(57)【要約】  本発明は光起電薄膜太陽電池（３１０）を提供し、この電池（３１０）は垂直に向けたパレット（３２０）ベースの基材（３１０）を一続きの反応チャンバー（３３０、３４０）へ提供することによって製造され、その反応性チャンバー（３３０、３４０）では複数の層が順次このパレット（３２０）上で形成され得る。【選択図】図３
2008520108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の反応領域に垂直に向けた基材を提供する手段；バック接点層を付着するための環境を提供することができる少なくとも一つの領域を含む複数の反応領域；ｐ−型半導体層を付着するための環境を提供することができる領域；及びｎ−型半導体層を付着するための環境を提供することができる領域を含む、光起電装置を製造するための装置。
【請求項２】
垂直に向けた基材を提供する前記手段がパレットベースのシステムであり、かつパレットを該複数の反応領域を通って移送させるための手段である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
垂直に向けた基材を前記複数の反応領域に移送させるための第二の手段をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
基材を垂直に支持することができる手段を、複数の反応領域（ここで前記複数の領域はｐ−型半導体層を付着する少なくとも一つの領域を含む）に順次に、提供することを含んでなる、光起電装置を製造するための方法。
【請求項５】
ａ．  複数の垂直に配置した基材を提供すること；
ｂ．  前記複数の基材の表面に導電性膜を付着すること；
ｃ．  ここで該導電性膜は導電性材料でできた複数の別個の層を含むこと；及び
ｄ．  ｎ−型半導体層をｐ−型吸収層に付着してｐ−ｎ接合を形成すること、
を含む、光起電力電池を製造する方法。
【請求項６】
少なくとも一つのｐ−型半導体層を導電性膜にさらに付着させ、ここで該ｐ−型半導体層は銅インジウム二セレン化物系の合金材料を含む、請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここで開示した本発明は概して光起電装置の製造に関係し、特に薄膜製品を製造するための装置及び垂直に向けたパレットベースのシステムを使用して薄膜太陽電池を製造する方法に関係する。
【背景技術】
【０００２】
再生可能エネルギーの利点は市場価格に十分に反映されていない。太陽（ＰＶ）電池のような代替エネルギー源は清浄で信頼性がありかつ再生可能なエネルギーを提供する一方で、高い製品コスト及び製品の信頼性の欠如がこれらの装置を実行可能な市販製品になることから遠ざけている。エネルギーに対する需要が高まっており、現在のエネルギー源に対する代替エネルギーへの世界的な需要が増しつつある。
【０００３】
比較的効率のよい薄膜ＰＶ電池は研究室で製造可能であるが、商業的な実施可能性にとって重要な一貫した反復性及び効率を伴って製造プロセスを商業規模で行うことは困難であると証明されてきた。さらに、製造に関連するコストは薄膜太陽電池が広く市場化することを妨げる重要因子である。効率的な薄膜製造プロセスの欠如が、市場において効率的にＰＶ電池が代替エネルギー源に取って代わらない一因となっている。
【０００４】
多様なデザイン（設計）により薄膜ＰＶ電池を製造可能である。薄膜ＰＶ電池では、ＰＶ材料でできた薄い半導体層がガラス、金属又はプラスチックフォイルのような支持層に付着されている。薄膜材料は結晶性材料よりも高い光吸収性を有するので、ＰＶ材料は原子、分子又はイオンで出来た薄い連続層に大量に付着されている。薄膜ＰＶ電池の典型的な活性エリアは数μｍの厚さに過ぎない。基本的な光起電スタックのデザインはＰＶ電池の典型的な構造の良い例となる。このデザインでは、薄膜太陽電池は基材、バリア層、バック接点層、ｐ−型吸収層、ｎ−型接合緩衝層、真性（固有）透明酸化物層、及び透明導電酸化物層を含む。銅インジウムガリウム二セレン化物（ＣＩＧＳ）化合物は薄膜電池における吸収層で最も使用される見込みがあり、そして銅−インジウムセレン区分、いわゆるＣＩＳ材料、の分類に適合する。ＣＩＧＳ膜は概して真空系技術によって付着される。
