專利名稱：多層物體調(diào)溫處理的裝置和方法和多層物體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到用于多層物體調(diào)溫處理的裝置，多層物體有第一層和至少第二層，通過第一層接受第一個部分能量和通過第二層接受第二個部分能量的多層物體接受能量，有至少一個能源。例如從EP0662247B1中已知這樣的裝置。除了裝置之外介紹了用于多層物體調(diào)溫處理的方法和多層物體。
多層物體例如是這樣制造的，在基體層(基質(zhì))上涂上一層功能層。因此功能層和/或基體層有所希望的物理(電的，機械的，等)和/或化學特性，有時必須對多層物體或者層和/或基體層進行處理。處理例如包括多層物體目前在氣體中(處理氣體)的調(diào)溫處理。
多層物體例如是一個平面的薄膜太陽能電池，在其上將鉬電極層和功能的銅-銦-二硒酸鹽(CIS)-半導體層涂在玻璃基體層上。這種薄膜太陽能電池按照EP0662247B1是用兩個階段過程制造的。在第一個階段將按照順序的元素鉬，銅，銦和硒用層的形式涂在玻璃基體層上。將這樣得到的多層物體在第二個階段進行調(diào)溫處理，此時構(gòu)成銅-銦-二硒酸鹽-半導體層。
為了調(diào)溫處理將多層物體安排在封閉的石墨容器中。當調(diào)溫處理期間在容器內(nèi)部形成氣體形狀的硒的一定的局部壓力，在其中涂在玻璃上的層與氣體形狀的硒接觸。
在調(diào)溫處理時多層物體接受能量，其中將能量的部分能量輸入到每層。調(diào)溫處理例如是用加熱率為10℃/s進行的。作為能量的能源使用一個鹵素燈。用鹵素燈照射石墨容器和因此將容器加熱。這樣的過程是特別有效的，因為石墨近似為(黑色的輻射器)對于電磁射線有高的吸收能力，特別是對于鹵素燈譜范圍的射線。將被石墨吸收的能量通過熱輻射和/或熱傳導輸入給多層物體。因此容器的功能是作為次級能源或者作為能發(fā)射器。
石墨有高的發(fā)射能力和高的熱傳導能力。當將多層物體放在容器的底部時在多層物體下邊能量的輸入主要是通過熱傳導。通過熱輻射將能量輸入給多層物體的上邊。
由于多層物體不對稱的層結(jié)構(gòu)和/或?qū)⒛芰坎煌剌斎虢o多層物體的上邊和下邊當高的加熱率時有可能導致多層物體的層的不均勻的調(diào)溫處理。有可能在多層物體的厚度方向形成溫度不均勻性，如果層的材料溫度膨脹系數(shù)不為零時，在層內(nèi)部和/或多層物體內(nèi)部有可能導致機械應力。這種機械應力可以引起層和/或多層物體的裂紋或破損。機械應力還可以導致多層物體的變形(撓曲)。在玻璃基體層上的變形一般來說是暫時的，也就是說在調(diào)溫處理之后變形消失。變形也可以是永久性的。此時變形不消失。這是以下的情況，如果在調(diào)溫處理期間超過基體層(例如玻璃)的軟化點和在其中(內(nèi)部的)機械應力和/或一個外部的力起作用時。
多層物體的面積愈大和調(diào)溫處理率(加熱率，冷卻率)愈高時，愈難于在多層物體調(diào)溫處理期間有目的地影響多層物體上的溫度均勻性和出現(xiàn)不希望的機械應力的或然率愈大。
本發(fā)明的任務是顯示如何在具有高調(diào)溫處理率的大面積多層物體的調(diào)溫處理期間可以有目的地影響溫度均勻性或者溫度不均勻性。
為了解決此任務規(guī)定了多層物體調(diào)溫處理的裝置，多層物體有第一層和至少第二層，由于多層物體接受能量是用第一層接受能量的第一個部分能量和用第二層接受能量的第二個部分能量，至少有能量的能源。裝置的特征為存在第一個和至少第二個能源，至少一個能源有發(fā)射具有發(fā)射場的一定的電磁輻射，至少一個層有對于電磁輻射一定的吸收，將第一個能源和第二層之間的第一層和第二個能源和第一層之間的第二層可以這樣安排，將對于電磁輻射的吸收層位于發(fā)射場中，和在發(fā)射場中在具有發(fā)射場的能源和電磁輻射吸收層之間至少安排一個透明物體，透明物體有一定的電磁輻射的發(fā)射和吸收。
本發(fā)明的思想在于，單獨加熱多層物體的層，也就是說有目的地控制，調(diào)節(jié)和/或預先調(diào)整一個層接受能量的部分能量。例如借助于調(diào)節(jié)回路在調(diào)溫處理期間確定能量(見下面)，還可以想象，不附加調(diào)節(jié)回路預先調(diào)整能源(例如能量密度，能量方式，等)就足夠了。通過本發(fā)明單獨加熱多層物體的層即使在非常高的加熱率為1℃/s例如直到50℃/s和更高是可能的。通過單獨加熱可以達到將調(diào)溫處理期間的機械應力和因此可能出現(xiàn)的多層物體變形保持盡可能的小。
為此半透光的(半透明的)透明物體是基礎(chǔ)。通過例如0.1和0.9之間的一定波長的透射，將上述電磁輻射通過透明物體到達一個層上。這個層可以接受直接由能源發(fā)送的相應的能量或者能量的部分能量。
但是透明物體也有對于電磁輻射的某些吸收。因此被接受的能量可以以熱輻射和/或熱傳導的形式輸送給環(huán)境。在多層物體調(diào)溫處理裝置的特殊結(jié)構(gòu)中具有一個透明物體，透明物體通過對電磁輻射的吸收在多層物體方向有一個熱輻射和/或一個熱傳導。因此可以通過熱輻射和/或熱傳導成功地將一個層進行調(diào)溫處理。
