CN102214730A - 沉积蒸发源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沉积蒸发源，其包括加热装置、放置于该加热装置上方的加热板和放置于所述加热板上的蒸发材料，其中所述加热板上均匀地设有贯穿所述加热板的通道。根据本发明的沉积蒸发源能够有效地解决由在蒸发过程中蒸发物质所处的工作气氛不一致而导致沉积薄膜的光电特性欠佳的问题。根据本发明的沉积蒸发源能够使得沉积薄膜的结构、光电特性一致，从而获得高品质的沉积薄膜。

Description

沉积蒸发源

技术领域

本发明涉及薄膜太阳电池制备技术，尤其涉及薄膜太阳电池制备过程中的近空间升华沉积设备及其沉积蒸发源。

背景技术

太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能，通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术；通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。

70年代以来，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。90年代以来联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰会议，讨论和制定世界太阳能战略规划，推动全球太阳能和可再生能源的开发利用。开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动，成为各国制定可持续发展战略的重要内容。自“六五”以来我国政府一直把研究开发太阳能和可再生能源技术列入国家科技攻关计划，大大推动了我国太阳能和可再生能源技术和产业的发展。二十多年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。

电池行业是21世纪的朝阳行业，发展前景十分广阔。在电池行业中，最没有污染、市场空间最大的应该是太阳电池，太阳电池的研究与开发越来越受到世界各国的广泛重视。

太阳电池是一种近年发展起来的新型的电池。太阳电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件。制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多。目前的太阳电池主要包括硅基体电池以及薄膜电池。

薄膜光伏材料包括硅薄膜、碲化镉(CdTe)薄膜、砷化镓、铜铟镓锡等，其中以CdTe为基体的薄膜光伏器件，在光伏科技界具有极大的吸引力。CdTe已成为人们公认的高效、稳定、廉价的薄膜光伏器件材料。CdTe多晶薄膜太阳电池转换效率理论值在室温下为27％，目前目前小面积电池效率已达到16.5％，大面积商品化电池转换效率超过11％。从CdTe多晶薄膜太阳电池目前已达到的转换效率、可靠性和价格因素等方面看，它在地面太阳光伏转换应用方面，发展的前景极为广阔。

目前制备CdTe薄膜方法主要有：近空间升华(Close spacesublimation，CSS)，电镀，丝网印刷，化学气相沉积(CVD)，物理气相沉积(PVD)，金属有机化学气相沉积(MOCVD)，分子束外延(MBE)，(ABE)，喷涂，溅射，真空蒸发以及电沉积等。

其中，CSS的工作原理为：将蒸发源靠近衬底，将蒸发源升温，使其上面的蒸发材料蒸发，在较短时间抵达衬底表面，形成致密薄膜。具体地，在利用CSS法沉积CdTe薄膜的过程中，CdTe粉一般涂覆或沉积在蒸发源表面，衬底放置在蒸发源上面，距离蒸发源大约为几厘米，将蒸发源升温至470℃以上，在一定工作气压和气氛中，衬底表面上将生成一层均匀的CdTe薄膜。

CSS方法制备CdTe薄膜的优点是，蒸发材料损失少，结晶方向好，光伏特性优良。用CSS方法制备的小面积单体CdTe电池最高转换效率达到15.8％，最好的大面积(6728cm²)CdTe电池，有效面积的转换效率为9.1％。

但是，CSS法在大面积生产过程中面临一些问题。利用该法进行工业化薄膜生产，会出现薄膜均匀性问题和整个薄膜表面光电一致性差的问题，从而影响沉积薄膜的品质。首先，衬底表面的温度不一致，会导致蒸发源上蒸发材料的蒸发率不同，使得沉积薄膜的沉积厚度不一致；其二，在蒸发过程中蒸发物质所处的工作气氛不一致，影响沉积薄膜的光电特性。

发明内容

本发明的第一个方面提供了一种沉积蒸发源，其包括加热装置、放置于该加热装置上方的加热板和放置于所述加热板上的蒸发材料，其中所述加热板上均匀地设有贯穿所述加热板的通道。

优选地，根据本发明的第一个方面的沉积蒸发源，其中所述通道是孔状通道。

优选地，根据本发明的第一个方面的沉积蒸发源，其中所述通道是缝状通道。

优选地，根据本发明的第一个方面的沉积蒸发源，其中所述加热板上设置有多个凹槽，且配置所述加热板上的多个凹槽使得位于所述加热板中心部分的凹槽的体积之和小于位于所述加热板边缘部分的凹槽的体积之和，所述蒸发材料被放置于所述凹槽内。

优选地，根据本发明的第一个方面的沉积蒸发源，其中所述加热板中心部分的每个凹槽与所述加热板边缘部分的每个凹槽的体积相同，所述加热板中心部分的凹槽的数量多于所述加热板边缘部分的凹槽的数量。

