(57)【要約】  本発明の実施形態は、組み合わせて変え、評価することができる異なる種類のＣｕ２ＺｎＳｎＳ４（ＣＺＴＳ）太陽電池および銅・インジウム・ガリウム・ジセレニド（ＣＩＧＳ）太陽電池を形成する方法を対象とする。これらの方法論は、すべて、組合せ処理ツールを使用する孤立サイトをもった領域の形成、および太陽電池領域を形成するためのこれらの孤立サイトをもった領域の使用を組み込んでいる。したがって、複数の太陽電池が、組合せ方法論での使用のために単一基板上に迅速に形成され得る。説明される方法の個々の工程のどれも、変化した工程条件または材料を試験するために、組み合わせて変え得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一基板上に複数の太陽電池を組み合わせて形成する方法であって、
孤立サイト方法で基板上に１つまたは複数の裏面接触層を被着させることと、
孤立サイト方法で、前記１つまたは複数の裏面接触層に１つまたは複数の吸収体層を被着させることと、
孤立サイト方法で、前記１つまたは複数の吸収体層に１つまたは複数のバッファ層を被着させることと、
孤立サイト方法で、前記１つまたは複数のバッファ層に１つまたは複数の前面接触層を被着させることと、 
を含み、
前記１つまたは複数の裏面接触層、前記１つまたは複数の吸収体層、前記１つまたは複数  のバッファ層、および前記１つまたは複数の前面接触層が、１つまたは複数の試験可能な太陽電池用の１つまたは複数の孤立サイトをもつ処理領域をともに画定する、
方法。
【請求項２】
異なる被着圧力が利用されて、少なくとも２つの異なる孤立サイトをもつ処理領域に前記１つまたは複数の吸収体層を被着させる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
異なる被着力が利用されて、少なくとも２つの異なる孤立サイトをもつ処理領域に前記１つまたは複数の吸収体層を被着させる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
異なる被着力供給タイプが利用されて、少なくとも２つの異なる孤立サイトをもつ処理領域に前記１つまたは複数の吸収体層を被着させる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
異なる基板温度が利用されて、少なくとも２つの異なる孤立サイトをもつ処理領域に前記１つまたは複数の吸収体層を被着させる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記基板の上に孤立サイト方法で１つまたは複数の裏面接触層を被着させることをさらに含み、前記１つまたは複数の裏面接触層を被着させることが、前記１つまたは複数の吸収体層を被着させる前に発生する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記１つまたは複数の裏面接触層に接続される１つまたは複数の電極パッドを被着させることをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記１つまたは複数の吸収体層が、物理蒸着法によって蒸着される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記１つまたは複数の吸収体層が、化学浴析出法によって析出される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記１つまたは複数の吸収体層の内の少なくとも１つをドーパントでドーピングすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記１つまたは複数の吸収体層のそれぞれを硫化することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記１つまたは複数の吸収体層のそれぞれをセレン化することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
