一种改善膜层均匀性的CSD镀膜结构的制作方法

本发明属于太阳能电池生产领域，设计csd化学喷淋沉积法镀膜，涉及一种改善膜层均匀性的csd镀膜结构。

背景技术：

1、cigs薄膜电池在进行cigs镀膜后，采用化学喷淋沉积（csd）工艺在cigs膜层上化学沉积cds薄膜。csd镀膜采用卷对卷的基底输送方式，在基底输送过程中，化学喷淋沉积（csd）系统依次设置去离子水喷杆和硫脲喷杆，分别向基底上喷射去离子水和硫酸镉、氨水混合溶液，最终在基底上反应沉积。传统的去离子水喷杆和硫脲喷杆前后间隔设置且都垂直朝下喷射，去离子水喷杆喷射的去离子水、硫酸镉、氨水的混合溶液会先分布到基底上，而后续硫脲喷杆喷出的硫脲溶液会产生向前扩散混合的现象，导致化学喷淋沉积的起始段和中后段的溶液混合比例不一致，导致沉积膜层的厚度不均匀，沉积膜层的厚度不均匀进一步导致了沉积膜层厚度必须偏大，才能保证最薄处达到镀膜要求，传统工艺的沉积膜层的cds薄膜厚度在50nm左右。

2、本申请人在先申请的中国专利，申请号为2021107271108，名称为一种柔性薄膜光伏卷对卷csd喷淋镀膜装置，以及申请号为2022114980669，名称为铜铟镓硒太阳能电池缓冲层的卷对卷化学喷淋沉积设备。上述两个专利均采用csd化学喷淋沉积法，通过将基底输送过程中形成u型结构来确保化学溶液的保持，其中，2022114980669号专利中通过磁吸的方式让基底弯折过程中底面处于更平整的状态，从而提高了镀膜的均匀性。csd喷淋镀膜过程中形成的膜层以纳米为单位，任何一个微小提高镀膜均匀性的方案，均能有效改善电池片的性能，上述两个专利中，均为在csd喷淋镀膜过程中对基底的控制，其去离子水喷杆和硫脲喷杆前后间隔设置且都垂直朝下喷射，存在化学喷淋沉积的起始段和中后段的溶液混合比例不一致的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有的csd喷淋镀膜装置去离子水喷杆和硫脲喷杆前后间隔设置且都垂直朝下喷射，存在化学喷淋沉积的起始段和中后段的溶液混合比例不一致，导致镀膜均匀性不佳的问题，提供一种改善膜层均匀性的csd镀膜结构，对去离子水喷杆和硫脲喷杆的喷淋角度进行设计，使溶液喷射落点趋于一致，确保溶液混合比例的均匀，提高镀膜均匀性，本申请还进一步改进了喷杆的喷孔设计，以及基底下方的加热块，提高了镀膜的均匀性。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种改善膜层均匀性的csd镀膜结构，前后两端分别设置放卷轴和收卷轴，放卷轴和收卷轴之间输送cigs基底，其特征在于：所述放卷轴和收卷轴之间依次设置沉积区、清洗区、风干区，所述沉积区前端的基底上方依次设置去离子水喷杆和硫脲喷杆，所述离子水喷杆的喷口朝后下方倾斜设置，所述硫脲喷杆的喷口竖直朝下设置，离子水喷杆和硫脲喷杆在基底上的喷射落点重叠。

3、去离子水、硫酸镉和氨水混合溶液从去离子水喷杆喷射，硫脲溶液从硫脲喷杆喷射。传统的结构中，去离子水喷杆和硫脲喷杆的喷射位置前后分离，去离子水喷出的去离子水、硫酸镉和氨水混合溶液会在混合硫脲溶液之前就产生一定的沉积，导致不均匀。本装置中去离子水、硫酸镉和氨水混合溶液在喷射到卷材表面的瞬间与硫脲溶液混合，不仅增加了混合的均匀性，也同时加快了混合溶液的反应起始点。避免了硫脲溶液朝前扩散导致比例与中后段存在差异导致的不均匀。

4、作为优选，所述沉积区的基底下方设有石墨加热块，石墨加热块上表面与基底底面间距1-2mm。原有的不锈钢加热块更换成石墨加热块。加热块材料的更换避免了电池卷背面fe离子的掺杂；因为石墨本身具有润滑的作用，这样也是避免了不锈钢背面被划伤，也不会阻碍到不锈钢卷的运行；石墨加热块加热均匀也使得不锈钢受热更加均匀，让溶液受热均匀使得镀膜厚度更加均匀集中。

