CN102433550A - 一种衬底表面喷射裂解硒源的方法 - Google Patents

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张颖武
赵彦民
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Abstract

本发明涉及一种衬底表面喷射裂解硒源的方法，包括将硒蒸气进入高温裂解室，硒蒸气在高温裂解室内穿过孔径0.2-0.5mm均匀布满孔的两层多孔栅板，硒蒸气形成裂解硒源，所述裂解硒源喷射到衬底表面，完成在衬底表面喷射裂解硒源的过程。本发明采用将硒蒸气高温穿过两层多孔栅板，由Sen（n≥5）大原子团裂解为Sen（n<5）小原子团，增加了高活性Se2的数量，提高了硒元素的反应活性，有效改善了铜铟镓硒薄膜太阳电池CIGS层的成膜质量，对提高铜铟镓硒薄膜太阳电池的光电转换效率起到积极作用;通过喷孔把小原子团的硒蒸气直接喷射到衬底表面，使硒材料充分参与CIGS层的反应成膜过程，从而提高硒材料利用率。

Description

一种衬底表面喷射裂解硒源的方法
技术领域
本发明属于铜铟镓硒薄膜太阳电池技术领域，尤其是涉及一种衬底表面喷射裂解硒源的方法。
背景技术
铜铟镓硒薄膜太阳电池是目前最有发展潜力的薄膜太阳电池之一，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，其典型结构为：金属背电极Mo层、吸收层CIGS层、缓冲层CdS、窗口层高阻i:ZnO、低阻ZnO:Al、MgF2减反射膜和Ni-Al栅电极，其中吸收层CIGS层的制备是铜铟镓硒薄膜太阳电池的核心技术。
多元共蒸发法是制备CIGS层最广泛和最成功的方法。多元共蒸发法制备CIGS层，是由铜、铟、镓、硒各元素以气态形式在衬底处反应化合形成Cu(InxGa1-x)Se2的多晶材料，其中硒元素在CIGS层的形成过程中非常关键。在CIGS层制备过程中，固态硒材料被放入蒸发舟中，通过加热蒸发方法产生硒蒸气，以气态形式弥散于真空腔室，这种方式的优点是无毒、廉价。但硒蒸气压难以控制，而且气态硒常以Sen（n≥5）大原子团形式存在，反应活性较差，易造成硒元素化合反应不充分，引起铟和镓元素的损失，降低材料利用率的同时导致CIGS薄膜成份偏离理想的化学计量比，降低CIGS层成膜质量。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种将硒蒸气中大原子团裂解为高活性的小原子团，提高硒元素反应活性和利用率，有效提高CIGS层成膜质量的衬底表面喷射裂解硒源的方法。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种衬底表面喷射裂解硒源的方法，包括将硒源蒸发室中的固态硒加热，产生硒蒸气，其特征在于：将所述硒蒸气进入温度500-800℃的高温裂解室，硒蒸气在高温裂解室内穿过孔径0.2-0.5mm均匀布满孔的两层多孔栅板，硒蒸气形成裂解硒源，所述裂解硒源通过温度大于400-500℃的出气管道喷射到衬底表面，完成在衬底表面喷射裂解硒源的过程。
本发明还可以采用如下技术方案：
所述高温裂解室为外部包有陶瓷棉保温层，内壁上还有固装多孔栅板的凹槽。
所述多孔栅板为氮化硼材料。
所述出气管道上有口部垂直于衬底表面不限数量的喷孔，所述裂解硒源从出气管道上的喷孔喷射到衬底表面；出气管道上的喷口与衬底位于真空室腔内。
所述硒源蒸发室外周均包有陶瓷棉保温层。
本发明具有的优点和积极效果是：
1、本发明采用将硒蒸气高温穿过两层多孔栅板，由Sen（n≥5）大原子团裂解为Sen（n<5）小原子团，增加了高活性Se2的数量，提高了硒元素的反应活性，有效改善了铜铟镓硒薄膜太阳电池CIGS层的成膜质量，对提高铜铟镓硒薄膜太阳电池的光电转换效率起到积极作用。
2、本发明通过喷孔把小原子团的硒蒸气直接喷射到衬底表面，使硒材料充分参与CIGS层的反应成膜过程，从而提高硒材料利用率。
附图说明
图1是本发明制备大面积硒源用装置结构剖视示意图；
图2是图1中硒源高温裂解室放大示意图；
图3是本发明制备小面积硒源用装置结构剖视示意图；
图4是图3中硒源高温裂解室放大示意图。
其中，1-保温层，2-控温加热器，3-蒸气出口，4-硒源蒸发室，5-固态硒，6-管路，7-裂解室进口，8-高温裂解室，9-裂解硒源出口，10-进气口，11-出气管道，12-衬底，13-喷孔，14-真空腔室，15-多孔栅板。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图1-2详细说明如下：
一种衬底表面喷射裂解硒源的方法，包括将硒源蒸发室中的固态硒加热，产生硒蒸气。
