DE102011108321A1

DE102011108321A1 - Quarzbootverfahren und Einrichtung für Dünnschicht-Wärmebehandlung

Info

Publication number: DE102011108321A1
Application number: DE102011108321A
Authority: DE
Inventors: Paul Alexander; Jurg Schmizberger; Ashish Tandon; Robert D. Wieting
Original assignee: CM Manufacturing Inc
Current assignee: CM Manufacturing Inc
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2012-01-26
Also published as: TW201207949A; CN102347211A; US20120021552A1; US8461061B2; CN102347211B; TWI466192B; US20140147800A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Lagern von mehreren ebenen Substraten in einem rohrförmigen Ofen zum Durchführen eines Wärmebehandlungsprozesses offenbart. Das Verfahren verwendet eine Bootvorrichtung mit einem unteren Rahmen, der zwei Längenabschnitte und einen ersten Breitenabschnitt, einen zweiten Breitenabschnitt und ein oder mehrere mittlere Elemente, die zwischen den zwei Längenabschnitten verbunden sind, umfasst. Ferner umfasst das Verfahren das Montieren eines abnehmbaren ersten gerillten Stabs jeweils an dem ersten Breitenabschnitt, dem zweiten Breitenabschnitt und jedem von dem einem oder den mehreren mittleren Elementen, wobei jeder erste gerillte Stab erste mehrere Rillen aufweist, die durch eine erste räumliche Konfiguration gekennzeichnet sind. Das Verfahren umfasst weiterhin das Einsetzen von einem oder zwei Substraten von mehreren ebenen Substraten in jede Rille in der Bootvorrichtung bei einem Abstand getrennt.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht Priorität aus der vorläufigen U.S. Patentanmeldung Nr. 611367,211 des gleichen Inhabers, die am 23. Juli 2010 eingereicht wurde und die hierdurch hierin durch Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen ist.
Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Photovoltaikmaterialien samt Herstellungsverfahren. Insbesondere sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Einrichtung für Dünnschicht-Wärmebehandlung vor. Ausführungsformen der Erfindung umfassen ein Verfahren und eine Einrichtung zum Halten von mehreren extragroßen Substraten zum Erreichen einer im Wesentlichen gleichmäßigen Substrattemperatur während eines Wärmeprozesses, um ein photovoltaisches Absorbermaterial zu bilden, es lässt sich aber erkennen, dass die Erfindung für andere Dünnschichtbehandlungsanwendungen verwendet werden kann.
Seit Anbeginn der Zeit ist die Menschheit mit dem Problem konfrontiert, Wege zur Gewinnung von Energie zu finden. Energie gibt es in Formen wie petrochemisch, hydroelektrisch, nuklear, Wind, Biomasse, Sonne und in primitiveren Formen wie Holz und Kohle. In jüngerer Zeit wird umweltfreundliche Energie aus erneuerbaren Quellen gewünscht. Saubere und erneuerbare Energiequellen umfassen auch Wind, Wellen, Biomasse und dergleichen. Noch andere Arten von sauberer Energie umfassen Solarenergie.
Die Solarenergietechnologie wandelt elektromagnetische Strahlung der Sonne allgemein in andere Energieformen um. Diese anderen Energieformen umfassen Wärmeenergie und Strom. Solarzellen werden häufig für Stromanwendungen verwendet. Auch wenn Solarenergie umweltfreundlich ist und bis zu einem Punkt erfolgreich ist, bestehen immer noch viele Einschränkungen, bevor sie in der ganzen Welt verbreitet genutzt wird. Zum Beispiel verwendet eine Art von Solarzelle kristalline Materialien, die aus Halbleitermaterialblöcken gewonnen werden. Diese kristallinen Materialien können genutzt werden, um optoelektronische Einrichtungen herzustellen, die Photovoltaik- und Photodioden-Vorrichtungen umfassen, die elektromagnetische Strahlung in Strom umwandeln. Kristalline Materialien sind aber häufig teuer und schwierig im großen Maßstab herzustellen. Ferner weisen aus solchen kristallinen Materialien hergestellte Vorrichtungen häufig geringe Energieumwandlungswirkungsgrade auf. Andere Arten von Solarzellen nutzen „Dünnschicht”-Technologie, um eine Dünnschicht aus photosensitivem Material zu bilden, die zum Umwandeln von elektromagnetischer Strahlung in Strom zu verwenden ist. Ähnliche Beschränkungen liegen bei der Verwendung von Dünnschichttechnologie bei der Herstellung von Solarzellen vor. D. h. die Wirkungsgrade sind häufig mangelhaft. Ferner ist die Schichtzuverlässigkeit häufig mangelhaft und kann in herkömmlichen Umweltanwendungen nicht über längere Zeiträume verwendet werden. Häufig lassen sich Dünnschichten nur schwierig mechanisch miteinander integrieren. Diese und andere Beschränkungen dieser herkömmlichen Technologien lassen sich in der gesamten vorliegenden Beschreibung und insbesondere nachstehend finden.
In dem Bemühen, die Dünnschicht-Solarzellentechnologie zu verbessern, wurden Prozesse zum Herstellen eines innovativen CIS- und/oder CIGS-basierten photovoltaischem Schichtstapels auf bemessenen Substraten mit ebenen, rohrförmigen, zylindrischen, kreisförmigen oder anderen Formen eingeführt. Es gibt verschiedenen Herstellungsprobleme beim Bilden des photovoltaischen Schichtstapels, wie etwa Wahren der Strukturunversehrtheit von Substratmaterialien, Steuern von chemischen Zusammensetzungen der Inhaltsstoffe in einer oder mehreren Vorläuferschichten, Ausführen von geeigneter reaktiver Wärmebehandlung der einen oder mehreren Vorläuferschichten in einer erwünschten Gasumgebung, Sicherstellen von Gleichmäßigkeit und Granularität des Dünnschichtmaterials während reaktiver Wärmebehandlung etc. Insbesondere beim Herstellen der dünnschichtbasierten Solarzelle auf einem großen Substrat ist Temperaturgleichmäßigkeit über der gesamten Substratoberfläche erwünscht. Während herkömmliche Techniken in der Vergangenheit einige dieser Punkte gelöst haben, sind sie in verschiedenen Situationen häufig ungeeignet. Daher ist es wünschenswert, ein verbessertes System und Verfahren zum Verarbeiten von Dünnschicht-Photovoltaikvorrichtungen auf festen oder biegsamen Substraten ebener oder nicht ebener Form zu haben.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Diese Erfindung sieht ein Verfahren und eine Einrichtung zum Halten von großen Substraten mit Vorläufermaterial für Wärmebehandlung vor. Das Verfahren und die Einrichtung sehen eine verbesserte Beladungskonfiguration für mehrere Substrate während Wärmeprozessen für die Herstellung von dünnschichtbasierten Photovoltaikvorrichtungen vor.
Diese Erfindung sieht ein Verfahren zum Halten von mehreren ebenen Substraten für Wärmebehandlung in einem rohrförmigen Ofen mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende vor. Der rohrförmige Ofen ist von Heizelementen zum Durchführen eines Wärmebehandlungsprozesses umgeben. Das erste Ende weist eine Klappe auf und das zweite Ende ist isoliert. Das Verfahren umfasst weiterhin das Vorsehen einer Bootvorrichtung mit einem unteren Rahmen, der mit einem oberen Rahmen gekoppelt ist. Der untere Rahmen umfasst zwei Längenabschnitte und einen ersten Breitenabschnitt, einen zweiten Breitenabschnitt und ein oder mehrere mittlere Elemente, die zwischen den zwei Längenabschnitten verbunden sind. Ein gerillter Stab ist jeweils an dem ersten Breitenabschnitt, dem zweiten Breitenabschnitt und jedem von dem einem oder den mehreren mittleren Elementen montiert. Die Substrate sind in der Bootvorrichtung positioniert, so dass die Rillen beabstandete ebene Substrate bei einem erwünschten Abstand lagern. Die Bootvorrichtung wird für den Wärmebehandlungsprozess mittels einer Regalvorrichtung in den rohrförmigen Ofen geladen.
Das Verfahren umfasst eine Substratanordnung, bei der jedes Substrat allein in eine Rille ohne eine vordere/hintere Phasenkonfiguration eingesetzt ist, und wobei ein Mindestabstand zwischen benachbarten Substraten mindestens gleich einem Sollwert, z. B. einem Zoll, ist.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Beladungskonfiguration eine Substratanordnung, bei der jedes Substrat allein in eine Rille gesetzt wird, wobei eine Vorder-/Rückfläche jedes Substrat direkt einer anderen Vorder-/Rückfläche eines benachbarten Substrats zugewandt ist, das in einer anderen Rille bei einem Sollabstand eingesetzt ist.
In einer noch anderen Ausführungsform umfasst die Beladungskonfiguration das Ersetzen jedes ersten gerillten Stabs an dem unteren Rahmen durch einen zweiten gerillten Stab, der an dem ersten Breitenabschnitt, dem zweiten Breitenabschnitt und jedem von einem oder mehreren mittleren Elementen montiert ist. Jeder zweite gerillte Stab umfasst mehrere zweite Rillen in einer zweiten räumlichen Konfiguration.
