CN109650734A - 一种水浴法镀膜装置及采用其的镀膜工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及镀膜技术领域，具体而言，涉及一种水浴法镀膜装置及采用其的镀膜工艺，包括用于容纳反应液的反应槽，所述反应槽内设置有超声波装置和搅拌装置；所述反应槽设置有反应液进入口，所述搅拌装置位于所述反应液进入口处，所述搅拌装置用于加速从所述反应液进入口流出的反应液与所述反应槽内反应液混合，所述超声波装置用于增大反应液中离子运动速率；镀膜装置能够提高CdS薄膜层的质量，提高太阳能电池效率。
Description
技术领域
本发明涉及镀膜技术领域，具体而言，涉及一种水浴法镀膜装置及采用其的镀膜工艺。
背景技术
铜铟镓硒(Cu(In，Ga)Se2：CIGS)薄膜太阳能电池转换效率高，发展前景好；可调整和优化禁带宽度；具有非常高的光吸收系数，制备的太阳能电池只有数微米，降低了原材料的消耗与减轻了电池的重量；电池使用寿命长，无光致衰退效应，在弱光条件下性能依然良好，在空间应用中也具有非常良好的抗干扰、抗辐射能力等多方面的优点。
GIGS薄膜太阳能电池的CdS缓冲层采通常用水浴法制备，CdS的质量影响了GIGS薄膜太阳能电池光转换电流的效率，在CdS薄膜层成膜过程中，玻璃基板竖直放置，气泡和同质反应的生成大颗粒CdS吸附在玻璃基板上，在清洗过程中大颗粒容易脱落，导致CdS薄膜层存在孔洞，影响CdS薄膜层质量和均匀性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水浴法镀膜装置及采用其的镀膜工艺，其能够提高CdS薄膜层的质量和均匀性，提高太阳能电池效率。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本方案提供一种水浴法镀膜装置，包括用于容纳反应液的反应槽，所述反应槽内设置有超声波装置和搅拌装置；
所述反应槽设置有反应液进入口，所述搅拌装置位于所述反应液进入口处，所述搅拌装置用于加速从所述反应液进入口流出的反应液与所述反应槽内反应液混合，所述超声波装置用于提高反应液中离子运动速率。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述搅拌装置和所述超声波装置均至少设置有一个；
当所述搅拌装置设置有多个时，所述超声波装置相对于所述搅拌装置交错设置有多个。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述反应液进入口位于所述反应槽的底部。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述超声波装置与所述搅拌装置之间设置有隔板；
所述隔板用于降低搅拌装置搅动的反应液对所述超声波装置的冲击。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述隔板包括网状结构。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述超声波装置包括超声波探头。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述镀膜装置还包括控制组件，所述控制组件分别连接所述超声波装置和所述搅拌装置。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述控制组件包括主控板和用于检测玻璃基板的感应器；
所述主控板分别连接所述超声波装置、所述搅拌装置和所述感应器。
第二方面，本方案提供一种镀膜工艺，采用上述镀膜装置，包括；
将反应液从所述反应液进入口注入所述反应槽；