各孤立サイトをもつ処理領域に太陽電池を画定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
単一基板上に複数の太陽電池を組み合わせて形成する方法であって、 
孤立サイト方法で基板上に１つまたは複数の裏面接触層を被着させることであって、前記裏面接触層がモリブデンを備える、被着させることと、 
孤立サイト方法で、前記１つまたは複数の裏面接触層に１つまたは複数の吸収体層を被着させることであって、前記吸収体層がＣＺＴＳを備える、被着させることと、 
孤立サイト方法で、前記１つまたは複数の吸収体層に１つまたは複数のバッファ層を被着させることであって、前記バッファ層がＣｄＳまたはＺｎＳの内の１つを備える、被着させることと、 
孤立サイト方法で、前記１つまたは複数のバッファ層に１つまたは複数の前面接触層を被着させることであって、前記前面接着層がＩＴＯまたはＡＬ：ＺｎＯの内の１つを備える、被着させることと、 
を含み、
前記１つまたは複数の裏面接触層、前記１つまたは複数の吸収体層、前記１つまたは複数のバッファ層、および前記１つまたは複数の前面接触層が、１つまたは複数の試験可能な太陽電池用の１つまたは複数の孤立サイトをもつ処理領域をともに画定する、
方法。
【請求項１５】
前記１つまたは複数の吸収体層を被着させることが、実質的に同時に銅、硫化亜鉛、および硫化スズを被着させることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記1つまたは複数の吸収体層の内の少なくとも１つをドーパントでドーピングすることをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ドーパントが、ナトリウム、カリウム、アンチモンの内の１つを備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記1つまたは複数の吸収体層のそれぞれを硫化することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
単一基板上に複数の太陽電池を組み合わせて形成する方法であって、
孤立サイト方法で基板上に１つまたは複数の裏面接触層を被着させることと、 
孤立サイト方法で、前記１つまたは複数の裏面接触層に１つまたは複数の吸収体層を被着させることであって、前記吸収体層がＣＩＧＳを備える、被着させることと、 
孤立サイト方法で、前記１つまたは複数の吸収体層に１つまたは複数のバッファ層を被着させることであって、前記バッファ層がＣｄＳ、ＺｎＳ、またはＩｎ２Ｓｅ３の内の１つを備える、被着させることと、 
孤立サイト方法で、前記１つまたは複数のバッファ層に１つまたは複数の前面接触層を被着させることであって、前記前面接着層がＩＴＯまたはＡｌ：ＺｎＯの内の１つを備える、被着させることと、 
を含み、
前記１つまたは複数の裏面接触層、前記１つまたは複数の吸収体層、前記１つまたは複数のバッファ層、および前記１つまたは複数の前面接触層が、１つまたは複数の試験可能な太陽電池用の１つまたは複数の孤立サイトをもつ処理領域をともに画定する、
方法
【請求項２０】
前記１つまたは複数の吸収体層を被着させることが、実質的に同時に銅、ガリウム、およびインジウムを被着させることを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記1つまたは複数の吸収体層の内の少なくとも１つをドーパントでドーピングすることをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記ドーパントが、ナトリウム、カリウム、アンチモンの内の１つを備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記1つまたは複数の吸収体層のそれぞれをセレン化することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、合衆国法典第３５巻特許法の下で、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１０年５月４日に出願された米国仮特許出願第６１／３３１，３４７号の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般に、半導体処理に関する。さらに詳細には、組合せ方法論および形成される試験基板を使用してＣｕ２ＺｎＳｎＳ４（ＣＺＴＳ）太陽電池、および銅・インジウム・ガリウム・セレン（ＣＩＧＳ）太陽電池を形成する方法が説明される。
