薄膜太阳能电池cigs吸收层的硒化方法
【专利摘要】本发明涉及CIGS太阳能电池的吸收层，具体说是薄膜太阳能电池CIGS吸收层的硒化方法，其包括制备硒蒸气、通过输送带将吸收层衬底输送至预热区预热、经预热的衬底输送至具有惰性气体保护的硒化区，同时将硒蒸气导入硒化区，向移动的衬底上喷射硒蒸气、喷涂有硒的衬底在硒化区反应、反应完成后，由输送带将衬底输送至冷却区进行冷却，然后将其输出。本发明采用向移动的衬底喷射硒蒸气的方式，不仅喷涂均匀，提高成膜均匀性；硒蒸气通过裂解后，再进行喷涂，提高了硒蒸气的活性，进而提高了成膜质量。
【专利说明】薄膜太阳能电池CIGS吸收层的砸化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及CIGS太阳能电池的吸收层，具体说是CIGS吸收层的硒化方法。
【背景技术】
[0002]CIGS薄膜太阳电池因其具有高转换效率、无光致衰退、抗辐射性能好、低成本、适合卷对卷工艺大规模生产等优点，被认为是最具有发展潜力的薄膜太阳电池。该电池典型结构由衬底、Mo层金属背电极、CIGS层吸收层、CdS缓冲层、窗口层高阻1:ZnO、低阻Zn0:Al、MgF2减反射膜以及N1-Al栅电极构成。其中CIGS吸收层的制备是CIGS太阳电池的核心技术。而多元共蒸发法是目前制备CIGS吸收层工艺中被使用最广泛和最成功的方法。多元共蒸发法制备CIGS层，由铜、铟、镓、硒四种元素以Se蒸汽形式在具有一定温度的衬底上反应化合形成Cu(InxGal-x)Se2的多元合金相。在制备过程中，硒加热蒸发方法产生硒蒸气以供应反应需要，这种方式的优点是简单、易行；但随着硒料的消耗会造成硒源蒸汽发生变化，进而影响到硒蒸发量的稳定性，导致了反应活性及原料使用率的降低、薄膜成份均匀性差、局部偏离化学计量比等现象。其在喷射硒蒸气时一般将衬底静置，这种方法使得喷射的硒不够均匀，影响硒化效果，从而降低薄膜的质量。
【发明内容】
[0003]针对上述技术问题，本发明提供一种提高硒蒸气喷涂均匀性、提高硒蒸气活性的薄膜太阳能电池CIGS吸收层的硒化方法。
[0004]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:薄膜太阳能电池CIGS吸收层的硒化方法，其包括以下步骤:
(1)制备硒蒸气；
(2)通过输送带将吸收层衬底输送至预热区预热；
(3)经预热的衬底输送至具有惰性气体保护的硒化区，同时将硒蒸气导入硒化区，向移动的衬底上喷射硒蒸气；
(4)喷涂有砸的衬底在砸化区反应；
(5)反应完成后，由输送带将衬底输送至冷却区进行冷却，然后将其输出。
[0005]进一步地，制备硒蒸气时，先将硒源加热成硒蒸气，然后将硒蒸气进行裂解，再将裂解的硒蒸气导入硒化区。
[0006]进一步地，预热区温度维持在630°C —680°C，并使衬底在该区保温15s — 20s。
[0007]进一步地，硒化区依次分为喷涂段、反应段和进气段，衬底在喷涂段移动时，向其上喷射硒蒸气；喷射完成后，衬底输送至反应段进行反应，反应完成后再输送至冷却段。
[0008]进一步地，在衬底进入喷涂区之前，先向进气段通入惰性气体，惰性气体依次经进气段、反应段、喷涂段后排出。
[0009]进一步地，硒化区的温度维持在830°C —880°C，衬底在反应段静置2min — 4min。
[0010]进一步地，所述冷却区的降温速率为25°C /s-35°C /s。[0011]本发明与现有技术相比具有如下优点:
1、本发明采用向移动的衬底喷射硒蒸气的方式，不仅喷涂均匀，提高成膜均匀性。
[0012]2、硒蒸气通过裂解后，再进行喷涂，提高了硒蒸气的活性，进而提高了成膜质量。
[0013]3、采用三个分区处理衬底，并将硒化区分成三段，提高了硒化反应的效率和效果。
【具体实施方式】
[0014]本发明的硒化方法包括以下步骤:
(I)制备硒蒸气；在制备硒蒸气时，先将硒源加热成硒蒸气，然后将硒蒸气进行裂解，再将裂解的硒蒸气导入硒化区；在实施过程中，先固态硒加热至200°C —30(TC，固态硒生成低活性硒蒸气，然后将低活性的硒蒸气导入等离子带电体形成的400°C --500°C辉光放电区，从而使其裂解成高活性的硒蒸气，再将高活性的硒蒸气导入硒化区对衬底进行喷射。由于采用裂解后的硒蒸气喷涂衬底，使得硒化反应更加充分，提高了成膜质量。