In einer alternativen Ausführungsform sieht die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zum Halten eines oder mehrerer Substrate für Wärmebehandlung vor. Die Einrichtung umfasst eine Rahmenvorrichtung mit einer im Wesentlichen rechteckigen Prismenform, die einen unteren Rahmen, einen oberen Rahmen, ein oder mehrere Seitenverbindungsleisten, die mit dem unteren Rahmen und dem oberen Rahmen gekoppelt sind, umfasst. Der untere Rahmen weist zwei Breitenelemente und ein oder mehrere mittlere verbundene Elemente auf, die zwischen zwei Längenelementen verbunden sind. Die Einrichtung umfasst weiterhin einen ersten gerillten Stab, der an jedem der zwei Breitenelemente und jedem von einem oder mehreren mittleren verbundenen Elementen abnehmbar montiert ist. Jeder erste gerillte Stab umfasst erste mehrere Rillen, die jeweils konfiguriert sind, um mehrere ebene Substrate in einer ersten Konfiguration zu lagern. Ferner umfasst die Einrichtung eine erste gerillte Leiste, die an jedem von zwei Breitenelementen des oberen Rahmens abnehmbar montiert ist. Jede erste gerillte Leiste umfasst zweite mehrere Rillen, die zum Führen der mehreren ebenen Substrate jeweils mit den ersten mehreren Rillen ausgerichtet sind. Weiterhin umfasst die Einrichtung eine Regalstruktur, die als mechanische Stütze der Rahmenvorrichtung in einer Beladungsposition in einem Ofen zum Unterziehen der mehreren ebenen Substrate in der ersten Konfiguration einem oder mehreren reaktiven Wärmebehandlungsprozessen konfiguriert ist.
In einer noch anderen alternativen Ausführungsform sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten von Substraten durch Wärmebehandlungen vor, wobei ihre Temperaturdifferenz zumindest während einer Verweilphase zwischen Hochfahr- und Absenkphasen jeweils auf innerhalb 15 Grad Celsius gesteuert wird. Zudem sieht der Ofen ein umschlossenes Volumen vor, um eine Vorläuferschicht, die mindestens Kupfer- und Indiumspezies enthält, die über einer Oberfläche jedes Substrats liegt, einer gasförmigen Selen- oder Schwefelspezies auszusetzen, um eine photovoltaischen Absorber für die Solarzelle zu erzeugen.
Die Erfindung sieht eine Einrichtung zum Halten von mehreren ebenen Substraten, über die denen photovoltaische Vorläuferschichten liegen, in einem Ofenrohr. Das Ofenrohr hat Heizelemente, um in gesteuerter Weise Wärmeenergie zu liefern. Der Ofen kann mit einer erwünschten gasförmigen Spezies, einschließlich Selen und/oder Schwefel, für eine reaktive Wärmebehandlung der Vorläuferschicht für die Herstellung von Photovoltaikzellen gefüllt werden. insbesondere nutzt die Einrichtung eine Quarzbootvorrichtung mit einer Regalvorrichtung, die mit mehreren Rillen zum Lagern von großen ebenen (in den meisten Fällen rechteckigen oder quadratischen) Glassubstraten konfiguriert ist. Manche Ausführungsformen der Erfindung sehen Beladungskonfigurationen von mehreren ebenen Substraten in der Bootvorrichtung durch vertikales Ausrichten derselben, Anordnen der mehreren Rillen jeweils mit einer entsprechenden Größe und Anordnen derselben mit einem Mindestabstand zwischen einander und in regelmäßigen Gruppen usw. vor. In manchen Ausführungsformen lassen die Beladungskonfigurationen der Substrate in der Quarzbootvorrichtung eine effektive Konvektionsströmung zwischen den ebenen Substraten zu, um während des reaktiven Wärmebehandlungsprozesses Wärmeenergie von heißeren Bereichen zu kühleren Bereichen jedes Substrats zu übertragen.
In einer spezifischen Ausführungsform wird die Temperatur über jedem Substrat im Wesentlichen gleichmäßig gehalten oder die Temperaturdifferenz wird zumindest kleiner als ein festgelegter Wert gesteuert. In einer anderen spezifischen Ausführungsform umfasst eine alternative Beladungskonfiguration zwei Substrate, die in jede Rille Rücken an Rücken eingesetzt sind, wobei eine jeweilige Vorläuferschicht an der Vorderfläche freigelegt ist. Die Vorläuferschicht eines der zwei ebenen Substrate, die in einer ersten Rille geladen sind, ist der Vorläuferschicht eines von zwei ebenen Substraten zugewandt, die in einer benachbarten Rille bei einem vorbestimmten Abstand weg von einer Seite geladen sind, während die Vorläuferschicht eines anderen der zwei ebenen Substrate in der ersten Rille der Vorläuferschicht eines von zwei ebenen Substraten zugewandt ist, die in einer benachbarten Rille bei dem vorbestimmten Abstand weg von einer gegenüberliegenden Seite geladen sind. Daher wird die Anzahl an ebenen Substraten, die in der Quarzbootvorrichtung geladen ist, verglichen mit dem Laden nur eines Substrats auf eine Rille ohne Verringern des Abstands zwischen den ausgesetzten Oberflächen von benachbarten Substraten erhöht. In einer spezifischen Ausführungsform steht der vorbestimmte Abstand zwischen den benachbarten Substraten mit der Ofenrohrkonfiguration, der Abmessung der Substrate, dem Spaltabstand zwischen den geladenen Substraten und der Innenwand des Ofenrohrs sowie einem oder mehreren Wärmebehandlungsprozessen in Verbindung. Zum Beispiel ist der Ofen zum Fördern einer gasförmigen Konvektionsströmung darin in Rohrform ausgebildet. Das Ofenrohr besteht aus Quarzmaterial, das gegenüber Wärmebestrahlung von mehreren in Zonen aufgeteilten Heizelementen um das Rohr mit Temperatursteuerung für verschiedene Bereiche halbtransparent ist. Zum einfachen Absenken von Ofentemperatur nach Bedarf in bestimmten Phasen des Wärmebehandlungsprozesses können auch Kühler hinzugefügt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht entlang einer Achse eines Ofenrohrs, das eine Quarzbootvorrichtung mit geladenen ebenen Substraten für die Herstellung von Photovoltaikzellen umfasst;
2 ist eine perspektivische Ansicht der Quarzbootvorrichtung zum Laden von mehreren ebenen Substraten;
3 ist eine Seitenansicht von dem geschlossenen Ende des Ofenrohrs, das mit einer Quarzbootvorrichtung beladen ist, die mehrere ebene Substrate hält;
4 ist eine Seitenansicht des Ofenrohrs, das mit einer Quarzbootvorrichtung beladen ist, die mehrere ebene Substrate hält;
5 ist eine Seitenansicht des Ofenrohrs, das mit einer Quarzbootvorrichtung beladen ist, die mehrere ebene Substrate hält;
6 ist eine Querschnittansicht von Konvektionsströmungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Querschnittansicht von Konvektionsströmungen gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eingehende Beschreibung der Erfindung
1 ist eine Seitenansicht entlang einer Achse eines Ofenrohrs, das eine Quarzbootvorrichtung mit geladenen ebenen Substraten zur Herstellung von Photovoltaikzellen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst.
Wie gezeigt ist das Ofenrohr 100 durch eine Länge eines rohrförmigen Behälters oder einer rohrförmigen Kammer gekennzeichnet, die ein Raumvolumen einschließt. In einer Ausführungsform weist das Ofenrohr 100 ein erstes Ende 112, das konfiguriert ist, um von einem Abdeckelement (oder einer Klappe) 120 ergriffen, bedeckt und abgedichtet zu werden, und ein zweites Ende 114 auf der gegenüberliegenden Seite auf. Die Innenwand des Ofenrohrs 100 ist eine glatte Oberfläche zum Fördern von interner Gaskonvektion während des Wärmeprozesses. In einer anderen Ausführungsform ist das Ofenrohr 100 in einer Ausrichtung mit seiner Rohrachse 101 entlang der horizontalen Richtung (oder Bodenrichtung) aufgestellt. Das zweite Ende 114 kann auch geöffnet sein und ist für gewöhnlich wärmeisoliert. Mit dem Ofenrohr 100 kann eine Gaszufuhrvorrichtung und/oder ein Gasüberwachungsgerät (nicht gezeigt) zum Vorsehen einer steuerbaren Gasumgebung, die zum Durchführen einer oder mehrerer reaktiver Wärmebehandlungen von Arbeitsproben, die in das Ofenrohr 100 geladen werden, erforderlich ist, gekoppelt sein. Um das Ofenrohr sind mehrere Heizelemente 160 zum Vorsehen von Strahlungswärme gewickelt, die für die Wärmebehandlung erforderlich ist. Das Volumen des Raums 170 des Ofenrohrs 100 lässt abhängig von seinem Durchmesser und seiner Länge das Laden der Bootvorrichtung 140 mit eingesetzten Substraten in das Ofenrohr 100 zu und ist durch eine Regalvorrichtung 142 gelagert.
