基于硒等离子体制备铜铟镓硒薄膜及光伏薄膜电池的设备制造技术

本发明专利技术公开了一种基于硒等离子体制备铜铟镓硒薄膜及光伏薄膜电池的设备，利用悬浮偏压电子枪、强流离子源、高精度阻热蒸发源组合制备铜铟镓硒光伏薄膜，包括：蒸发源室；离子源，用以离化工作气体使其处于等离子体态，以向蒸发源室内提供该等离子体；电子枪，用以蒸发硒材料以于蒸发源室内产生硒蒸气，其坩埚接正偏压，使工作气体在电离过程中所产生的电子云与硒蒸气相互碰撞，产生硒等离子体；及蒸发源，置于所述蒸发源室中，用于在硒等离子体气氛下，分别蒸发铜、铟、镓金属材料，以在基片上沉积铜铟镓硒光伏薄膜。采用该设备降低了铜铟镓硒薄膜生长过程中硒化温度，提高了铜铟镓硒薄膜各种材料比例精度，实现了大面积均匀制备铜铟镓硒薄膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光伏
，尤其涉及一种基于硒等离子体制备铜铟镓硒光伏薄膜 的设备。
技术介绍
铜铟镓硒薄膜太阳能电池具有高的转换效率、低成本、性能稳定并可以大规模工 业化等优点，而成为国际光伏界研究热点之一，即将成为下一代有竞争力的商品化薄膜太 阳能电池。特别随着工艺技术的发展与进步，将成为太阳能电池发展的一个非常重要的方 向。铜铟镓硒薄膜是一种由化合物铜铟镓硒薄膜半导体材料。它的禁带宽度可在 1. 02-1. 7eV之间调节(CuIrvxGaxSe2,0 ^ χ ^ 0. 3) 可见光吸收率高达105/cm，对太阳光 谱的响应覆盖函数高。厚度2 μ m，在500纳米可以吸收99%的太阳光。因此，它已成为光 伏电池中最佳的吸收材料之一。目前，铜铟镓硒光伏薄膜的制备方法已有不少报道，如真空方法溅射法、蒸发法 与非真空方法电化学沉积法，热解喷射发等。目前，非真空方法，实际利用还有很多技术问 题需要克服。而采用真空的方法如共蒸发和溅射金属预置层后硒化已经被产业界所接受。 但目前共蒸发与溅射的设备，沉积时衬底温度一般高于500°C，很难保证在大面积下沉积铜 铟镓硒薄膜的均勻性。基于现有技术的上述缺陷，本领域技术人员渴望一种制备铜铟镓硒薄膜的设备， 通过此设备在低于550°C硒化温度条件下制备材料比例精度高大面积均勻的铜铟镓硒薄膜。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提出一种基于硒等离子体制备铜铟镓硒光伏薄 膜的设备，以克服现有技术的设备沉积时衬底温度过高，无法实现在大面积基片上沉积铜 铟镓硒薄膜的缺陷。为实现上述目的，本专利技术提出一种制备铜铟镓硒光伏薄膜的设备，包括蒸发源 室；离子源，用以离化工作气体使其处于等离子体态，以向蒸发源室内提供该等离子体；电 子枪，用以蒸发硒材料以于蒸发源室内产生硒蒸气，其坩埚接正偏压，使工作气体在电离过 程中所产生的电子云与硒蒸气相互碰撞，产生硒等离子体；以及蒸发源，置于所述蒸发源室 中，用于在硒等离子体气氛下，分别蒸发铜、铟、镓金属材料，以在基片上沉积铜铟镓硒光伏 薄膜。其中，所述离子源放电电流为0 500A ；放电电压为80 500V。其中，所述电子枪加速电压DC-5 -25KV ；束流为0 4A ；所述坩埚偏压为80 500V。其中，所述蒸发源加热温度≤I8OO0C ；控温精度士0. 1°C。其中，还包括一薄膜沉积室，位于所述蒸发源室上方，其底部与所述蒸发源室顶部 连接，所述薄膜沉积室底部具有一基片架，所述坩埚位于所述蒸发源室底部并位于所述基 片架的中心位置的正下方，所述坩埚与所述基片架的中心位置连线构成一垂直轴线。其中，所述离子源设置于所述蒸发源室外壁并接入所述蒸发源室，所述电子枪设 置于所述蒸发源室外壁并倾斜接入所述蒸发源室，以使所述电子枪射出的电子朝向所述坩 埚方向，所述电子枪与所述离子源之间成一角度布局，所述蒸发源为多个，所述多个蒸发源 沿所述轴线圆周分布并指向所述基片架的中心位置。其中，所述离子源设置于所述蒸发源室内，所述电子枪倾斜设置于所述蒸发源室 内，以使所述电子枪射出的电子朝向所述坩埚方向，所述电子枪与所述离子源之间成一角 度布局，所述蒸发源为多个，所述多个蒸发源沿所述轴线圆周分布并指向基片架中心位置。其中，所述蒸发源较佳为3至7个。其中，基片上沉积铜铟镓硒光伏薄膜的温度为25 500°C。而且，为实现上述目的，本专利技术还提出一种制备铜铟镓硒光伏薄膜电池的设备，包 括上述的制备铜铟镓硒光伏薄膜的设备。本专利技术的效果本专利技术的设备采用悬浮偏压电子枪与强流离子源组合工作，制备硒等离子气氛环 境，利用硒离化后活性增强，降低了硒化温度。