用于太阳电池薄膜沉积的介质气体辅助气相输运沉积装置

摘要

本发明公开了一种用于太阳电池薄膜沉积的介质气体辅助气相输运沉积装置，该装置包括：加热束流分配器、加热束源发生器，与加热束流分配器和加热束源发生器真空连接的加热束流传输管道。该装置的优点是：束流分配器、束源发生器，束流传输管道均采用加热，可以保证长时间气源性质的稳定；可以避免气体状态的Cd、Te2、CdTe在管壁的沉积导致管路堵塞；束流导向管开孔的调节实现了线源方向膜性质的均匀性；束流分配器在介质气体的辅助下能实现向下喷出束流或向上喷出束流或同时向下和向上喷出束流。

权利要求

1.一种用于太阳电池薄膜沉积的介质气体辅助气相输运沉积装置，包括：加热束流分配器(1)、加热束源发生器(2)，与加热束流分配器和加热束源发生器真空连接的加热束流传输管道(3)；其特征在于：所述的加热束流分配器(1)为管状，由内向外依次相套的束流导向管(101)、加热器(102)、绝缘层(103)、保温层(104)、冷却水套(105)组成；

所述的束流导向管(101)在其管壁上与管轴线平行开有一排孔(1011)，该孔的形状为圆形或椭圆形或方形或圆锥形，排布上中间密集且中间孔大，向二边依次稀疏、且孔缩小，具体尺寸可根据沉积薄膜的要求而定；与一排开孔的相应位置，束流导向管(101)外依次相套的加热器(102)、绝缘层(103)、保温层(104)、冷却水套(105)开有便于束流导向管内束源向外喷射的口子(106)；

所述的束流导向管的二端通过法兰(5)各与一组加热束流传输管道(3)真空密封连接；

所述的加热束流传输管道(3)，由内向外依次相套的传输管道(301)、加热器(302)、绝缘层(303)、保温层(304)、冷却水套(305)组成；加热束流传输管道的另一端与加热束源发生器(2)的物料存放器(201)的顶面管道(205)真空密封连接，并在靠近加热束源发生器连接处设有二通开关(306)，用于控制束源的流入；

所述的加热束源发生器(2)，包括：物料存放器(201)、与物料存放器密封连接的定时物料补充装置(202)；物料存放器外围设有电阻丝、石墨、碳化硅、钼、钨、铂中的任一种制成的加热器(203)，物料存放器的侧面设有一介质气体进气管道(207)，进气管道(207)中设有控制介质气体流量的开关(206)；定时物料补充装置(202)依次由相互密封连接的漏斗(2021)、进料开关(2022)、物料暂存室(2023)、出料开关(2024)组成；

加热束流分配器外有一外壳(6)，外壳与加热束流分配器二端的法兰外圆周密封连接构成一沉积腔体(7)；在束流导向管开有一排孔的相对位置装有放置被沉积薄膜基板(4)的可移动支架(8)。

2.根据权利要求1的一种用于太阳电池薄膜沉积的介质气体辅助气相输运沉积装置，其特征在于：所述的束流导向管(101)为一根或二根；若束流导向管(101)为二根，则加热束流传输管道(3)由一路叉分为二路的，分别依次通过二通开关(306)和法兰(5)与二根束流导向管连接。

