CN201655827U - 非真空制作铜铟镓硒光吸收层的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的装置，特别是一种非真空制作铜铟镓硒光吸收层的装置，包括快速升温退火热处理炉，设于炉内的传送机构，包括硒蒸汽产生器，硒蒸汽供应管及控制阀的向炉体内供给硒蒸汽的硒蒸气供给装置，以及端部设有排气阀的设于炉体出口端的排气管，其中设有硒蒸汽循环装置，所述硒蒸汽循环装置包括蒸汽回流管，设于蒸汽回流管中部的循环泵，所述蒸汽回流管的一端连接所述排气管，另一端连接所述硒蒸汽供应管。多个进气通道使炉内能形成均匀硒蒸气环境，增加硒蒸气和光吸收预制层基板接触时间，提高硒蒸气协助长晶的功能。硒蒸汽循环装置，硒蒸气回收再使用，降低硒蒸气的使用量，提高硒利用率。

Description

非真空制作铜铟镓硒光吸收层的装置

技术领域

本实用新型涉及一种制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的装置，特别是一种非真空制作铜铟镓硒光吸收层的装置。

背景技术

近年来，随国际油价高涨及环保意识的抬头，绿色能源已成为新能源主流，其中太阳能电池又因是取自太阳的稳定辐射能，来源不会枯竭，因此更为各国所重视，无不倾注大量研发经费及政策性补贴，以扶植本地的太阳能电池产业，使得全球太阳能产业的发展非常快速。

第一代太阳能模块包括单晶硅和多晶硅的太阳能模块，虽然光电转换效率高且量产技术成熟，但因为材料成本高，且硅晶圆常因半导体工业的需求而货源不足，影响后续的量产规模。因此，包含非晶硅薄膜、铜铟镓硒(CIGS)薄膜或铜铟镓硒(硫)(CIGSS)薄膜和碲化镉薄膜的第二代的薄膜太阳能模块，在近几年已逐渐发展并成熟，其中又以铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)太阳能电池的转换效率最高(单元电池可高达20％而模块约14％)，因此特别受到重视。

参阅图1，现有技术铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)太阳能电池结构的示意图。如图所示，现有技术的铜铟镓硒太阳能电池结构包括基板10、第一导电层20、铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)吸收层30、缓冲层40、绝缘层50以及第二导电层60，其中基板10可为玻璃板、铝板、不绣钢板或塑料板，第一导电层20一般包括金属钼，当作背面电极，铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)吸收层30是包括适当比例的铜、铟、镓及硒，当作p型薄膜，为主要的光线吸收层，缓冲层40可包括硫化镉(CdS)，当作n型薄膜，绝缘层50包括氧化锌(ZnO)，用以提供保护，第二导电层60包含氧化锌铝(ZnO、Al)，用以连接正面电极。

上述铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)太阳能电池的制造方法主要依据铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)吸收层的制造环境而分成真空法及非真空法。真空法包括溅镀法或蒸镀法，缺点是投资成本较高且材料利用率较低，因此整体制作成本较高。非真空法具有制造设备简单且法条件容易达成的优点，而有相当的商业潜力。

铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)吸收层的非真空法是先调配铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)浆料或墨水(Ink)，用以涂布到钼层上，经过软烤后形成前驱层，再经过快速升温退火热处理(RTA)炉中退火长晶形成光吸收层。在RTA过程中，因为硒挥发，会造成铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)吸收层中IB/IIIA/VIA的原始比例变化太大，影响铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)吸收层的光吸收特性，严重者会造成此光吸收层从P层变化成N层，所形成的太阳能电池会失去电池的特性。现有的非真空制作铜铟镓硒(硫)光吸收层的装置的结构如图2所示，包括具有入料段11、入料缓冲段12、炉体13、出料缓冲段14、出料段15及传送机构16的快速升温退火热处理炉1；一硒蒸气供给装置2，所述硒蒸汽供给装置2包括硒蒸汽产生器21，硒蒸汽供应管22及控制阀23，其中所述硒蒸汽产生器21的出口以文丘利管形式连接所述硒蒸汽供应管22，所述硒蒸汽供应管22的一端通过控制阀23连接惰性气体源(图中未示出)，另一端连通所述快速升温退火热处理炉10的接近入料缓冲段12的炉体13上。所述炉体13的另一端接近出料缓冲段14处设有排气管3，所述排气管3的端部设有排气阀31。所述硒蒸气产生器是通过加热使硒蒸发，根据退火补硒的要求，硒蒸气产生器产生的硒蒸气的温度应介于250～550℃之间。