還可以想象，對于熱輻射有一個透射的多層物體的第一層原則上只通過熱傳導進行調(diào)溫處理，而將同樣多層物體的第二層主要是通過同樣的透明物體的熱輻射進行調(diào)溫處理。具有相應透射的第一層例如是玻璃層。當能源的和/或透明物體的電磁輻射射中玻璃物體時，將比較小部分的輻射(大約4％)進行反射。絕大部分(＞90％)或多或少不受阻擋地通過玻璃和然后射中多層物體的第二層。在那里將這個輻射吸收和導致通過第二層的能量接受。通過輻射或者熱輻射在很高的加熱率時不能將玻璃層足夠快地進行調(diào)溫處理。相反通過熱傳導可能相對快地進行調(diào)溫處理，如果透明物體可以接受能量的部分能量和可以傳輸?shù)讲Ａ由蠒r。
這種情況也是可以想象的，透明物體本身是多層物體的一個層。透明物體可以通過吸收電磁輻射的一部分將能量的部分能量接受和為了接受將能量其他的部分能量通過透射穿過其他的層。
在一個特殊結(jié)構(gòu)中在本方法中使用了一種多層物體，在其中一個層的功能是作為至少一個其他層的基體層。多層物體特別是有非對稱的層順序。例如多層物體是由一邊涂層的基體層構(gòu)成的。將多層物體的單個層也可以安排為并排的。
在一個特殊結(jié)構(gòu)中多層物體的一個層有從玻璃，玻璃陶瓷，陶瓷，金屬和/或塑料的組中選定的一種材料。作為塑料特別是可以考慮聚四氟乙烯。例如一個層是金屬薄膜。金屬薄膜也可以起到作為基體層的作用。
被一個層接受的能量的部分能量是與層的吸收-，發(fā)射-和/或反射特性有關(guān)的。但是它們也與能源的形式有關(guān)和與如何將能量輸出到多層物體或者到多層物體的一個層的方式和方法有關(guān)。
多層物體或者一個層的調(diào)溫處理例如是借助于熱能的能源進行的。其中可以將熱能直接輸入給一個層。在這里可以考慮熱輻射，熱傳導和/或?qū)α?。在熱輻射情況下能源本身可以是熱輻射的源。熱輻射例如是波長范圍為0.7和4.5μm(紅外線)的電磁輻射。將相應的層安排在能源的發(fā)射場中。層被能源的電磁輻射擊中和至少部分地吸收電磁輻射。
但是也有可能將任意的能輸入給一個層，在層中將這個能轉(zhuǎn)換為熱能。例如將一個層用高能的UV-光照射，層將這個吸收。通過高能光子的吸收使層的分子或整個層達到電子激勵狀態(tài)。將其中被接受的能可以轉(zhuǎn)換為熱能。
除了熱輻射和熱傳導之外一個層或者整個物體的調(diào)溫處理還可能通過對流進行。其中將具有一定能量的氣體傳導經(jīng)過層，此時氣體將能量傳輸給層。被傳導經(jīng)過的氣體可以同時起到處理氣體的作用。
此外通過熱傳導和/或?qū)α饕部梢詫⒁粋€層冷卻。此時將負的熱能傳輸給層。用這種方法也有可能控制能量或者能量的部分能量和附加影響多層物體上的機械應力。
在一個特殊結(jié)構(gòu)中存在一個能量發(fā)送器用于將能量傳輸給多層物體。能量發(fā)送器起到次級能源的作用。能量發(fā)送器例如從比較高的能區(qū)吸收初級能源例如鹵素燈的電磁輻射，和將電磁輻射轉(zhuǎn)換為被層吸收的熱輻射。
在調(diào)溫處理期間直接的和/或間接的環(huán)境可以起到能量發(fā)送器的作用?？梢韵胂髮⒛芰堪l(fā)送器與調(diào)溫處理的多層物體安排在容器的內(nèi)艙。將能量發(fā)送器也可以安排在容器的外部，例如在容器的壁上或者與容器有一個距離。可以想象能量發(fā)送器是容器的一個涂層。能量發(fā)送器例如是石墨薄膜。容器本身也可以自己承擔能量發(fā)送器的功能。例如由石墨構(gòu)成的容器已經(jīng)有這種功能。最后透明物體與能量發(fā)送器沒有區(qū)別。同樣當通過對流進行能量傳輸時氣體起到能量發(fā)送器的作用。
被多層物體接受的能量可以不僅從一個層到一個層，而且在一個層的內(nèi)部也可以是不同的。例如在調(diào)溫處理期間在多層物體或者多層物體的一個層上出現(xiàn)邊緣效應。層的邊緣區(qū)有與層內(nèi)部區(qū)域另外的溫度。在調(diào)溫處理期間出現(xiàn)側(cè)面的溫度梯度。如果能源的輻射場是不均勻的，于是這才出現(xiàn)。此時在被輻射透射的一個平面上的輻射場的能量密度不是各處都相同的。側(cè)面溫度不均勻性也可以出現(xiàn)在均勻的輻射場中，如果在層的邊緣由于每個容積單位的比較大的吸收面積將每個容積單位比較大的能量吸收時。為了平衡溫度梯度例如可以使用由很多小單位構(gòu)成的一種能源?？梢詫⒚總€小單位單獨控制和這樣可以將小單位輸入給一個層的能量單獨進行調(diào)整。這樣的能源例如是由單個加熱元件構(gòu)成的一個陣列或者一個矩陣。加熱元件例如是鹵素燈。將陣列或矩陣也可以使用在制造層上的側(cè)面溫度梯度。因此人們有可能例如有目的地制造層物體的永久或暫時的變形。特別是對于并列的層的多層物體的調(diào)溫處理陣列或矩陣有很大的優(yōu)點。
關(guān)于能源有益的是，如果能源或者能源工作在連續(xù)運行中。但是也可以想象，循環(huán)運行和/或脈沖運行的能源提供能量或者能量的部分能量。這樣的能源例如是具有脈沖電磁輻射的一種能源。用這種方法可以同時或按照時間順序?qū)⒛芰枯斔徒o層。
電磁輻射能源的以下特性是特別有益的●能源有一個均勻的輻射場。
●能源的譜強度分布部分地與層的，透明物體和可能存在的容器(見下面)的譜吸收是重疊的。
●目前的處理氣體是耐腐蝕和/或腐蝕保護的能源。
●能源有一個高能密度，這個足夠?qū)⒍鄬游矬w的質(zhì)量(和可能容器的質(zhì)量)用加熱率為1℃/s加熱。
在一個特殊結(jié)構(gòu)中裝置的透明物體至少有一個隔離墊。為了通過多層物體接受側(cè)面均勻的能量可以將多層物體放在隔離墊上。例如將層，經(jīng)過層將多層物體放在透明物體或者隔離墊上，首先通過均勻的熱輻射進行調(diào)溫處理。用這種形式有益的是隔離墊有對于電磁輻射吸收少的一種材料。例如將隔離墊突出于透明物體的表面幾個μm至幾個mm。
