硒源蒸发活化处理设备制造技术

本发明专利技术提供了一种硒源蒸发活化处理设备，用于制备含硒薄膜化合物，该设备包括硒源蒸发装置和硒源活化装置，其中，硒源活化装置包括：硒源活化腔室，硒源活化腔室的一侧设置有活化腔室入口，与硒源蒸发装置出口相连；与硒源活化腔室的一侧相对的另一侧设置有活化腔室出口；硒源活化器，设置于硒源活化腔室内部，用于有效活化硒源装置中硒源蒸发出来的硒蒸气；其中，硒源活化腔室和硒源活化器的制备材料均为非金属材料；硒源活化器的表面设置有n个螺旋状凹槽，其中，n≥3。

【技术实现步骤摘要】
硒源蒸发活化处理设备
本专利技术涉及太阳电池制备领域，尤其涉及一种用于制备含硒薄膜化合物的硒源蒸发活化处理设备。
技术介绍
含硒化合物薄膜太阳电池种类丰富，具有稳定性好，带隙可调等优点，而铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池作为典型的一种电池，具有转换效率高、稳定性好以及成本低等优点，得到广泛的研究和发展。其结构为：玻璃基底、背电极金属Mo层、CIGS吸收层、CdS缓冲层、窗口层i-ZnO和ZnO：Al、MgF2和Ni-Al电极，其中制备高质量的CIGS层是获得高转换效率的关键。目前制备CIGS薄膜的手段主要分为三种：多元共蒸发法、溅射后硒化法以及电沉积法。无论采用那种方法，制备薄膜过程中硒元素蒸发都是非常重要的一部分，缺Se的薄膜在结构上会出现结晶质量差，晶粒细小，薄膜存在大量孔洞等现象，因此会存在大量的缺陷，严重影响电池的光电性能，尤其是在低温工艺中，低活性的Se扩散不充分，极易产生Se空位，因此提高Se的活性是得到高质量CIGS薄膜的关键。硒源通常有气态硒化氢(H2Se)和固态硒颗粒两种，使用H2Se气体制备CIGS薄膜过程中，H2Se能有效分解成原子态的Se，其活性大可以与金属层充分接触反应得到高质量的CIGS薄膜，然而其最大的缺点是其有剧毒且易挥发，需要高压容器储存。固态硒源具有无毒、廉价的优点，但蒸发出来的Se原子活性差，易于造成In和Ga元素的损失，降低材料利用率的同时导致CIGS薄膜偏离化学计量比，因此需要对固态硒采用高温活化等措施。
技术实现思路
有鉴于此，为了能够有效蒸发并活化硒颗粒，保证硒蒸气纯净，本专利技术提供了一种硒源蒸发活化处理设备，以有效增加硒的活性。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种硒源蒸发活化处理设备，用于制备含硒薄膜化合物，该设备包括硒源蒸发装置和硒源活化装置，其中，硒源活化装置包括：硒源活化腔室，硒源活化腔室的一侧设置有活化腔室入口，与硒源蒸发装置出口相连；与硒源活化腔室的一侧相对的另一侧设置有活化腔室出口；硒源活化器，设置于硒源活化腔室内部，用于有效活化硒源装置中硒源蒸发出来的硒蒸气；其中，硒源活化腔室和硒源活化器的制备材料均为非金属材料；硒源活化器的表面设置有n个螺旋状凹槽，其中，n≥3。根据本专利技术的实施例，其中，硒源活化装置还包括：加热单元，包裹于硒源活化腔室的外侧，用于对硒源活化腔室进行加热；第一保温单元，包裹于加热单元的外侧，用于维持硒源活化腔室的温度。根据本专利技术的实施例，其中，加热单元由钽丝或钼丝上下连续弯曲围成空心圆柱筒状。根据本专利技术的实施例，其中，第一保温单元外侧设置有小孔，用于通过外部加热电路对加热单元进行加热；第一保温单元包括k层金属保温材料，其中，k≥5。根据本专利技术的实施例，其中，硒源活化器设置于硒源活腔室内部包括：硒源活化器分别与活化腔室入口和活化腔室出口设置有预设距离。根据本专利技术的实施例，其中，硒源活化腔室的一侧设置有活化腔室入口，与硒源蒸发装置出口相连包括：硒源活化室入口的内径大于硒源蒸发装置出口的外径，以保证硒源蒸发装置中的硒蒸气进入硒源活化腔室中。根据本专利技术的实施例，其中，硒源蒸发装置包括：硒源蒸发腔室，与硒源活化装置中活化腔室入口相连的硒源蒸发腔室一侧设置有硒源蒸发装置出口。根据本专利技术的实施例，其中，硒源蒸发装置还包括：第二保温单元，设置于硒源蒸发腔室的外侧，用于维持硒源蒸发腔室的温度。根据本专利技术的实施例，其中，硒源蒸发腔室的制备材料为非金属材料。根据本专利技术的实施例，其中，非金属材料包括以下至少之一：石墨、氮化硼、Al2O3。从以上技术方案可以看出，本专利技术的一种硒源蒸气活化处理设备具有以下至少之一有益效果：(1)本专利技术采用非金属耐高温材料分别作为硒蒸发源和硒蒸气活化腔体，并采用带有螺旋凹槽结构的非金属活化器作为硒蒸气活化通道，可以利用持续稳定的高温有效的将硒源蒸发出来的大分子低活性硒原子团活化为小分子高活性硒原子团，充分延长硒原子的活化时间，增加硒原子活性，从而使得硒原子参与薄膜化合反应生成高质量硒化物薄膜，还可以大大节省硒原料的消耗，这对产业化过程降低成本具有重要意义。(2)本专利技术采用非金属材料作为硒源蒸发和硒源活化装置，避免了高温环境下硒蒸气对活化装置的腐蚀，提高硒源蒸发活化处理设备的使用寿命。(3)本专利技术采用非金属材料作为硒源蒸发和活化装置，避免了高温环境下硒蒸气与不锈钢腔体反应从而给硒化物薄膜中引入铁元素等不纯杂质的现象。附图说明图1示意性示出了根据本专利技术实施例的硒源蒸发活化处理设备。【附图标记说明】硒源活化腔室1；硒源活化腔室入口1-1；硒源活化腔室出口1-2；硒源活化器2；加热单元3；第一保温单元4；硒源蒸发腔室5；硒源蒸发装置出口5-1。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。相关技术中，目前常见的增加硒活性的方法是在原有蒸发源的基础上高温活化硒蒸气，之后再参与到含硒薄膜化合物的制备中，但是这种硒源蒸发装置和硒源活化装置都是采用不锈钢材料，且活化装置结构为直筒状，这样就会出现：一是不利于完全彻底活化硒源蒸发装置蒸发上来的硒蒸气；二是在具有活性的硒气氛中，硒容易与不锈钢材料发生反应将铁元素等不纯杂质引入含硒薄膜中，对薄膜质量产生损害。此外，硒蒸气在500℃以上的较高温度下容易腐蚀硒源蒸发活化处理设备，从而会减少蒸发活化处理设备的使用寿命，影响含硒薄膜的连续化生产。基于上述构思，本专利技术提出了一种硒源蒸发活化处理设备，采用非金属耐高温材料分别作为硒蒸发源和硒蒸气活化腔体，并采用带有螺旋凹槽结构的非金属活化器作为硒蒸气活化通道，从而延长硒蒸气的活化时间，提高了制备含硒薄膜的质量，并提高了硒源蒸发活化处理设备的使用寿命。图1示意性示出了根据本专利技术实施例的硒源蒸发活化处理设备。该硒源蒸发活化处理设备包括硒源蒸发装置和硒源活化装置。如图1所示，其中，硒源活化装置用于将从硒源蒸发装置中将硒源蒸发出来的硒蒸气进行高温活化，硒源活化装置包括：硒源活化腔室1，硒源活化器2，加热单元3，第一保温单元4。下面具体说明硒源活化装置中各组成部分。硒源活化腔室1，由非金属材料制备的一空腔，硒源活化腔室1的一侧设置有活化腔室入口1-1，与硒源蒸发装置出口5-1相连；与硒源活化腔室的一侧相对的另一侧设置有活化腔室出口1-2。其中，活化腔室入口1-1的内径大于硒源蒸发装置出口5-1的外径，以保证硒源蒸发装置中的硒蒸气进入硒源活化腔室1中。硒源活化器2，设置于硒源活化腔室1的内部，用于有效活化硒源装置中硒源蒸发出来的硒蒸气。硒源活化器由非金属材料制备的，在硒源活化器的外表面自上而下设置n个螺旋状凹槽结构，其中，n≥3。根据本专利技术的实施例，硒源活化器2的高度低于硒源活化腔室1的高度，硒源活化器2靠近活化腔室入口1-1的那一侧的两端可以设置一非金属支架，例如，可以是石墨、氮化硼等材料制备的非金属支本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硒源蒸发活化处理设备，包括硒源蒸发装置和硒源活化装置，其中，所述硒源活化装置包括：/n硒源活化腔室，所述硒源活化腔室的一侧设置有活化腔室入口，与所述硒源蒸发装置出口相连；与所述硒源活化腔室的一侧相对的另一侧设置有活化腔室出口；/n硒源活化器，设置于所述硒源活化腔室内部，用于有效活化所述硒源装置中的硒源蒸发出来的硒蒸气；/n其中，所述硒源活化腔室和所述硒源活化器的制备材料均为非金属材料；所述硒源活化器的表面设置有n个螺旋状凹槽，其中，n≥3。/n

