CN108666392A - 铜铟镓硒化学水浴沉积csd整体设备 - Google Patents

铜铟镓硒化学水浴沉积csd整体设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铜铟镓硒化学水浴沉积CSD整体设备。该铜铟镓硒化学水浴沉积CSD整体设备在主反应区内每个加热器上分别设置有温度传感器，可反馈加热器的温度，这样就可通过温度传感器和加热器来调控主反应区内的温度，同时主反应区末端设置有荧光光谱仪可反馈硫化镉薄膜的厚度，从而调节产生的硫化镉薄膜的厚度，同时腔门能够打开便于调整，主反应区前端的风机可以防止溶液逆流出主反应区，设备整体分上下部分环绕设计可以减小设备占地面积，且通过该设备镀膜、冲洗、风干一体化，使铜铟镓硒薄膜太阳能电池卷进去到出来就可以直接给到下一个工序，节省了很多的时间，有利于提高生产效率。

Description

铜铟镓硒化学水浴沉积CSD整体设备
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种铜铟镓硒化学水浴沉积CSD整体设备。
背景技术
随着全球气候变暖、生态环境恶化和常规能源的短缺，太阳能已成为各国可持续发展的重要战略决策。太阳能电池就是一种将太阳能转化成电能的装置，具备超过电能、风能等资源的能源，而有希望成为未来电力行业的重要支柱。太阳能电池主要分为硅太阳能电池、化合物半导体薄膜电池、有机聚合物电池、有机薄膜电池等。其中，铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池属于半导体薄膜电池，由于铜铟镓硒具备直接带隙结构，并且具有较高的吸收系数，膜层只需达到微米级就可全部吸收能力大于铜铟镓硒薄膜带宽度的入射光，因此铜铟镓硒薄膜太阳能电池可节省大量的原料，并且受稀有元素价格提升和原料短缺的影响相对较小，具有光吸收能力强，放电稳定性好、转化效率高等优点，因而具有广阔的市场前景。
铜铟镓硒薄膜太阳能电池主要有窗口层、缓冲层、吸收层、背电极和衬底组成。缓冲层的制备一般采用化学沉积法，如CSD（硫化镉）的化学沉积，利用喷嘴将溶液喷射到衬底上通过化学沉积制备。目前化学沉积在衬底上形成的硫化镉薄膜厚度无法控制，且化学沉积后铜铟镓硒薄膜太阳能电池卷表面残留硫化镉粉尘，影响电池效率，同时化学溶液喷洒不够均匀稳定。不锈钢卷在设备上受力不均匀，导致卷在走的过程中出现偏移，容易产生褶皱，溶液为达到表面反应的温度，所需时间过久，溶液供应的量无法精确控制，反应溶液在混合不均匀，对成膜效果造成影响，成膜厚度无法实时监控，卷在加热块表面容易受热不均。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明设计了一种铜铟镓硒化学水浴沉积CSD整体设备。
本发明采用如下技术方案：
一种铜铟镓硒化学水浴沉积CSD整体设备，包括适用于柔性太阳能电池板卷对卷的机械传动单元、化学反应单元、加热单元、清洗风干单元、废水处理单元，机械传动单元包括依次设置的放卷辊、若干托辊、张力控制辊和收卷辊，所述放卷辊和收卷辊间设置有腔体，放卷辊和收卷辊间的传输通道设置于腔体内，腔体包括主反应区、前段清洗区、后段清洗区和风干区，主反应区内的传输通道上设置有均匀排列设置的传送辊，化学反应单元包括化学溶液喷头，主反应区内前端顶部固定设置有化学溶液喷头，加热单元包括加热器，清洗风干单元包括清水喷头和风机，主反应区内下方位于传送辊间分别设置有加热器，每个加热器上分别设置有温度传感器，对每个加热器进行温度监控，当温度出现异常时，可以对单一温度异常的加热器进行调节，使卷在腔体内受热不会出现不均匀的现象，前段清洗区和后段清洗区内分别设置有清水喷头，风干区内设置有风机。
作为优选，所述主反应区前端设置有向主反应区内吹风的风机。
