薄膜太阳电池CIGS层的硒化方法技术

本发明专利技术涉及一种薄膜太阳电池CIGS层的硒化方法，包括以下硒化过程：⑴用气体离化器将Se源蒸发区和气体输出区连接后，气体离化器的离化腔室加温、通入Ar气，Ar气存在于两个电极之间，离化腔室形成辉光放电区；⑵固态Se加热至200-300℃低活性Sen（n≥5）大原子团Se蒸汽进入到400℃~500℃的辉光放电区裂解成小原子团Se蒸汽后，进入到400℃~500℃的气体输出区；⑶小原子团Se蒸汽喷射到衬底表面，参与衬底上CIGS层的反应成膜。本发明专利技术通过将大原子团Se蒸汽裂解成Sen（n＜5）小原子团Se蒸汽参与CIGS吸收层制备、提高CIGS薄膜太阳电池的光电转换效率起到了显著的作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于CIGS薄膜太阳电池吸收层制备装置
，特别是涉及一种薄膜太阳电池CIGS层的硒化方法。
技术介绍
CIGS薄膜太阳电池因其具有高转换效率、无光致衰退、抗辐射性能好、低成本、适合卷对卷工艺大规模生产等优点，被认为是最具有发展潜力的薄膜太阳电池。该电池典型结构由衬底、Mo层金属背电极、CIGS层吸收层、CdS缓冲层、窗口层高阻i:ZnO、低阻ZnO:Al、MgF2减反射膜以及Ni-Al栅电极构成。其中CIGS吸收层的制备是CIGS太阳电池的核心技术。多元共蒸发法是目前制备CIGS吸收层工艺中被使用最广泛和最成功的方法。多元共蒸发法制备CIGS层，由铜、铟、镓、硒四种元素以Se蒸汽形式在具有一定温度的衬底上反应化合形成Cu(InxGa1-x)Se2的多元合金相。在制备过程中，硒加热蒸发方法产生硒蒸气以供应反应需要，这种方式的优点是简单、易行；但随着硒料的消耗会造成硒源蒸汽压发生变化，进而影响到硒蒸发量的稳定性。而且以这种方式制备的Se蒸汽硒常以Sen（n≥5）大原子团簇形式存在，过大的n值严重的降低了分子团簇中硒原子的有效接触面积，直接导致了反应活性及原料使用率的降低、薄膜成份均匀性差、局部偏离化学计量比等现象，使得Se气氛分布不均匀而严重影响CIGS层成膜质量，导致CIGS薄膜太阳电池的光电转换效率难以提高。
技术实现思路
本专利技术为解决
技术介绍
中存在的技术问题而提供能够将低活性Sen（n≥5）大原子团裂解为较高活性Sen（n＜5）小原子团，硒料的利用率高和硒蒸发均匀、稳定，CIGS吸收层的成膜质量好，提高CIGS薄膜太阳电池光电转换效率的一种薄膜太阳电池CIGS层的硒化方法。本专利技术采取的技术方案是：薄膜太阳电池CIGS层的硒化方法，其特点是：包括以下硒化过程：⑴用气体离化器通过输气管路将带有Se源料桶的Se源蒸发区和带有喷嘴部分的气体输出区连接后，气体离化器的离化腔室中加温至400℃~500℃，通入Ar气，Ar生成等离子带电体，存在于两个电极之间，离化腔室形成辉光放电区；⑵将Se源料桶中的固态Se加热至200-300℃，固态Se生成低活性Sen（n≥5）大原子团Se蒸汽进入到400℃~500℃的辉光放电区；辉光放电区中的大原子团Se蒸汽裂解成Sen（n＜5）小原子团Se蒸汽后，进入到400℃~500℃的气体输出区；⑶调节气体输出区中小原子团Se蒸汽的流量，将小原子团Se蒸汽喷射到衬底表面，参与薄膜太阳电池衬底上CIGS层的反应成膜；反应成膜完成后，先关闭Se蒸汽，待气体离化器中的温度降至150℃以下后再停止Ar气的提供。