CN102517562B - 一种垂直梯度冷凝制造薄膜电池的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造薄膜电池的装置，特别是一种温度梯度控制的薄膜电池的制造装置，包括分段温控系统、升降系统、水冷系统、气路控制系统和真空系统，所述分段温控系统、升降系统、水冷系统、气路控制系统和真空系统都与控制系统相连接。采用上述结构后，通过在下炉体原料反应平台上高温反应得到需要的反应物。通入气体将反应物带入到上炉体，中间通过分隔区冷却，反应物沉积在上炉体的基片上，形成薄膜电池。通过对上下炉体的分区温控，使得炉体内各个位置的温度达到制造薄膜电池的要求，这样的成型过程更加的简单快捷。

Description

一种垂直梯度冷凝制造薄膜电池的装置

技术领域

本发明涉及一种制造薄膜电池的装置，特别是一种温度梯度控制的薄膜电池的制造装置。

背景技术

传统硅晶电池由于由硅晶体组成，电池主要部分易碎，易产生隐形裂纹，大多有一层钢化玻璃作为防护，造成重量大，携带不便，抗震能力差，造价高，效率降低。

薄膜太阳能电池具有轻质、高效、高比功率、耗材少等一系列优点。目前主要采用提纯技术得到高纯度的单质，采用电化学法、物理气相沉积法和化学气相沉积法等方法使其沉积成薄膜。这些方法都是比较成熟的技术，但是它们也存在一定的缺陷。如不仅投资巨大，设备非常复杂，而且无法高效低成本大规模的制备化合物型半导体薄膜材料，从而使这些材料的制备成本非常高，价格极其昂贵，大大制约了太阳能电池的发展。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种高温得到反应物并在低温区将反应物沉积在基片表面形成太阳能薄膜电池的装置。

为解决上述的技术问题，本发明的垂直梯度冷凝制造薄膜电池的装置包括机体和加热炉体，所述加热炉体设置在机体内部，所述加热炉体外部设置有分段温控系统，所述分段温控系统外部设置有保温层；所述保温层中间设置有分隔区，将保温层分为上下两段；所述加热炉体上端设有基片吊篮，所述加热炉体下端设有原料反应平台，所述炉体上下端分别连接有独立的上、下端升降系统；所述加热炉体上下端设置有密封水冷法兰，所述密封水冷法兰上连接有水冷系统；气路控制系统和真空系统穿过所述下端密封水冷法兰与炉体相通；所述分段温控系统、升降系统、水冷系统、气路控制系统和真空系统都与控制系统相连接。

采用上述结构后，通过将加热炉体分为上下炉体，中间设置分隔区，通过在下炉体原料反应平台上高温反应得到需要的反应物。通入气体将反应物带入到上炉体，中间通过分隔区冷却，反应物沉积在上炉体的基片上，形成薄膜电池。通过对上下炉体的分区温控，使得炉体内各个位置的温度达到制造薄膜电池的要求，这样的成型过程更加的简单快捷。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中A的放大示意图。

图中：1为上机体，2为下机体，3为炉体，4为原料反应平台，5为基片吊篮，6为上端密封水冷法兰，7为下端密封水冷法兰，8为保温层，9为电机，10为丝杠，11为套筒，12为圆柱形凸起，13为旋转电机，14为磁流体密封，15为分隔区，16为陶瓷板，17为电阻丝

具体实施方式

如图1所示的垂直梯度冷凝制造薄膜电池的装置，包括机体和加热炉体3，所述加热炉体3设置在机体内部，机体内部设置有固定加热炉体的框架。所述机体分为上机体1和下机体2，上机体1和下机体2上分别开有可打开的窗口，由于整个机体的高度在4米左右，将机体分为上、下两部分可以更加方便操作。这样整个装置在正常运行时将门关上，通过控制系统实现对薄膜电池制造过程的控制，控制系统采用PLC控制器。当需要取送料或者维修时，将机体上的窗口打开可以方便实施各项操作。

