一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层的制备系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层的制备系统，包括原料输送子系统、机械传动子系统、加热子系统、清洗子系统，原料输送子系统包括若干原料输送装置、若干超声波喷嘴，机械传动子系统包括放卷棍、若干托辊、张力控制棍和收卷棍，加热子系统包括若干加热块，清洗子系统包括冲淋冷却装置、最终冲洗装置、干燥装置。本发明专利技术还公开其制备方法。将原料输送子系统、机械传动子系统、加热子系统、清洗子系统集于一体，保证高纯度的反应溶液可控供应给超声波喷嘴，超声波喷嘴将反应溶液均匀喷洒在柔性衬底上，随着衬底向温度高的区域卷进，这些化学物质因为加热而反应完全，最终制备厚度可控的均匀的具有良好光电性能的缓冲层。

System and method for preparing buffer layer of copper indium gallium selenide thin film solar cell

System of the invention discloses a preparation CIGS thin film solar cell buffer layer, including the raw material conveying system, mechanical transmission system, heating system, cleaning system, material conveying subsystem comprises a plurality of raw material conveying device, a plurality of ultrasonic nozzle, mechanical transmission system includes unwinding roller stick, some stick, tension control and winding rod heating subsystem includes heating block, cleaning system includes shower cooling device, the final rinse device and the drying device. The invention also discloses a preparation method thereof. The raw material conveying system, mechanical transmission system, heating system, cleaning system in one set, to ensure the high purity of the reaction solution to supply controlled ultrasonic nozzle, ultrasonic nozzle and the reaction solution is sprayed on a flexible substrate, with the substrate to the region in high temperature, these chemicals for heating reaction finally, the preparation of uniform thickness controllable with good photoelectric properties of buffer layer.

