一种连续制备铜铟镓硒硫太阳能电池吸收层的设备制造技术

本发明专利技术公开了属于制备光伏新能源材料所用设备技术领域的一种连续制备铜铟镓硒硫太阳能电池吸收层的设备。该设备为连续式五室硒化硫化炉，预热室、硒化室、过渡室、硫化室和冷却室顺次相连，采用连续式五室硒化硫化炉可制备出具有Ｓ成分梯度分布的ＣＩＧＳｅＳ／ＣＩＧＳｅ复合吸收层，使得该吸收层不仅在ＣＩＳｅ基础上提高了带隙，而且使之沿吸收层厚度方向形成带隙梯度，增加对太阳光谱中光能的吸收，提高了ＣＩＳｅ系太阳能电池的光电转换效率。本发明专利技术可以使得铜铟硒系薄膜太阳能电池的制造工艺简单，制造成本低，操作稳定性好，生产效率高，为制备高光电转换效率、大面积ＣＩＳｅ系太阳能电池提供了便捷和设备保证。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于制备光伏新能源材料所用设备
，特别涉及一种连续制备铜铟 镓硒硫太阳能电池吸收层的设备。
技术介绍
铜铟硒(CuInSe2，简称CISe)系太阳能电池被认为是最具发展潜力的新一代薄膜 太阳能电池，具有高光电转换效率、低成本、抗辐射能力强、稳定性高等优点。CISe系太阳能 电池的基本结构是(下)基底\Mo背电极\CISe系吸收层\缓冲层\窗口层\透明电极层 \金属栅极(上)。基体材料CISe是直接带隙半导体材料，禁带宽度1. 04eV,光吸收系数达IO5CnT1量 级。作为太阳能电池的吸收层，禁带宽度的理想范围是1. 4eV 1. 6eV，通过向CISe中掺杂 镓(Ga)、硫(S)元素制备CIGSe、CIGS、CIGSeS可以有效提高吸收层的禁带宽度，提高CISe 太阳能电池的转换效率。目前，CIGSeS薄膜主要制备方法有共蒸发法和预制膜硒化硫化法。 共蒸发法可以制备得到小面积的高质量CIGSeS薄膜，但是难以制备大面积均勻的CIGSeS 薄膜。预制膜硒化硫化法由于采用了适合于大面积均勻镀膜的磁控溅射技术而被认为是最 有可能实现大面积均勻制备CIGSeS薄膜的工艺方法。但目前CIGSeS薄膜均在CIGSe薄膜的基础上经硫化制备得到。在操作过程中， CIGSe薄膜在硫化前会暴露在外界环境(空气)中一段时间，使得环境中的氧、固体颗粒杂 质等破坏了 CIGSe薄膜的表面状态，降低了 CIGSeS薄膜的质量，对电池性能造成负面的影 响。因此，本专利技术设计了一种可以实现连续制备具有S成分梯度分布的CIGSeS/CIGSe 复合吸收层的设备——连续式五室硒化硫化炉，使CIGSeS/CIGSe吸收层薄膜不仅在CISe 材料基础上提高了禁带宽度，而且使之沿吸收层厚度方向形成带隙梯度，增加对太阳光谱 中光能的吸收，提高了 CISe系太阳能电池的光电转换效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种连续制备铜铟镓硒硫太阳能电池吸收层(CIGSeS/CIGSe 复合吸收层)的设备，其特征在于该设备主要由预热室、硒化室、过渡室、硫化室和冷却室 五个工作室组成，其中，预热室、硒化室、过渡室、硫化室和冷却室顺次相连，且相邻的两个 工作室之间设置插板阀，各工作室外壁均勻排布电阻丝加热器，使各工作室内温度均勻，在 加热器外覆盖保温材料，确保设备外壁温度不超过40°C，在预热室、过渡室和冷却室中分别 设有送样机械手、过渡机械手和取样机械手，在硒化室和硫化室内分别设有硒化室样品支 撑平台和硫化室样品架支撑平台，在硒化室和硫化室的底部分别设有硒源加热槽和硫源加 热槽，该设备真空系统为机械泵、罗茨泵、分子泵三级抽真空系统。上述设备中，硒化室样品支撑平台和硫化室样品架支撑平台均为可升降样品架支 撑平台。3硒化室样品支撑平台和硫化室样品架支撑平台均由气缸带动其上升或下降。上述设备中，送样机械手、过渡机械手和取样机械手均为四连杆机械手，过渡机械 手能整体旋转180°。所述四连杆机械手包括机械臂、机械臂转动轴承、齿轮组、同步齿轮组和样品架托 台，所述四连杆机械手由步进电机提供动力，步进电机通过齿轮传动带动样品架托台往复 运动，实现机械手的伸展和回缩，同步齿轮组保证样品架托台运动轨迹为直线。所述机械臂由前臂(靠近样品架托台一侧)、后臂(靠近齿轮组一侧)两部分组 成，前、后臂通过所述机械转动轴承轴连接实现机械臂的伸、缩；所述齿轮组、所述同步齿轮 组通过螺纹-螺杆连接分别实现所述机械臂前、后臂的固定；所述样品架托台和所述同步 齿轮组通过螺纹-螺杆连接固定。该设备本底真空可达1. OX l(T3Pa。上述设备各工作室工作温度范围是预热室25°C 500°C，硒化室25°C 600°C， 过渡室25°C 400°C，硫化室25°C 500°C，冷却室25°C 400°C。