專利名稱：一種銅銦硒基太陽能薄膜電池光吸收層均勻硒化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬太陽能電池材料領(lǐng)域，涉及一種銅銦硒基太陽能薄 膜電池光吸收層均勻硒化裝置。
背景技術(shù)：
銅銦硒基m-VI族化合物半導(dǎo)體(CuInSe2，以下簡稱CIS)具有 大的光吸收系數(shù)和適當?shù)慕麕挾龋侵苽浔∧ぬ柲茈姵氐墓馕?層的最佳候選材料之一。目前，多采用金屬預(yù)制膜后硒化法制備CIS 光吸收層，即先制備Cu、 In或Cu、 In、 Ga合金膜，然后在高溫硒氣 氛下進行退火，通過硒化反應(yīng)制備CIS光吸收層。廣泛使用的Cu、 In或Cu、 In、 Ga合金膜硒化裝置為雙區(qū)快速加熱爐(如圖1)，即在 低溫區(qū)將硒蒸發(fā)，然后通過載氣(Ar、 N2等惰性氣體)將硒蒸汽輸 運到高溫區(qū)與合金膜發(fā)生硒化反應(yīng)，生成CIS光吸收層，該裝置為專 用裝置，造價較高，且需要雙區(qū)加熱，并在硒化過程中持續(xù)通入載氣， 存在資源浪費問題，增加了制備成本。因此要求提供一種單區(qū)加熱硒 化裝置，該裝置通過平衡孔使硒蒸氣均勻分布在樣品表面，使金屬預(yù) 制膜均勻硒化，同時可與其它真空退火裝置配合使用，不需要專用的 抽氣系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，且硒化過程不需要通入載氣，裝置通用性強。 實用新型內(nèi)容本實用新型的目的為了實現(xiàn)背景技術(shù)要求不需要專用的抽氣系 統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，硒化過程不需要通入載氣，并且可與其它真空退火裝 置配合使用的單區(qū)加熱硒化裝置，提供一種銅銦硒基太陽能薄膜電池 光吸收層均勻硒化裝置，其特征在于，裝置由硒化腔和上蓋兩部分組 成，兩部分均用石英加工而成，并通過磨口密封。硒化腔由硒化腔石
英壁8，石英隔板9，石英舟12構(gòu)成，石英隔板9放置在硒化腔石英 壁8中部的內(nèi)平臺'上，硒化腔石英壁8的底部為環(huán)形的石英舟12， 石英隔板9中心開一'個樣品窗口 IO作為樣品架，樣品7在樣品窗口 10處放置于石英隔板9上，在樣品窗口 10周圍有10 30個平衡孔 11，硒化腔石英壁8上端外側(cè)面為磨砂面，可與上蓋部分緊密配合， 起到密封效果，以免高溫時硒蒸汽進入真空室，污染設(shè)備。真空設(shè)備 加熱器置于石英舟12之下，可以利用加熱器周向熱量加熱石英舟12 內(nèi)的硒粉7，產(chǎn)生硒蒸氣。
上蓋部分由上蓋石英壁13、冷卻頸14和冷卻管15三部分組成。 冷卻頸14和上蓋石英壁13上的小孔通過焊接連接，冷卻頸14和冷 卻管15相接。上蓋石英壁13開口端內(nèi)側(cè)面為磨砂面，用于和硒化腔 石英壁8上端外側(cè)面的磨砂面緊密配合，起到密封效果。冷卻管15 的另一端為真空抽氣口 16，與真空系統(tǒng)相接。
所述平衡孔11的直徑為1 2mm，均勻分布與石英隔板9的樣品 窗U IO周圍。
所述冷卻頸12和冷卻管13為同一根石英細管，冷卻管13為同心盤繞的石英細管，每圈石英管間距為1 2mm。