【０００５】
薄膜製造プロセスは、付着の過程で生じる製品の欠陥のせいで、歩留まりが低いことに苦しんでいる。特に、これらの欠陥はプロセス処理及び材料取り扱い中に生じる汚染、及びガラス、金属又はプラスチック基材の破損によって生じる。それゆえ、プロセス処理中の汚染の可能性を制限しかつ同時に基材の破損を最小にする、薄膜太陽電池の製造プロセスが当該技術分野で望まれている。
【０００６】
現在、電池は多段バッチプロセスを使用して製造されており、ここでは各製品部品は反応工程間を移動させられる。この移動はバルク的でありそしてチャンバー内で反応が繰り返されることが要求される。典型的なプロセスは一連の個々のバッチプロセスチャンバーから構成され、個々のチャンバーは電池に多様な層を形成するために特別にデザインされている。問題としては、基材が何度か真空から大気中へ移動され−そしてまた逆に戻ることである。このような真空破壊は結果として製品の汚染をもたらすことがある。従って、真空破壊を最小限にするプロセスが当該技術分野で望まれている。
【０００７】
別のシステムが、各チャンバーについてロールからロールへの(roll-to-roll)連続的なプロセスと一体にした個々のバッチプロセスチャンバーをひと続きにしたものを使用しているが、このシステムの不連続性及び必然的に真空を破壊することが主要な欠陥であり続けている。加えて、このロールからロールへのプロセスはガラス又は金属基材に屈曲応力（flexing stress)を強いることがあり、結果として割れ及び破壊をもたらす。このような欠点は層が密着することを含みそして歩留まり０に帰結することもある。
【０００８】
高温付着プロセスが要求されることもＰＶ電池生産の低い歩留まりに寄与している。高温は概して現在知られている全ての柔軟性ポリイミド又は他のポリマー基材材料と両立しない。
【０００９】
例えば、Hollarsにより２００４年４月１日に公開された米国特許出願第２００４／００６３３２０号は、ロールからロールへのシステムを使用して光起電性スタックを連続的に製造するための一般的な方法論を開示している。上述したように、このプロセスは基材に屈曲応力を適用することを要求する。基材の材料がガラス又は金属である場合、この応力は割れ及び破損に帰結する可能性がある。割れ又は破損は高品質なスタック構造を低減させそして製造歩留まりを低くする。それゆえ、商業的に実行可能なプロセスにするために、この開示システムはこのスタックを製造するための柔軟な基材を要求する。しかしながら、高温付着プロセスに耐えることができる柔軟なポリマー材料は現在知られていない。
【００１０】
さらに、Hollarsはその連続システムを通じて製品フローを最適化するための特定の装置は全く示唆していない。水平プロセス処理がまだ基本的な付着（プロセス）として及びそこで対象となる部品の反応の方向として使用され、そして複数のプロセスストリームが各々の又は任意の領域を通過するための仕組みを全く採用していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、基材に屈曲応力を負わせないプロセスであって、ここでは基材は高温付着プロセスに耐えることができるプロセス、が当該技術分野で望まれている。そのようなＰＶワークピース（加工中の製品）を効率的に製造するプロセス、及び大規模製造が可能であるプロセスが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は垂直に向けられた製品基材を提供することによって製造される光電池を提供し、基材は連続的な支持(backing)、コンベアベルト手段によって、又はパレットベース移送手段によって、一連の反応チャンバーへ提供され、このチャンバーで順次的にバリア層、バック接点層、ｐ−型半導体層、アルカリ材料、ｎ−型接合緩衝層、真性（固有）透明酸化物層、透明導電酸化物層及び上部金属グリッドがパレット上で形成され得る。
【００１３】