工作时，打开控制阀23，通过惰性气体将硒蒸气产生器产生之硒蒸气引入RTA炉体内，并由另一侧的排气管30直接排出，以冷凝方式回收硒粉，但因回收硒粉的质量可能产生变化，因此无法直接使用，且公知技术采用单道注入硒蒸气方式(用一条硒蒸汽输气管由炉体的一端输入，另一端排出)，因硒蒸气会向上挥发，使硒蒸气和光吸收前驱层基板10接触时间短，因此硒蒸气的利用效率较低。

因此，如何提供一种硒蒸汽利用效率高的非真空制作铜铟镓硒光吸收层装置，是当前非真空制作铜铟镓硒太阳能电池光吸收层工作中，亟需解决的问题之一。

发明内容

本实用新型的目的在于，克服现有的制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层装置所存在的上述不足，而提供一种硒蒸汽利用效率高的非真空制作铜铟镓硒光吸收层的装置。

本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种非真空制作铜铟镓硒光吸收层的装置，包括依序设有入料段、入料缓冲段、炉体、出料缓冲段、出料段的快速升温退火热处理炉，设于炉内的传送机构，包括硒蒸汽产生器，硒蒸汽供应管及控制阀的向炉体内供给硒蒸汽的硒蒸气供给装置，以及端部设有排气阀的设于炉体出口端的排气管，其中设有硒蒸汽循环装置，所述硒蒸汽循环装置包括蒸汽回流管，设于蒸汽回流管中部的循环泵，所述蒸汽回流管的一端连接所述排气管，另一端连接所述硒蒸汽供应管。

本实用新型的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的非真空制作铜铟镓硒光吸收层的装置，其中所述炉体上设有多个进气通道，所述硒蒸汽供应管连接所述多个进气通道。

前述的非真空制作铜铟镓硒光吸收层的装置，其中所述设于炉体两端的入料缓冲段和出料缓冲段内设有测氧探头；并连接一真空泵。

前述的非真空制作铜铟镓硒光吸收层的装置，其中所述硒蒸气产生器中设有控温加热器，以控制所产生硒蒸气的温度介于250～550℃之间。

前述的非真空制作铜铟镓硒光吸收层的装置，其中所述硒蒸气供应管、蒸汽回流管、排气阀及循环泵均设有保温装置。

前述的非真空制作铜铟镓硒光吸收层的装置，其中所述硒蒸气供应管上设有保温硒蒸汽控制阀。

前述的非真空制作铜铟镓硒光吸收层的装置，其中所述炉体上的多个进气通道至少为3个进气通道。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本实用新型非真空制作铜铟镓硒光吸收层的装置可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

1、本实用新型的非真空制作铜铟镓硒光吸收层的装置由于设有多个进气通道，因此，使硒蒸气在快速升温退火热处理(RTA)炉内能形成均匀硒蒸气环境，可增加硒蒸气和光吸收预制层基板接触时间，提高硒蒸气协助长晶的功能。

2、在快速升温退火热处理(RTA)炉上设置硒蒸汽循环装置，将原本应排放的硒蒸气回收再使用，降低硒蒸气的使用量，提高硒利用率。

3、硒蒸气产生器中设有控温加热器，以及硒蒸气供应管、蒸汽回流管、排气阀及循环泵均设有保温装置，控制所产生硒蒸气以较高温度(250～550℃之间)进入炉内。以高温使VIA族颗粒蒸发，形成含VIA族气氛，使铜铟镓硒和/或硫预制层成膜时，补充VIA族比例，可达成较佳的光吸收层。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是现有技术的铜铟镓硒太阳能电池结构示意图。

图2是现有非真空制作铜铟镓硒(硫)光吸收层装置的结构示意图。

图3是本实用新型非真空制作铜铟镓硒光吸收层的装置的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的非真空制作铜铟镓硒光吸收层的装置的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

有关本实用新型的前述及其它技术内容、特点及功效，在以下配合附图的较佳实施例的详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效得一更加深入且具体的了解，然而附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型加以限制。

请参阅图3所示，本实用新型较佳实施例的一种非真空制作铜铟镓硒光吸收层的装置，包括依序设有入料段111、入料缓冲段112、炉体113、出料缓冲段114、出料段115的快速升温退火热处理炉110，用于传送被处理的光吸收层基板200的，设于炉内的传送机构116，包括硒蒸汽产生器121，硒蒸汽供应管122及控制阀123的向炉体内供给硒蒸汽的硒蒸气供给装置120，以及端部设有排气阀131的设于炉体出口端的排气管130，为减少直接排放所造成的硒损失，还设有硒蒸汽循环装置140，所述硒蒸汽循环装置140包括蒸汽回流管141，设于蒸汽回流管141中部的循环泵142，所述蒸汽回流管141的一端连接所述排气管130，另一端连接所述硒蒸汽供应管122。