作为优选，所述放卷辊的放卷输出位置设置有速度编码器。
作为优选，所述腔体上设置有腔门，腔门表面透明，所述主反应区末端设置有荧光光谱仪。
作为优选，所述传送辊末端分别通过皮带与放卷辊连通。
作为优选，所述化学溶液喷头连通化学溶液供液管，化学溶液供液管上连通有预热装置。
作为优选，所述化学溶液供液管上设置有流量计。
作为优选，所述化学溶液喷头上均匀设置有多个0.02cm孔径的喷嘴，喷嘴处设置有超声波震荡器。
作为优选，所述废水处理单元包括PH调节池、废水收集罐和MVR处理设备，前段清洗区和后段清洗区分别连接有废水管，清水喷头连通清水管，前段清洗区的废水管依次通过PH调节池、废水收集罐、MVR处理设备后连通清水管，后段清洗区的废水管通过过滤网后连通清水管。
作为优选，所述机械传动单元成一圈回路设置，主反应区、前段清洗区、后段清洗区和风干区沿回路分上下两层设置，主反应区分布在便于化学沉积的回路上层，前段清洗区、后段清洗区和风干区设置在便于化学沉积残余冲洗下落的回路下层。
与现有技术相比，该CSD化学水浴沉积整体设备的有益效果是：
1、对于现有技术中，走卷过程中卷产生褶皱会对CSD成膜效果以及后续电池的实际效益有较大的影响，本发明就是考虑到该问题，在主反应区传送通道上均匀排列设置有的传送辊，传送辊末端分别通过皮带与放卷辊连通，从动传动，可以保证每根传送辊转速均匀，使卷在腔体内可以接触到传送辊，再由传送辊施加一个稳定均匀的力，使卷不会因受力不均而产生褶皱。并且在走卷过程中，收放卷处加入纠偏系统，保证卷不会走偏，且收放卷辊对卷速也能起到良好控制，目前为本发明的卷速调整范围在（1-10m/min）之间；
2、在反应过程中溶液需要达到一定温度，而单靠加热器热辐射传导在卷上，卷面温度再传导到溶液上这种模式会比较慢，所以本发明在化学溶液喷洒前的化学溶液供液管上增加了预热装置，从而减少了溶液在腔体内升温的时间，提高了实际生产的效率，并且预热装置可以将溶液温度控制在30-90℃，便于实际生产时进行调节；
3、现有技术中，对于溶液喷洒的量无法精确，导致薄膜厚度会出现不均匀的现象，所以本发明在供料系统中，对溶液进行分级，溶液从罐中打出，通过压差计算，把总管路的溶液压力平均分配到机台管路中，机台通过调节进液和回流对溶液流量进行一个范围控制，再通过化学溶液供液管上设置的流量计对流量进行精确控制，范围基本在0-1500ml/min，精确度在2%，使镀上的膜层更加均匀、稳定；
4、化学溶液在喷洒后，很容易出现混合不均匀的问题，对镀膜厚度也是一个重要影响，本发明将化学溶液在进入化学溶液喷嘴前进行初步混合，采用0.02cm孔径的喷嘴，使溶液在喷洒过程中混合更均匀，同时在喷嘴处增加超声波震荡器，使溶液混合程度可以达到90%，镀膜均匀性大幅提升；
5、为了便于对镀膜厚度监测，在设备内主反应区末端增加了荧光光谱仪，荧光光谱仪发射红外线，因为不同元素发出的特征X射线能量和波长各不相同，通过对比和计算可得出膜层厚度，并通过光谱仪反馈数据，根据规定的膜厚区间，转为电信号控制调节混合溶液的预热装置的设定温度，实现自动化控制，既有效的知道膜层厚度，调整设定温度，也可以节省人力；
6、传统的加热方式，对加热器控制缺乏力度，很容易造成加热器实际温度的不均匀性，从而影响镀膜效果，本发明通过对每个加热器上增加温度传感器，对每个加热器进行温度监控，当温度出现异常时，可以对单一温度异常的加热器进行调节，使卷在腔体内受热不会出现不均匀的现象；
7、在生产过程中会有很多废水产生，我们将废水分级处理，前段清洗区的废水因为含重金属过多，会首先排到车间内pH调节池中，对废水pH进行初步调节，再转入废水收集罐中，当废水收集一定时再打到MVR处理设备中进一步处理后，即可循环利用；后段清洗区产生的废水，较为干净，将后段清洗区的废水通过过滤网过滤即可循环利用，实现了废水再利用，节约了水资源。
