CN104716228A - Cigs太阳电池用高温耐蚀蒸发束流源装置制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种CIGS太阳电池用高温耐蚀蒸发束流源装置制备方法，包括带有加热丝的炉体，其特点是：还包括以下制备步骤：⑴在炉体外置一层保护加热丝单元后，放入内部靠近下端置有屏蔽结构的壳体支架中；⑵在壳体支架的底部固定一个底盘，底盘的下面通过支撑杆固定在电控器上；⑶制作蒸发源顶部遮盖片和密封卡环，将密封卡环套在步骤⑴保护加热丝单元中的壳体支架上面的顶部壳体外壁，蒸发源顶部遮盖片的大圆壁卡在炉体的外沿和密封卡环之间顶部壳体的上面。本发明采用内壁上有凹槽的顶部壳体和底部壳体套在炉体外壁，加热丝有了固定的位置，延长了加热丝使用寿命；由于加热丝与炉体接触更为紧密，进一步提高了加热丝的加热效率。

Description

CIGS太阳电池用高温耐蚀蒸发束流源装置制备方法

技术领域

本发明属于薄膜太阳电池制造设备技术领域，特别是涉及一种CIGS太阳电池用高温耐蚀蒸发束流源装置制备方法。

背景技术

目前用于蒸发镀膜的束流源的加热方式大多采用感应线圈、电子束轰击、磁控电弧及加热丝加热方式。利用上述加热方式工作的蒸发源均可以使我们得到稳定的物料束流。在薄膜沉积制备过程中我们要求束流稳定、重复性强、可控性强，同时也要具有维护、修理简便、适应性强的特点。

蒸发源在束流稳定性方面的技术已经比较成熟，小型设备在使用过程中的重复性已经可以满足我们短时间生产试验要求。但是，随着工艺的改进，新材料的不断产生，我们的试验条件也愈加的苛刻。Se元素是CIGS太阳电池的重要组成元素。同时，工艺过程中我们要求Se气氛始终保持一个极高的饱和度。但是Se气氛具有极其强烈的氧化性能，在高温条件下其对金属材料的腐蚀尤其明显。CIGS太阳电池制备过程中Cu蒸发源最高可达1400摄氏度。在高温环境下Se气氛扩散至加热丝位置后会与加热丝产生反应，在降低了蒸发源的使用寿命的同时也对蒸发源的稳定性造成了破坏。传统的蒸发源结构已经无法满足现阶段试验工艺的要求。

经检索发现，申请号为201110206149.1、公开号为CN102268642A、名称为“电阻加热式蒸发源”的发明专利，包括容纳蒸发物料并设有坩埚蒸发口的坩埚、围绕在所述坩埚外围的加热单元、以及包围所述加热单元的源外壁和蒸发源底部；所述加热单元包括位于坩埚蒸发口外围，用于保证坩埚蒸发口的温度高于蒸发物料凝点并独立控温的上部加热单元、位于坩埚主体部分外围独立控温的下部加热单元。本装置由于在坩埚蒸发口附近设置了独立的上部加热单元，可以杜绝蒸发物料在坩埚口部的凝结。同时由于采用了分段独立式的加热方式，从而防止局部加热不均匀引起物料飞溅到基片引起的缺陷。但是，由于蒸发源没有对加热丝进行保护，采用该结构在制备CIGS太阳电池蒸发沉积过程中会造成蒸发源加热丝受损，而加热丝受损后所产生的电阻变化会直接影响着蒸发源的加热性能，同时该蒸发源由于追求顶部单独加热所带来的降低顶部凝结的效果降低了蒸发源束流的适应性。

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高温度条件下制备CIGS太阳电池蒸发源的加热性能好、蒸发源束流适应能力强、抗腐蚀和氧化能力强的CIGS太阳电池用高温耐蚀蒸发束流源装置制备方法。

本发明包括如下技术方案：

CIGS太阳电池用高温耐蚀蒸发束流源装置制备方法，包括带有加热丝的炉体，其特点是：还包括以下制备步骤：

⑴在炉体外置一层保护加热丝单元后，放入内部靠近下端置有屏蔽结构的壳体支架中；所述保护加热丝单元为套在炉体外壁的顶部壳体和底部壳体，顶部壳体和底部壳体的内壁上均制有放置加热丝用的螺旋状凹槽，其中顶部壳体上端部与外圆之间有一台阶圆；所述屏蔽结构为用垂直于水平面的三个圆柱体作为屏蔽层支撑柱，在三个屏蔽层支撑柱上套入相互平行并与屏蔽层支撑柱垂直的多层钼片作为屏蔽层；