放在隔離墊上的層也可以首先通過熱傳導進行調(diào)溫處理。為此例如隔離墊對于相應的調(diào)溫處理率具有必要的熱傳導性。也可以想象隔離墊對于熱傳導的能量傳輸有能源電磁輻射的高吸收，其中將電磁輻射有效地轉(zhuǎn)換為熱能。
特別是透明物體有很多這樣的隔離墊。將很多隔離墊同時安排在多層物體的層和透明物體之間是接觸的，可以達到側(cè)面溫度分布的均勻化。
在一個特殊結(jié)構(gòu)中透明物體和/或隔離墊有一種材料，這個是由玻璃和/或玻璃陶瓷的組中選定的。玻璃陶瓷有不同的優(yōu)點●可以將它在調(diào)溫處理時使用在從0℃直到例如700℃寬的溫度區(qū)域。例如玻璃陶瓷有位于這個溫度上面的一個軟化點。
●它具有非常低的熱膨脹系數(shù)。它是溫度驟冷穩(wěn)定的和在調(diào)溫處理的上述溫度區(qū)域中是沒有撓曲的。
●它相對于很多化學材料是化學惰性的和對于這些化學材料有很少的穿透性。一種化學材料例如是處理氣體，一個層和/或整個的多層物體在調(diào)溫處理期間是暴露在這種處理氣體中的。
●它在很多能源的譜區(qū)對于電磁輻射是光學半穿透的，特別是在能源輻射密度高的波長范圍內(nèi)。這樣的輻射源例如是具有高輻射密度為0.1和4.5μm之間的的鹵素燈。
將玻璃，特別是玻璃陶瓷作為透明物體的材料同樣是可以想象的。其中有益的是直到1200℃的高使用溫度。這些材料以鹵素燈形式的能源譜區(qū)域顯示出高的透射和很小的吸收。光原則上不受阻擋地穿過透明物體和到達對于電磁輻射具有相應吸收的一個層，此時層接受能量和加熱。通過輻射幾乎不會將透明物體加熱。
在一個處理應用中有可能將被加熱層的材料汽化和沉積在透明物體的相對冷的表面上。為了避免這個，為此可以考慮將透明物體在調(diào)溫處理期間加熱到必要的溫度。這通過熱傳導和/或?qū)α鲗⒛芰總鬏數(shù)酵该魑矬w上來達到。也可以想象透明物體吸收一個電磁輻射。可以想象透明物體有一個涂層，這個涂層吸收電磁輻射一定的部分?？梢詫⑦@樣接受的能量繼續(xù)傳導到玻璃或玻璃陶瓷的透明物體上。用這種形式具有涂層的玻璃物體構(gòu)成的透明物體是光學部分穿透的和不僅可以通過熱輻射而且通過熱傳導將能量傳輸使用在多層物體上。
在本發(fā)明的特殊結(jié)構(gòu)上可以將至少一個層與處理氣體接觸。還可以想象，將整個多層物體暴露在處理氣體中。在調(diào)溫處理期間處理氣體是作用在層或者單個層或整個多層物體上和參與了多層物體物理特性和化學特性的改變。例如作為處理氣體可以考慮一種惰性氣體(氮分子或惰性氣體)。處理氣體與層的材料不起反應。但是也可以想象一種處理氣體與層的材料起反應。在處理氣體起作用的情況下構(gòu)成功能層。相對層的材料例如起氧化或還原作用。為此可能的處理氣體是氧氣，氯氣，氫氣，元素硒，硫或氫化物。也可以是腐蝕的處理氣體如HCL或類似的。處理氣體的其他例子是使用在制造薄膜太陽能電池的H2S，和H2Se(見下面)。最后也可以想象用相應的方法與層的材料起反應的所有氣體或混合氣體。
有益的是如果將層暴露在一個定義的處理氣氛中。定義的處理氣氛例如包括調(diào)溫處理期間處理氣體的分子壓力。例如也可以想象準備調(diào)溫處理的層或多層物體與真空進行接觸。
一種定義的處理氣氛例如可以這樣達到，將具有一定速度的處理氣體經(jīng)過層進行傳導。其中可以將具有各種分子壓力的處理氣體在調(diào)溫處理過程中作用在層上。還可以想象將各種處理氣體先后與層物體的層進行接觸。
有益的是至少層是封閉的，層與處理氣體進行接觸。例如這可以通過層的外殼達到，其中可以將外殼固定在基質(zhì)的層上。將外殼在調(diào)溫處理之前或用處理氣體調(diào)溫處理期間填充。此時將處理氣體集中在層的表面上，層的特性應該被處理氣體影響。用這種方法可以避免使環(huán)境受到處理氣體的污染。這在腐蝕和/或有毒的處理氣體時特別重要。此外可以用一個對于層的轉(zhuǎn)換必要的化學計算的處理氣體的量進行工作。處理氣體不會不必要的消耗。
在本發(fā)明的特殊結(jié)構(gòu)中存在調(diào)溫處理期間存放多層物體的容器。其中特別是透明物體是容器的壁。容器有一個優(yōu)點，它自動代表了層或者整個多層物體的外殼。將外殼不需要固定在多層物體上。在可關(guān)閉的容器中可以有目的和容易地將處理氣氛進行調(diào)整。特別是容器為此至少有一個氣體開口用于將容器抽真空和/或?qū)⑷萜饔锰幚須怏w充滿。在特殊結(jié)構(gòu)中氣體開口可以通過可以自動關(guān)閉的閥門門實現(xiàn)?？梢灾鲃诱{(diào)整處理氣氛。將氣體開口也可以使用在用任意氣體例如用洗滌氣體填充容器。將處理氣氛也可以在調(diào)溫處理期間進行調(diào)整或重新調(diào)整。
為了有目的的調(diào)整處理氣氛對于調(diào)溫處理必要的處理氣體容器可以有足夠大的容積。如果在層的上面的調(diào)溫處理要求處理氣體有均勻和可重復性的分布，也可以有目的地調(diào)整容器的氣體輸出。例如這可以是必要的，如果用非常高的加熱率進行調(diào)溫處理時。此時處理氣體膨脹。如果容器不能經(jīng)受住此時出現(xiàn)的氣體壓力時，導致容器變形或甚至容器破損。如果將多層物體放在容器的底板上，例如于是應該可以避免變形。容器變形導致如上所述多層物體側(cè)邊的溫度不均勻性和相應的后果。
