[发明专利]石墨芯结构的高温裂解金属蒸发源

说明书

本公开提供一种石墨芯结构的高温裂解金属蒸发源，包括：坩埚，用于盛放镀膜材料；石墨芯裂解器，其设置于所述坩埚内的中部，且位于所述镀膜材料的上方，其上设置有连通所述镀膜材料与所述坩埚外部环境的通道；加热单元，其环绕所述坩埚的侧壁设置，用于加热所述坩埚中的所述镀膜材料，使其蒸发并穿过所述石墨芯裂解器上的通道；隔热层，其环绕所述加热单元设置，用于隔绝所述加热单元与外界的能量交换。本公开提供的石墨芯结构的高温裂解金属蒸发源使用石墨芯裂解器。使用石墨芯，解决了坩埚口部镀膜材料的冷凝问题，避免了冷凝的颗粒被带到薄膜内部，提升了沉积薄膜的质量。

技术领域

本公开涉及超高真空镀膜技术领域，尤其涉及一种石墨芯结构的高温裂解金属蒸发源。

背景技术

铜铟镓硒(简称CIGS)薄膜太阳电池作为最有前景的薄膜太阳电池之一，具有很多优点。首先，电池转换效率高：实验室效率已经达到了23.35％，组件效率也达到了16％以上；其次，CIGS吸收层带隙可调：通过调节CIGS吸收层内Ga/In的比例，可以制备出比较理想的双梯度带隙结构，既可以提高电池的开路电压(Voc)和填充因子(FF)，也可以通过增加光吸收，提升短路电流密度(Jsc)，这是GaAs、Si等太阳电池所不能达到的。同时，其还具有弱光性能好，稳定性高等优点。CIGS薄膜太阳电池具有诸多的优点，其主要的原因在于其优良的吸收层结构。由美国可再生能源能源实验室(NREL)提出的三步共蒸发法，使其具有良好的双梯度结构以及较大尺寸的晶粒。目前，国内外多个研究机构使用蒸发法制备CIGS吸收层时，一般使用的是标准克努森源(K-nudsen cell)。这种克努森源一般具有双温区加热系统，分为上下两个加热区，上加热区也称保温区，目的是在蒸发的过程中，保持较高的温度，防止蒸发过程中，蒸发材料在坩埚口部液化冷凝。而下加热区也可以叫做蒸发区，加热，使坩埚内部材料蒸发，可实现材料的精确蒸发。

然而，在实现本公开的过程中，本申请发明人发现，现有技术中的双温区加热系统，存在造价高、操作复杂、难于维护等问题。为了降低成本、减少操作的复杂度，使蒸发源更易于维护，许多研究机构采用单温区的克努森源。然而，单温区克努森源虽然具有标准克努森源的相同的功能，但是单温区克努森源的加热系统仅保留了标准克努森源的下部蒸发区，并没有上部分的保温系统，这样会很容易使坩埚口部出现冷凝的镀膜颗粒。与此同时，冷凝的颗粒在蒸发的过程中，很容易被坩埚内部后续蒸发的镀膜材料蒸汽带到CIGS薄膜内部，使薄膜内部出现大量未充分扩散的镀膜材料，严重影响薄膜的结晶质量。此外，未充分扩散的金属(Cu、In、Ga)颗粒，会形成复合中心，严重影响CIGS太阳电池载流子的输运，降低其并联电阻，使CIGS电池的效率大幅度降低。

另外，单温区克努森源一般具有冷却水系统，以防止蒸发源高温时，对周围环境进行加热，易产生大量的杂质气体，影响成膜质量。此外，硒很容易与冷却水系统中的不锈钢等金属反应，长时间使用可能会使冷却系统遭受腐蚀，损坏蒸发源，甚至导致冷却水进入到真空腔室，污染腔室。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述技术问题，本公开提供一种石墨芯结构的高温裂解金属蒸发源，以缓解现有技术中的单温区克努森源容易使坩埚口部出现蒸发材料的冷凝颗粒，影响薄膜的结晶质量的技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种石墨芯结构的高温裂解金属蒸发源，包括：坩埚，用于盛放镀膜材料；石墨芯裂解器，其设置于所述坩埚内的中部，且位于所述镀膜材料上方，其上设置有连通所述镀膜材料与所述坩埚外部环境的通道；加热单元，其环绕所述坩埚的侧壁设置，用于加热所述坩埚中的所述镀膜材料，使其蒸发并穿过所述石墨芯裂解器上的通道；隔热层，其环绕所述加热单元设置，用于隔绝所述加热单元与外界的能量交换。

在本公开的一些实施例中，还包括：上盖板，其沿所述坩埚的杯口边缘设置，用于固定并支撑所述坩埚；以及下盖板，其与所述上盖板对应设置，并与所述坩埚的底部留有距离；所述上盖板和所述下盖板之间设置有所述隔热层；其中，所述下盖板上还设置有底部保温层。