将玻璃基板放入所述镀膜装置内并固定；
打开搅拌装置对反应槽内的溶液进行搅拌，打开超声波振动装置。
进一步的，在本发明的一种实施例中，在上述反应槽内放置两块玻璃基板，所述两块玻璃基板位于所述搅拌装置相对的两侧。
在反应槽内竖直放置两块玻璃基板，两块玻璃基板位于搅拌装置相对的两侧。超声波装置工作频率为40KHZ，超声波装置加速反应液中离子的运动。玻璃基板在反应槽内的时间为10min－50min，反应液进入反应槽，然后从反应槽顶部的溢流口或槽口流出，搅拌装置使从反应液进入口进入的反应液与反应槽内的反应液快速混合，保证反应槽内的反应液温度和浓度的均匀性。最后将玻璃基板从反应槽内取出进行后续处理。
本方案中的镀膜工艺仅记载玻璃基板在反应槽内的工艺内容，玻璃基板进入反应槽前的预处理工艺及玻璃基板从反应槽内取出后的后续操作工艺为现有操作，本方案不做详述。
本发明实施例的有益效果是：
提高CdS薄膜层的质量和均匀性，提高太阳能电池光转换电流的效率。
将玻璃基板放置在反应槽内，在反应液的进液口设置搅拌装置，快速实现反应液温度和浓度的均匀，保证反应槽内各部位反应速率基本一致；超声波装置去除反应液中的气泡，增大离子运动速率，使反应原子和络合物快速吸附在玻璃基板表面，然后进行反应，提高CdS薄膜质量，在玻璃基板表面形成致密的、均匀的CdS薄膜。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例示意图；
图2为本发明另一视角结构示意图。
图标：1－反应槽；2－超声波装置；3－搅拌装置；11－反应液进入口；4－隔板；5－感应器；6－玻璃基板；7－基座。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
实施例1：
请参照图1－2，本实施例提供一种水浴法镀膜装置及采用其的镀膜工艺，玻璃基板竖直放置在镀膜装置内，镀膜装置包括用于容纳反应液的反应槽1，所述反应槽1内设置有超声波装置2和搅拌装置3；所述搅拌装置3用于加速从所述反应液进入口11流出的反应液与所述反应槽1内反应液混合，所述超声波装置2用于提高反应液中离子运动速率；
所述反应槽1的底部设置有反应液进入口11，反应槽1在槽口处开设有溢流口，反应液从反应槽1底部的反应液进入11口进入，从反应槽1顶部的溢出口溢出。多个所述搅拌装置3水平排列设置在所述反应液进入口11的上部，所述超声波装置2相对位于所述搅拌装置3的上部。
超声波装置2在反应槽1内发射超声波，使玻璃基板表面较大颗粒和气泡脱落，超声波通过反应液传递至反应离子，加速离子运动速率，使反应原子、络合物快速吸附在玻璃表面，同时进行反应，反应公式为：Cd2+S2－＝CdS；
搅拌装置3设置在反应液的进入口，搅拌装置3对反应槽1内的反应液进行搅拌，同时保证汇入的反应液充分混合，使反应液浓度均匀、温度均匀，保证离子在玻璃基板表面反应速率的稳定性，提高CdS薄膜表面的均匀性。
超声波装置2与所述搅拌装置3之间设置有隔板4，隔板4为网状结构，隔板4减小搅拌装置3对超声波的影响。
超声波装置2为超声波探头，搅拌装置3为风机。根据实际镀膜情况和反应槽1的大小确定超声波探头数量和风机数量，风机为内带驱动电机的风机，风机固定在反应槽1底部靠近反应液进入口11的位置，超声波探头固定在隔板4上，当超声波探头和风机均设置有多个时，超声波探头和风机相对交错设置，减小风机对超声波探头的影响。
超声波装置2的工作频率为40KHz，40KHz的情况下，玻璃基板6在反应液中生成CdS薄膜的效果最好。镀膜装置还包括控制组件，所述控制组件分别电性连接所述超声波装置2和所述搅拌装置3，控制组件包括主控板和用于检测玻璃基板的感应器5；所述主控板分别电性连接所述超声波装置2、所述搅拌装置3和所述感应器5。
