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透明电极退火装置及方法

申请号 CN202211109889.8 申请日 2022-09-13 公开(公告)号 CN117737685A 公开(公告)日 2024-03-22
申请人 国家电投集团科学技术研究院有限公司; 发明人 王彩霞; 墙子跃; 吴瑶; 赵晓霞; 宗军;
摘要 本 发明 公开了一种透明 电极 退火 装置及方法,所述透明电极退火装置包括壳体、样品台、靶材、 挡板 和脉冲组件,壳体具有密封腔,样品台连接于壳体并位于密封腔内,样品台用于固定样品,靶材连接于壳体并位于密封腔内,靶材用于向样品溅射靶 原子 ,挡板活动连接于壳体并位于密封腔内,挡板在遮挡 位置 和暴露位置之间可转换,在遮挡位置,挡板位于靶材与样品之间,在暴露位置,挡板移出靶材和样品之间,脉冲组件安装在挡板并位于挡板与样品之间,脉冲组件用于对样品进行加热。本发明通过脉冲组件对样品特定层进行快速加热,完成特定层退火的同时避免了其它部分 温度 过高而变质或损毁,提高了样品的品质。
权利要求

1.一种透明电极退火装置,其特征在于,包括:
壳体,所述壳体具有密封腔;
样品台,所述样品台连接于所述壳体并位于所述密封腔内,所述样品台用于固定样品;
靶材,所述靶材连接于所述壳体并位于所述密封腔内,所述靶材用于向样品溅射靶原子
挡板,所述挡板活动连接于所述壳体并位于所述密封腔内,所述挡板在遮挡位置和暴露位置之间可转换,在所述遮挡位置,所述挡板位于所述靶材与所述样品之间,在所述暴露位置,所述挡板移出所述靶材和所述样品之间;
脉冲组件,所述脉冲组件安装在所述挡板并位于所述挡板与所述样品之间,所述脉冲组件用于对所述样品进行加热。
2.根据权利要求1所述的透明电极退火装置,其特征在于,所述脉冲组件包括灯罩和脉冲灯,所述灯罩连接于所述挡板,所述灯罩靠近于所述样品的一端敞开设置以形成开口,所述灯罩的内壁面上设有反光层,所述脉冲灯设在所述灯罩内,所述脉冲灯发出的脉冲光照可经所述开口射向所述样品。
3.根据权利要求2所述的透明电极退火装置,其特征在于,所述灯罩与所述样品之间的距离不大于2cm,所述脉冲灯单个脉冲持续时间不超过2s。
4.根据权利要求1所述的透明电极退火装置,其特征在于,所述样品台上设有冷却管,所述冷却水管环绕设置在所述样品台的周侧,和/或,所述冷却水管盘绕设置在所述样品台的一侧。
5.根据权利要求4所述的透明电极退火装置,其特征在于,所述样品台为金属样品台。
6.根据权利要求1所述的透明电极退火装置,其特征在于,还包括夹具,所述夹具连接于所述样品台,所述夹具用于固定所述样品。
7.一种透明电极退火方法,其特征在于,包括以下步骤:
提供一根据权利要求1‑6中任一项所述的透明电极退火装置,在底电池上依次制备空穴传输层、矿层、电子传输层和无机缓冲层以构成所述样品;
将所述样品固定于所述样品台上,并将所述无机缓冲层朝向所述靶材;
将所述挡板置于所述暴露位置,利用磁控溅射使所述靶材在所述样品上沉积预设厚度的ITO薄膜后停止溅射;
使用氩气对所述密封腔内气体环境进行清洗;
将所述挡板置于所述遮挡位置,使用所述脉冲组件对ITO薄膜进行脉冲光照射,完成对ITO薄膜的加热后关闭所述脉冲组件;
重复对所述样品沉积ITO薄膜并对ITO薄膜进行脉冲光退火,直至ITO薄膜的厚度达到所需制备的厚度。
8.根据权利要求7所述的透明电极退火方法,其特征在于,在脉冲光退火过程中持续使用冷却水对样品进行降温。
9.根据权利要求7所述的透明电极退火方法,其特征在于,使用所述脉冲组件对ITO薄膜进行脉冲光照射过程包括多个周期性脉冲光,利用脉冲宽度及重复次数控制退火温度及时间。
10.根据权利要求7所述的透明电极退火方法,其特征在于,磁控溅射的功率不超过
80W;
2
脉冲光的中心波长大于800nm,光脉冲宽度小于1s,脉冲光功率密度不低于10W/cm。

