[实用新型]一种液态锡加热连续硫化硒化法制备CZTSSe薄膜的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体光电材料与器件技术领域，具体涉及一种液态锡加热连续硫化硒化法制备CZTSSe薄膜的装置。

背景技术

太阳能光伏发电已经成为可再生能源中最安全、最环保和最具潜力的竞争者。目前制约太阳能光伏发电产业发展的瓶颈在于成本较高和转换效率偏低，从材料和制造成本来看，薄膜太阳电池是最佳的选择。在薄膜太阳能电池中，铜锌锡硫硒(CZTSSe)不含有贵金属和有毒元素，具有与太阳光谱非常匹配的直接带隙(1.04-1.67eV)，可以通过有效的调节硫硒比和对可见光的高吸收系数(10⁵cm^-1)改变带隙，使CZTSSe成为最具潜力的新型薄膜太阳电池吸收层材料。经过近30多年的发展，在理论研究和制备工艺上都取得了一些突破，实验室效率已经突破12％。

CZTSSe半导体薄膜太阳能电池吸收层的制备工艺中，制备前驱体然后硫化硒化法成为工业化生产的主流，其中前驱体的溅射制备工艺已经很成熟，对于前驱体组分比例的控制以及分布均匀性的控制都能够满足工艺要求，溅射后工艺的难点在于硫化硒化过程中要求很高的温度均匀性，快的升温速率和严格的反应气氛。高的温度均匀性保证前驱体和衬底材料在加热过程中热形变一致，从而避免吸收层脱落，快的升温速率可以抑制二元相的产生，合适的反应气氛可以抑制金属元素的挥发保证吸收层的组成成分稳定。目前常见的硫化硒化法多为辐射加热，热源不接触前驱体，这种加热法很难实现大面积连续生产，并且硫化工艺过程中能耗很高。因此，开发高的温度均匀度和低能耗的铜锌锡硫硒薄膜的硫化硒化技术，成为当前该领域面临的重大课题。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术中太阳能电池吸收层薄膜硒化加热时升温速度低、温度均匀性差和能耗高等缺陷，提供一种低能耗、高均匀度、升温速度快的制备CZTSSe薄膜的硫化硒化装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案予以实现：

一种液态锡加热连续硫化硒化法制备CZTSSe薄膜的装置，该装置包括底座、外罩、液态锡池；底座和外罩通过密封圈连接构成密闭空间；液态锡池位于密闭空间内；液态锡池内壁设置加热室，加热室内部设置加热组件；液态锡池包括前后两个缓冲区和两个缓冲区中间的若干个不同温区的锡池(如图6所示)。

进一步地，所述液态锡池的两侧壁的外侧设置有若干个滚轮。

更近一步地，所述滚轮上缘与液态锡池平齐；所述液态锡池的两侧壁上缘为平滑的平面。

另外，热电偶及加热电源控制系统与加热组件连接并提供热源。

作为一种优选的可实施方案，所述加热组件为加热丝。进一步地，所述加热丝均匀排布于加热室内部。

进一步地，液态锡池的前缓冲区与液态锡池之间，以及液态锡池与后缓冲区之间均设有闸门阀。

另外，液态锡池与外罩之间放置有固体硫源，固体硫源与坩埚连接(坩埚(123)用于加热固体硫源)。或者，外罩上设置有入气口(用于通入氮气的稀释硫化氢气体)。

使用本实用新型所述的装置制备太阳能电池吸收层薄膜(以CZTSSe薄膜为例)的步骤如下：利用溅射法在镀钼的玻璃衬底上制备CuZnSnS合金薄膜或CuS/ZnS/Sn多层交叠膜作为前驱体薄膜，再在前驱体薄膜上蒸镀一层Se膜，将制备的上述薄膜的玻璃衬底置于装置前缓冲室的液态锡池上面，使前驱体薄膜的面朝上，从前缓冲区经闸门阀进入具有不同温区的锡池(200℃-580℃)，利用锡池两边的滚轮将衬底从低温区移向高温区，利用不同温度的液态锡作为加热源给样品加热，这样既可以保证样品温度均匀性又可以达到快速升温，外层的Se在高温下硒化了前驱体。整个液态锡池子放置于一个密闭空间里，通入氮气稀释硫化氢气体或者蒸发适量的固体硫源，同时实现硫化，最后经闸门阀进入后缓冲室完成硫化硒化，得到CZTSSe薄膜。

所制备得到的CZTSSe薄膜可进一步作为太阳能电池吸收层制备太阳能电池。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1.利用不同温度的液态锡作为加热源对前驱体薄膜进行硫化硒化，由于热源与前驱体直接接触，这样既可以保证前驱体薄膜能实现高均匀度的快速升温，避免了因前驱体和衬底材料在加热过程中热形变不一致而导致吸收层脱落，而且快的升温速率也抑制了二元相的产生，保证了铜锌锡硫硒薄膜的组成成分稳定。