[发明专利]基于硒等离子体制备铜铟镓硒薄膜及光伏薄膜电池的设备

说明书

技术领域

本发明涉及光伏技术领域，尤其涉及一种基于硒等离子体制备铜铟镓硒光伏薄膜的设备。

背景技术

铜铟镓硒薄膜太阳能电池具有高的转换效率、低成本、性能稳定并可以大规模工业化等优点，而成为国际光伏界研究热点之一，即将成为下一代有竞争力的商品化薄膜太阳能电池。特别随着工艺技术的发展与进步，将成为太阳能电池发展的一个非常重要的方向。

铜铟镓硒薄膜是一种由化合物铜铟镓硒薄膜半导体材料。它的禁带宽度可在1.02-1.7eV之间调节(CuIn_1-xGa_XSe₂，0≤x≤0.3)。可见光吸收率高达10⁵/cm，对太阳光谱的响应覆盖函数高。厚度2μm，在500纳米可以吸收99％的太阳光。因此，它已成为光伏电池中最佳的吸收材料之一。

目前，铜铟镓硒光伏薄膜的制备方法已有不少报道，如真空方法：溅射法、蒸发法与非真空方法：电化学沉积法，热解喷射发等。目前，非真空方法，实际利用还有很多技术问题需要克服。而采用真空的方法如共蒸发和溅射金属预置层后硒化已经被产业界所接受。但目前共蒸发与溅射的设备，沉积时衬底温度一般高于500℃，很难保证在大面积下沉积铜铟镓硒薄膜的均匀性。

基于现有技术的上述缺陷，本领域技术人员渴望一种制备铜铟镓硒薄膜的设备，通过此设备在低于550℃硒化温度条件下制备材料比例精度高大面积均匀的铜铟镓硒薄膜。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提出一种基于硒等离子体制备铜铟镓硒光伏薄膜的设备，以克服现有技术的设备沉积时衬底温度过高，无法实现在大面积基片上沉积铜铟镓硒薄膜的缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种制备铜铟镓硒光伏薄膜的设备，包括：蒸发源室；离子源，用以离化工作气体使其处于等离子体态，以向蒸发源室内提供该等离子体；电子枪，用以蒸发硒材料以于蒸发源室内产生硒蒸气，其坩埚接正偏压，使工作气体在电离过程中所产生的电子云与硒蒸气相互碰撞，产生硒等离子体；以及蒸发源，置于所述蒸发源室中，用于在硒等离子体气氛下，分别蒸发铜、铟、镓金属材料，以在基片上沉积铜铟镓硒光伏薄膜。

其中，所述离子源放电电流为0～500A；放电电压为80～500V。

其中，所述电子枪加速电压DC-5～-25KV；束流为0～4A；所述坩埚偏压为80～500V。

其中，所述蒸发源加热温度≤1800℃；控温精度±0.1℃。

其中，还包括一薄膜沉积室，位于所述蒸发源室上方，其底部与所述蒸发源室顶部连接，所述薄膜沉积室底部具有一基片架，所述坩埚位于所述蒸发源室底部并位于所述基片架的中心位置的正下方，所述坩埚与所述基片架的中心位置连线构成一垂直轴线。

其中，所述离子源设置于所述蒸发源室外壁并接入所述蒸发源室，所述电子枪设置于所述蒸发源室外壁并倾斜接入所述蒸发源室，以使所述电子枪射出的电子朝向所述坩埚方向，所述电子枪与所述离子源之间成一角度布局，所述蒸发源为多个，所述多个蒸发源沿所述轴线圆周分布并指向所述基片架的中心位置。

其中，所述离子源设置于所述蒸发源室内，所述电子枪倾斜设置于所述蒸发源室内，以使所述电子枪射出的电子朝向所述坩埚方向，所述电子枪与所述离子源之间成一角度布局，所述蒸发源为多个，所述多个蒸发源沿所述轴线圆周分布并指向基片架中心位置。

其中，所述蒸发源较佳为3至7个。

其中，基片上沉积铜铟镓硒光伏薄膜的温度为25～500℃。

而且，为实现上述目的，本发明还提出一种制备铜铟镓硒光伏薄膜电池的设备，包括上述的制备铜铟镓硒光伏薄膜的设备。

本发明的效果：

本发明的设备采用悬浮偏压电子枪与强流离子源组合工作，制备硒等离子气氛环境，利用硒离化后活性增强，降低了硒化温度。并且，在硒等离子体气氛背压环境下，采用高精度阻热蒸发源蒸镀铜、铟、镓材料，在加热到硒化温度的大面积基片上制备了高质量多晶铜铟镓硒薄膜，材料比例精度高、均匀多晶，克服了现有技术的设备无法制备大面积均匀的铜铟镓硒薄膜的缺陷。

附图说明

图1为本发明铜铟镓硒光伏薄膜制备设备示意图；

图2为本发明铜铟镓硒光伏薄膜制备设备A-A’处的剖视图；

图3为本发明铜铟镓硒光伏薄膜制备设备蒸发源室部分的仰视示意图。

其中，附图标记：

1.强流离子源        2.基片架              3.石英晶体测厚探头

4.气动真空锁        5.高精度阻热蒸发源    6.悬浮偏压坩埚