CN110323163A - 一种用液体涂覆基板的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用液体涂覆基板的设备，该设备包括保持机构、进液机构、第一框架、第二框架，其中，保持机构用于固定所述基板，并且能够与基板的表面形成反应腔室。进液机构设置在保持机构上，用于将液体引入到所述反应腔室内的基板表面上。保持机构可以实现围绕第一轴和第二轴翻转。利用该设备能够利于液体均匀分布在基板的表面，提高液体涂覆的均匀性，并且提高涂覆效率。
Description
技术领域
本发明涉及化学水浴沉积设备，尤其涉及一种用于薄膜太阳能电池化学水浴沉积设备。
背景技术
在薄膜太阳能电池，尤其是在高效率铜铟镓硒(CIGS)型电池中，大多在氧化锌(ZnO)窗口层和CIGS吸收层之间引入一个缓冲层。缓冲层在低带隙的CIGS吸收层和高带隙的ZnO层之间形成过渡，减小了两者之间的带隙台阶和晶格失配，对于改善pn节质量和电池性能具有重要作用。目前使用最多且得到高效率的缓冲层是II-VI族化合物半导体硫化镉(CdS)薄膜。在考虑Cd元素对环境的影响，也可以利用含Zn的硫化物、硒化物或氧化物或含铟(In)的硫化物或硒化物形成缓冲层。
在薄膜太阳能电池的生产工艺中，形成缓冲层的方法通常利用化学水浴沉积(Chemical Bath Deposition,CBD)法，因为化学水浴沉积法可形成薄且均匀的薄膜，工艺简单而且制造成本较低。化学水浴沉积是利用反应液的氧化还原原理，使反应液中的金属离子还原并沉积在基体表面上的化学反应过程。反应液的温度均匀性及反应液与基体的充分接触是影响膜层均匀性和沉积效率的重要因素。在形成缓冲层的化学水浴沉积工艺中，通常采用浸泡式CBD设备，在浸泡式CBD设备的应腔室中反应液处于静止或低速流动状态，可能导致在镀膜过程中反应液的化学反应慢、在基板表面的分布不均匀、与基板的接触不充分等问题，尤其是针对较大的基板表面，这些问题可能造成镀膜时间较长，降低生产效率，同时也可能存在膜层较低的均匀性，直接影响薄膜太阳能电池的转换效率。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用液体涂覆基板的设备，其特征在于，包括：
保持机构(01)，其用于固定所述基板；
进液机构(07)，其设置在所述保持机构(01)上，用于将所述液体引入到所述基板的表面上。
第一框架(02)，所述第一框架(02)上设置有第一翻转机构(08)和第一轴(04)，所述保持机构(01)通过所述第一轴(04)设置在所述第一框架(02)内，所述第一翻转机构(08)用于驱动所述保持机构(01)围绕所述第一轴(04)翻转；
第二框架(03)，所述第二框架(03)上设置有第二翻转机构(09)和第二轴(05)，所述第一框架(02)通过所述第二轴(05)设置在所述第二框架(03)内，所述第二翻转机构(09)用于驱动所述第一框架(02)围绕所述第二轴(05)翻转。
所述第一轴(04)和所述第二轴(05)在所述基板的所述表面上的投影相交。
本发明提供的设备，可以通过反应腔室围绕两个非平行的轴翻转来实现基板在摇摆状态下进行镀膜，施加到基板表面上的液体在重力的作用下在不同的方向上流动，这样有利于液体均匀分布在基板的表面，提高膜层的均匀性。另外，反应腔室中的基板在不断的摇摆下，也会增加基板表面液体的化学反应速度，提高镀膜效率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明的用液体涂覆基板的设备的原理图；
图2a为保持机构闭合状态的示意图；
图2b为保持机构打开状态的示意图；
图3a为本发明的用液体涂覆基板的设备的一个实施例的示意图；
图3b为第一翻转机构的一个实施例的示意图；
图3c为第二翻转机构的一个实施例的示意图；
图4为本发明的用液体涂覆基板的设备的另一个实施例的示意图。
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的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
图1示出了用液体涂覆基板的设备的原理图。图中原理性的表示出了保持机构01，第一框架02，第二框架03，用于将保持机构01支撑在第一框架02内的第一轴04，用于将第一框架02支撑在第二框架03内的第二轴05。