【技术实现步骤摘要】
一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层的制备系统及方法
本专利技术涉及太阳能电池
，尤其是涉及一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层的制备系统及方法。
技术介绍
随着全球气候变暖、生态环境恶化和常规能源的短缺，太阳能已成为各国可持续发展的重要战略决策。太阳能电池就是一种将太阳能转化成电能的装置，具备超过电能、风能等资源的独特性能，而有希望成为未来电力行业的重要支柱。太阳能电池主要分为硅太阳能电池、化合物半导体薄膜电池、有机聚合物电池、纳米晶电池、有机薄膜电池等。其中，铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池属于半导体薄膜电池，由于铜铟镓硒具备直接带隙结构，并且具有较高的吸收系数，膜层只需达到微米级就可全部吸收能量大于铜铟镓硒薄膜带宽的入射光，因此铜铟镓硒薄膜太阳能电池可节省大量的原料，并且受稀有元素价格提升和原料短缺的影响相对较小，具有光吸收能力强，放电稳定性好、转化效率高，白天发电时间长、发电量高，生产成本低以及能源回收周期短等诸多优势，因而具有广阔的市场前景。铜铟镓硒薄膜太阳能电池主要有窗口层、缓冲层、吸收层、背电极和衬底组成。其中，缓冲层的作用有两个：一是作为吸收层的保护层，防止后续工艺对吸收层的破坏，二是作为吸收层和窗口层的过渡层，减小晶格失配。缓冲层的制备一般采用化学沉积法，利用喷嘴将溶液喷射到衬底上通过化学沉积制备。目前化学沉积在衬底上生成的薄膜均匀性还有待进一步提高。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层的制备系统及方法，以解决现有技术的不足。本专利技术采用以下技术方案：一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层的制备系统，包括原料输送子系统、机械传动子系统、加热子系统、清洗子系统，原料输送子系统包括若干原料输送装置、若干超声波喷嘴，机械传动子系统包括放卷棍、若干托辊、张力控制棍和收卷棍，加热子系统包括若干加热块，清洗子系统包括冲淋冷却装置、最终冲洗装置、干燥装置；放卷棍设在缓冲层反应区之前，若干原料输送装置和相应的超声波喷嘴连接，超声波喷嘴设在缓冲层反应区前端上方，若干托辊和若干加热块间隔设在缓冲层反应区，冲淋冷却装置、最终冲洗装置、干燥装置、张力控制辊、收卷棍依次设在缓冲层反应区之后，冲淋冷却装置用水来自最终冲洗后的水。优选地，原料输送装置包括储罐、回流管路、离心泵、过滤器、压力感应器、流量控制器，储罐出口通过离心泵和过滤器连接，离心泵和过滤器的连接管路上设阀门；过滤器出口分别和储罐进口、超声波喷嘴连接，过滤器出口通过回流管路和储罐进口连接，回流管路上设阀门；过滤器出口和超声波喷嘴连接管路上设压力感应器、流量控制器。优选地，超声波喷嘴包括喷嘴本体，喷嘴本体上端设置多个溶液进孔，上端两侧分别设置超声波发生部件，超声波发生部件包括超声波发生器和超声波换能器，超声波发生器和超声波换能器电连接，超声波换能器设置在喷嘴本体内部；喷嘴本体下端设置若干溶液出孔，以每列溶液出孔计数，分为n孔、n-1孔、n-2孔，溶液出孔按若干列n孔–若干列n-1孔–若干列n-2孔-若干列n-1孔–若干列n孔在喷嘴本体下端排列，各列数相同或不相同，其中，n为大于等于3的自然数；喷嘴本体两侧端分别设置支撑头。优选地，放卷棍和收卷棍底部均有导轨；放卷棍和收卷棍处还分别设有放卷纠偏器和收卷纠偏器，根据来料不同使收放卷辊左右移动，进行纠偏。优选地，缓冲层反应区若干托辊和若干加热块间隔设置，加热块内设有加热管和热电偶；缓冲层反应区两侧分别设有侧边，侧边使得衬底两侧有翘起，托辊两侧设有压轮，压轮隔着衬底压在托辊上，压在衬底翘起与水平接触的位置。优选地，冲淋冷却装置为水刀清洗，单面冲淋；最终冲洗装置为水刀清洗，正反两面冲洗；干燥装置为风刀干燥，正反两面吹风。一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层的制备方法，包括如下步骤：沉积了背电极、吸收层的柔性衬底放卷后在缓冲层反应区上按设定的速度卷进，反应溶液由原料输送装置输送到超声波喷嘴，再喷洒在衬底上，加热块加热到设定的反应温度，在衬底上进行化学反应沉积薄膜，沉积完成后再经过冲淋冷却、最终冲洗、干燥，之后收卷。优选地，反应溶液分别为硫脲溶液、超纯水、硫酸镉溶液、氨水溶液，硫脲溶液、超纯水、硫酸镉溶液、氨水溶液分别存储在相应的原料输送装置中，硫脲溶液直接通入相应的超声波喷嘴，超纯水、硫酸镉溶液、氨水溶液混合后再通入相应的超声波喷嘴；各溶液通入超声波喷嘴前由相应过滤器过滤，压力由相应回流管路上的阀门控制，流量由相应流量控制器控制，各溶液按设定的流速分别喷洒至柔性衬底上；超纯水在混合喷洒前先进行预热。优选地，冲淋冷却为单面冲淋，用水来自后续最终冲洗后的水；最终冲洗分为两步，分别为前步最终冲洗和后步最终冲洗，两步均为正反面冲洗，前步最终冲洗用水为后步最终冲洗后的水，后步最终冲洗用水为超纯水；采用风刀干燥，正反两面吹风。优选地，还包括废水处理步骤，制备过程中的废水包括冲淋冷却后的废水、前步最终冲洗后的废水、混合反应液管道的废水，废水依次经MVR设备、吹脱设备、一体化污水处理设备处理，MVR设备使得废水中的重金属镉完全分离到浓缩液中，离心分离出固体的镉盐，出水中不含镉，只有氨氮；经过吹脱，除去95％以上的氨氮；然后再经过一体化污水处理设备，氨氮低于25mg/L，完全达标排放。本专利技术的有益效果：1、本专利技术将原料输送子系统、机械传动子系统、加热子系统、清洗子系统集于一体，保证高纯度的反应溶液可控供应给超声波喷嘴，超声波喷嘴将反应溶液均匀喷洒在沉积了背电极、吸收层的柔性衬底上，随着衬底向温度高的区域卷进，这些化学物质因为加热而反应完全，最终制备厚度可控的均匀的具有良好光电性能的缓冲层。2、目前喷嘴溶液出孔直径较小，容易发生堵塞，本专利技术在喷嘴本体上端两侧分别设置超声波发生部件，使溶液在喷嘴里面充分振动，避免喷嘴阻塞，可以保持长时间喷洒均匀。目前溶液出孔在喷嘴下端均匀排布，在实际成产中，衬底中间部分受到喷嘴中间喷洒溶液的影响，还受到两边喷洒溶液的影响，而两边只受到各自所在边和中间的影响，溶液喷洒在衬底上分布不均匀，中间多，两边少，沉积的膜不均匀，本专利技术溶液出孔按若干列n孔–若干列n-1孔–若干列n-2孔-若干列n-1孔–若干列n孔在喷嘴本体下端排列，可以有效减弱中间的影响，使得喷洒的溶液分布均匀。本专利技术通过设置超声波发生部件和改变溶液出孔排列，使得溶液喷洒更流畅，喷射的液体在衬底表面分布更均匀，保持了衬底表面液体的均匀性，充分提高了化学喷射沉积薄膜的均匀性。3、本专利技术缓冲层反应区两侧分别设有侧边，侧边使得柔性衬底两侧有翘起，避免溶液外漏，不仅避免污染设备，而且提高了原料利用率。托辊两侧设有压轮，压轮隔着衬底压在托辊上，压在衬底翘起与水平接触的位置，可以保证翘起的部分与侧边接触的更紧密，同时保证衬底水平，没有折痕翘起部分，同时也可以使衬底受热均匀。附图说明图1为本专利技术系统示意图。图2为原料输送装置结构示意图。图3为本专利技术的用于化学喷射沉积的超声波喷嘴的结构示意图。图4为本专利技术的用于化学喷射沉积的超声波喷嘴的俯视图。图5为本专利技术的用于化学喷射沉积的超声波喷嘴的仰视图。图6为本专利技术缓冲层反应区示意图。图7为本专利技术缓冲层反应区侧边示意图。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层的制备系统，其特征在于，包括原料输送子系统、机械传动子系统、加热子系统、清洗子系统，原料输送子系统包括若干原料输送装置、若干超声波喷嘴，机械传动子系统包括放卷棍、若干托辊、张力控制棍和收卷棍，加热子系统包括若干加热块，清洗子系统包括冲淋冷却装置、最终冲洗装置、干燥装置；放卷棍设在缓冲层反应区之前，若干原料输送装置和相应的超声波喷嘴连接，超声波喷嘴设在缓冲层反应区前端上方，若干托辊和若干加热块间隔设在缓冲层反应区，冲淋冷却装置、最终冲洗装置、干燥装置、张力控制辊、收卷棍依次设在缓冲层反应区之后，冲淋冷却装置用水来自最终冲洗后的水。

