一种叠层蒸发源装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种叠层蒸发源装置，第一冷却盒和第二冷却盒之间安置硒蒸发层，第二冷却盒上方安置金属蒸发层，所述硒蒸发层的硒蒸气管道贯穿第二冷却盒和金属蒸发层，本发明专利技术能够采用精准释放硒蒸汽质量束流提高原料利用率、硒分子团高温裂解为硒原子释放硒活性，提高膜厚均匀性，简化蒸发源装置结构、降低设备维护成本，兼容柔性和刚性基底蒸镀沉积，以此实现Cu、In、Ga、Se四种元素在薄膜的纵向和横向上的分布均匀性，充分释放硒活性、兼容柔性和刚性基底生长优质铜铟镓硒薄膜。本发明专利技术结构简单，降低能耗，易于维护，减少腔室脏污，降低腔室维护成本，缩短生产周期，进而提高效益。

A kind of stack steam source device

【技术实现步骤摘要】
一种叠层蒸发源装置
本专利技术涉及蒸镀
，具体涉及一种叠层蒸发源装置。
技术介绍
近年来，随着传统能源的枯竭，绿色清洁能源—光伏电池需求增加。目前，晶硅光伏电池仍然是市场的主流产品，但是受工艺制程限制，已不能通过减薄硅片厚度降低生产成本。薄膜太阳能电池的功能层厚度可控制在几微米以内，又由于薄膜太阳能电池既可以做成刚性产品又可以做成柔性产品，生产工艺又简单易行，生产过程环境友好，致使薄膜太阳能电池的需求与日俱增。世界主要能源需求大的国家，都对薄膜太阳能电池投入大量资金进行研究开发。当前，铜铟镓硒(Cu(InxGa1-x)Se2简称CIGS)已经是规模化量产的薄膜太阳能电池。在沉积CIGS功能层时，通常采用的技术路线之一是蒸镀技术。在工程实践过程中发现，沉积功能膜层时，蒸发源装置是影响CIGS薄膜太阳能电池性能的核心因素。蒸发源装置决定CIGS功能膜层厚度均匀性、元素分布、原料的利用率。另外，为提高CIGS薄膜太阳能电池性能，硒的活性决定膜质质量。然而，由于硒原子官能团易于团聚，降低硒活性，致使硒不能与其它元素充分反应，影响功能膜层膜质，造成CIGS薄膜太阳能电池性能下降。目前，尚无原料利用率高、硒活性高、膜厚均匀性好，并且兼容柔性和刚性基底的蒸发源。US2009258444A1描述了一种用于柔性衬底上生长铜铟镓硒薄膜太阳电池的蒸发源和蒸发设备。源采用独立控制的硒源和金属源方式，包括放置坩埚的石墨盒部分；坩埚和装料部分；坩埚加热丝部分。设备采用分腔室隔离方式，避免原料蒸发后相互交叉污染。该蒸发源装置的设计，考虑了镀膜膜厚分布均匀性问题。但是，存在的缺陷是，所设计硒蒸发源装置，使得硒蒸汽处于“大水漫灌式”地沉积，造成原料利用率低，致使腔室内严重脏污，维护成本高；硒蒸汽压波动较大，硒蒸汽压波动一个是造成硒活性降低，不易与金属Cu、In、Ga原子充分化合反应，所制备铜铟镓硒薄膜中有硒分子团聚，降低膜质；另一个是所制备的铜铟镓硒薄膜的厚度均匀性，偏离理论设计较多，降低产品良率。CN108425091A描述了一种用于柔性衬底上低温生长铜铟镓硒薄膜太阳电池的高温裂解硒蒸发源，包括：坩埚加热蒸发部分；硒原子团的高温裂解部分；高温裂解硒蒸发源控制电路。