此外容器在調(diào)溫處理時可以是多層物體的運輸裝置。容器的優(yōu)點是，當調(diào)溫處理期間例如由玻璃構(gòu)成的一個層的破損(基體層或基質(zhì))不是不可能的。當這種基質(zhì)破損時破碎的材料可以容易地從多層物體調(diào)溫處理的裝置中清除。這有助于調(diào)溫處理裝置的處理穩(wěn)定性。
在一個特殊結(jié)構(gòu)中容器的透明物體的壁是容器的蓋子和/或底板。例如將具有一個層的多層物體直接放在底板的透明物體上。透明物體如上所述可以有一個隔離墊。蓋子有同樣的透明物體，例如這個不與多層物體或者多層物體的一個層進行接觸。用這種方法可以將多層物體的層加熱，放在底板上的層通過熱傳導，朝向蓋子的層通過熱輻射加熱。朝向蓋子的層可以容易地暴露在處理氣體中。
但是容器的蓋子也是可以通過由能源發(fā)送的電磁輻射的高吸收為特征的。
在擴展結(jié)構(gòu)中容器的底板和/或蓋子各自是由至少一個多層物體構(gòu)成的。其中例如多層物體應該與處理氣體接觸的層是對準容器內(nèi)艙的。這種解決方法是可能的，如果多層物體或者多層物體的層有一個低的溫度膨脹系數(shù)和/或小的調(diào)溫處理率時。對于高的調(diào)溫處理率多層物體有益的是具有高熱傳導系數(shù)的基體層?；w層是對準外部的。例如在這里的基體層是上述的透明物體。
裝置與容器特別適用于具有各種處理階段的貫穿方法的調(diào)溫處理，這些處理階段是在不同處理區(qū)進行的(內(nèi)嵌法)。
容器的運輸可以或者用連續(xù)或者不連續(xù)的貫穿方法進行。在連續(xù)的貫穿方法時在整個貫穿期間將處理物體或處理容器移動通過處理裝置。貫穿方法的不連續(xù)或者所謂的“指示運行”的特征是，將處理盒子或處理物體只從一個處理區(qū)變換到另外的處理區(qū)時移動和隨后在處理階段這樣長時間的停留，直到子處理結(jié)束。其中的優(yōu)點是變換時間相對于停留時間盡可能短。然后繼續(xù)傳送到下一個處理區(qū)和再一次停留。為了指示運行設(shè)計的貫穿裝置的優(yōu)點是，每個處理區(qū)至少有一個處理容器的大小，因此可以將處理區(qū)的均勻性(例如溫度)傳輸給處理物體。在其他結(jié)構(gòu)中在運輸裝置上用指示運行運送的所有處理區(qū)有同樣的大小。因此可以用簡單的運輸機理如傳送鏈，傳送帶或推送運輸不只將一個處理區(qū)，而是將所有相鄰的處理區(qū)用指示運行同時裝載和卸載。
例如將多層物體放入容器中。將多層物體用容器從處理階段運輸?shù)教幚黼A段或者從處理區(qū)運輸?shù)教幚韰^(qū)。每個處理階段例如加熱，冷卻，抽真空或填充容器可以在自己的處理區(qū)上進行。例如在第一個處理階段將容器用處理氣體填充。此時可以將容器放入原本為此存在的艙中和在那里抽真空，用相應的處理氣體填充和進行封閉。其中可以想象的是將容器的一個單獨入口和出口(氣體開口)用于沖洗或用處理氣體填充容器。將這個氣體開口可以與用于氣體填充或用于將處理盒子抽真空的耦合單元和定位單元相連接。例如將耦合單元用于，將用貫穿方法的容器在指示運行中為了進行一個處理階段在一定的地方(處理區(qū))與相應的單元(例如真空泵，氣瓶)這樣進行連接，將容器可以用相應的氣體進行填充或抽空。
在特殊結(jié)構(gòu)中在處理區(qū)的容器裝置中容器有一個耦合單元。借助于耦合單元有可能將容器保持或定位在一個處理區(qū)中。例如為此處理區(qū)同樣具有一個耦合單元。例如將耦合單元用于用貫穿方法進行一個處理階段時將容器保持在一定的地方(處理區(qū))和與相應的單元(例如真空泵，氣瓶)這樣進行連接，將容器可以用相應的氣體進行填充或抽空。容器的耦合單元和處理區(qū)的耦合單元的功能例如是按照鑰匙-孔-原理的。還可以想象的是將容器從處理區(qū)到處理區(qū)的運輸是借助于耦合單元進行的。
下面的處理過程是可以想象的在第一個處理階段將容器例如用一種處理氣體填充。此時將容器放入原本為此存在的艙中和在那里抽真空，用一個相應的處理氣體填充和封閉?？梢韵胂蟮氖菍⑷萜鞯囊粋€單獨的輸入和輸出(氣體開口)用于用處理氣體清洗或填充容器。特別是容器的氣體開口有一個耦合單元用于將容器與處理區(qū)的耦合單元耦合。
其中可以將氣體開口使用作為耦合單元和/或定位單元。在第二個處理階段進行調(diào)溫處理。為此將容器從艙中運送到加熱區(qū)。在調(diào)溫處理結(jié)束之后將多層物體從加熱區(qū)運送到冷卻區(qū)以進行其他的處理階段。
例如用貫穿方法或所謂的內(nèi)嵌-方法是這樣進行運輸?shù)?，將具有多層物體的很多容器用火車形式通過內(nèi)嵌裝置進行引導。通過容器的撞擊將整個火車啟動。將容器同時移動。這種運輸方式被稱為“推進器驅(qū)動”。有益的是這里的運輸是用“指示運行”進行的。
在一個特殊結(jié)構(gòu)中將裝置安排在處理艙內(nèi)，這是從一組真空艙，大氣艙和/或高壓艙中選定的。在處理艙內(nèi)可以集成整個的內(nèi)嵌裝置。例如將加熱區(qū)和冷卻區(qū)通過容器的閘門與多層物體進行接觸或相對于處理艙中的其他處理區(qū)隔開。特別可以想象的是存在多個處理艙，例如具有單壁處理艙的加熱區(qū)，具有水冷卻雙壁艙的冷卻區(qū)。從處理艙到處理艙的運輸是用容器進行的。
