CN110551993A - 化学水浴薄膜的沉积装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种化学水浴薄膜的沉积装置，放卷辊，包括第一放卷辊和第二放卷辊，其中所述第一放卷辊用于缠绕隔离保护层，所述第二放卷辊用于缠绕镀膜衬底，并且，所述第一放卷辊和第二放卷辊被配置为使得所述隔离保护层覆盖所述镀膜衬底以形成复合层；水浴反应室，被配置为容纳所述复合层使其进行沉积反应；收卷辊，被配置为接收完成沉积反应的复合层。采用本发明的沉积装置对化学水浴薄膜进行沉积，可以阻止化学水浴在衬底背面的沉积，从而避免后续背面清洗工艺处理，既提高生产效率，又节约生产成本。

Description

化学水浴薄膜的沉积装置
技术领域
本公开一般涉及一种薄膜的沉积装置，具体涉及一种化学水浴薄膜的沉积装置。
背景技术
对于不锈钢衬底卷对卷制造的薄膜电池，包括但不限于铜铟镓硒薄膜电池和碲化镉薄膜电池，都需要制备硫化镉或硫化锌缓冲层或n型层。由于物理溅射法靶材利于率低以及直接溅射会损伤电池吸收层等工艺弊端，目前产业上缓冲层制备大多采用化学沉积方法，包括化学水浴法和化学喷淋法。
化学水浴法通常需要将衬底浸没在反应溶液中进行薄膜沉积，因而衬底背面也会有薄膜沉积，需要后续的清洗工艺处理，增加了工艺的复杂性和生产成本；化学喷淋法可以实现衬底单面反应溶液喷淋，因而只在单面形成薄膜沉积，但是由于喷淋工艺的限制，反应溶液在柔性衬底表面的分布很难达到化学水浴时的各向同性，因而化学喷淋法制备的薄膜均匀性差，影响薄膜电池的性能和外观。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种提高生产效率，节约生产成本的化学水浴薄膜的沉积装置。
本发明实施例采用的技术方案为：
一种化学水浴薄膜的沉积装置，包括：
放卷辊，包括第一放卷辊和第二放卷辊，其中所述第一放卷辊用于缠绕隔离保护层，所述第二放卷辊用于缠绕镀膜衬底，并且，所述第一放卷辊和第二放卷辊被配置为使得所述隔离保护层覆盖所述镀膜衬底以形成复合层；
水浴反应室，被配置为容纳所述复合层使其进行沉积反应；
收卷辊，被配置为接收完成沉积反应的复合层。
所述收卷辊包括第一收卷辊和第二收卷辊，其中第一收卷辊用于接收完成沉积反应的隔离保护层，第二收卷辊用于接收完成沉积反应的镀膜衬底。
所述放卷辊还包括放卷定位滚轴，所述放卷定位滚轴设置在第一放卷辊和第二放卷辊靠近水浴反应室的一侧。
所述收卷辊还包括收卷定位滚轴，所述收卷定位滚轴设置在第一收卷辊和第二收卷辊靠近水浴反应室的一侧。
所述水浴反应室内设有滚轴，所述滚轴包括第一滚轴和第二滚轴，所述第一滚轴设置在所述放卷定位滚轴的斜下方，所述第二滚轴设置在所述收卷定位滚轴的斜下方。
所述放卷辊与所述收卷辊对称设置在所述水浴反应室的侧上方。
所述第二滚轴与所述收卷定位滚轴之间设有清洗喷淋装置和干燥装置。
所述隔离保护层为柔性磁铁，所述镀膜衬底为不锈钢衬底。
所述柔性磁铁为具有强磁性的橡胶磁条或磁铁薄膜。
所述水浴反应室包括耐腐蚀的反应槽体、加热恒温装置、反应溶液排放装置和反应溶液补给装置，所述滚轴放置于耐腐蚀的反应槽体中，所述滚轴为耐腐蚀滚轴。
所述镀膜衬底上设有背电极金属层和p型光吸收层，所述隔离保护层覆盖在所述镀膜衬底远离背电极金属层的一面。