并且，在硒等离子体气氛背压环境下，采用高 精度阻热蒸发源蒸镀铜、铟、镓材料，在加热到硒化温度的大面积基片上制备了高质量多晶 铜铟镓硒薄膜，材料比例精度高、均勻多晶，克服了现有技术的设备无法制备大面积均勻的 铜铟镓硒薄膜的缺陷。附图说明 图1为本专利技术铜铟镓硒光伏薄膜制备设备示意图； 图2为本专利技术铜铟镓硒光伏薄膜制备设备A-A’处的剖视图； 图3为本专利技术铜铟镓硒光伏薄膜制备设备蒸发源室部分的仰视示意图 其中，附图标记2.基片架5.高精度阻热蒸发源 8.烘烤系统 30.过渡室1.强流离子源 4.气动真空锁 7.悬浮偏压电子枪 20.薄膜沉积室3.石英晶体测厚探头 6.悬浮偏压坩埚 10.蒸发源室 40.可加热基片拖动装置具体实施例方式本专利技术中是采用悬浮偏压电子枪、强流离子源、高精度阻热蒸发源相结合制备大 面积铜铟镓硒光伏薄膜的设备，于其中，本专利技术是利用悬浮偏压电子枪与强流离子源相结 合制备硒等离子体。本专利技术首先提出了一种制备硒等离子体的设备，图1为本专利技术铜铟镓硒光伏薄膜 制备设备示意图；图2为本专利技术铜铟镓硒光伏薄膜制备设备A-A’处的剖视图，如图1及图 2所示，该设备包括一蒸发源室10、一悬浮偏压电子枪7、一强流离子源1以及高精度阻热 蒸发源5。其中，所述强流离子源1 (型号为QLL-120)，用以将工作气体离化，使工作气体处于等离子态，以向蒸发源室内提供该等离子体，强流离子源1放电电流为0 500A ；放电电 压为80 500V ；所述悬浮偏压电子枪7用以蒸发硒材料以于蒸发源室10内产生硒蒸气，其 悬浮偏压坩埚6接正偏压，使工作气体在电离过程中所产生的电子云在悬浮偏压坩埚6接 正偏压电场的作用下与硒蒸气相互碰撞，使硒离化产生硒等离子体。悬浮偏压电子枪7加 速电压DC-5 -25KV ；束流为0 4A ；悬浮偏压电子枪7的坩埚偏压为80 500V。进一步，基于上述，本专利技术提出了制备铜铟镓硒光伏薄膜的设备，包括一蒸发源室10，其中，蒸发源室10为真空环境，极限真空度为5 X IO-4Pa,工作真空 度为 2 X ICT2Pa l(T3Pa。强流离子源1 (型号为QLL-120)，用以将工作气体离化，使工作气体处于等离子 态，以向蒸发源室内提供该等离子体；其中，强流离子源1放电电流为O 500A ；放电电压 为80 500V，所述工作气体较佳为惰性气体。悬浮偏压电子枪7，用以于蒸发源室10内蒸发硒材料产生硒蒸气，其悬浮偏压坩 埚6接正偏压，使工作气体在电离过程中所产生的电子云与硒蒸气相互碰撞，产生硒等离 子体；其中，悬浮偏压电子枪7的加速电压DC-5 -25KV ；束流为0 4A ；悬浮偏压电子枪 7的悬浮偏压坩埚6的偏压为80 500V。高精度阻热蒸发源5，置于所述蒸发源室10中，用于在硒等离子体气氛下，分别蒸 发铜、铟、镓金属材料，以在基片上沉积铜铟镓硒光伏薄膜；其中，高精度阻热蒸发源5的加 热温度彡18000C ；控温精度士0. 1°C。薄膜沉积室20，位于蒸发源室10上方，其底部与所述蒸发源室10顶部连接，用于 在基片上沉积铜铟镓硒薄膜。薄膜沉积室20为真空环境，极限真空度为5 X IO-4Pa,工作真 空度为2X10_2Pa 10_3Pa;薄膜沉积室20内置烘烤系统8，后面安装分子泵抽气系统，烘 烤系统8可将薄膜沉积环境加热到室温 500°C。薄膜沉积室20底部具有一基片架2，所 述悬浮偏压坩埚6位于所述蒸发源室10底部并位于所述基片架2的中心位置的正下方，所 述悬浮偏压坩埚6与所述基片架2的中心位置连线构成一垂直轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备铜铟镓硒光伏薄膜的设备，其特征在于，包括：蒸发源室；离子源，用以离化工作气体使其处于等离子体态，以向蒸发源室内提供该等离子体；电子枪，用以蒸发硒材料以于蒸发源室内产生硒蒸气，其坩埚接正偏压，使工作气体在电离过程中所产生的电子云与硒蒸气相互碰撞，产生硒等离子体；以及蒸发源，置于所述蒸发源室中，用于在硒等离子体气氛下，分别蒸发铜、铟、镓金属材料，以在基片上沉积铜铟镓硒光伏薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何整风，傅正文，
申请(专利权)人：何整风，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]