在一個特殊結(jié)構(gòu)中透明物體和/或能量發(fā)送器和/或容器和/或處理艙具有相對于處理氣體是惰性的一種材料。關(guān)于這個有益的是，調(diào)溫處理的整個處理環(huán)境相對于所使用的處理氣體是惰性的。關(guān)于處理環(huán)境例如也包括能源(初級能源)。
將材料與處理氣體有關(guān)地進行選擇。例如可以想象的是玻璃，玻璃陶瓷和陶瓷。同樣可以使用纖維加強材料例如碳纖維加強的石墨。還可以想象的是有高熱傳導系數(shù)的一種材料例如SiC。容器和/或處理艙可以完全或者部分地由一種材料或合金構(gòu)成。到達一定溫度穩(wěn)定的塑料同樣是可能的。
除了相對于處理氣體的化學惰性之外容器材料的以下特性具有的優(yōu)點是●容器材料在調(diào)溫處理條件下不翹曲。此外它是溫度驟冷穩(wěn)定的。這特別是這種情況，如果它的溫度膨脹系數(shù)很小時。
●容器材料的熱軟化點超過調(diào)溫處理的最高溫度。
●容器相對于處理氣體顯示出很小的或者定義的透氣性。
在一個特殊結(jié)構(gòu)中存在一個檢測裝置用于檢測裝置的至少一個與調(diào)溫處理有關(guān)的物理參數(shù)的大小用于調(diào)節(jié)能量的第一個和第二個部分能量。
可以想象的參數(shù)是一個層的吸收特性，透射特性和/或反射特性。參數(shù)的大小是參數(shù)值。例如最大吸收的波長與溫度有關(guān)。在這種情況下參數(shù)的大小可能是相應的波長。
參數(shù)特別是多層物體的溫度。其中大小是溫度值。還可以想象檢測多層物體，透明物體和/或容器或者容器壁的一個層的溫度。在調(diào)溫處理期間可以連續(xù)地檢測多層物體和/或一個層的至少一個參數(shù)。例如由于被檢測的一個層的溫度將層接受的能量的部分能量提高或降低。因此可以避免在多層物體厚度方向上的溫度不均勻性或者溫度梯度。但是也可以提高這個溫度不均勻性，如果這應該有必要的話。
用于檢測溫度的裝置例如是對準層的一個高溫計。例如高溫計檢測層發(fā)出的熱輻射。從熱輻射中可以推斷出層的溫度。還可以想象的是與層連接在一起的一個溫度檢測器和通過熱傳導進行調(diào)溫處理。
還可以設(shè)想，不直接測量層或多層物體的溫度，而是間接測量。例如將高溫計對準多層物體進行調(diào)溫處理的容器。容器溫度可以受到多層物體溫度的影響。從容器溫度中推斷出多層物體的層的溫度。用被測量容器的溫度將能量或者能量的部分能量進行調(diào)節(jié)。例如此外在調(diào)溫處理之前進行一個“校準測量”，這反映了容器被測量的溫度與層或者層物體的實際溫度之間的關(guān)系?！靶蕼y量”規(guī)定了溫度的名義值。將實際值進行檢測。將名義值與實際值進行比較提供了用于調(diào)節(jié)能量的調(diào)節(jié)量。
檢測(和還有能量的部分能量的調(diào)節(jié))特別是用多層物體厚度方向上的局部分辨率和用調(diào)溫處理時間范圍的時間分辨率進行的。例如將多層物體用調(diào)溫處理率為25℃/s加熱。然后不僅檢測而且調(diào)節(jié)能量的部分能量這樣快地進行，在多層物體層之間的溫度差別在調(diào)溫處理期間例如保持在預先規(guī)定的最大值。
在厚度方向的溫度不均勻性與多層物體的瞬時變形聯(lián)系在一起也可以導致多層物體的側(cè)面溫度不均勻性。側(cè)面意味著例如多層物體的一個層內(nèi)垂直于厚度的方向。如同開始敘述的，多層物體在調(diào)溫處理期間位于石墨底板上。能量的輸入或者接受是通過位于底板上多層物體的層通過熱傳導進行的。通過在厚度方向上的溫度不均勻性可以以多層物體彎曲形式出現(xiàn)多層物體的瞬時變形。其中對于熱傳導必要的多層物體與容器底板之間的接觸部分地是松開的。因此導致放上的層或者多層物體側(cè)面的溫度不均勻性。因此特別有益的是如果為了檢測參數(shù)(和調(diào)節(jié)能量)不僅在厚度方向，而且在側(cè)面也出現(xiàn)一個局部的分辨率。
在一個特殊結(jié)構(gòu)中參數(shù)是多層物體的變形。由于出現(xiàn)溫度不均勻性導致一個變形。例如將多層物體彎曲成凹下的。多層物體位于例如容器的底板上。通過凹下的變形在多層物體的邊緣區(qū)在底層和多層物體之間產(chǎn)生一個距離。這種變形的程度例如可以用激光干涉儀或激光反射器裝置進行檢測。從這個大小中產(chǎn)生能量的調(diào)節(jié)。有益的是如果將這個大小在變形的前一站已經(jīng)知道和可以快速地隨之進行控制。
對于上述裝置將與調(diào)溫處理有關(guān)的參數(shù)借助于光學裝置(例如激光)進行尺寸檢測是有益的，如果準備試驗的層對于光學裝置的光是可以到達的和檢測信號明確地是屬于準備檢測的參數(shù)的。激光的波長應該例如足夠區(qū)別多層物體的熱輻射。如果裝置是用一個容器裝備的可能是有益的，如果透明物體對于激光的光是足夠透射時。
借助于裝置還有可能，有目的地達到多層物體所希望的變形。此外也可能是有意義的在調(diào)溫處理期間如上所述追求變形。例如可以制造一個彎曲的薄膜太陽能電池。為了有目的的變形例如將多層物體放在一個相應的形狀或者面具上。形狀或者面具可以直接是一個能源。將多層物體加熱超過基體層的軟化點。其后果是多層物體得到面具或者形狀的相應形狀。將面具例如可以集成在容器的底板上。面具有可能例如是透明物體。
