[發(fā)明專利]制造CIGS薄膜太陽能電池的吸收層的反應(yīng)裝置及方法

有效

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• 申請日: 2012-11-22
• 公開（公告）號: CN102983216A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李德林
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳首創(chuàng)光伏有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 深圳中一專利商標(biāo)事務(wù)所 44237
• 代理人: 張全文

1.制造CIGS薄膜太陽能電池吸收層的反應(yīng)裝置，其特征在于，包括

一供應(yīng)室，用于提供制造CIGS薄膜太陽能電池的柔性襯底，所述柔性襯底上沉積有預(yù)置層，該供應(yīng)室具有一可密閉的供應(yīng)腔室；

一反應(yīng)室，通過硒化反應(yīng)在所述柔性襯底上制成CIGS半導(dǎo)體吸收層，具有一橫向貫設(shè)于其內(nèi)且可密閉的反應(yīng)通道，所述反應(yīng)通道沿所述柔性襯底進(jìn)入方向分為預(yù)熱區(qū)、反應(yīng)區(qū)和冷卻區(qū)；

一收料室，用于收納沉積有吸收層的柔性襯底，具有一可密閉的收料腔室；

以及一控制系統(tǒng)，包括設(shè)置于與所述供應(yīng)室、反應(yīng)室和收料室相連的氣體管路上并可控制氣體進(jìn)出的多個(gè)閥門以及可檢測所述供應(yīng)室、反應(yīng)室和收料室內(nèi)氣體狀態(tài)的檢測組件；

所述供應(yīng)腔室的出口端連接于所述反應(yīng)通道的入口端，所述收料腔室的入口端連接于所述反應(yīng)通道的出口端，所述供應(yīng)腔室、所述反應(yīng)通道和所述收料腔室依次連通構(gòu)造成一個(gè)密閉空間；

所述反應(yīng)區(qū)密閉連接有一可動態(tài)調(diào)節(jié)所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)氣體狀態(tài)的氣體平衡器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造CIGS薄膜太陽能電池吸收層的反應(yīng)裝置，其特征在于：所述氣體平衡器與所述反應(yīng)區(qū)通過一氣閥連接，保持動態(tài)平衡，若反應(yīng)區(qū)內(nèi)的氣體壓力高于氣體平衡器中的壓力時(shí)，氣閥打開，氣體從反應(yīng)區(qū)流入氣體平衡器，反之，氣體從氣體平衡器流入反應(yīng)區(qū)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造CIGS薄膜太陽能電池吸收層的反應(yīng)裝置，其特征在于：所述氣體平衡器與所述反應(yīng)區(qū)的容積比在0.1:1.0至1.0:0.1之間。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造CIGS薄膜太陽能電池吸收層的反應(yīng)裝置，其特征在于：所述氣體平衡器與反應(yīng)室具有相同的溫度和壓力。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造CIGS薄膜太陽能電池吸收層的反應(yīng)裝置，其特征在于：所述反應(yīng)通道從底部到頂部的高度在3mm至12mm之間。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造CIGS薄膜太陽能電池吸收層的反應(yīng)裝置，其特征在于：所述供應(yīng)室和所述收料室分別與可將所述密閉空間空抽真空的真空泵連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造CIGS薄膜太陽能電池吸收層的反應(yīng)裝置，其特征在于：所述反應(yīng)通道的入口端和出口端分別設(shè)有可用于調(diào)節(jié)或支撐所述柔性襯底并可將所述反應(yīng)通道密封且成對設(shè)置的入口傳動輥和出口傳動輥，所述入口傳動輥和所述出口傳動輥分別連接有可帶動其移動和轉(zhuǎn)動的入口驅(qū)動元件和出口驅(qū)動元件，該入口驅(qū)動元件和出口驅(qū)動元件均與所述控制系統(tǒng)連接并受其控制。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造CIGS薄膜太陽能電池吸收層的反應(yīng)裝置，其特征在于：所述反應(yīng)通道內(nèi)還設(shè)有多對可夾緊所述柔性襯底并使其移動的輔助輥輪，所述輔助輥輪對稱分布于所述氣體平衡器于所述反應(yīng)通道連接處的兩側(cè)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造CIGS薄膜太陽能電池吸收層的反應(yīng)裝置，其特征在于：所述反應(yīng)室的預(yù)熱區(qū)和反應(yīng)區(qū)以及所述氣體平衡器的外圍均分別設(shè)有加熱組件和保溫隔熱材料。