通过对硒原子团的高温裂解，提高蒸发的硒原子在薄膜表面迁移速率和反应活性，使其更容易与金属Cu、In、Ga原子化合，更容易在薄膜表面和内部扩散，改善低温沉积CIGS薄膜的结晶质量，解决在柔性PI(聚酰亚胺)衬底上低温生长高质量CIGS薄膜的问题，促进柔性PI衬底CIGS薄膜太阳电池的工业化应用。上述描述的概念复杂，仅适用柔性基底，另外描述的该装置结构复杂，设备成本高，维护困难。且由于硒蒸汽直接释放在真空沉积室内，造成了沉积室内非常脏污，增加了设备维护成本，制约CIGS规模化生产。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是未能提高原料利用率、充分释放硒活性、提高膜厚均匀性，不兼容柔性和刚性基底的蒸发源，设备结构复杂昂贵、维护成本高，为解决上述问题，本专利技术提供一种叠层蒸发源装置。本专利技术的目的是以下述方式实现的：一种叠层蒸发源装置，包括硒蒸发层、冷却层和金属蒸发层，冷却层包括第一冷却盒和第二冷却盒，第二冷却盒在第一冷却盒上方，所述第一冷却盒和第二冷却盒之间安置硒蒸发层，第二冷却盒上方安置金属蒸发层，所述硒蒸发层的硒蒸气管贯穿第二冷却盒和金属蒸发层。冷却层包括第一冷却盒和第二冷却盒，所述第一冷却盒和第二冷却盒的结构相同，第一冷却盒和第二冷却盒两侧均设有进水管和出水管。硒蒸发层包括第一坩埚、第一加热器、第一隔热层、第二隔热层和硒蒸气管，所述第一隔热层安置于第一冷水盒上方，第一隔热层上方安置第一坩埚，第一坩埚上方设置第一加热器，第一加热器上方设置有第二隔热层，所述硒蒸气管设置在第一坩埚中部，且硒蒸气管贯穿第一加热器和第二隔热层。硒蒸气管至少有一个。第一隔热层和第二隔热层均为石墨毡材质；第一加热器为铠装加热丝或有氮化硼涂层的石墨加热丝；硒蒸气管为氮化硼材质；第一坩埚为石墨或不锈钢材质。金属蒸发层包括容纳盒、第三隔热层、第二坩埚、盖板、第四隔热层、第二加热器和蒸发管，所述容纳盒安置在第二冷却盒上方，在容纳盒内壁安置第三隔热层，在第三隔热层内侧安置第二坩埚，第二坩埚上部设置有盖板，所述盖板上方设置第二加热器，在第二加热器上方设置第四隔热层，所述蒸发管贯穿第四隔热层、第二加热器和盖板，且蒸发管延伸出第四隔热层。蒸发管至少有一个。容纳盒和盖板均为石墨材质，第三隔热层和第四隔热层均为石墨毡材质；第二加热器为涂有氮化硼涂层的石墨加热丝；第二坩埚为石墨或不锈钢材质，蒸发管为氮化硼材质。相对于现有技术，本专利技术能够采用精准释放硒蒸汽质量束流提高原料利用率、硒分子团高温裂解为硒原子释放硒活性，提高膜厚均匀性，简化蒸发源装置结构、降低设备维护成本，兼容柔性和刚性基底蒸镀沉积，实现硒蒸气压稳定控制和精准沉积在基底上指定区域，提高原料利用率和膜厚均匀性，以此实现Cu、In、Ga、Se四种元素在薄膜的纵向和横向上的分布均匀性，充分释放硒活性、兼容柔性和刚性基底生长优质铜铟镓硒薄膜。本专利技术结构简单，降低能耗，易于维护，减少腔室脏污，降低腔室维护成本，缩短生产周期，进而提高效益。附图说明图1是小平面源蒸发质量束流分布数学模型原理示意图。图2是平行小平面源基底上的质量束流分布数学计算示意图。图3是单个小平面源蒸汽释放口的质量束流空间分布计算结果。图4是本专利技术叠层蒸发源剖面示意图。图5是本专利技术蒸发源蒸镀的CIGS膜厚沿基底横向分布实际效果图。