[实用新型]一种铜铟硒基太阳能薄膜电池光吸收层均匀硒化装置

说明书

技术领域

本实用新型属太阳能电池材料领域，涉及一种铜铟硒基太阳能薄膜电池光吸收层均匀硒化装置。

背景技术

铜铟硒基III-VI族化合物半导体(CuInSe₂，以下简称CIS)具有大的光吸收系数和适当的禁带宽度，是制备薄膜太阳能电池的光吸收层的最佳候选材料之一。目前，多采用金属预制膜后硒化法制备CIS光吸收层，即先制备Cu、In或Cu、In、Ga合金膜，然后在高温硒气氛下进行退火，通过硒化反应制备CIS光吸收层。广泛使用的Cu、In或Cu、In、Ga合金膜硒化装置为双区快速加热炉(如图1)，即在低温区将硒蒸发，然后通过载气(Ar、N₂等惰性气体)将硒蒸汽输运到高温区与合金膜发生硒化反应，生成CIS光吸收层，该装置为专用装置，造价较高，且需要双区加热，并在硒化过程中持续通入载气，存在资源浪费问题，增加了制备成本。因此要求提供一种单区加热硒化装置，该装置通过平衡孔使硒蒸气均匀分布在样品表面，使金属预制膜均匀硒化，同时可与其它真空退火装置配合使用，不需要专用的抽气系统和加热系统，且硒化过程不需要通入载气，装置通用性强。

实用新型内容

本实用新型的目的为了实现背景技术要求不需要专用的抽气系统和加热系统，硒化过程不需要通入载气，并且可与其它真空退火装置配合使用的单区加热硒化装置，提供一种铜铟硒基太阳能薄膜电池光吸收层均匀硒化装置，其特征在于，装置由硒化腔和上盖两部分组成，两部分均用石英加工而成，并通过磨口密封。硒化腔由硒化腔石英壁8，石英隔板9，石英舟12构成，石英隔板9放置在硒化腔石英壁8中部的内平台上，硒化腔石英壁8的底部为环形的石英舟12，石英隔板9中心开一个样品窗口10作为样品架，样品7在样品窗口10处放置于石英隔板9上，在样品窗口10周围有10～30个平衡孔11，硒化腔石英壁8上端外侧面为磨砂面，可与上盖部分紧密配合，起到密封效果，以免高温时硒蒸汽进入真空室，污染设备。真空设备加热器置于石英舟12之下，可以利用加热器周向热量加热石英舟12内的硒粉7，产生硒蒸气。

上盖部分由上盖石英壁13、冷却颈14和冷却管15三部分组成。冷却颈14和上盖石英壁13上的小孔通过焊接连接，冷却颈14和冷却管15相接。上盖石英壁13开口端内侧面为磨砂面，用于和硒化腔石英壁8上端外侧面的磨砂面紧密配合，起到密封效果。冷却管15的另一端为真空抽气口16，与真空系统相接。

所述平衡孔11的直径为1～2mm，均匀分布与石英隔板9的样品窗口10周围。

所述冷却颈12和冷却管13为同一根石英细管，冷却管13为同心盘绕的石英细管，每圈石英管间距为1～2mm。

高温下，硒的蒸汽压很高，平衡孔11将部分硒蒸气释放，可以使样品表面硒蒸气分布均匀，避免样品表面硒浓度过高，硒化反应剧烈，表面粗化严重，造成样品表面硒化不均匀。冷却颈14和冷却管15用于冷却硒蒸气，防止硒蒸气进入真空腔体，污染设备。通过冷却颈14的高度和冷却管15孔径以及长度的组合，可以有效控制硒化腔中硒气氛进入真空腔体。另外通过冷却管15及冷却颈14将硒化腔中的空气抽出，保持硒化腔的真空状态。

本实用新型的有益效果为，其装置为单区加热硒化装置，能够提供充足的硒原子，满足金属预制膜的硒化。在样品窗口周围的多个平衡孔释放部分硒蒸气，使样品表面硒蒸气分布均匀，获得均匀硒化的太阳能薄膜电池光吸收层。可与其它真空退火装置配合使用，不需要专用的抽气系统和加热系统，且硒化过程不需要通入载气，通用性强，结构简单。

附图说明

图1为双区快速加热炉示意图；

图2为本实用新型设计原理示意图；

图3为冷却管示意图。

图中，1为硒粉加热器，2为硒腔高温区加热器，3为载气入口，4为载气出口，5为抽气口，6为硒粉，7为样品，8为硒化腔石英壁，9为石英隔板，10为样品窗口，11为平衡孔，12为石英舟，13为上盖石英壁，14为冷却颈，15为冷却管，16为真空抽气口。

具体实施方式