5、作为优选，所述石墨加热块的工作温度380～420℃。

6、作为优选，所述去离子水喷杆和硫脲喷杆结构一致，去离子水喷杆的喷口侧面均匀开设42个直径0.28mm喷孔，与喷口侧面相对设置进口侧，进口侧横向设置两个进水口，所述去离子水喷杆的横向两端设置固定轴。本方案的孔径设置使喷杆内的溶液在喷杆内无法形成自流效应，在不加压的情况下，去离子水喷杆的倾角不会导致溶液自流。喷杆在加压后形成喷淋，可控性好，溶液喷淋量更加稳定，提高了镀膜均匀性。

7、作为优选，所述去离子水喷杆与水平面夹角为30～45°。

8、作为优选，所述沉积区和清洗区之间还设置有降温淬火区。

9、本装置的镀膜步骤如下：

10、步骤一：开启石墨加热块预热，使石墨加热块温度达到工艺设定的温度值，预热时间大约1小时；

11、步骤二：配备化学溶液原料，通过配料台将化学原料和去离子水混合搅拌后，获得用于生产所需的化学溶液，其中硫酸镉溶液需要检测ph值，使其能够保持ph在4～5之间；

12、步骤三：准备工作完成之后打开进液阀门，让化学溶液通过管道和流量计到达设备上的喷杆处。其中去离子水、硫酸镉和氨水汇流之后通过去离子水喷杆喷出，硫脲则单独从硫脲喷杆喷出。因为去离子水喷杆与水平面呈现30～45°度的夹角，喷射落点与硫脲喷杆一致，所以四种溶液会在卷材表面第一时间融合反应沉积；

13、步骤四：启动cigs基底传动装置，使得cigs基底开始向前缓慢传动，以0.5m/s的速度通过加热区域，而后到达淬火区，最后到达清洗区和风干区，清洗区需要对电池卷正反面进行冲洗，风干区同样如此。

14、本装置可以将成膜厚度从原本的50nm降低至25nm左右， cds薄膜厚度极差从12nm左右下降到9nm左右。

15、本发明将去离子水喷杆和硫脲喷杆的喷淋落点重合，两种溶液在基底卷面上混合点即为沉积起始点，可以有效改善csd镀膜的均匀性；同时通过改进喷杆的喷孔设计，及基底下方的加热块改为石墨加热块，提高了镀膜的均匀性。

技术特征：

1.一种改善膜层均匀性的csd镀膜结构，前后两端分别设置放卷轴和收卷轴，放卷轴和收卷轴之间输送cigs基底，其特征在于：所述放卷轴和收卷轴之间依次设置沉积区、清洗区、风干区，所述沉积区前端的基底上方依次设置去离子水喷杆和硫脲喷杆，所述离子水喷杆的喷口朝后下方倾斜设置，所述硫脲喷杆的喷口竖直朝下设置，离子水喷杆和硫脲喷杆在基底上的喷射落点重叠。

2.根据权利要求1所述的一种改善膜层均匀性的csd镀膜结构，其特征在于：所述沉积区的基底下方设有石墨加热块，石墨加热块上表面与基底底面间距1-2mm。

3.根据权利要求2所述的一种改善膜层均匀性的csd镀膜结构，其特征在于：所述石墨加热块的工作温度380～420℃。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种改善膜层均匀性的csd镀膜结构，其特征在于：所述去离子水喷杆和硫脲喷杆结构一致，去离子水喷杆的喷口侧面均匀开设42个直径0.28mm喷孔，与喷口侧面相对设置进口侧，进口侧横向设置两个进水口，所述去离子水喷杆的横向两端设置固定轴。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种改善膜层均匀性的csd镀膜结构，其特征在于：所述去离子水喷杆与水平面夹角为30～45°。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种改善膜层均匀性的csd镀膜结构，其特征在于：所述沉积区和清洗区之间还设置有降温淬火区。

技术总结
本发明涉及一种改善膜层均匀性的CSD镀膜结构，解决现有的CSD喷淋镀膜装置膜层均匀性不佳的问题。本结构前后两端分别设置放卷轴和收卷轴，放卷轴和收卷轴之间输送CIGS基底，其特征在于：所述放卷轴和收卷轴之间依次设置沉积区、清洗区、风干区，所述沉积区前端的基底上方依次设置去离子水喷杆和硫脲喷杆，所述离子水喷杆的喷口朝后下方倾斜设置，所述硫脲喷杆的喷口竖直朝下设置，离子水喷杆和硫脲喷杆在基底上的喷射落点重叠。本发明将去离子水喷杆和硫脲喷杆的喷淋落点重合，同时通过改进喷杆的喷孔设计，及基底下方的加热块改为石墨加热块，提高了镀膜的均匀性。

技术研发人员：舒振江,任宇航,任宇珂,张卫彪
受保护的技术使用者：浙江尚越新能源开发有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15