專利名稱：半導(dǎo)體薄膜太陽能電池的制造系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏太陽能電池制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種半導(dǎo)體薄膜太陽能電 池，特別是銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的制造系統(tǒng)和制造方法。
背景技術(shù)：
隨著能源消耗的不斷增加，作為能源的主要來源，石油和煤炭的大量使用所導(dǎo) 致的二氧化碳排放嚴(yán)重地污染生態(tài)環(huán)境，而且石油和煤炭資源也面臨枯竭的境地，因 此，尋求低碳排放而又取之不盡的可再生能源變得越來越緊迫，基于光伏效應(yīng)的太陽能 電池正是這樣一種可再生新能源。當(dāng)前，人們對(duì)太陽能的開發(fā)和利用日趨重視，市場對(duì) 更大面積、更輕更薄且生產(chǎn)成本更低的新型太陽能電池的需求日益增加。在這些新型太 陽能電池中，近年來開發(fā)出來的基于硅材料的合金薄膜太陽能電池，例如非晶硅和碲化 鎘薄膜太陽能電池，以其用硅量少、低成本、低能耗和高量產(chǎn)等特性，已成為太陽能電 池發(fā)展的新趨勢(shì)和新熱點(diǎn)。雖然薄膜太陽能電池具有上述優(yōu)勢(shì)，但是非晶硅薄膜太陽能 電池有光電轉(zhuǎn)換效率低和穩(wěn)定性欠佳等缺點(diǎn)；而碲化鎘薄膜太陽能電池則有環(huán)保要求對(duì) 鎘金屬的使用限制。
近年來，學(xué)術(shù)界又研制出了基于半導(dǎo)體銅銦鎵硒等化合物(CuInGaSe2, CIGS) 的薄膜太陽能電池。銅銦鎵硒薄膜太陽能電池具有生產(chǎn)成本低、污染小、不衰退、性能 穩(wěn)定、抗輻射能力強(qiáng)、弱光性能好等特點(diǎn)，光電轉(zhuǎn)換效率居各種薄膜太陽能電池之首， 接近于目前市場主流產(chǎn)品晶體硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，而成本則是晶體硅電池的三分 之一，被國際上稱為“下一時(shí)代非常有前途的新型廉價(jià)薄膜太陽能電池”。此外，該電 池具有柔和、均勻的黑色外觀，是對(duì)外觀有較高要求場所的理想選擇，如大型建筑物的 玻璃幕墻等，在現(xiàn)代化高層建筑等領(lǐng)域有很大市場，無論是在地面陽光發(fā)電還是在空間 微小衛(wèi)星動(dòng)力電源的應(yīng)用上具有廣闊的市場前景。
銅銦鎵硒化合物吸收薄膜的制造方法大體可分為兩種，共蒸發(fā)法和預(yù)制體薄膜 +硒化二步法。共蒸發(fā)法是直接一步的方法制備出高質(zhì)量并有能帶梯度的黃銅礦結(jié)構(gòu)的 CIGS晶體薄膜。然而，為了獲得高質(zhì)量的CIGS薄膜，共蒸發(fā)一步法實(shí)質(zhì)上涉及了形成 In(Ga)2Se3,富銅CIGS及少銅CIGS三個(gè)階段，最終達(dá)到銅原子百分比為23.5%，銦原子 百分比為19.5%，鎵原子百分比為7%，硒原子百分比為50%的CIGS薄膜。顯然，共 蒸發(fā)法不僅要求隨時(shí)間而變的精準(zhǔn)的蒸發(fā)速度配比，而且要求玻璃基板被加熱到420 600對(duì)溫度控制的要求苛刻，因?yàn)槊慨?dāng)銅源溫度波動(dòng)20°C時(shí)，會(huì)導(dǎo)致50%銅蒸發(fā)速 度的變化，難以形成大規(guī)模低成本量產(chǎn)。
另一種方法，預(yù)制體薄膜+硒化二步法是在玻璃基片保持在室溫的情況下制得 含銅、銦、鎵的前驅(qū)體薄膜，然后把玻璃基片加熱到400 600°C下進(jìn)行硒化反應(yīng)形成 CIGS多晶薄膜。該方法較共蒸發(fā)法更簡便易于大規(guī)模生產(chǎn)控制。在該方法中，前驅(qū)體 薄膜可以采用熱蒸發(fā)，或磁控濺射，或是納米油墨涂覆等方法連續(xù)制備。硒化反應(yīng)通常 是在真空或惰性氣氛室中，采用硒化氫或硒蒸氣作為反應(yīng)氣體，于400 600°C下進(jìn)行。為了增加產(chǎn)量，多片預(yù)制體基片可進(jìn)行間歇式一次硒化或把多片預(yù)制體分別置于疊層式 硒化腔體中進(jìn)行。無論采用何種硒化反應(yīng)方式，以往的硒化過程在真空腔室中都要經(jīng)歷 一個(gè)升溫和降溫的過程，通過調(diào)節(jié)爐體內(nèi)的電加熱功率來控制爐體內(nèi)溫度，爐體溫度變 化可表現(xiàn)為一條經(jīng)歷升溫、恒溫和降溫的工藝曲線，如150°C (恒溫5分鐘)、3200C (恒 溫5分鐘)、420°C (恒溫15分鐘)和550°C (恒溫15分鐘)。