【０００３】
組合せ処理は、材料、プロセス、ならびに電池、触媒、製剤、およびバイオテクノロジー等の他の産業だけではなく半導体処理においても形成される装置を評価するために使用されてきた。太陽光線を利用した用途に組合せ処理を適用するために多大な努力はなされてこなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽電池は、クリーンで再生可能なエネルギー源が必要されるのに伴い、幅広く研究されてきた。現在、市場では、単結晶シリコン太陽電池および多結晶シリコン太陽電池が主流の技術である。単結晶シリコン太陽電池および多結晶シリコン太陽電池は、太陽光を効率よく吸収するためにシリコンの厚い層を必要とする。これが、結晶シリコン太陽電池の低い材料活用率、したがって低コスト電気の達成の難しさを左右する。他方、薄膜太陽電池は、太陽光を効率よく直接的に電気に変換するためにはその固有の材料特性に起因して、吸収体材料の非常に薄い層を必要とする。アモルファスシリコン／微結晶シリコン（Ｓｉ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）および銅・インジウム・ガリウム・セレン（ＣＩＧＳ）は、現在生産中である薄膜太陽電池で使用される３つの主要な材料である。これらの３つの薄膜太陽電池の中で、ＣＩＧＳは最良の実験室太陽電池効率（２０％に近い）および最良の大面積モジュール効率（＞１２％）を有する。
【０００５】
特に、硫化銅亜鉛スズ（Ｃｕ２ＺｎＳｎＳ４）（ＣＺＴＳ）太陽電池およびＣＩＧＳ太陽電池の組合せ評価のために真空処理ツールを使用する太陽電池試験基板の開発は、なされてこなかった。材料においてであるのか、単位工程においてであるのか、それとも工程順序であるのかに関わりなく、太陽電池に対しては絶えず改善が求められている。しかしながら、太陽光発電企業は、完全基板処理に関して研究開発（Ｒ＆Ｄ）を実施している。この手法の結果として、Ｒ＆Ｄ費用は段階的に増加し、時宜を得た費用効果の高い方法で広範囲な実験を実施することが不可能になった。
【０００６】
環境に優しい、持続可能かつ再生可能なエネルギー源に対する高まる需要から、大面積薄膜（ＴＦ）光起電（ＰＶ）装置の開発が進められている。世界的なエネルギー需要のかなりの割合を提供するという長期的な目標をもつと、光起電装置での使用のために地球に豊富にある高変換効率の材料に対する同時的なニーズがある。地球に豊富にある多くの直接バンドキャップ半導体材料は、現在、超大規模 （ＶＬＳ）生産（たとえば、１００ギガワット（ＧＷ）を超える）における高効率と低コストの両方の可能性の証拠を示しているようであるが、それらの開発および特徴付けには相対的にはほとんど注意が向けられてこなかった。
【０００７】
すべての薄膜ＰＶ技術の中で、ＣＩＧＳおよびＣｄＴｅは、１０％を超える安定化したモジュール効率の大量生産に到達した２つだけの材料である。太陽電池生産量は、２０５０年に２７テラワット（ＴＷ）まで倍増することが予想される、急激に成長するエネルギーニーズに応えるために来る数十年に多大に増加しなければならない。しかしながら、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（ＧＡ）、およびテルリウム（Ｔｅ）の供給は、ＣＩＧＳ太陽電池パネルおよびＣｄＴｅ太陽電池パネルの年間生産を抑制することがある。さらに、ＣＩＧＳ ＰＶとともにフラットパネルディスプレイ（ＦＰD）および発光ダイオード（ＬＥＤ）に使用されるこれらの材料に対する総需要から、インジウムおよびガリウムの価格上昇および供給上の制約が生じることがあるだろう。より幅広く入手可能な原材料を使用した薄膜ＰＶに関する製造およびＲ＆Ｄインフラを活用する装置を開発するための努力が、世界にとって最優先と見なされるべきである。