为克服现有装置采用单道注入硒蒸气方式(用一条硒蒸汽输气管由炉体的一端输入，另一端排出)，而造成硒蒸气和光吸收前驱层基板接触时间短，硒蒸气的利用效率较低的问题。在所述炉体上设有多个进气通道117，所述硒蒸汽供应管122连接所述多个进气通道117。所述炉体上的多个进气通道至少为3个进气通道。

所述设于炉体两端的入料缓冲段和出料缓冲段内设有测氧探头；并连接一真空泵。以供检测控制入料缓冲段和出料缓冲段的氧含量10ppm以下。

所述硒蒸气产生器中设有控温加热器，所述硒蒸气供应管、蒸汽回流管、排气阀及循环泵均设有保温装置。目的是避免硒蒸气在管线内沉积，所有管线皆须保温使管内温度高于250℃以上。

所述硒蒸气供应管上设有保温硒蒸汽控制阀124，用于控制进入炉内的硒蒸汽量。

以下为具体说明装置功能和操作方法，硒蒸气产生器约在250℃～550℃产生硒蒸气，产生的硒蒸气由多个通道注入快速升温退火热处理(RTA)炉腔体内，再经循环泵抽回作成循环，循环回来的硒蒸气和硒蒸气产生器产生的硒蒸气以1～10∶1的方式，掺混后再流入快速升温退火热处理(RTA)内。具体是由硒蒸气回流管管径和硒蒸气产生器的硒蒸气供应管管径和控制阀控制开度所控制，例如回流管管径为2英时而硒蒸气产生器的硒蒸气供应管管径为1/4英时，且控制阀全开，则原气和回流气比例约为8∶1，控制此比例可避免须补充的硒蒸气太多，造成成本过高，另外利用外加惰性气体提供较大气压以推动硒蒸气前进，因为缓冲段开关过程中会造成硒蒸气的散逸，因此需适时由硒蒸气产生器补充硒蒸气的不足，快速升温退火热处理(RTA)内的硒蒸气量需控制在蒸气压力略大于一大气压，即快速升温退火热处理(RTA)内呈现正压状态，避免外气流入，另为避免硒蒸气在管线内沉积，所有管线皆须保温使管内温度高于250℃，且停机前需利用排气阀接至废气处理是统避免硒蒸气在管内凝结阻塞管路。

使用时，将含光吸收预制层的基板入料后进入缓冲段，先抽真空使氧气含量降至10ppm以下(由氧气探头侦测)，再将基板送入已充满硒蒸气的快速升温退火热处理(RTA)中使硒蒸气直接和基板的预制层接触，以补充损失的硒成份。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种非真空制作铜铟镓硒光吸收层的装置，包括依序设有入料段、入料缓冲段、炉体、出料缓冲段、出料段的快速升温退火热处理炉，设于炉内的传送机构，包括硒蒸汽产生器，硒蒸汽供应管及控制阀的向炉体内供给硒蒸汽的硒蒸气供给装置，以及端部设有排气阀的设于炉体出口端的排气管，其特征在于设有硒蒸汽循环装置，所述硒蒸汽循环装置包括蒸汽回流管，设于蒸汽回流管中部的循环泵，所述蒸汽回流管的一端连接所述排气管，另一端连接所述硒蒸汽供应管。

2.根据权利要求1所述的非真空制作铜铟镓硒光吸收层的装置，其特征在于所述炉体上设有多个进气通道，所述硒蒸汽供应管连接所述多个进气通道。

3.根据权利要求1所述的非真空制作铜铟镓硒光吸收层的装置，其特征在于所述设于炉体两端的入料缓冲段和出料缓冲段内设有测氧探头；并连接一真空泵。

4.根据权利要求1所述的非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的装置，其特征在于所述硒蒸气产生器中设有控温加热器。

5.根据权利要求1所述的非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的装置，其特征在于所述硒蒸气供应管、蒸汽回流管、排气阀及循环泵均设有保温装置。

6.根据权利要求1所述的非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的装置，其特征在于所述硒蒸气供应管上设有保温硒蒸汽控制阀。

7.根据权利要求2所述的非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的装置，其特征在于所述炉体上的多个进气通道至少为3个进气通道。

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