说明书全文

透明电极退火装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及太阳电池技术领域,尤其涉及一种透明电极退火装置及方法。

背景技术

[0002] 在叠层电池领域,矿作为顶电极必须满足其两端透明电极均具有较高的透光性,同时其顶部透明电极须具有较小的电阻。ITO是钙钛矿顶电池中常用的顶电极材
料,合适的退火工艺可显著提高ITO薄膜的透光率,同时降低其方块电阻。ITO退火温度一般
在200℃左右,但钙钛矿在150℃左右即会发生分解,使ITO退火工艺与钙钛矿难以兼容。

发明内容

[0003] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的实施例提出一种透明电极退火装置,该透明电极退火装置利用脉冲组件对样品特定层(例
如ITO层)进行快速加热以完成对特定层的快速退火,避免样品其它部分因温度过高而变质
甚至损毁,提高了样品的品质。
[0004] 本发明第二方面实施例还提出一种透明电极退火方法。
[0005] 本发明实施例的透明电极退火装置包括壳体、样品台、靶材、挡板和脉冲组件,所述壳体具有密封腔,所述样品台连接于所述壳体并位于所述密封腔内,所述样品台用于固
定样品,所述靶材连接于所述壳体并位于所述密封腔内,所述靶材用于向样品溅射靶原子
所述挡板活动连接于所述壳体并位于所述密封腔内,所述挡板在遮挡位置和暴露位置之间
可转换,在所述遮挡位置,所述挡板位于所述靶材与所述样品之间,在所述暴露位置,所述
挡板移出所述靶材和所述样品之间,所述脉冲组件安装在所述挡板并位于所述挡板与所述
样品之间,所述脉冲组件用于对所述样品进行加热。
[0006] 本发明实施例的透明电极退火装置通过脉冲组件对样品特定层进行快速加热,完成特定层退火的同时避免了其它部分温度过高而变质或损毁,提高了样品的品质。
[0007] 在一些实施例中,所述脉冲组件包括灯罩和脉冲灯,所述灯罩连接于所述挡板,所述灯罩靠近于所述样品的一端敞开设置以形成开口,所述灯罩的内壁面上设有反光层,所
述脉冲灯设在所述灯罩内,所述脉冲灯发出的脉冲光照可经所述开口射向所述样品。
[0008] 在一些实施例中,所述灯罩与所述样品之间的距离不大于2cm,所述脉冲灯单个脉冲持续时间不超过2s。
[0009] 在一些实施例中,所述样品台上设有冷却管,所述冷却水管环绕设置在所述样品台的周侧,和/或,所述冷却水管盘绕设置在所述样品台的一侧。
[0010] 在一些实施例中,所述样品台为金属样品台。
[0011] 在一些实施例中,所述透明电极退火装置还包括夹具,所述夹具连接于所述样品台,所述夹具用于固定所述样品。
[0012] 本发明第二方面实施例的透明电极退火方法包括:
[0013] 提供一根据上述任一项实施例所述的透明电极退火装置,在底电池上依次制备空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和无机缓冲层以构成所述样品;
[0014] 将所述样品固定于所述样品台上,并将所述无机缓冲层朝向所述靶材;
[0015] 将所述挡板置于所述暴露位置,利用磁控溅射使所述靶材在所述样品上沉积预设厚度的ITO薄膜后停止溅射;
[0016] 使用氩气对所述密封腔内气体环境进行清洗;
[0017] 将所述挡板置于所述遮挡位置,使用所述脉冲组件对ITO薄膜进行脉冲光照射,完成对ITO薄膜的加热后关闭所述脉冲组件;
[0018] 重复对所述样品沉积ITO薄膜并对ITO薄膜进行脉冲光退火,直至ITO薄膜的厚度达到所需制备的厚度。
[0019] 本发明实施例的透明电极退火方法采用上述透明电极退火装置对ITO薄膜进行脉冲光退火,保证ITO薄膜退火效果的同时避免了样品其它部分温度过高而变质甚至损毁,提
高了样品的品质。
[0020] 在一些实施例中,在脉冲光退火过程中持续使用冷却水对样品进行降温。
[0021] 在一些实施例中,使用所述脉冲组件对ITO薄膜进行脉冲光照射过程包括多个周期性脉冲光,利用脉冲宽度及重复次数控制退火温度及时间。
[0022] 在一些实施例中,磁控溅射的功率不超过80W;脉冲光的中心波长大于800nm,光脉2
冲宽度小于1s,脉冲光功率密度不低于10W/cm。
附图说明
[0023] 图1是本发明实施例的透明电极退火装置的示意图。
[0024] 附图标记:
[0025] 壳体1;样品台2;靶材3;挡板4;灯罩5;冷却水管6;转轴7。

