CN112458403A - 一种碲化镉太阳能电池近空间升华坩埚装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碲化镉太阳能电池近空间升华坩埚装置，包括坩埚本体，所述坩埚本体由热解氮化硼制作；还包括用于加热坩埚本体的加热装置，所述加热装置埋设在坩埚本体内部。热解氮化硼耐高温，抗热震性好，热导性好，热膨胀系数低。并且其表面附着力差，碲化镉很难沉积。而埋设在内部的加热装置直接与坩埚本体完全接触，使得导热效果更佳，提高热效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于碲化镉太阳能电池进空间升华的坩埚。
背景技术
近空间升华技术是一种常用的沉积碲化镉薄膜的技术，即在石墨坩埚装填碲化镉原料后加热坩埚，碲化镉升华沉积在上方的玻璃衬底上。该工艺在大批量生产时存在诸多问题：
一、装填完原料的石墨坩埚在加热进行工艺的同时，容易导致碲化镉沉积的产生，由于这两者的存在极易导致加热电源的正方极打火或者短路，一旦出现反复打火或者短路现象，工艺过程就必须停止，进行维护保养。降低了设备的时间稼动率，影响了设备的产能释放。
二、由于坩埚使用外置加热丝，即加热丝与坩埚是分离的，加热丝与坩埚外壁的贴合距离取决于加热丝的机械加工水平和安装的手法，不能够保证无缝贴合，导致加热丝产生的热量只有部分作用到原材料上，造成热量的浪费。
三、石墨坩埚的加热采用PID控制，交流电加热，配有热电偶进行温度反馈，该系统存在一定偏差与滞后。对工艺的控制与稳定带来了一定的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种碲化镉太阳能电池近空间升华坩埚装置，利用热解氮化硼替代现有的石墨作为原料制作坩埚，避免了碲化镉沉积以及打火现象的产生，同时提高了热利用率。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案为采用一种碲化镉太阳能电池近空间升华坩埚装置，包括坩埚本体，所述坩埚本体由热解氮化硼制作；还包括用于加热坩埚本体的加热装置，所述加热装置埋设在坩埚本体内部。常用的坩埚是使用石墨材质，同时使用金属加热丝加热坩埚外壁，然后热量通过热传导，将原料加热。由于碲化镉在升华过程中沉积，极易产生打火和短路现象，导致在一个生产周期内，经常进行降温、破空，并将坩埚取出进行维护、保养等。而热解氮化硼耐高温，抗热震性好，热导性好，热膨胀系数低。并且其表面附着力差，碲化镉很难沉积。而埋设在内部的加热装置直接与坩埚本体完全接触，使得导热效果更佳，提高热效率。
另外，若选用石墨通电作为加热方式，石墨是沉积在热解氮化硼的外表面靠里的位置(也就是镶嵌)，如果用其它的材料做坩埚本体，则无法实现热解石墨与坩埚的组合。
作为一种改进，所述加热装置为加热电阻丝，所述加热电阻丝两端分别与电源正负极连接。
作为一种进一步的改进，所述电源是直流电源。可通过电源功率直接控制加热电阻丝的温度，使得整个系统反应更加的准确和直接，减少偏差和延迟。
作为另一种更进一步的改进，所述坩埚本体为矩形，包括底板和四个侧壁；所述侧壁和底板内各埋设有独立的加热电阻丝。底板和侧壁内的加热电阻丝单独控制，更加便于温度的精确控制。
作为一种优选，所述底板和侧壁为一体结构，由化学气相沉积的方式在基体上长膜而成。
作为一种优选，所述坩埚本体底板和侧壁的厚度为2～4毫米，所述加热电阻丝的埋设深度为0.2～0.5毫米。
作为一种改进，所述加热电阻丝在坩埚本体内呈蛇形排布。尽可能均匀排布加热电阻丝，提高加热的效率，缩短加热时间。
作为一种改进，所述加热电阻丝由掺杂热解石墨制作。通过掺杂的不同改变加热电阻丝的电阻，从而调整其发热功率。
作为一种优选，所述掺杂热解石墨常温下的电阻值为15～20欧。
本发明的有益之处在于：
1、热解氮化硼坩埚在加热过程中，即便在2000℃时也不会析出杂质，更不会产生碳粉，材料本身绝缘。
2、石墨坩埚的粘附性很好，所以，这也是石墨坩埚极易附着碲化镉的原因，而热解氮化硼坩埚附着性则差了很多，不易附着碲化镉。
3、热解氮化硅坩埚的加热丝埋敷在坩埚内部，碲化镉对热量的吸收更加直接，加热效率更高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中标记：1坩埚本体、2加热电阻丝。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明包括坩埚本体1，所述坩埚本体1由热解氮化硼制作；还包括用于加热坩埚本体1的加热装置，所述加热装置埋设在坩埚本体1内部。
本实施例中，加热装置为加热电阻丝2，所述加热电阻丝2两端分别与电源正负极连接。电源是直流电源。
坩埚本体1最好为矩形，包括底板和四个侧壁。坩埚本体的主要成份是热解氮化硼，该材质使用特殊的工艺参数通过由化学气相沉积(CVD)的方式在基体上不断长膜而成，在沉积长膜的过程中逐步形成整个的坩埚侧壁和底板。所述侧壁和底板内各埋设有独立的加热电阻丝2。加热电阻丝2在坩埚本体1内呈蛇形排布。所述坩埚本体1底板和侧壁的厚度为2～4毫米，所述加热电阻丝2的埋设深度为0.2～0.5毫米。
加热电阻丝2由掺杂热解石墨制作，其在常温下的电阻值为15～20欧。
采用热解氮化硼材质制作坩埚以及埋设在坩埚内部的加热电阻丝可以很好的减少坩埚打火的现象。首先，热解氮化硼坩埚在加热过程中，即便在2000℃时也不会析出杂质，更不会产生碳粉，材料本身绝缘。其次，由于石墨坩埚的粘附性很好，因此石墨坩埚极易附着碲化镉的原因，而热解氮化硼坩埚附着性则差了很多，不易附着碲化镉。最后，热解氮化硅坩埚的加热电阻丝埋射在坩埚内部，加热效率更高。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种碲化镉太阳能电池近空间升华坩埚装置，包括坩埚本体，其特征在于：所述坩埚本体由热解氮化硼制作；还包括用于加热坩埚本体的加热装置，所述加热装置埋设在坩埚本体内部。
2.根据权利要求1所述的一种碲化镉太阳能电池近空间升华坩埚装置，其特征在于：所述加热装置为加热电阻丝，所述加热电阻丝两端分别与电源正负极连接。
3.根据权利要求2所述的一种碲化镉太阳能电池近空间升华坩埚装置，其特征在于：所述电源是直流电源。
4.根据权利要求2所述的一种碲化镉太阳能电池近空间升华坩埚装置，其特征在于：所述坩埚本体为矩形，包括底板和四个侧壁；所述侧壁和底板内各埋设有独立的加热电阻丝。
5.根据权利要求4所述的一种碲化镉太阳能电池近空间升华坩埚装置，其特征在于：所述底板和侧壁为一体结构，由化学气相沉积的方式在基体上长膜而成。
6.根据权利要求4所述的一种碲化镉太阳能电池近空间升华坩埚装置，其特征在于：所述坩埚本体底板和侧壁的厚度为2～4毫米，所述加热电阻丝的埋设深度为0.2～0.5毫米。
7.根据权利要求2所述的一种碲化镉太阳能电池近空间升华坩埚装置，其特征在于：所述加热电阻丝在坩埚本体内呈蛇形排布。
8.根据权利要求1所述的一种碲化镉太阳能电池近空间升华坩埚装置，其特征在于：所述加热电阻丝由掺杂热解石墨制作。
9.根据权利要求7所述的一种碲化镉太阳能电池近空间升华坩埚装置，其特征在于：所述掺杂热解石墨常温下的电阻值为15～20欧。
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