Die Bootvorrichtung 140 kann mehrere ebene Substrate 150 für die Wärmebehandlung in dem Ofenrohr 100 haften. Zum Beispiel können 40 oder eine größere Anzahl von ebenen rechteckförmigen Substraten in der Bootvorrichtung 140 gleichzeitig gehalten werden. Jedes ebene Substrat kann in der Breite eine Abmessung im unteren zweistelligen Zentimeterbereich und in der Länge von über 100 Zentimeter haben. Für die Herstellung von Dünnschicht-Photovoltaikzellen werden Glassubstrate mit einer Rechteckform von 65 cm × 165 cm verwendet. Bei bestimmten Anwendungen können kleiner bemessene Substrate mit Abmessungen von etwa 20 cm × 20 cm oder 20 cm × 50 cm oder anderen Formfaktoren mit einer leichten Abwandlung der Beladungskonfiguration der Bootvorrichtung geladen werden. Während der Wärmebehandlungsprozesse ist eine Temperaturgleichmäßigkeit des Substrats für gewöhnlich ein Schlüsselparameter des Prozesses. Als einfacher Indikator der Temperaturgleichmäßigkeit kann eine Temperaturdifferenz über dem Substrat, d. h. ΔT = T1 – T2, überwacht werden, wobei T1 eine Temperatur nahe dem unteren Bereich des Substrats darstellt und T2 eine Temperatur nahe dem oberen Bereich des Substrats darstellt. Natürlich könnte eine umfassendere Temperaturdarstellung über eine ganze Oberfläche erforderlich sein.
In einer alternativen Ausführungsform, wie sie in 1 gezeigt ist, sieht die Erfindung auch ein Verfahren zum Bilden einer flexiblen Beladungskonfiguration von mehreren ebenen Substraten in einem Ofen vor. Die Bootvorrichtung 140, die abnehmbar auf der Regalvorrichtung 142 gelagert ist, ist wie gezeigt konfiguriert, um mehrere ebene Substrate 150 im Wesentlichen in einer vertikalen Ausrichtung entlang der Schwerkraftrichtung zu laden. In einer spezifischen Ausführungsform besteht die Bootvorrichtung 140 aus Quarz oder einem anderen Material, das ein guter Wärmeleiter und ein elektrischer Isolator ist. In dieser gesamten Beschreibung wird sie auch direkt als Quarzboot bezeichnet, wenngleich nicht beabsichtigt ist, die Materialwahl für die Bootsvorrichtung 140 zu beschränken. In einer anderen spezifischen Ausführungsform kann die Bootvorrichtung 140 durch das erste Ende 112 ein- und ausgeladen werden Ein Regalelement 141 kann verwendet werden, um die Bootvorrichtung 140 mit einem (nicht gezeigten) Lader zu koppeln, wenn das Abdeckelement 120 geöffnet ist, und die Bootvorrichtung von dem Lader zu laden oder die Bootvorrichtung zurück zu dem Lader zu entladen.
In einer spezifischen Ausführungsform weist die Bootvorrichtung 140 einen unteren Rahmen 145 und einen oberen Rahmen 146 auf, wenngleich in 1 nur eine Seitenansicht gezeigt ist. Die Bootvorrichtung 140 umfasst mehrere gerillte Stäbe 148, die abnehmbar an dem unteren Rahmen 145 montiert sind, sowie zwei gerillte Leisten 149, die abnehmbar an dem oberen Rahmen 146 montiert sind. Jeder gerillte Stab 148 umfasst mehrere Rillen oder Schlitze, die zum jeweiligen Lagern von mehreren ebenen Substraten 150 räumlich ausgerichtet sind. Die zwei gerillten Leisten 149 weisen auch die entsprechenden mehreren Rillen zum Vorsehen von Führung für die geladenen Substrate 150 auf. In einer Ausführungsform ist jede Rille bei einem gleichen Abstand weg von ihrer benachbarten Rille angeordnet, und jede Rille hat eine Größe, die zur Lagerung mindestens eines Substrats geeignet ist. In einer anderen Ausführungsform können alle gerillten Stäbe 148 oder alle gerillten Leisten 149 durch einen anderen Satz von gerillten Stäben oder gerillten Leisten ersetzt sein, die Rillen in einer alternativen Konfiguration mit entweder einem anderen Rillenabstand oder einer anderen Kombination von Rillenabstand und Rillengröße enthalten. In einer Konfiguration kann eine Rille zum Beispiel einen ersten Abstand von ihrer linken benachbarten Rille haben, während sie einen zweiten Abstand von ihrer rechten benachbarten Rille hat. Ferner kann jede Rille eine größere Rillengröße zum Halten von zwei ebenen Substraten in einer Konfiguration Rücken an Rücken haben. In einer alternativen Ausführungsform ist jedes der mehreren ebenen Substrate 150 in einer im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung und parallel zueinander, während die Quarzbootvorrichtung 140 in das Ofenrohr 100 geladen wird, sofern die Rohrachse 101 entlang einer horizontalen Richtung angeordnet ist. Natürlich gibt es viele andere Abänderungen, Abwandlungen und Alternativen.
Ferner zeigt 1 auch ein oder mehrere Prallbleche 130 und 131, die zwischen dem ersten Ende 120 (mit einer Klappe) und der beladenen Quarzbootvorrichtung 140 platziert sind. Die Prallbleche werden zum Steuern der Konvektionsströmung und zum Halten der erwärmten Gase im Wesentlichen umgewälzt um den räumlichen Bereich verwendet, der von den geladenen Substraten eingenommen wird, anstatt an die relativ kalte Klappe 130 verloren zu gehen. Weiterhin ist ein halbmondförmiges Prallblech 131 an einer Position an einem unteren Abschnitt des Ofenrohrs 100 zum Blockieren eines Rückströmens der kälteren Gase zu den Substratraumbereichen angeordnet. Das halbmondförmige Prallblech 131 besteht aus Quarz und weist einen gebogenen Körper mit einer Höhe und einer Krümmung auf, die im Wesentlichen denen der Innenwand ähneln. In einer Ausführungsform kann das halbmondförmige Prallblech eine Bogenlänge von etwa einer Hälfte eines Innenumfangs des Ofenrohrs oder weniger haben. In einer anderen Ausführungsform kann das halbmondförmige Prallblech eine Bogenlänge von etwa 2/5 eines Innenumfangs des Ofenrohrs oder weniger haben. In einer anderen Ausführungsform kann das halbmondförmige Prallblech eine Bogenlänge haben, die von einer Hälfte bis zu etwa 2/3 eines Innenumfangs des Ofenrohrs 100 reicht. In einer Ausführungsform sind die Höhe und die Bogenlänge Parameter, die zum Erreichen einer erwünschten Anpassung an die Konvektionsströmungen oder Ströme, die vorbeigeströmt sind, anpassbar sind.
„Halbmondförmig”, wie es hierin verwendet wird, bedeutet eine „Form, die erzeugt wird, wenn eine kreisförmige Scheibe ein Segment eines anderen Kreises von ihrer Kante entfernt aufweist, so dass eine Form verbleibt, die von zwei Kreisbögen unterschiedlicher Durchmesser, die sich an zwei Punkten schneiden, umschlossen ist”, wenngleich es gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen Abänderungen, Abwandlungen und Alternativen geben kann. Zum Beispiel lassen sich einige Beschreibungen oder Definitionen in öffentlichen Informationswebseiten wie etwa http://en.wikipedia.org/wiki/Crescent finden. Zum Beispiel kann der Begriff ein oder mehrere halbmondförmige Elemente umfassen, wenngleich es auch teilweise halbmondförmige Elemente geben kann.
Wie hierin verwendet haben „oben”, „unten” „offen”, „nahe” ihre offensichtlichen Bedeutungen zum Veranschaulichen der Konfiguration, die in den beispielhaften Figuren in der Beschreibung verwendet wird, und sollten nicht als beanspruchte Beschränkung behandelt werden. Analog sind die Begriffe „unterer” und/oder „oberer” gemäß der üblichen Bedeutung auszulegen und haben keinen spezifischen Bezug bezüglich der Schwerkraftrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. in manchen Ausführungsformen können die Begriffe unterer und/oder oberer ein Verweis auf Schwerkraft sein, wenngleich es einige allgemeine Abänderungen, Abwandlungen und Alternativen geben kann.
Unter Bezug auf 1 können unter Nutzen der Beladungskonfiguration nach den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mehrere ebene Substrate 150 in das Ofenrohr 100 geladen werden. In einer Ausführungsform ist jedes der mehreren ebenen Substrate eine Glasplatte. In einem Beispiel kann das Substrat eine 20 cm × 20 cm große quadratförmige Glasplatte oder eine 20 cm × 50 cm große rechteckförmige Glasplatte sein. In einem anderen Beispiel kann das Substrat eine 65 cm × 165 cm große rechteckförmige Glasplatte sein, wenngleich andere Formfaktoren nicht ausgeschlossen sind. Im Einzelnen ist das Substrat ein Sodakalkglas, das weit verbreitet als transparente Substratplatte für ein Dünnschicht-Solarmodul verwendet wird. In anderen Ausführungsformen kann das Substrat aus anderen transparenten Materialien bestehen, einschließlich Quarzgut, Quarz und anderen. in manchen Ausführungsformen können die Substrate abhängig von Anwendungen mit anderen Formen, einschließlich eben rechteckig, quadratisch und Scheibe und nicht ebener zylindrischer Stab, Rohr, halbzylindrische Fliese oder auch biegsame Folie, verwendet werden.