主控板设置反应槽1的外侧，反应槽1的内壁固定感应器5，感应器5为光敏感应器，主控板分别电性连接超声波装置2、搅拌装置3和光敏感应器。当玻璃基板6放入后，玻璃基板6位于感应器5的正前方，玻璃基板6对感应器5具有光线阻挡，此时感应器5向主控板发送检测到玻璃基板6的电信号，主控板控制超声波装置2和搅拌装置3工作，当玻璃基板6从反应槽1内取出后，感应器5前方没有物体阻挡光线，感应器5再次向控制板发送电信号，控制板控制超声波装置2和搅拌装置3停止工作。
一种镀膜工艺，包括：
(1)将反应液从反应液进入口11注入反应槽1；
(2)玻璃基板6放入镀膜装置内并固定；
(3)打开搅拌装置3对反应槽1内的溶液进行搅拌，打开超声波振动装置。
在反应槽1内放置两块玻璃基板6，两块玻璃基板6位于搅拌装置3相对的两侧。超声波装置2工作频率为40KHZ，超声波装置2加速反应液中离子的运动。玻璃基板6在反应槽1内的时间为10min－50min，反应液进入反应槽1，然后从反应槽1顶部的溢流口或槽口流出，搅拌装置3使从反应液进入口11进入的反应液与反应槽1内的反应液快速混合，保证反应槽1内的反应液温度和浓度的均匀性。最后将玻璃基板6从反应槽1内取出进行后续处理。
实施例2
结合图1－2所示，本实施例提供一种水浴法镀膜装置，包括反应槽1，反应槽1为矩形结构，反应槽1的底部设置有反应液进入口11，反应槽1顶部的侧壁上开设反应液溢流口。反应槽1内设置有搅拌装置3，搅拌装置3设置在反应液进入口11处，搅拌装置3为风机，风机的外轮廓架与反应槽1的侧壁固定连接，风机固定在反应槽1内，风机扇叶的轴向方向垂直反应槽1的槽底。反应槽1内设置隔板4，隔板4为网状结构，隔板4位于风机朝向反应槽1槽口的一侧，隔板4相对于槽底平行放置。反应槽1内设置有超声波装置2，超声波装置2位于隔板4朝向反应槽1槽口的一侧，超声波装置2为可发射超声波的超声波探头，超声波探头为水浸探头，超声波探头与隔板4固定连接，超声波探头朝向反应槽1槽口。反应槽1内设置有基座7，基座7位于隔板4的上部，在反应槽1长度方向相对的两侧面水平设置有两个或多个基座7，基座7用于支撑定位玻璃基板6。主控板设置在反应槽1的外侧，主控板与反应槽1的外侧壁固定连接，主控板做防水处理。反应槽1长度方向的两壁面内侧固定感应器5，感应器5为光敏感应器，主控板分别电性连接超声波装置2、搅拌装置3和光敏感应器，主控板根据光敏感应器发送的电信号控制超声波装置2和搅拌装置3的开关。当玻璃基板6放入后，玻璃基板6放置在基座7上，此时玻璃基板6位于感应器5的正前方，玻璃基板6对感应器5具有光线阻挡，此时感应器5向主控板发送检测到玻璃基板6的电信号，主控板控制超声波装置2和搅拌装置3工作，当玻璃基板6从反应槽1内取出后，感应器5前方没有物体阻挡光线，光敏感应器再次向控制板发送电信号，控制板控制超声波装置2和搅拌装置3停止工作。
实施例3
结合图1和图2所示，本实施例提供一种水浴法镀膜装置及采用其的镀膜工艺，包括反应槽1，反应槽1为矩形结构，反应槽1的底部设置有反应液进入口11，反应槽1顶部的侧壁上开设反应液溢流口。反应槽1内设置有搅拌装置3，搅拌装置3设置在反应液进入口11处，搅拌装置3为风机，风机的外轮廓架与反应槽1的侧壁固定连接，风机固定在反应槽1内，风机扇叶的轴向方向垂直反应槽1的槽底。反应槽1内设置隔板4，隔板4为网状结构，隔板4位于风机朝向反应槽1槽口的一侧，隔板4相对于槽底平行放置。反应槽1内设置有超声波装置2，超声波装置2位于隔板4朝向反应槽1槽口的一侧，超声波装置2为可发射超声波的超声波探头，超声波探头为水浸探头，超声波探头与隔板4固定连接，超声波探头朝向反应槽1槽口。反应槽1内设置有基座7，基座7位于隔板4的上部，在反应槽1长度方向相对的两侧面水平设置有两个或多个基座7，基座7用于支撑定位玻璃基板6。主控板设置反应槽1的外侧，主控板与反应槽1的外侧壁固定连接，主控板做防水处理。反应槽1长度方向的两壁内侧固定感应器5，感应器5为光敏感应器，主控板分别电性连接超声波装置2、搅拌装置3和光敏感应器，主控板根据光敏感应器发送的电信号控制超声波装置2和搅拌装置3的开关。