⑵在壳体支架的底部固定一个底盘，步骤⑴屏蔽结构中的屏蔽层支撑柱定位在底盘的上面，底盘的下面通过支撑杆固定在电控器上；

⑶用石墨制作蒸发源顶部遮盖片和密封卡环；蒸发源顶部遮盖片制成内径为台阶状的环形圈，密封卡环为内径与蒸发源顶部遮盖片外径尺寸相同的圆形圈；密封卡环套在步骤⑴保护加热丝单元中的壳体支架上面的顶部壳体外壁，所述蒸发源顶部遮盖片的大圆壁卡在炉体的外沿和密封卡环之间顶部壳体的上面。

本发明还可以采用如下技术措施：

所述炉体为顶端带有外沿的氮化硼圆桶状坩埚。

所述炉体内上端部紧配合置有高纯石墨喷嘴。

所述炉体外侧的底部及顶部均固装有热偶。

所述底盘面上还有与壳体支架固定用的固定通孔、作为加热线和热偶线走线用加热线走线孔和热偶线走线孔。

所述壳体支架为304不锈钢材料。

本发明具有的优点和积极效果：

1、本发明采用了内壁上制出加热丝走线用的螺旋状凹槽的顶部壳体和底部壳体，将顶部壳体和底部壳体套在炉体外壁上作为加热丝的保护层，使加热丝有了固定的位置，炉体的取放不会造成对加热丝的影响，有效延长了加热丝使用寿命的同时，也扩大了加热丝材质的选择范围；由于加热丝与炉体接触更为紧密，提高了加热丝的加热效率。

2、本发明顶部采用蒸发源顶部遮盖片和密封卡环，利用机械密封的原理使得该装置的加热丝在进行工艺过程中能够免受外来腐蚀性气氛的影响，制备的装置长期在强烈Se气氛使用下，具有良好的稳定性，进一步保护了加热丝，延长了加热丝的使用寿命。

3、本发明在坩埚内上端部紧配合安装了形状可以任意改变的喷嘴，实现了蒸发源束流形状可调节沉积的效果。

4、本发明采用含铬量高的高铬铁素体不锈钢（304不锈钢）作为壳体支架，不仅耐腐蚀性能和抗氧化性能强，而且具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小等特点。

附图说明

图1是本发明制作的CIGS太阳电池用高温耐蚀蒸发束流源装置结构示意图；

图2是图1中置有喷嘴的坩埚结构示意图；

图3是图1中置于一体的顶部壳体和底部壳体示意图；

图4是本发明中保护加热丝单元结构示意图；

图5是图1中蒸发源顶部遮盖片结构示意图；

图6是图1中密封卡环结构示意图；

图7是图1中壳体支架结构示意图；

图8是图1中底盘的俯视结构示意图；

图9是置于图8中底盘上的屏蔽结构示意图；

图10是图1中喷嘴的结构示意图。

图中，1-顶部壳体，2-底部壳体，3-坩埚，4-喷嘴，5-蒸发源顶部遮盖片，6-密封卡环，7-壳体支架，8-屏蔽层，9-屏蔽层支撑柱，10-底盘，11-加热丝，12-蒸发物料，13-固定螺纹孔，14-加热线组，15-热偶线组，16-支撑杆，17-电控器，18-屏蔽层支撑柱定位孔，19-固定通孔，20-加热线走线孔，21-支撑杆固定螺孔，22-热偶线走线孔。

具体实施方式

为能进一步公开本发明的发明内容、特点及功效，特例举以下实例并结合附图进行详细说明如下：

CIGS太阳电池用高温耐蚀蒸发束流源装置制备方法，包括带有加热丝的炉体，其特点是：还包括以下制备步骤：

⑴在炉体外置一层保护加热丝单元后，放入内部靠近下端置有屏蔽结构的壳体支架中；所述保护加热丝单元为套在炉体外壁的顶部壳体和底部壳体，顶部壳体和底部壳体的内壁上均制有放置加热丝用的螺旋状凹槽，其中顶部壳体上端部与外圆之间有一台阶圆；所述屏蔽结构为用垂直于水平面的三个圆柱体作为屏蔽层支撑柱，在三个屏蔽层支撑柱上套入相互平行并与屏蔽层支撑柱垂直的多层钼片作为屏蔽层；