本专利技术的有益效果为采用连续式五室硒化硫化炉可制备出具有S成分梯度分布 的CIGSeS/CIGSe复合吸收层，使得该吸收层不仅在CISe基础上提高了带隙，而且使之沿吸 收层厚度方向形成带隙梯度，增加对太阳光谱中光能的吸收，提高了 CISe系太阳能电池的 光电转换效率。本专利技术可以使得铜铟硒(CuInSe2，简称CISe)系薄膜太阳能电池的制造工艺简单， 制造成本低，操作稳定性好，生产效率高，为制备高光电转换效率、大面积CISe系太阳能电 池提供了便捷和设备保证。附图说明图1是五室硒化硫化炉示意图；图2是机械手初始位置示意图；图3是机械手伸展后位置示意图；图4是样品架传递过程示意图；图中标号1-预热室，2-硒化室，3-过渡室，4-硫化室，5-冷却室，6_取样机械手，7_插板 阀，8-硫化室样品架支撑平台，9-硫源加热槽，10-过渡机械手，11-硒化室样品支撑平台， 12-硒源加热槽，13-送样机械手，21-机械臂，22-齿轮组，23-机械臂转动轴承，24-样品架 托台，25-同步齿轮组，26-样品架。具体实施例方式本专利技术提供了一种可连续制备CIGSeS/CIGSe复合吸收层的设备，下面结合具体 实施方式对本专利技术进一步进行说明实施例1一种连续制备铜铟镓硒硫太阳能电池吸收层的设备，如图1所示，该设备主要由 预热室1、硒化室2、过渡室3、硫化室4和冷却室5五个工作室组成，其中，预热室1、硒化室 2、过渡室3、硫化室4和冷却室5顺次相连，且相邻的两个工作室之间设置插板阀7，各工作室外壁均勻排布电阻丝加热器，使各工作室内温度均勻，在加热器外覆盖保温材料，确保设 备外壁温度不超过40°C，在预热室1、过渡室3和冷却室5中分别设有送样机械手13、过渡 机械手10和取样机械手6，在硒化室2和硫化室4内分别设有硒化室样品支撑平台11和硫 化室样品架支撑平台8，在硒化室2和硫化室4的底部分别设有硒源加热槽12和硫源加热 槽9，硒源为固态单质硒，硫源为固态单质硫，该设备真空系统为机械泵、罗茨泵、分子泵三 级抽真空系统，该设备本底真空可达1. OX 10_3Pa。上述设备中，硒化室样品支撑平台11和硫化室样品架支撑平台8均为可升降样品 架支撑平台。硒化室样品支撑平台11和硫化室样品架支撑平台8均由气缸带动其上升或下降。上述设备中，送样机械手13、过渡机械手10和取样机械手6均为四连杆机械手，过 渡机械手10能整体旋转180°。所述四连杆机械手包括机械臂21、机械臂转动轴承23、齿轮组22、同步齿轮组25 和样品架托台24，所述四连杆机械手由步进电机提供动力，步进电机通过齿轮传动带动样 品架托台24往复运动，实现机械手的伸展和回缩，同步齿轮组保证样品架托台运动轨迹为直线。所述机械臂21由前臂(靠近样品架托台24—侧)、后臂(靠近齿轮组22—侧)两 部分组成，前、后臂通过所述机械转动轴承23轴连接实现机械臂的伸、缩；所述齿轮组22、 所述同步齿轮组25通过螺纹-螺杆连接分别实现所述机械臂21前、后臂的固定；所述样品 架托台24和所述同步齿轮组25通过螺纹-螺杆连接固定。机械手初始位置示意图如2所示，机械手伸展后位置示意图如图3所示。上述设备各工作室工作温度范围是预热室25°C 500°C，硒化室25°C 600°C， 过渡室25°C 400°C，硫化室25°C 500°C，冷却室25°C 400°C。制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续制备铜铟镓硒硫太阳能电池吸收层的设备，其特征在于：该设备主要由预热室（１）、硒化室（２）、过渡室（３）、硫化室（４）和冷却室（５）五个工作室组成，其中，预热室（１）、硒化室（２）、过渡室（３）、硫化室（４）和冷却室（５）顺次相连，且相邻的两个工作室之间设置插板阀（７），各工作室外壁均匀排布电阻丝加热器，使各工作室内温度均匀，在加热器外覆盖保温材料，确保设备外壁温度不超过４０℃，在预热室（１）、过渡室（３）和冷却室（５）中分别设有送样机械手（１３）、过渡机械手（１０）和取样机械手（６），在硒化室（２）和硫化室（４）内分别设有硒化室样品支撑平台（１１）和硫化室样品架支撑平台（８），在硒化室（２）和硫化室（４）的底部分别设有硒源加热槽（１２）和硫源加热槽（９），该设备真空系统为机械泵、罗茨泵、分子泵三级抽真空系统。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：庄大明，张弓，李春雷，刘江，宋军，赵运章，匡周，
申请(专利权)人：清华大学，张家港保税区华冠光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]