专利名称：铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及薄膜太阳能电池制备技术，特别是涉及一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置。
背景技术：
铜铟镓硒薄膜太阳能电池是一种兼具高效率和低成本优势的新型绿色能源，在实验室中其光伏转换效率已经超过20%。和现有硅基光伏太阳能电池相比，铜铟镓硒薄膜太阳能电池的大规模生产会带来较大的成本优势。制造铜铟镓硒薄膜太阳能电池的关键工艺是制备铜铟镓硒光吸收层，在大规模生产中，一般采用溅射法。一种溅射法的具体做法包括:首先采用磁控溅射法制备金属薄膜预制层，分别多次交替溅射获得多层结构的铜、铟、镓，然后在金属薄膜预制层上蒸镀一层硒，得到基片，再对基片进行高温退火生成铜铟镓硒薄膜。硒化过程要求温度比较高，研究表明，高温有利于生长高质量的铜铟镓硒薄膜，在快速退火硒化工艺中，温度一般维持在500-60(TC。同时需要较高的升温速率，以保证铜铟镓硒薄膜的结晶质量比较好，晶体颗粒比较大。在传统的铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置中，由于固态硒具有高蒸汽压低蒸发点的特性，在快速升温过程中，沉积在金属预制层上的硒很快就会气化，使得整个腔室保持一定的硒蒸气压，硒蒸汽继续与金属预制层反应，生成铜铟镓硒薄膜。足量的硒蒸汽压可以保证金属薄膜预制层被完全硒化，并且获得高质量的铜铟镓硒薄膜，但是硒蒸汽容易在温度低的地方凝结，从而降低反应过程中的硒蒸汽压。因此在硒化过程中，要用到大量的硒，其成本较高。
实用新型内容基于此，有必要提供一种能降低硒化成本的铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置。一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置，用于对基片上的金属薄膜预制层进行硒化，包括:退火炉，为盒状结构，所述退火炉包括开口端；盖体，可转动地连接于所述退火炉的开口端，所述退火炉与所述盖体共同围成密闭的退火腔 '及加热灯管，收容于所述退火腔中，并设置于所述盖体上。在其中一个实施例中，所述加热灯管为多个，且多个所述加热灯管并列于所述盖体上。在其中一个实施例中，所述加热灯管为红外加热灯管，其功率为lkW。在其中一个实施例中，所述盖体靠近所述退火腔的表面上还开设环状的收容槽，所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置还包括密封圈，所述密封圈设置于所述收容槽中。在其中一个实施例中，所述盖体内靠近所述密封圈处还埋设有水冷管路。[0014]在其中一个实施例中，所述退火腔底部还设有可承载基片的样品台。在其中一个实施例中，所述样品台两侧腔壁凸出形成台阶部。在其中个实施例中，所述样品台为石墨样品台。在其中一个实施例中，还包括热电偶，所述热电偶设置于所述退火腔中。在其中一个实施例中，还包括控温器，所述控温器与所述热电偶及外部电源通信连接。在其中一个实施例中，还包括出线法兰及导线，所述出线法兰设置于盖体外侧，并与所述退火腔相导通，所述导线穿设所述出线法兰，所述电热偶、所述控温器及所述外部电源间通过所述导线通信连接。在其中一个实施例中，还包括进气法兰及出气法兰，所述进气法兰及出气法兰分别设置于所述退火炉相对的两外侧壁上，所述进气法兰及出气法兰与所述退火腔导通。上述铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置中，加热灯管收容于退火腔中，退火腔密封且体积较小，使得退火腔中的温度较高，提高了硒的蒸汽压，节省了硒或硫的用料，降低了成本。同时，加热灯管更靠近基片，具有较高的升温速率，保证所得铜铟镓硒薄膜的质量。
图1为本实用新型较佳实施例的铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置的结构图；图2为图1所示铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置的局部结构图；图3为图1所示铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置中盖体的具体结构图；图4为图1所示铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置中盖体的侧视图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型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方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。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实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。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，本实用新型较佳实施例中的铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置100，用于对基片上的金属薄膜预制层进行硒化，其包括退火炉110、盖体130、加热灯管150、密封圈170及样品台190。退火炉110为盒状结构，其一般由真空不锈钢材料制成。退火炉110包括开口端。盖体130可转动地连接于退火炉110的开口端，退火炉110与盖体130共同围成密闭的退火腔120。加热灯管150收容于退火腔120中，并设置于盖体130上。加热灯管150用于对退火腔120进行加热。具体在本实施例中，加热灯管150为多个，且多个加热灯管150并列于盖体130上。加热灯管150可为红外加热灯管，其功率为lkW。外部电源(图未示)给加热灯管150供能。请一并参阅图2，退火腔120底部还设有可承载基片200的样品台190。样品台190大致为盘状结构，其为石墨材料制成。在进行硒化反应时，需将基片200放置于样品台190上。基片200与加热灯管150间间隔约30mm。多个加热灯管150并列设置，使基片200表面被均匀加热。硒化时，在样品台190与基片200之间的空隙处还可放置一些硒颗粒(图未示)，以作为补充硒源。退火腔120的容积尽可能压缩，以在硒化时，提高退火腔120内硒蒸汽的浓度。为了加强硒化效果，样品台190两侧腔壁凸出形成台阶部114，进一步减小退火腔120的容积。