這種升降溫方式雖然簡便 易于實(shí)現(xiàn)，但升溫和降溫過程會(huì)有很大的溫度沖擊和波動(dòng)，恒溫過程中的溫度穩(wěn)定性和 平穩(wěn)性較差，而且升降溫都需要很長時(shí)間，無法做到快速連續(xù)生產(chǎn)，每一個(gè)升/降溫周 期還會(huì)帶來額外的能量損耗。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體薄膜太陽能電池的制造系統(tǒng)和方法， 能夠在熱化學(xué)反應(yīng)生成化合物薄膜的過程中提供連續(xù)、平穩(wěn)的變溫反應(yīng)條件，特別適合 于高量產(chǎn)、連續(xù)、平穩(wěn)地制造銅銦鎵硒多晶薄膜太陽能吸收層。
—方面，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體薄膜太陽能電池的制造系統(tǒng)，包括
具有復(fù)數(shù)個(gè)固定溫區(qū)的通道式多溫區(qū)加熱裝置；
由復(fù)數(shù)個(gè)可調(diào)節(jié)氣氛的熱化學(xué)反應(yīng)容器組成的生產(chǎn)線；以及
旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和控制部件，所述控制部件控制所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述生產(chǎn)線上的熱 化學(xué)反應(yīng)容器順序通過所述通道式多溫區(qū)加熱裝置的復(fù)數(shù)個(gè)固定溫區(qū)。
可選的，所述生產(chǎn)線固定不動(dòng)，所述控制部件控制所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述通道 式多溫區(qū)加熱裝置沿著生產(chǎn)線移動(dòng)。
可選的，所述通道式多溫區(qū)加熱裝置固定不動(dòng)，所述控制部件控制所述旋轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)線移動(dòng)。
可選的，所述生產(chǎn)線為圓形，所述通道式多溫區(qū)加熱裝置為圓弧形。
可選的，所述生產(chǎn)線為類似田徑場形狀的直線與圓形相結(jié)合的形式，或任何圓 弧與直線首位相連的形式。
可選的，所述通道式多溫區(qū)加熱裝置為直線型或圓弧形。
可選的，所述氣氛包括硒化氫、硫化氫、有機(jī)硒化物、有機(jī)硫化物、高溫硒蒸 氣、高溫硫蒸氣，以及惰性氣體中的兩種或多種的混合氣體。
另一方面，本發(fā)明提供了另一種半導(dǎo)體薄膜太陽能電池的制造方法，包括
在導(dǎo)電電極上通過物理鍍膜法制備化合物半導(dǎo)體前驅(qū)體；
把載有所述化合物半導(dǎo)體前驅(qū)體的基片置于一氣氛可調(diào)的反應(yīng)容器；
由復(fù)數(shù)個(gè)所述反應(yīng)容器組成的生產(chǎn)線依次經(jīng)過具有復(fù)數(shù)個(gè)固定溫區(qū)的通道式多 溫區(qū)加熱裝置；
隨著所述生產(chǎn)線與所述通道式多溫區(qū)加熱裝置的相對(duì)移動(dòng)，所述反應(yīng)容器內(nèi)的 基片經(jīng)歷升降溫過程而完成制造半導(dǎo)體薄膜太陽能電池所需的熱化學(xué)反應(yīng)。
可選的，所述生產(chǎn)線固定不動(dòng)，利用控制部件控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述通道式多 溫區(qū)加熱裝置沿著所述生產(chǎn)線移動(dòng)。
可選的，所述通道式多溫區(qū)加熱裝置固定不動(dòng)，控制部件控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所 述生產(chǎn)線移動(dòng)。
可選的，所述生產(chǎn)線為圓形，所述通道式多溫區(qū)加熱裝置為圓弧形。
可選的，所述生產(chǎn)線為類似田徑場形狀的直線與圓相結(jié)合的形式，或任何圓弧 與直線首位相連的形式，所述通道式多溫區(qū)加熱裝置為直線型或圓弧形。
可選的，所述復(fù)數(shù)個(gè)固定溫區(qū)包括升溫區(qū)、合金化區(qū)、硒化區(qū)、硫化區(qū)和退火 區(qū)。
可選的，所述反應(yīng)容器為耐溫耐腐蝕的石英玻璃或金屬盒體。
可選的，所述物理鍍膜法包括真空熱鍍膜法、磁控濺射法、電化學(xué)鍍膜法或濕 法涂覆法。