制御された反応チャンバーで片側のパレットの場合のおおよそ２倍の量の製品を製造するように、ワークピースを垂直な向きにしかつワークピース基材を各パレットの前方及び後方の両方に備えて装填したパレットベースのホルダーのトレイン（列）を採用することによって、光起電装置を形成する方法がさらに開示される。この実施態様において、一続きのパレットが決められた速度で複数のプロセス領域を有する反応装置を通過し、ここでは各領域は装置製造の中の一つの製造工程段階のために設けられている。
【００１４】
特定の製造工程での製造（これを通じてこの垂直に向けられた製品トレインがプロセス処理される）は：基材前処理のための搬入又は隔離領域；バリア層、バック接点層、単数又は複数の半導体層、及びアルカリ材料を付着するための環境；一又は二以上の前記層を熱処理するための環境；並びにｎ−型複合半導体（ここでこの層は接合緩衝層としての役目を果たす）、真性（固有）透明酸化物層、及び導電性透明酸化物層を付着するための環境を含んでもよい。さらなる実施態様において、より多くの又はより少ない層を有する薄膜太陽電池を組み立てるために、このプロセスはより多くの又はより少ない領域を含むように調節されてもよい。
【００１５】
垂直に向けたパレット型システムが採用されてもよく、そこでは複数のワークピースが支持されて、単数又は複数のパレットが連続的な反応工程を有する装置を通ってプロセス処理される。このパレットベースのシステムは、より小さなワークピースの連続的なプロセス処理及び交互に材料を取り扱う工程、例えば中間又は最終工程におけるパレットスタッキングを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
全体的な光起電スタックデザイン
本発明は新しい製造装置を採用し光起電装置を製造する。もちろん、特定の装置は特定の光起電装置デザインによって決まり、それは変化させることが可能である。
【００１７】
図１を見ると、全ての層が基材１０５に付着しており、基材１０５は複数の機能性材料、例えば、ガラス、金属、セラミック、又はプラスチックのうちの一つを含んでもよい。バリア層１１０が基材１０５に直接付着する。バリア層１１０は薄い導電体又は非常に薄い絶縁材料を含みそして望ましくない元素及び化合物が基材からセルの残りの部分へ拡散することを邪魔するのに役立つ。このバリア層１１０はクロム、チタン、酸化ケイ素、窒化チタン及び必要な導電性及び耐久性を有する関連材料を含んでもよい。次の付着層はバック接点層１２０であり、これはモリブデンのような非反応性金属を含む。次の層はバック接点層１２０に付着するｐ−型半導体層１３０であり、これは吸収層１５５とバック接点１２０との間の接着を改善する。ｐ−型半導体層１３０はＩ−ＩＩＩａ，ｂ−ＶＩアイソタイプ半導体であってもよいが、好ましい組成物は前記の化合物のいずれかと合金化したＣｕ：Ｇａ：Ｓｅ；Ｃｕ：Ａｌ：Ｓｅ又はＣｕ：Ｉｎ：Ｓｅである。
【００１８】
この実施態様において、ｐ−型吸収層のフォーメーション（構成）は多数の別個の層の相互拡散を伴う。最後には、図１で見るように、ｐ−型半導体層１３０及び１５０は単一の合成層１５５に結合し、この層は太陽エネルギーの主要な吸収体としての役目を果たす。この実施態様において、続く層の成長を求める目的のみならず吸収層１５５のキャリア濃度及び粒子サイズを増加する目的のためにも、アルカリ材料１４０が付加され、これにより太陽電池の転換効率が増加する。付着されると、これらの層は約４００〜６００℃の温度で熱処理される。
【００１９】
この熱処理後、この光電池製造プロセスはｎ−型接合緩衝層１６０の付着が続けられる。層１６０は最終的には吸収層１５５と相互作用して必須のｐ−ｎ接合１６５を形成する。透明真性（固有）酸化物層が次に付着されＣＩＧＳ吸収体とのヘテロ−接合としての役目を果たす。最後に、導電性透明酸化物層１８０が付着され、セルの上部電極として機能する。この最終層は導電性でありそして電流をグリッドキャリアへ流すことができ、そのグリッドキャリアは電流発生を可能にしその電流が流れ去る。
【００２０】
全体的な装置構成
本発明の第一の実施態様は光起電装置を製造するための装置であり、これはワークピースを製造装置へ渡す手段を含み、そこ（製造装置）ではワークピースの向きは垂直である。この製造トレイン（列）が垂直方向であることが、ワークピースを製品トレイン（列）の前方及び後方に配置することを可能にし、かつこの製造装置の能力の増大を可能にする。驚くことに、ワークピース基材を垂直に提供することが、以下を含むいくつかの因子をを採用することによって可能であることを発見した。