高溫下，硒的蒸汽壓很高，平衡孔11將部分硒蒸氣釋放，可以使 樣品表面硒蒸氣分布均勻，避免樣品表面硒濃度過高，硒化反應(yīng)劇烈， 表面粗化嚴重，造成樣品表面硒化不均勻。冷卻頸14和冷卻管15用 于冷卻硒蒸氣，防止硒蒸氣進入真空腔體，污染設(shè)備。通過冷卻頸 14的高度和冷卻管15孔徑以及長度的組合，可以有效控制硒化腔中 硒氣氛進入真空腔體。另外通過冷卻管15及冷卻頸14將硒化腔中的 空氣抽出，保持硒化腔的真空狀態(tài)。
本實用新型的有益效果為，其裝置為單區(qū)加熱硒化裝置，能夠 提供充足的硒原子，滿足金屬預(yù)制膜的硒化。在樣品窗口周圍的多個 平衡孔釋放部分硒蒸氣，使樣品表面硒蒸氣分布均勻，獲得均勻硒化 的太陽能薄膜電池光吸收層?？膳c其它真空退火裝置配合使用，不需 要專用的抽氣系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，且硒化過程不需要通入載氣，通用性 強，結(jié)構(gòu)簡單。
圖l為雙區(qū)快速加熱爐示意圖； 圖2為本實用新型設(shè)計原理示意圖； 圖3為冷卻管示意圖。
圖中，l為硒粉加熱器，2為硒腔高溫區(qū)加熱器，3為載氣入口， 4為載氣出口， 5為抽氣口， 6為硒粉，7為樣品，8為硒化腔石英壁， 9為石英隔板，IO為樣品窗口， ll為平衡孔，12為石英舟，13為上蓋石英壁，14為冷卻頸，15為冷卻管，16為真空抽氣口。 具休實施方式
如圖2所示，銅銦硒基太陽能薄膜電池光吸收層均勻硒化裝置由 硒化腔和上蓋兩部分組成，兩部分均用石英加工而成，并通過磨口密 封。硒化腔由硒化腔石英壁8，石英隔板9，石英舟12構(gòu)成，石英隔 板9放置在硒化腔石英壁8中部的內(nèi)平臺上，硒化腔石英壁8的底部 為環(huán)形的石英舟12，石英隔板9中心開一個樣品窗口 IO作為樣品架， 樣品7在樣品窗口 10處放置于石英隔板9上，在樣品架周圍有12個 平衡孔11，硒化腔石英壁8上端外側(cè)面為磨砂面，町與上蓋部分緊 密配合，起到密封效果，以免高溫時硒蒸汽進入真空室，污染設(shè)備。 真空設(shè)備加熱器置于石英舟12之下，可以利用加熱器周向熱量加熱 石英舟12內(nèi)的硒粉7，產(chǎn)生硒蒸氣。上蓋部分由上蓋石英壁13、冷 卻頸14和冷卻管15三部分組成。冷卻頸14和上蓋石英壁13上的小 孔通過焊接連接，冷卻頸14和冷卻管15相接。上蓋石英壁13開口 端內(nèi)側(cè)面為磨砂面，用于和硒化腔石英壁8上端外側(cè)面的磨砂面緊密 配合，起到密封效果。冷卻管'15的另一端為真空抽氣口 16，與真空 系統(tǒng)相接。
高溫T',硒的蒸汽壓很高，為了避免樣品表面硒濃度過髙，硒化 反應(yīng)劇烈，表面粗化嚴重，使樣品表面硒蒸氣分布均勻，釆用直徑為 1.5mm的12個平衡孔11均勻分布與石英隔板9的樣品窗口 IO周圍， 將部分硒蒸氣釋放，避免樣品表面硒化不均勻。如圖3所示，冷卻管15為同心盤繞著的石英細管，每圈石英管間距為2mm。通過冷卻頸 14的髙度和冷卻管15孔徑以及長度的組合，可以有效控制硒化腔中 硒氣氛進入真空腔體。另外通過冷卻管15及冷卻頸14將硒化腔中的 空氣抽出，保持硒化腔的真空狀態(tài)。 硒化操作步驟如下
(1) 將硒化腔固定在真空設(shè)備加熱器上，將硒粉6裝入石英舟 12，將樣品7放置在石英隔板9上，將上蓋蓋在硒化腔上，使上蓋石 英壁12和硒化腔石英壁8通過磨面形成緊密配合；
(2) 將硒化腔中的空氣通過上蓋的冷卻管15抽出，保持硒化腔 的真空狀態(tài)。加熱硒化腔中硒粉6，硒粉6受熱產(chǎn)生硒蒸氣， 一定溫 度下，硒化腔中硒蒸氣壓恒定，能夠為金屬膜硒化提供充足的硒原子；