请一并参阅图3，盖体130靠近退火腔120的表面上还开设环状的收容槽(图未示)。密封圈170设置于收容槽中。密封圈170可将盖体130与退火炉110之间的连接处密封。盖体130内靠近密封圈170处还埋设有水冷管路(图未示)。在硒化时，水冷管路内接通冷水，以降低密封圈170的温度，防止因温度过高导致密封圈170融化，影响密封效果。请一并参阅图4，盖体130上还设有把手132，便于人们打开盖体130。铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置100还包括热电偶(图未示)及控温器(图未示)。热电偶设置于退火腔120中，用于测量硒化反应时基片200的温度。控温器与热电偶及外部电源通信连接。热电偶用于将基片200的温度反馈给控温器，控温器根据基片200当前温度对外部电源进行调节，以升高或降低外部电源输出给加热灯管150的功率，调整加热灯管150的发热量。铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置100还包括出线法兰140及导线(图未示)。出线法兰140设置于盖体130外侧，并与退火腔120相导通。导线穿设出线法兰140。电热偶、控温器及外部电源间通过导线通信连接。请再次参阅图1及图2，铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置100还包括进气法兰160及出气法兰180。进气法兰160及出气法兰180分别设置于退火炉110相对的两外侧壁上，进气法兰160及出气法兰180与退火腔120导通。在硒化反应前，需通过出气法兰180将退火腔120中的空气抽出，使退火腔120处于真空状态。在进行硒化反应时，需通过进气法兰160向退火腔120中通入保护气体。保护气体一般为氮气或氩气。上述铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置100中，加热灯管150收容于退火腔120中，退火腔120密封且体积较小，使得退火腔120中的温度较高，提高了硒的蒸汽压，节省了硒或硫的用料，降低了成本。同时，加热灯管150更靠近基片200，具有较高的升温速率，保证所得铜铟镓硒薄膜的质量。以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求1.一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置，用于对基片上的金属薄膜预制层进行硒化，其特征在于，包括: 退火炉，为盒状结构，所述退火炉包括开口端； 盖体，可转动地连接于所述退火炉的开口端，所述退火炉与所述盖体共同围成密闭的退火腔；及 加热灯管，收容于所述退火腔中，并设置于所述盖体上。
2.根据权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置，其特征在于，所述加热灯管为多个，且多个所述加热灯管并列于所述盖体上。
3.根据权利要求2所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置，其特征在于，所述加热灯管为红外加热灯管，其功率为lkW。
4.根据权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置，其特征在于，所述盖体靠近所述退火腔的表面上还开设环状的收容槽，所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置还包括密封圈，所述密封圈设置于所述收容槽中。
5.根据权利要求4所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置，其特征在于，所述盖体内靠近所述密封圈处还埋设有水冷管路。
6.根据权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置，其特征在于，所述退火腔底部还设有可承载基片的样品台。
7.根据权利要求6所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置，其特征在于，所述样品台两侧腔壁凸出形成台阶部。
8.根据权利要求6所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置，其特征在于，所述样品台为石墨样品台。
9.根据权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置，其特征在于，还包括热电偶，所述热电偶设置于所述退火腔中。
10.根据权利要求9所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置，其特征在于，还包括控温器，所述控温器与所述热电偶及外部电源通信连接。
11.根据权利要求10所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置，其特征在于，还包括出线法兰及导线，所述出线法兰设置于盖体外侧，并与所述退火腔相导通，所述导线穿设所述出线法兰，所述电热偶、所述控温器及所述外部电源间通过所述导线通信连接。
12.根据权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置，其特征在于，还包括进气法兰及出气法兰，所述进气法兰及出气法兰分别设置于所述退火炉相对的两外侧壁上，所述进气法兰及出气法兰与所述退火腔导通。
专利摘要一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置，用于对基片上的金属薄膜预制层进行硒化，包括退火炉、盖体及加热灯管；所述退火炉为盒状结构，所述退火炉包括开口端；所述盖体可转动地连接于所述退火炉的开口端，所述退火炉与所述盖体共同围成密闭的退火腔；所述加热灯管收容于所述退火腔中，并设置于所述盖体上。上述铜铟镓硒薄膜太阳能电池退火装置中，加热灯管收容于退火腔中，退火腔密封且体积较小，使得退火腔中的温度较高，提高了硒的蒸汽压，节省了硒或硫的用料，降低了成本。同时，加热灯管更靠近基片，具有较高的升温速率，保证所得铜铟镓硒薄膜的质量。
文档编号H01L21/324GK203038961SQ20122072989
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者宋秋明, 张军, 李朝辉, 顾光一, 陈旺寿, 方刚, 谭兴, 吕文博, 肖旭东 申请人:深圳先进技术研究院, 香港中文大学