[发明专利]一种Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体薄膜的退火炉结构

说明书

一、所属技术领域

本发明所属领域为新能源材料与器件。

二、背景技术

随着现代世界能源的日益紧张，许多国家都在致力于研究太阳能的开发和利用技术。在全球销售太阳电池组件中，70％以上是晶硅电池。尽管晶硅太阳电池具有转换效率高、寿命长的优点，但晶硅太阳电池存在如下缺点：(1)硅材料的熔炼、提纯均采用高耗能工艺，因此硅太阳电池组件的成本降低空间有限；(2)晶硅太阳电池只能做成刚性衬底组件，质量比功率小于100瓦/公斤，不能充分满足建筑物集成和便携式电源的需求。在美国太阳电池发1度电的成本大约是22美分，远比烧煤的火力发电厂4美分1度电的成本要高。为了解决太阳电池的高成本问题，积极开展新一代太阳电池研究。新一代太阳能电池包括新型化合物薄膜电池、纳米敏化太阳电池、量子点太阳电池等，新型太阳电池具有更强的成本竞争力。

II-VI族化合物中有多种化合物的带隙在1.0eV以上，并且为直接带隙，材料的光电换转效率高。如锌和磷等原料来源广泛，在薄膜生产和使用过程中对人体和环境无危害性，同时还具有材料成本低廉等优势。这些II-VI族化合物可以在柔性衬底上制备成薄膜，进一步降低制作成本和材料成本，因此，II-VI化合物薄膜将是最具工业化应用前景的新型太阳电池材料，受到极大关注。

II-VI族化合物薄膜必须进行进一步退火，才能够减少薄膜微孔、促进晶粒长大及减少制备过程引入的缺陷。为了适应未来太阳电池发展需要，如果将II-VI族化合物薄膜沉积在柔性衬底材料上，则对退火设备提出了更高要求。

三、发明内容

本发明的目的是设计一种能够满足柔性衬底上沉积II-VI族化合物薄膜的退火炉结构。

发明的内容为：选用移动式近空间退火方式为主，辅以热气流进行对流加热。在一个相对封闭的容器内，安装一个可以快速升降的平面加热板。容器壁为两层结构，中间通水进行冷却，使得容器壁在整个退火过程中保持为冷壁。容器在两端开一狭缝口，便于样品进出。样品放置于一个传输带上，由传输带将样品携带如容器中。快速升降的加热板背向样品的一面由保温材料包裹，避免热量辐射到容器壁，从而升高整个容器内的温度。加热板上开有小孔，让加热后的工作气体如氮气、氢气等从小孔中喷出，加热样品。加热板可以快速移向样品表面，在样品表面1mm左右的高度保持几分钟，由加热板的辐射热和喷出的热气流的对流达到对II-VI族化合物薄膜快速升温的目的。当其II-VI族化合物薄膜温度上升到其退火温度后，立即提升加热板，从而避免对II-VI族化合物薄膜的柔性衬底加热。

四、结构图说明

图1为退火炉的结构图。其中1为加热移动部件，可以沿着A或B方向移动；2为加热板，由电加热；3为冷却水，通人循环水对退火炉箱体进行水冷，使其在工作中保持较低温度；4为加热板隔热层，由保温材料制成，避免加热板的热量向退火炉箱体辐射；5为退火炉外壳；6为样品；7为传动系统的传动轴，控制传动轴的转动速度，可以控制样品的行进速度，达到控制退火时间的目的。

图2为加热板结构图。图中8为通气微孔，按照一定要求分布。加热后的工作气体通过微孔喷向样品表面，利用热气体对流对样品进行加热。由于近距离加热会影响样品表面的温场分布，造成样品表面温度不一致，为此，将加热板的气孔主要向中间集中，四周减少微孔，从而使得样品表面的升温更加均匀。

五、具体实施方式

实施例：将II-VI族化合物薄膜放置于退火炉的传输系统上面，转动传输系统将样品匀速送入退火炉。把样品放在加热板下面，将加热板温度升到退火温度以上30-50度，快速移动加热板，使得加热板与样品的间距保持在3mm以内，但一定注意加热板不得与样品接触，以免引起升温不均匀。同时，将工作气体如，氩气、氮气、氧气、氢气或这些气体的混合气体加热到退火温度以上100度，热气体从加热板微孔喷向样品表面，利用热气对流对样品表面加热。本系统采用近空间辐射加热和气体对流加热相结合，可以在较短时间内，将样品升到退火温度，同时，当样品达到退火温度后，加热板迅速提升，使得样品的有机衬底温度保持在较低温度。加热板的快速移动，能够迅速减低样品的温度，从而保护衬底不被加热。