保持机构01可以围绕第一轴04翻转，保持机构01可以按图1中A所示的箭头方向正向翻转(即，与箭头方向相同的方向)或逆向翻转(即，与箭头方向相反的方向)。其中第一轴04为保持机构01起到支撑作用，将保持机构01支撑在第一框架02内。第一轴04一端与保持机构01固定连接，两者的连接不会产生相对运动。第一轴04的另一端可转动的连接到第一框架02上，例如，在第二框架02对应第一轴的位置设置轴承和轴承支座，实现保持机构01在第一轴04的支撑下，围绕第一轴04翻转。根据相同的原理，第一框架02通过第二轴05的支撑，实现第一框架02围绕第二轴05翻转，第一框架02可以按图1中B所示的箭头正向翻转(即，与箭头方向相同的方向)或逆向翻转(即，与箭头方向相反的方向)。通过保持机构围绕第一轴翻转，第一框架围绕第二轴翻转，且两个方向的翻转相互独立，可以分别独立地控制翻转速度和角度能够实现保持机构围绕两个轴翻转。
其中，第一轴04可以是支撑保持机构01的一个短轴，其可以作为悬臂梁形式的支撑保持机构01。第一轴04也可以是贯穿第一框架02的一个长轴，其两端分别可旋转的支撑在第一框架02的相对两侧。另外，第一轴04可以是两个短轴，分别固定在保持机构01的相对两侧。在第一框架02的相对两侧上，与两个短轴对应的位置处，分别设置轴承以支持第一轴04可旋转地连接。第二轴05包括两个短轴，其设置在第一框架上没有设置第一轴04的相对两个侧面。
将第一轴04和第二轴05可以设置在同一平面内，且该平面平行于保持机构固定基板后基板的待沉积表面。将第一轴04和第二轴05设置在同一平面内，保持机构在翻转过程中，能够保持在各个方向上平稳的过渡，翻转方向改变时不会产生较大的振动，有利于对保持机构翻转的控制，从而有利于液体在基板的待沉积表面上均匀分布。第一轴04和第二轴05在同一平面内相交，两轴形成预设的角度，该角度可以为30度、60度、90度。可以根据不同的工艺方案，设置成不同的角度，其中90度为优选角度，两轴相互垂直，能够实现更多的翻转情况，并且更有利于控制翻转。
第一轴04可以设置在保持机构01的中心线上，第二轴05可以设置在第一框架02的中心线上。这样设置可以避免保持机构01在翻转过程中受到第一框架02的干涉。同理，也可以避免第一框架02在翻转过程中受到第二框架03的干涉。另外，第一轴04和第二轴05设置在对应的中心线的位置，在镀膜工艺开始前基板更有利于处于水平位置。当反应液体被引入到水平位置的基板上时，反应液体会均匀的向四面扩散，而不会受到重力的影响朝着一个方向扩散，影响初始镀膜的均匀性。镀膜工艺开始时基板保持水平位置，更有利于摇摆角度等工艺参数基于初始位置增加和减少，使工艺参数调节更加简便。
图2a示出了保持机构闭合状态的示意图。保持机构01大体上包括盖体011和支撑板012。支撑板012大体成平板状，用于支撑基板。支撑板012上设置有加热机构014，加热机构可以是设置在支撑板012内的热电偶，也可以是在支撑板012上开设的加热水道。支撑板012的加热系统可以用于加热基板，或加热基板上的反应液体，使反应液体在一定的工艺温度下进行反应镀膜。将加热机构设置在支撑板012中更有利于基板和反应液体的均匀加热。支撑板012用于支撑基板的上表面上，可以设置有夹具、吸盘或真空口将基板固定在支撑板012上。也可以利用盖板011和支撑板012闭合后可实现夹持功能，将基板夹持在盖板011和支撑板012之间。在沉积过程中，盖体011主要覆盖基板，与基板共同形成反应腔室。盖板011与支撑板012可以打开和闭合。图2b示出了保持机构打开状态的示意图。在打开状态的示意图中，示出了基板06所处的位置。基板06位于支撑板012，处于盖体011与支撑板012之间。当沉积过程中，盖体011覆盖在基板06的上表面061上，基板的上表面061与盖体的内腔壁在闭合状态下形成反应腔室。反应液体在反应腔室内分布于上表面061上。其中，基板06成平板状，可以是柔性的金属材料基板，也可以是刚性的玻璃基板。在形成CIGS太阳能电池中，基板为已经在平板玻璃上形成有金属电极层、CIGS光吸收层的半成品基板。另外，为了形成密封型的反应腔室，防止反应液体泄漏，盖体011下边缘设置有密封条。
在图2a和图2b所示的盖体上部均包括进液口07。反应液体通过进液口07进入到反应腔室内。图示的进液口07仅是示意性圆口。由于反应液体通常包括多种类型的液体，多种液体可以经由进液口混合后进入反应腔室，因此，进液口也可以设置为更有利于反应液体混合的形式。