【０００８】
ＣＺＴＳ黄錫亜鉛鉱は、ＰＶ共同体の高まる関心を集めている、地球に豊富な材料系の１つの種類である。最近、ＩＢＭは、９．６６％変換効率のＣＵ２ＺＮＳＮ（ＳＥ，Ｓ）４（ＣＴＺＳＳ）太陽電池を発表した。この太陽電池は、ヒドラジンを基にした溶液からの、スピンコート膜を使用していた。しかし、ヒドラジンは、既知の毒素である。また、この電池は、ＣｄＳバッファ層にカドミウムを、およびフッ化マグネシウム反射防止用コーティングを使用していた。この一連の材料は製造に望ましくない可能性があるが、非常に短期間での急激な効率の改善は、ＰＶのためのＣＺＴＳタイプの材料の可能性を示している。この証明された性能と、３２％という理論上の単接合効率との間には依然として大きな隔たりが存在している。
【０００９】
地球に豊富な材料を利用する薄膜ＰＶ装置が未成熟であることは、商業化までの時間の観点での手ごわい挑戦を表している。また、その同じ未成熟さは、画期的な発見の魅力的な機会があることも示唆している。ＣＺＴＳ等の四成分系は、複数の運動経路、熱力学的相平衡の考慮、欠陥化学、および界面制御の管理を必要とする。管理される広大な位相空間は、処理パラメータ、原資料の選択、組成、および全体的な統合方式を含む。従来のＲ＆Ｄ方法は、このような複雑さに対処するには設備が不十分であり、Ｒ＆Ｄの従来のゆっくりとしたペースは、すでに確立されている薄膜ＰＶ製作ラインの増分的に改善する性能と競合しなければならないときに、任意の新しい材料が産業的に関連するようになることを制限するだろう。
【００１０】
しかしながら、材料、セル構造および製造工程の複雑さのため、根本的な科学的な理解と大規模な製造可能性の両方とも、ＣＺＴＳ太陽電池およびＣＩＧＳ太陽電池にとってまだ改善されていない。太陽電池産業がグリッドパリティの達成を推し進めるのに伴い、製造工程のより高い効率およびより低いコストのための材料、装置、およびプロセスウィンドウを探索するために、はるかに速く、かつはるかに幅広い調査が必要とされている。組み合わせて変え、評価することができる異なる種類のＣＺＴＳ太陽電池およびＣＩＧＳ太陽電池を形成するための効率的な方法が必要である。
【００１１】
本発明の多様な実施形態は、以下の発明を実施するための形態および添付図面に開示される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】基板上に４つの一次層を含むＣＺＴＳ太陽電池の装置構造を示す図である。
【図２】ａ）ＨＰＣ ＰＶＤチャンバの写真、ｂ）ＨＰＣ ＰＶＤチャンバ（最高４つのスパッタソースが利用可能）付きのＣＺＴＳ先駆物質共スパッタリングの概略図、およびｃ）孤立サイトをもったＣＩＧＳ／ＣＺＴＳ電池付きの５”ｘ５”のモリブデン（Ｍｏ）被覆ソーダ石灰ガラス（ＳＬＧ）基板の概略平面図である。
【図３】同じモリブデン裏面接触層上に被着した２枚のＣＩＧＳ膜の等倍率でのこれらの平面図に示されるような被着パラメータによるＣＩＧＳ／ＣＺＴＳ形態変化を示す図であり、ここではノジュール公称寸法は、ほぼ１桁分、縮小されている。
【図４】モリブデン等の裏面接触層で被覆された基板を示す図である。
【図５】基板をモリブデンで被覆するための高生産性コンビナトリアル（ＨＰＣ）物理蒸着法（ＰＶＤまたはスパッタリング)チャンバを示す図である。
【図６】積層膜の概略図である。
【図７】炉内でセレン化され得るＣＩＧ先駆物質膜を共スパッタするため、または連続的にスパッタするためにＣｕ、Ｃｕ−Ｇａ、およびＩｎを使用するターゲットの構成を示す図である。
【図８】第４のターゲットでナトリウム（Ｎａ）化合物を使用して、特にＣＩＧＳ被着の始めに吸収体先駆物質にＮａを組み込む別の構成を示す図である。
【図９】Ｃｕ２Ｓｅ、Ｉｎ２Ｓｅ３、およびＧａ２Ｓｅ３を使用して、ＣＩＧＳ膜を同時に共スパッタするターゲットの別の構成を示す図である。
【図１０】例示的なＣＩＧＳ被着を示す図である。
【図１１】孤立サイトをもつＣＢＤバッファ層を示す図である。
