[发明专利]制造CIGS薄膜太阳能电池的吸收层的反应装置及方法

权利要求书

1.制造CIGS薄膜太阳能电池吸收层的反应装置，其特征在于，包括

一供应室，用于提供制造CIGS薄膜太阳能电池的柔性衬底，所述柔性衬底上沉积有预置层，该供应室具有一可密闭的供应腔室；

一反应室，通过硒化反应在所述柔性衬底上制成CIGS半导体吸收层，具有一横向贯设于其内且可密闭的反应通道，所述反应通道沿所述柔性衬底进入方向分为预热区、反应区和冷却区；

一收料室，用于收纳沉积有吸收层的柔性衬底，具有一可密闭的收料腔室；

以及一控制系统，包括设置于与所述供应室、反应室和收料室相连的气体管路上并可控制气体进出的多个阀门以及可检测所述供应室、反应室和收料室内气体状态的检测组件；

所述供应腔室的出口端连接于所述反应通道的入口端，所述收料腔室的入口端连接于所述反应通道的出口端，所述供应腔室、所述反应通道和所述收料腔室依次连通构造成一个密闭空间；

所述反应区密闭连接有一可动态调节所述反应区内气体状态的气体平衡器。

2.根据权利要求1所述的制造CIGS薄膜太阳能电池吸收层的反应装置，其特征在于：所述气体平衡器与所述反应区通过一气阀连接，保持动态平衡，若反应区内的气体压力高于气体平衡器中的压力时，气阀打开，气体从反应区流入气体平衡器，反之，气体从气体平衡器流入反应区。

3.根据权利要求1或2所述的制造CIGS薄膜太阳能电池吸收层的反应装置，其特征在于：所述气体平衡器与所述反应区的容积比在0.1:1.0至1.0:0.1之间。

4.根据权利要求1所述的制造CIGS薄膜太阳能电池吸收层的反应装置，其特征在于：所述气体平衡器与反应室具有相同的温度和压力。

5.根据权利要求1所述的制造CIGS薄膜太阳能电池吸收层的反应装置，其特征在于：所述反应通道从底部到顶部的高度在3mm至12mm之间。

6.根据权利要求1所述的制造CIGS薄膜太阳能电池吸收层的反应装置，其特征在于：所述供应室和所述收料室分别与可将所述密闭空间空抽真空的真空泵连接。

7.根据权利要求1或2所述的制造CIGS薄膜太阳能电池吸收层的反应装置，其特征在于：所述反应通道的入口端和出口端分别设有可用于调节或支撑所述柔性衬底并可将所述反应通道密封且成对设置的入口传动辊和出口传动辊，所述入口传动辊和所述出口传动辊分别连接有可带动其移动和转动的入口驱动元件和出口驱动元件，该入口驱动元件和出口驱动元件均与所述控制系统连接并受其控制。

8.根据权利要求3所述的制造CIGS薄膜太阳能电池吸收层的反应装置，其特征在于：所述反应通道内还设有多对可夹紧所述柔性衬底并使其移动的辅助辊轮，所述辅助辊轮对称分布于所述气体平衡器于所述反应通道连接处的两侧。

9.根据权利要求1所述的制造CIGS薄膜太阳能电池吸收层的反应装置，其特征在于：所述反应室的预热区和反应区以及所述气体平衡器的外围均分别设有加热组件和保温隔热材料。

10.根据权利要求1或2所述的制造CIGS薄膜太阳能电池吸收层的反应装置，其特征在于：所述反应通道设置成先上行后下行的结构。

11.根据权利要求10所述的制造CIGS薄膜太阳能电池吸收层的反应装置，其特征在于：所述反应通道的拐角处角度设置在15°-45°之间。

12.根据权利要求10所述的制造CIGS薄膜太阳能电池吸收层的反应装置，其特征在于：所述反应通道内设置有用于调节所述柔性衬底膨胀间隙的张紧调节装置，该调节装置包括多个调节辊轮，各调节滚轮设置于所述反应通道内拐弯处，且与所述柔性衬底顶触，各调节滚轮均连接有可驱动其径向移动且由所述控制系统控制的调节动力元件。

13.根据权利要求1所述的制造CIGS薄膜太阳能电池吸收层的反应装置，其特征在于：所述检测组件包括可检测所述反应通道内气体温度的温度传感器，可检测所述反应通道内气体浓度的浓度检测器和检测气体压力的压力传感器。

14.采用权利要求1-13中任一项所述的制造CIGS薄膜太阳能电池吸收层的反应装置制造CIGS薄膜太阳能电池的吸收层的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

1）上料：将缠绕为卷状且沉积有预置层的柔性衬底安置于所述供应室内，其中，该预置层至少包含一种IB族元素、一种IIIA族元素和一种VIA族元素，为以下材料之一：Cu/In/Ga/Se或Cu/In/Cu/Ga/Se或Cu-In/Ga/Se或Cu-Ga/In/Se或Cu/In-Ga/Se或Cu/Ga/Cu/In/Se或Cu/Ga/In/Se或Cu-Ga/Cu-In/Se或Cu-Ga/Cu-In/Ga/Se或Cu/Cu-In/Ga/Se、或Cu-Ga/In/In-Ga/Se；

2）定位：将沉积有预置层的柔性衬底的一端由所述供应室内的出口端展开依次进入反应室内的反应通道和所述收料室，并于所述收料室内形成卷绕；

3）抽真空：对所述供应室的供应腔室、所述反应通道和收料腔室依次连通构造成的密闭空间抽真空，其真空度在10^-7Torr至10^-2Torr之间；

4)进气:向上述抽过真空的密闭空间内通入惰性气体；

5）升温：对通入反应通道内的反应气体升温，并保持预置层的柔性衬底的温度在350℃至650℃之间;

6）蒸发反应：将沉积有预置层的柔性衬底依次通过反应通道上的预热区、反应区和冷却区，沉积有预置层的柔性衬底通过预热区和反应区时，VIA族元素,与预置层中包含的IB族元素和IIIA族元素反应形成CIGS半导体。或通入H₂S气体或者H₂Se和H₂S的混合气体与预置层中包含的IB族元素和IIIA族元素反应,以提高CIGS吸收层的质量；

7）平衡气体：控制系统检测所述反应区内的反应气体浓度，并与预先设定的反应气体浓度比对，若比对数值偏低，则气体平衡器中的反应气体渗入到所述反应区内，反之，所述反应区内的反应气体渗透到所述气体平衡器中；

8）冷却：沉积有吸收层的柔性衬底通过冷却区时，将沉积有吸收层的柔性衬底自然冷却；

9）收料：沉积有吸收层的柔性衬底经过冷却后，在所述收料室内缠绕成卷。