[发明专利]一种线性蒸发源装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种蒸发源装置，尤其涉及一种铜铟镓硒薄膜电池工艺中的线性蒸发源装置。

背景技术

铜铟镓硒薄膜太阳能电池具有高的光电转换效率，以及较低的制作成本，而且性能稳定，不会发生光诱导衰变，价格也低于传统的晶体硅电池，因而成为各国太阳能电池材料的研究热点之一。

铜铟镓硒薄膜太阳能电池主要由玻璃衬底、钼背电极、铜铟镓硒吸收层、缓冲层、窗口层、减反射层和铝电极组成，其中铜铟镓硒吸收层是太阳能电池中的核心材料，制备高效铜铟镓硒电池的关键技术之一是要获得高质量的吸收层。铜铟镓硒薄膜的制备方法多种多样，主要的制备方法大致可以归结为真空制备技术和非真空制备技术两大类。真空制备技术主要有多源共蒸发技术、溅射技术、分子束外延技术、化学气相沉积技术等；而非真空制备技术包括电沉积、旋涂法和丝网印刷等方法。虽然铜铟镓硒薄膜的制备方法多种多样，但仅有多源共蒸发法和溅射后硒化法能够制得高效率的铜铟镓硒太阳能电池。多源共蒸发法和溅射后硒化法在日本、美国、德国无论是实验室还是在生产线上都有采用。

溅射后硒化法工艺相对简单，可以在大面积玻璃衬底上溅射金属合金层，可以精确控制各组分元素的比例，后硒化材料可以采用气态或固态的硒源，制备的薄膜性能优良，适合大面积开发；多源共蒸发法，即将制备薄膜所需的铜、铟、镓、硒原料在真空环境中加热共蒸发，通过不同元素的组合反应而制备薄膜电池吸收层的工艺方法，其特点是小面积薄膜质量好，膜厚与带隙容易控制，电池效率较高，但大面积多源共蒸发时，对蒸发设备要求苛刻，蒸发过程不易控制，且均匀性不好把握，薄膜中元素分布与带隙梯度就更不易控制。在多源共蒸发的过程中，会使用到蒸发源装置对蒸发源进行蒸发，且蒸发源装置性能的好坏直接影响到玻璃基板镀膜层厚度的均匀性，因此，选择好的蒸发源装置是确保玻璃基板镀膜层具有均匀性的重要条件之一。

目前根据蒸发源的不同，可分为点源式与线源式两种。其中，点源式只有45%的材料利用率，且点源与玻璃之间必须保持较大的距离才能保证镀膜的均匀性，无法对超过1.5米的玻璃进行镀膜，而且，膜厚均匀性对点源的蒸发量有极高的要求；而线源式的材料利用率大于70%，线源与玻璃之间的距离只需保持很小，且玻璃越长，其材料利用率越高，膜厚均匀性对线源的蒸发量要求较小。

现有的蒸发源装置是把所有的待蒸物质集中置于蒸发源装置的加热腔内，然后通过蒸发源装置的加热板把加热腔内的物质进行加热蒸发形成蒸发物质，蒸发物质通过蒸发源装置的蒸发源喷嘴后向四周扩散，扩散的蒸发物质贴附于玻璃基板以实现玻璃基板的镀膜。目前，线源的膜厚均匀性能达到±1%，但是随着使用次数的增加，蒸发材料会在喷嘴上沉积，时间久了就会出现部分喷嘴孔径变小，继而在正常工艺过程中的原料蒸发量不足设定量，导致膜厚均匀性变差。由于现有的蒸发源装置采用一个加热源1对材料腔室8进行加热（如图1所示），而这种方法容易导致材料腔室温度不均匀，从而使得蒸发物质的浓度不均匀，而且，由于长时间使用而导致的蒸发源喷嘴堵塞现象无法得到改善。

因此，亟需一种能为玻璃基板的均匀性镀膜提供优异条件的线性蒸发源装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种线性蒸发源装置，其结构简单，通过分区控温的方式来解决铜铟镓硒共蒸发工艺中因线源长时间使用后部分喷嘴堵塞而引起的膜厚均匀性变差的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种线性蒸发源装置，用于在基板上沉积薄膜，包括：材料腔室、喷嘴盖和加热源等，所述喷嘴盖位于所述材料腔室的上方并具有多个喷嘴，所述加热源的数量为两个或两个以上，均匀分布在所述材料腔室的下方，且每个所述加热源具有独立的控温系统。所述控温系统包括电压源、操作系统和显示屏等，可分别通过各个操作系统控制相应电压源的输出电压。

优选的，所述线性蒸发源装置还包括膜厚检测装置，所述膜厚检测装置与所述加热源一一对应，设置在所述喷嘴盖的上方靠近所述基板的位置，用于实时监测所述基板上薄膜沉积厚度。所述膜厚检测装置优选为晶振传感器。

优选的，所述线性蒸发源装置还包括温度传感器，所述温度传感器与所述加热源一一对应，设置于所述材料腔室的内壁上；所述控温系统与所述膜厚检测装置以及所述温度传感器电性连接，所述控温系统根据所述膜厚检测装置反馈的膜厚以及所述温度传感器反馈的温度自动调整施加到所述加热源上的电压。

相邻两个所述加热源的间距为其自身宽度的一半；所述加热源优选为加热丝或加热丝阵列。此时，所谓宽度即加热丝的直径或加热丝阵列的宽度。

所述喷嘴的形状为孔状和缝状中的一种或两种，由所述喷嘴盖上凸伸出。