In einer Ausführungsform sind durch bestimmte Dünnschichtprozesse auf jedem der mehreren ebenen Substrate eine oder mehrere Überschichten auf einer Vorderfläche ausgebildet. Zum Beispiel kann auf der Vorderfläche jedes Substrats unter Verwenden einer Sputtertechnik eine Vorläuferschicht, die Kupferspezies, Indiumspezies und/oder Indium-Gallium-Spezies umfasst, gebildet werden. Dann werden die Substrate in das Ofenrohr zum Unterziehen der Vorläuferschicht einer anschließenden Wärmebehandlung geladen. In einer Ausführungsform kann die Vorläuferschicht in einer Gasumgebung in dem Ofenrohr, die Selenidspezies oder Sulfidspezies und Stickstoffspezies etc. enthält, reaktiv behandelt werden. Wenn die Ofenrohrtemperatur hochgefahren wird, werden die Substrate erwärmt und damit die Arbeitsgase in dem Ofenrohr. Die erwärmten gasförmigen Selenspezies, die der internen Konvektionsströmung folgend herumströmen können, reagieren mit den Kupfer-Indium-Gallium-Spezies in der Vorläuferschicht, die über den Substraten liegt. Der Wärmebehandlungsprozess kann mehrere Schritte zum Hochfahren, Halten und Absenken der Temperatur umfassen. Infolge des reaktiven Prozesses wird die Vorläuferschicht zu einem photovoltaischen Schichtstapel umgewandelt, der Kupfer-Indium(Gallium)-Diselenid(CIGS)-Verbindung enthält, die als Absorberschicht einer Dünnschicht-Photovoltaikzelle dienen kann. Eingehendere Beschreibungen des Wärmebehandlungsprozesses zum Bilden des CIGS-Photovoltaik-Schichtstapels von Dünnschicht-Solarzellen finden sich in der US-Patentanmeldung Nr. 61/178,459 mit dem Titel „Method and System for Selenization in Fabricating CIGS/CIS Solar Cells”, die am 14. Mai 2009 von Robert Wieting eingereicht wurde, deren Inhaberin gleichfalls Stion Corporation aus San Jose ist und die hierdurch durch Bezugnahme aufgenommen ist.
In einer anderen Ausführungsform wird jedes der mehreren ebenen Substrate in einer Beladungskonfiguration in die Quarzbootvorrichtung 140 angeordnet. Die Beladungskonfigurationen können unter Verwenden von wenigen gerillten Stäben oder Leisten, die an einer Rahmenstruktur der Quarzbootvorrichtung montiert sind, angepasst werden. 2 ist eine perspektivische Ansicht der Quarzbootvorrichtung zum Laden von mehreren ebenen Substraten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt ist die Bootvorrichtung 140 eine Rahmenvorrichtung mit einer im Wesentlichen rechteckigen Prismenform, die einen unteren Rahmen 145 und einen oberen Rahmen 146 umfasst, wobei der untere Rahmen 145 und der obere Rahmen 146 durch mehrere Seitenverbindungsleisten fest gekoppelt sind. Der untere Rahmen 145 weist einen ersten Breitenabschnitt 1451, einen zweiten Breitenabschnitt 1452 und ein oder mehrere mittlere Elemente 1453, 1454 auf, die zwischen zwei Längenabschnitten 1455 und 1456 verbunden sind. Jeder gerillte Stab 148 ist an jedem von erstem Breitenabschnitt 1451, zweitem Breitenabschnitt 1452 und einem oder mehreren mittleren Elementen 1453, 1454 des unteren Rahmens 145 angebaut. Wie gezeigt umfasst jeder gerillte Stab 148 mehrere Rillen, vermutlich nach oben weisend, die in einer bestimmten Konfiguration entlang der Länge des Stabs angeordnet sind. Insbesondere ist jede Rille konfiguriert, um ein oder mehrere Stücke von Glassubstraten zu lagern. Die vier gerillten Stäbe 148 sind so ausgerichtet, dass sich eine Rille von jedem gerillten Stab genau in Position befindet, um mindestens ein ebenes Substrat einzusetzen. In der Implementierung sitzt jedes geladene ebene Substrat in den vier Rillen der jeweiligen gerillten Stäbe in einer im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung parallel zur Schwerkraftrichtung, und alle geladenen ebenen Substrate sind im Wesentlichen parallel zueinander. Ferner sind zwei gerillte Leisten 149 jeweils an jedem Breitenelement des oberen Rahmens 146 angebaut. Jede gerillte Leiste 149 weist auch mehrere Rillen mit im Wesentlichen der gleichen Konfiguration wie die auf den gerillten Stäben 148 auf und ist mit der entsprechenden Rille der gerillten Stäbe 148 ausgerichtet. Die gerillten Leisten weisen hauptsächlich nach innen, um Führungen für die geladenen ebenen Substrate vorzusehen. Zum Beispiel kann eine Quarzbootvorrichtung, die zum Laden von mehreren ebenen Substraten im Wesentlichen in einer horizontalen Ausrichtung senkrecht zur Schwerkraftrichtung konstruiert ist, eine alternative Option sein, die gerillte Stäbe oder gerillte Leisten nutzt, die an den Seitenverbindungsleisten als Substratlagerung und -führung montiert sind.
3 ist eine vereinfachte Seitenansicht des Ofenrohrs, das mit einer Quarzbootvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beladen ist, die mehrere ebene Substrate hält. Wie gezeigt sind mehrere ebene Substrate 211, 212 etc. jeweils in mehrere Rillen 251, 252 etc. in einer spezifischen Konfiguration in einer Quarzbootvorrichtung 240 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingeführt. Insbesondere sind die mehreren Rillen mit einem gleichen Abstand für jede benachbarte Rille angeordnet. Auch wenn jede Rille eine Größe zum Lagern mindestens eines Substrats hat, wird nur jede zweite Rille für ein Substrat genutzt, das in einer vertikalen Ausrichtung geladen werden soll, während eine Rille dazwischen leer gelassen wird. Zum Beispiel lagert die Rille 251 ein Substrat 211 und die Rille 252 ist leer, während die nächste Rille ein nächstes Substrat 212 lagert usw. In bestimmten Ausführungsformen kann die Anzahl an leeren Rillen größer als eins sein. Wenn die mehreren ebenen Substrate 211, 212 etc. in die Quarzbootvorrichtung 240 in der vorstehend beschriebenen Beladungskonfiguration eingesetzt werden, wird für alle benachbarten Substrate ein Abstand 215 vorgesehen. Die Quarzbootvorrichtung 240 wird dann in den rohrförmigen Ofen 200 geladen.
In einer Ausführungsform sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Laden ebener Substrate in einer vorbestimmten Konfiguration vor. Erstens sieht das Verfahren mehrere gleichmäßig beabstandete Rillen vor. Zweitens sieht das Verfahren das Einsetzen der ebenen Substrate in die Rillen mit einem erhöhten Abstand 215 zwischen zwei benachbarten ebenen Substraten vor, über dem von zwei benachbarten Rillen hinaus, indem absichtlich ein oder mehrere Rillen übersprungen werden. Wenn die mehreren ebenen Substrate in dieser Beladungskonfiguration einer reaktiven Wärmebehandlung in einer Gasumgebung in dem rohrförmigen Ofen 200 unterzogen werden, besteht der Vorteil des Aufweisens eines relativ breiten Abstands 215 zwischen zwei benachbarten Substraten darin, genügend Raum für vertikale Konvektionsströmung zu haben. in einer spezifischen Ausführungsform mit den Substraten in vertikaler Ausrichtung wird das heißere Arbeitsgas in dem Ofenrohr 200 von der Konvektionsströmung nach oben mitgeführt, während kälteres Gas nach unten entlang der Substratoberflächen strömt. Ein breiterer Abstand zwischen den ebenen Substraten kann das Ineinanderströmen fördern, was dazu beiträgt, die Temperaturgleichmäßigkeit jedes geladenen Substrats zu verbessern, insbesondere während schneller Hochfahr- und Absenkprozesse der Temperatur. Wenn die Substrate zum Beispiel von relativ niedrigen Temperaturen erwärmt werden, die mittels der (nicht gezeigten) mehreren Heizelemente, die dem Ofenrohr 200 zugeordnet sind, in einem Hochfahrprozess angehoben werden, spielt die Konvektion zwischen den Substraten eine wichtigere Rolle bei der Wärmeübertragung als die Strahlung. Bei höheren Temperaturen dominiert die Strahlung die Konvektion, und eine größere Wärmeübertragung in dem Substrat ist nicht stark von Substratabstand abhängig. In einem anderen Beispiel verringert der größere Substratabstand natürlich die Gesamtzahl an Substraten, die bei festen Abmessungen des Ofenrohrs 200 ladbar sind. Daher muss der Substratabstand eventuell optimiert und vorbestimmt werden. Sobald ein erwünschter Abstand zwischen Substraten ermittelt ist, kann das entsprechende Rillenmuster in die gerillte Leiste oder den gerillten Stab zum Anbau an die Bootvorrichtung zum Laden von Substraten in einer erwünschten Konfiguration integriert werden.