【技术特征摘要】
1.一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层的制备系统，其特征在于，包括原料输送子系统、机械传动子系统、加热子系统、清洗子系统，原料输送子系统包括若干原料输送装置、若干超声波喷嘴，机械传动子系统包括放卷棍、若干托辊、张力控制棍和收卷棍，加热子系统包括若干加热块，清洗子系统包括冲淋冷却装置、最终冲洗装置、干燥装置；放卷棍设在缓冲层反应区之前，若干原料输送装置和相应的超声波喷嘴连接，超声波喷嘴设在缓冲层反应区前端上方，若干托辊和若干加热块间隔设在缓冲层反应区，冲淋冷却装置、最终冲洗装置、干燥装置、张力控制辊、收卷棍依次设在缓冲层反应区之后，冲淋冷却装置用水来自最终冲洗后的水。2.根据权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层的制备系统，其特征在于，原料输送装置包括储罐、回流管路、离心泵、过滤器、压力感应器、流量控制器，储罐出口通过离心泵和过滤器连接，离心泵和过滤器的连接管路上设阀门；过滤器出口分别和储罐进口、超声波喷嘴连接，过滤器出口通过回流管路和储罐进口连接，回流管路上设阀门；过滤器出口和超声波喷嘴连接管路上设压力感应器、流量控制器。3.根据权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层的制备系统，其特征在于，超声波喷嘴包括喷嘴本体，喷嘴本体上端设置多个溶液进孔，上端两侧分别设置超声波发生部件，超声波发生部件包括超声波发生器和超声波换能器，超声波发生器和超声波换能器电连接，超声波换能器设置在喷嘴本体内部；喷嘴本体下端设置若干溶液出孔，以每列溶液出孔计数，分为n孔、n-1孔、n-2孔，溶液出孔按若干列n孔–若干列n-1孔–若干列n-2孔-若干列n-1孔–若干列n孔在喷嘴本体下端排列，各列数相同或不相同，其中，n为大于等于3的自然数；喷嘴本体两侧端分别设置支撑头。4.根据权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层的制备系统，其特征在于，放卷棍和收卷棍底部均有导轨；放卷棍和收卷棍处还分别设有放卷纠偏器和收卷纠偏器，根据来料不同使收放卷辊左右移动，进行纠偏。5.根据权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池缓冲层的制备系统，其特征在于，缓冲层反应区若干托辊和若干加热块间隔设置，加热块内设有加热管...

【专利技术属性】
技术研发人员：任宇航，张龙飞，刘宽菲，罗明新，
申请(专利权)人：浙江尚越新能源开发有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33