(57)【要約】  本発明は、薄膜太陽電池の分野に関し、特に、薄膜太陽電池の製造装置および方法に関する。少なくとも１つの材料が基板上に堆積され、それにより堆積材料が、堆積材料の限定された領域で、加熱手段によって加熱される。基板および加熱手段は、堆積材料の所定の領域が加熱されるまで、互いに対して連続的に移動され、それによって、加熱された材料は、制御されたやり方で冷却され、かくして、堆積材料の所望の結晶構造が得られる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜太陽電池を製造するための方法であって、
−  少なくとも１つの材料を基板上に堆積するステップと、
−  堆積した材料の限定された領域で、加熱手段によって前記堆積した材料を加熱するステップと、
−  前記堆積した材料の所定領域が加熱されるまで、基板と加熱手段を互いに対し連続的に移動させるステップと、
−  加熱した材料を制御されたやり方で冷却するステップと、
−  前記堆積した材料の所望の結晶構造を得るステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
少なくとも１つのレーザビームが、前記堆積した材料を加熱する際に用いられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
誘導加熱装置が、前記堆積した材料を加熱する際に用いられる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
電子ビームが、前記堆積した材料を加熱する際に用いられる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記堆積した材料の結晶構造が、加熱の影響によって制御される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記堆積した材料の結晶構造が、冷却時間によって制御される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記堆積した材料の結晶構造が、基板と加熱手段の相対移動によって制御される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記基板が、プラスチック材料によって作製されている、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの材料の堆積が、低温基板上で行なわれる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
薄膜太陽電池を製造するための装置であって、
−  少なくとも１つの材料を基板上に堆積するための手段と、
−  堆積した材料の限定された領域で前記堆積した材料を加熱するための加熱手段と、
−  前記堆積した材料の所定領域が加熱されるまで、基板と加熱手段を互いに対し連続的に移動させるための手段と、
−  加熱した材料を制御されたやり方で冷却するための手段と、
−  前記堆積した材料の所望の結晶構造を得るための手段と、
を有することを特徴とする装置。
【請求項１１】
前記加熱手段が、少なくとも１つのレーザビームである、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記加熱手段が、誘導加熱装置である、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記加熱手段が、電子ビームである、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
加熱の影響が前記堆積した材料の結晶構造を制御するようになっている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
冷却時間が前記堆積した材料の結晶構造を制御するようになっている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
基板と加熱手段の相対移動が前記堆積した材料の結晶構造を制御するようになっている、請求項１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の製造分野に関し、特に、薄膜太陽電池の製造を可能にする装置およびかかる製造のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜太陽電池は、通常、ガラス基板上に材料を真空蒸着することによって製造される。用いられる光起電力（ＰＶ）材料は、Ｃｕ、Ｉｎ、ＧａおよびＳｅ（通常ＣＩＧＳ、ＣＩＧＳｅまたはＣＩＧＳ２と呼ばれる）とすることができる。別のタイプは、Ｃｕ、ＩｎおよびＳ（通常ＣＩＳと呼ばれる）である。第３のタイプは、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、ＳｅおよびＳ（通常ＣＩＧＳＳまたはＣＩＧＳＳ２と呼ばれる）を用いている。ＳｉまたはＣｄおよびＴｅを用いた他のタイプの薄膜電池もまた可能である。製造方法はいろいろであるが、通常、真空同時蒸着を含み、時には高温でセレン化と組み合わされる。用いられる他の方法は、近接昇華法（ＣＳＳ）およびスパッタリングである。