本专利技术还可以采用如下技术措施：所述⑶的气体输出区中小原子团Se蒸汽喷射流量由适配器和气体流量控制器控制；所述⑴中将固态Se加热至190℃及以下，再通入Ar气；所述气体离化器包括一端带有法兰的圆柱形不锈钢离化器壳体，离化器壳体内置有作为绝缘层的热塑性塑料，绝缘层的上部分为台阶孔状的热塑性塑料，台阶孔内有两个电极，一个电极为外壁包于绝缘层内壁的环形电极，另一个电极为位于环形电极中心处的柱状电极，两个电极之间的空隙形成离化腔室；绝缘层的下部分为圆柱轴状的热塑性塑料，圆柱轴状的热塑性塑料及不锈钢离化器壳体通过陶瓷密封穿有通向离化腔室的Se蒸汽输入管、两个电极引出与适配器37两端连接的电极接线柱，以及通向柱状电极的Ar气输入管，Ar气输入管另一端经气体流量控制器通向Ar气容器中；气体离化器上法兰一端的离化器壳体放入两端均带有法兰的输气管路中，气体离化器上法兰另一端的Se蒸汽输入管、Ar气输入管、电极接线柱一端放入另一个两端均带有法兰的输气管路中，气体离化器上的法兰与两个输气管路上的法兰之间放置铜垫圈后，通过螺栓密封固装成一体；所述气体离化器上、下两端均带有法兰，离化器壳体为方形不锈钢壳体，离化器壳体内壁的绝缘层为中心为方形空腔的热塑性塑料，方形空腔相对应的两壁上各置有一个平板状电极，两个电极相互平行，方形空腔形成离化腔室；下端的法兰通向Se蒸汽输入管，上端的法兰通向气体输出区；Ar气输入管和电极接线柱通过陶瓷密封穿过所述热塑性塑料通向离化腔室；所述热保护装置由输气管路上自内至外的热保护层、热屏蔽层和水冷保护层构成；所述热保护层为石棉，热屏蔽层为镍层，所述水冷保护层为空中通水的橡胶套；所述Se源料桶靠近上边缘的的桶壁上插有两根构成十字形的连接杆，Se源料桶外壁上缠绕有两端连接在PLC加热控制器上的Se源料桶加热丝，Se源料桶置于顶部带有卡槽的蒸发区外壳体中，卡槽卡装在Se源料桶的连接杆上，Se源料桶与蒸发区外壳体之间置有所述热保护装置；蒸发区外壳体上端的卡槽卡装于连接杆上；装有Se源料桶的蒸发区外壳体顶端有高铬含量的铁素体不锈钢材料料筒上沿和料筒盖；圆圈状的料筒上沿上端面制有料筒上沿刀口，料筒盖的中心处制有Se蒸汽输出口、Se蒸汽输出口旁制有填料口，料筒盖的下端面制有料筒盖刀口，料筒上沿刀口和料筒盖刀口经铜垫圈密封咬合成一体，料筒上沿与料桶盖通过禁锢螺栓连接后，料筒上沿与Se源料桶通过氩弧焊连接成一体，经螺钉与蒸发区外壳体密封固装成一体；带有法兰的填料管的法兰一端朝上，填料管另一端与填料口密封亚弧焊接成一体；填料管的法兰端面上有密封盖。所述气体输出区包括带有法兰的高铬含量的铁素体不锈钢气体输出腔管，法兰上有腔管固定孔，气体输出腔管外壁套上连接座，连接座与腔管固定孔和放有离化器壳体输气管路的法兰由螺栓密封固装成一体；气体输出腔管外壁套上高铬含量的铁素体不锈钢加热套筒，所述腔管加热套筒上制有螺旋状的线槽，线槽上缠绕有套筒加热丝，腔管加热套筒上还缠绕有一圈热偶线；缠绕有加热丝和热偶线的腔管加热套筒外面套有底端带有走线口的高铬含量的铁素体不锈钢加热套筒保护管，所述套筒加热丝和热偶线的端部从走线口引出；气体输出腔管上端内壁密封氩弧焊接有连接整流片、中心处为喷嘴的碳喷嘴整流装置，所述碳喷嘴整流装置和整流片构成喷嘴部分。本专利技术具有的优点和积极效果是：1、本专利技术由于采用了气体离化器，将Ar气生成等离子带电体，并稳定存在于两个电极之间，形成辉光放电区；Se蒸汽进入到辉光放电区间后，由低活性Sen（n≥5）大原子团裂解成较高活性Sen（n＜5）小原子团，对优化CIGS吸收层制备工艺、提高CIGS薄膜太阳电池的光电转换效率起到了显著的作用。2、本专利技术采用了适配器和气体流量控制器，有效控制了Se蒸汽本文档来自技高网...