⑵在壳体支架的底部固定一个底盘，步骤⑴屏蔽结构中的屏蔽层支撑柱定位在底盘的上面，底盘的下面通过支撑杆固定在电控器上；

⑶用石墨制作蒸发源顶部遮盖片和密封卡环；蒸发源顶部遮盖片制成内径为台阶状的环形圈，密封卡环为内径与蒸发源顶部遮盖片外径尺寸相同的圆形圈；密封卡环套在步骤⑴保护加热丝单元中的壳体支架上面的顶部壳体外壁，所述蒸发源顶部遮盖片的大圆壁卡在炉体的外沿和密封卡环之间顶部壳体的上面。

所述炉体为顶端带有外沿的氮化硼圆桶状坩埚。

所述炉体内上端部紧配合置有高纯石墨喷嘴。

所述炉体外侧的底部及顶部均固装有热偶。

所述底盘面上还有与壳体支架固定用的固定通孔、作为加热线和热偶线走线用加热线走线孔和热偶线走线孔。

所述壳体支架为304不锈钢材料。

实施例：

根据尺寸要求制作如图2所示顶端带有外沿的氮化硼圆桶状坩埚3作为炉体，坩埚内放置蒸发物料12；用高纯石墨制成如图10所示的喷嘴；在坩埚内上端部紧配合置入形状可变的喷嘴4，蒸发源束流形状可调节沉积的效果；通过图8中热偶线走线孔22将(W-3Re)/(W-25Re)或(W-5Re)/(W-26Re)型钨铼热偶分别固定于坩埚外侧的底部及顶部；根据坩埚圆桶部位外径尺寸，制作如图3所示两个内径均与坩埚圆桶部位外径紧配合的氮化硼套筒作为顶部壳体1和底部壳体2，其中顶部壳体上端部与外圆之间有一台阶圆，顶部壳体的高度小于底部壳体的高度，顶部壳体和底部壳体的高度之和与坩埚的外沿下端至圆桶内底部之间的高度相同；顶部壳体和底部壳体的内壁上均制出螺旋状凹槽，顶部壳体中凹槽的间距密度大于底部壳体中螺旋状凹槽的间距密度；两段作为加热丝11的钨铼合金丝分别缠绕在顶部壳体和底部壳体的凹槽内；依次将顶部壳体和底部壳体套入坩埚的外壁，形成如图4所示保护加热丝单元结构；

选用高纯石墨制作内径为台阶状的环形圈作为如图5所示的蒸发源顶部遮盖片5，其中台阶状的大内圆与坩埚的外沿尺寸相同；选用高纯石墨制作内径与蒸发源顶部遮盖片外径尺寸相同的圆形圈作为如图6所示的密封卡环6；

用高铬铁素体不锈钢（304不锈钢）制作一个如图7所示带有台阶孔的圆桶作为壳体支架7，壳体支架中大孔内壁上制出多个相互平行的凹槽、相邻凹槽之间凸圆的直径大于壳体支架中小孔的直径，壳体支架的底面上均布制出六个固定螺纹孔13；

用高铬铁素体不锈钢（304不锈钢）制作一个如图8所示的圆片状底盘10，在底盘的一面均布制出三个盲孔作为屏蔽层支撑柱定位孔18，在底盘的另一面均布制出三个支撑杆固定螺孔21；再在底盘的面上制出与图7中固定螺纹孔相对应的六个固定通孔19、四个作为加热线走线孔20的通孔和三个作为热偶线走线孔22的通孔；

用垂直于水平面的三个氮化硼圆柱体作为屏蔽层支撑柱9，在三个屏蔽层支撑柱上套入相互平行并与屏蔽层支撑柱垂直的多层钼片作为屏蔽层8，将屏蔽层支撑柱置于底盘的屏蔽层支撑柱定位孔中，形成如图9所示屏蔽层、屏蔽层支撑柱和底盘的连接结构；