按照本發(fā)明的第二個觀點規(guī)定了有第一層和至少第二層的多層物體調(diào)溫處理的方法，通過第一層接受第一個部分能量和通過第二層接受第二個部分能量的多層物體接受能量，其中使用至少一個能源將能量輸入給多層物體。其中特別是使用在這之前敘述的裝置。處理步驟是將多層物體安排在第一個和至少第二個能源之間，則將第一層安排在第一個能源和第二層之間和將第二層安排在第二個能源和第一層之間，其中作為能源至少使用對于一定的電磁輻射具有輻射場的一個能源，和至少一個層吸收電磁輻射和安排在能源輻射場中，和將透明物體安排在能源和層之間的能源輻射場中，和位于能源輻射場中的層和這個層吸收一定電磁輻射和將多層物體進行調(diào)溫處理。
在一個特殊結(jié)構(gòu)中透明物體吸收一定的能量和將能量傳送給層。這特別是通過透明物體的熱傳導和/或熱輻射傳送到層的。
在一個特殊結(jié)構(gòu)中至少一個層與處理氣體接觸。這出現(xiàn)在調(diào)溫處理之前，期間和/或之后。其中不僅一個層而且整個多層物體與處理氣體接觸。
在一個擴展結(jié)構(gòu)中在調(diào)溫處理期間檢測與調(diào)溫處理有關(guān)的多層物體物理參數(shù)的大小用于在調(diào)溫處理期間調(diào)節(jié)能量的接受和調(diào)節(jié)能量的第一個和第二個部分能量。在一個特殊結(jié)構(gòu)中透明物體通過熱傳導和/或熱輻射將能量傳送給層。
在一個特殊結(jié)構(gòu)中將本方法作為處理階段用具有至少兩個處理步驟的貫穿法和/或近似貫穿法進行。將每個處理階段在單獨地方(處理區(qū))進行。特別是其中使用上述具有容器的裝置，以便將多層物體從處理區(qū)運輸?shù)教幚韰^(qū)。處理階段例如可以是加熱區(qū)或冷卻區(qū)，這些區(qū)可以用將容器氣體填充或抽空的耦合單元裝備的。處理階段可以通過環(huán)繞的處理艙相互連接。環(huán)繞罩子例如可以是一個真空艙，一個大氣壓力艙或一個高壓艙。此外處理階段對于處理氣體可以安排具有真空隔離室或高壓隔離室的入口和出口。
按照本發(fā)明其他觀點規(guī)定了一個多層物體，具有至少由銅，銦，鎵，硫，和/或硒的組中選定的材料的第一層和具有玻璃的第二層，其中多層物體的側(cè)面直徑是由0.3米和5米之間的范圍中選定的。有益的是直徑超過1.0米至5米。
在一個特殊結(jié)構(gòu)中將多層物體通過上述方法制造，其中至少多層物體第一層至少一個材料是由一組銅，銦，鎵，硫，和/或硒的組中選定的和玻璃的第二層。多層物體的側(cè)面直徑(尺寸)是由0.3米和5米之間的范圍中選定的。例如層是銅-銦-硒-半導體層。
上述的多層物體例如是一個薄膜太陽能電池或者一個薄膜太陽能模塊，這是由很多串聯(lián)錯接的單個薄膜太陽能電池構(gòu)成的。玻璃有益的是碳酸鈉石灰-玻璃。相應的層起基體層的作用。在基體層上涂上作為電極的鉬層和在鉬層上面涂上功能層，即銅-銦-鎵-硫化-硒酸鹽(CIGSSe)-半導體層。由玻璃物體和半導體層構(gòu)成的層物體的厚度典型地為2至4mm，其中鉬層大約為0.5μm和半導體層大約為3μm。不排除使用多層物體厚度的規(guī)定范圍。臨界的因素是制造大基質(zhì)的能力，這是盡可能的平和因此用上述裝置或者用上述方法處理成為一個多層物體。
用本發(fā)明綜合得出以下優(yōu)點●？具有不對稱的層結(jié)構(gòu)(例如在基體層上具有幾層的多層物體)的大面積多層物體具有超過1℃/s的高調(diào)溫處理率。
●多層物體的層可以有非常不同的熱傳導系數(shù)。
●通過檢測和調(diào)節(jié)與調(diào)溫處理有關(guān)參數(shù)大小的時間分辨率和局部分辨率使調(diào)溫處理特別可靠。
●直到接近基體層的軟化點的調(diào)溫處理是可能的。
●當超過基體層軟化點的調(diào)溫處理時多層物體的永久變形是可能的。
●通過使用一個容器可以建立具有定義處理氣氛的定義的調(diào)溫處理環(huán)境。特別是可以使用有毒的和/或腐蝕的處理氣體。
●本方法可以在具有高流量的貫穿裝置中進行。
借助于一個實施例和與之有關(guān)的附圖介紹多層物體調(diào)溫處理的裝置和一個相應的方法。附圖是簡化的和不代表尺寸真實的簡圖。
附

圖1表示了多層物體調(diào)溫處理裝置的側(cè)截面。
附圖2表示了具有一個容器的多層物體調(diào)溫處理裝置的截面，將多層物體安排在容器中。
附圖3表示了具有一個容器的多層物體調(diào)溫處理裝置的截面，將多層物體和能量發(fā)送器安排在容器中。
附圖4表示了透明物體的一部分。
附圖5a和5b表示了檢測多層物體變形的大小。
附圖6表示了多層物體調(diào)溫處理方法的過程圖。
附圖7表示了多層物體調(diào)溫處理的裝置，將多層物體安排在處理艙內(nèi)。
附圖8a和8b各自表示了一個貫穿方法。
附圖9a和9b表示了在處理模式和運輸模式中具有耦合單元的一個容器。
在實施例中制造一個薄膜太陽能模塊1。薄膜太陽能模塊有一個基面為850×600mm2。太陽能模塊的厚度為3mm，其中在碳酸鈉石灰-玻璃基體層2上是由厚度為0.5μm的鉬層3和由厚度為0.5μm的銅-銦-鎵-硫化-硒酸鹽(CIGSSe)-半導體層4制造的。
在調(diào)溫處理前多層物體1有有效的層結(jié)構(gòu)碳酸鈉石灰-玻璃/鉬/銅(鎵)/銦/硒。碳酸鈉石灰-玻璃起鉬層3和多層的層4的基體層的作用。在銅層上植入鎵。作為處理氣體16使用硫化氫，氦和氫。在調(diào)溫處理過程中形成氣體形狀的硒和硒化氫。
