS膜を提供するために、前記個々の蒸発源(11〜13)の少なくとも1つからの流量を調整することとを特徴とする、請求項27に記載の方法。
- それぞれが蒸発源のセット(11〜13)を含む2つの列があり、基材が前記蒸着チャンバ(7)内で沿って流れる通路の両側かつ外側に前記2列の蒸発源を提供することを特徴とする、請求項27に記載の方法。
- 前記プロセスチャンバ内で測定値を得ることを特徴とする、請求項27〜29のいずれかに記載の方法。
- 前記プロセスチャンバの外側で測定値を得ることを特徴とする、請求項27〜29のいずれかに記載の方法。
- CIGSプロセスチャンバ(7)を含み、その中でモリブデン裏面コンタクト層(3)を備えた基材(21)が前記CIGSプロセスチャンバ内の蒸着ゾーン(DZ)を連続的に移動する銅インジウムガリウムジセレン化物(CIGS)太陽電池の製造のためのインライン連続基材フロー製造装置であって、前記プロセスチャンバが複数の独立した基材ヒータ(10)と、Cu、In、GaおよびSeを含む蒸発源(11〜13、26)と、源ヒータ(14、15、16)とを含み、基材(21)の幅に渡る列としての蒸発源のセット(11、12、13)と、各列にてCIGS中の蒸着された各元素の量を検知するための少なくとも1個の組成検知装置(20)と、前記少なくとも組成検知装置に接続され、均一な元素組成のCIGS層を提供するために対応する元素の蒸着量の検知された変化に応答して各列の蒸発物流量を調整するように適合されたコントローラ(17)とを提供することを特徴とする、インライン連続基材フロー製造装置。
- 前記少なくとも1つの組成検知装置(20)が各列にて蒸着されたCIGS膜の構成要素の蒸着量を測定するように適合されていることと、均一な厚さのCIGS膜を提供するために前記コントローラ(17)が各列にて蒸発物流量を調整するように適合されていることとを特徴とする、請求項32に記載のインライン連続基材フロー製造装置。
- 基材の運搬方向に見られるように前記プロセスチャンバの幅に渡って配置された2列の蒸気源があり、基材が前記蒸着チャンバ(7)内で沿って流れる通路の両側かつ外側に前記2列の蒸発源を配置することを特徴とする、請求項32または33に記載のインライン連続基材フロー製造装置。
- 前記少なくとも1つの組成検知装置(20)を前記プロセスチャンバ内に提供することを特徴とする、請求項32または33に記載のインライン連続基材フロー製造装置。
- 前記少なくとも1個の組成検知装置(20)を前記プロセスチャンバの外側に提供することを特徴とする、請求項32または33に記載のインライン連続基材フロー製造装置。
- 前記蒸発物蒸気源(11〜13)を前記基材(21)より下の高さに配置することを特徴とする、請求項32または33に記載のインライン連続基材フロー製造装置。
- 前記少なくとも1つの組成検知装置(20)が前記CIGS層の組成を直接測定する装置であることを特徴とする、請求項32または33に記載のインライン連続基材フロー製造装置。
- 前記少なくとも1つの組成検知装置(20)が(X線蛍光)装置および/またはEDX(エネルギー分散X線分光法)装置であり、各元素の全蒸着量を測定し、それにより前記CIGS層の厚さをも測定するように適合されていることを特徴とする、請求項32または33に記載のインライン連続基材フロー製造装置。
- 前記コントローラ(17)が入力信号として各元素の全蒸着量を表す信号を受信し、前記CIGS膜の均一な厚さを提供するために、前記後者の信号に応答して前記蒸発物源(11、12、13)からの流量を調整するように適合されていることを特徴とする、請求項32または33に記載のインライン連続基材フロー製造装置。
- 前記少なくとも1つの組成検知装置が、前記CIGS層の組成を間接的に測定する装置であることを特徴とする、請求項32または33に記載のインライン連続基材フロー製造装置。
- 前記少なくとも1つの組成検知装置が抵抗測定装置であることを特徴とする、請求項32または33に記載のインライン連続基材フロー製造装置。
- 前記蒸着されたCIGS層の厚さを測定するための、前記コントローラに接続された独立した厚さ測定装置を特徴とし、均一な厚さのCIGS層を提供するために、前記コントローラが検知された厚さの変化に応答して前記蒸発物源(11、12、13)からの流量を調整するように適合されている、請求項32または33に記載のインライン連続基材フロー製造装置。
- 前記厚さ測定装置が表面形状測定装置であることを特徴とする、請求項43に記載のインライン連続基材フロー製造装置。
- Cu、GaおよびInを含む蒸発物源があり、前記蒸発物源が基材の運搬方向に見られるようにGa、Cu、Inの順序に配置されることを特徴とする、請求項32または33に記載のインライン連続基材フロー製造装置。
- In蒸発源の下流に配置されたGaを含むさらなる蒸発源を特徴とする、請求項45に記載のインライン連続基材フロー製造装置。
- Cu、GaおよびInを含む蒸発源があり、該蒸発源が基材の運搬方向に見られるようにIn、Cu、Gaの順序に配置されることを特徴とする、請求項32または33に記載のインライン連続基材フロー製造装置。
- Ga蒸発源の下流に配置されたInを含むさらなる蒸発源を特徴とする、請求項47に記載のインライン連続基材フロー製造装置。
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