用高铬铁素体不锈钢（304不锈钢）制作三个一端带有螺纹的杆作为支撑杆16；

将图4中的加热丝保护结构置于图7所示的壳体支架大孔中；将坩埚周围的加热线组成的加热线组14、热偶线组成的热偶线组15分别穿过蒸发源底盘上的加热线走线孔和热偶线走线孔，加热线组和热偶线组外部分别缠有高铬铁素体不锈钢软包线，以防止在长期使用过程中被工作气氛所腐蚀；底盘上的三个屏蔽层支撑柱定位孔置于屏蔽层支撑柱上进行定位后，将图9中的屏蔽结构置于图7所示的壳体支架小孔中，用紧固螺钉穿过底盘上的固定通孔与壳体支架底部的固定螺纹孔固定连接成一体；三个支撑杆分别紧固在底盘的支撑杆固定螺孔中作为支撑体固定在电控器17上，加热线组和热偶线组连接在电控器中；将图6所示的密封卡环套在壳体支架上面的顶部壳体外壁，将图5所示的蒸发源顶部遮盖片的大圆壁卡在坩埚外沿和密封卡环之间顶部壳体的上面，完成本发明如图1所示CIGS太阳电池用高温耐蚀蒸发束流源装置的制作过程。

工作原理：

作为制作CIGS太阳电池必不可少的Se气体具有强氧化性，设备需要在高真空下加热至300～1500℃；本发明采用了内壁上制出加热丝走线用的螺旋状凹槽的上、下壳体套在坩埚外壁上的氮化硼外壳作为加热丝的保护层，使加热丝有了固定的位置，坩埚的取放不会造成对加热丝的影响，有效延长了加热丝使用寿命的同时，也扩大了加热丝材质的选择范围；由于加热丝与物料坩埚接触更为紧密，提高了加热丝的加热效率。在顶部采用蒸发源顶部遮盖片和密封卡环，防止了蒸发源因泄漏造成对加热丝的损坏，制备的装置长期在强烈Se气氛使用下，具有良好的稳定性，进一步保护了加热丝，延长了加热丝的使用寿命；通过改变坩埚内顶部喷嘴的形状，达到蒸发源束流形状可调节沉积效果的目的；采用含铬量高的高铬铁素体不锈钢作为壳体支架，不仅耐腐蚀性能和抗氧化性能强，而且具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小等特点。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，例如，本发明还可以将连接杆连接至不同型号的刀口法兰上使用；在使用过程中可以视不同工作环境在本发明制作的装置外部加装热屏蔽或水冷套等。上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.CIGS太阳电池用高温耐蚀蒸发束流源装置制备方法，包括带有加热丝的炉体，其特征在于：还包括以下制备步骤：

⑴在炉体外置一层保护加热丝单元后，放入内部靠近下端置有屏蔽结构的壳体支架中；所述保护加热丝单元为套在炉体外壁的顶部壳体和底部壳体，顶部壳体和底部壳体的内壁上均制有放置加热丝用的螺旋状凹槽，其中顶部壳体上端部与外圆之间有一台阶圆；所述屏蔽结构为用垂直于水平面的三个圆柱体作为屏蔽层支撑柱，在三个屏蔽层支撑柱上套入相互平行并与屏蔽层支撑柱垂直的多层钼片作为屏蔽层；

⑵在壳体支架的底部固定一个底盘，步骤⑴屏蔽结构中的屏蔽层支撑柱定位在底盘的上面，底盘的下面通过支撑杆固定在电控器上；

⑶用石墨制作蒸发源顶部遮盖片和密封卡环；蒸发源顶部遮盖片制成内径为台阶状的环形圈，密封卡环为内径与蒸发源顶部遮盖片外径尺寸相同的圆形圈；密封卡环套在步骤⑴保护加热丝单元中的壳体支架上面的顶部壳体外壁，所述蒸发源顶部遮盖片的大圆壁卡在炉体的外沿和密封卡环之间顶部壳体的上面。

2.根据权利要求1所述的CIGS太阳电池用高温耐蚀蒸发束流源装置制备方法，其特征在于：所述炉体为顶端带有外沿的氮化硼圆桶状坩埚。

3.根据权利要求1所述的CIGS太阳电池用高温耐蚀蒸发束流源装置制备方法，其特征在于：所述炉体内上端部紧配合置有高纯石墨喷嘴。

4.根据权利要求1所述的CIGS太阳电池用高温耐蚀蒸发束流源装置制备方法，其特征在于：所述炉体外侧的底部及顶部均固装有热偶。

5.根据权利要求1所述的CIGS太阳电池用高温耐蚀蒸发束流源装置制备方法，其特征在于：所述底盘面上还有与壳体支架固定用的固定通孔、作为加热线和热偶线走线用加热线走线孔和热偶线走线孔。

6.根据权利要求1所述的CIGS太阳电池用高温耐蚀蒸发束流源装置制备方法，其特征在于：所述壳体支架为304不锈钢材料。