图3a是涂覆设备的一个实施例的示意图。第一框架02上设置有第一翻转机构08，用于翻转保持机构01，第二框架01上设置有第二翻转机构09，用于翻转第一框架02。如图3b所示，具体的示出了第一翻转机构的示例。图3b所示的第一翻转机构08包括第一电机081、第一圆轮082、第一连杆083和第一推杆084。第一圆轮082连接在第一电机081的主轴上，在主轴的带动下围绕自身中心旋转。第一连杆083的一端偏心地铰接到所述第一圆轮082上，也就是说第一连杆083的一端偏离第一圆轮082的圆心与第一圆轮082铰接。第一连杆083的另一端与第一推杆084的一端铰接。第一推杆084的另一端为自由端，该自由端可以作用于保持机构01。在第一电机081的主轴旋转带动下，第一圆轮082随之旋转，带动第一连杆083运动。在第一连杆083的带动下，第一推杆084在垂直于基板所在平面的方向上往复运动。第一推杆084的自由端可以固定在保持机构01的一侧，例如通过焊接的方式。第一推杆084作用于保持机构01，可以是第一推杆084在往复运动过程中对保持机构01施加推力和拉力，使保持机构01围绕第一轴04翻转。第一推杆084作用于保持机构01的作用位置可以设置在离第一轴04一定距离的位置，即，作用位置不设置在第一轴04所在的直线上。
另外，在涂覆设备的另一个实施例中，第一翻转机构08包括第一电机081、第一圆轮082、第一连杆083、第一推杆084和第一挡块013。其中，第一挡块013设置在保持机构的支撑板012上，距离第一轴04一定距离。第一推杆084的自由端可以固定在第一挡块013上，或者第一推杆084的自由端可以可调节地固定在第一挡块013上。通过调节第一翻转机构08在第一框架02上的位置和调节第一推杆084与第一挡块013之间的固定位置来调节第一推杆084的运动取向，从而实现第一推杆084在垂直于基板所在平面上往复运动，进而带动保持机构01相对于第一轴翻转。
在涂覆设备的另一个实施例中，第一翻转机构08也可以设置为第一电机081通过凸轮或偏心轮来推动第一推杆084，从而实现第一推杆084在垂直于基板所在平面的方向上往复运动。在涂覆设备的另一个实施例中，第一翻转机构08可以是液压支架，液压支架的液压杆可以作为第一推杆084，或者液压支架的液压杆作用于第一推杆084实现第一推杆084的直线往复运动。
总之，第一翻转机构08可以通过曲柄连杆机构、凸轮或偏心轮连杆机构、或者是驱动元件直接驱动实现保持机构01的翻转。对于第一个实施例的曲柄连杆机构和第二个实施例中的凸轮或偏心轮连杆机构来说，都是利用电机的旋转运动转换成朝两个方向上的往复运动的机构，再加上保持机构有第一轴的约束，从而实现了保持机构的翻转。利用推杆推动保持机构翻转，可以通过调节电机与连杆，连杆与推杆的作用点，控制推杆的自由端的最高点和最低点的位置，从而可以简便的控制摇摆幅值。另外，电机在一个方向上旋转，不用改变旋转方向，可以使保持机构翻转方向转变更灵活。
如图3c所示，具体的示出了第二翻转机构的示例。图3b所示的第二翻转机构第二翻转机构09包括第二电机091、第二圆轮092、第二连杆093和第二推杆094。第二圆轮092连接在第二电机091的主轴上，在主轴的带动下围绕自身中心旋转。第二连杆093的一端偏离第二圆轮092的圆心与第二圆轮092铰接，第二连杆093的另一端与第二推杆094的一端铰接。第二推杆094的另一端为自由端，该自由端可以作用于第一框架02。在第二电机091的主轴旋转带动下，第二圆轮092随之旋转，带动第二连杆093运动。在第二连杆093的带动下，第二推杆094在垂直于基板所在平面的方向上往复运动。第二推杆094的自由端可以固定在第一框架02的一侧，例如通过焊接的方式。第二推杆084作用于第一框架02，可以是第二推杆094在往复运动过程中对第一框架02施加推力和拉力，使第一框架02围绕第二轴05翻转。第二推杆094作用于第一框架02的作用位置可以设置在离第二轴05的一定距离的位置，即，作用位置不设置在第二轴04所在的直线上。
在图3b所示的实施例中。进一步包括设置在第二框架03上的第三电机10。第三电机10与第二轴05连接，第三电机10可以通过第二轴05带动第一框架02旋转。在第三电机10的带动下，第一框架02和保持机构01可以围绕第二轴05旋转90度、180度、360度等预设角度。第一框架02的旋转，带动第一轴04旋转，同时由于保持机构01在第一框架02内可以绕第一轴04自由旋转，因此在第一框架02绕第二轴05在第一方向上旋转的同时保持机构01绕第一轴04在第二方向上旋转。由此实现了保持机构01在第一方向和第二方向两个方向的旋转。
在沉积工艺完成后，需要将剩余的反应液体导出。由于偏心轮连杆机构或液压支架的对推杆作用的行程有限，不利于保持机构旋转较大的角度，不利于反应液的倒出。通过在第二轴处设置第三电机10，可以使保持机构01的360度翻，可以更好的将反应液体通过进液机构07倒出。