图6是本专利技术蒸发源沉积生长的优质CIGS实际效果图。其中，1.第一冷却盒，101.进水管，102.出水管，2.第一隔热层，3.第一坩埚，4.第一加热器，5.第二隔热层，6.第二冷却盒，7.容纳盒，8.第三隔热层，9.第二坩埚，10.硒蒸气管，11.盖板，12.第二加热器，13.第四隔热层，14.蒸发管，15.金属原料，16.硒原料。具体实施方式如附图1到6所示，一种叠层蒸发源装置，包括硒蒸发层、冷却层和金属蒸发层，冷却层包括第一冷却盒1和第二冷却盒6，第二冷却盒6在第一冷却盒1上方，所述第一冷却盒1和第二冷却盒6之间安置硒蒸发层，第二冷却盒6上方安置金属蒸发层，所述硒蒸发层的硒蒸气管10贯穿第二冷却盒6和金属蒸发层。冷却层包括第一冷却盒1和第二冷却盒6，所述第一冷却盒1和第二冷却盒6的结构相同，第一冷却盒1和第二冷却盒6两侧均设有进水管101和出水管102，对硒蒸发层和金属蒸发层进行冷却。硒蒸发层包括第一坩埚3、第一加热器4、第一隔热层2、第二隔热层5和硒蒸气管10，所述第一隔热层2安置于第一冷水盒上方，第一隔热层2上方安置第一坩埚3，第一坩埚3上方设置第一加热器4，第一加热器4上方设置有第二隔热层5，所述硒蒸气管10设置在第一坩埚3中部，且硒蒸气管10贯穿第一加热器4和第二隔热层5，硒蒸发层将硒原料16加热成液体蒸发，硒蒸气管10至少有一个，使硒蒸气多个散发口，确保混合均匀。第一隔热层2和第二隔热层5均为石墨毡材质；第一加热器4为铠装加热丝或有氮化硼涂层的石墨加热丝；硒蒸气管10为氮化硼材质；第一坩埚3为石墨或不锈钢材质，石墨毡材质、氮化硼材质和石墨或不锈钢材质耐高温。金属蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种叠层蒸发源装置，包括硒蒸发层、冷却层和金属蒸发层，其特征在于：冷却层包括第一冷却盒和第二冷却盒，第二冷却盒在第一冷却盒上方，所述第一冷却盒和第二冷却盒之间安置硒蒸发层，第二冷却盒上方安置金属蒸发层，所述硒蒸发层的硒蒸气管贯穿第二冷却盒和金属蒸发层。

【技术特征摘要】
1.一种叠层蒸发源装置，包括硒蒸发层、冷却层和金属蒸发层，其特征在于：冷却层包括第一冷却盒和第二冷却盒，第二冷却盒在第一冷却盒上方，所述第一冷却盒和第二冷却盒之间安置硒蒸发层，第二冷却盒上方安置金属蒸发层，所述硒蒸发层的硒蒸气管贯穿第二冷却盒和金属蒸发层。2.根据权利要求1所述的叠层蒸发源装置，其特征在于：所述第一冷却盒和第二冷却盒的结构相同，第一冷却盒和第二冷却盒两侧均设有进水管和出水管。3.根据权利要求1所述的叠层蒸发源装置，其特征在于：硒蒸发层包括第一坩埚、第一加热器、第一隔热层、第二隔热层和硒蒸气管，所述第一隔热层安置于第一冷水盒上方，第一隔热层上方安置第一坩埚，第一坩埚上方设置第一加热器，第一加热器上方设置有第二隔热层，所述硒蒸气管设置在第一坩埚中部，且硒蒸气管贯穿第一加热器和第二隔热层。4.根据权利要求3所述的叠层蒸发源装置，其特征在于：硒蒸气管至少有一个。5.根据权利要求3所述的叠层蒸...

【专利技术属性】
技术研发人员：李青霄，张心会，
申请(专利权)人：河南城建学院，
类型：发明
国别省市：河南,41