[實用新型]一種用于硒化或硫化處理的可控硒蒸汽或硫蒸汽的產生裝置

無效

• 申請號: 201120093911.5
• 申請日: 2011-04-01
• 公開（公告）號: CN202092090U
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 潘勇;范清喜;周杰;陳浩;李凱;周兆峰
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: F22B33/00
• 分類號: F22B33/00;H01L31/18
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本實用新型涉及一種用于硒化或硫化處理的可控硒蒸汽或硫蒸汽的產生裝置，特別涉及制備CIGS太陽能電池吸收層時的高活性可控硒蒸汽的制備裝置。

背景技術

在太陽能電池中的薄膜電池這一種類，由于在生產制造中所使用的原材料量很少，原材料供給的短缺造成價格暴漲的現象發生的概率較低，因此薄膜電池非常有望實現低價高效的目標。其中，銅銦鎵硒(CuIn1-xGaxSe2或者CIGS)薄膜被看作是所有薄膜太陽電池技術中最有希望實現低價、高效、性能穩定的光伏材料。原因主要有以下幾點：1)CIGS的帶隙可以調控，達到與太陽光譜相匹配的數值；2)CIGS薄膜太陽電池的性能非常穩定，具有很強的抗輻射能力，非常適合作為空間衛星的發電部件；3)CIGS薄膜是一種直接帶隙化合物半導體材料，對太陽光的吸收系數很高；4)更重要的是，在各種材料的薄膜電池和薄膜光伏組件中，CIGS薄膜太陽電池都取得了最高的轉換效率。

CIGS太陽能電池的關鍵部分在于吸收層銅銦鎵硒薄膜，吸收層的制備方法稱為CIGS太陽能電池的技術路線。目前CIGS太陽能電池的主要制備方法有蒸發法、金屬預制層后硒化法。蒸發法對儀器要求高，且技術難度高，不利于大規模的工業生產。金屬預制層后硒化法是通過濺射法、蒸發法、電沉積、印刷法制備有一定化學計量比的Cu、In、Ga金屬預制層，然后在H2Se氣氛或Se氣氛中熱處理(硒化處理)，形成CIGS太陽能電池的吸收層。目前國內外采用金屬預制層后硒化法制備CIGS太陽能電池的生產線都是采用的H₂Se。原因是H₂Se是氣體，再生產中可通過控制氣壓的方式來調節氣體濃度，且其提供的Se元素活性高，制備的電池質量高。但是H₂Se是一種劇毒氣體，對設備和操作要求極為嚴格，且儲存運輸不方便。固態Se源法是將固態的Se加熱形成Se蒸汽，生產中的尾氣可以通過冷卻凝結的方式實現Se的回收，且固態Se源安全無毒、方便運輸。固態Se源法對設備要求簡單，是發展前景很好的新技術。

現有的硒化處理所用的硒化爐都是基于玻璃襯底的分批式封閉硒化爐，對于此種硒化爐，采用HSe氣體可以很容易實現氣體的通斷和氣體濃度的控制，能夠與電池片的熱處理過程協調一致。采用固態Se源，非專利文獻中所描述的獲得Se蒸汽的方式主要有兩種，一是在“Growth?of?CuInSe2?thin?films?by?high?vapour?Se?treatment?of?co-sputtered?Cu-In?alloy?in?agraphite?container，Thin?Solid?Films?338(1999)13-19”中F.O.Adurodijaa等人將一定量的固態Se和樣品一同放入加熱爐中，該方法不易控制Se蒸汽的濃度，在熱處理后期會出現固態Se過早蒸發掉導致Se壓不足的問題。另一種方式是在“硒蒸氣硒化法制備CIGS薄膜的影響因子(I)，太陽能學報30(2009)426-428”中韓東麟等人將固態Se源加熱與樣品基片加熱分離，由氬氣將在Se源加熱爐中形成Se蒸汽載入到高溫基片加熱區進行反應，Se蒸汽的濃度通過調節Se源加熱爐的溫度和載氣流量來控制。該方法將需要的固態Se粉一次性加到Se源加熱爐中，利用控溫的方式來調控Se蒸汽的蒸發量，在硒化過程中不能與基片的熱處理過程協調。該文中的Se源加熱爐既是固態Se的儲存容器又是加熱容器，大量的Se在密閉的Se源加熱爐中，在較高的溫度下Se的蒸發量較難控制，容易因壓力過大出現危險。

中國專利CN200810053051中提供了一種制備高活性硒源的方法和裝置。該方法是將固態Se源置于密閉罐底部加熱產生Se蒸汽與通入的H₂氣在等離子體輝光放電的作用下生成H2Se氣體或高活性Se蒸汽。該方法的問題同樣是大量固態Se同時置于加熱爐中，Se蒸汽的蒸發量難以控制，容器中壓力過大容易出現危險。在吸收層制備過程中，該裝置不能及時地對H₂Se或Se蒸汽實現靈活的通斷控制及氣壓控制。

實用新型內容

為了解決現有固態Se源的加熱裝置和方法對Se蒸汽量的控制較困難和將大量的Se一次裝載到加熱爐中而導致因壓力過大會產生危險的問題，本實用新型提供一種用于硒化或硫化處理的可控硒蒸汽或硫蒸汽的產生裝置。