本发明专利技术属于太阳能电池制造领域，尤其涉及制造CIGS薄膜太阳能电池吸收层的反应装置及方法。该反应装置包括，一可提供柔性衬底并具有一可密闭的供应腔室的供应室；一具有贯设其中且可密闭的反应通道的反应室；一具有一可密闭的收料腔室的收料室；一控制系统，包括多个可控制气体进入个腔室的阀门以及可检测个腔室内气体状态的检测组件；各腔室连通构造成一个密闭空间，所述反应通道密闭连接有一可动态调节所述反应通道内气体状态的气体平衡器。如此，通过该气体平衡器可动态调节反应通道内的气体状态，使其始终处于反应所需的气体状态，确保了吸收层沉积于所述预置层上的均匀性，提高生产良率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳能电池制造领域，尤其涉及制造CIGS薄膜太阳能电池吸收层的反应装置及方法。
技术介绍
近年来，人们越来越关注能源和环境的问题，核能和太阳能是最具有发展前景的新能源。但自从日本发生了核泄漏之后，人们开始意识到，太阳能才是最安全和最环保的一种新能源。太阳能电池能可将太阳光直接转化成电能。太阳能电池是以半导体制成的，基本上，当太阳光照射太阳能电池时，部分的太阳光被吸收在半导体材料内。透过其内的P型半导体及n型半导体，产生电子(负)及空穴(正)，同时分离电子与空穴而形成电压降，能量激发电子脱离束缚，使得电子自由流动。所有太阳能电池内部都有一个或多个电场，可迫使电子光吸收释放了在某一方向流动，这个流电子束电流通过金属接触可以收集到太阳能电池的顶部和底部，再经由导线传输至负载。这意味着能量吸收的太阳光能转换为半导体能量。同时，电流大小连同太阳能电池的内置的电场产生的电压体现了太阳能电池的容量。传统的太阳能电池的制造，使用硅作为可吸收光的单晶或多晶硅晶片。晶圆片经过几个流程步骤，然后被集成到一个模块。由于晶硅太阳能电池的材料和工艺成本高，导致其太阳能电池模块造价昂贵。薄膜太阳能电池技术在过去三十年得到了大力发展。它比晶硅太阳能电池的制造成本低。通常，薄膜太阳能电池的半导体吸收层厚度不到硅晶电池吸收层厚度的百分之一，这一吸收层被沉积在成本相对低的衬底材料上，适用于低成本大规模生产。在经过第一代单晶硅太阳能电池，第二代多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池的发展演变，迎来了第三代薄膜太阳能光伏电池。其中，CIGS薄膜太阳电能池由铜(Copper)、铟(Indium)、镓(Gallium)、硒(Selenium)构成的化合物半导体，取各开头字母命名的CIGS具有高光吸收系数，高转化效率，可调的禁带宽度，高稳定性，较强的抗辐射能 力等优点，受到人们的普遍重视。在实验室中，转换效率已达到20%以上，即使厚度为I U m的薄膜，也可以获得极大的发电量，是目前转化效率最高的薄膜光伏电池，被业界誉为 太阳能电池产品的明日之星。CIGS薄膜是薄膜技术的一种，CIGS薄膜使用IB、IIIA、VIA族化学元素合成半导体作为吸太阳光吸收层，其包括一些IB族(铜、银、金)、IIIA族(硼、招、镓，铟、钛)和VIA族(氧、硫、硒、碲、针)的物质或元素。如图I所示，典型的CIGS薄膜太阳能电池由下往上依次包括以下组成部分衬底201、沉积于所述衬底201上的背电极层202、吸收层204、过渡层205、TC0层(导电氧化物薄膜层)206、上电极层207。其中，衬底201通常为玻璃、金属箔、塑料、等衬底，背电极层202为Mo或者它的化合物，吸收层204主要由CIGS化合物组成如Cu (InGa) Se2组成，过渡层205通常为CdS或ZnS，TCO层206为i_ZnO和n_ZnO:Al，上电极层207为Ni/Al，银，铜等导电物质。半导体吸收层204是CIGS太阳能电池的核心部分，通常由包含IB族、IIlA族、和VlA族元素组成，例如铜与铟和/或硒的合金，或铝与硒和/或硫的合金制成。CIGS的制备方法有很多种，有真空溅射法、真空蒸镀法、分子束外延法、电化学沉积法等，目前，从技术上来看，采用沉积金属预置层后硒化反应法比较成熟，如图2a所示，通常在柔性衬底201上预先沉积一层背接触电极202和预置层203，再将该沉积有预置层203的柔性衬底201送入制造吸收层的反应装置中，进行硒化反应，形成半导体吸收层204 (如图2b所示)。但是，现有的制备该吸收层CIGS的反应装置不易保证反应室内的气体的浓度和压力的稳定性，很容易造成CIGS薄膜材料分布不均匀，严重影响CIGS薄膜太阳能电池的制作良率，从而导致CIGS薄膜太阳电池的转换性能下降，不利于CIGS薄膜太阳能电池的大规模生产推广