・反応チャンバー技術が最適化できるように基材の高さを制限する。
・各々の付着又は反応チャンバーを隣のチャンバーから適当に隔離する。
・反応材料及び付着物源の適当な監視及び制御をする。
・正確な温度制御をする。
【００２１】
しかしながら、２倍の製造が達成可能となりかつ反応パラメータ（熱心に制御されるパラメータであって、比較的低圧及び高温を含む）のより良好でより経済的な使用がより経済的に達成可能となるように、システムが垂直基材（その基材の垂直面の両辺にターゲット基材を配置することができる）を必要とすることが発見された。
【００２２】
製造トレイン（列）が次々とこの複数の反応領域を通って移送されるときに、複数の基材ピースを支持する複数のパレットは基材を支持する手段として利用される。これらの反応領域は半導体層を付着するための環境を提供することができる領域を少なくとも一つ含み、そして前駆物質を付着しｐ−型吸収層を形成する環境を提供することができる領域を含む。    
【００２３】
図４はパレットの概略図を示す。このパレットは複数の小さなＰＶワークピース基材４１０のための又は事前に決めたやり方で柔軟にパレットに付着した処理中の基材ための支持土台４００を提供し、個々のワークピースは正確で制御可能なやり方で各々の処理チャンバーへ渡されるようにされている。このパレット自体は、パレットの位置が正確に決められることができるように設計されていてもよい。このパレットはまたこのパレットを処理チャンバーを通過させて前進させる駆動手段を取り付けることを可能とする手段４２０も有する。パレット本体の材料は、それらが熱的に安定するように選択され、そして反応又は付着チャンバーで使用される処理材料又は付着材料とは相互作用しない。
【００２４】
さらに、ワークピースをパレットに固定する手段は解放（取り外し）可能である。いくつかの場合においてワークピースを加える手段は磁気であり、これはワークピースの基材自体が強誘電体だからであり、あるいはパレット本体に個々のピースを保持させるオーバーレイを伴っているからである。
【００２５】
好ましい実施態様において、このプロセスは基材をさらに含み、基材を背中合わせにして運転を行う。この実施態様において、基材は背中合わせの配置で垂直に向けられそして同一のプロセス操作を実施する領域を通過する。
【００２６】
図５Ａは基材５０１及び５０２を背中合わせのやり方で処理する反応装置５００の一部の上面図を示し、そしてまた領域５１１によって隔離されている順次的なスパッタ−蒸発プロセスを図解する。背中合わせのプロセスを得るために、基材５０１のための熱源５０３が基材５０２の熱源５０７のように鏡写しにされている。同様に、基材５０１のためのスパッタ源５０４、熱源５０５、及び蒸発源５０６は基材５０２のためのスパッタ源５０８、熱源５０９、及び蒸発源５１０のように鏡写しにされている。図５Ａは上から見たこの垂直な二つの辺の製造プロセスを示し、ここでこの二つの基材に光装置(photo device）が作られる。基材５０１及び５０２は、層を整列させてＰＶ装置の薄膜にする装置の加熱、スパッタ及び蒸発チャンバーを通って左から右へ処理される。この基材は順次的なヒーター５０３及び５０７を通過しそれから１ｅ−３〜１ｅ−２ｔｏｒｒの雰囲気を伴ってスパッタリングターゲット５０３及び５０９に曝される。この基材はそれから１ｅ−７〜１ｅ−６ｔｏｒｒの異なるポンプチャンバーを通じて移送されそしてそれから蒸発付着チャンバーへ渡されここではヒーター５０５及び５０９が使用されて基材５０１及び５０２のそれぞれを加熱しそしてガス蒸発源はそれぞれ５０６及び５１０が提供される。
【００２７】
図５Ｂは順次的なスパッタ蒸発／スパッタ蒸発プロセスを伴って背中合わせで基材５２１及び５２２をプロセス処理する反応装置５１２の一部の上面図を示す。図５Ａで見られるように、基材５２１用のスパッタ源５３４は基材５２２用のスパッタ源５２８と鏡写しにされる。同様に基材５２１のための熱源５２３及び５２６、蒸発源５２４及び５２７、並びにスパッタ源５２５は、基材５２２のための熱源５２９及び５３２、蒸発源５３０及び５３３、並びにスパッタ源５３１のように鏡写しにされている。従って、熱源及び材料源の単純な複製を伴って、太陽電池製造が同一機械内部で効率的に二重化される。