一种镀膜工艺，采用上述镀膜装置，通过水浴沉积方法在玻璃基板6表面镀Cds薄膜，保证Cds薄膜的表面致密性、均匀性，提高Cds薄膜质量，满足玻璃基板6使用时的电学、光学要求。
反应槽1进入口有反应液进入，反应槽1内的反应液从反应槽1口和溢流口流出，反应液经过反应槽1进行循环流通；
通过机械手抓取玻璃基板6，将玻璃基板6放置竖直放置在反应槽1内，玻璃基板6放置在基座7上，基座7对玻璃基板6进行定位支撑；
光敏感应器的前方光线受到玻璃基板6阻挡，光敏感应器向主控板发送检测到玻璃基板6的电信号，主控板控制搅拌装置3和超声波装置2打开，搅拌装置3将从反应液进入口11进入的反应液进行分散，使刚进入反应槽1的反应液与反应槽1内的反应液混合，同时减少反应液中的气泡，保证反应槽1内的反应液温度和浓度的均匀性，超声波装在反应液中发射超声波，超声波优选为40KHZ，超声波装置2加速了反应液中离子运动速率，使反应液中的反应原子、络合物能快速附着在玻璃基板6表面，从而占据玻璃基板6表面位置进行反应；
玻璃基板6在反应槽1内的温度为10min至50min，反应槽1内反应液的温度为20°至70°，镀膜完成后通过机械手臂将玻璃基板6从反应槽1内取出进行后续处理。
实施例4
结合图1－2所示，本实施例提供一种水浴法镀膜装置及采用其的镀膜工艺，包括反应槽1，反应槽1内装有反应液，玻璃基板6竖直放置在反应槽1内，在反应槽1长度方向的两壁面内侧设置有基座7，基座7用于支撑玻璃基板；搅拌装置3为风机，超声波装置2为超声波探头，搅拌装置3设置有两个，超声波装置2设置有三个，超声波装置2相对于搅拌装置3交错设置。
反应槽1的底部设置有反应液进入口11，反应槽1内设置有两个风机，风机位于反应槽1的底部且对应反应液进入口11。两个风机相对反应槽1的底部水平设置，风机扇叶的轴向方向垂直反应槽1的底部，风机内部自带驱动电机，风机与反应槽1的内壁固定连接。风机转动对反应槽1内的反应液进行搅拌，从反应液进入口11进入的反应液被风机分散，使进入反应槽1的反应液充分与反应槽1内的反应液混合，保证反应液浓度均匀、温度均匀，保证离子在玻璃基板表面反应速率的稳定性，提高CdS薄膜表面的均匀性。隔板4为网状结构，隔板4位于风机的上方，隔板4水平设置并与反应槽1内壁固定连接。
隔板4的上方设置有超声波探头，超声波探头设置有三个并相对于风机交错设置，超声波探头为水浸探头，发射频率为40KHZ，超声波探头固定在隔板4上，隔板4减小搅拌装置3对超声波的影响，超声波探头在反应槽1内发射超声波，使玻璃基板表面较大颗粒和气泡脱落，超声波通过反应液传递至反应离子，加速离子运动速率，使反应原子、络合物快速吸附在玻璃表面，同时进行反应。
主控板设置反应槽1的外侧，反应槽1长度方向的两侧壁内侧固定感应器5，感应器5为光敏感应器，主控板分别电性连接超声波装置2、搅拌装置3和光敏感应器。当玻璃基板6放入后，玻璃基板6位于感应器5的正前方，玻璃基板6对感应器5具有光线阻挡，此时感应器5向主控板发送检测到玻璃基板6的电信号，主控板控制超声波装置2和搅拌装置3工作，当玻璃基板6从反应槽1内取出后，感应器5前方没有物体阻挡光线，感应器5再次向控制板发送电信号，控制板控制超声波装置2和搅拌装置3停止工作。
