一種太陽能電池吸收層的氣相輸運(yùn)沉積裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種太陽能電池吸收層的氣相輸運(yùn)沉積裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)初，太陽能電池主要以硅系太陽能電池為主，超過89%的光伏市場(chǎng)由硅系列太陽能電池所占領(lǐng)，自2003年以來，由于晶體硅太陽能電池的主要原料多晶硅價(jià)格快速上漲，導(dǎo)致晶體硅太陽能電池成本過高，因此，業(yè)內(nèi)人士自然而然將目光轉(zhuǎn)向了成本較低的薄膜電池。首先，薄膜太陽能電池可以使用價(jià)格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金屬等材料作為基板，基板上可生成電壓薄膜的厚度僅需數(shù)微米，且轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)20%以上，其次，薄膜太陽能電池除了平面應(yīng)用之外，因?yàn)榫哂锌蓳闲?，還可以制作成非平面結(jié)構(gòu)，與建筑物結(jié)合或是變成建筑體的一部份，應(yīng)用非常廣泛。目前，熱門的薄膜電池吸收層材料主要包括碲化鎘、銅銦鎵砸和銅鋅錫硫。薄膜制備工藝分為以下幾種:真空蒸發(fā)、氣相輸運(yùn)、物理氣相沉積、磁控濺射、溶膠-凝膠、電化學(xué)沉積、金屬有機(jī)氣相沉積、熱噴涂和絲網(wǎng)印刷沉積等，前四種方法為目前主流方法，作為實(shí)驗(yàn)室及產(chǎn)業(yè)化研宄的重點(diǎn)方向。由于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)薄膜太陽能電池需要完成大面積的沉積太陽能電池吸收層，現(xiàn)有技術(shù)具備高精度沉積太陽能電池吸收層的設(shè)備相當(dāng)少，專利文件CN201442975U，已公開的碲化鎘薄膜吸收層制備設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)陋，該裝置的不足之處主要有:①采用的是石墨管加熱方式，石墨管式加熱器直徑比較小，如果石墨管長度過長，則石墨管的強(qiáng)度不夠，如果加大石墨加熱管的直徑，會(huì)造成石墨管的表面積增大而影響加熱速度，故此裝置無法勝任產(chǎn)業(yè)化中的大面積的沉積要求；②僅使用加熱裝置未考慮保溫效果，導(dǎo)致能量在真空腔中損失很大如果兩邊同時(shí)進(jìn)氣，雖采用多層反射板來實(shí)現(xiàn)束流的均勻，但是可控制性不高，不能有效地改變工藝參數(shù)來獲得較好的膜層進(jìn)料口有彎曲的管道，輸送的粉末容易滯留在石墨管壁上；⑤采用的開槽結(jié)構(gòu)，沉積時(shí)會(huì)流失很多材料在真空腔體中，一是容易污染真空腔，二是材料利用率低；⑥通常氣相輸運(yùn)法可以完成多種高質(zhì)量的多元化合物的合成，而此裝置單單考慮的是碲化鎘吸收層的沉積，且沉積氣化腔使用的是石英材質(zhì)，熔點(diǎn)低，不能應(yīng)用于大多數(shù)金屬化合物的沉積。另外，在國外專利US6037241、US5945163的技術(shù)方案中電阻絲可能會(huì)與沉積物接觸而造成污染也是很大的問題，其中絕大部分也是采用開槽結(jié)構(gòu)，材料利用率低。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種太陽能電池吸收層的氣相輸運(yùn)沉積裝置，該裝置改善了保溫加熱系統(tǒng)及氣化沉積系統(tǒng)，具有溫度控制精準(zhǔn)、材料利用率高及膜層均勻的優(yōu)點(diǎn)，并將薄膜電池吸收層材料的應(yīng)用范圍由碲化鎘拓寬到銅銦鎵砸或銅鋅錫硫。
[0004]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的具體技術(shù)方案是:
[0005]一種太陽能電池吸收層的氣相輸運(yùn)沉積裝置，其特點(diǎn)是該裝置包括進(jìn)料系統(tǒng)、粉末輸送系統(tǒng)、保溫加熱系統(tǒng)、氣化沉積系統(tǒng)及殼體系統(tǒng)，所述氣化沉積系統(tǒng)套裝于保溫加熱系統(tǒng)內(nèi)，保溫加熱系統(tǒng)置于殼體系統(tǒng)上，粉末輸送系統(tǒng)連接氣化沉積系統(tǒng)及進(jìn)料系統(tǒng)；其中:
[0006]所述進(jìn)料系統(tǒng)由進(jìn)料端蓋、裝料漏斗、螺旋進(jìn)料腔及螺旋軸組成，進(jìn)料端蓋上設(shè)有端蓋閥門，裝料漏斗上設(shè)有出料口，螺旋進(jìn)料腔上設(shè)有進(jìn)口及出口 ；所述螺旋軸設(shè)于螺旋進(jìn)料腔內(nèi)，裝料漏斗的出料口與螺旋進(jìn)料腔的進(jìn)口連接，進(jìn)料端蓋設(shè)于裝料漏斗的頂端；
[0007]所述粉末輸送系統(tǒng)為一端設(shè)有氣閥、另一端設(shè)有出料接口的輸料管道，輸料管道上一側(cè)設(shè)有進(jìn)料接口；
[0008]所述保溫加熱系統(tǒng)由陶瓷封口環(huán)、陶瓷保溫管、石墨纖維板保溫層、氮化硼固定支架及圓弧板加熱器組成，圓弧板加熱器間隔設(shè)置在環(huán)形的氮化硼固定支架上，陶瓷封口環(huán)設(shè)于氮化硼固定支架的一端，陶瓷保溫管套裝在氮化硼固定支架的外層，石墨纖維板保溫層包裹在陶瓷保溫管的外層；
