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一种制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统

阅读:1047发布:2020-10-11

IPRDB可以提供一种制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本发明公开了一种制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统,包括真空腔室和若干个蒸发单元,每一个所述的蒸发单元的底部均设有可调节高度的支撑单元,所述支撑单元支撑在所述真空腔室的内底面,所述若干个蒸发单元按照镀膜工艺流程依次设置在所述真空腔室内,且每一个蒸发单元与基材的距离均相同。该蒸发系统通过在一个真空腔室内按照镀膜工艺流程依次设置若干个高度可调的蒸发单元,通过调节每一个蒸发单元的高度,使得每一个蒸发单元与基材的距离均相同,从而保证了基材蒸镀的效果;同时,可根据基材形状的变化而调整不同蒸发单元的高度,使得基材在本身重力作用下弯曲时,也能够保证各个蒸发单元与基材的距离保持相同。,下面是一种制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统专利的具体信息内容。

1.一种制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统,其特征在于,包括:

真空腔室;

若干个蒸发单元,任意两个相邻的蒸发单元的高度均不相同,所述若干个蒸发单元共同形成两端高中间低的弧形形状,所述若干个蒸发单元按照镀膜工艺流程依次设置在所述真空腔室内,且每一个蒸发单元与基材的距离均相同。

2.根据权利要求1所述的制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统,其特征在于,每一个所述的蒸发单元的底部均设有可调节高度的支撑单元,所述支撑单元支撑在所述真空腔室的内底面。

3.根据权利要求2所述的制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统,其特征在于,

所述支撑单元包括四个支撑部,所述四个支撑部分别支撑在所述蒸发单元底部的四角;

每一个所述的支撑部均包括第一支撑螺杆和第一支撑螺母,所述第一支撑螺杆的一端设有支撑地脚,所述支撑地脚支撑在所述真空腔室的内底面,所述第一支撑螺母螺纹连接在所述第一支撑螺杆上,并能沿所述第一支撑螺杆上下移动;

所述蒸发单元的底部开设有通孔,所述第一支撑螺杆的另一端穿设在所述蒸发单元的通孔内,所述蒸发单元相应地承载在所述第一支撑螺母上。

4.根据权利要求3所述的制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统,其特征在于,所述支撑部还包括固定螺母,所述固定螺母螺纹连接在所述第一支撑螺杆上,且所述固定螺母位于所述第一支撑螺母的靠近所述支撑地脚的一侧。

5.根据权利要求3所述的制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统,其特征在于,所述蒸发单元包括箱体、蒸发源以及电控信号电极,所述箱体设置在所述支撑部的顶部,所述蒸发源沿靠近或远离基材的方向可移动地安装在所述箱体内,且所述蒸发源内放置有蒸镀材料;

所述电控信号电极安装在所述箱体上,且所述电控信号电极与蒸发控制系统电连接,所述蒸发控制系统用于控制所述蒸发源的蒸发温度。

6.根据权利要求5所述的制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统,其特征在于,所述蒸发源包括蒸发源本体、第二支撑螺杆和第二支撑螺母;

所述第二支撑螺杆的底部固定在所述箱体内,所述第二支撑螺母螺纹连接在所述第二支撑螺杆上,并能沿所述第二支撑螺杆上下移动;所述蒸发源本体支撑在所述第二支撑螺母上。

7.根据权利要求6所述的制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统,其特征在于,所述蒸发源本体包括蒸发皿、加热器以及温度检测装置;

所述蒸发皿具有用于放置蒸镀材料的凹陷部,所述加热器设置在所述蒸发皿上,且所述加热器通过电连接部与电源电连接,用于在所述凹陷部内形成高温区;

所述温度检测装置的检测端伸入所述凹陷部内,用于检测所述高温区的温度,且所述温度检测装置和加热器均与所述蒸发控制系统电连接。

8.根据权利要求5所述的制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统,其特征在于,所述蒸发单元还包括至少一个排气管道,所述排气管道设置在所述箱体的外侧壁上,用于收集硒蒸汽。

9.根据权利要求8所述的制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统,其特征在于,所述排气管道的管壁外绕置有冷却管路,所述冷却管路内循环流动有制冷介质。

10.根据权利要求5所述的制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统,其特征在于,所述箱体的内壁上围设有用于防止高温外溢的隔热层。

说明书全文

一种制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统

技术领域

[0001] 本发明涉及薄膜太阳能技术领域,尤其涉及一种制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统。

