CN103594562B - 一种cigs太阳能电池吸收层的生产设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及CIGS太阳能电池吸收层的生产设备，具体说是一种CIGS太阳能电池吸收层的生产设备，其包括输送吸收层衬底至腔体内的输送带，四对上、下隔板将腔体分隔成预热段、硒化段和冷却段，硒化段连接有硒蒸气产生装置，硒蒸气产生装置通过喷射装置向移动的衬底喷射硒蒸气，在硒化段两端的上隔板或下隔板上分别开具有惰性气体进气孔和排气孔，不仅可保证硒化反应前，排出硒化段内的空气；而且硒化反应顺利进行。本方案通过预热段、硒化段和冷却段对衬底进行连续处理，不仅保证了吸收层的生产质量，而且可进行连续的大规模生产。

Description

一种CIGS太阳能电池吸收层的生产设备
技术领域
本发明涉及CIGS太阳能电池吸收层的生产，具体说是吸收层的生产设备。
背景技术
太阳能电池是一种将太阳能转换为电能的装置，其中CIGS(铜铟镓硒) 薄膜被看作是所有薄膜太阳电池技术中最有希望实现低价、高效、性能稳定的光伏材料。吸收层铜铟镓硒薄膜是CIGS 太阳能电池的核心部分，吸收层的制备方法如多元共蒸法和磁控溅射后硒化法。虽然这些真空沉积技术能够制备出转换效率高的CIGS 薄膜电池，但是精密的真空设备需要很大的设备投资，生产周期长，这使得电池的生产成本较高。用于硒化处理的装置称为硒化炉，现有的硒化炉都是基于玻璃衬底CIGS 太阳能电池分批式封闭热处理炉。在该方案中，数片表面沉积有前驱膜的衬底分层置于硒化炉中，然后在低于1℃ /s 升温速率下加热到450 ～ 600℃在H2Se 或Se 气氛中反应30 分钟到数小时之间。该分批式封闭硒化炉的问题是，每批次都要经过抽真空、加热、保温、降温过程，周期长、能耗大，对于提高生产效率降低生产成本不利。
目前CIGS太阳能电池吸收层的生产设备，一方面由于设备设计不合理、空气排出不够彻底，导致吸收层的硒化效果不够好；另一方面由于在硒蒸气部分提供的硒蒸气活性较低，也影响了硒化效果，导致吸收层的质量下降，且目前的设备无法进行大规模连续生产。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种硒蒸气活性较高、空气排出较彻底的CIGS太阳能电池吸收层的生产设备。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种CIGS太阳能电池吸收层的生产设备，包括输送吸收层衬底至腔体内的输送带，四对上、下隔板将腔体分隔成预热段、硒化段和冷却段，预热段内安装有加热装置，硒化段连接有硒蒸气产生装置，硒蒸气产生装置通过喷射装置向移动的衬底喷射硒蒸气，硒化段上安装有温控装置，在硒化段两端的上隔板或下隔板上分别开具有惰性气体进气孔和排气孔，冷却段内设有冷却水套。
作为优选，所述加热装置为红外灯、卤素灯或感应线圈。
作为优选，硒蒸气产生装置包括放置硒源的料桶，料桶内设有将硒源加热成蒸汽的加热丝，料桶的蒸汽出口连通一裂解室，该裂解室内通有惰性气体，惰性气体通过两电极生成等离子带电体，硒蒸汽通过等离子带电体裂解后进入所述喷射装置。
作为优选，所述预热段与硒化段、硒化段与冷却段均呈台梯状，所述进气孔和排气孔分别设置于两台阶面上。
作为优选，所述硒化段通过两对上、下挡板分隔为喷涂区、反应区和进气区，上、下挡板之间留有供输送带移动的间隙，喷涂区内安装有所述喷射装置；在喷涂区与反应区之间、反应区和进气区之间的上挡板或下挡板上均设有气体通孔。
作为优选，所述进气孔、通孔、排气孔交错排列。
作为优选，所述进气孔设置于冷却段与硒化段之间的下挡板上。
作为优选，所述喷射装置包括数个喷嘴，数个喷嘴分布成与输送带运动方向垂直的一列。
作为优选，所述喷射装置包括一硒蒸气管，该硒蒸气管上开具有至少一排喷射孔，每一排喷射孔与输送带运动方向垂直。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明通过预热段、硒化段和冷却段对衬底进行连续处理，保证了吸收层的质量。
2、采用等离子带电体对硒蒸气进行裂解，提高了硒的活性，将高活性的硒蒸气喷射在衬底上，提高了硒化效果。
3、向匀速移动的衬底喷射硒蒸气的方式，喷涂均匀，进一步提高硒化效果。
4、在硒化段合理设计进气孔和排气孔，保证硒化段的空气排出较为彻底，为硒化反应提供了坚实的基础。
附图说明
图1是本发明优选方式的结构示意图；
图2是本发明硒化段的截面放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细介绍本发明：
图1示出本发明的生产设备，其包括输送吸收层衬底1至腔体2内的输送带3，四对上、下隔板5将腔体分隔成预热段21、硒化段22和冷却段23，预热段内安装有加热装置211，可保证衬底进入硒化段时具有所需的温度，加热装置采用红外灯、卤素灯或感应线圈等，可根据衬底材料合理选择；硒化段22连接有硒蒸气产生装置6，硒蒸气产生装置通过喷射装置7向移动的衬底喷射硒蒸气，硒化段上安装有温控装置8，实时控制硒化反应温度；在硒化段两端的上隔板或下隔板上分别开具有惰性气体进气孔221和排气孔222，不仅可保证硒化反应前排出硒化段内的空气，而且可保证硒化反应顺利进行；在冷却段23内设有冷却水套231，硒化反应完成后，衬底具有较高温度，通过在冷却段的水套快速降温，提高生产效率。本方案通过预热段、硒化段和冷却段对衬底进行连续处理，不仅保证了吸收层的生产质量，而且可进行连续的大规模生产。
在本发明中，硒蒸气产生装置6包括放置硒源61的料桶62，料桶内设有将硒源加热成蒸汽的加热丝63，料桶的蒸汽出口连通一裂解室64，该裂解室内通有惰性气体，惰性气体通过两电极65生成等离子带电体，硒蒸汽通过等离子带电体裂解后进入所述喷射装置7。通过等离子带电体对硒蒸气进行裂解，提高了硒的活性，对优化CIGS 吸收层生产工艺、提高CIGS太阳能电池的光电转换效率起到了显著的作用。
在实施过程中，所述预热段与硒化段、硒化段与冷却段均呈台梯状，所述进气孔和排气孔分别设置于两台阶面上，通过台阶面的进气孔和排气孔，使得硒化段单独形成气道，有利于排气；同时，当输送带进入预热段、冷却段时，可通过输送带分别与预热段、冷却段之间的间隙通入惰性气体进行保护，也可采用其他的现有方式通入惰性气体；为了提高排气效果，硒化段22通过两对上、下挡板223分隔为喷涂区224、反应区225和进气区226，上、下挡板之间留有供输送带移动的间隙，喷涂区内安装有向移动的衬底喷射硒蒸气的所述喷射装置。在实施过程中应保证衬底匀速运动，并控制喷射装置的流量恒定，使喷涂更加均匀，有利于提高吸收层硒化质量；在喷涂区与反应区之间、反应区和进气区之间的上挡板或下挡板上均设有气体通孔227。在喷射前，应通过进气孔向进气区输送惰性气体，惰性气体通过上下挡板之间的间隙和通孔依次进入反应区和喷射区，从而将空气从排气孔排出。由于反应区设置在喷射区和进气区之间，即使存在间隙，也可以保证排净反应区的空气，从而提高反应区硒化的质量。
在实施过程中，所述进气孔、通孔、排气孔交错设置，这样对于每一个区来说，进气口和排气口之间存在高度差，有利于将区域内的空气排净，不会留有死角。进一步地，进气孔设置于冷却段与硒化段之间的下挡板上，由于采用交错设置的方式，因此在喷涂区的下挡板上设有所述通孔，这样使得惰性气体在喷涂区由下向上运动，不仅可提高排气效果，而且可防止衬底背面被硒蒸汽腐蚀。为了保证喷涂时输送带不变形，可在所述喷涂区下侧设置透气垫支撑输送带，透气垫不会影响气体流向，如采用耐温材料制成的孔状垫等。
为了提高喷射效果，本发明的喷射装置7包括数个喷嘴71，喷嘴的数量根据衬底的宽度合理选择，但须使数个喷嘴分布成与输送带运动方向垂直的一列，这样可使得喷射更加均匀，喷射效果更高。作为另一种方式，如图2，喷射装置可包括一硒蒸气管72，该硒蒸气管上开具有至少一排喷射孔73，每一排喷射孔与输送带运动方向垂直，这种结构更简单，成本更低。
上述实施方式仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴。