优选地，根据本发明的第一个方面的沉积蒸发源，其中所述加热板中心部分的凹槽的长度小于所述加热板边缘部分的凹槽的长度。

优选地，根据本发明的第一个方面的沉积蒸发源，其中所述加热板中心部分的凹槽的深度小于所述加热板边缘部分的凹槽的深度。

优选地，根据本发明的第一个方面的沉积蒸发源，其中所述加热装置是加热丝。

优选地，如上所述的沉积蒸发源适用于近空间升华。

优选地，如上所述的沉积蒸发源中，该加热板是均热板。

优选地，如上所述的沉积蒸发源中，该加热板由碳化硅、石英、BN、莫来石中的任意一种材料制成。

本发明的第二个方面提供了一种包括上述任意一种沉积蒸发源的近空间升华沉积设备。

本发明的第三个方面提供了一种根据本发明第二个方面的近空间升华沉积设备得到的沉积薄膜。优选地，该沉积薄膜是CdTe薄膜。

本发明的第四个方面提供了一种采用本发明的第三个方面提供的沉积薄膜的太阳能电池。

根据本发明的沉积蒸发源能够有效地解决由在蒸发过程中蒸发物质所处的工作气氛不一致而导致沉积薄膜的光电特性欠佳的问题。根据本发明的沉积蒸发源能够使得沉积薄膜的结构、光电特性一致，从而获得高品质的沉积薄膜。

结合其中显示和描述了本发明的示例性实施例的附图阅读以下详细描述后，本领域的技术人员将明白本发明的这些以及其他的目标、特征和优势。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1示出了根据本发明的一个实施例的沉积蒸发源装置。

图2是图1所示沉积蒸发源装置中加热板的俯视图。

图3示出了根据本发明的另一个实施例的沉积蒸发源装置。

图4是图3所示沉积蒸发源装置中加热板的俯视图。

图5示出了根据本发明的又一实施例的沉积蒸发源装置。

图6是图5所示沉积蒸发源装置中加热板的俯视图。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，应当理解本发明在其应用方面不限定于在以下说明中提出的或者以下附图中示出的构造的细节和部件的布置。本发明还可以有其他实施例并且还能够以各种方式被实施或者实现。同样地，应当理解这里使用的措辞和术语旨在说明并且不应被看作限定。

图1示出了根据本发明的一个实施例的沉积蒸发源装置。如图1所示，蒸发源装置100包括加热板102、设置于加热板102下面的加热丝104和设于加热板102上面的蒸发材料(未示出)，蒸发材料可通过涂覆或沉积等方式设于加热板上。其中加热板102上开有多个凹槽，比如凹槽106。在设置这些凹槽时，对这些凹槽进行配置使得位于加热板102中心部分的凹槽的体积之和小于位于边缘部分的凹槽的体积之和。这种配置可以通过多种方式来实现。比如，在所有凹槽深度都相同的前提下，使加热板中心部分的凹槽的长度小于加热板边缘部分的凹槽的长度。又比如，在所有凹槽长度都相同的前提下，使加热板中心部分的凹槽的深度小于所述加热板边缘部分的凹槽的深度。或者，在加热板中心部分的每个凹槽与加热板边缘部分的每个凹槽的体积相同的情况下，使加热板中心部分的凹槽的数量多于加热板边缘部分的凹槽的数量。此外，还可以同时使用以上所提到的三种配置方式。

图1示出了诸多凹槽配置方式中的一种。图2是图1所示加热板的俯视图。通过图2则可以更清楚地看出，位于边缘部分的凹槽106的宽度和长度大于中间部分的凹槽的宽度和长度。显然，这种配置方式使得边缘部分的凹槽106的体积大于中间部分凹槽的体积。因而，加热板102中心部分的凹槽体积之和小于边缘部分的凹槽体积之和。

在进行CSS蒸发时，首先在加热板的凹槽中放入蒸发材料，然后将加热板放在加热丝上。之后，加热丝被通电并发热加温，以使得加热板受热升温。

原则上，所选择的加热板最好是均热板，即在受热后能使整个板上的温度均匀。但是在实际实施时，很难找到绝对均匀的加热板。在本领域中，一般选择石墨板、氮化硼(BN)板、碳化硅、石英或莫来石板作为加热板。一般来说，这种加热板的中心部分温度略高于边缘部分的温度。对于蒸发材料来说，温度越高，蒸发率越高。

当加热饭的温度升高到足以使蒸发材料被蒸发时，蒸发材料将会蒸发到衬底表面上沉积形成薄膜上。此处，在本发明的实施例中是指碲化镉(CdTe)薄膜。

由于放置于加热板中心部分的蒸发材料少于边缘部分的蒸发材料，所以，尽管中心部分的温度比边缘部分的温度高，被蒸发材料的蒸发率高，但由于中心部分的蒸发材料的数量较少，因此，通过调整中心与边缘蒸发材料的量，可以实现蒸发材料在整个蒸发面上的蒸发率一致，从而实现了衬底表面上沉积薄膜的均匀一致。

图3示出了根据本发明的另一个实施例的沉积蒸发源装置。如图3所示，蒸发源200包括加热板202、设置于加热板202下面的加热丝204和设于加热板202上面的蒸发材料(未示出)，蒸发材料可通过涂覆或沉积等方式设于加热板上。其中，加热板202上均匀地设有贯穿加热板202的通孔208，如图4所示。在备选的实施例中，也可以不使用这种通孔，而使用缝状通道。无论是通孔还是缝状通道，都必须使得气体能够顺畅地通过加热板202。