10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造CIGS薄膜太陽能電池吸收層的反應(yīng)裝置，其特征在于：所述反應(yīng)通道設(shè)置成先上行后下行的結(jié)構(gòu)。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制造CIGS薄膜太陽能電池吸收層的反應(yīng)裝置，其特征在于：所述反應(yīng)通道的拐角處角度設(shè)置在15°-45°之間。

12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制造CIGS薄膜太陽能電池吸收層的反應(yīng)裝置，其特征在于：所述反應(yīng)通道內(nèi)設(shè)置有用于調(diào)節(jié)所述柔性襯底膨脹間隙的張緊調(diào)節(jié)裝置，該調(diào)節(jié)裝置包括多個(gè)調(diào)節(jié)輥輪，各調(diào)節(jié)滾輪設(shè)置于所述反應(yīng)通道內(nèi)拐彎處，且與所述柔性襯底頂觸，各調(diào)節(jié)滾輪均連接有可驅(qū)動其徑向移動且由所述控制系統(tǒng)控制的調(diào)節(jié)動力元件。

13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造CIGS薄膜太陽能電池吸收層的反應(yīng)裝置，其特征在于：所述檢測組件包括可檢測所述反應(yīng)通道內(nèi)氣體溫度的溫度傳感器，可檢測所述反應(yīng)通道內(nèi)氣體濃度的濃度檢測器和檢測氣體壓力的壓力傳感器。

14.采用權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的制造CIGS薄膜太陽能電池吸收層的反應(yīng)裝置制造CIGS薄膜太陽能電池的吸收層的方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)步驟：

1）上料：將纏繞為卷狀且沉積有預(yù)置層的柔性襯底安置于所述供應(yīng)室內(nèi)，其中，該預(yù)置層至少包含一種IB族元素、一種IIIA族元素和一種VIA族元素，為以下材料之一：Cu/In/Ga/Se或Cu/In/Cu/Ga/Se或Cu-In/Ga/Se或Cu-Ga/In/Se或Cu/In-Ga/Se或Cu/Ga/Cu/In/Se或Cu/Ga/In/Se或Cu-Ga/Cu-In/Se或Cu-Ga/Cu-In/Ga/Se或Cu/Cu-In/Ga/Se、或Cu-Ga/In/In-Ga/Se；

2）定位：將沉積有預(yù)置層的柔性襯底的一端由所述供應(yīng)室內(nèi)的出口端展開依次進(jìn)入反應(yīng)室內(nèi)的反應(yīng)通道和所述收料室，并于所述收料室內(nèi)形成卷繞；

3）抽真空：對所述供應(yīng)室的供應(yīng)腔室、所述反應(yīng)通道和收料腔室依次連通構(gòu)造成的密閉空間抽真空，其真空度在10^-7Torr至10^-2Torr之間；

4)進(jìn)氣:向上述抽過真空的密閉空間內(nèi)通入惰性氣體；

5）升溫：對通入反應(yīng)通道內(nèi)的反應(yīng)氣體升溫，并保持預(yù)置層的柔性襯底的溫度在350℃至650℃之間;

6）蒸發(fā)反應(yīng)：將沉積有預(yù)置層的柔性襯底依次通過反應(yīng)通道上的預(yù)熱區(qū)、反應(yīng)區(qū)和冷卻區(qū)，沉積有預(yù)置層的柔性襯底通過預(yù)熱區(qū)和反應(yīng)區(qū)時(shí)，VIA族元素,與預(yù)置層中包含的IB族元素和IIIA族元素反應(yīng)形成CIGS半導(dǎo)體。或通入H₂S氣體或者H₂Se和H₂S的混合氣體與預(yù)置層中包含的IB族元素和IIIA族元素反應(yīng),以提高CIGS吸收層的質(zhì)量；

7）平衡氣體：控制系統(tǒng)檢測所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)的反應(yīng)氣體濃度，并與預(yù)先設(shè)定的反應(yīng)氣體濃度比對，若比對數(shù)值偏低，則氣體平衡器中的反應(yīng)氣體滲入到所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)，反之，所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)的反應(yīng)氣體滲透到所述氣體平衡器中；

8）冷卻：沉積有吸收層的柔性襯底通過冷卻區(qū)時(shí)，將沉積有吸收層的柔性襯底自然冷卻；

9）收料：沉積有吸收層的柔性襯底經(jīng)過冷卻后，在所述收料室內(nèi)纏繞成卷。