Na劑量控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及太陽(yáng)能電池。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能電池是通過(guò)光伏效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)換為電的電器件。隨著能源效率的提高以及世界尋找不產(chǎn)生溫室氣體的能源，該電池越來(lái)越受歡迎。一些太陽(yáng)能電池包括用于薄膜太陽(yáng)能電池的銅銦鎵硒(“CIGS”)半導(dǎo)體材料。雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)摻雜鈉能夠改善CIGS太陽(yáng)能電池的性能，但是當(dāng)前對(duì)Na劑量的控制有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種方法，包括:將至少兩個(gè)襯底彼此間以一定距離放置在襯底載體上，所述至少兩個(gè)襯底包括第一含量的第一材料，其中，所述至少兩個(gè)襯底之間的所述距離基于所述第一材料的第一含量和至少一個(gè)工藝參數(shù)；將所述襯底載體放置在反應(yīng)腔室中；以及對(duì)所述至少兩個(gè)襯底實(shí)施第一退火工藝。
[0004]在該方法中，所述第一含量的重量百分比介于2%和12%之間，且所述第一材料包括Na20。
[0005]在該方法中，所述第一含量的重量百分比為至少4%，且所述第一材料包括K20。
[0006]在該方法中，所述至少兩個(gè)襯底包括第二含量的第二材料，所述第二含量的第二材料不同于所述第一含量的第一材料。
[0007]在該方法中，所述第一含量的重量百分比介于2%和12%之間且所述第一材料包括Na2O,并且所述第二含量的重量百分比為至少4%且所述第二材料包括Κ20。
[0008]在該方法中，所述距離介于5mm和10mm之間。
[0009]在該方法中，以背對(duì)背布置的方式放置所述至少兩個(gè)襯底。
[0010]在該方法中，以面對(duì)面布置的方式放置所述至少兩個(gè)襯底。
[0011 ] 在該方法中，所述至少一個(gè)工藝參數(shù)包括退火溫度和退火時(shí)間中的一個(gè)。
[0012]在該方法中，所述至少一個(gè)工藝參數(shù)包括H2Se的濃度。
[0013]該方法還包括在所述第一退火工藝之后實(shí)施第二退火工藝。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種方法，包括:將至少兩個(gè)襯底彼此間以一定距離放置在襯底載體上，所述至少兩個(gè)襯底包括第一含量的第一材料和第二含量的第二材料，其中，所述至少兩個(gè)襯底之間的所述距離基于所述第一材料的第一含量、所述第二材料的第二含量和至少一個(gè)工藝參數(shù)；將所述襯底載體放置在反應(yīng)腔室中；以及對(duì)所述至少兩個(gè)襯底實(shí)施第一退火工藝。
[0015]在該方法中，所述第一含量的重量百分比介于2%和12%之間，且所述第一材料包括Na20。
[0016]在該方法中，所述第二含量的重量百分比為至少4%，且所述第二材料包括K20。
[0017]在該方法中，所述距離介于5mm和10mm之間。
[0018]在該方法中，以背對(duì)背布置的方式放置所述至少兩個(gè)襯底。
[0019]在該方法中，以面對(duì)面布置的方式放置所述至少兩個(gè)襯底。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種方法，包括:將至少兩個(gè)襯底彼此間以一定距離放置在襯底載體上，所述至少兩個(gè)襯底包括重量百分比介于2%和12%之間的Na2O和重量百分比至少為5%的K2O,其中，所述至少兩個(gè)襯底之間的所述距離基于Na2O的含量、K2O的含量和至少一個(gè)工藝參數(shù)；將所述襯底載體放置在反應(yīng)腔室中；以及對(duì)所述至少兩個(gè)襯底實(shí)施第一退火工藝。
[0021]在該方法中，所述至少一個(gè)工藝參數(shù)包括退火溫度、退火時(shí)間和H2Se的濃度中的一個(gè)。
[0022]在該方法中，所述距離介于5mm和10mm之間。
【附圖說(shuō)明】
[0023]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，通過(guò)以下詳細(xì)描述可以最佳地理解本發(fā)明的各方面。應(yīng)該注意，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各個(gè)部件未按比例繪出。事實(shí)上，為了清楚的討論，各個(gè)部件的尺寸可以任意地增大或減小。
[0024]圖1是根據(jù)一些實(shí)施例的用于形成半導(dǎo)體吸收材料的爐系統(tǒng)的截面圖。
[0025]圖2是根據(jù)一些實(shí)施例的彼此以一定間隔距離設(shè)置在載體上并且放置于反應(yīng)腔室內(nèi)的多個(gè)襯底的具體示圖。
[0026]圖3A和圖3B示出了根據(jù)一些實(shí)施例的襯底的可選布置。
[0027]圖4是根據(jù)一些實(shí)施例制造太陽(yáng)能電池的方法的一個(gè)實(shí)例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下公開(kāi)內(nèi)容提供了許多用于實(shí)施主題的不同特征的不同實(shí)施例或?qū)嵗Ｒ韵旅枋鼋M件和布置的具體實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例，并不旨在限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括以直接接觸的方式形成第一部件和第二部件的實(shí)施例，并且還可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可在各個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或字母。該重復(fù)是為了簡(jiǎn)明和清楚的目的，而且其本身沒(méi)有規(guī)定所討論的各種實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。