本发明通过超声波装置2使玻璃基板表面的大颗粒物质脱落，减少反应液中的气泡；搅拌装置3确保反应液浓度均匀、温度均匀，保证沉积速率的稳定性，提高CdS薄膜的均匀性，提高太阳能电池的导电性能，超声波探头的发射频率、超声波探头数量和风机数量均可以根据反应槽1的大小可以设定，搅拌装置3设置有多个时，超声波装置2相对于搅拌装置3交错设置有多个。
一种镀膜工艺，通过水浴沉积方法在玻璃基板6表面镀CdS薄膜，保证CdS薄膜的表面致密性、均匀性，提高Cds薄膜质量，满足玻璃基板6使用时的电学、光学要求。
反应槽1进入口有反应液进入，反应槽1内的反应液从反应槽1口和溢流口流出，反应液经过反应槽1进行循环流通；
通过机械手抓取玻璃基板6，将玻璃基板6放置竖直放置在反应槽1内，玻璃基板6放置在基座7上，基座7对玻璃基板6进行定位支撑；
光敏感应器的前方光线受到玻璃基板6阻挡，光敏感应器向主控板发送检测到玻璃基板6的电信号，主控板控制搅拌装置3和超声波装置2打开，搅拌装置3将从反应液进入口11进入的反应液进行分散，使刚进入反应槽1的反应液与反应槽1内的反应液混合，同时减少反应液中的气泡，保证反应槽1内的反应液温度和浓度的均匀性，超声波装在反应液中发射超声波，超声波优选为40KHZ，超声波装置2加速了反应液中离子运动速率，使反应液中的反应原子、络合物能快速附着在玻璃基板6表面，从而占据玻璃基板6表面位置进行反应；
玻璃基板6在反应槽1内的温度为10min至50min，反应槽1内反应液的温度为20°至70°，镀膜完成后通过机械手臂将玻璃基板6从反应槽1内取出进行后续处理，光敏感应器前方没有物体阻挡光线，光敏感应器再次向控制板发送电信号，控制板控制超声波装置2和搅拌装置3停止工作。
需要说明的是，本发明主要内容在镀膜装置的结构上，不涉及线路连接关系，在本发明结构的基础上，根据现有技术能够根据相应的功能实现不同线路连接。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水浴法镀膜装置，其特征在于，包括用于容纳反应液的反应槽，所述反应槽内设置有超声波装置和搅拌装置；
所述反应槽设置有反应液进入口，所述搅拌装置位于所述反应液进入口处，所述搅拌装置用于加速从所述反应液进入口流出的反应液与所述反应槽内反应液混合，所述超声波装置用于提高反应液中离子运动速率。
2.根据权利要求1所述的镀膜装置，其特征在于，所述搅拌装置和所述超声波装置均至少设置有一个；
当所述搅拌装置设置有多个时，所述超声波装置相对于所述搅拌装置交错设置有多个。
3.根据权利要求1所述的镀膜装置，其特征在于，所述反应液进入口位于所述反应槽的底部。
4.根据权利要求1所述的镀膜装置，其特征在于，所述超声波装置与所述搅拌装置之间设置有隔板；
所述隔板用于降低搅拌装置搅动的反应液对所述超声波装置的冲击。
5.根据权利要求4所述的镀膜装置，其特征在于，所述隔板包括网状结构。
6.根据权利要求1所述的镀膜装置，其特征在于，所述超声波装置包括超声波探头。
7.根据权利要求1所述的镀膜装置，其特征在于，所述镀膜装置还包括控制组件，所述控制组件分别连接所述超声波装置和所述搅拌装置。
8.根据权利要求7所述的镀膜装置，其特征在于，所述控制组件包括主控板和用于检测玻璃基板的感应器；
所述主控板分别连接所述超声波装置、所述搅拌装置和所述感应器。
9.一种镀膜工艺，其特征在于，采用权利要求1－8任意一项所述的镀膜装置，包括；
将反应液从所述反应液进入口注入所述反应槽；
将玻璃基板放入所述镀膜装置内并固定；
打开搅拌装置对反应槽内的溶液进行搅拌，打开超声波振动装置。
10.根据权利要求9所述的镀膜工艺，其特征在于，在所述反应槽内放置两块玻璃基板，所述两块玻璃基板位于所述搅拌装置相对的两侧。
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