【００２８】
代替的なパレットベース製造の仕組み
図２は太陽電池を形成するための反応装置２００を概略的に表す。基材２０５はこの反応装置を通じて左から右へ供給される。反応装置２００は図２において２２０、２３０、２４０及び２５０として言及される一又は二以上のプロセス領域を含み、ここで各プロセス領域は基材２０５に材料を付着するための環境を含む。この領域は反応装置２００内で機械的に又は操作可能なように数珠つながりになっている。ここで使用されるように、環境という用語は基材２０５が特定の領域にあるときに基材２０５に材料層又は材料の混合物を付着又は反応させるための条件プロファイルについて言及する。
【００２９】
各領域は太陽電池のどの層が処理されるかによって設定される。例えば、或る領域はスパッタリング操作を実施するために設定されてもよく、熱源及び一又は二以上のターゲット源を有する。
【００３０】
好ましくは、長い基材２０５が様々なプロセス領域を制御可能な速度で通過する。さらに基材２０５は０．５ｍ／分〜約２ｍ／分の並進速度を有してもよいことが予期される。これに応じて、望ましい移送速度が与えられ、材料が特定の材料源に隣接する滞留時間を与えられたときに、この各領域の内部のプロセスは好ましくは望ましい断面を形成するように向けられる。従って、各プロセスの特徴、例えば材料及びプロセスの選択する温度、圧力、又はスパッタリング送付速度、等は、移送又は並進速度によって決められたスタックの滞留時間に構成要素の材料が適当に送付されることを確実にするために選択されることができる。
【００３１】
本発明により、基材２０５は、プロセスを通じた移送及び指標付けのために「ピクチャーフレーム」型取付具に載せ垂直に向けたパレット方式でプロセスを通過して移送されてもよく、後者は図３に示される。図３を参照すると、一の基材又は一群の基材３１０がパレット３２０に載せられ、パレット３２０はトラック３５０上の一又は二以上の領域３３０及び３４０を平行移動する。代替的な実施態様において、このプロセスはさらに第二の基材又は一組の基材を基材３１０とともに背中合わせの構成で含んでもよい。
【００３２】
様々な領域内のバックグラウンド圧力は１０−６〜１０−３ｔｏｒｒの範囲になると予期される。ベース真空（１０−６ｔｏｒｒ）を超える圧力は純ガス例えばアルゴン、窒素又は酸素を加えることによって達成できる。好ましくは、速度Ｒは一定で、結果として基材２０５が反応装置２００を入口２０１から出口２０２へ停止することなく通過することをもたらす。当業者は太陽電池スタックが、反応装置２００内で基材２０５を停止すらさせる必要なく、このようにして連続的なやり方で基材２０５に形成されることを理解する。
【００３３】
図２の反応装置は隣接するプロセス領域を隔離するために構成した真空隔離副次領域又はスリットバルブをさらに含む。この真空隔離副次領域又はスリットバルブは異なる圧力環境間で基材を連続的に移送することを促進する。
【００３４】
図２で示される反応装置では複数のＮ−プロセス領域は２２０、２３０、２４０及び２５０である。しかしながら、当業者であればこの反応装置は領域２２０、２３０、２４０、２５０．．．Ｎを含んでもよいことが理解される。搬入／搬出領域２１０／２１１はこの反応装置の残りの部分から隔離されることが可能であり、そして大気に解放されることも可能である。
【００３５】
好ましい実施態様において、このプロセスは基材２０５と背中合わせで通過する基材２０６をさらに含む。この実施態様において基材２０６及び２０５は背中合わせの構成で垂直に向けられておりそして同等のプロセス操作２２２／２２１、２３２／２３１、２４２／２４１及び２５２／２５１を実施する領域２２０、２３０、２４０及び２５０を通過する。
【実施例】
【００３６】
特定のプロセス工程
いうまでもなく、特定のＰＶ物品を製造するための本方法の工程はその物品の特定のデザインによって決まる。ＣＩＳベースのＰＶはＳｉベースの系（システム）とは異なる製造方法を有する。本発明は一つのＰＶ型に限定されず、概して任意のＰＶが本発明の技術を伴って作られることができる。
【００３７】