【図１２】完全基板ＣＢＤバッファ層を示す図である。
【図１３】孤立サイトをもつ真性酸化亜鉛（ＺｎＯ）ウィンドウ層被着を示す図である。
【図１４】孤立サイトをもつ、ドーピングされたＺｎＯウィンドウ層被着を示す図である。
【図１５】金属グリッド被着を示す図である。
【図１６】セル領域を画定するための機械スクライビング／レーザースクライビングを示す図である。
【図１７】ＣＩＧＳ孤立サイトをもつセル測定を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
１つまたは複数の実施形態の詳細な説明が、添付図とともに示される。詳細な説明は、かかる実施形態に関連して示されるが、どの特定の例にも制限されない。範囲は、特許請求の範囲によってのみ制限され、多数の代替形態、変更形態、および同等物が含まれる。多数の特定の詳細が、完全な理解を与えるために以下の説明で述べられる。これらの詳細は、例のために提供され、説明される技法は、これらの特定の詳細の内のいくらかまたはすべてがなくても特許請求の範囲に従って実践され得る。明確にするために、実施形態に関連する技術分野で既知である技術的な材料は、説明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、詳しく説明されていない。
【００１４】
太陽電池試験基板を形成して、材料、プロセス、および装置を組み合わせて試験する工程が、本明細書に説明されている。組合せ処理は、単一の基板上で複数の実験を実行できるようにし、太陽電池処理動作および太陽電池材料の迅速な評価を可能にする。太陽電池試験基板は、並行して、連続して、または連続および並行のなんらかの組合せのどちらかで異なる組合せプロセスを実行するように設計されている。組合せ処理のためのシステムおよび方法は、ともに全体として本明細書中で参考として援用する米国特許出願第２００７／０２６７６３１号（２００６年５月１８日出願）、および米国特許第７，５４４，５７４号（２００６年２月１０日出願）に述べられている。本発明の実施形態は、組み合わせて変え、評価することができる異なる種類のＣＺＴＳ太陽電池およびＣＩＧＳ太陽電池を形成する方法を説明する。これらの方法論は、すべて、組合せ処理ツールを使用する孤立サイトをもった領域の形成、および太陽電池領域を形成するためのこれらの孤立サイトをもった領域の使用を組み込んでいる。したがって、複数の太陽電池が、組合せ方法論での使用のために単一基板上に迅速に形成され得る。説明される方法の個々の工程のどれも、変化した工程条件または材料を試験するために、組み合わせて変え得る。
【００１５】
組合せに基づいた迅速な装置試作方法の使用により、毎週、数百もの固有の太陽電池の製作、包括的な特徴付け、および分析が可能になり、学習率を劇的に上昇させる。代替の装置構造、プロセス統合化方式、および材料組成は、それ以外の場合、従来の方法およびツールを使用しても不可能だろう速度で体系的に調査される。地球に豊富な薄膜ＰＶ装置に適用されるこの開発ペースは、この分野でのＲ＆Ｄの桁違いの加速を表すことがある。
【００１６】
ＣＺＴＳは、黄銅鉱構造化Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ２化合物ＣＩＧＳから進化する化合物半導体であり、インジウム／ガリウムは亜鉛／スズで、セレン（Ｓｅ）は硫黄（Ｓ）で置換されている。ＣＺＴＳ中の置換された元素は、ＣＩＧＳ元素よりも、比較的に数桁、豊富である。ＣＺＴＳは、太陽電池の吸収体層の最適値に非常に近い、１．４５ｅＶと１．６ ｅＶの間のバンドギャップを有すると報告されている。さらに、ＣＺＴＳのバンド端吸収係数は１ｃｍあたり１０４を超え、薄膜太陽電池吸収体候補としてのその使用を可能にする。吸収係数は、厚さの単位当たりの材料によって吸収される光の部分の測度である。
【００１７】
