[实用新型]一种用于制备薄膜太阳能电池吸收层的中频感应加热装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种感应加热装置，具体来说涉及一种用于制备黄铜矿结构多元化合物薄膜太阳能电池吸收层的中频感应加热装置。

背景技术

黄铜矿结构多元化合物薄膜太阳能电池包括铜铟硒、铜铟硫、铜铟镓硒、铜锌锡硫以及铜铟镓硒硫等多元化合物薄膜太阳能电池，该类电池具有低成本、高效率、稳定性好等优点，其中铜铟镓硒薄膜太阳能电池是目前光电转换效率最高的薄膜太阳能电池，转换效率20.3％(ZSW)，是公认的最具有发展和市场潜力的第二代太阳能电池。

黄铜矿结构多元化合物薄膜太阳能电池基本结构见附图1，从下到上分别为衬底1，金属背电极2，p型黄铜矿结构多元化合物吸收层3，n型化合物半导体缓冲层4，高阻层5，透明导电前电极窗口层6，按照有些要求也可以选择镀上金属栅电极7和减反膜8。黄铜矿结构薄膜太阳能电池组件的制备工艺流程一般如下：将清洁干净的衬底放入真空腔中，通过磁控溅射的工艺在衬底上沉积约1μm厚的金属背电极薄膜；通过激光在沉积好的金属电极薄膜上划线，划分出电池背电极单元，保证各电极单元之间绝缘；沉积黄铜矿结构多元化合物薄膜吸收层，为了保证入射光的充分吸收，吸收层的厚度一般大于2μm；化学水浴法制备约50nm厚n型化合物半导体缓冲层；磁控溅射沉积约50nm的透明高阻层；通过激光刻蚀或者机械划线的工艺对电池进行第二次划线，使得划线区域露出金属背电极，使得通过下一步沉积的透明导电窗口层与裸露的金属背电极接触实现相邻电池单元串联；磁控溅射沉积约1μm厚透明导电前电极窗口层；通过机械划线工艺进行第三次划线，同样的使划线区域露出下部金属背电极，分出电池单元；三次划线的间隔控制在几百μm以内，尽量减小无用的电池死区，最后形成完整的电池单元组件，各电池单元之间串联。

常见的两种真空沉积黄铜矿结构多元化合物薄膜的方法为多源共蒸发法以及溅射后硒(硫)化法。多源共蒸发法使用多个独立蒸发源蒸发化合物薄膜需要的每种元素单质，使其在加热的衬底上反应生成需要的黄铜矿结构多元化合物薄膜，该方法蒸发上来的原材料大部分沉积于真空腔壁，原材料利用率不高，并且很难实现大面积沉积；磁控溅射工艺是工业化生产大规模采用的成熟技术，使用磁控溅射先在衬底上依次沉积多元金属前驱层，再在硒(硫)蒸汽的气氛中加热退火，可以反应获得高质量的黄铜矿结构多元化合物薄膜，这种溅射后硒(硫)化技术是目前黄铜矿结构多元化合物薄膜太阳能电池大规模工业化生产采用的主流技术。

溅射后硒(硫)化技术中，多元金属前驱层的制备工艺已经相对成熟，可以使用磁控溅射工艺在不同衬底上制备出大面积均匀、成本低廉的多元金属前驱层。

目前该技术的难点与重点在于后续的前驱层硒(硫)化工艺，为获得高质量的黄铜矿结构多元化合物薄膜，在硒(硫)化的过程中，必须满足衬底快速升温以及衬底温度分布均匀的条件。然而目前主要采用的衬底加热手段有管式炉电阻丝加热以及卤素灯加热等，这些手段都是使用外部热源对衬底进行辐射加热，都存在能耗大、生产成本高，衬底温度分布均匀性差的缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的，就是提供一种用于制备薄膜太阳能电池吸收层的中频感应加热装置，可实现对太阳能电池的衬底的非接触式加热，功耗低、升温速度快、衬底温度分布均匀。

本实用新型的目的可通过以下技术方案实现：

一种用于制备薄膜太阳能电池吸收层的中频感应加热装置，其特征在于：它包括由依次连接的中频电源控制系统、中频电容补偿器和感应加热器组成的中频电加热系统，还包括真空泵系统和用于放置并加热太阳能电池衬底的真空腔室，所述中频电源控制系统产生中频交流电并经电容补偿器输入感应加热器形成谐振槽路，所述感应加热器的周围产生交变磁场；所述真空腔室置于所述的感应加热器的交变磁场内并设有输入反应气体的进气口、以及与所述的真空泵系统的抽气管连通的抽气口。

如此一来，将待加热的衬底置于真空腔室内，并由进气口通入硒蒸汽或硫蒸汽，衬底以及其上沉积的多元金属前驱层受感应加热器产生的交变磁场的感应，产生涡流，从而产生热量，最终在硒蒸汽或硫蒸汽的气氛下被加热反应形成薄膜太阳能电池的吸收层。

本实用新型可作如下改进：

所述的中频电源控制系统包括温控器，所述真空腔室的室壁上还设有非接触式温度测量仪，该温度测量仪与中频电源控制系统温控器连接，反馈真空腔室内被加热衬底的温度信息，从而控制中频加热电源控制系统的交变电流和频率，以控制衬底的加热温度。