可選的，所述濕法涂覆法包括旋涂、噴涂、絲印、滴涂、浸涂等印刷方法。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明的半導(dǎo)體薄膜太陽能電池的制造系統(tǒng)和方法為具有升降溫過程的熱化學(xué) 反應(yīng)提供了新的和更為優(yōu)良的工藝手段。本發(fā)明的半導(dǎo)體薄膜太陽能電池的制造系統(tǒng)采 用通道式多溫區(qū)加熱裝置，該裝置具有多個(gè)其溫度根據(jù)工藝要求而設(shè)定的固定溫區(qū)，每 個(gè)溫區(qū)內(nèi)溫度恒定。反應(yīng)容器通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與通道式多溫區(qū)加熱裝置做相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 反應(yīng)容器按照預(yù)先設(shè)定的速度依次進(jìn)入通道式多溫區(qū)加熱裝置，順序經(jīng)過每個(gè)溫度恒定 的溫區(qū)后再走出通道式多溫區(qū)加熱裝置，這樣，每個(gè)反應(yīng)容器內(nèi)的需要進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng) 的襯底、基材或玻璃基片都能夠連續(xù)、依次經(jīng)過每個(gè)溫度恒定的溫區(qū)，在每個(gè)恒溫區(qū)內(nèi) 進(jìn)行相應(yīng)的、溫度波動(dòng)最小的工藝操作。經(jīng)過了每個(gè)恒溫區(qū)之后也就完成了與升降溫工 藝條件相對(duì)應(yīng)的整個(gè)熱化學(xué)反應(yīng)過程。本發(fā)明的半導(dǎo)體薄膜太陽能電池的制造系統(tǒng)和方 法避免了傳統(tǒng)的在同一個(gè)反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行變溫操作時(shí)升降溫過程的溫度波動(dòng)和沖擊，使每 個(gè)反應(yīng)容器內(nèi)的襯底、基材或玻璃基片得以平穩(wěn)地獲得升/降溫，熱化學(xué)反應(yīng)條件更加 優(yōu)化，特別適用于CIGS薄膜太陽能電池制造過程中的硒化熱化學(xué)反應(yīng)。而且，由于沒有 了升降溫過程，大大節(jié)省了升降溫所需的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。此外，本發(fā)明半導(dǎo)體 薄膜太陽能電池的制造系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可放置眾多反應(yīng)容器，每個(gè)反應(yīng)容器中又可放置 眾多玻璃基片等基材，配合進(jìn)入通道式多溫區(qū)加熱裝置之前的裝片操作和走出多溫區(qū)加 熱裝置之后的卸片操作，使本發(fā)明能夠高產(chǎn)量、連續(xù)不間斷地制造CIGS多晶薄膜，極大 地提高了產(chǎn)能，符合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的需要。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目 的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意 按比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。
圖1為說明一般在同一反應(yīng)室內(nèi)執(zhí)行變溫工藝的溫度曲線；
圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體薄膜太陽能電池制造系統(tǒng)示意圖3為說明本發(fā)明的變溫工藝的溫度曲線；
圖4為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體薄膜太陽能電池制造系統(tǒng)示意圖。
所述示圖是說明性的，而非限制性的，在此不能過度限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā) 明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解 本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可 以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。特別說明的是，本發(fā)明不但特別適用于 CIGS多晶薄膜太陽能電池的硒化熱化學(xué)反應(yīng)，而且適用于其他任何需要變溫的熱化學(xué)反 應(yīng)。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
