[发明专利]保持用于热处理的多个平面基板的方法和设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求被共同转让的在2010年7月23日提交的美国临时申请第61/367,211号的优先权，其整体针对所有目的以引证方式结合于此。

技术领域

本发明总体涉及光电材料和制造方法。更具体地，本发明提供了用于薄膜热处理的方法和设备。本发明的实施方式包括用于保持多个特大基板的方法和设备，用来在形成光电吸收材料的热处理过程中实现基本一致的基板温度，但是会认识到，本发明可以应用于其他薄膜处理应用。

背景技术

从刚开始的时候，人类已经尝试找到支配能量的方式。能源以这样的形式出现，如石化、水电、原子能、风、生物量、太阳能，以及更原始的形式，如木材和煤炭。最近，环境清洁和可再生能源是一直想要的。清洁和可再生的能源也包括风、波浪、生物量等。其他类型的清洁能源还包括太阳能。

太阳能技术一般将来自太阳的电磁辐射转换成其他形式的能量。这些其他形式的能量包括热能和电力。对于电力应用，通常使用太阳能电池。虽然太阳能是环境清洁的并且一定程度上已经很成功，但是在它在世界各地广泛应用之前仍有很多限制。例如，一种类型的太阳能电池使用晶体材料，其来自半导体材料锭。这些晶体材料可用于制造包括将电磁辐射转换成电力的光电装置和光电二极管装置的光电子装置。然而，晶体材料常常是昂贵的且很难大规模制造。此外，由这种晶体材料制成的装置常常具有低能量转换效率。其他类型的太阳能电池使用“薄膜”技术来形成用于将电磁辐射转换成电力的感光材料薄膜。制造太阳能电池中使用薄膜技术也存在类似的限制。也就是说，效率往往不佳。此外，膜可靠性往往不佳且不能用于传统环境应用中的广延时间周期。薄膜常常很难机械地相互结合在一起。这些传统技术的这些和其他限制可以在整个本发明说明书中发现且更具体地在下文中发现。

为了努力改善薄膜太阳能电池技术，已经提出了在平面、管状、圆柱形、圆形或其他形状的一定大小的基板上制造基于先进的CIS和/或CIGS的光电薄膜叠式存储器(photovoltaic film stack)的过程。在光电薄膜叠式存储器的形成中有各种制造挑战，如保持基板材料结构完整性、控制一个或多个的前体层中的成分的化学组成、在期望的气体环境中进行所述一个或多个的前体层的适当反应性热处理、确保反应性热处理过程中薄膜材料的均匀度和粒度等。尤其是，当在大尺寸基板上制造基于薄膜的太阳能电池时，期望整个基板表面上的温度均匀性。尽管在过去的传统技术已经解决了其中的一些问题，但在各种情况下它们往往是不足够的。因此，需要用于处理在平面或非平面形状的、固定的或灵活的(flexible)基板上的薄膜光电装置的改进的系统和方法。

发明内容

本发明提供了保持具有用于热处理的前体材料的大基板的方法和设备。该方法和设备在用于基于薄膜的光电装置的制造的热处理过程中提供了针对多个基板的改进的装载配置。

本发明提供了用于具有第一端和第二端的管状炉内的热处理的保持多个平面基板的方法。该管状炉由进行热处理过程的加热器围绕。第一端具有门且第二端是绝缘的。该方法进一步包括提供了具有耦接至顶架的基架的舟夹具(boat fixture)。该基架包括两个长度部分和第一宽度部分、第二宽度部分、以及连接在两个长度部分之间的一个或多个中间构件。带槽棒分别安装到第一宽度部分、第二宽度部分和一个或多个中间构件中的每一个中间构件上。基板放置于舟夹具内，以便这些槽通过期望距离支撑分隔开的平面基板。舟夹具通过托架夹具(rack fixture)装载到用于热处理过程的管状炉中。

本方法包括基板装置，其中每个基板单独插入一个没有前/后相配置(front/back phase configuration)的槽内，并且任何相邻基板之间的最小间距至少等于期望值，例如1英寸。

在另一实施方式中，装载配置包括基板装置，其中每个基板单独插入一个槽中，并且任何一个基板的前/后表面直接面向以期望间距插入到另一槽内的相邻基板的另一前/后表面。

在又一实施方式中，装载配置包括通过安装到第一宽度部分、第二宽度部分、和一个或多个中间构件中的每一个中间构件上的第二带槽棒来替换在基架上的每个第一带槽棒。每个第二带槽棒包括第二空间配置的第二多个槽。