本发明的创新点是：将所述硒蒸气进入温度500-800℃的高温裂解室，硒蒸气在高温裂解室内穿过孔径0.2-0.5mm均匀布满孔的两层多孔栅板，硒蒸气形成裂解硒源，所述裂解硒源通过温度大于400-500℃的出气管道喷射到衬底表面，完成在衬底表面喷射裂解硒源的过程；所述高温裂解室为外部包有陶瓷棉保温层，内壁上还有固装多孔栅板的凹槽；所述多孔栅板为氮化硼材料；所述出气管道上有口部垂直于衬底表面不限数量的喷孔，所述裂解硒源从出气管道上的喷孔喷射到衬底表面；出气管道上的喷口与衬底位于真空室腔内；所述硒源蒸发室外周均包有陶瓷棉保温层。
实施例1： 
参照附图1、图2，大面积卷对卷柔性衬底表面喷射裂解硒源的方法，步骤为：
⑴ 裂解硒源准备工作：
分别准备出硒源蒸发室4、高温裂解室8、真空腔室14和出气管道11；
选用体积大于1L的不锈钢桶状物作为硒源蒸发室，硒源蒸发室上的一小口作为蒸气出口3，硒源蒸发室内的底部置有控温加热器2，固态硒5位于控温加热器上面；选用一不锈钢通道作为高温裂解室，高温裂解室一端为裂解室进口7、另一端为裂解硒源出口9，高温裂解室内壁上有相互平行且垂直于中心线的两圈凹槽，凹槽上各固装有一个均匀布满孔径0.3mm的氮化硼多孔栅板15；选用不锈钢制成的腔体作为真空腔室；选用不锈钢管围成的圈状物作为出气管道，出气管道的外周上有一作为进气口10的孔；出气管道的一面上布满作为喷孔13的小孔，小孔的中心线垂直于衬底12；用不锈钢管作为管路6将蒸发室出口和裂解室进口密封连接成通路，同理用不锈钢管路将裂解硒源出口和所述进气口密封连接成通路；所述硒源蒸发室、管路和高温裂解室的外面均包有陶瓷棉保温层1；高温裂解室和出气管道置于真空腔室内，硒源蒸发室位于真空腔室外面；将真空腔室内抽真空，做好高温裂解硒源的准备；
⑵ 在衬底上喷射裂解硒源：
启动硒源蒸发室内和高温裂解室内的控温加热器，将固态硒加热至300℃，产生硒蒸气；硒蒸气通过管路进入温度550℃的高温裂解室，硒蒸气在高温裂解室内穿过步骤⑴中多孔栅板后，硒蒸气由n≥5的Sen大原子团裂解成n<5的Sen小原子团，形成裂解硒源，增加了高活性Se2的数量，提高了硒元素的反应活性，所述裂解硒源进入温度450℃的出气管道经喷孔喷射到大面积卷对卷柔性衬底表面，完成在大面积卷对卷柔性衬底表面喷射裂解硒源的过程。
参照附图3、图4，小面积衬底表面喷射裂解硒源的方法，步骤为：
⑴ 裂解硒源准备工作：
分别准备出硒源蒸发室4、真空腔室14和出气管道11；
选用一种不锈钢长桶作为硒源蒸发室，硒源蒸发室内的底部置有控温加热器2，固态硒5位于控温加热器上面，固态硒上面的硒源蒸发室内壁上有两层相互平行且垂直于中心线的凹槽，凹槽上各固装有一个均匀布满孔径0.3mm的氮化硼多孔栅板15；两个多孔栅板之间作为高温裂解室8；选用不锈钢制成的腔体作为真空腔室；选用不锈钢管围成的圈状物作为出气管道，出气管道的外周上有一作为进气口10的孔；出气管道的一面上布满作为喷孔13的小孔，小孔的中心线垂直于衬底12面；硒源蒸发室内的上层多孔栅板上方的口作为裂解硒源出口9，裂解硒源出口与所述出气管道上的进气口密封连接成通路；所述通路与硒源蒸发室的外面均包有陶瓷棉保温层1；将全部装置置入真空腔室内；对真空腔室内抽真空，做好高温裂解硒源的准备；
⑵ 在衬底上喷射裂解硒源：
启动硒源蒸发室内的控温加热器，将固态硒加热至550℃形成硒蒸气，硒蒸气穿过步骤⑴中的下层多孔栅板后在高温裂解室内再穿过步骤⑴中上层多孔栅板后，硒蒸气由n≥5的Sen大原子团裂解成n<5的Sen小原子团，形成裂解硒源，增加了高活性Se2的数量，提高了硒元素的反应活性，所述裂解硒源进入温度450℃的出气管道经喷孔喷射到衬底表面，完成在小面积衬底表面喷射裂解硒源的过程。
以上所述仅为本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，这也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种衬底表面喷射裂解硒源的方法，包括将硒源蒸发室中的固态硒加热，产生硒蒸气，其特征在于：将所述硒蒸气进入温度500-800℃的高温裂解室，硒蒸气在高温裂解室内穿过孔径0.2-0.5mm均匀布满孔的两层多孔栅板，硒蒸气形成裂解硒源，所述裂解硒源通过温度大于400-500℃的出气管道喷射到衬底表面，完成在衬底表面喷射裂解硒源的过程。
2.根据权利要求1所述的衬底表面喷射裂解硒源的方法，其特征在于：所述高温裂解室为外部包有陶瓷棉保温层，内壁上还有固装多孔栅板的凹槽。
3.根据权利要求1或2所述的衬底表面喷射裂解硒源的方法，其特征在于：所述多孔栅板为氮化硼材料。
4.根据权利要求1所述的衬底表面喷射裂解硒源的方法，其特征在于：所述出气管道上有口部垂直于衬底表面不限数量的喷孔，所述裂解硒源从出气管道上的喷孔喷射到衬底表面；出气管道上的喷口与衬底位于真空室腔内。
5.根据权利要求1所述的衬底表面喷射裂解硒源的方法，其特征在于：所述硒源蒸发室外周均包有陶瓷棉保温层。
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