所述加热炉体3上设置有分段温控系统，所述分段温控系统外部设置有保温层8(图中阴影部分的总和)，保温层8可以有效保证炉体3内的热量不流失，使得每段温控系统的温度保持稳定。所述保温层8中间设置有分隔区15，将保温层8分为上下两段。上段保温层内设置有3个温控层，在下段保温层内设置有4个温控层(如图中阴影部分所示)，从下往上每个温控层控制的温度依次递减。这样精确控制每个温控层的温度，使得反应物料能在下段炉体中的高温环境下发生反应，产生所需的反应生成物，然后反应生成物通过下端通入的气体向上冷却沉积在基片表面。设置分隔区15的作用就是为了能够使反应产生物经过分隔区时迅速得到冷却，达到沉积所需的温度；炉体的高度设置为1.5米，中间分隔区15的宽度为20-30厘米。如图2所示，所述保温层8采用保温棉，所述保温层8外围用不锈钢铁皮包裹，所述分段温控系统为保温棉和炉体3之间固定有陶瓷板16，所述陶瓷板16上绕有电阻丝17，所述加热炉体3为碳化硅管。所述每个温控层内电阻丝是分开独立的，所述电阻丝的两端分别与固定在保温层8外的正负电极相连接，每个保温层的电阻丝通过一组单独电极来控制，这样才能实现对每个温控区的单独控温。所述每个温控层都连接有温度传感器，这里采用铂铑热电偶作为温度传感器，因为铂铑热电偶的稳定性好，测量温区宽，使用寿命长，上限高(0-1800℃)。

所述每段加热区有一S型热电偶，热电偶通过加热元件直接与炉体管壁接触。所述电极和铂铑热电偶与PLC控制器相连接，通过PLC控制器控制电极的通断来确定电阻丝的加热与否，从而控制每个保温层的温度。同时，热电偶将每个温控层温度的数据传输给PLC控制器，控制器控制电极的通断来确保每个保温层的温度稳定在需要的温度值。

所述加热炉体3上端设有基片吊篮5，所述基片吊篮5为框架结构，基片吊篮5上设置有多个放置基片的槽。所述基片吊篮5固定在磁流体14上，磁流体14与上端密封水冷法兰6通过密封圈密封，上端密封水冷法兰6固定在加热炉体3上端，将加热炉体3上端密封，所述上端密封水冷法兰6可以反复拆卸。所述上端密封水冷法兰6通过水管与水泵相连接，所述水管上设置有电磁阀，所述水泵和电磁阀与PLC控制器相连接。这样可以通过水泵向上端密封水冷法兰6内循环供水，对炉体上端进行冷却，因为炉体3内的温度较高，通过冷却可以使得炉体上端保持很好的密封性。所述上端密封水冷法兰6与上端升降系统相连接，所述上端升降系统包括丝杠10和电机9，所述丝杠10一端与电机9相连接，另一端与上端密封水冷法兰6相连接。所述加热炉体下端也固定有下端密封水冷法兰7(可反复拆卸)，下端密封水冷法兰7上固定有撑杆，放料圆盘套装在撑杆上形成原料反应平台4。所述加热炉体3下端设置有与上端相同的水冷系统和升降系统，炉体上下端水冷系统可以保证整个加热炉体3的密封系能。炉体上下端的升降系统是为了方便取送料。

气路控制系统和真空系统穿过所述炉体下端密封水冷法兰7与炉体3相通，所述真空系统包括真空泵和压力变送器，所述真空泵通过压力变送器与炉体3相通，所述真空泵和压力变送器与PLC控制器相连接。当真空泵对炉体进行抽真空时，压力变送器会将炉体内压力数据传输给PLC控制器，当炉管内的气压符合标准时就控制真空泵停止工作。所述气路控制系统包括储气罐和质量流量计，所述储气罐通过电磁阀穿过炉体下端密封水冷法兰7与炉体3相通，所述质量流量计设置在电磁阀上，所述电磁阀和质量流量计与PLC控制器相连接，PLC控制器通过质量流量计控制通入气体的多少。在炉体上端密封水冷法兰6上设置有出气口，来保证炉体内的气压不要过大。

所述基片吊篮5的中心轴穿过上端密封水冷法兰6与磁流体密封14相连接，所述磁流体密封14又与旋转电机13相连。当旋转电机13旋转，带动磁流体14上端接头，通过磁流体密封14内部感应，带动下端与吊篮连接的轴，从而带动吊篮旋转。磁流体密封14既可以保证炉体的密封，又可以使得旋转电机13带动基片吊篮5旋转。在生产过程中，保证炉体3内真空的前提下，是基片吊篮5按一定的速度旋转，可以保证沉积的均匀性。

所述分隔区15外部设置有炉体旋转机构，所述分隔区上固定有圆柱形凸起12，所述机体上设置有与圆柱形凸起12相适应的套筒11。由于炉体各部分的温度不一样，炉体各部分的老化程度也不一样，所以在需要的时候要对炉体老化的部分进行更换。但是整个装置的高度较高，维修起来不是很方便，可以拆开上下两端的密封水冷法兰，将设置在套筒11内的圆柱形凸起12旋转，这样就可以将整个炉体倾斜，维修起来就比较方便。