另外，由于第一框架02或保持机构01或其他部件的机械结构设计可能是不对称的。例如，在第二翻转机构处于自由状态时，此时第二翻转机构不作用第二挡块，第二翻转机构不对第二挡块产生作用力，第一框架和保持机构相对于水平位置向第二箭头B的逆向(即，与箭头方向相反的方向)偏转。利用这种非对称性形成的偏转，可以将第二翻转机构设置为仅控制第一框架04和保持机构01朝第二箭头B的正向偏转(即，与箭头方向相同的方向)。
在这种情况下，对于第二翻转机构09，其第二推杆095的自由端部可以设置有阻挡部095。阻挡部095在第二推杆094的轴向端的尺寸大于第二推杆094的轴向尺寸，以便第二推杆094利用阻挡部095作用于第二挡块021，阻碍第一框架朝第二箭头B的逆向(即，与箭头方向相反的方向)偏转。在利用该设备镀膜时，保持机构和第一框架在自身的重力朝第二箭头B的逆向偏转，当偏转到工艺所需的角度时，控制第二推杆向下移动，通过阻挡部对第二挡块的阻挡，控制第二框架朝第二箭头B的逆向偏转，并带动第二框架朝第二箭头B的正向偏转，从而实现保持机构围绕第二轴偏转。
图4示出了涂覆设备的另一个实施例的示意图。在图4所示的示例中，在第一框架02上设置有第四电机11，第四电机11的主轴与第一轴04连接。第四电机11通过第一轴04带动保持机构01转动。在第二框架03上设置有第五电机12，第五电机12的主轴与第二轴05连接。第五电机12通过第二轴05带动第一框架02转动。其中，第四电机11和第五电机12分别作为第一翻转机构和第二翻转机构。利用电机作为翻转机构，不仅结构简单，而且可以方便地控制电机的正转和反转，从而可以方便的控制摇摆机构的翻转。使用电机作为翻转机构，可以更精确的控制电机的旋转角度，从而可以更精确的控制保持机构的翻转角度。另外，在电机作为翻转机构的情况下，保持机构可以实现更大角度的翻转，更有利于实现更多的工艺要求。
根据上述实施例，第一轴和第二轴可以设置在不同的平面内。当利用电机作为摇摆机构时，由于第一电机直接连接在第一轴，如果第一轴和第二轴在同一平面内，在摇摆过程中，可能第一电机跟随第一框架摇摆时与第二框架发生干涉，第二框架阻挡住第一电机的行动路线，从而阻挡第二框架的翻转。因此，可以将第一轴和第二轴设置在不同的平面内。例如，将第一轴所在的平面高于第二轴所在的平面，从而避免第一框架在翻转时受阻。又例如，将第二轴所在的平面高于第一轴所在的平面，第一框架在第二框架较下方的空间翻转，而不受到第二框架的阻挡。同时，将第一轴和第二轴设置在不同的平面内也有利于第一电机的拆卸和检修，提高设备的维修效率。同样的原理，在其他实施例中，也可以将第一轴04和第二轴05设置在不同的平面内，将两轴错开设置，可以更灵活的利用第一框架和第二框架上方区域或下方区域的空间，避免其他设备、水路或电路的干涉。
上文所述的第一电机、第二电机、电三电机、第四电机、第五电机，可以是相同型号的伺服电机，也可以是不同的。另外，所描述的所有电机可以分别单独地被控制。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种用液体涂覆基板的设备，其特征在于，包括：
保持机构(01)，其用于固定所述基板；
进液机构(07)，其设置在所述保持机构(01)上，用于将所述液体引入到所述基板的表面上；
第一框架(02)，所述第一框架(02)上设置有第一翻转机构(08)和第一轴(04)，所述保持机构(01)通过所述第一轴(04)设置在所述第一框架(02)内，所述第一翻转机构(08)用于驱动所述保持机构(01)围绕所述第一轴(04)翻转；
第二框架(03)，所述第二框架(03)上设置有第二翻转机构(09)和第二轴(05)，所述第一框架(02)通过所述第二轴(05)设置在所述第二框架(03)内，所述第二翻转机构(09)用于驱动所述第一框架(02)围绕所述第二轴(05)翻转；
所述第一轴(04)和所述第二轴(05)在所述基板的所述表面上的投影相交。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一轴(04)与所述第二轴(05)在相同的平面内。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一轴(04)位于所述第一框架(02)的中心线上，所述第二轴(05)位于所述第二框架(03)的中心线上。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一翻转机构(08)包括第一电机(081)和连接到所述第一电机(081)的第一推杆(084)，所述第一推杆(084)能够实现垂直所述基板的所述表面运动；
