[实用新型]用于制备黄铜矿型薄膜太阳电池吸收层的退火设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及太阳电池技术领域，特别涉及一种制备黄铜矿型薄膜太阳电池吸收层的退火设备。

背景技术

在CIGS薄膜太阳电池光吸收层的制备工艺方面，当前，产业界大力开发的方法主要有三种：第一种是蒸发法；采用这种方法所制备的小面积CIGS薄膜质量好，电池光电转换效率高，最高可达20.4%，但这种方法在制备大面积薄膜时难以保证均匀性和元素配比的可控性，成品率低，设备投资高，原料利用率低，生产效率亦低，导致生产成本非常高，大规模生产难以实施。第二种是溅射合金膜后硒化法，采用这种方法制备CIGS薄膜时，一方面往往需要使用剧毒的H₂Se气体，另一方面合金膜硒化时不可避免地要生成高挥发性的中间物，导致大面积薄膜的均匀性和元素配比难于控制，电池成品率低。第三种是非真空液相法，与高真空气相法相比，采用非真空液相法制备CIGS薄膜太阳电池光吸收层可以大幅度地降低电池的生产成本，而且可以方便地制备大面积薄膜。近年来，有关非真空液相法制备CIGS薄膜太阳电池光吸收层的研究得到广泛而深入的开展。包括：超细氧化物或金属前驱膜硒化法、电化学沉积法、非氧化物前驱膜硒化法等。但这些工艺均存在硒化不完全、化学计量比不可控、物相不纯等问题，其工艺难以稳定。

在热处理方式和热处理设备上，产业界开发的主要有两种：第一种是气态源硒化硫化法，采用剧毒的气态H₂Se和H₂S作为反应物，在高温下分解Se原子和S原子与前驱薄膜进行反应，生成CIGS光吸收层；采用这种方法的厂家较多，包括美国的Stion，德国的Shell Solar、Johannan，日本的Solar Frontier、Honda soltec和我国的山东孚日等；该方法可以获得高活性的硒化硫化气氛，有利于CIGS薄膜的成核、结晶与生长，有利于制备高性能的CIGS薄膜，但采用该方法，不仅反应物有剧毒、不环保，给生产和运输带来安全隐患，而且还需要复杂昂贵的尾气处理系统，更重要的是，由于H₂Se和H₂S在高温下具有极强的腐蚀性，对热处理设备的腐蚀非常严重，热处理设备的寿命和可靠性受到极大的挑战，同时，H₂Se和H₂S都价格十分昂贵，且我国目前尚不能大规模生产，几乎需要全部进口，不利于自主开发低成本CIGS薄膜太阳电池。第二种是采用Se、S单质等固态源作为作为反应物，在高温下分解Se原子团簇和S原子团簇与前驱薄膜进行反应，生成CIGS光吸收层；采用这种方法的厂家主要有美国的Heliovolt、Nanosolar、Solopower和德国的Avancis、Centrotherm等；该方法的反应物无毒、环保，在常温下为固态，便于管理，无需高压容器，生产和运输便利，无需尾气处理系统，而且价格便宜，更重要的是，Se和S对热处理设备的腐蚀弱，热处理设备的寿命和可靠性均大为提高；但采用该方法，由于Se和S的单质在高温下分解Se原子团簇和S原子团簇，反应活性低，不利于CIGS薄膜的成核、结晶与生长，难以制备高性能的CIGS薄膜。

实用新型内容

基于上述现有技术存在的种种问题，本实用新型的目的是提供一种可以用于制备黄铜矿型薄膜太阳电池吸收层的退火设备。该设备具有成本低廉，生产效率高，工艺稳定的特点，可用于制备结晶性好、成分均匀的大面积高质量黄铜矿型薄膜，尤其适用于已在商业化的CIGS太阳电池的吸收层退火。

在此，本实用新型提供一种用于制备黄铜矿型薄膜太阳电池吸收层的退火设备，包括：

用于连续供给蒸发态的硫族介质的连续补料单元，所述连续补料单元包括硫族介质发生装置以及与所述硫族介质发生装置连通的载气供给通路，所述硫族介质发生装置包括硫族介质源、以及用于加热所述硫族介质源以产生蒸发态的硫族介质的加热单元，所述硫族介质包括硫和/或硒，所述载气供给通路利用其中的载气使所述蒸发态的硫族介质沿着载气流动的方向行进；

与所述载气供给通路连通的等离子体产生活化单元，所述等离子体产生活化单元能够产生高能电子，所述高能电子与进入所述等离子体产生活化单元的硫族介质碰撞通过电感耦合辉光放电产生硫族元素等离子体；以及

与所述等离子体产生活化单元连通的硒化/硫化退火单元，所述等离子体产生活化单元产生的硫族元素等离子体进入所述硒化/硫化退火单元并与位于其中的预制膜反应进行硒化/硫化退火以制备黄铜矿型薄膜。