采用本发明的沉积装置对化学水浴薄膜进行沉积，可以阻止化学水浴在衬底无需镀膜的一面的无效沉积，从而避免后续对无效沉积面的清洗工艺处理，既提高生产效率，又节约生产成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的化学水浴薄膜的沉积装置的结构示意图。
图中：
1水浴反应室，11反应槽体；
2滚轴，21第一滚轴，22第二滚轴；
3放卷辊，31第一放卷辊，32第二放卷辊，33放卷定位滚轴；
4收卷辊，41第一收卷辊，42第二收卷辊，43收卷定位滚轴；
5隔离保护层；
6镀膜衬底；
7喷淋装置；
8干燥风刀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1，示出了一种化学水浴薄膜的沉积装置，其包括：放卷辊3、水浴反应室1和收卷辊4，其中，
放卷辊3包括第一放卷辊31和第二放卷辊32，其中第一放卷辊31用于缠绕隔离保护层5，第二放卷辊32用于缠绕镀膜衬底6，并且，第一放卷辊31和第二放卷辊32被配置为使得隔离保护层5覆盖镀膜衬底6以形成复合层；
水浴反应室1被配置为容纳所述复合层使其进行沉积反应；即，复合层自放卷辊进入水浴反应室1，在其中进行单面镀膜反应。
收卷辊4被配置为接收完成沉积反应的复合层，即完成反应的复合层自水浴反应室中穿出，缠绕在放卷辊上。
使用本发明的装置可以使隔离保护层覆盖在镀膜衬底的一面，可实现单面水浴薄膜沉积，避免在无需镀膜的一面上进行的无效沉积，从而无需后续的去除工艺步骤。
本实施例在上述实施例的基础上，收卷辊4包括第一收卷辊41和第二收卷辊42，其中第一收卷辊41用于接收完成沉积反应的隔离保护层5，第二收卷辊42用于接收完成沉积反应的镀膜衬底6。
本实施例在上述实施例的基础上，放卷辊3还包括放卷定位滚轴33，放卷定位滚轴33设置在第一放卷辊31和第二放卷辊32靠近水浴反应室1的一侧。
本发明通过限定放卷辊的具体组成部件，分别定位隔离保护层和镀膜衬底，使隔离保护层能覆盖镀膜衬底。
本实施例在上述实施例的基础上，收卷辊4还包括收卷定位滚轴43，收卷定位滚轴43设置在第一收卷辊41和第二收卷辊42靠近水浴反应室1的一侧。
本发明通过限定收卷辊的具体组成部件，使隔离保护层和镀膜衬底能方便分离。
本实施例在上述实施例的基础上，水浴反应室1内设有滚轴2，滚轴2包括第一滚轴21和第二滚轴22，第一滚轴21设置在放卷定位滚轴33的斜下方，第二滚轴22设置在收卷定位滚轴43的斜下方。
通过设置第一滚轴和第二滚轴，保证复合层在反应槽内平稳传输，保证水浴反应的稳定性。
优选地，为了放卷和收卷的顺利进行，放卷辊3与收卷辊4对称设置在水浴反应室1的侧上方。
本实施例在上述实施例的基础上，第二滚轴22与收卷定位滚轴43之间设有清洗喷淋装置7和干燥装置，干燥装置优选为干燥风刀8。
通过设置去离子水清洗喷淋装置和干燥风刀，使得复合层两侧的残余反应溶液得以清洗，并使得缠绕至收卷辊上的复合层是干燥的，便于后续的处理。
本实施例在上述实施例的基础上，隔离保护层5为柔性磁铁；优选地，所述柔性磁铁为具有强磁性的橡胶磁条或磁铁薄膜，镀膜衬底6为不锈钢衬底。
选择隔离保护层为柔性磁铁，镀膜衬底为不锈钢衬底，由于柔性磁铁与不锈钢衬底可紧密吸附，从而保证两者连接的紧密性，进一步防止不锈钢衬底背面薄膜沉积。选择吸附性强的强磁性的橡胶磁条或磁铁薄膜，保证吸附的紧密性。
本实施例在上述实施例的基础上，水浴反应室1包括耐腐蚀的反应槽体11、加热恒温装置、反应溶液排放装置和反应溶液补给装置，滚轴2放置于耐腐蚀的反应槽体11中，滚轴2为耐腐蚀滚轴，优选聚四氟乙烯滚轴。