【技术特征摘要】
1.一种硒源蒸发活化处理设备，包括硒源蒸发装置和硒源活化装置，其中，所述硒源活化装置包括：
硒源活化腔室，所述硒源活化腔室的一侧设置有活化腔室入口，与所述硒源蒸发装置出口相连；与所述硒源活化腔室的一侧相对的另一侧设置有活化腔室出口；
硒源活化器，设置于所述硒源活化腔室内部，用于有效活化所述硒源装置中的硒源蒸发出来的硒蒸气；
其中，所述硒源活化腔室和所述硒源活化器的制备材料均为非金属材料；所述硒源活化器的表面设置有n个螺旋状凹槽，其中，n≥3。


2.根据权利要求1所述的硒源蒸发活化处理设备，其中，所述硒源活化装置还包括：
加热单元，包裹于所述硒源活化腔室的外侧，用于对所述硒源活化腔室进行加热；
第一保温单元，包裹于所述加热单元的外侧，用于维持所述硒源活化腔室的温度。


3.根据权利要求要求2所述的硒源蒸发活化处理设备，其中，所述加热单元由钽丝或钼丝上下连续弯曲围成空心圆柱筒状。


4.根据权利要求2所述的硒源蒸发活化处理设备，其中，所述第一保温单元外侧设置有小孔，用于通过外部加热电路对所述加热单元进行加热；所述第一保温单元包括k层金属保温材料，其中，k≥5。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘玮，姚毅峰，张运祥，孙云，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津;12