[0009]所述氣化沉積系統(tǒng)由沉積氣化腔及流量控制板組成，其中，沉積氣化腔由石墨筒及石墨U形連通管組成，石墨筒為兩端封閉且筒壁沿軸向設(shè)有流量控制板槽的筒狀體，石墨U形連通管的一端敞口、另一端封閉且封閉段的管壁上設(shè)有小孔；所述石墨U形連通管設(shè)于石墨筒內(nèi)且石墨U形連通管的敞口端由石墨筒的一封閉端伸出，流量控制板擱置于石墨筒的流量控制板槽上；
[0010]所述殼體系統(tǒng)由外部真空腔、襯底及支架組成，外部真空腔為一密閉的腔體，其頂部設(shè)有抽氣口閥門，一側(cè)面上設(shè)有波紋管及波紋連接管口，支架上設(shè)有襯底隔擋；支架設(shè)于外部真空腔內(nèi)，襯底設(shè)于支架的襯底隔擋上；
[0011]所述沉積氣化腔的石墨筒套裝在保溫加熱系統(tǒng)的氮化硼固定支架及陶瓷封口環(huán)內(nèi)，且陶瓷封口環(huán)設(shè)于石墨筒與石墨纖維板保溫層之間并將氮化硼固定支架的一端封閉，氣化沉積系統(tǒng)連同保溫加熱系統(tǒng)置于外部真空腔內(nèi)，且石墨筒的流量控制板槽朝下置于支架上，粉末輸送系統(tǒng)的輸料管道設(shè)于波紋連接管口內(nèi)，且輸料管道的出料接口與沉積氣化腔石墨U形連通管的敞口端連接，進(jìn)料系統(tǒng)螺旋進(jìn)料腔的出口與輸料管道的進(jìn)料接口連接。
[0012]所述的流量控制板上設(shè)有非均勻分布的陣列孔。
[0013]本實(shí)用新型改善了保溫加熱系統(tǒng)及氣化沉積系統(tǒng)，具有溫度控制精準(zhǔn)、材料利用率高及膜層均勻的優(yōu)點(diǎn)，并將薄膜電池吸收層材料的應(yīng)用范圍由碲化鎘拓寬到銅銦鎵砸或銅鋅錫硫。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為圖1的俯視圖；
[0016]圖3為本實(shí)用新型氣化沉積腔的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4為圖3的A—A截面示意圖；
[0018]圖5為本實(shí)用新型圓弧板加熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖6為本實(shí)用新型流量控制板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施薄膜電池吸收層的沉積過程示意圖；
[0021]圖8為圖7的B— B截面示意圖；
[0022]圖9為三臺(tái)本實(shí)用新型裝置實(shí)施薄膜電池吸收層的沉積過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1
[0024]以碲化鎘材料太陽能電池吸收層的沉積為例，參照實(shí)際工作過程對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明如下:
[0025]參閱圖1?圖5:
[0026]a)、抽真空，
[0027]在外部真空腔I的抽氣口閥門101上連接真空泵，將粉末輸送系統(tǒng)的氣閥6關(guān)閉，將進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)料端蓋2上的端蓋閥門21關(guān)閉，打開抽氣口閥門101，對(duì)外部真空腔I及氣化沉積系統(tǒng)的沉積氣化腔15開始抽真空，真空度為KT2Pa ;
[0028]b)、加料，
[0029]準(zhǔn)備真空筒式碲化鎘粉料包，將其連接到進(jìn)料系統(tǒng)的進(jìn)料端蓋2上，打開端蓋閥門21，實(shí)施加料，當(dāng)碲化鎘粉材料進(jìn)入裝料漏斗3，裝料完成，關(guān)閉端蓋閥門21 ；
[0030]c)、開始加溫，開啟保溫加熱系統(tǒng)的圓弧板加熱器14的電源，開始對(duì)氣化沉積系統(tǒng)加熱，加熱溫度；
[0031 ] d)、薄膜電池吸收層的沉積，
[0032]參閱圖1、圖2、圖6、圖7及圖8，當(dāng)沉積氣化腔15內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)定的工作溫度時(shí)，即碲化鎘粉適合的氣化溫度，開始進(jìn)料，開啟螺旋軸5的電機(jī)，碲化鎘粉從裝料漏斗3的出料口、通過螺旋進(jìn)料腔4的進(jìn)口 41進(jìn)入螺旋進(jìn)料腔4，再從螺旋進(jìn)料腔4的出口 42進(jìn)入輸料管道7，最后從輸料管道7的出料接口進(jìn)入沉積氣化腔15的石墨U形連通管152的敞口端，此時(shí)，將粉末輸送系統(tǒng)的氣閥6打開，向內(nèi)充入一定流量的惰性氣體，碲化鎘粉會(huì)隨著氣流沿著石墨U形連通管152流動(dòng)，此時(shí)，碲化鎘粉會(huì)充分氣化后充填整個(gè)石墨U形連通管152，并從管壁上的小孔流入石墨筒151內(nèi)，不同孔徑的小孔可以保證碲化鎘粉相對(duì)均勻地進(jìn)入石墨筒151內(nèi)，石墨筒151也是一個(gè)勻氣腔，進(jìn)一步使氣化的碲化鎘粉均勻，最后通過擱置于石墨筒151的流量控制板18上的陣列孔自上而下噴出沉積到襯底16上，薄膜電池吸收層的沉積完畢。
[0033]e)、沉積結(jié)束后，關(guān)閉螺旋軸5的電機(jī)，停止進(jìn)料，將粉末輸送系統(tǒng)的氣閥6打開，給沉積氣化腔15充氣，充氣5-10分鐘后，斷開保溫加熱系統(tǒng)的圓弧板