为了能够确保整个装置的安全运作，所述控制系统还连接有报警系统。所述报警系统包括缺水报警、超温报警和限位报警。由于整个装置对密封性的要求很高，所以在水冷系统的管道上设置有水压传感器，通入的冷却水量必须达到一定的水压才能够满足冷却的需要，当水压不满足要求时，PLC控制器就报警。所述超温报警为限制加热温控区域的温度，当温度超过限定的范围时，PLC控制器就报警。因为在生产过程中需要对炉体进行取送料，需要通过电机带动丝杠转动来上下移动基片吊篮5和原料反应平台4，使基片吊篮5和原料反应平台4移动到炉体3外部；为了让基片吊篮5和原料反应平台4位置移动到适当的位置即可，在整个装置的上下端分别设置有位置传感器，当基片吊篮5或者原料反应平台4移动的位置超出传感器的位置时，PLC控制器就会发出报警，电机停止工作。

本发明垂直梯度冷凝制造薄膜电池装置的工作过程如下：先拆开上下端密封水冷法兰，通过电机9带动丝杠10转动，分别将基片吊篮5和原料反应平台4从炉体3中移出。向基片吊篮5内放入基片，向原料反应平台4上放入反应原料，再通过电机9带动丝杠10分别将基片吊篮5和原料反应平台4移入到炉体3中，将炉体3两端的密封水冷法兰加以固定。系统控制对炉体3内抽真空，然后通过分段温控系统对炉体分段控温，使炉体自下而上形成一个温度梯度均匀的环境。在原料反应平台4上得到反应生成物后，向炉体3内通入载气，反应生成物会随着载气向炉体3上端流动，并逐步的冷却，当到达基片吊篮5的位置时冷却沉积在基片表面。待生产过程完成后，拆开上下端密封水冷法兰，将基片吊篮5和原料反应平台4移出，从基片吊篮5上取走沉积好的基片，再放入新的基片和原料反应物就可以进行下一次生产。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本技术领域内的熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，而不背离发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (8)

1.一种垂直梯度冷凝制造薄膜电池的装置，包括机体和加热炉体，所述加热炉体设置在机体内部，其特征在于：所述加热炉体外部设置有分段温控系统，所述分段温控系统外部设置有保温层；所述保温层中间设置有分隔区，将保温层分为上下两段；所述加热炉体上端设有基片吊篮，所述加热炉体下端设有原料反应平台，所述炉体上下端分别连接有独立的上、下端升降系统；所述加热炉体上下端设置有密封水冷法兰，所述密封水冷法兰上连接有水冷系统；气路控制系统和真空系统穿过所述下端密封水冷法兰与炉体相通；所述分段温控系统、升降系统、水冷系统、气路控制系统和真空系统都与控制系统相连接。

2.按照权利要求1所述的一种垂直梯度冷凝制造薄膜电池的装置，其特征在于：所述上端升降系统包括丝杠和电机，所述丝杠一端与电机相连接，另一端与加热炉体上端相连接；所述下端升降系统与上端升段升降系统结构相同。

3.按照权利要求1所述的一种垂直梯度冷凝制造薄膜电池的装置，其特征在于：所述真空系统包括真空泵和压力变送器，所述真空泵通过压力变送器与炉体相通，所述真空泵和压力变送器与控制系统相连接。

4.按照权利要求1所述的一种垂直梯度冷凝制造薄膜电池的装置，其特征在于：所述气路控制系统包括储气罐和质量流量计，所述储气罐通过电磁阀与炉体相通，所述质量流量计设置在电磁阀上，所述电磁阀和质量流量计与控制系统相连接。

5.按照权利要求1所述的一种垂直梯度冷凝制造薄膜电池的装置，其特征在于：所述水冷系统包括水泵和电磁阀，所述水泵通过电磁阀与密封水冷法兰相连接，所述水泵和电磁阀与控制系统相连接。

6.按照权利要求1至5中任一项所述的一种垂直梯度冷凝制造薄膜电池的装置，其特征在于：所述基片吊篮连接使吊篮旋转的电机，所述电机与炉体上端的连接处采用磁流体密封。

7.按照权利要求1至5中任一项所述的一种垂直梯度冷凝制造薄膜电池的装置，其特征在于：所述分隔区外部设置有炉体旋转机构，所述分隔区上固定有圆柱形凸起，所述机体上设置有与圆柱形凸起相适应的套筒。

8.按照权利要求1至5中任一项所述的一种垂直梯度冷凝制造薄膜电池的装置，其特征在于：所述控制系统还连接有报警系统。