[实用新型]一种处理制备CIGS太阳能电池吸收层的硒化炉

说明书

技术领域

本实用新型涉及到一种处理制备CIGS太阳能电池吸收层的硒化炉，特别涉及一种采用固态硒源法对柔性CIGS太阳能电池预制层连续式快速硒化处理形成吸收层的硒化炉。

背景技术

太阳能取之不尽、清洁无污染且随处可得。在当今世界面临能源危机、环境污染、全球变暖的背景下，利用太阳能取代传统能源是解决能源危机的有效途径之一。太阳能电池是一种将太阳能转换为电能的装置。太阳能电池的推广应用关键在于成本的降低。太阳能电池的成本包括材料的消耗、制备仪器、生产耗时和生产耗能。相对单晶硅、多晶硅太阳能电池，薄膜电池其所使用的原材料量很少，故原材料供给的短缺造成价格暴涨的现象发生的概率较低，因此薄膜电池非常有望实现低价高效的目标。其中，铜铟镓硒(CuIn1-xGaxSe2或者CIGS)薄膜被看作是所有薄膜太阳电池技术中最有希望实现低价、高效、性能稳定的光伏材料。原因主要有以下几点：1)CIGS的带隙可以调控，达到与太阳光谱相匹配的数值；2)CIGS薄膜太阳电池的性能非常稳定，具有很强的抗辐射能力，非常适合作为空间卫星的发电部件；3)CIGS薄膜是一种直接带隙化合物半导体材料，对太阳光的吸收系数很高；4)更重要的是，在各种材料的薄膜电池和薄膜光伏组件中，CIGS薄膜太阳电池都取得了最高的转换效率。

吸收层铜铟镓硒薄膜是CIGS太阳能电池的核心部分，吸收层的制备方法称为电池的技术路线。目前效率处于领先状态的CIGS太阳能电池都是在真空条件下获得，如多元共蒸法和磁控溅射后硒化法。虽然这些真空沉积技术能够制备出转换效率高的CIGS薄膜电池，但是精密的真空设备需要很大的设备投资，生产周期长，这使得电池的生产成本较高。相对真空技术，非真空技术如电沉积、丝网印刷、喷涂热解等，其设备投资小、原料利用高、生长速度快。因此，低成本的非真空技术的开发受到热捧。无论是磁控溅射法还是非真空方法制备的CIGS薄膜，要想获得高质量的吸收层，必须将制备具有一定比例的Cu、In、Ga或Cu、In、Ga、Se前驱膜在Se气氛中高温退火处理(硒化处理)以形成具有较高结晶质量的CIGS薄膜。用于硒化处理的装置称为硒化炉，现有的硒化炉都是基于玻璃衬底CIGS太阳能电池分批式封闭热处理炉。在该方案中，数片表面沉积有前驱膜的衬底分层置于硒化炉中，然后在低于1℃/s升温速率下加热到450～600℃在H₂Se或Se气氛中反应30分钟到数小时之间。该分批式封闭硒化炉的问题是，每批次都要经过抽真空、加热、保温、降温过程，周期长、能耗大，对于提高生产效率降低生产成本不利。美国专利5578503中描述了现有技术方法采用快速热处理(RTP)的硒化方案，方案中将带有前驱膜的衬底置于快速退火炉中以较快的速率10℃/s升到反应温度。虽然提高了升温速率但是该设计还是分批式处理方式，且每次只能放置一片衬底。

太阳能电池的发展方向之一是柔性太阳能电池，因为以柔性材料为衬底的电池质量轻、便于携带运输、应用范围广，而且可以实现卷对卷大面积连续生产。为实现柔性太阳能电池的卷绕生产，现有生产工艺和设备都将要进行相应的调整和改造。上述针对硬质衬底的分批式封闭硒化炉显然不能实现柔性电池的连续化卷绕生产。中国专利CN中提供了一种可以进行卷对卷反应的快速热处理装置。该方案中供应腔、接收腔和反应腔相连通，反应过程可以在预制层由供应腔传送到接收腔的过程进行，也可以多次往返过程中进行。该方案虽然可实现卷绕式的硒化处理，但是需要将覆有预制层的衬底放置于供应腔中或接收腔中与外界隔离，因此不能实现在线硒化处理。且该方案不能对衬底背面进行保护，在硒化过程中衬底会与硒反应。