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供制造CIGS薄膜太阳能电池的吸收层的反应装置，旨在解决现有技术中制造CIGS薄膜太阳能电池的吸收层时，厚度覆盖不均匀，严重影响CIGS薄膜太阳能电池的制作良率，不利于推广的问题。本专利技术是这样实现的，制造CIGS薄膜太阳能电池吸收层的反应装置，包括一供应室，用于提供制造CIGS薄膜太阳能电池的柔性衬底，所述柔性衬底上沉积有预置层，该供应室具有一可密闭的供应腔室；一反应室，通过硒化反应在所述柔性衬底上制成CIGS半导体吸收层，具有一横向贯设其中且可密闭的反应通道，所述反应通道沿所示柔性衬底进入方向分为预热区、反应区和冷却区；一收料室，收纳沉积有吸收层的柔性衬底，具有一可密闭的收料腔室；以及一控制系统，包括设置于与所述供应室、反应室和收料室相连的气体管路上并可控制气体进出的多个阀门以及可检测所述供应室、反应室和收料室内气体状态的检测组件；所述供应腔室的出口端连接于所述反应通道的入口端，所述收料腔室的入口端连接于所述反应通道的出口端，所述供应腔室、所述反应通道和所述收料腔室依次连通构造成一个密闭空间；所述反应区密闭连接有一可动态调节所述反应区内气体状态的气体平衡器。进一步地，所述气体平衡器与所述反应区通过一个气阀连接，保持动态平衡，若反应区内的气体压力高于气体平衡器中的压力时，气阀打开，气体从反应区流入气体平衡器，反之，气体从气体平衡器流入反应区。进一步地,所述气体平衡器与所述反应区的容积比在0. 1:1.0至1.0:0. I之间。进一步地，所述气体平衡器与反应室具有相同的温度和压力。进一步地,所述反应通道从底部到顶部的高度在3mm至12mm之间。进一步地，所述供应室和所述收料室分别与可将所述密闭空间空抽真空的真空泵连接。进一步地，所述反应通道的入口端和出口端分别设有可用于调节或支撑所述柔性衬底并可将所述反应通道密封的成对设置的入口传动辊和出口传动辊，所述入口传动辊和所述出口传动辊分别连接有可带动其移动和转动的入口驱动元件和出口驱动元件，该入口驱动元件和出口驱动元件均与所述控制系统连接并受其控制。进一步地，所述反应通道内还设有多对可夹紧所述柔性衬底并使其移动的辅助辊轮，所述辅助辊轮对称分布于所述气体平衡器于所述反应通道连接处的两侧。进一步地，所述反应室的预热区和反应区以及所述气体平衡器的外围均分别设有加热组件和保温隔热材料。进一步地，所述反应通道设置成先上行后下行的结构。进一步地，所述反应通道的拐角处角度设置在15° -45°之间。进一步地，所述反应通道内设置有用于调节所述柔性衬底膨胀间隙的张紧调节装置，该调节装置包括多个调节辊轮，各调节滚轮设置于所述反应通道内拐弯处，且与所述柔性衬底顶触，各调节滚轮均连接有可驱动其径向移动且由所述控制系统控制的调节动力元件。进一步地，所述检测组件包括可检测所述反应通道内气体温度的温度传感器，可检测所述反应通道内气体浓度的浓度检测器和检测气体压力的压力传感器。与现有技术相比，本专利技术中的制造CIGS薄膜太阳能电池吸收层的反应装置，通过与所述反应通道连通的气体平衡器动态调节所述反应通道内的气体状态，使其始终处于形成CIGS吸收层所需要的气体标准状态，这样，就可保证在所述柔性衬底上形成的吸收层厚度均匀一致，从而确保了吸收层各处的参数相同，提高了 CIGS薄膜太阳能电池的品质，且利于大面积生产推广应用。本文档来自技高网...
【技术保护点】
制造CIGS薄膜太阳能电池吸收层的反应装置，其特征在于，包括一供应室，用于提供制造CIGS薄膜太阳能电池的柔性衬底，所述柔性衬底上沉积有预置层，该供应室具有一可密闭的供应腔室；一反应室，通过硒化反应在所述柔性衬底上制成CIGS半导体吸收层，具有一横向贯设于其内且可密闭的反应通道，所述反应通道沿所述柔性衬底进入方向分为预热区、反应区和冷却区；一收料室，用于收纳沉积有吸收层的柔性衬底，具有一可密闭的收料腔室；以及一控制系统，包括设置于与所述供应室、反应室和收料室相连的气体管路上并可控制气体进出的多个阀门以及可检测所述供应室、反应室和收料室内气体状态的检测组件；所述供应腔室的出口端连接于所述反应通道的入口端，所述收料腔室的入口端连接于所述反应通道的出口端，所述供应腔室、所述反应通道和所述收料腔室依次连通构造成一个密闭空间；所述反应区密闭连接有一可动态调节所述反应区内气体状态的气体平衡器。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李德林，
申请(专利权)人：深圳首创光伏有限公司，
类型：发明
国别省市：
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