ＣＩＧＳの場合、特定の工程が：隔離された搬入領域又はユニット２１０のようなところを通って基材を搬入することを含む。様々な実施態様において、この隔離領域２１０が反応装置２００内に含まれる。あるいは、この隔離領域２１０は反応装置２００の外部に取り付けられてもよい。この第一のプロセス領域２１０はこの表面の原子レベルで残留しているあらゆる欠陥を除去するための基材前処理環境をさらに含む。この基材前処理は：イオンビーム、付着、加熱、又はスパッタエッチを含む。これらの方法は当該技術分野で既知でありそしてこれ以上は議論しない。
【００３８】
第二のプロセス領域は基材の不純物を隔離するためのバリア層を付着するための環境であってもよく、ここでバリア層は基材とそれに続く層との間の導電性経路を提供する。好ましい実施態様では、バリア層はスパッタリングプロセスによって届けられた元素例えばクロム又はチタンを含む。好ましくは、この環境は環境温度で約１０−３ｔｏｒｒから約１０−２ｔｏｒｒの範囲の圧力を有する。
【００３９】
前記の領域の下流にある第三のプロセス領域はバック接点層としての役目を果たす金属層を付着するための環境を含む。このバック接点層は電流のための導電性経路を提供する厚みを有する。加えて、このバック接点層はこの太陽電池スタックの第一の導電層としての役目を果たす。この層はさらに例えば不純物のような化学化合物が基材から太陽電池セル構造の残りの部分へ拡散するのを防止するのに役立ち、またはこの基材層と太陽電池セル構造の残りの部分との間の熱膨張の緩衝として役立つ。好ましくは、このバック接点層はモリブデンを含むが、このバック接点層は他の導電性金属例えばアルミニウム、銅又は銀を含んでもよい。
【００４０】
第四の領域はｐ−型半導体層を付着するための環境を提供する。ここで使用されるように、このｐ−型半導体層は吸収体の成長のためのエピタキシャルなテンプレートとして役に立つ。好ましくは、このｐ−型半導体層はアイソタイプＩ−ＩＩＩＶＩ２−材料であり、ここでこの材料の光学バンドギャップはｐ−型吸収体層の平均光学バンドギャップよりも大きい。例えば、半導体層はＣｕ：Ｇａ：Ｓｅ；Ｃｕ：Ａｌ：Ｓｅ又は前記化合物のいずれかを伴うＣｕ：Ｉｎ：Ｓｅの合金を含んでもよい。好ましくは、この材料は１０−６〜１０−２ｔｏｒｒのバックグラウンド圧力でかつ環境温度から約３００℃までの範囲の温度でスパッタリングプロセスにより届けられる。好ましい温度範囲は環境温度から約２００℃である。
【００４１】
前記の領域の下流である、第五の領域はｐ−型吸収体の成長及び電気的性能を増進するためのアルカリ金属を付着するための環境を提供する。好ましくは、このアルカリ材料は環境温度かつ約１０−６〜１０−２ｔｏｒｒの範囲の圧力で、スパッタされる。好ましくは、この材料はＮａＦ、Ｎａ２Ｓｅ、Ｎａ２Ｓｅ又はＫＣｌ又は類似の化合物を含み、ここでその厚みは約１５０ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲にある。
【００４２】
第六の領域、これも前記の領域の下流である、はｐ−型吸収体層のための前駆物質を含む追加的な半導体層を付着するための環境を含む。好ましい実施態様において、第六の領域はこの前駆体層の付着のための一又は二以上の副次的領域をさらに含む。一実施態様において、この層は、最初に一又は二以上の隣接する副次的領域で前駆物質を送付し、次に下流の熱処理領域においてこの前駆物質を最終ｐ−型吸収体へ反応させることによって形成される。従って、特にＣＩＧＳ系の場合、二つの材料付着工程及びこの層の形態で熱処理する第三の工程があってもよい。
【００４３】
この前駆体送付領域において、前駆材料の層は広く様々な方法で付着され、その方法とは蒸発、スパッタリング、及び化学気相付着又はそれらの組合せを含む。好ましくは、この前駆物質は約２００℃〜３００℃の範囲の温度で届けられても良い。この前駆物質が反応して最終ｐ−型吸収体を出来るだけ急速に形成することは望ましい。前述したように、最後まで、単数又は複数の前駆体層が薄膜の混合物又は一続きの薄膜として形成されてもよい。
【００４４】
製造装置が一又は二以上の前記の層の熱処理をするための前記プロセス領域の下流にある第七のプロセス領域も有してよい。この多成分系（multinaries)という用語は二成分系、三成分系およびこれに類するものを含む。好ましくは、熱処理は前もって未反応元素又は多成分系と反応する。例えば、一実施態様において、ワークピースに付着するための源としてＣｕ、Ｉｎ、Ｓｅ、及びＧａを多成分元素化合物の様々な組合せでかつ様々な比率で有することは好ましい。この反応性の環境はセレン及び硫黄を様々な比率で含み、そして約４００℃から約６００℃の温度範囲にあり、バックグラウンドの不活性ガス環境は伴うこともあれば伴わないこともある。様々な実施態様において、プロセス時間は前駆体の混合を最適化することによって１分又はそれよりも短く最短化され得る。この環境内の最適な圧力はこの環境が反応性か又は不活性かによって決まる。本発明により、この熱処理領域内で、圧力は約１０−６〜約１０−２ｔｏｒｒの範囲である。しかしながら、これらの範囲はこの段階のための反応装置のデザイン、光起電装置のデザイナー（設計者）及び全体としては装置の操作変数によってほとんど決まることに留意すべきである。
【００４５】
これらの反応装置はｎ−型半導体層又は接合の相手（パートナー）を形成するための第八のプロセス領域を有してもよい。この接合層はＩＩ−ＶＩ又はＩＩＩｘ  ＶＩファミリーから選択される。例えば、この接合層は蒸発、昇華（sublimation)又は化学気相付着の方法論によって付着したＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、Ｉｎ、Ｓｅ又はＩｎＮＳを含んでもよい。この温度範囲は約２００℃〜約４００℃である。
【００４６】
追加的に、このプロセスはまた透明酸化物、例えばＺｎＯ、でできた真性（固有）層の付着のための環境を有する第九の領域も有してもよい。本発明により、この真性（固有）透明酸化物層は様々な方法、（例えばＲＦスパッタリング、ＣＶＤ又はＭＯＣＶＤが含まれる）、によって付着されてもよい。
【００４７】
様々な実施態様において、このプロセスは太陽電池の上部電極としての役目を果たす透明導電性酸化物層を付着するための環境を伴う第十の領域をさらに有する。一実施態様において例えば、アルミニウムをドープしたＺｎＯがスパッタ付着される。好ましくは、この環境は約２００℃の温度及び約５ミリｔｏｒｒの圧力を有する。あるいは、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）又は類似するものが使用されてもよい。
【００４８】
一実施態様において、上述したように、この反応装置は個々の領域を含み、ここでは各領域が光起電装置のフォーメーション（構成）のうちの一つの層に対応する。好ましい実施態様ではしかしながら、類似の構成要素及びまたは類似の環境条件を有する領域は結合されてもよく、それによりこの反応装置における領域の総数が減る。
【００４９】
例えば、図６において、領域６１０は副次領域６１１及び６１２を含み、領域６１５は副次領域６１６及び６１７を含み、そして領域６２０は一つの領域を含み、ここでは各領域及び副次領域が予め定められた環境を有する。この例において、材料Ａは副次領域６１１で付着されてもよく、そして異なる材料Ｂが副次領域６１２で付着されてもよく、ここで材料Ａの下流にある副次領域６１２の環境は副次領域６１１の環境と異なる。従って、この基材６０５は同じ領域６１０でも異なる範囲では異なる温度に又は他のプロセスプロファイルにさらされてもよい。この実施態様により、この領域は予め定められた圧力を有するものとして定義されてもよく、そして領域は一又は二以上の範囲、副次的領域、又はそこにある相を含んでもよく、各副次的領域は同じ圧力環境内にある望ましい単数又は複数の材料を付着させ又は反応させる。
【００５０】
基材６０５はその後チャンバー６１５へ通され、ここでは副次領域６１６内で材料Ｃが付着され、そして副次領域６１７で材料Ｄが付着される。最後に基材６０５は領域６２０に達し、ここでは単一の材料Ｅが付着される。
【００５１】