8、该铜铟镓硒化学水浴沉积CSD整体设备的腔门能够打开便于调整，主反应区前端的风机可以防止溶液逆流出主反应区，设备整体分上下部分环绕设计可以减小设备占地面积，且通过该设备镀膜、冲洗、风干一体化，使铜铟镓硒薄膜太阳能电池卷进去到出来就可以直接给到下一个工序，节省了很多的时间，有利于提高生产效率。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是膜厚检测反馈调节的一种流程图；
图中：1、放卷辊，2、收卷辊，3、张力控制辊，4、托辊，5、主反应区，6、前段清洗区，7、后段清洗区，8、风干区，9、化学溶液喷头，10、加热器，11、温度传感器，12、风机，13、清水喷头，14、荧光光谱仪。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
实施例：如附图1所示，一种铜铟镓硒化学水浴沉积CSD整体设备，包括适用于柔性太阳能电池板卷对卷的机械传动单元、化学反应单元、加热单元、清洗风干单元、废水处理单元，机械传动单元包括依次设置的放卷辊1、若干托辊4、张力控制辊3和收卷辊2，所述放卷辊和收卷辊间设置有腔体，放卷辊和收卷辊间的传输通道设置于腔体内，腔体包括主反应区5、前段清洗区6、后段清洗区7和风干区8，主反应区内的传输通道上设置有均匀排列设置的传送辊，化学反应单元包括化学溶液喷头9，主反应区内前端顶部固定设置有化学溶液喷头，加热单元包括加热器10，清洗风干单元包括清水喷头13和风机12，主反应区内下方位于传送辊间分别设置有加热器，每个加热器上分别设置有温度传感器11，对每个加热器进行温度监控，当温度出现异常时，可以对单一温度异常的加热器进行调节，使卷在腔体内受热不会出现不均匀的现象，前段清洗区和后段清洗区内分别设置有清水喷头，风干区内设置有风机，主反应区前端设置有向主反应区内吹风的风机，放卷辊的放卷输出位置设置有速度编码器，腔体上设置有腔门，腔门表面透明，主反应区末端设置有荧光光谱仪14，传送辊末端分别通过皮带与放卷辊连通，化学溶液喷头连通化学溶液供液管，化学溶液供液管上连通有预热装置，化学溶液供液管上设置有流量计，化学溶液喷头上均匀设置有多个0.02cm孔径的喷嘴，喷嘴处设置有超声波震荡器，废水处理单元包括PH调节池、废水收集罐和MVR处理设备，前段清洗区和后段清洗区分别连接有废水管，清水喷头连通清水管，前段清洗区的废水管依次通过PH调节池、废水收集罐、MVR处理设备后连通清水管，后段清洗区的废水管通过过滤网后连通清水管，机械传动单元成一圈回路设置，主反应区、前段清洗区、后段清洗区和风干区沿回路分上下两层设置，主反应区分布在便于化学沉积的回路上层，前段清洗区、后段清洗区和风干区设置在便于化学沉积残余冲洗下落的回路下层。
该铜铟镓硒化学水浴沉积CSD整体设备使用时，将铜铟镓硒薄膜太阳能电池卷从放卷辊放卷进入主反应区，主反应区顶部化学溶液喷头喷洒硫脲溶液进行化学沉淀，使铜铟镓硒薄膜太阳能电池卷的衬底上生成硫化镉薄膜，之后经过前段清洗区和后段清洗区进行冷却和表面清洗，最后风干区通过风机进行干燥，然后到达收卷辊收卷，如附图2所示，在设备内主反应区末端增加了荧光光谱仪，荧光光谱仪发射红外线，因为不同元素发出的特征X射线能量和波长各不相同，通过对比和计算可得出膜层厚度，并通过光谱仪反馈数据，根据规定的膜厚区间，转为电信号控制调节混合溶液的预热装置的设定温度，实现自动化控制，同时通过温度传感器和加热器来调控主反应区内的温度，厚度过薄，调高主反应区内的温度，厚度过厚，调低主反应区内的温度，实现调节产生的硫化镉薄膜的厚度。