背景技术

[0002] 目前CIGS薄膜太阳能电池的主要制作工艺有:共蒸发、反应溅射、混和溅射、溅射硒化、全溅射、电沉积、丝网印刷等。
[0003] 共蒸发法是在高温真空环境下进行的,其是典型的物理气相沉积工艺(PhysicalVaporDeposition,PVD)。在采用多元共蒸发法制备CIGS薄膜时,以Cu、In、Ga、Se作为蒸镀材料,通过将蒸发时所挥发出来的元素沉积在加热的衬底上,反应形成CuIn1–xGaxSe2薄膜。相比之下,Cu、In及Ga在衬底上的黏附系数很高,而Se的黏附系数较低且蒸气压较高,因此挥发出来的Se原子流量必须大于Cu、In及Ga原子流量的总量,过量的Se会从薄膜表面脱附。如果Se供应不足,则会导致In及Ga分别以In2Se和Ga2Se的形式损失掉。
[0004] 因此,CIGS设备对于每种不同的材料,铜(Cu)、铟(In)、镓(Ga)和硒(Se)结构布置和要求非常高。合理的结构设计及优化的工艺排布才能得到高效、理想的CIGS膜层。特别是对于采用roll-to-roll共蒸法制备CIGS膜层的设备,蒸发系统的结构设计显得尤为严格。
[0005] 目前,采用roll-to-roll共蒸法制备CIGS膜层的设备中,蒸镀材料与基材之间的距离无法调整,达不到最佳的蒸镀效果。

发明内容

[0006] 为了解决上述技术问题,本发明提供了一种制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统,能够解决利用共蒸发法制备铜铟镓硒薄膜蒸镀效果不佳的问题。
[0007] 本发明是这样实现的,一种制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统,包括:
[0008] 真空腔室;
[0009] 若干个蒸发单元,任意两个相邻的蒸发单元的高度均不相同,所述若干个蒸发单元共同形成两端高中间低的弧形形状,所述若干个蒸发单元按照镀膜工艺流程依次设置在所述真空腔室内,且每一个蒸发单元与基材的距离均相同。
[0010] 本发明的有益效果如下:
[0011] 本发明提供的制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统,其通过在一个真空腔室内按照镀膜工艺流程依次设置若干个具有高度差的蒸发单元,使得若干个蒸发单元共同形成弧形形状,从而使得基材在本身重力作用下弯曲时,能够保证各个蒸发单元与基材的距离保持相同,从而保证了基材蒸镀的效果。
[0012] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

[0013] 附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案,并不构成对本发明技术方案的限制。
[0014] 图1为本发明提供的一种制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统原理示意图;
[0015] 图2为图1中蒸发单元的结构示意图;
[0016] 图3为图2中支撑部的结构示意图;
[0017] 图4为图2中蒸发源的结构示意图;
[0018] 图5为图2中箱体的结构示意图。