In alternativen Ausführungsformen umfassen andere Parameter, die die Wirksamkeit von Wärmeübertragung oder anschließend die Substratwärmegleichmäßigkeit beeinflussen, Zeit (oder Hochfahr/Absenkrate von Heizelement/Kühlelement) und thermische Masse oder Gesamtzahl der geladenen Substrate. Diese Parameter stehen auch untereinander in Verbindung. Wenn zum Beispiel die Gesamtzahl an Substraten auf der Suche nach höherem Produktionsertrag erhöht wird, fordert sie tatsächlich einen breiteren Substratabstand 215 für effektive Konvektionsströmung, was letztendlich die Gesamtzahl von ladbaren Substraten verringert. Bei den Substraten mit Abmessungen einer Größe von 65 × 165 cm kann eine hohe Temperaturdifferenz (ΔT) zu Verziehen und Brechen des Substrats führen. Eine gleichmäßige Temperatur ist für die Gleichmäßigkeit des Dünnschichtprozesses, Vorläuferreaktionen und natürlich bessere Leistung der Vorrichtungen erwünscht. Zum Beispiel kann eine ΔT von weniger als 15 Grad Celsius während der Verweilphase des Wärmebehandlungsprozesses erwünscht sein, während die ΔT während einer Hochfahr-/Absenkphase bis auf 100 Grad Celsius steigen kann, wenn die Hochfahr-/Absenkrate hoch ist. Daher umfassen eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Verwenden eines Simulationsmodells, um einen Trend der Änderung der Beladungskonfiguration und deren Einfluss auf die Temperaturgleichmäßigkeit zu ermitteln. In einer Ausführungsform wird das Modell von einem realen System unter Verwenden einer kleineren Substrat- und Ofengröße im Maßstab verkleinert, um die Rechenzeit zu verringern. Die Substrate in dem Modell sind 20 cm × 50 cm groß statt der vollen Größe von 65 cm × 165 cm. Die Substratdicke und der Abstand werden ebenfalls entsprechend maßstabmäßig verringert, und insgesamt werden in das Modell nur 16 Substrate mit ihrem Substratabstand bei einem Bereich von 0,5 Zoll bis zu mehreren Zoll eingesetzt. Die Zeitskala wird wesentlich verringert, so dass die Hochfahr-/Absenkraten schneller als das reale System sein können. Die Verhaltenstrends dieses Modells folgen eng denen des Systems voller Größe, auch wenn Absolutwerte von Temperaturen über den Substraten von den echten Werten eines realen Systems abweichen können. Zum Beispiel wird das skalierte System für den rohrförmigen Ofen 200 simuliert, der mit einem Quarzboot 240 beladen ist, das die gerillten Stäbe 248 und gerillten Leisten 249 mit einer spezifischen Rillenkonfiguration mit einem gewählten Abstand umfasst. Dieses Simulationsmodell kann als Richtlinie für die Implementierung des realen Systems verwendet werden und trägt schließlich dazu bei, eine optimierte Beladungskonfiguration für eine bestimmte Anzahl von Substraten zu ermitteln. In einer spezifischen Implementierung wird eine „Computational Fluid Dynamits(CFD)”-Software zum Analysieren der Konvektionsfluidströmung und zum Berechnen der Wärmeübertragungsreaktion eines Simulationsmodellsystems beruhend auf den skalierten Strukturparametern verwendet. Insbesondere wird ein im Handel erhältliches Programm namens CFdesign^TM von Blue Ridge Numerics, Inc. durch Anpassen von Eingabeparametern für System, Materialien, Grenze und Anfangsbedingungen eingesetzt. Natürlich kann eine andere universelle rechnerische Fluiddynamiksimulationssoftware verwendet werden.
4 ist eine vereinfachte Seitenansicht des Ofenrohrs, das mit einer Quarzbootvorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beladen ist, die mehrere ebene Substrate hält. Dieses Diagramm ist lediglich ein Beispiel und sollte die Ansprüche hierin nicht unangebracht beschränken. Ein Fachmann würde andere Abänderungen, Abwandlungen und Alternativen erkennen. Wie gezeigt sind mehrere ebene Substrate 311, 312 etc. jeweils in mehrere Rillen 351, 352 etc. in einer spezifischen Konfiguration in einer Quarzbootvorrichtung 340 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt. In einer Implementierung ist die in das Ofenrohr 300 geladene Quarzbootvorrichtung 340 im Wesentlichen die gleiche wie die in das Ofenrohr 200 geladene Quarzbootvorrichtung 240, lediglich treten die gerillten Stäbe 348 zum Lagern der Substrate und die gerillten Leisten 349 zum Führen der Substrate an Stelle der gerillten Stäbe 248 und der gerillten Leisten 249. Die in 4 gezeigte Ausführungsform sieht auch ein Verfahren zum Laden von mehreren ebenen Substraten in einer alternativen Konfiguration vor. Insbesondere kann diese Beladungskonfiguration einen verbesserten Produktionsertrag durch Erhöhen der Gesamtzahl der Substrate vorsehen, während immer noch ausreichend Substratabstand zum Fördern von interner Konvektion ohne strukturelle Änderungen der Abmessung des Ofenrohrs 300 und der Regalvorrichtung 345, 346 des Quarzboots 340 beibehalten wird.
In einer spezifischen Ausführungsform sind die mehreren Rillen in dieser alternativen Beladungskonfiguration in einer regelmäßigen Gruppe angeordnet. Jede Gruppe umfasst mindestens eine erste Rille und eine zweite Rille, die bei einem vorbestimmten Abstand weg von der ersten Rille angeordnet ist. Der Abstand dazwischen kann kleiner, gleich oder größer als eine Größe einer einzelnen Rille sein. Jede Gruppe ist so angeordnet, dass sie körperlich neben ihrer Nachbargruppe ist, so dass die erste Rille der Gruppe an einer Seite neben einer zweiten Rille ihrer Nachbargruppe ist und an einer anderen Seite die zweite Rille der Gruppe neben einer ersten Rille ihrer Nachbargruppe ist. Jede Rille ist so konfiguriert, dass sie das Einsetzen eines Substrats zulässt. Zum Beispiel wird ein Substrat 311 in die erste Rille 351 der ersten Gruppe eingesetzt und ein Substrat 312 wird in die zweite Rille 352 der Gruppe mit einem Abstand 315 weg von dem Substrat 311 eingesetzt. Der Abstand 315 wird im Wesentlichen durch den Abstand zwischen der ersten Rille 351 und der zweiten Rille 352 ermittelt. Ferner ist die erste Rille 353 einer allernächsten Gruppe körperlich neben der zweiten Rille der ersten Gruppe angeordnet. In regelmäßiger Weise positioniert ist die zweite Rille 354 der allernächsten Gruppe ebenfalls bei dem Abstand weg von der ersten Rille 353 angeordnet. Entsprechend kann jede Rille der allernächsten Gruppe in ein Substrat 313 (in Rille 353) oder ein Substrat 314 (in Rille 354) eingesetzt werden.