所述第二翻转机构(09)包括第二电机(091)和连接到所述第二电机(091)的第二推杆(094)，所述第二推杆(094)能够实现垂直所述基板的所述表面运动。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一翻转机构(08)包括第三电机(10)，所述第三电机(10)通过所述第一轴(04)与所述保持机构(01)连接，用于翻转所述保持机构(01)；所述第二翻转机构(09)包括第四电机(10)，所述第四电机(10)通过所述第二轴(05)与所述第一框架(02)连接，用于翻转所述第二框架(03)。
6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，第一翻转机构(08)进一步包括第一圆轮(082)和第一连杆(083)，所述第一电机(081)与所述第一圆轮(082)连接，所述第一连杆(083)的一端偏心地铰接到所述第一圆轮(082)上，所述第一连杆(083)的另一端与所述第一推杆(084)的一端连接。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，第一翻转机构(08)进一步包第一挡块(013)，所述第一挡块(013)设置在所述保持机构(01)上，所述第一推杆(084)作用于所述第一挡块(013)。
8.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第二轴(05)上设置有第五电机(12)，所述第五电机(12)被控制以实现所述第一框架(02)围绕所述第二轴(05)翻转。
9.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第二推杆(094)包括阻挡部(095)，在所述第一框架(02)上与所述阻挡部(095)对应的位置上设置有第二挡块(021)，所述阻挡部(095)作用于所述第二挡块(021)以控制所述第一框架(02)的翻转角度。
10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括，所述保持机构(01)包括盖体(011)和支撑板(012)，所述支撑板(012)用于固定所述基板，所述基板的所述表面与所述盖体(011)形成反应腔室，所述支撑板(012)包括加热机构(014)，用于加热所述基板。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201910492212.9A CN110323163A (zh) | 2019-06-06 | 2019-06-06 | 一种用液体涂覆基板的设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201910492212.9A CN110323163A (zh) | 2019-06-06 | 2019-06-06 | 一种用液体涂覆基板的设备 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110323163A true CN110323163A (zh) | 2019-10-11 |
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ID=68120694
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110323163A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114643156A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-06-21 | 江家金 | 基层自动铺贴微晶板免勾缝设备 |
-
2019
- 2019-06-06 CN CN201910492212.9A patent/CN110323163A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114643156A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-06-21 | 江家金 | 基层自动铺贴微晶板免勾缝设备 |
| CN114643156B (zh) * | 2022-03-11 | 2024-04-19 | 广州添微知识产权服务有限公司 | 基层自动铺贴微晶板免勾缝设备 |
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| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |