CN114899281A - 铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备装置与制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备装置与制备方法，所述铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备装置与包括真空箱，所述真空箱的内部由上至下依次设有衬底加热器、传送架、蒸镀机构以及辅助加热器；所述传送架的一端外部安装有终止框，所述终止框远离所述真空箱的一端设有第一倒角；所述真空箱的一侧表面设有供所述传送架穿插的密封框，所述密封框远离所述真空箱的一端设有用于推动所述终止框的挤压密封组件。本发明能够在铜锑硫太阳能薄板的制备过程中，保持良好的密封性，以便于后续的蒸镀和加热。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备装置与制备方法。
背景技术
太阳薄膜电池有质量小、厚度极薄、可弯曲等优点。当前工业化制作太阳能薄膜电池的材料主要有：碲化镉、铜铟镓硒、非晶体硅、砷化镓等。
根据申请号为CN201510707654.2的专利文献所提供的一种铜锑硫太阳能电池光吸收层薄膜的制备方法可知，该薄膜制备方法中光吸收层铜锑硫采用三步多源共蒸发沉积工艺制备，有效弥补了硫化锑的反蒸发，精确控制薄膜成分，并提高了薄膜的结晶性，薄膜底部富锑，提高了薄膜附着力，表层富锑，抑制了表层富铜相的生成，降低了太阳能电池的漏电流。该发明制备方法相对于化学法，提高了铜锑硫的结晶性和成分可控性，抑制了杂相生成，减少了空间电荷区的载流子复合，有利于提高电池效率。
上述太阳能电池薄膜制备方法相对于化学法，提高了铜锑硫的结晶性和成分可控性，抑制了杂相生成，减少了空间电荷区的载流子复合，有利于提高电池效率。然而，传统的太阳能电池薄膜制备装置，在玻璃衬底进入到真空箱内，由于传送架与真空箱之间的缝隙的存在，缺乏良好的密封效果。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提出一种铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备装置与制备方法，用以解决上述背景技术中提出的技术问题。
本发明提出一种铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备装置，包括真空箱，所述真空箱的内部由上至下依次设有衬底加热器、传送架、蒸镀机构以及辅助加热器；
所述衬底加热器的底端安装有多个金属真空吸盘，多个所述金属真空吸盘的出气端均连接有真空吸气支管，多个所述真空吸气支管远离所述金属真空吸盘的一端均与真空吸气主管相连接；
所述传送架的一端外部安装有终止框，所述终止框远离所述真空箱的一端设有第一倒角；
所述真空箱的一侧表面设有供所述传送架穿插的密封框，所述密封框远离所述真空箱的一端设有用于推动所述终止框的挤压密封组件。
进一步的，所述挤压密封组件包括安装于所述密封框远离所述真空箱的一侧表面的进气框，设于所述进气框内框表面的多个滑动腔，以及与所述滑动腔的内部滑动连接的推块，相邻两个所述滑动腔之间通过通气管相连接。在本发明中，通过推块上的第二倒角在终止框上的第一倒角上滑动，以带动终止框压紧在真空箱的表面。
进一步的，所述挤压密封组件还包括安装于所述进气框壳体上的进气头，所述进气头的进气端与所述真空吸气主管之间通过真空泵相连接。
进一步的，所述推块延伸至外部的一端设有第二倒角，所述推块延伸至所述滑动腔内部的一端设有终止板。在本发明中，推块通过终止板在滑动腔内部的滑动，以限制推块的滑动空间，防止推块脱离滑动腔。
进一步的，所述终止板远离所述推块的一端安装有多个等距设置的弹簧。在本发明中，终止板通过弹簧的蓄能，使得弹簧推动推块，推块压紧在终止框上。
进一步的，相邻两个所述弹簧之间设有安装于所述进气框内表面的电磁铁。
进一步的，所述传送架的壳体上设有位移传感器。
本发明还提出一种铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备方法，所述方法利用如上所述的铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备装置实现，所述方法包括如下步骤：
步骤一，将玻璃衬底置于传送架上，通过传送臂将传送架装载玻璃衬底的一端输送至真空箱的内部；
步骤二，通过真空泵组对真空箱抽真空，真空度至5*104pa，通过真空泵将金属真空吸盘抽真空，以使玻璃衬底吸附在金属真空吸盘上；
步骤三，通过挤压密封组件推动终止框靠近真空箱，减小真空箱与传送架之间间隙；
步骤四，通过衬底加热器和辅助加热器将玻璃衬底升温至250～350℃并保持恒定，通过蒸镀机构向玻璃衬底表面蒸镀锑和硫，蒸镀时间为8～15min；
步骤五，向步骤四得到的玻璃衬底蒸镀铜、锑和硫，蒸镀时间为40～45min；
步骤六，向步骤五得到的玻璃衬底蒸镀锑和硫，蒸镀时间为30～35min，蒸镀温度为440摄氏度，待玻璃衬底温度降低后，得到铜锑硫薄膜。
进一步的，所述步骤一和步骤四至步骤六中的衬底加热器和辅助加热器均为红外热辐射加热器。
进一步的，所述步骤三中，通过挤压密封组件推动终止框靠近真空箱的方法包括如下步骤：
第一步，通过真空泵为进气框供气；
第二步，通过进气框内的空气推动推块，通过推块推动终止框靠近真空箱。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提出一种铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备装置，能够在铜锑硫太阳能薄板的制备过程中，保持良好的密封性，以便于后续的蒸镀和加热；
具体为：通过真空泵为进气框供气，通过进气框内的空气推动推块，通过推块推动终止框靠近真空箱。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明提出的铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备装置的整体结构示意图；
图2为本发明提出的铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备装置的俯视图；
图3为图2中沿A-A线的剖视图；
图4为图3中“A”处的结构放大图；
图5为本发明中密封框和传送架的结构示意图；
图6为图2中沿B-B线的剖视图；
图7为图6中“B”处的结构放大图；
图8为本发明中推块的结构示意图；
图9为本发明中通气管的结构示意图。
主要符号说明：
| 真空箱 | 10 | 通气管 | 125 |
| 密封框 | 11 | 衬底加热器 | 20 |
| 挤压密封组件 | 12 | 金属真空吸盘 | 21 |
| 进气框 | 121 | 真空吸气支管 | 22 |
| 推块 | 122 | 真空吸气主管 | 23 |
| 第二倒角 | 1221 | 传送架 | 30 |
| 终止板 | 1222 | 终止框 | 31 |
| 弹簧 | 1223 | 第一倒角 | 32 |
| 电磁铁 | 1224 | 蒸镀机构 | 40 |
| 进气头 | 123 | 辅助加热器 | 50 |
| 滑动腔 | 124 |
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1至图9，本发明提出一种铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备装置，包括真空箱10，真空箱10的内部由上至下依次设有衬底加热器20、传送架30、蒸镀机构40以及辅助加热器50。
具体的，在衬底加热器20的底端安装有多个金属真空吸盘21，多个金属真空吸盘21的出气端均连接有真空吸气支管22。其中，多个所述真空吸气支管22远离所述金属真空吸盘21的一端均与真空吸气主管23相连接。
在本实施例中，在传送架30的一端外部安装有终止框31，终止框31远离所述真空箱10的一端设有第一倒角32。
在真空箱10的一侧表面设有供所述传送架30穿插的密封框11，密封框11远离所述真空箱10的一端设有用于推动所述终止框31的挤压密封组件12。
具体的，请参阅图5与图6，在本发明另一优选的实施例中，上述的挤压密封组件12包括安装于所述密封框11远离所述真空箱10的一侧表面的进气框121，设于所述进气框121内框表面的多个滑动腔124，以及与所述滑动腔124的内部滑动连接的推块122。此外，相邻两个所述滑动腔124之间通过通气管125相连接。
进一步的，上述的挤压密封组件12还包括安装于所述进气框121壳体上的进气头123，所述进气头123的进气端与所述真空吸气主管23之间通过真空泵相连接。
需要说明的是，在本实施例中，进气框121的内部冲入空气后，通过该空气推动推块122在滑动腔124的内部进行滑动，以通过推块122上的第二倒角1221在终止框31上的第一倒角32上滑动，以带动终止框31压紧在真空箱10的表面。
进一步的，在真空泵的作用下，金属真空吸盘21附近的空气经过真空吸气支管22和真空吸气主管23进入到真空泵内，并将真空泵排出，真空泵排出的空气通过软管进入到进气框121内部，从而为进气框121供气。
进一步的，在进气框121的顶端上设置高压泄气阀，以使进气框121内部充入超过该高压泄气阀阈值的空气时，通过该高压泄气阀排出。也即，推块122受终止框31挤压而上升，推块122压缩滑动腔124内的空气。
具体的，请着重参照附图5和6，在本发明另一优选的实施例中，所述推块122延伸至外部的一端设有第二倒角1221，所述推块122延伸至所述滑动腔124内部的一端设有终止板1222。此外，所述终止板1222远离所述推块122的一端安装有多个等距设置的弹簧1223。
进一步的，相邻两个所述弹簧1223之间设有安装于所述进气框121内表面的电磁铁1224。此外，在所述传送架30的壳体上设有位移传感器。
需要说明的是，在本实施例中，推块122通过终止板1222在滑动腔124内部的滑动，以限制推块122的滑动空间，防止推块122脱离滑动腔124。进一步的，终止板1222通过弹簧1223的蓄能，使得弹簧1223推动推块122，推块122压紧在终止框31上。
进一步的，当传送架30产生位移，PLC控制器控制与其连接的电磁铁1224通电，以使电磁铁1224对远离传送架30的推块122进行吸附，防止推块122影响重新装载玻璃衬底的传送架30进入到真空箱10的内部。
进一步的，通过型号为optex-fa的位移传感器监测传送架30的位移，并将带有该位移信息的电信号传递至与其连接的PLC控制器内，以供PLC控制器进行判断。
如图1-9所示，根据上述实施例，本发明还提出一种铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，将玻璃衬底置于传送架30上，通过传送臂将传送架30装载玻璃衬底的一端输送至真空箱10的内部；
步骤二，通过真空泵组对真空箱10抽真空，真空度至5*10-4pa，通过真空泵将金属真空吸盘21抽真空，以使玻璃衬底吸附在金属真空吸盘21上；
步骤三，通过挤压密封组件12推动终止框31靠近真空箱10，减小真空箱10与传送架30之间间隙；
步骤四，通过衬底加热器20和辅助加热器50将玻璃衬底升温至250～350℃并保持恒定，通过蒸镀机构40向玻璃衬底表面蒸镀锑和硫，蒸镀时间为8～15min；
步骤五，向步骤四得到的玻璃衬底蒸镀铜、锑和硫，蒸镀时间为40～45min；
步骤六，向步骤五得到的玻璃衬底蒸镀锑和硫，蒸镀时间为30～35min，蒸镀温度为440℃，待玻璃衬底温度降低后，得到铜锑硫薄膜；
进一步的，所述步骤一和步骤四至步骤六中的衬底加热器20和辅助加热器50均为红外热辐射加热器。
进一步的，在上述的步骤三中，通过挤压密封组件12推动终止框31靠近真空箱10的方法包括如下步骤：
第一步，通过真空泵为进气框121供气；
第二步，通过进气框121内的空气推动推块122，通过推块122推动终止框31靠近真空箱10。
本发明的具体操作方式如下：
将玻璃衬底置于传送架30上，通过传送臂将传送架30装载玻璃衬底的一端输送至真空箱10的内部；通过真空泵组对真空箱10抽真空，真空度至5*10-4pa，通过真空泵将金属真空吸盘21抽真空，以使玻璃衬底吸附在金属真空吸盘21上；
通过挤压密封组件12推动终止框31靠近真空箱10，减小真空箱10与传送架30之间间隙，通过衬底加热器20和辅助加热器50将玻璃衬底升温至250～350℃并保持恒定，通过蒸镀机构40向玻璃衬底表面蒸镀锑和硫，蒸镀时间为8～15min；
向步骤四得到的玻璃衬底蒸镀铜、锑和硫，蒸镀时间为40～45min，向得到的玻璃衬底蒸镀锑和硫，蒸镀时间为30～35min，蒸镀温度为440℃，待玻璃衬底温度降低后，得到铜锑硫薄膜。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备装置，包括真空箱(10)，其特征在于，所述真空箱(10)的内部由上至下依次设有衬底加热器(20)、传送架(30)、蒸镀机构(40)以及辅助加热器(50)；
所述衬底加热器(20)的底端安装有多个金属真空吸盘(21)，多个所述金属真空吸盘(21)的出气端均连接有真空吸气支管(22)，多个所述真空吸气支管(22)远离所述金属真空吸盘(21)的一端均与真空吸气主管(23)相连接；
所述传送架(30)的一端外部安装有终止框(31)，所述终止框(31)远离所述真空箱(10)的一端设有第一倒角(32)；
所述真空箱(10)的一侧表面设有供所述传送架(30)穿插的密封框(11)，所述密封框(11)远离所述真空箱(10)的一端设有用于推动所述终止框(31)的挤压密封组件(12)。
2.根据权利要求1所述的铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备装置，其特征在于，所述挤压密封组件(12)包括安装于所述密封框(11)远离所述真空箱(10)的一侧表面的进气框(121)，设于所述进气框(121)内框表面的多个滑动腔(124)，以及与所述滑动腔(124)的内部滑动连接的推块(122)，相邻两个所述滑动腔(124)之间通过通气管(125)相连接。
3.根据权利要求2所述的铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备装置，其特征在于，所述挤压密封组件(12)还包括安装于所述进气框(121)壳体上的进气头(123)，所述进气头(123)的进气端与所述真空吸气主管(23)之间通过真空泵相连接。
4.根据权利要求2所述的铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备装置，其特征在于，所述推块(122)延伸至外部的一端设有第二倒角(1221)，所述推块(122)延伸至所述滑动腔(124)内部的一端设有终止板(1222)。
5.根据权利要求4所述的铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备装置，其特征在于，所述终止板(1222)远离所述推块(122)的一端安装有多个等距设置的弹簧(1223)。
6.根据权利要求5所述的铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备装置，其特征在于，相邻两个所述弹簧(1223)之间设有安装于所述进气框(121)内表面的电磁铁(1224)。
7.根据权利要求1所述的铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备装置，其特征在于，所述传送架(30)的壳体上设有位移传感器。
8.一种铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法利用如上述权利要求1至7任意一项所述的铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备装置实现，所述方法包括如下步骤：
步骤一，将玻璃衬底置于传送架(30)上，通过传送臂将传送架(30)装载玻璃衬底的一端输送至真空箱(10)的内部；
步骤二，通过真空泵组对真空箱(10)抽真空，真空度至5*10-4pa，通过真空泵将金属真空吸盘(21)抽真空，以使玻璃衬底吸附在金属真空吸盘(21)上；
步骤三，通过挤压密封组件(12)推动终止框(31)靠近真空箱(10)，减小真空箱(10)与传送架(30)之间间隙；
步骤四，通过衬底加热器(20)和辅助加热器(50)将玻璃衬底升温至250～350℃并保持恒定，通过蒸镀机构(40)向玻璃衬底表面蒸镀锑和硫，蒸镀时间为8～15min；
步骤五，向步骤四得到的玻璃衬底蒸镀铜、锑和硫，蒸镀时间为40～45min；
步骤六，向步骤五得到的玻璃衬底蒸镀锑和硫，蒸镀时间为30～35min，蒸镀温度为440℃，待玻璃衬底温度降低后，以得到铜锑硫薄膜。
9.根据权利要求8所述的铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤一和步骤四至步骤六中的衬底加热器(20)和辅助加热器(50)均为红外热辐射加热器。
10.根据权利要求8所述的铜锑硫族太阳能电池吸收层薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，通过挤压密封组件(12)推动终止框(31)靠近真空箱(10)的方法包括以下步骤：
第一步，通过真空泵为进气框(121)供气；
第二步，通过进气框(121)内的空气推动推块(122)，通过推块(122)推动终止框(31)靠近真空箱(10)。
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