具体实施方式

[0026] 下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
[0027] 以下结合附图描述本发明实施例的透明电极退火装置。
[0028] 本发明第一方面实施例的透明电极退火装置。
[0029] 如图1所示,本发明实施例的透明电极退火装置包括壳体1、样品台2、靶材3、挡板4和脉冲组件,壳体1具有密封腔,样品台2连接于壳体1并位于密封腔内,样品台2的下端面用
于固定样品,靶材3连接于壳体1并位于密封腔内并位于样品台2的正下方,靶材3用于向样
品溅射靶原子,挡板4活动连接于壳体1并位于密封腔内,挡板4在遮挡位置和暴露位置之间
可转换,在遮挡位置,挡板4位于靶材3与样品之间,在暴露位置,挡板4移出靶材3和样品之
间,脉冲组件安装在挡板4并位于挡板4与样品之间,脉冲组件用于对样品进行加热。
[0030] 需要说明的是,靶材3向样品溅射靶原子时,挡板4处于暴露位置,当样品上沉积一定厚度的薄膜后停止溅射,并将挡板4转换为遮挡位置,随后脉冲组件对薄膜进行特定参数
脉冲光照射,由于不同物质对特定波长脉冲光的吸收系数不同,使薄膜吸收脉冲光迅速升
温的同时,样品其它部分温度变化较小。
[0031] 本发明实施例的透明电极退火装置通过脉冲组件对样品特定层进行快速加热,完成特定层退火的同时避免了其它部分温度过高而变质或损毁,提高了样品的品质。
[0032] 可选地,靶材3有多个,多个靶材3均位于样品台2下方。
[0033] 如图1所示,可选的,透明电极退火装置还包括转轴7和驱动装置(未示出),转轴7竖直插设在所述壳体1上并以转轴7的轴线为回转中心可转动,转轴7的一端与挡板4的侧壁
连接,转轴7与驱动装置传动连接,驱动装置驱动转轴7旋转以带动挡板4在遮挡位置和暴露
位置之间转换。
[0034] 如图1所示,进一步地,脉冲组件包括灯罩5和脉冲灯(未示出),灯罩5连接于挡板4并位于挡板4上方,灯罩5靠近于样品的一端(如图1所示的上端)敞开设置以形成开口,灯罩
5的内壁面上设有反光层,脉冲灯设在灯罩5内并脉冲电源连接,脉冲灯发出的脉冲光照可
经开口射向样品;脉冲灯发出脉冲光线后,部分光线直接通过开口射向样品,另一部分光线
射向反光层后反光层对光线进行反射,使脉冲灯发出的脉冲光线直接或通过反光层反射后
射向样品。
[0035] 在一些实施例中,灯罩5上端面与样品下端面之间的距离不大于2cm,避免大量的光线从灯罩5和样品之间的缝隙泄漏而导致能量浪费,甚至影响加热效果,脉冲灯单个脉冲
持续时间不超过2s,避免薄膜和样品吸收大量脉冲光升温过高。
[0036] 在一些实施例中,样品台2上设有冷却水管6,冷却水管6环绕设置在样品台2的周侧,和/或,冷却水管6盘绕设置在样品台2的一侧。由此,冷却水管6通过与样品台2与样品间
接进行热交换,从而带走样品多余的热量,避免了样品温度过高而损毁。
[0037] 如图1所示,在一个具体的实施例中,冷却水管6盘绕设置在样品台2的上端面,冷却水管6的第一端与水(未示出)连通,水泵向冷却水管6内泵送冷却水,循环水沿冷却水
管6的第一端向冷却水管6的第二端流动,并从冷却水管6的第二端流出壳体1,冷却水在冷
却水管6内流动时与样品台2发生热交换,从而控制样品台2的温度,进而间接控制样品的温
度。
[0038] 在一些实施例中,样品台2为金属样品台2,金属样品台2具有高导热性,保证样品、样品台2和冷却水间的热传递速率。
[0039] 在一些实施例中,透明电极退火装置还包括夹具(未示出),夹具连接于样品台2,夹具用于固定样品。
[0040] 可选的,所述夹具为弹簧夹。
[0041] 本发明第二方面实施例的透明电极退火方法包括:
[0042] 提供一根据上述任一项实施例的透明电极退火装置,在底电池上依次制备空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和无机缓冲层以构成样品;
[0043] 将样品固定于样品台2上,并使无机缓冲层朝向靶材3;
[0044] 将挡板4置于暴露位置,利用磁控溅射使靶材3在无机缓冲层上沉积预设厚度的ITO薄膜后停止溅射,磁控溅射的功率不超过80W,以避免样品其它部分受损;
[0045] 使用氩气对密封腔内气体环境进行清洗,避免气等溅射用气体在退火过程中损坏零部件和靶材3;
[0046] 将挡板4置于遮挡位置,使用脉冲组件对ITO薄膜进行脉冲光照射,脉冲光中心波2
长大于800nm,光脉冲宽度小于1s,脉冲光功率密度不低于10W/cm ,高功率密度脉冲光可在
1s内将ITO温度升高至200℃以上,脉冲光熄灭后ITO层温度在5s内降至100℃以下,完成对
ITO薄膜的加热后关闭脉冲组件;
[0047] 重复对样品沉积ITO薄膜并对ITO薄膜进行脉冲光退火,直至ITO薄膜的厚度达到所需制备的厚度。
[0048] 本发明实施例的透明电极退火方法采用上述透明电极退火装置对ITO薄膜进行脉冲光退火,保证ITO薄膜退火效果的同时避免了样品其它部分温度过高而变质甚至损毁,提
高了样品的品质。
[0049] 在一些实施例中,在脉冲光退火过程中持续使用冷却水对样品进行降温,使底电池在冷却水的作用下保持室温,同时避免了样品其他部分温度过高而损毁。
[0050] 在一些实施例中,使用脉冲组件对ITO薄膜进行脉冲光照射过程包括多个周期性脉冲光,利用脉冲宽度及重复次数控制退火温度及时间。
[0051] 在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必
须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
[0052] 此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三
个等,除非另有明确具体的限定。
[0053] 在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连
接,也可以是电连接或彼此可通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以
是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的
普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0054] 在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0055] 在本发明中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少
一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实
施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示
例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书
中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0056] 尽管已经示出和描述了上述实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型
均在本发明的保护范围内。