Claims (7)

1.一种CIGS太阳能电池吸收层的生产设备，包括输送吸收层衬底至腔体内的输送带，其特征在于：四对上、下隔板将腔体分隔成预热段、硒化段和冷却段，预热段内安装有加热装置，硒化段连接有硒蒸气产生装置，硒蒸气产生装置通过喷射装置向移动的衬底喷射硒蒸气，硒化段上安装有温控装置，在硒化段两端的所述隔板上分别开具有惰性气体进气孔和排气孔，冷却段内设有冷却水套；所述预热段与硒化段、硒化段与冷却段均呈台梯状，所述进气孔和排气孔分别设置于两台阶面上；所述硒化段通过两对上、下挡板分隔为喷涂区、反应区和进气区，上、下挡板之间留有供输送带移动的间隙，喷涂区内安装有所述喷射装置；在喷涂区与反应区之间、反应区和进气区之间的所述挡板上均设有气体通孔。
2.根据权利要求1所述的生产设备，其特征在于：所述加热装置为红外灯、卤素灯或感应线圈。
3.根据权利要求1所述的生产设备，其特征在于：硒蒸气产生装置包括放置硒源的料桶，料桶内设有将硒源加热成蒸汽的加热丝，料桶的蒸汽出口连通一裂解室，该裂解室内通有惰性气体，惰性气体通过两电极生成等离子带电体，硒蒸汽通过等离子带电体裂解后进入所述喷射装置。
4.根据权利要求1所述的生产设备，其特征在于：所述进气孔、通孔、排气孔交错排列。
5.根据权利要求4所述的生产设备，其特征在于：所述进气孔设置于冷却段与硒化段之间的下挡板上。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的生产设备，其特征在于：所述喷射装置包括数个喷嘴，数个喷嘴分布成与输送带运动方向垂直的一列。
7.根据权利要求1至5中任意一项所述的生产设备，其特征在于：所述喷射装置包括一硒蒸气管，该硒蒸气管上开具有至少一排喷射孔，每一排喷射孔与输送带运动方向垂直。
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