【技术保护点】
薄膜太阳电池CIGS层的硒化方法，其特征在于：包括以下硒化过程：⑴用气体离化器通过输气管路将带有Se源料桶的Se源蒸发区和带有喷嘴部分的气体输出区连接后，气体离化器的离化腔室中加温至400℃~500℃，通入Ar气，Ar生成等离子带电体，存在于两个电极之间，离化腔室形成辉光放电区；⑵将Se源料桶中的固态Se加热至200？300℃，固态Se生成低活性Sen（n≥5）大原子团Se蒸汽进入到400℃~500℃的辉光放电区；辉光放电区中的大原子团Se蒸汽裂解成Sen（n＜5）小原子团Se蒸汽后，进入到400℃~500℃的气体输出区；⑶调节气体输出区中小原子团Se蒸汽的流量，将小原子团Se蒸汽喷射到衬底表面，参与薄膜太阳电池衬底上CIGS层的反应成膜；反应成膜完成后，先关闭Se蒸汽，待气体离化器中的温度降至150℃以下后再停止Ar气的提供。

【技术特征摘要】
1.薄膜太阳电池CIGS层的硒化方法，其特征在于：包括以下硒化过程：
⑴用气体离化器通过输气管路将带有Se源料桶的Se源蒸发区和带有
喷嘴部分的气体输出区连接后，气体离化器的离化腔室中加温至400℃~500
℃，通入Ar气，Ar生成等离子带电体，存在于两个电极之间，离化腔室形成
辉光放电区；
⑵将Se源料桶中的固态Se加热至200-300℃，固态Se生成低活性Sen（n
≥5）大原子团Se蒸汽进入到400℃~500℃的辉光放电区；辉光放电区中的大
原子团Se蒸汽裂解成Sen（n＜5）小原子团Se蒸汽后，进入到400℃~500℃的
气体输出区；
⑶调节气体输出区中小原子团Se蒸汽的流量，将小原子团Se蒸汽喷射
到衬底表面，参与薄膜太阳电池衬底上CIGS层的反应成膜；反应成膜完成后，
先关闭Se蒸汽，待气体离化器中的温度降至150℃以下后再停止Ar气的提供。
2.根据权利要求1所述的薄膜太阳电池CIGS层的硒化方法，其特征在
于：所述⑶气体输出区中小原子团Se蒸汽喷射流量由适配器和气体流量控制
器控制。
3.根据权利要求1所述的薄膜太阳电池CIGS层的硒化方法，其特征在
于：所述⑴中将固态Se加热至190℃及以下，再通入Ar气。
4.根据权利要求1所述的薄膜太阳电池CIGS层的硒化方法，其特征在
于：所述气体离化器包括一端带有法兰的圆柱形不锈钢离化器壳体，离化器
壳体内置有作为绝缘层的热塑性塑料，绝缘层的上部分为台阶孔状的热塑性
塑料，台阶孔内有两个电极，一个电极为外壁包于绝缘层内壁的环形电极，
另一个电极为位于环形电极中心处的柱状电极，两个电极之间的空隙形成离
化腔室；绝缘层的下部分为圆柱轴状的热塑性塑料，圆柱轴状的热塑性塑料
及不锈钢离化器壳体通过陶瓷密封穿有通向离化腔室的Se蒸汽输入管、两个
电极引出与适配器37两端连接的电极接线柱，以及通向柱状电极的Ar气输入
管，Ar气输入管另一端经气体流量控制器通向Ar气容器中；气体离化器上法
兰一端的离化器壳体放入两端均带有法兰的输气管路中，气体离化器上法兰
另一端的Se蒸汽输入管、Ar气输入管、电极接线柱一端放入另一个两端均带

\t有法兰的输气管路中，气体离化器上的法兰与两个输气管路上的法兰之间放
置铜垫圈后，通过螺栓密封固装成一体。
5.根据权利要求1所述的薄膜太阳电池CIGS层的硒化方法，其特征在
于：所述气体离化...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵岳，申绪男，张颖武，杨亦桐，乔在祥，赵彦民，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：发明
国别省市：