[0015](2)通过输送带将吸收层衬底输送至预热区预热；在预热区可采用红外灯、卤素灯或感应线圈对衬底加热，预热区温度维持在630°C -680°C之间，为后续的硒化提供了有利的温度条件。
[0016](3)经预热的衬底输送至具有惰性气体保护的硒化区，同时将硒蒸气导入硒化区，向移动的衬底上喷射硒蒸气；在实施过程中应 保证衬底匀速运动，并控制喷射装置的流量恒定，由于采用向匀速运动的衬底上喷射定量的硒蒸气的方式，因此，喷射非常均匀有利于提高吸收层硒化质量；为了保证硒化质量，硒化区依次分为喷涂段、反应段和进气段，在喷涂段内安装有硒蒸气喷射装置，衬底在喷涂段移动时，向其上喷射硒蒸气，硒化区的温度应维持在830°C -88(TC，可进一步提高反应质量；喷射完成后，衬底输送至反应段进行反应，反应完成后再输送至冷却段。
[0017](4)在喷涂段，衬底一边移动一边在其上喷射硒蒸气，当喷射完毕后，喷涂有硒的衬底被输送带输送至硒化区的反应段进行反应；为了提高反应的质量，在衬底进入喷涂区之前，先向进气段通入惰性气体，惰性气体依次经进气段、反应段、喷涂段后排出，从而将硒化区的空气排净。由于反应段设置在喷射区和进气区之间，即使由于输送带与各段间存在间隙，也可以保证排净反应段的空气，从而提高反应段硒化的质量。当衬底进入反应段时，应继续通入惰性气体，使硒化反应在保护气体下进行，保证成膜质量。
[0018](5)反应完成后，由输送带将衬底输送至冷却区进行冷却，然后将其输出；在冷却区可通过输入惰性气体冷却，也可通过设置水冷装置进行冷却，但应使冷却区的降温速率维持在25°C /s-35°C /s，以提高生产效率。
[0019]在发明的实现过程如下:
首先将涂覆有预制层的衬底放置于输送带上，启动输送带，将衬底输送至预热区，预热区的温度维持在630°C —680°C之间，并使衬底在该区保温15s — 20s ;随后通过输送带将衬底输送至反应区的喷涂段，当衬底一端进入喷涂段时，通过喷射装置向其上喷涂经过裂解的高活性硒蒸气，衬底移动时，喷射装置不间断地向其上喷射硒蒸气，直至衬底另一端即将离开喷涂区，喷射才停止，此即完成了喷射过程；随后，整个衬底材料进入反应段，输送带停止运动，衬底在该段类静置2min — 4min，使得反应充分进行；反应完成后，输送带继续运动，从而将吸收层经进气区输送至冷却区进行冷却，最后又冷却区输出吸收层；这样，就完成了整个生产过程。
上述实施方式仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关【技术领域】的普通技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴。
【权利要求】
1.薄膜太阳能电池CIGS吸收层的硒化方法，其包括以下步骤: (1)制备硒蒸气； (2)通过输送带将吸收层衬底输送至预热区预热； (3)经预热的衬底输送至具有惰性气体保护的硒化区，同时将硒蒸气导入硒化区，向移动的衬底上喷射硒蒸气； (4)喷涂有砸的衬底在砸化区反应； (5)反应完成后，由输送带将衬底输送至冷却区进行冷却，然后将其输出。
2.根据权利要求1所述的硒化方法，其特征在于:制备硒蒸气时，先将硒源加热成硒蒸气，然后将硒蒸气进行裂解，再将裂解的硒蒸气导入硒化区。
3.根据权利要求1所述的硒化方法，其特征在于:预热区温度维持在630°C-680°C,并使衬底在该区保温15s — 20s。
4.根据权利要求1所述的硒化方法，其特征在于:硒化区依次分为喷涂段、反应段和进气段，衬底在喷涂段移动时，向其上喷射硒蒸气；喷射完成后，衬底输送至反应段进行反应，反应完成后再输送至冷却段。
5.根据权利要求4所述的硒化方法，其特征在于:在衬底进入喷涂区之前，先向进气段通入惰性气体，惰性气体依次经进气段、反应段、喷涂段后排出。
6.根据权利要求4所述的硒化方法，其特征在于:硒化区的温度维持在8300C —880°C，衬底在反应段静置2min — 4min。
7.根据权利要求1所述的硒化方法，其特征在于:所述冷却区的降温速率为25°C/s—35°C /S。
【文档编号】H01L31/18GK103606598SQ201310620779
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】伍祥武, 陈进中, 吴伯增, 林东东, 甘振英 申请人:柳州百韧特先进材料有限公司