按照第一個實施形式將多層物體放在玻璃陶瓷的透明物體5上(附圖1)。透明物體有很多與構(gòu)成透明物體5同樣材料的隔離墊6(附圖4)。透明物體5位于薄膜太陽能模塊或者其初始形狀1的基體層2和能源7之間。能源7是由多個并列安排為矩陣的鹵素燈陣列構(gòu)成的。矩陣提供了一個均勻的輻射場8。透明物體5位于能源7的輻射場8中。透明物體吸收能源電磁輻射9的一部分和將被吸收的能量通過熱傳導10繼續(xù)傳送給基體層2。首先將玻璃層2通過熱傳導10進行調(diào)溫處理。
在第二個能源11和硒層(層4最外邊的涂層)之間是第二個玻璃陶瓷的透明物體12。將第二個能源11如同第一個能源11一樣構(gòu)成為矩陣。第二個透明物體12吸收第二個能源11電磁輻射13的一部分。將其中被接受能量的一部分用熱輻射14形式輸出給多層的層4。透明物體12也顯示了對于電磁輻射13的透射，則這個輻射出現(xiàn)在多層的層4上。多層的層4位于能源13的輻射場15中。首先將多層的層4通過熱輻射14進行調(diào)溫處理。
將多層物體1用上述方法安排在容器17內(nèi)(附圖2)。將蓋子18和底板19用透明物體5和12構(gòu)成。容器17的側(cè)壁20由碳纖維加強的碳(CFC)構(gòu)成。
將多層物體放在底板之后將容器用處理氣體填充和封閉。然后用調(diào)溫處理率為5℃/s進行調(diào)溫處理，其中將能源7和11分開調(diào)節(jié)。
其他實施例的特征是將能量發(fā)送器26集成在盒子中(附圖3)。
對于能源7使用下面的調(diào)節(jié)回路將透明物體5側(cè)面的實際-溫度輪廓用適當波長的紅外傳感器形式的高溫計進行測量。通過放上多層物體可以借助于透明物體溫度輪廓的校準確定基體層2的溫度輪廓。通過關(guān)于透明物體溫度實際值和名義值的調(diào)節(jié)算法確定調(diào)節(jié)信號，用其調(diào)節(jié)能源7的發(fā)射功率。
用于控制能源11的調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)量是基體層2的一個瞬時彎曲21。在基質(zhì)邊22或?qū)舆?3通過激光干涉儀測量彎曲21。測量的點是基質(zhì)中點24和多層物體的角25。在激光干涉儀上將由于彎曲引起的距離變化進行測量和從中得出有關(guān)能源的調(diào)節(jié)信號。
在其他實施例中能源11的調(diào)節(jié)量是透明物體12的溫度。
將其他實施例表示在附圖7上。容器17具有氣體輸入31和氣體輸出32形式的氣體開口。這些開口具有可以關(guān)閉的閥門，將其在氣體交換之后關(guān)閉。將具有多層物體1的容器17運輸?shù)较乱粋€處理區(qū)的期間閥門是關(guān)閉的。處理區(qū)中的一個是加熱區(qū)。加熱區(qū)是由兩個鹵素燈陣列構(gòu)成的。隨著將容器運輸(與透明物體)到兩個陣列之間的加熱區(qū)產(chǎn)生了調(diào)溫處理的裝置。
將其他實施例同樣表示在附圖7上。其中整個裝置位于處理艙30中，將處理艙可以抽真空和用一定的氣體填充。
在附圖8a和8b上借助于嵌入裝置表示了貫穿方法的原理。在第一個結(jié)構(gòu)上將整個嵌入裝置安排在處理艙30中(附圖8a)。在容器17中的多層物體1的運輸36是從處理艙33到處理艙34。在每個處理區(qū)進行不同的處理階段。在處理區(qū)33上將容器用處理氣體進行填充和加熱。在處理區(qū)34上將容器17抽真空和冷卻。為此有選擇地將每個處理區(qū)33和34安排在自己的，單獨的處理艙301至304中(附圖8b)。嵌入裝置分布在多個處理艙中。處理艙安排了閘門，通過閘門容器到達處理艙。
在附圖9a和9b上表示了如何構(gòu)成調(diào)溫處理或者包括耦合單元的處理裝置。附圖9a表示了在處理模式時容器17的一個截面。容器17有透明物體12形式的蓋子18。底板19是由高吸收材料構(gòu)成的。在一個實施形式中材料是石墨。容器17的側(cè)壁20是由CFC構(gòu)成的容器的一個框架。在容器的側(cè)壁上集成了氣體入口31和氣體出口32。同樣集成在側(cè)壁20上是自動關(guān)閉的閥門40。為了將容器抽真空或?qū)⑷萜饔脷怏w填充可以用這個閥門將氣體開口31和32打開或者關(guān)閉。
同樣集成在側(cè)壁上的是處理區(qū)33的容器的一個耦合單元42。將耦合單元42例如可以構(gòu)成為余弦形狀的開口。用這個開口將容器17插入與開口相反形狀的處理區(qū)的耦合單元41中。在耦合單元41和42中集成了氣體管路43。如果將容器用這種方法例如安排在處理區(qū)33中，例如在處理階段期間可以將任意處理氣體導入或?qū)С龌蛘邔⑻幚砣萜鞒檎婵蘸陀枚栊詺怏w沖洗。用這種形式將容器17和處理區(qū)33的耦合單元42使用作為制造處理氣氛。
在處理或者調(diào)溫處理結(jié)束之后將耦合單元拔下和自動關(guān)閉閥門40。隨后可以在運輸模式中將容器運輸?shù)较乱粋€處理區(qū)34。處理區(qū)34例如可以安排其他的耦合單元，這個耦合單元例如將消耗的處理氣體再裝入或者將新的處理氣體導入。
權(quán)利要求