[0029]而且，為了便于描述，在本文中可以使用諸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)以描述如圖所示的一個(gè)元件或部件與另一個(gè)(或另一些)元件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外，空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上)，并且本文中使用的空間相對(duì)描述符可以同樣地進(jìn)行相應(yīng)的解釋。
[0030]所公開(kāi)的系統(tǒng)和方法有利地提高了控制襯底的鈉(Na)劑量的能力。應(yīng)該相信，來(lái)自玻璃襯底的Na參加退火反應(yīng)，該玻璃襯底由Na-Se化合物形成并且重新沉積在CIG薄膜的頂部上。因?yàn)檫m當(dāng)?shù)腘a劑量提高太陽(yáng)能電池的器件性能，所以將適當(dāng)劑量的(B卩，正確的劑量)Na_Se摻雜到CIG中是有利的。因?yàn)榇罅康腘a不利于器件性能，所以期望控制Na劑量且目前還不能實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，通過(guò)提供特定的間隔距離以及工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)Na劑量控制，該工藝參數(shù)包括但不限于溫度、H2Se濃度、Na2O濃度和K2O含量。
[0031]圖1示出了反應(yīng)爐29，其中，硫?qū)倩锇雽?dǎo)體吸收材料形成在襯底上。圖1示出了氣體管道33，入口反應(yīng)氣體31流和氣體混合物35流流過(guò)氣體管道33。在各個(gè)實(shí)施例的一些工藝步驟中，一種或多種入口反應(yīng)氣體31產(chǎn)生傳送到爐29的氣體混合物35。氣體混合物35被傳送到反應(yīng)爐29。反應(yīng)爐29是能夠依次實(shí)施多個(gè)原位處理操作的可編程爐，并且根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，反應(yīng)爐29實(shí)施諸如硒化操作和硫化操作的一個(gè)或多個(gè)硫?qū)倩锇雽?dǎo)體吸收材料形成操作。在一些實(shí)施例中，硫?qū)倩锇雽?dǎo)體吸收材料形成操作包括硒化反應(yīng)和之后的硫化反應(yīng)，且在一些實(shí)施例中，在硒化步驟或硫化步驟或者硒化步驟和硫化步驟之后實(shí)施退火操作。這樣，使用多種入口反應(yīng)氣體31。將入口反應(yīng)氣體31作為部分或全部氣體混合物35傳送到反應(yīng)爐29。在一些實(shí)施例中，取決于在反應(yīng)爐29中實(shí)施的特定爐操作。
[0032]反應(yīng)爐29包括用于裝載或卸載諸如襯底39的襯底的門37。通過(guò)位于反應(yīng)腔室43內(nèi)的石英舟(quartz boat)41保持襯底39。加熱器罩45包括加熱元件并且用于將反應(yīng)爐29加熱到各個(gè)溫度。在一些實(shí)施例中，襯底39是太陽(yáng)能電池襯底。在各個(gè)實(shí)施例中，襯底39由玻璃、或諸如聚酰亞胺的合適的有機(jī)材料、或金屬箔形成。在其他實(shí)施例中，由用于將襯底39保持在反應(yīng)腔室43內(nèi)的另一合適的構(gòu)件來(lái)替換石英舟41。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的方法，襯底39包括位于其表面上的金屬前體材料，且在反應(yīng)爐29的反應(yīng)腔室43內(nèi)，在至少入口反應(yīng)氣體31和襯底39的表面上的金屬前體之間發(fā)生反應(yīng)。本發(fā)明提供了通過(guò)加熱包括襯底39的反應(yīng)爐29引起反應(yīng)。在一些實(shí)施例中，位于襯底39上的金屬前體包括Cu、In、Ga，但是在其他實(shí)施例中，使用包括Se和Na的其他材料。在一些實(shí)施例中，反應(yīng)是使用含S反應(yīng)氣體作為入口反應(yīng)氣體31的硫化操作，且在另一實(shí)施例中，反應(yīng)是使用含Se反應(yīng)氣體作為入口反應(yīng)氣體31的硒化操作，但是在其他實(shí)施例中，也實(shí)施其他反應(yīng)和方法。根據(jù)襯底39上的金屬前體包括Cu、In、Ga的實(shí)施例，在硒化操作中，前體通過(guò)熱硒化操作轉(zhuǎn)化為Cu (In, Ga) Se (CIGS)，且在一些實(shí)施例中，在硒化操作之后，進(jìn)行硫化操作，其中，通過(guò)熱工藝將CIGS的硒化的前體材料轉(zhuǎn)化為Cu (In，Ga) SeS (CIGSS)，其中，CIGS與含S氣體發(fā)生反應(yīng)。
[0034]入口反應(yīng)氣體31由來(lái)自各個(gè)氣體源的一種或幾種氣體組成。在示出的實(shí)施例中，氣體源49、53和55供給到氣體混合器57。在示出的實(shí)施例中，氣體源49是H2Se,氣體源53是N2，且氣體源55是!!#。在其他實(shí)施例中，使用其他氣體源。在一個(gè)實(shí)施例中，將隊(duì)氣體源53和反應(yīng)物H2S氣體源55在氣體混合器57混合，且將混合氣體作為入口反應(yīng)氣體31傳送到反應(yīng)腔室43用于硫化反應(yīng)。對(duì)于硒化操作和硫化操作，在其他實(shí)施例中使用不同的硒源和硫源，且在其他實(shí)施例中，也使用不同于氬氣和氮?dú)獾妮d氣。在一些實(shí)施例中，在退火操作中，將Ar氣體源51或N2氣體源53或其他惰性氣體傳送到反應(yīng)腔室43。
[0035]現(xiàn)在參考圖2，示出了設(shè)置在反應(yīng)爐29的反應(yīng)腔室43內(nèi)的石英舟41或其他襯底載體。示出的襯底載體41支撐彼此距離為d的多個(gè)襯底39?？梢詫⒁r底39以背對(duì)背布置(即，使得玻璃襯底彼此面對(duì))或面對(duì)面布置(即，使得吸收層彼此面對(duì))放置在襯底載體41內(nèi)。盡管示出了以在反應(yīng)腔室43內(nèi)