说明书

用于太阳电池薄膜沉积的介质气体辅助气相输运沉积装置

技术领域

[0001] 本发明涉及薄膜太阳能电池制造工艺设备，具体是指一种用于太阳能电池薄膜沉积的介质气体辅助气相输运沉积装置。

背景技术

[0002] 碲化镉薄膜电池由于其制备工艺相对简单、生产效率高、组件效率高等特点，使其成为一种具有潜力的应用薄膜电池之一。作为核心的pn结来说，其制备技术有很多种。对于其p-CdTe采用的制备工艺有：真空蒸发、近空间升华、气相输运、物理气相沉积、磁控溅射、电子化学沉积、金属有机气相沉积、热喷涂和丝网印刷沉积等。前三种方法为目前主流方法，作为实验研究及产业化考虑的重点方向，这三种方法有很多类似的地方，只是细节方面的不同。目前对于N-CdS常采用的制备工艺有：化学水浴、近空间升华、气相输运、磁控溅射，这几种方法都也是实验室和产业化考虑的几个方向。其中气相输运技术是主流技术之一。最早的相关专利见1995年US5536333、US5470397、US5372646、US5248349，提出了一种在玻璃基底上面连续的沉积碲化镉薄膜的装置，玻璃基板位于沉积装置的下方进行镀膜。该装置采用电阻加热，最高加热温度为700度。1999年，US6037241、US5945163对该方法提出了改进。把最高加热温度提高到1100度，接近碲化镉材料的熔点。该技术具有推广大面积制备薄膜的可行性，美国的FirstSolar LLC是一个很好的证明。国内也有相关专利，见 CN201442975U。但从已有技术来看，都是采用粉料进入沉积腔体内部加热，后变为气态，靠气流输运到玻璃基板表面；镀膜方向只能向上或向下；蒸发源的喷射均匀性欠佳，并且美国专利并不是真正意义上的线源，而是采用在陶瓷管壁上开一缝，开缝中间大，两头小来达到束流的均匀控制；源向上蒸发，靠反射板的反射作用向下喷射束流源，喷射角很大，容易造成物料损失；CN201442975U采用多层反射板来实现束流的均匀。

发明内容

[0003] 为克服上述已有技术存在的各种问题，本发明的目的是提出一种采用多级加热的方式，实现在基板上均匀沉积薄膜的一种介质气体辅助气相输运沉积装。 [0004] 本发明的一种介质气体辅助气相输运沉积装，包括：加热束流分配器、加热束源发生器，与加热束流分配器和加热束源发生器真空连接的加热束流传输管道。 [0005] 所述的加热束流分配器为管状，由内向外依次相套的束流导向管、加热器、绝缘层、保温层、冷却水套组成。束流导向管为一根或二根。

[0006] 所述的束流导向管沿管壁与管轴线平行开有一排孔，该孔的形状为圆形或椭圆形或方形或圆锥形，排布上中间密集且中间孔大，向二边依次稀疏、且孔缩小，具体尺寸可根据沉积薄膜的要求而定。与开孔的相应位置，束流导向管外依次相套的加热器、绝缘层、保温层、冷却水套开有便于束流导向管内束源向外喷射的口子。

[0007] 所述的束流导向管的二端通过法兰各与一组加热束流传输管道真空密封连接。 [0008] 所述的加热束流传输管道，由内向外依次相套的传输管道、加热器、绝缘层、保温层、冷却水套组成。加热束流传输管道的另一端与加热束源发生器的物料存放器的顶面真空密封连接，在靠近与加热束源发生器连接处设有二通开关，在二通开关处，加热束流传输管道由一路或由一路分为二路。由一路分为二路的，则与加热束流分配器为二根的分别通过法兰真空密封连接。在靠近法兰处也分别设有二通开关。

[0009] 所述的加热束源发生器，包括：物料存放器、与物料存放器密封连接的定时物料补充装置。物料存放器外围设有电阻丝或石墨或碳化硅或钼、钨、铂制成的加热器，物料存放器的顶面设有一管口与定时物料补充装置密封连接，物料存放器的侧面设有一带开关的介质气体进气管道。定时物料补充装置依次由相互密封连接的漏斗、进料开关、物料暂存室、出料开关组成。

[0010] 加热束流分配器外有一外壳，外壳与加热束流分配器二端的法兰外周圆密封连接构成一沉积腔体。在束流导向管开有一排孔的相对位置装有放置被沉积薄膜基板的可移动支架。

[0011] 本发明的优点：束流分配器、束源发生器，束流传输管道均采用加热，使该装置可以保证长时间气源性质的稳定；可以避免气体状态的Cd、Te2、CdTe在管壁的沉积导致管路堵塞；束流导向管开孔的调节实现了线源方向膜沉积的均匀性；束流分配器在介质气体的辅助下能实现向下喷出束流或向上喷出束流或同时向下和向上喷出束流。 附图说明