図１を参照すると、ＣＺＴＳ装置構造は、基板上の４つの一次層、つまり裏面接触層（通常は、Ｍｏ）、吸収体層（ＣＺＴＳ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）または硫化亜鉛（ＺｎＳ）のバッファ層、およびインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）またはアルミニウム／酸化亜鉛（Ａｌ：ＺｎＯ）の前面接触層の被着を含んでよい。各材料および被着プロセスは、製造コストを削減し、セル効率を高める機会を提供する。さらに、現在のＣＩＧＳプロセスに対するプロセスの流れの類似性が、レガシー生産資産を改良して、より環境に優しい、地球に豊富な材料を使用したより低コストの装置を生産する魅力的な可能性を提供する。
【００１８】
装置スタック内で最も重大な層であるＣＺＴＳ吸収体層を被着するために多様な技法が使用されてきた。これらの技法は、硫化が後に続く電子線蒸着、ハイブリッドスパッタリング、硫化を用いる真空蒸発、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）焼鈍しが後に続くゾル−ゲル、パルスレーザー蒸着、硫化が後に続くスパッタリング、単一ステップ無線周波数（ＲＦ）スパッタリング、電子メッキ、および噴霧熱分解を含む。
【００１９】
特注のＨＰＣ処理装置、電気試験車両、特徴付けセット、ならびに実験の設計およびデータ分析用のカスタマイズされたソフトウェアから構成される、ワークフローの各構成要素は、材料工程空間の迅速かつ効率的な利用、および装置構造への統合を実現するように設計される。ＨＰＣシステムおよび方法は、新しいＰＶ材料を用いた作業の各段階、つまり、発見、開発、最適化、および製造拡大を加速する。
【００２０】
一実施形態では、ＰＶＤ、または硫化が後に続くスパッタリング、および／または先駆物質ソース（化合物ターゲット）を含む硫黄と組み合わされたスパッタリングが、ＣＺＴＳ被着のために使用され得る。ＰＶＤは、高い程度の組成制御および均一性制御を提供し、製法を大量生産に移行するための設備は、すでに最高１８ｍ２のガラス形成率に幅広く利用できる。本実施形態では、入ってくるガラスは、事前に被覆された、Ｍｏの裏面接着層を有する。ガラスは清掃され、次いで組合せＰＶＤチャンバに装填されて、ＣＺＴＳ先駆物質（たとえば、Ｃｕ、ＺｎＳ、およびＳｎＳ２）を同時蒸着してよい。
【００２１】
図２は、ＨＰＣ ＰＶＤツール、および孤立サイト方法でさまざまな条件下で連続的に、同時に共スパッタされる膜を被着させるその固有の能力の実施形態を示す。二重回転段（図２ｂ）は、ユーザが指定した場所にある所与の基板上に薄膜を被着できるように、サイト孤立を生じさせる。共スパッタリングは、４つの完全に独立したスパッタソースを使用して、さまざまな組成物を被着できるようにする。基板と各ガンのスパッタターゲットとの間の間隔も、単独で制御できる。一実施形態では、ツールは、反応スパッタリングを使用して被着を行うことができるように、４つの異なるプロセスガスを支援してよい。スパッタガンの電源は、直流（ＤＣ）、パルス化ＤＣ、またはＲＦである場合がある。
【００２２】
実施形態では、ＨＰＣ ＰＶＤツールは、角アーチファクトを生じさせず、優れたスポット内均一性およびスポット間均一性をもって孤立サイトをもつ領域を被着してよい。孤立サイトをもつ領域は、ほぼ１０ｍｍから３０ｍの範囲の直径を有することがある。孤立サイトをもつ領域の被着は、異なる複雑な多層スタックのアレイを生じさせることがあり、段階的な事前反応吸収体層が、単一基板上に被着できる（図２ｃ）。その結果、膜組成、被着パラメータ、および厚さに対する優れた制御をもった固有のＣＺＴＳスタックを迅速に構築する能力が生じる。結果的に、ＨＰＣ ＰＶＤツールは、ＶＬＳ製造のために選ばれる最終被着方法に関わりなく、最適な三次ＴＦ ＰＶ組成物および四次ＴＦ ＰＶ組成物を調整するために必要とされる学習を迅速に加速できる。
【００２３】
一実施形態では、ＨＰＣ ＰＶＤ方法論がベースラインのＣＩＧＳ薄膜システムに適用されると、Ｐ−３０ツール内のＣｕターゲット、ＣｕＧａターゲット、およびＩｎターゲットは、材料ごとの１−３ Ａ／ｓ被着速度がスパッタリング力とともに線形で増加したことを示した。さらに、共スパッタリングが、複雑なスタッキング実験のために均一な二次層および三次層内での膜化学量論の正確な制御を可能にした。共スパッタリングは、複数のソースからの本質的に付加的な被着を実現するので、被着速度は同様に本質的に付加的であり、３から７ Ａ／ｓの範囲内である。本実施形態では、再現性が素晴らしいことが示された。