反应槽体和滚轴采用耐腐蚀材料，保证水浴反应的有效进行，并延长反应槽体和滚轴的使用寿命。
本实施例在上述实施例的基础上，镀膜衬底6上设有背电极金属层和p型光吸收层，隔离保护层覆盖在所述镀膜衬底的远离背电极金属层的一面。为了便于说明，本文中将镀膜衬底带有背电极金属层和p型光吸收层的一面称为正面，相对的另一面(即，远离背电极金属层的一面)称为背面。示例性地，如图1所示，第一放卷辊31设置在第二放卷辊32的上方，将镀膜衬底以正面与第二放卷辊接触的方式缠绕在第二放卷辊上。由此，在放卷时，隔离保护层覆盖在镀膜衬底的背面，从而在进行水浴反应时，在镀膜衬底的正面形成有效沉积，背面由于被覆盖而不会产生无效沉积。当然，除了图1所示的情形，也可以将第二放卷辊设置在第一放卷辊的上方，此时，将镀膜衬底以背面与第二放卷辊接触的方式缠绕在第二放卷辊上。由此，放卷后，也能实现隔离保护层覆盖在镀膜衬底的背面。
本发明还提供一种采用上述的沉积装置进行化学水浴薄膜的沉积方法，包括以下步骤：
进行穿卷和放卷：在第二放卷辊32上穿设镀膜衬底6，在第一放卷辊31上穿设隔离保护层5；放卷，使隔离保护层5覆盖在镀膜衬底6的一表面，形成复合层；
将复合层穿绕过水浴反应室的耐腐蚀的反应槽体11内的滚轴2，然后将隔离保护层5和镀膜衬底6分开，将隔离保护层5绕至第一收卷辊41，镀膜衬底6缠绕至第二收卷辊42；
启动水浴反应：给反应槽体加注反应溶液，反应溶液没过镀膜衬底，然后使反应溶液温度升至65℃-70℃，然后保持恒温；
启动收卷辊3和放卷辊4，使镀膜衬底6在水浴反应室1的反应槽体11内进行单面薄膜沉积。
上述方法通过穿设隔离保护层，使隔离保护层覆盖在所述镀膜衬底的背面，实现单面水浴薄膜沉积，避免背面沉积薄膜去除工艺步骤。
本实施例在上述实施例的基础上，还包括：
沉积完后经去离子水清洗喷淋装置7喷淋清洗复合层两侧残余反应溶液，再经干燥风刀8进行复合层两侧烘干，并在收卷定位滚轴43处使隔离保护层5与镀膜衬底6分开，将镀膜衬底6最终缠绕于第二收卷辊42。
本发明沉积完后清洗和干燥，并在收卷定位滚轴处使隔离保护层与镀膜衬底分离。
本实施例在上述实施例的基础上，隔离保护层5为柔性磁铁，镀膜衬底6为不锈钢衬底；柔性磁铁与不锈钢衬底可紧密吸附，保证两者连接的紧密性，进一步防止不锈钢衬底无需镀膜一面的无效沉积。
本实施例在上述实施例的基础上，还包括固定步骤：将隔离保护层5缠绕至第一收卷辊41并使用强力胶带固定，将镀膜衬底6缠绕至第二收卷辊42并使用强力胶带固定。
固定收卷辊上缠绕的隔离保护层或镀膜衬底，保证收卷的连续稳定性。
本实施例在上述实施例的基础上，使隔离保护层5柔性磁铁和镀膜衬底6宽度相同，将镀膜衬底6的待镀膜面朝下，将镀膜衬底6与柔性磁铁对齐使两者紧密磁性吸附，所述柔性磁铁覆盖镀膜衬底6的无需镀膜的一面。柔性磁铁和镀膜衬底宽度相同，保证柔性磁铁能够全覆盖镀膜衬底的无需镀膜一面，使镀膜衬底无需镀膜一面不进行薄膜沉积。
参见图1，针对本发明的沉积装置，以镀有金属钼和铜铟镓硒吸收层的不锈钢衬底沉积硫化镉薄膜为例，具体沉积方法的实施例描述如下：
第一步进行手动穿卷和固定：
将镀金属钼和铜铟镓硒吸收层的不锈钢衬底缠绕于第二放卷辊32，将强磁性橡胶磁条缠绕于第一放卷辊31，橡胶磁条和不锈钢衬底同宽，将不锈钢衬底与橡胶磁条对齐使其紧密磁性吸附，其中不锈钢衬底正面朝下，背面朝向橡胶磁条。将吸附在一起的不锈钢衬底和橡胶磁条依次穿绕过放卷定位滚轴33、反应槽体内的聚四氟乙烯的第一滚轴21、第二滚轴22和收卷定位滚轴43，然后将磁性吸附在一起的不锈钢衬底与橡胶磁条分开，将橡胶磁条缠绕至柔性磁铁的第一收卷辊41并使用强力胶带固定，将镀膜不锈钢衬底缠绕至镀膜衬底的第二收卷辊42并使用强力胶带固定。