【０００３】
電池の効率を改良するために、基板は、通常、蒸着プロセス中に加熱される。これによって、蒸着された原子および分子は、基板上に形成された結晶構造におけるそれらの所定の場所をより容易に見つけることができる。電池の最高効率を達成するために、基板は、５００〜６００℃以上に加熱すべきである。ソーダ石灰ガラスは、６００℃を超えて加熱することができず、もちろん、プラスチック材料もまたできない。他のガラスタイプを用いることもできるが、ソーダ石灰ガラスに含有されたＮａは、ガラス上の構造形成に好影響をもたらす。そこで問題は、堆積中に基板を加熱しなければならならず、しかもＮａ含量の高いソーダ石灰ガラスを用いる場合に、それを最適な温度に加熱できないということである。他の材料が用いられる場合には、最良の結果を得るために、Ｎａ層は、通常、最初に基板に堆積される。また、温度のために、プラスチック材料の使用が除外される。
【０００４】
上述の方法は、たとえば非特許文献１に開示されている。
また、特許文献１が上記の方法について説明しているが、同時蒸着の代わりに、ＣＩｎＧａ材料が順番に堆積され、Ｓｅフラックスでセレン化される。
に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，２５８，６２０号明細書
【非特許文献１】Band Gap Profiling and High Speed Deposition of Cu(InGa)Se2 for Thin Film Solar Cells、オッレ・ルンドバーク（Olle Lundberg）、ウプサラ大学（Uppsalla University）、Department of Engineering Sciences、２００３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、薄膜太陽電池の製造を可能にする改良された装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、次のもの、すなわち、少なくとも１つの材料を基板上に堆積するための手段と、堆積材料（deposited material）の限定された領域で堆積材料を加熱するための加熱手段と、堆積材料の所定領域が加熱されるまで、基板と加熱手段を互いに対し連続的に移動させるための手段と、加熱した材料を制御されたやり方で冷却するための手段と、堆積材料の所望の結晶構造を得るための手段とを有する装置を提供することによって達成される。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、薄膜太陽電池を製造するための改良された方法を提供することである。
【０００９】
このさらなる目的は、次のステップ、すなわち、少なくとも１つの材料を基板上に堆積するステップと、堆積材料の限定された領域で、加熱手段によって堆積材料を加熱するステップと、堆積材料の所定領域が加熱されるまで、基板と加熱手段を互いに対し連続的に移動させるステップと、加熱した材料を制御されたやり方で冷却するステップと、堆積材料の所望の結晶構造を得るステップとを有する方法を提供することによって達成される。
【００１０】
本発明のさらに別の目的および特徴は、添付の図面と共に検討される下記の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、図面が、本発明の範囲を規定するものではなく、あくまで例示のためのものであり、本発明の範囲の規定のためには添付の特許請求の範囲を参照すべきことを理解されたい。さらに、図面が、必ずしも一定の縮尺で描かれてはいないこと、および図面が、別段の指示のない限り、本明細書で説明する構造および手順を単に概念的に示すように意図されていることを理解されたい。
【００１１】
図面においてはいくつかの図の全体にわたり、同様の参照符号は、同様の要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、薄膜太陽電池に関するが、これらの薄膜太陽電池は、吸光材料が堆積された基板を有する。吸光材料は、スパッタリングおよび／または真空蒸着などの公知の方法で基板に堆積される。
【００１３】
本発明における吸光層の好ましい材料は、Ｃｕ、Ｉｎ、ＧａならびにＳｅおよび／またはＳからなるＣＩＧＳである。これらの材料は、多くの組み合わせで、一緒にかまたは連続して堆積することができる。しかし、本発明による方法は、いかなる薄膜太陽電池で用いてもよい。
【００１４】
本発明には、吸光材料の限定された領域のみが加熱されるゆえに、基板の温度吸収はプロセス中に限定され、したがって、プラスチック材料、金属材料およびガラス材料などの多くの異なる様々な基板材料を用いることができるという、先行技術に勝る独特の利点がある。
【００１５】
先行技術に勝る別の利点は、堆積中に基板を加熱せずに、材料の堆積を行うことができるということである。代わりに、結晶組織は、吸光層が堆積された後で改良される。
【００１６】
好ましい実施形態において基板は円形であり、これによって、光記憶媒体製造工業で既に用いられている設備を使用することが可能になるが、本発明は、任意の形状の基板で用いることができる。
【００１７】
下記において、薄膜太陽電池を製造するための装置１０の好ましい実施形態を、図１に関連して説明する。下記の説明において、基板なる用語は、吸光層が堆積された基板を意味する。
【００１８】
装置１０は、基板１７を受け入れ、かつ基板１７をほぼ水平位置で回転させるように構成されたチャック１１を有する。チャック１１は、ほぼ垂直な軸１２上に配置され、モータなどの駆動手段１３によって回転される。
【００１９】
装置１０は、基板１７に対してレーザビーム１５を放射するレーザ１４をさらに有する。レーザビーム１５は、基板１７上の吸光材料を加熱するように配されるが、これについては、図２ａおよび２ｂに関連して、下記でさらにより詳細に説明する。本発明の好ましい実施形態において、レーザ１４を用いて吸光材料を加熱するが、当業者は、誘導加熱装置または電子ビームなどの、限定された領域で材料を加熱できる任意の加熱手段を用いてもよいことを理解されよう。また、好ましい実施形態では１つのレーザビームを用いるが、しかし当業者は、もちろん２つ以上のレーザビームを用いてもよいことを理解されよう。
【００２０】
レーザ１４は、ほぼ水平な軸１６に配置され、吸光材料を加熱する際には（矢印で示すように）軸１６に沿って移動するように構成されている。レーザビーム１５は、小さな限定された領域（スポット）における吸光材料を加熱している。基板１７は、チャック１１によって連続的に回転され、レーザ１４は、軸１６に沿って連続的に移動される。したがって、吸光材料は、吸光材料の全領域または所定の領域が加熱されるまで、螺旋パターンで連続的に加熱される。
【００２１】
結晶化は、吸光材料の所望の結晶構造を得るために、加熱の影響および冷却時間を制御するユニット１８によって制御される。加熱の影響は、たとえば、レーザ出力、チャックの回転速度、レーザの水平移動および／またはレーザビームの焦点によって制御される。冷却時間もまた、たとえば、レーザ出力、チャックの回転速度、レーザの水平移動および／またはレーザビームの焦点によって制御される。
【００２２】
図２ａおよび２ｂから分かるように、レーザビーム１５は、上方からかまたは基板１７を通して、吸光材料／層１９を加熱することができる。吸光層１９を加熱する方向の選択は、たとえば、異なる層がどんな順序で堆積されるかに依存する。方向の選択はまた、ヒートシンク層などの他の層が用いられているかどうか、およびそれらが、層の積み重ねのどこに配置されているかに依存する。
【００２３】
次のステップ、すなわち、少なくとも１つの材料を基板上に堆積するステップと、堆積材料の限定された領域で、加熱手段によって堆積材料を加熱するステップと、堆積材料の所定の領域が加熱されるまで、基板および加熱手段を互いに対して移動させるステップと、加熱された材料を制御されたやり方で冷却するステップと、堆積材料の所望の結晶構造を得るステップとを有する薄膜太陽電池の製造方法を下記で説明する。
【００２４】
上記で示したように、薄膜太陽電池の製造装置および薄膜太陽電池の製造方法を説明したが、ここで、堆積された基板は、所望の結晶構造を達成するために小さな限定された領域で加熱される。所望の結晶構造を達成するために、加熱された基板上に吸光層を堆積することが必要な前述の先行技術の手法と比較して、本発明による手法は有利である。また、一度に小さな限定された領域だけを加熱する方法によって、高温に弱い基板を用いることが可能になる。さらに、本発明による方法によって、任意の堆積方法を用いて好結果が可能になる。上記の利点により、薄膜太陽電池の製造コストが実質的に削減される。
【００２５】
このように、本発明の好ましい実施形態に適用された、本発明の基本的で新規な特徴を図示し、説明し、指摘したが、例示の装置の形状および詳細ならびにそれらの動作における様々な省略、置き換えおよび変更が、本発明の趣旨から逸脱せずに当業者によってなされ得ることが、理解されよう。たとえば、ほぼ同じ方法でほぼ同じ機能を実行して同じ結果を達成する要素および／または方法ステップの全ての組み合わせが本発明の範囲内にあることが、明白に意図されている。さらに、本発明の任意の開示された形状または実施形態に関連して図示および／または説明した構造および／もしくは要素ならびに／または方法ステップが、設計選択の一般的なこととして、任意の他の開示、説明または提案された形状もしくは実施形態に組み込まれ得ることを理解されたい。したがって、本明細書に添付された特許請求の範囲によってのみ限定されるように、意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の好ましい実施形態による、薄膜太陽電池を加熱する制御機能を有して回転基板およびレーザビームを備えた装置を示す。
【図２ａ】薄膜太陽電池の吸光層における１つの限定された領域に合焦されたレーザビームを示す。
【図２ｂ】薄膜太陽電池の吸光層に接する基板を通して、１つの限定された領域に合焦されたレーザビームを示す。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【国際調査報告】
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2008516445.tif 000008
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