具体实施方式

[0019] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例的附图,对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0020] 请参照图1,为本发明实施例提供的一种制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统100,包括真空腔室10以及若干个蒸发单元20。
[0021] 每一个所述的蒸发单元20的底部均设有可调节高度的支撑单元30,所述支撑单元30支撑在所述真空腔室10的内底面,所述若干个蒸发单元20按照镀膜工艺流程依次设置在所述真空腔室10内,且每一个蒸发单元20与基材50的距离均相同,从而保证了基材50的蒸镀效果。
[0022] 具体的,参照图2,在本实施例中,所述支撑单元30包括四个支撑部31,所述四个支撑部31分别支撑在所述蒸发单元20底部的四角,从而用于调节所述蒸发单元20四角的高度。当所述四个支撑部31位于同一高度时,所述蒸发单元20处于水平状态;当同一侧的两个支撑部31与另一侧的两个支撑部31高度不同时,此时,所述蒸发单元20处于倾斜状态。高度差越大则所述蒸发单元20的倾斜角度越大,可通过调整蒸发单元20两侧支撑部31的高度差来调节所述蒸发单元20的倾斜角度。
[0023] 当所述蒸发单元20处于倾斜状态时,所述蒸发单元20的蒸镀口相应地处于倾斜状态。参照图1,从图1中可以看出,在正常情况下,所述基材50在自身重力的作用下会处于弯曲状态,如果想要将所述基材50拉直,则需要较大的拉力才能实现,而基材处于自然弯曲的状态下则不需要两端提供较大的拉力,减少了提供拉力的消耗,节约了成本。在所述基材50处于弯曲状态时,由于本实施例中的蒸发单元20的蒸镀口为倾斜状态,那么所述蒸发单元20的蒸镀口就能够正对弯曲状态下的基材50,同时,通过调整每一个蒸发单元20与基材50的距离,从而保证最好的蒸镀效果。
[0024] 在上述实施例中,参照图3,每一个所述的支撑部31均包括第一支撑螺杆311和第一支撑螺母312,所述第一支撑螺杆311的一端设有支撑地脚313,所述支撑地脚313支撑在所述真空腔室10的内底面。所述第一支撑螺母312螺纹连接在所述第一支撑螺杆311上,通过顺时针或逆时针转动所述第一支撑螺母312,使得所述第一支撑螺母312能够沿所述第一支撑螺杆311上下移动。
[0025] 所述蒸发单元20的底部开设有通孔(未图示),所述第一支撑螺杆311的另一端穿设在所述蒸发单元20的通孔内,所述蒸发单元20相应地承载在所述第一支撑螺母312上。当同一侧的两个所述第一支撑螺母312顺时针转动时,所述第一支撑螺母312沿所述第一支撑螺杆311下降,并相应地带动所述蒸发单元20的一侧下降,反之,所述蒸发单元20的一侧上升。
[0026] 为了保证所述第一支撑螺母312支撑的稳定性,所述支撑部31还包括固定螺母314,所述固定螺母314螺纹连接在所述第一支撑螺杆311上,且所述固定螺母314位于所述第一支撑螺母312的靠近所述支撑地脚313的一侧。当所述第一支撑螺母312的位置固定后,通过旋转所述固定螺母314,使得所述固定螺母314位于所述第一支撑螺母312的下方,通过所述固定螺母314能够将所述第一支撑螺母312的位置进行锁定,提高支撑的安全性。
[0027] 参照图2,所述蒸发单元20包括箱体21、蒸发源22以及电控信号电极23,所述箱体21设置在所述支撑部31的顶部,所述蒸发源22沿靠近或远离基材50的方向可移动地安装在所述箱体21内,且所述蒸发源22内放置有蒸镀材料,在本发明实施例中,所述蒸镀材料为铜、铟、镓、硒四种材料。当通过所述支撑部31调整好大致的距离后,可通过调整所述蒸发源
22与基材50的距离,实现蒸发单元20与基材50之间更为精细的距离调节。
[0028] 所述电控信号电极23安装在所述箱体21上,且所述电控信号电极23与蒸发控制系统(未图示)电连接,所述蒸发控制系统用于控制所述蒸发源22的蒸发温度。
[0029] 在上述实施例中,参照图4,所述蒸发源22包括蒸发源本体221、第二支撑螺杆222和第二支撑螺母223;
[0030] 所述第二支撑螺杆222的底部固定在所述箱体10内,所述第二支撑螺母223螺纹连接在所述第二支撑螺杆222上,通过顺时针或逆时针转动所述第二支撑螺母223,使得所述第二支撑螺母223能沿所述第二支撑螺杆222上下移动。所述蒸发源本体221支撑在所述第二支撑螺母223上,通过顺时针或逆时针转动所述第二支撑螺母223,带动所述蒸发源本体221靠近或远离所述基材50,以实现蒸发单元20与基材50距离的进一步调节。
[0031] 所述蒸发源本体221包括蒸发皿2211、加热器2212以及温度检测装置2213。所述蒸发皿2211具有用于放置蒸镀材料的凹陷部2214,所述加热器2212设置在所述蒸发皿2211上,且所述加热器2212通过电连接部2215与电源电连接,用于在所述凹陷部2214内形成高温区,从而对凹陷部2214内的蒸镀材料进行加热。
[0032] 所述温度检测装置2213的检测端伸入所述凹陷部2214内,用于检测所述高温区的温度,且所述温度检测装置2213和加热器2212均与所述蒸发控制系统电连接。具体工作时,所述温度检测装置2213检测所述高温区的温度,然后将检测数据传输给所述蒸发控制系统,所述蒸发控制系统接收所述检测数据并处理后,控制所述加热器2212升温或降温,由于每一种材料的汽化温度均不相同,因此可通过所述蒸发控制系统对蒸发源22的蒸发温度进行控制,使得每一个蒸发单元20均独立可控,可在小区域内调整单个蒸发单元20的蒸发量,保证工艺的稳定性。