【００２４】
図３は、ＰＶＤ製法パラメータの制御を通して得ることができる膜形態の大きな相違点の例を示す。Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ事前反応吸収体層膜は、ＨＰＣ ＰＶＤツールで変化する条件下で被着され、厚さおよび組成を固定した状態に保っていた。形態は、ＰＶＤ製法の変化だけで、名目上〜１−１０μｍノジュールサイズ（左）からノジュールサイズで１桁の削減（右）に劇的に変化した。適切な制御によって、ＡＦＭ測定値が単に１０ ｎｍのＲＭＳ表面粗度を示すように、ノジュールサイズを削減し、形態を改善することができる。
【００２５】
ナトリウムドーピングは、ソーダ石灰ガラスから外方拡散を介して意図的にまたは間接的にＣＩＧＳ効率を大幅に上昇させることが判明している。根本的な仕組みは、十分に理解されていない。ＨＰＣ ＰＶＤチャンバを使用すると、ＣＺＴＳのためのドーピング研究は、第４のソースを使用して体系的におよび制御可能に調査できる。
【００２６】
セルは、Ｈ２ＳガスまたはＳ蒸気環境において、高温炉（５００℃から６００℃）内で硫化されてよい。異なる組成／格付けの単一基板上の一意のＣＺＴＳ先駆物質を備えた各セルは、同じ硫化プロセスにさらされてよい。
【００２７】
ＨＰＣワークフローで共スパッタリングおよびサイト孤立を利用できる能力は、バッファ層および前面接触層の被着にも適用することができ、組合せ固有ＣＺＴＳ光電池アレイの迅速な構築を可能にする。
【００２８】
蒸着またはＰＶＤを使用して金属グリッドを被着した後、セルは、機械スクライビングまたはレーザースクライビングで正確に画定し得る。最後に、単一基板上の孤立サイトをもつ太陽電池が、高スループット自動化様式で特徴付けられてよい。
【００２９】
ＨＰＣ ＰＶＤおよび補足焼鈍しチャンバは、自動化されたフロントインタフェース付きのクラスタツールに統合することができ、したがってＣＺＴＳプロセスフローは、真空を破壊することなく完了することができ、半導体膜の品質および太陽電池エネルギー変換効率にとって有利となる。
【００３０】
ＣＺＴＳ等の膜材料は、地球上での豊富かつ安価なＰＶ太陽エネルギー発生の可能性を提供するように見える。ＨＰＣワークフローは、完全な太陽モジュールへの統合のためにＣＺＴＳ材料を迅速かつ効率的に調査し、最適化する能力を提供する。ＨＰＣ ＰＶＤチャンバは、裏面接触層、ＣＺＴＳ吸収体、バッファ層、および前面接触層を被着させるために使用できる。さらに、硫化／セレン化用の焼鈍しチャンバ、レーザースクライバー、および他の必要なプロセス／計測ツールが使用される。
【００３１】
継続している目標は、完全なＣＺＴＳ太陽電池を最適化することであり、材料／処理空間内での多くの複雑な相互依存性の完全な特徴付けを必要とする。この手法および努力の規模は、世界記録の効率を大幅に進めると期待される。さらに重要なことには、ウィンドウ化および特徴付けを処理するための組合せ手法は、商業化までの時間の短縮につながる必要がある。ＨＰＣワークフローから生じる装置および処理の依存性のより根本的な理解が、より費用効率が高い生産用具の調達を可能にし、パイロットラインの迅速なデバッグを容易にし、ＶＬＳ生産へのより早いランプを駆動する。
【００３２】
また、本発明の実施形態は、ＨＰＣ方法論を使用して、加速された速度でＣＩＧＳ太陽電池を製作する。本発明の実施形態は、単一基板上に孤立サイトをもつ太陽電池を作成することを可能にする。プロセスの流れは、基板（固いガラスまたはステンレス鋼等の可撓箔のどちらか）で開始する。基板は、次いで、図４に示されるＭｏ等の裏面接触層で被覆されてよい。Ｍｏは、図５に示されるＨＰＣ ＰＶＤチャンバ内に被着されてよい。圧力、電力、および基板温度等の異なるスパッタリングプロセス条件が、孤立サイトをもつ領域ごとに使用できる。図２に示されるように、太陽電池を試験している間の便利なプロービングのために、電極パッドが、孤立サイトをもつＭｏ層を同じチャンバ内に被着しながらシャドーマスクを通してスパッタできる、またはより大きいスパッタリング面積のある別のチャンバ内の単一被着でシャドーマスクを通して一度に行うことができる。