In einer anderen spezifischen Ausführungsform umfasst die in 4 beschriebene Beladungskonfiguration eine spezifische vordere/hintere Phasenkonfiguration für jedes ebene Substrat, das in die entsprechende erste und zweite Rille jeder der regelmäßigen Gruppen von Rillen eingesetzt wird. in einer Implementierung ist jedes Substrat ein ebenes Glassubstrat, das mit einem oder mehreren Dünnschichtprozessen bearbeitet wurde. Das ebene Glassubstrat weist eine Vorderfläche auf, über der ein Dünnschicht-Verbundstoff liegt, während ihre entsprechende Rückfläche blankes Glas sein kann. In einem Beispiel ist der Dünnschicht-Verbundstoff eine photovoltaische Vorläuferschicht, die mindestens Kupferspezies, Indiumspezies und/oder Galliumspezies oder Silberspezies enthält. Daher umfasst eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Einsetzen von zwei solchen ebenen Substraten jeweils in jede Gruppe, wobei deren photovoltaische Vorläuferschichten auf jedem Substrat einander direkt zugewandt sind. Zum Beispiel enthält die Oberfläche 1A von Substrat 311 eine photovoltaische Vorläuferschicht, die einer photovoltaischen Vorläuferschicht zugewandt ist, die auf der Oberfläche 2A von Substrat 312 ausgebildet ist. Die Rückfläche des Substrats 312 ist einer Rückfläche eines anderen Substrats 313 zugewandt, das in eine erste Rille 353 einer benachbarten Gruppe eingesetzt ist. Da eine chemische Reaktion zwischen der Vorläuferschicht und Umgebungsarbeitsgas in dem Ofen 300 nur an der Vorderfläche jedes Substrats erfolgt, ist nur die Konvektionsströmung zwischen diesen Vorderflächen von zwei ebenen Substraten von Belang, während eine Konvektionsströmung zwischen den Rückseiten weniger wichtig ist. Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die dieser Beladungskonfiguration zugeordnet ist, umfasst weiterhin das Ermitteln eines Mindestvorderflächenabstands zwischen zwei Substraten, die in jede Gruppe eingesetzt sind. Dies kann auch unter Verwenden eines Simulationsmodells verwirklicht werden, das auf einem System und Substraten mit im Maßstab verkleinerten Maßen beruht, um einen Temperaturtrend der Änderung nach Abstandsänderung zu ermitteln. Das Simulationsmodell wird unter Verwenden einer Klasse eines Softwareprogramms namens CFdesign^TM beruhend auf der skalierten Systemstruktur und Materialparametern ausgeführt. Mittels der Simulation kann ein Bereich von erwünschten Abstandswerten ermittelt werden, so dass die entsprechenden Rillenmuster in jeden der gerillten Stäbe 348 und in jede der gerillten Leisten 349 integriert werden können. Dann können diese gerillten Stäbe und Leisten montiert werden, um eine Standardquarzbootvorrichtung 340 zum Laden von mehreren Substraten in dieser neuen Beladungskonfiguration anzupassen. Ein Vorteil dieser Beladungskonfiguration ist, dass die Gesamtzahl von Substraten, die bei einer festen Quarzbootgröße geladen werden können, verglichen mit dem Einsetzen von Substraten mit einem einfachen gleichen Abstand, aber ohne vordere/hintere Phasenkonfiguration erhöht wird. Natürlich kann es viele Abänderungen, Alternativen und Abwandlungen geben.
5 ist eine Seitenansicht des Ofenrohrs, das mit einer Quarzbootvorrichtung gemäß einer anderen alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beladen ist, die mehrere ebene Substrate hält. Wie gezeigt sind mehrere ebene Substrate 411, 412 etc. in mehrere Rillen 451 in einer paarweisen Konfiguration Rücken an Rücken in einer Quarzbootvorrichtung 440 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt. In einer Implementierung ist die in das Ofenrohr 400 geladene Quarzbootvorrichtung 440 im Wesentlichen die gleiche wie die in das Ofenrohr 200 geladene Quarzbootvorrichtung 240, lediglich treten die gerillten Stäbe 448 zum Lagern der Substrate und die gerillten Leisten 449 zum Führen der Substrate an Stelle der gerillten Stäbe 248 und der gerillten Leisten 249. Die in 5 gezeigte Ausführungsform sieht auch ein Verfahren zum Laden von mehreren ebenen Substraten in einer alternativen Konfiguration vor. Insbesondere kann diese Beladungskonfiguration einen weiter verbesserten Produktionsertrag durch Erhöhen der Gesamtzahl der Substrate vorsehen, während immer noch ausreichend Substratabstand zum Fördern von interner Konvektion ohne strukturelle Änderungen der Abmessung des Ofenrohrs 400 und der Rahmen 445, 446 des Quarzboots 440 beibehalten wird.
In einer spezifischen Ausführungsform ist jede der mehreren Rillen 451 so konfiguriert, dass sie in ein Paar von ebenen Substraten in einer Beladungskonfiguration Rücken an Rücken passen kann. In einer spezifischen Ausführungsform ist der Abstand eine Einzelkonstante für alle benachbarten Rillen, wenngleich er entlang des gerillten Stabs oder der gerillten Leiste von seinem Ende zur seiner Mitte verändert sein kann. In dieser Konfiguration wird die Substratbeladung wiederum mit ihrer konfigurierten vorderen/hinteren Phase ausgeführt. Abhängig von den Ausführungsformen kann jedes Substrat 411 eine Glasplatte zum Herstellen von Photovoltaikzellen sein. In einer Implementierung weist das Glassubstrat eine Vorderfläche auf, die von mehreren Materialschichten bedeckt ist, die eine Vorläuferschicht umfassen, die darauf ausgebildet ist, während ihre Rückfläche als blankes Glas belassen ist. Mehrere dieser Substrate werden in die Ofenrohrvorrichtung 400 geladen, um die Vorläuferschichten einem oder mehreren reaktiven Wärmebehandlungsprozessen zu unterziehen und einen photovoltaischen Absorber zu bilden. Daher muss nur eine Vorderfläche jedes ebenen Substrats mit der Vorläuferschicht oben darauf einem reaktiven Umgebungsgas in dem Ofenrohr ausgesetzt werden, und die Rückseite des gleichen Substrats kann mit einer anderen Rückseite eines anderen Substrats in Berührung kommen, und diese beiden Substrate können in eine einzige Rille (mit vergrößerter Abmessung) eingesetzt werden. Zum Beispiel werden Substrat 411 und Substrat 412 zusammen in einer Konfiguration Rücken an Rücken in eine erste Rille eingesetzt. Eine zweite Rille ist eine Strecke weg von der ersten Rille angeordnet. Die Vorderseite 1A von Substrat 412 würde der Vorderseite 2A eines anderen der zwei Substrate zugewandt sein, die zusammen Rücken an Rücken in die zweite Rille eingesetzt sind. Der Abstand von Rille zu Rille ist so konfiguriert, dass er ausreichend groß ist, damit der Substratabstand 415 (d. h. Abstand 1A–2A) gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist. Da der Wärmeprozess eine chemische Reaktion zwischen dem Festphasenschichtmaterial (der Vorläuferschicht) auf den Substraten und dem Gasphasenmaterial, das in das Ofenrohr gefüllt ist, mit sich bringt, kann ein größerer Abstand zwischen diesen vertikal angeordneten Substraten während der reaktiven Wärmebehandlungsprozesse Konvektionsströmung dazwischen fördern. Diese spezifische Konfiguration minimiert den Abstand von Rücken zu Rücken (im Wesentlichen gleich null), so dass mehr Raum zum Vergrößern des Abstands 415 von Vorderseite zu Vorderseite zwischen zwei Substraten, die in benachbarten Rillen angeordnet sind, und zum Laden von mehr Substraten in einer solchen Konfiguration vorgesehen wird.
In einer anderen spezifischen Ausführungsform umfasst die in 5 beschriebene Beladungskonfiguration eine spezifische vordere/hintere Phasenkonfiguration für jedes Substrat und eine zusätzliche spezifische Größenkonfiguration für jede Rille, um mit nur zwei Substraten zu passen. Weiterhin umfasst die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die dieser Beladungskonfiguration zugeordnet ist, das Ermitteln eines Mindestabstands von Vorderseite zu Vorderseite zwischen zwei Substraten, die jeweils in zwei benachbarte Rillen eingesetzt sind. Dies kann unter Verwenden eines Simulationsmodells verwirklicht werden, das auf einem System und Substraten mit maßstäblich verkleinerten Abmessungen beruht, um einen Temperaturgleichmäßigkeitsänderungstrend nach Änderung des Abstands von Vorderseite zu Vorderseite zu ermitteln. Das Simulationsmodell wird unter Verwenden einer rechnerischen Fluiddynamiksoftware, zum Beispiel eines Programms namens CFdesign^TM ausgeführt, das von Blue Ridge Numerics, Inc. bereitgestellt wird und auf skalierten Systemparametern beruht. Durch die Simulation kann ein Bereich von Abstandssollwerten ermittelt werden, so dass die entsprechenden Rillenmuster in jeden der gerillten Stäbe 448 und jede der gerillten Leisten 449 integriert werden können. Dann können diese gerillten Stäbe 448 und Leisten 449 montiert werden, um ein Standardquarzboot 440 zum Beladen mit mehreren ebenen Substraten 411 und 412 in der entsprechenden Konfiguration anzupassen. Ein Vorteil bei Minimieren des Abstands von Vorderseite zu Vorderseite ist das Maximieren der Gesamtzahl von Substraten, die bei einer festen Quarzbootgröße ladbar sind. Ein Beispiel ist das Festlegen des Substratabstands als einziger Wert für alle eingesetzten Substrate, wenngleich der Abstand von einer Seite des Quarzboots zur anderen Seite verändert werden kann. Natürlich kann es viele Abänderungen, Alternativen und Abwandlungen geben.