(3) 在樣品7完成金屬膜硒化后，降低設(shè)備溫度，當溫度低于 150'C時，打開設(shè)備和上蓋，取出樣品。為防止硒蒸氣進入空氣，要 避免髙溫時打開設(shè)備和上蓋。
本實用新型的特點為，硒化腔石英壁的底部為環(huán)形的石英舟，硒 粉均勻分布于硒化腔底部的環(huán)形的石英舟內(nèi)，樣品置于硒化腔中部石 英隔板的中心位置，使樣品表面硒蒸氣分布均勻；樣品周圍均勻分布 的平衡孔將部分硒蒸氣釋放，避免樣品表面硒濃度過高，硒化反應(yīng)劇 烈，表面粗化嚴重，造成樣品表面硒化不均勻。因此可獲得均勻硒化 的太陽能薄膜電池光吸收層。
本實用新型用于銅銦硒基太陽能薄膜電池光吸收層硒化工藝。
權(quán)利要求1.一種銅銦硒基太陽能薄膜電池光吸收層均勻硒化裝置，其特征在于，所述銅銦硒錫基太陽能薄膜電池光吸收層均勻硒化裝置由硒化腔和上蓋兩部分組成，硒化腔由硒化腔石英壁(8)，石英隔板(9)，石英舟(12)構(gòu)成，石英隔板(9)放置在硒化腔石英壁(8)中部的內(nèi)平臺上，硒化腔石英壁(8)的底部為環(huán)形的石英舟(12)，石英隔板(9)中心開一個樣品窗口(10)作為樣品架，樣品(7)在樣品窗口(10)處放置于石英隔板(9)上，在樣品窗口(10)周圍有10～30個平衡孔(11)，硒化腔石英壁(8)上端外側(cè)面為磨砂面，真空設(shè)備加熱器置于石英舟(12)之下；上蓋部分由上蓋石英壁(13)、冷卻頸(14)和冷卻管(15)三部分組成，冷卻頸(14)和上蓋石英壁(13)上的小孔通過焊接連接，冷卻頸(14)和冷卻管(15)相接，上蓋石英壁(13)開口端內(nèi)側(cè)面為磨砂面，冷卻管(15)的另一端為真空抽氣口(16)，與真空系統(tǒng)相接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅銦硒基太陽能薄膜電池光吸收 層均勻硒化裝置，其特征在于，所述平衡孔(11)的直徑.為1 2mm， 均勻分布于石英隔板(9)的樣品窗口 (10)周圍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅銦硒基太陽能薄膜電池光吸收 層均勻硒化裝置，其特征在于，所述冷卻頸(14)和冷卻管(15)為同一根石英細管，冷卻管(15)為同心盤繞的石英細管，每圈石英管 間距為1 2mm。
專利摘要本實用新型公開一種銅銦硒基太陽能薄膜電池光吸收層均勻硒化裝置，屬太陽能電池材料領(lǐng)域。裝置由硒化腔和上蓋兩部分組成，兩部分均用石英加工而成，并通過磨口密封。樣品放置于硒化腔內(nèi)的石英隔板中心的樣品窗口上，冷卻頸和上蓋石英壁上的小孔通過焊接連接，冷卻頸和冷卻管相接。本實用新型為單區(qū)加熱硒化裝置，能夠提供充足的硒原子，其特點是，在樣品窗口周圍的多個平衡孔釋放部分硒蒸氣，使樣品表面硒蒸氣分布均勻，獲得均勻硒化的太陽能薄膜電池光吸收層。本實用新型可與其它真空退火裝置配合使用，不需要專用的抽氣系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，且硒化過程不需要通入載氣，通用性強，結(jié)構(gòu)簡單，用于銅銦硒基太陽能薄膜電池光吸收層硒化工藝。
文檔編號H01L31/18GK201332103SQ20082012458
公開日2009年10月21日 申請日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者古宏偉, 飛 屈, 楊發(fā)強 申請人:北京有色金屬研究總院