一般地，大面积CSS蒸发源在工作过程中，热量会从加热板中心部分向边缘部分运动；同时，由于衬底(未示出)与蒸发源的距离较小，使得工作气体难以迅速地补充到整个蒸发源的表面，容易造成衬底表面沉积的薄膜的结构、光电性能出现较大差异。而根据图3所示的沉积蒸发源装置则可以避免这种问题。

在进行CSS蒸发时，加热板上放置有蒸发材料，而加热板放在加热丝上方。之后，加热丝被通电并发热加温，以使得加热板受热升温。由于加热板202表面上均匀地设有贯穿加热板202的通孔208，根据热空气对流原理，在热气流对流作用下，工作气体将会从经由通孔208从加热板202下方流动到加热板202上方，从而保证沉积过程中，工作气氛在整个加热板表面一致，使得沉积薄膜的结构、光电特性一致，从而获得高品质的沉积薄膜。

图5示出了根据本发明的进一步的实施例的沉积蒸发源装置300。如图所示，该蒸发源装置300包括加热板302、设置于加热板302下面的加热丝304和设于加热板302上面的蒸发材料(未示出)，蒸发材料可通过涂覆或沉积等方式设于加热板上。其中，加热板302上不但均匀地设有如图3中所示的贯穿加热板302的通孔308，还设置有如图1至图2所示的多个凹槽306。其中，通孔308也可以使用缝状通道代替。而无论是通孔还是缝状通道，都必须使得气体能够顺畅地通过加热板302。其中，这些凹槽306被配置成位于加热板302中心部分的凹槽的体积之和小于位于边缘部分的凹槽的体积之和。如图5所示的沉积蒸发源装置，不但可以实现蒸发材料在整个蒸发面上的蒸发率一致，从而实现了衬底表面上沉积薄膜的均匀一致，还可以保证沉积过程中，工作气氛在整个加热板表面一致，使得沉积薄膜的结构、光电特性一致，从而获得高品质的沉积薄膜。

此外，本发明的另一个实施例还提供了使用上述实施例的所述的沉积蒸发源装置的近空间升华沉积设备。

此外，本发明的进一步的实施例还提供了使用上述实施例的近空间升华沉积设备得到的沉积薄膜。

这种沉积薄膜可以是CdTe薄膜。

此外，本发明的进一步的实施例还提供了使用上述实施例的近空间升华沉积设备生产的CdTe薄膜太阳电池。

尽管上面已经描述了示范性实施例，但本发明不限于这些示范性实施例。在本发明的精神和范围内，这些示范性实施例可以被结合使用或者每个示范性实施例可以被部分地修改。

虽然本发明的优选示范性实施例是采用特定术语进行描述的，但这种描述只是用于说明的目的。应当理解的是，在不脱离权利要求的精神和范围内，可以对权利要求书做出各种修改和变换。

Claims (15)

1.一种沉积蒸发源，包括：

加热装置；

加热板，放置于所述加热装置上方；和

蒸发材料，放置于所述加热板上，

其特征在于，所述加热板上均匀地设有贯穿所述加热板的通道。

2.如权利要求1所述的沉积蒸发源，其特征在于，所述通道是孔状通道。

3.如权利要求1所述的沉积蒸发源，其特征在于，所述通道是缝状通道。

4.如权利要求1所述的沉积蒸发源，其特征在于，所述加热板上设置有多个凹槽，且配置所述加热板上的多个凹槽使得位于所述加热板中心部分的凹槽的体积之和小于位于所述加热板边缘部分的凹槽的体积之和，所述蒸发材料被放置于所述凹槽内。

5.如权利要求4所述的沉积蒸发源，其特征在于，所述加热板中心部分的每个凹槽与所述加热板边缘部分的每个凹槽的体积相同，所述加热板中心部分的凹槽的数量多于所述加热板边缘部分的凹槽的数量。

6.如权利要求4所述的沉积蒸发源，其特征在于，所述加热板中心部分的凹槽的长度小于所述加热板边缘部分的凹槽的长度。

7.如权利要求4所述的沉积蒸发源，其特征在于，所述加热板中心部分的凹槽的深度小于所述加热板边缘部分的凹槽的深度。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的沉积蒸发源，其特征在于，其中所述加热装置是加热丝。

9.如权利要求1至7中任意一项所述的沉积蒸发源，其中，所述蒸发源适用于近空间升华。

10.如权利要求1至7中任意一项所述的沉积蒸发源，其中，所述加热板是均热板。

11.如权利要求1至7中任意一项所述的沉积蒸发源，其中，所述加热板由碳化硅、石英、BN、莫来石中的任意一种材料制成。

12.一种包括如权利要求1至7中任意一项所述的沉积蒸发源的近空间升华沉积设备。

13.一种根据如权利要求11所述近空间升华沉积设备得到的沉积薄膜。

14.如权利要求13所述的沉积薄膜，其中所述沉积薄膜是CdTe薄膜。

15.采用如权利要求13至14中任一项所述的沉积薄膜的太阳能电池。

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