6 ist eine beispielhafte Querschnittansicht von simulierten Konvektionsströmungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In einer spezifischen Ausführungsform sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verwenden eines Simulationsmodells zum Ermitteln mindestens eines Änderungstrends der Temperaturverteilung, die der Substratbeladungskonfiguration in einem rohrförmigen Ofen zugeordnet ist, vor. Wie gezeigt ist der obere Abschnitt (A) von 6 eine Querschnittansicht entlang einer Achse eines modellierten rohrförmigen Ofens 600. Der modellierte Ofen 600 ähnelt im Wesentlichen dem realen Ofenrohr 100, ist aber in den Abmessungen reduziert, um Ergebnisse mit machbarer Rechenzeit zu erhalten. In einer Implementierung wird eine Klasse von rechnerischer Fluiddynamiksoftware bei diesen Simulationen verwendet. Zum Beispiel wird ein Programm namens CFdesign^TM, das von Blue Ridge Numerics, Inc. bereitgestellt wird, mit einem Modell verwendet, das auf maßstäblich verringerten Systemabmessungen und Materialparametern und anfänglichen Bedingungen basiert, die im Wesentlichen nahe einem realen System, das gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung entwickelt wurde, sind. Wie in 6A zusätzlich gezeigt ist, ist eines von mehreren rechteckförmigen ebenen Substraten 610, ebenfalls von verringerten Abmessungen, in einer mittleren Position in dem Modellofen 600 geladen. Während eines oder mehrerer reaktiver Wärmebehandlungsprozesse pflegen erwärmte Gasspezies sich nach oben zu bewegen und kältere Gasspezies nach unten zu strömen, um in dem Volumen des Modellofens 600 Konvektionsströmungen zu bilden. Beruhend auf den Ergebnissen der Simulation zeigt 6A mindestens einen Teil der Konvektionsströmung 650 entlang der axialen Querschnittebene, die sich in einem räumlichen Bereich zwischen der Ofeninnenwand und Kanten des Substrats 610 bewegt.
6B sieht eine andere Querschnittansicht des gleichen Systemaufbaus vor, der in dem Simulationsmodell verwendet wird. Wie gezeigt werden in einer Konfiguration gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 16 Substrate 610 nacheinander separat mit einem gleichen Abstand 615 in vertikaler Ausrichtung geladen. Auch wenn dies in dem vereinfachten Simulationsmodell nicht ausdrücklich enthalten ist, können diese Substrate durch einen Probenhalter gelagert werden. Zum Beispiel ein Quarzboot 140, das in 1 der Beschreibung beschrieben ist und das mehrere gerillte Stäbe umfasst, die an ihrer unteren Regalvorrichtung montiert und ausgerichtet sind, um das Einsetzen mindestens eines Substrats in jede Rille zuzulassen. 6B zeigt mindestens einen Teil der Konvektionsströmung 650, die sich entlang einer Querschnittebene senkrecht zu der Rohrachse bewegt. Simulationsergebnisse beruhend auf dem Programm CFdesign^TM zeigen an, dass die erwärmten Gasspezies hauptsächlich entlang des Abstands zwischen der Ofeninnenwand und den Kanten des Substrats 610 nach oben strömen, dann entlang des Abstands zwischen den Substraten 610 nach unten strömen.
Die Simulationsergebnisse umfassen auch Wirkungen von geometrischen Formfaktoren des Systems auf die Temperaturverteilung für jedes Substrat 610. Auch wenn die Absolutwerte von dem realen System abweichen können, können Änderungstrends, die mit mindestens einigen Systemparametern einschließlich Ofenabmessung/-form, Substratabmessung, Gesamtzahl geladener Substrate (thermische Masse), Abstand zwischen benachbarten Substraten, etc. in Verbindung stehen, ermittelt werden. In einer spezifischen Ausführungsform kann ein Änderungstrend, der mit dem Substratabstand für eine bestimmte Beladungskonfiguration, die in 6 gezeigt ist, in Verbindung steht, erhalten werden. Zum Beispiel weist in 6B eine Beladungskonfiguration, die dem rohrförmigen Ofen 600 zugeordnet ist, eine Gesamtzahl von 16 Substraten 610 auf, die jeweils allein und bei einem Abstand 615 getrennt von ihrem Nachbar angeordnet sind. Ein Änderungstrend, der auf der Simulation beruht, zeigt, dass das Reduzieren des Abstands 615 zum Laden von mehr als 16 Substraten 610 die Konvektionsströmung von oben nach unten beschränken kann, was zu einer schlechten Temperaturgleichmäßigkeit führt. Ferner zeigt der auf der Simulation beruhende Änderungstrend, dass das Vergrößern des Abstands 615 die Substrattemperaturgleichmäßigkeit weiter verbessern kann, während die Gesamtzahl von geladenen Substraten 610 verringert wird, was den Produktionsertrag beeinflusst. In gewissem Maße kann ein weiteres Vergrößern des Substratabstands die Temperaturgleichmäßigkeit nicht wesentlich verbessern (während andere Systemparameter Hauptfaktoren werden). Daher kann eine optimale Beladungskonfiguration für einen spezifischen Systemaufbau praktisch ermittelt und für ein reales System empfohlen werden. Natürlich gibt es viele andere Alternativen, Abänderungen und Abwandlungen.
7 ist eine beispielhafte Querschnittansicht von Konvektionsströmungen gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt wird in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein simuliertes Konvektionsströmungsmuster 750 für ein modelliertes System aufgetragen, wobei mehrere ebene Substrate 710 in einer gepaarten Konfiguration Rücken an Rücken in einem rohrförmigen Ofen 700 angeordnet sind. 7A zeigt mindestens einen Teil der Konvektionsströmung 750 entlang einer Achsenebene und zwischen der Innenwand des Ofens 700 und Kanten der Substrate 710. 7B zeigt mindestens einen anderen Teil der Konvektionsströmung 750 entlang einer Querschnittebene senkrecht zu der Achse des Ofenrohrs 700. Der Ofen 700 ist im Wesentlichen der gleiche wie der Modellofen 600, der auf einem realen rohrförmigen Ofen 100 beruht. 7B zeigt, dass durch Paaren der Substrate der Substratabstand 715 zwischen jedem Paar verdoppelt wird, während die Gesamtzahl von Substraten 710 gleich gehalten werden kann.
Diese Beladungskonfiguration nutzt die Substratproben, wobei nur eine Einzelseitenoberfläche der reaktiven Wärmebehandlung unterzogen wird. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Substrate 710 Glassubstrate, mit einer Vorderfläche, die durch mehrere Dünnschichtmaterialien, einschließlich unterer Elektrodenschicht und einer freiliegenden Vorläuferschicht, die über der Elektrodenschicht liegt, vorbeschichtet sein kann, und die gegenüberliegende Rückfläche kann einfach blankes Gras sein. Während reaktiven Wärmebehandlungsprozessen muss nur die Vorläuferschicht Arbeitsgasen ausgesetzt werden, die in das Volumen des Ofens 700 gefüllt sind. Daher wird das Setzen der Rückfläche eines ebenen Substrats gegen eine andere Rückfläche eines anderen ebenen Substrats sicher nicht die erwartete Behandlung der Vorläuferschicht auf der Vorderfläche beeinflussen, während mehr Raum zum Anpassen des Abstands zwischen den Vorläuferschichten enthaltenden Vorderflächen zugestanden wird. In einer anderen Ausführungsform lässt diese Beladungskonfiguration das Erhöhen der Gesamtzahl von geladenen Substraten zu, ohne den Abstand zwischen den Vorläuferschichten auf den Vorderflächen von einem benachbarten Paar von Substraten zu verringern. Dadurch trägt die Beladungskonfiguration dazu bei, den Systemproduktionsertrag zu verbessern, da mehr Substrate zur Behandlung in einem Vorgang geladen werden können, lässt aber immer noch genügend Raum für das Strömen von Gasspezies zwischen den unterzogenen Vorläuferschichtflächen und zum Induzieren einer effektiven Wärmekonvektion, die gut für eine Substrattemperaturgleichmäßigkeit ist. Dies wird wiederum unter Verwenden eines Systems mit verringerter Abmessung oder Gesamtzahl geladener Substrate modelliert. Auch wenn die Absolutwerte bezüglich der Beladungskonfiguration und die sich ergebende Temperaturdifferenz über jedem Substrat eventuell nicht dem realen System entsprechen, kann ein Änderungstrend ermittelt werden und kann eine Richtlinie für das Optkmieren von Verarbeitungsparametern des tatsächlichen Systems abhängig von einer oder mehreren Ausführungsformen vorsehen. Natürlich kann es viele Abänderungen, Alternativen und Abwandlungen geben.
