CN114686838A - 一种cigs共蒸设备的高稳定传动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种CIGS共蒸设备的高稳定传动系统，解决CIGS共蒸设备基底卷材的传送不稳定会极大影响CIGS吸收层膜层成型的均匀性的问题。本系统包括真空腔，真空腔内设置放卷轴、收卷轴以及若干输送辊，放卷轴和收卷轴之间依次沿各输送辊输送基底卷材，基底卷材的下方设置蒸发源，靠放卷轴一端的其中一个输送辊为设有转速传感器的转速辊，靠近收卷轴一端的其中一个输送辊为张紧辊，所述放卷轴连接设置可独立控制的放卷伺服电机，所述收卷轴连接设置可独立调节的收卷伺服电机。本发明通过放卷端的速度、张力双控制，减少基底卷材波动；输送辊采用腰型设计自动纠偏；不同阶段的不同速度和张力控制，减少基底卷材的浪费，并确保稳定状态时波动控制在设计范围内。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池片生产领域，涉及一种CIGS柔性太阳能电池片的生产加工设备，特别涉及一种CIGS共蒸设备的高稳定传动系统。
背景技术
柔性太阳能电池片是在柔性可卷绕的基底上形成太阳能光伏材料镀层。铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池是一种质量功率比高、稳定性好的太阳能光伏材料，被普遍认为是最具发展前景的柔性太阳能电池材料。多元共蒸法是最广泛应用的CIGS镀膜方法，在真空环境下完成镀膜，利用铜、铟、镓、硒各元素共蒸，在基底表面反应形成多晶镀层。蒸汽镀膜在真空、高温、高腐蚀的环境下完成，内部的镀膜过程无法直接可视。
为提高生产效率，保障生产的连续性，CIGS镀膜的过程中，一般实用连续基底进行连续镀膜。连续基底的原材料为卷筒式，镀膜完成后的带膜基底也许收卷成卷筒，因此基底放卷、镀膜、收卷的过程称为卷对卷生产过程。卷对卷生产过程中，放卷装置和收卷装置之间需要设置多个传动辊，以保证基底材料可以沿着预定的路线输送，在收放卷之间需要经过多个蒸镀区和检测区，各蒸镀区的蒸发源各不相同，其各个区域、各个阶段的工作温度也各不相同，基底在各蒸镀区的的缩胀率也各不相同，单一的放卷速度控制或收卷张力控制难以做到收放卷的匹配，放卷速度波动会超过3%，造成基底的抖动，极大影响CIGS吸收层膜层成型的均匀性。另外，CIGS共蒸设备为高温、真空环境下的生产工艺，在长达数米乃至十数米的传送过程中，如果发生基底跑偏，会严重影响收放卷的稳定性，导致整个基底报废，而高温、真空的生产环境限制了纠偏装置的工作，因此，如何在卷对卷生产过程中避免基底跑偏，也是保持CIGS共蒸设备高稳定传动的重要内容。
发明内容
本发明的目的在于解决CIGS共蒸设备，在高温、真空、高腐蚀的非可视生产环境、且各个区域各个阶段工作温度各不相同的极端条件下，基底卷材的传送不稳定会极大影响CIGS吸收层膜层成型的均匀性的问题，提供一种CIGS共蒸设备的高稳定传动系统，通过结构和不同工作阶段的参数控制，将基底传送的速度和张力波动控制在3%内，提升基底蒸镀吸收层膜层的均匀性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种CIGS共蒸设备的高稳定传动系统，包括真空腔，真空腔内设置放卷轴、收卷轴以及若干输送辊，放卷轴和收卷轴之间依次沿各输送辊输送基底卷材，基底卷材的下方设置蒸发源，靠放卷轴一端的其中一个输送辊为设有转速传感器的转速辊，靠近收卷轴一端的其中一个输送辊为张紧辊，所述放卷轴连接设置可独立控制的放卷伺服电机，所述收卷轴连接设置可独立调节的收卷伺服电机。
柔性太阳能电池片的铜铟镓硒共蒸法卷对卷蒸镀工艺，在真空、高温、高高腐蚀的非可视环境中进行。基地卷材在各个蒸镀区、蒸镀区的间隙位置以及各个检测位置所处的温度、膜层厚度均不相同，基底卷材的缩胀以及物理性能在各个输送段情况多变，十分复杂，无法预测，因此基底卷材的前端和后端的输送情况不同，如果采用单一的速度控制或者单一的张力控制，由于放卷端和收卷段基底卷材输送状态不同，极易导致基底卷材输送状态产生波动，使基底抖动，导致镀膜质量下降。因此，本装置在基底卷材的放卷端进行速度控制，而收卷采用张力控制，可以避开输送镀膜过程中的基底卷材变化对收卷状态的影响，将速度和张力波动控制在3%以内。
作为优选，所述张紧辊的两端分别设置独立的张力传感器。
作为优选，所述输送辊为中间直径小、两端直径大的腰型辊，输送辊中间为小圆柱面、两端均为大圆柱面，小圆柱面和大圆柱面之间采用锥面过渡，所述大圆柱面和小圆柱面的外径差值不超过大圆柱面外径的0.5%。真空腔内高温高腐蚀的环境决定了传统的纠偏方式容易失效，本装置输送辊采用中间小、两端大的腰型结构，配合张紧辊两端独立的张力传感器，当基底卷材向输送辊一侧跑偏，由于输送辊为锥形，基底卷材两侧的张紧力会产生差异，且张紧力通过锥面对基底卷材形成向中间的推力，自行纠偏，而且通过张力信号的监控，控制系统可记录跑偏信息和纠偏记录以及对应的基底卷材位置，方便后续质检时定位重点检查。输送辊中间与两端的外径差异小，确保基底卷材两侧和中间均能够贴合辊面，仅为贴紧力大小的差异，从而避免基底卷材产生悬空抖动。
作为优选，转速辊和张紧辊之间的基底卷材输送经过若干蒸镀区，各蒸镀区内分别设置蒸发源，所述蒸发源包括硒源和金属源，所述金属源为铜源、铟源、镓源和铟镓源中的一种或多种。
作为优选，所述转速辊之后、张紧辊之前的各输送辊内设有加热器和温度传感器。
作为优选，所述真空腔内设有真空计和气氛温度传感器，所述收卷辊外侧设有测量卷筒直径的厚度传感器。
作为优选，本系统包括以下工艺阶段：
准备阶段，通过传感器检测，气氛的温度T<700℃，真空腔体的真空度P<1000utorr，输送辊的温度t<250℃，此时转速辊线速度调整为v=0.05～0.3m/min，张力调整为F=5～10kg，并监测卷筒的直径不超过D=150～170cm范围，此处卷筒初始直径D=150cm；
过渡阶段，当T达到700℃或P达到1000utorr进入过渡阶段，气氛的温度T逐步提升至1000℃，真空腔体的真空度P逐步提升至2000utorr，输送辊的温度t快速提升至800℃，转速辊线速度v逐渐平滑提升至0.5m/min，张力F逐步平滑提升至20kg，此阶段卷筒的直径不超过D=150～200cm范围；
稳定阶段，当T达到1000℃且P达到2000utorr进入稳定阶段，气氛的温度T稳定在1000～1500℃之间的一个固定值，真空腔体的真空度P稳定在2000～3000utorr的一个固定值，输送辊的温度t回落稳定在500～750℃间的一个固定值，转速辊线速度v逐步平滑调整稳定在0.5～0.8m/min间的一个固定值，张力F逐步平滑调整稳定在20～25kg间的一个固定值，卷筒的直径为D=150～550cm，此处D=550cm为基底卷材完全收卷。
本方案在开机启动时，气氛温度、基底卷材表面温度、输送辊温度、真空腔内的蒸汽压均处于启动状态时，采用低速、低张力的输送模式，应尽快提升温度以及蒸汽压参数，减少卷材浪费，在过渡阶段做阶梯提速，以利于克服卷材自重的惯性，并在稳定阶段保持恒定基底卷材线速度和收卷张力，确保镀膜均匀性。
本发明通过放卷端的速度控制和收卷端的张力控制，确保基底卷材输送过程中的波动小于3%；通过输送辊中间小、两端大的设计，实现基底卷材输送过程中的自动纠偏及跑偏记录；通过不同阶段的不同速度和张力控制，减少基底卷材的浪费，并确保稳定状态时波动控制在设计范围内。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1是本发明的一种结构示意图。
图2是本发明的一种输送辊结构示意图。
图中：1、真空腔，2、放卷轴，3、放卷伺服电机，4、收卷轴，5、收卷伺服电机，6、转速辊，7、张力辊，8、基底卷材，9、输送辊，10、蒸发源，11、气氛温度传感器，12、真空计，13、小圆柱面，14、大圆柱面，15、锥面。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。
实施例：一种CIGS共蒸设备的高稳定传动系统，如图1所示。本装置包括真空腔1，真空腔1内设置放卷轴2、收卷轴4以及若干输送辊9，所述放卷轴2连接设置可独立控制的放卷伺服电机3，所述收卷轴4连接设置可独立调节的收卷伺服电机5。放卷轴和收卷轴之间依次沿各输送辊输送基底卷材8，基底卷材的下方设置蒸发源10，靠放卷轴2一端的其中一个输送辊为设有转速传感器的转速辊6，靠近收卷轴一端的其中一个输送辊为张紧辊7。张紧辊7的两端分别设置独立的张力传感器。转速辊6和张紧辊7之间的基底卷材8输送经过若干蒸镀区，各蒸镀区内分别设置蒸发源10，所述蒸发源包括硒源和金属源，所述金属源为铜源、铟源、镓源和铟镓源中的一种或多种。转速辊6之后、张紧辊7之前的各输送辊9内设有加热器和温度传感器。真空腔1内设有真空计12和气氛温度传感器11，所述收卷辊外侧设有测量卷筒直径的厚度传感器。
如图2所示，输送辊为中间直径小、两端直径大的腰型辊，输送辊中间为小圆柱面、两端均为大圆柱面，小圆柱面和大圆柱面之间采用锥面过渡，所述大圆柱面和小圆柱面的外径差值不超过大圆柱面外径的0.5%。本例中，输送辊直径为5～10cm，大圆柱面外径与小圆柱面直径之差为0.1～0.5mm。
本例中的CIGS共蒸设备包括以下工艺阶段：
准备阶段，通过传感器检测，气氛的温度T<700℃，真空腔体的真空度P<1000utorr，输送辊的温度t<250℃，此时转速辊线速度调整为v=0.1m/min，张力调整为F=10kg，并监测卷筒的直径不超过D=150～170cm范围，此处卷筒初始直径D=150cm；
过渡阶段，当T达到700℃或P达到1000utorr进入过渡阶段，气氛的温度T逐步提升至1000℃，真空腔体的真空度P逐步提升至2000utorr，输送辊的温度t快速提升至800℃，转速辊线速度v从0.1 m/min逐渐平滑提升至0.5m/min，张力F从10kg逐步平滑提升至20kg，此阶段卷筒的直径不超过D=150～200cm范围；
稳定阶段，当T达到1000℃且P达到2000utorr进入稳定阶段，，气氛的温度T稳定在1000～1500℃之间的一个固定值，真空腔体的真空度P稳定在2000～3000utorr的一个固定值，输送辊的温度t回落稳定在500～750℃间的一个固定值，转速辊线速度v逐步平滑调整稳定在0.5～0.8m/min间的一个固定值，张力F逐步平滑调整稳定在20～25kg间的一个固定值，卷筒的直径为D=150～550cm，此处D=550cm为基底卷材完全收卷。
Claims (7)
1.一种CIGS共蒸设备的高稳定传动系统，包括真空腔，真空腔内设置放卷轴、收卷轴以及若干输送辊，放卷轴和收卷轴之间依次沿各输送辊输送基底卷材，基底卷材的下方设置蒸发源，其特征在于：靠放卷轴一端的其中一个输送辊为设有转速传感器的转速辊，靠近收卷轴一端的其中一个输送辊为张紧辊，所述放卷轴连接设置可独立控制的放卷伺服电机，所述收卷轴连接设置可独立调节的收卷伺服电机。
2.根据权利要求1所述的一种CIGS共蒸设备的高稳定传动系统，其特征在于：所述张紧辊的两端分别设置独立的张力传感器。
3.根据权利要求1所述的一种CIGS共蒸设备的高稳定传动系统，其特征在于：所述输送辊为中间直径小、两端直径大的腰型辊，输送辊中间为小圆柱面、两端均为大圆柱面，小圆柱面和大圆柱面之间采用锥面过渡，所述大圆柱面和小圆柱面的外径差值不超过大圆柱面外径的0.5%。
4.根据权利要求1所述的一种CIGS共蒸设备的高稳定传动系统，其特征在于：转速辊和张紧辊之间的基底卷材输送经过若干蒸镀区，各蒸镀区内分别设置蒸发源，所述蒸发源包括硒源和金属源，所述金属源为铜源、铟源、镓源和铟镓源中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种CIGS共蒸设备的高稳定传动系统，其特征在于：所述转速辊之后、张紧辊之前的各输送辊内设有加热器和温度传感器。
6.根据权利要求1所述的一种CIGS共蒸设备的高稳定传动系统，其特征在于：所述真空腔内设有真空计和气氛温度传感器，所述收卷辊外侧设有测量卷筒直径的厚度传感器。
7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种CIGS共蒸设备的高稳定传动系统，其特征在于：包括以下工艺阶段：
准备阶段，通过传感器检测，气氛的温度T<700℃，真空腔体的真空度P<1000utorr，输送辊的温度t<250℃，此时转速辊线速度调整为v=0.05～0.3m/min，张力调整为F=5～10kg，并监测卷筒的直径不超过D=150～170cm范围，此处卷筒初始直径D=150cm；
过渡阶段，当T达到700℃或P达到1000utorr进入过渡阶段，气氛的温度T逐步提升至1000℃，真空腔体的真空度P逐步提升至2000utorr，输送辊的温度t快速提升至800℃，转速辊线速度v逐渐平滑提升至0.5m/min，张力F逐步平滑提升至20kg，此阶段卷筒的直径不超过D=150～200cm范围；
稳定阶段，当T达到1000℃且P达到2000utorr进入稳定阶段，气氛的温度T稳定在1000～1500℃之间的一个固定值，真空腔体的真空度P稳定在2000～3000utorr的一个固定值，输送辊的温度t回落稳定在500～750℃间的一个固定值，转速辊线速度v逐步平滑调整稳定在0.5～0.8m/min间的一个固定值，张力F逐步平滑调整稳定在20～25kg间的一个固定值，卷筒的直径为D=150～550cm，此处D=550cm为基底卷材完全收卷。
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