【００３３】
Ｍｏが被着された後、ＣＩＧＳ吸収体層が、図６から図９に示されるように別のスパッタリングチャンバ内で被着され得る。図６は、積層膜の概略図である。図７は、以下に説明されるように、炉内でセレン化されるＣＩＧ先駆物質膜を共スパッタするため、または連続的にスパッタするためにＣｕ、Ｃｕ−ＧａおよびＩｎを使用するターゲットの構成を示す図である。連続スパッタリングのため、層は、Ｃｕ−Ｇａ／ＩｎまたはＩｎ／Ｃｕ−Ｇａ二重層、またはＣｕ−Ｇａ／Ｉｎ／Ｃｕ−Ｇａ／Ｉｎ／Ｃｕ−Ｇａ／Ｉｎ多層、もしくは多様な元素組成のシーケンスの任意の他の組合せである場合がある。
【００３４】
図８は、第４のターゲットでナトリウム（Ｎａ）化合物を使用して、特にＣＩＧＳ被着の始めに吸収体先駆物質にＮａを組み込む別の構成を示す図である。図９は、Ｃｕ２Ｓｅ、Ｉｎ２Ｓｅ３およびＧａ２Ｓｅ３を使用して、ＣＩＧＳ膜を同時に共スパッタするターゲットの別の構成を示す図である。結果として生じる膜は、ＣＩＧＳ吸収体層を形成するために、このステップの後にセレン化を必要とすることもあれば、必要としないこともある。本明細書に説明するすべてのＣＩＧ被着またはＣＩＧＳ被着の場合、基板温度は、室温から最高６００℃までさまざまである。ＣＩＧ被着またはＣＩＧＳ被着と以前のＭｏ層との間の位置合わせは、高精度を必要としない。これは、Ｍｏ上のスタックが、以下に説明するより狭い面積にスクライバーで印が付けられるためである。
【００３５】
ＣＩＧ先駆物質被着および／またはＣＩＧＳ被着の後、図１０に示されるように、膜は、Ｓｅ含有環境において昇温で炉内でセレン化されてよい。Ｈ２ＳｅまたはＳｅ蒸気は、所望される多結晶ＣＩＧＳ膜に膜をセレン化するために使用できる。温度は、３００℃と６００℃間で変わることがある。処理は、温度プロファイリングを使用して１つまたは２つ以上のステップで行うことができる。
【００３６】
化学浴析出（ＣＢＤ）法が次いで基板に適用されて、薄いバッファ層をＣＩＧＳ吸収体の上部に析出してよい。別のＨＰＣ装置、つまりＦ２０は、図１１に示されるように孤立サイトをもつ膜を被着させるために使用できる。上述したように、機械スクライビングまたはレーザースクライビングを使用して、選択的にＭｏ層の上のスタックを削除して、太陽電池領域を正確に画定できるため、Ｃｄｓスポットと以前のフィルムスタックとの間の位置合わせは重大ではない。
【００３７】
図１２に示されるように、ブランケット膜も通常の設備で被着できる。ＣｄＳ層は、このステップの後に、またはスクライビングステップで除去して、Ｍｏ電極を露呈し、異なるスポットを電気的に遮蔽することができる。真性ＺｎＯ（ＩＺＯ）およびドーピングされたＺｎＯ（ＡＺＯ）が、次いで、図１３および図１４に示されるように孤立サイトをもつスポットのある同じＨＰＣスパッタリングチャンバを用いて連続的に被着できる。
【００３８】
上述したように、以前の層に対するＩＺＯおよびＡＺＯの位置合わせは、重大ではない場合がある。スポットの金属グリッドは、図１５に示されるように、太陽電池スタックの上に蒸着する、またはスパッタすることができる。機械スクライビングまたはレーザースクライビングを使用して、図１６に示されるようにセル領域を画定できる。図１７は、これらの孤立サイトＣＩＧＳセルの測定を示す。
【００３９】
上述の例は、理解を明確にするためにある程度詳しく説明してきたが、本発明は、示されている詳細に制限されていない。本発明を実施するための多くの代替の方法がある。開示されている例は、例示的であって、制限的ではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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