[0033] 继续参照图3,所述蒸发单元20还包括至少一个排气管道24,所述排气管道24设置在所述箱体21的外侧壁上,用于收集硒蒸汽。具体的,由于所述排气管道24整体位于真空腔室10内,因此在真空环境下,随着硒蒸汽浓度的不断增加,每一个蒸发单元20的蒸发口处的压力会逐渐增大,随着压力差的不断增大,硒蒸汽则相应地被压入到排气管道24内,并在所述排气管道24的内壁上冷却凝结。利用所述排气管道24避免了蒸镀过程中硒蒸汽不可控的扩散,有效避免了硒蒸汽对真空腔室10的污染,从而缩短了维护时间,有利于提高生产效率。同时,由于硒蒸汽在排气管道24的内壁上凝结,因此,便于对于硒材料进行回收利用,避免原材料的浪费,节约了生产成本。
[0034] 在上述实施例中,为提高硒蒸汽在排气管道24的内壁上的冷却效率,所述排气管道24的管壁外绕置有冷却管路25,所述冷却管路25内循环流动有制冷介质。在本实施例中,所述制冷介质为冷水,利用所述冷水在冷却循环回路内循环流动,达到降低管壁温度的目的,从而更加有利于硒蒸汽在排气管道24的内壁上凝结,当然所述制冷介质也可以是其他制冷剂。
[0035] 同时,在本实施例中,所述蒸发单元20包括两个排气管道24,所述箱体21呈长方体形状,所述两个排气管道24分别设置在所述箱体21的相对两外侧壁上。利用两个相对设置的排气管道24能够提高硒蒸汽的收集效率,需要注意的是,本实施例中,设置两个排气管道24仅为其中一种较好的实施方式,但不具体限定于所述排气管道24的数量。
[0036] 参照图2和图5,所述箱体21包括上箱体211和下箱体212,所述上箱体211压设在下箱体212上方,共同形成用于放置蒸发源22的空腔。具体的,在本实施例中,所述上箱体211由外层、内层和护边组成,内层为两端开口的腔体结构,外层包裹在内层的外围,护边设置在外层顶部的外边缘上。其中,外层由SUS316L不锈钢板材料制成,以保证强度;内层由软质高纯石墨材料制成,以保证较好的耐温特性;护边由高纯石墨制成,以防止外层受热变形。
[0037] 所述下箱体212包括底板和侧壁围板,所述侧壁围板围设在底部顶部的外周缘上,共同形成一端开口的腔体结构。所述下箱体212的底板内具有冷却循环回路,所述冷却循环回路内循环流动有制冷介质,避免高热量扩散到真空环境中影响其他控制部件的性能。同时,所述箱体21的内壁上围设有隔热层213,用于防止高温外溢。在本实施例中,所述隔热层213由高纯石墨制成,在其他实施例中,所述隔热层213可由其他耐高温材料制成。
[0038] 参照图1,所述真空腔室10内设置有三个蒸发单元组,每一个所述的蒸发单元组均包括至少一个顶部开口的蒸发单元20;每一个所述的蒸发单元20内均放置有蒸镀材料,用于对蒸镀材料进行加热并形成蒸汽,同时,同组的蒸发单元20内放置的蒸镀材料相同,不同组的蒸发单元20内放置的蒸镀材料至少有一种不同。
[0039] 具体的,在本实施例中,其中一个蒸发单元组的蒸发单元20内放置有蒸镀材料硒和蒸镀材料铜,用来形成硒蒸汽和铜蒸汽;另一个蒸发单元组的蒸发单元20内放置有蒸镀材料硒和蒸镀材料铟,用来形成硒蒸汽和铟蒸汽;最后一个蒸发单元组的蒸发单元20内放置有蒸镀材料硒和蒸镀材料镓,用来形成硒蒸汽和镓蒸汽。通过在每一个蒸发单元20内均放置蒸镀材料硒,来保证镀膜过程中硒蒸汽的浓度,避免出现因硒蒸汽浓度过低而造成铟、镓材料的浪费。
[0040] 三个蒸发单元组按照镀膜工艺进行排列,根据工艺需要,在镀膜设备能够正常运行的情况下,可适当调整每一个蒸发单元组中蒸发单元20的数量。当所述蒸发单元组中的蒸发单元20数量增加时,在基材50镀膜的过程中,达到镀膜要求所需要的镀膜时间就会减少,进而能够提高镀膜效率,从而可提高制备铜铟镓硒薄膜的生产效率。
[0041] 综上所述,本发明实施例提供的一种制备铜铟镓硒薄膜的蒸发系统100,其首先通过支撑部31配合可调节高度的蒸发源22,可调节蒸发单元20与基材50之间的距离,减少镀膜材料的消耗,提高镀膜效果;其次,利用排气管道24实现对硒蒸汽的收集,提高了维护的便利性,并避免了原材料的浪费;再次,通过调整蒸发单元20的数量来调整镀膜效率和生产效率;最好,利用蒸发控制系统对蒸发源22的蒸发温度进行控制,使得每一个蒸发单元20均独立可控,可在小区域内调整单个蒸发单元20的蒸发量,保证工艺的稳定性。
[0042] 虽然本发明所揭露的实施方式如上,但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式,并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员,在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下,可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化,但本发明的专利保护范围,仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
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