第二步启动水浴反应，进行反应溶液的补给和升温，反应溶液为硫酸镉，硫脲，氨水以及去离子水的混合溶液，反应溶液没过不锈钢衬底，反应溶液温度升至65℃-70℃，然后保持恒温，启动去离子水清洗喷淋装置7和干燥风刀8。
最后一步，先后启动第一收卷辊41、第二收卷辊42、第一放卷辊31和第二放卷辊32，使不锈钢衬底在反应槽体11内进行单面硫化镉薄膜沉积，沉积完后经去离子水喷淋装置7清洗两侧残余反应溶液，再经干燥风刀8进行两侧烘干，并于收卷定位滚轴43处与橡胶磁条分开，并最终缠绕于镀膜衬底的第二收卷辊42，完成整个水浴沉积工艺。
本发明采用上述化学水浴薄膜沉积方法的优点在于：在水浴沉积工艺中有效引入柔性磁铁作为不锈钢背面隔离保护层，从而实现单面高质量的水浴薄膜沉积，避免了常规水浴法背面沉积薄膜去除工艺步骤，既提高生产效率，又节约生产成本。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (11)

1.一种化学水浴薄膜的沉积装置，其特征在于，包括：
放卷辊，包括第一放卷辊和第二放卷辊，其中所述第一放卷辊用于缠绕隔离保护层，所述第二放卷辊用于缠绕镀膜衬底，并且，所述第一放卷辊和第二放卷辊被配置为使得所述隔离保护层覆盖所述镀膜衬底以形成复合层；
水浴反应室，被配置为容纳所述复合层使其进行沉积反应；
收卷辊，被配置为接收完成沉积反应的复合层。
2.根据权利要求1所述的沉积装置，其特征在于，所述收卷辊包括第一收卷辊和第二收卷辊，其中第一收卷辊用于接收完成沉积反应的隔离保护层，第二收卷辊用于接收完成沉积反应的镀膜衬底。
3.根据权利要求1所述的沉积装置，其特征在于，所述放卷辊还包括放卷定位滚轴，所述放卷定位滚轴设置在第一放卷辊和第二放卷辊靠近水浴反应室的一侧。
4.根据权利要求3所述的沉积装置，其特征在于，所述收卷辊还包括收卷定位滚轴，所述收卷定位滚轴设置在第一收卷辊和第二收卷辊靠近水浴反应室的一侧。
5.根据权利要求4所述的沉积装置，其特征在于，所述水浴反应室内设有滚轴，所述滚轴包括第一滚轴和第二滚轴，所述第一滚轴设置在所述放卷定位滚轴的斜下方，所述第二滚轴设置在所述收卷定位滚轴的斜下方。
6.根据权利要求5所述的沉积装置，其特征在于，所述放卷辊与所述收卷辊对称设置在所述水浴反应室的侧上方。
7.根据权利要求5所述的沉积装置，其特征在于，所述第二滚轴与所述收卷定位滚轴之间设有清洗喷淋装置和干燥装置。
8.根据权利要求1-7任一项所述的沉积装置，其特征在于，所述隔离保护层为柔性磁铁，所述镀膜衬底为不锈钢衬底。
9.根据权利要求8所述的沉积装置，其特征在于，所述柔性磁铁为具有强磁性的橡胶磁条或磁铁薄膜。
10.根据权利要求8所述的沉积装置，其特征在于，所述水浴反应室包括耐腐蚀的反应槽体、加热恒温装置、反应溶液排放装置和反应溶液补给装置，所述滚轴放置于耐腐蚀的反应槽体中，所述滚轴为耐腐蚀滚轴。
11.根据权利要求1-7任一项所述的沉积装置，其特征在于，所述镀膜衬底上设有背电极金属层和p型光吸收层，所述隔离保护层覆盖在所述镀膜衬底远离背电极金属层的一面。
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