当業者であれば理解するとおり、反応装置６００は基材の平行移動によって画定された経路に沿ったこの反応装置の入口及び出口の間に一続きの領域を配置したものと定義されてもよい。各領域の内部で、一又は二以上の構成要素である環境又は副次領域が提供され、選択した単数又は複数のターゲット材料を付着させ又は反応させてもよく、結果として太陽電池スタックを形成するための連続プロセスをもたらす。基材が反応装置に入ると、ソーラースタックの様々な層が順次的なやり方で付着されそして形成され、各々の下流のプロセスは、反応装置の出口で完成した薄膜太陽電池が渡されるまで、連続的に太陽電池スタックの形成に寄与する。
【００５２】
本技術がＣＩＧＳベース光起電スタックデザインという用語で表現されるとき、この技術は、他の光起電装置デザインの製造（最先端の議論がされるようなシリコンベース系の製造を含む）のために採用されてもよいことが理解されるはずである。例えば、光学バンドギャップを調整するために、水素化した非晶質ケイ素合金で炭素又はゲルマニウム原子を含ませるために使用することが可能になる。例えば、炭素はケイ素よりも大きなバンドギャップを有し、そしてそれゆえ水素化した非晶質ケイ素合金における炭素の含有は合金のバンドギャップを増加させる。逆に、ゲルマニウムはケイ素より小さなバンドギャップを有し、そしてそれゆえ水素化した非晶質ケイ素合金におけるゲルマニウムの含有は合金のバンドギャップを減少させる。
【００５３】
同様に、導電性を調整するために、ホウ素又はリン原子を水素化した非晶質ケイ素合金に組み込むことも出来る。水素化した非晶質ケイ素合金にホウ素を組み込むことは、正にドープした導電性範囲を生じる。逆に水素化した非晶質ケイ素合金にリンを組み込むことは、負にドープした導電性範囲を生じる。
【００５４】
水素化した非晶質ケイ素合金膜は付着チャンバーで付着することによって調製される。これまで、付着チャンバーで付着することによって水素化した非晶質ケイ素合金を調製する際に、付着ガスに炭素、ゲルマニウム、ホウ素又はリンを含有するガス、例えばメタン（ＣＨ４）、ゲルマン（ＧｅＨ４）、四フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ４）、より高いオーダーのゲルマン例えばジゲルマン（Ｇｅ２Ｈ６）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）又はホスフィン（ＰＨ３）を組み込むことによって、炭素、ゲルマニウム、ホウ素又はリンがその合金に組み込まれていた。例えば、米国特許第４，４９１，６２６号、４，１４２，１９５号、４，３６３，８２８号、４，５０４，５１８号、４，３４４，９８４号、４，４３５，４４５号、及び４，３９４，４００号を参照のこと。しかしながらこれを実践することの欠点は、炭素、ゲルマニウム、ホウ素又はリン原子を水素化した非晶質ケイ素合金に組み込む方法が制御できないことである。すなわち、これらの元素は結果物である合金に非常にランダムなやり方で組み込まれ、それゆえ望ましくない化学結合の可能性を増加させる。
【００５５】
従って、ＰＶ装置が製造され、このＰＶでできた膜を製造するために特定かつ制御された反応条件及び又は付着条件が要求される場合に、本発明の技術が有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の製造技術によって製造した薄膜太陽電池の実施態様。
【図２】太陽電池を形成するための反応を概略的に示す。
【図３】装置上の複数のワークピース基材を示し、この装置はキャリアに基材を貼ることができ、この装置はまたこれらのピースが正確なやり方で製造装置を前進させられることを可能にする手段を有する。
【図４】複数の基材ワークピースで占められた本発明で使用されるパレットの概略。
【図５Ａ】プロセス方法の実施態様を示し、ここでは二つの基材が供給され、本発明による連続的なスパッタ−蒸発プロセスによって同時に処理される。
【図５Ｂ】プロセス方法の実施態様の上面図を示し、ここでは二つの基材が供給され、本発明による連続的なスパッタ−蒸発／スパッタ−蒸発プロセスによって同時に処理される。
【図６】本発明によるプロセスの別の実施態様を図解し、ここでは領域が一又は二以上の副次的領域をさらに含む。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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