[0012] 图1为单根束流导向管的加热束流分配器的横截面结构示意图。

[0013] 图2为二根束流导向管的加热束流分配器的横截面结构示意图。

[0014] 图3为束流导向管的纵向剖面结构示意图。

[0015] 图4为束源发生器的结构示意图。

[0016] 图5为加热束流传输管道的剖面结构示意图。

[0017] 图6为单根束流导向管向下喷射的介质气体辅助气相输运沉积装。 [0018] 图7为单根束流导向管向上喷射的介质气体辅助气相输运沉积装。 [0019] 图8为双根束流导向管同时可向上和向下喷射的介质气体辅助气相输运沉积装。 具体实施方式

[0020] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明：

[0021] 实施例1

[0022] 见图4，一种介质气体辅助气相输运沉积装，包括：加热束流分配器1、加热束源发生器2，与加热束流分配器和加热束源发生器真空连接的加热束流传输管道3。 [0023] 所述的加热束流分配器1为管状，由内向外依次相套的束流导向管101、加热器102、绝缘层103、保温层104、冷却水套105组成。绝缘层103和保温层104可一层、二层或三层。

[0024] 所述的束流导向管101在其管壁上与管轴线平行开有一排孔1011，该孔的形状为圆形或椭圆形或方形或圆锥形，排布上中间密集且中间孔大，向二边依次稀疏、且孔缩小，具体尺寸可根据沉积薄膜的要求而定。本实施例采用圆孔，中间孔直径为3mm，往两边孔直径以0.1mm依此递减，两端孔尺寸最小为1mm。与一排开孔的相应位置，束流导向管101外依次相套的加热器102、绝缘层103、保温层104、冷却水套105开有便于束流导向管内束源向外喷射的口子106。束源从束流导向管的两端进入，在中间会发生输运气量的衰减，因此开孔的排布非常重要，中间密集且中间孔大是为了保证束流从每个孔均匀发射，最后各个孔喷出束流的叠加构成线型源，移动的基板走过可以实现均匀镀膜。束流导向管101距离被沉积基板4的间距可调，范围1-20mm。控制合理间距，既要保证束流导向管不会让基板4温升过高，又不会由于距离过远而造成束源的损失。加热器102的功能提供了二次补偿加热和气流的均匀化处理。

[0025] 所述的束流导向管的二端通过法兰5各与一组加热束流传输管道3真空密封连接。

[0026] 所述的加热束流传输管道3，由内向外依次相套的传输管道301、加热器302、绝缘层303、保温层304、冷却水套305组成，绝缘层303和保温层304可一层、二层或三层。加热束流传输管道的另一端与加热束源发生器2的物料存放器201的顶面管道205真空密封连接，并在靠近加热束源发生器连接处设有二通开关306，用于控制束源的流入。 [0027] 所述的加热束源发生器2，包括：物料存放器201、与物料存放器密封连接的定时物料补充装置202。物料存放器外围设有电阻丝、石墨、碳化硅、钼、钨、铂中的任一种制成的加热器203，物料存放器的侧面设有一介质气体进气管道207，进气管道207中设有控制介质气体流量的开关206。定时物料补充装置202依次由相互密封连接的漏斗2021、进料开关2022、物料暂存室2023、出料开关2024组成。加热器203的加热温度范围为700-1100度之间。定时物料补充装置202可以通过手动或自动切换开关功能实现实时物料补充。 [0028] 加热束流分配器外有一外壳6，外壳与加热束流分配器二端的法兰外圆周密封连接构成一沉积腔体7。在束流导向管开有一排孔的相对位置装有放置被沉积薄膜基板4的可移动支架8，可移动支架的控制部件图中未画。束源从束流导向 管开孔处喷射，喷射可向上，也可向下，主要看束流导向管开有的一排孔是向上还是向下。

[0029] 实施例2

[0030] 实施例2与实施例1的区别在束源可同时向上和向下喷射，薄膜生产速度可提高一倍，见图8。

[0031] 该结构上的区别在：加热束流分配器1中的束流导向管101为二根。 [0032] 加热束流传输管道3由一路分为二路的，分别通过法兰与二根束流导向管连接。 [0033] 在沉积腔体7内，对应二根束流导向管开有一排孔的相对位置分别装有放置被沉积薄膜基板4的可移动支架8。

[0034] 本发明装置可以输运沉积的薄膜为碲化镉、硫化镉、氯化镉、硒及硒化物等；介质气体采用惰性气体，为氦气、氮气、氩气。