1.多層物體(1)的調(diào)溫處理裝置，多層物體有一個第一層(2，3，4)和至少有一個第二層(2，3，4)，通過第一層(2，3，4)接受第一個部分能量和通過第二層(2，3，4)接受第二個部分能量的多層物體(1)接受能量，具有-能量的至少一個能源(7，11)，其特征為，-存在第一個和至少第二個能源，-至少一個能源(7，11)發(fā)射具有輻射場(9，15)的一定的電磁輻射(13)，-至少一個層(2，4)對于電磁輻射(8，13)有一定的吸收，-將第一個能源(7)和第二層(4)之間的第一層(2)和第二個能源(11)和第一層(2)之間的第二層(4)可以這樣安排，對于電磁輻射(8，13)具有吸收的層(2，4)位于輻射場(9，15)中，和-在輻射場(9，15)中在具有輻射場(9，15)的能源(7，11)和對于電磁輻射(8，13)有一個吸收的層(2，4)之間至少安排了一個透明物體(5，12)，這個對于電磁輻射(8，13)有一定的透射和一定的吸收。
2.按照權(quán)利要求1的裝置，在其中為了向多層物體(1)傳輸能量存在至少一個能量發(fā)送器(26)。
3.按照權(quán)利要求1或2的裝置，在其中透明物體(5，12)至少有一個隔離墊(6)，為了通過多層物體(1)接受側(cè)面的均勻的能量可以將多層物體(1)放在其上。
4.按照權(quán)利要求3的裝置，在其中透明物體(5，12)有很多這樣的隔離墊(6)。
5.按照權(quán)利要求3或4的裝置，在其中透明物體(5，12)和/或隔離墊(6)有由玻璃和/或玻璃陶瓷的組中選定的一種材料。
6.按照權(quán)利要求1至5之一的裝置，在其中為了在調(diào)溫處理期間支持多層物體(1)透明物體是一個容器(17)的壁(18，19，20)。
7.按照權(quán)利要求6的裝置，在其中壁是容器(17)的一個蓋子(18)和/或一個底板(19)。
8.按照權(quán)利要求6或7的裝置，為了將容器抽真空和/或?qū)⑷萜饔锰幚須怏w填充容器至少有一個氣體開口(31，32)。
9.按照權(quán)利要求6至8之一的裝置，在其中為了將容器(17)耦合在處理區(qū)(33，34)的耦合單元(41)上，容器(17)的氣體開口(31，32)有一個耦合單元(42)。
10.按照權(quán)利要求1至9之一的裝置，在其中將裝置安排在由真空艙、大氣艙和/或高壓艙的組中選定的處理艙(30，301，302，303，304)中。
11.按照權(quán)利要求6至10之一的裝置，在其中透明物體(5，12)和/或能量發(fā)送器(26)和/或容器(17)和/或處理艙有相對于處理氣體(16)是惰性的一種材料。
12.按照權(quán)利要求1至11之一的裝置，在其中至少存在一個裝置(27)用于檢測裝置的至少一個與調(diào)溫處理有關(guān)的物理參數(shù)的大小(21)，用于調(diào)節(jié)能量的第一個和第二個部分能量。
13.按照權(quán)利要求12的裝置，在其中參數(shù)是多層物體的變形。
14.多層物體調(diào)溫處理的方法，多層物體有第一層和至少有第二層，通過第一層接受第一個部分能量和通過第二層接受第二個部分能量的多層物體接受能量，在其中使用至少一個能源用于將能量輸入到多層物體中，特別是使用按照權(quán)利要求1至13之一的一個裝置，具有處理步驟a)將多層物體安排在第一個和至少第二個能源之間，-則將第一層安排在第一個能源和第二層之間和將第二層安排在第二個能源和第一層之間，-在其中作為能源至少使用對于一定的電磁輻射具有輻射場的一個能源，-和至少一個層吸收電磁輻射和安排在能源的輻射場中，和將透明物體安排在能源和層之間的能源輻射場中，這個層位于能源輻射場中和這個層吸收一定的電磁輻射和b)多層物體進行調(diào)溫處理。
15.按照權(quán)利要求14的方法，在其中至少多層物體的一個層的材料是由玻璃，玻璃陶瓷，陶瓷，塑料和/或金屬的組中選定的。
16.按照權(quán)利要求14或15的方法，在其中為了調(diào)溫處理透明物體吸收一定的能量和通過熱傳導和/或熱輻射將能量傳送給層。
17.按照權(quán)利要求14至16之一的方法，在其中在調(diào)溫處理期間檢測該裝置與調(diào)溫處理有關(guān)的物理參數(shù)的大小用于調(diào)節(jié)在調(diào)溫處理期間能量的接受和進行能量的調(diào)節(jié)。
18.按照權(quán)利要求14至17之一的方法，在其中至少一個層(2，3，4)是與處理氣體(16)接觸的。
19.按照權(quán)利要求14至18之一的方法，在其中將方法作為處理階段(33，34)在貫穿法和/或具有至少兩個處理階段的近似貫穿法中進行。
20.按照權(quán)利要求14至19之一的方法，在其中用銅，銦，鎵，硫和/或硒的組中選定的至少一種材料的第一層和玻璃的第二層制造一個多層物體，在其中將多層物體的側(cè)面直徑從0.3m和5m之間的范圍中選定。
21.多層物體，有由銅，銦，鎵，硫和/或硒的組中選定的至少一種材料的第一層和玻璃的第二層，在其中多層物體的側(cè)面直徑是從0.3m和5m之間的范圍中，特別是從1.0m和5m之間的范圍中選定的。
全文摘要
推薦了通過輸入具有調(diào)溫處理率為至少1℃/s的能量用于大面積多層物體調(diào)溫處理的方法。為了抑制在調(diào)溫處理期間的溫度不均勻性將能量不同的部分能量輸入給具有局部分辨率和時間分辨率的多層物體的層。將多層物體在一個容器中進行調(diào)溫處理，容器有玻璃陶瓷的底板和蓋子。將本方法使用在制造薄膜太陽能電池上。
文檔編號H01L31/04GK1399798SQ00813743
公開日2003年2月26日 申請日期2000年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月30日
發(fā)明者V·普羅布斯特 申請人:西門子公司