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种铜铟镓硒化学水浴沉积CSD整体设备，其特征是，其包括适用于柔性太阳能电池板卷对卷的机械传动单元、化学反应单元、加热单元、清洗风干单元、废水处理单元，机械传动单元包括依次设置的放卷辊、若干托辊、张力控制辊和收卷辊，所述放卷辊和收卷辊间设置有腔体，放卷辊和收卷辊间的传输通道设置于腔体内，腔体包括主反应区、前段清洗区、后段清洗区和风干区，主反应区内的传输通道上设置有均匀排列设置的传送辊，化学反应单元包括化学溶液喷头，主反应区内前端顶部固定设置有化学溶液喷头，加热单元包括加热器，清洗风干单元包括清水喷头和风机，主反应区内下方位于传送辊间分别设置有加热器，每个加热器上分别设置有温度传感器，对每个加热器进行温度监控，当温度出现异常时，可以对单一温度异常的加热器进行调节，使卷在腔体内受热不会出现不均匀的现象，前段清洗区和后段清洗区内分别设置有清水喷头，风干区内设置有风机。
2.根据权利要求1所述的铜铟镓硒化学水浴沉积CSD整体设备，其特征是，所述主反应区前端设置有向主反应区内吹风的风机，防止溶液逆流出主反应区。
3.根据权利要求1所述的铜铟镓硒化学水浴沉积CSD整体设备，其特征是，所述放卷辊的放卷输出位置设置有速度编码器。
4.根据权利要求1所述的铜铟镓硒化学水浴沉积CSD整体设备，其特征是，所述腔体上设置有腔门，腔门表面透明，所述主反应区末端设置有荧光光谱仪,荧光光谱仪发射红外线，因为不同元素发出的特征X射线能量和波长各不相同，通过对比和计算可得出膜层厚度，并通过光谱仪反馈数据，根据规定的膜厚区间，转为电信号控制调节混合溶液的预热装置的设定温度，实现自动化控制。
5.根据权利要求1所述的铜铟镓硒化学水浴沉积CSD整体设备，其特征是，所述传送辊末端分别通过皮带与放卷辊连通，从动传动，可以保证每根传送辊转速均匀，使卷在腔体内可以接触到传送辊，再由传送辊施加一个稳定均匀的力，使卷不会因受力不均而产生褶皱。
6.根据权利要求1所述的铜铟镓硒化学水浴沉积CSD整体设备，其特征是，所述化学溶液喷头连通化学溶液供液管，化学溶液供液管上连通有预热装置，从而减少了溶液在腔体内升温的时间，可以将溶液温度实时控制。
7.根据权利要求6所述的铜铟镓硒化学水浴沉积CSD整体设备，其特征是，所述化学溶液供液管上设置有流量计，在溶液供料系统中，对溶液进行分级，溶液从罐中打出，通过压差计算，把总管路的溶液压力平均分配到机台管路中，机台通过调节进液和回流对溶液流量进行一个范围控制，再通过化学溶液供液管上设置的流量计对流量进行精确控制。
8.根据权利要求1所述的铜铟镓硒化学水浴沉积CSD整体设备，其特征是，所述化学溶液喷头上均匀设置有多个0.02cm孔径的喷嘴，喷嘴处设置有超声波震荡器，采用0.02cm孔径的喷嘴，使溶液在喷洒过程中混合更均匀，同时在喷嘴处增加超声波震荡器，使溶液混合程度可以达到90%，镀膜均匀性大幅提升。
9.根据权利要求1所述的铜铟镓硒化学水浴沉积CSD整体设备，其特征是，所述废水处理单元包括PH调节池、废水收集罐和MVR处理设备，前段清洗区和后段清洗区分别连接有废水管，清水喷头连通清水管，前段清洗区的废水管依次通过PH调节池、废水收集罐、MVR处理设备后连通清水管，后段清洗区的废水管通过过滤网后连通清水管，前段清洗区的废水因为含重金属过多，会首先排到车间内pH调节池中，对废水pH进行初步调节，再转入废水收集罐中，当废水收集一定时再打到MVR处理设备中进一步处理后，即可循环利用；后段清洗区产生的废水，较为干净，将后段清洗区的废水通过过滤网过滤即可循环利用，实现了废水再利用。
10.根据权利要求1所述的铜铟镓硒化学水浴沉积CSD整体设备，其特征是，所述机械传动单元成一圈回路设置，主反应区、前段清洗区、后段清洗区和风干区沿回路分上下两层设置，主反应区分布在便于化学沉积的回路上层，前段清洗区、后段清洗区和风干区设置在便于化学沉积残余冲洗下落的回路下层。
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