Während die vorliegende Erfindung unter Verwenden spezifischer Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht sich, dass verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Abänderungen an dem in der vorliegenden Erfindung genutzten Verfahren durchgeführt werden können, ohne vom Wesen und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, die in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist. Zum Beispiel ist der rohrförmige Ofen beispielhaft veranschaulicht. Zusätzlich zur Verwendung einer optimierten Beladungskonfiguration für die mehreren Substrate kann ein sorgfältig optimiertes Heiz-/Kühlungszufuhrsystem und eine sorgfältig optimierte Heizelement-/Kühlelementkonfiguration ebenfalls die Temperaturgleichmäßigkeit über den Substraten mit einer Größe von etwa 2 Fuß auf 5 Fuß oder mehr bei Dünnschicht-Photovoltaikvorrichtungen signifikant verbessern. Auch wenn die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bei der reaktiven Wärmebehandlung beim Bilden eines CIS- und/der CIGS-Photovoltaik-Schichtstapels verwendet wurden, können ferner andere dünnschichtbasierte reaktive Wärmebehandlungsprozesse sicherlich ebenfalls von den Ausführungsformen profitieren, ohne von der durch die vorliegenden Ansprüche beschriebenen Erfindung abzuweichen. Abhängig von der Ausführungsform kann das vorliegende Verfahren auch bei siliciumbasierten Photovoltaikvorrichtungen verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

http://en.wikipedia.org/wiki/Crescent [0028]

Claims

Verfahren zum Halten von mehreren ebenen Substraten für Wärmebehandlung, welches umfasst: Vorsehen eines rohrförmigen Ofens mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei der rohrförmige Ofen von mehreren Heizelementen zum Durchführen eines Wärmebehandlungsprozesses umgeben ist, wobei das erste Ende eine Klappe aufweist; Vorsehen einer Bootvorrichtung mit einem unteren Rahmen, der mit einem oberen Rahmen gekoppelt ist, wobei der untere Rahmen zwei Längenabschnitte und einen ersten Breitenabschnitt, einen zweiten Breitenabschnitt und mindestens ein mittleres Element umfasst, das zwischen den zwei Längenabschnitten verbunden ist; Montieren eines gerillten Elements an den ersten Breitenabschnitt, den zweiten Breitenabschnitt und das mindestens eine mittlere Element, wobei jedes gerillte Element mehrere Rillen aufweist; Einsetzen von mehreren ebenen Substraten in die Bootvorrichtung, so dass das gerillte Element an dem ersten Breitenabschnitt, dem zweiten Breitenabschnitt und dem mindestens einen mittleren Element jedes der ebenen Substrate in einer Weise lagert, so dass jedes Substrat bei einem Sollabstand von angrenzenden Substraten getrennt ist; Laden der Bootvorrichtung von dem ersten Ende in den rohrförmigen Ofen; und Unterziehen der mehreren ebenen Substrate dem Wärmebehandlungsprozess.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Ofen Quarzmaterial umfasst und ein Volumen einer Gasumgebung mit mindestens Selen oder Schwefel während des Wärmebehandlungsprozesses umschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einsetzens der mehreren ebenen Substrate in die Bootvorrichtung das Laden jedes ebenen Substrats in die Rillen in vertikaler Ausrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einsetzens der mehreren ebenen Substrate in die Bootvorrichtung das Anordnen jedes ebenen Substrats im Wesentlichen parallel zueinander umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Montieren eines weiteren gerillten Elements an dem oberen Rahmen zum Führen der mehreren ebenen Substrate in die Bootvorrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, die Substrate sind bei einem Sollabstand zwischen Substraten beabstandet.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Ersetzen jedes ersten gerillten Elements an dem unteren Rahmen durch ein zweitens gerilltes Element jeweils an dem ersten Breitenabschnitt, dem zweiten Breitenabschnitt und jedem des mindestens einen mittleren Elements umfasst, wobei jeder zweite gerillte Stab zweite mehrere Rillen in einer zweiten räumlichen Konfiguration aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite räumliche Konfiguration eine Anordnung der mehreren ebenen Substrate umfasst, wobei jedes eingesetzte ebene Substrat nach dem Einsetzen eine Vorderfläche aufweist, die direkt einer Rückfläche eines anderen ebenen Substrats zugewandt ist, das in eine benachbarte Rille eingesetzt ist, wobei die Beabstandung von Vorderfläche zu Vorderfläche zumindest gleich oder größer als der Sollabstand ist und die Beabstandung von Rückfläche zu Rückfläche wesentlich kleiner als die Beabstandung von Vorderfläche zu Vorderfläche ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite räumliche Konfiguration eine Anordnung der mehreren ebenen Substrate umfasst, wobei die Beabstandung von Rückfläche zu Rückfläche im Wesentlichen null ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderfläche jedes Substrats eine photovoltaische Vorläuferschicht, die mindestens Kupfer-, Indium- und Galliumspezies umfasst, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der mehreren ebenen Substrate Glas mit einem Formfaktor gewählt mindestens aus einem Rechteck von 65 cm × 165 cm, einem Rechteck von 20 cm × 50 cm, einem Quadrat von 20 cm × 20 cm umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollabstand zum Beibehalten einer Konvektionsströmung zwischen zwei benachbarten ebenen Substraten, so dass eine Temperaturdifferenz in jedem ebenen Substrat zumindest während einer Verweilphase des Wärmebehandlungsprozesses kleiner als 15 Grad Celsius sein kann.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollabstand teilweise durch Prozessparameter ermittelt wird, die eine Gesamtzahl der mehreren in die Bootvorrichtung eingesetzten ebenen Substrate, eine Abmessung jedes ebenen Substrats, eine räumliche Abmessung des rohförmigen Ofens und eine strukturelle Konfiguration der Bootvorrichtung in dem rohrförmigen Ofen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollabstand weiterhin durch einen Aufbau der dem rohrförmigen Ofen zugeordneten mehreren Heizelemente, einschließlich einer Positionierungskonfiguration und einer Hochfahr-/Absenkrate der Temperatur, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollabstand weiterhin unter Verwenden eines Rechenmodells beruhend auf einem Simulationssystem mit einer im Maßstab verkleinerten körperlichen Abmessung und Anzahl von Substraten ermittelt wird.
Einrichtung zum Halten von Substraten für Wärmebehandlung, welche umfasst: eine Rahmenvorrichtung mit einer im Wesentlichen rechteckigen Prismenform, wobei die Rahmenvorrichtung einen unteren Rahmen, einen oberen Rahmen, Seitenverbindungsleisten, die den unteren Rahmen und den oberen Rahmen koppeln, aufweist, wobei der untere Rahmen zwei Breitenelemente und mittlere verbundene Elemente, die zwischen den zwei Längenelementen verbunden sind, aufweist; einen ersten gerillten Stab, der abnehmbar an jedem der zwei Breitenelemente und jedem der mittleren verbundenen Elemente montiert ist, wobei jeder erste gerillte Stab erste mehrere Rillen zum Lagern von ebenen Substraten umfasst; eine erste gerillte Leiste, die abnehmbar an jedem von zwei Breitenelementen des oberen Rahmens montiert ist, wobei jede erste gerillte Leiste zweite mehrere Rillen, die mit den ersten mehreren Rillen ausgerichtet sind, zum Führen der mehreren ebenen Substrate in die Einrichtung umfasst; und eine Regalstruktur, die als mechanische Stütze der Rahmenvorrichtung in einer Ladeposition in einem Ofen konfiguriert ist, um die mehreren ebenen Substrate in der ersten Konfiguration einem oder mehreren reaktiven Wärmebehandlungsprozessen zu unterziehen.
Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenvorrichtung und der erste gerillte Stab und die erste gerillte Leiste Quarz umfassen.
Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der mehreren ebenen Substrate Glas mit mindestens einer Oberfläche umfasst, über der eine photovoltaische Vorläuferschicht liegt, die mindestens Kupfer-, Indium- und Galliumspezies umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der mehreren ebenen Substrate ein Stück Sodakalkglas mit einem Formfaktor gewählt mindestens aus einem 65 cm × 165 cm großen Rechteck, einem 20 cm × 50 cm großen Rechteck, einem 20 cm × 20 cm grollen Quadrat umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Konfiguration eine Anordnung der mehreren ebenen Substrate in einer im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung und parallel zu einem benachbarten ebenen Substrat bei einem Abstand gleich oder großer als ein vorbestimmter Wert, der mindestens dem Ofen und dem einen oder den mehreren Wärmebehandlungsprozessen zugeordnet ist, umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Wert eine Mindestbeabstandung zum Beibehalten einer ausreichenden Konvektionsströmung umfasst, so dass eine Temperaturdifferenz über jedem ebenen Substrat zumindest während einer Verweilphase der Wärmebehandlungsprozesse kleiner als 15 Grad Celsius ist.
Einrichtung nach Anspruch 21, welche weiterhin einen zweiten gerillten Stab zum Ersetzen des ersten gerillten Stabs zum Montieren an jedem der zwei Breitenelemente und jedem des einen oder der mehreren mittleren verbundenen Elemente umfasst, wobei jeder zweite gerillte Stab zweite mehrere Rillen umfasst, die jeweils konfiguriert sind, um mehrere ebene Substrate in einer zweiten Konfiguration zu lagern, wobei jede Rille mindestens ein ebenes Substrat lagert.
Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Konfiguration eine Anordnung der mehreren ebenen Substrate im Wesentlichen parallel zueinander umfasst, wobei eine Vorder-/Rückfläche eines ebenen Substrates einer anderen Vorder-/Rückfläche eines benachbarten ebenen Substrats bei einem ersten/zweiten Abstand zugewandt ist, wobei der erste Abstand gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, wobei der zweite Abstand wesentlich kleiner als der erste Abstand ist.
Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderfläche jedes ebenen Substrats eine Vorläuferschicht umfasst, die dem einen oder den mehreren Wärmebehandlungsprozessen unterzogen wird.
Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abstand im Wesentlichen null ist und jede Rille konfiguriert ist, um zwei ebene Substrate in einer Konfiguration Rücken an Rücken zu lagern.
Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen aus Quarzmaterial zum Umschließen eines Volumens besteht, das konfiguriert ist, um während eines oder mehrerer Wärmebehandlungsprozesse eine Gasumgebung zu bilden, die mindestens Selenspezies oder Schwefelspezies umfasst.