根據(jù)制備CIGS多晶薄膜太陽能電池的硒化熱化學(xué)反應(yīng)的要求不同，熱化學(xué)反應(yīng) 的溫度及某一特定溫度下所經(jīng)歷的時(shí)間也不同。圖1為說明一般在同一反應(yīng)室內(nèi)執(zhí)行變 溫工藝的溫度曲線。具體而言，圖1是進(jìn)行銅銦鎵硒化熱化學(xué)反應(yīng)的一種溫度曲線，如 圖1所示，在鍍鉬的玻璃基片上蒸鍍一層銅銦(1 1)金屬預(yù)制體，之后將玻璃基片升溫 至150°C并保持5分鐘以去除所吸附的水或氧。然后基片在反應(yīng)容器中被進(jìn)一步加熱至 320°C并保持5分鐘以使銅-銦金屬充分合金化。之后反應(yīng)容器在通入HJe的情況下升 溫至420°C并保持20分鐘以促使銅-銦合金硒化形成初始銅銦硒化物半導(dǎo)體薄膜。為了 制備適合于太陽能電池的薄膜，有必要對(duì)所形成的初始銅銦硒化物進(jìn)一步升溫至550°C并 保持15分鐘以促使微晶性銅銦硒化物薄膜長成大粒多晶銅銦硒化物薄膜。經(jīng)過約25分鐘 的退火降溫后(小于80°C)，熱硒化反應(yīng)所形成的銅銦硒薄膜基片即已形成并可從反應(yīng)容 器中取出為下一步工藝備用。實(shí)現(xiàn)圖1所示的升/降溫?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)的一般途徑是將裝有 基片的反應(yīng)容器置于一個(gè)反應(yīng)室內(nèi)，利用加熱元件通過電功率控制使反應(yīng)室內(nèi)的溫度升 高或降低，從而使反應(yīng)容器內(nèi)的基片經(jīng)歷變溫過程。然而，由于電功率控制的加熱元件 隨時(shí)間按工藝要求變溫時(shí)，會(huì)不可避免地產(chǎn)生大幅度的溫度沖擊和波動(dòng)fe25°C，如Tl、 T2、T3和T4處的曲線所示)。這種大幅度的溫度振蕩往往導(dǎo)致最終太陽能電池單片內(nèi) 不同區(qū)域的質(zhì)量不均勻，以及片與片之間的質(zhì)量差異，甚至是玻璃基片的變形。所有這 些都將導(dǎo)致低良率而影響高量產(chǎn)。
本發(fā)明的半導(dǎo)體薄膜太陽能電池的制造系統(tǒng)和方法為具有升降溫過程的熱化學(xué) 反應(yīng)，特別是本文關(guān)注的硒化熱化學(xué)反應(yīng)提供了新的和更為優(yōu)良的工藝手段。圖2為根 據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體薄膜太陽能電池制造系統(tǒng)示意圖。如圖2所示，本發(fā)明的 半導(dǎo)體薄膜太陽能電池制造系統(tǒng)包括一個(gè)長徑比很大的通道式多溫區(qū)加熱裝置70 ；多個(gè) 用于容納太陽能薄膜玻璃基片的熱化學(xué)反應(yīng)容器71 ；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)72，通過連接桿78帶動(dòng)反 應(yīng)容器71在軌道上運(yùn)行；用于控制氣氛(如真空、惰性氣體或反應(yīng)氣體)的供氣站73; 用于控制通道式多溫區(qū)加熱裝置70和熱化學(xué)反應(yīng)容器71之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的控制站74 ； 用于人工或自動(dòng)向反應(yīng)容器71內(nèi)裝片的裝片區(qū)75和從反應(yīng)容器71中取出基片的卸片區(qū) 76。此外，為顧及環(huán)境和操作人員的安全，本發(fā)明的半導(dǎo)體薄膜太陽能電池制造系統(tǒng)還 可包括尾氣處理系統(tǒng)和相應(yīng)的安全傳感器檢測器。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)應(yīng)圖1中變溫工藝的溫度曲線，在所述通道式多溫區(qū) 加熱裝置70內(nèi)設(shè)置多個(gè)特定溫度的溫區(qū)，反應(yīng)容器71按箭頭方向依次順序通過各個(gè)溫 區(qū)。即Tl區(qū)、T2區(qū)、T3區(qū)、T4區(qū)禾ΠΤ5區(qū)，每個(gè)溫區(qū)內(nèi)溫度恒定。分別為，Tl區(qū) 去濕脫氧區(qū)，溫度設(shè)定為150°C，在這個(gè)溫區(qū)內(nèi)，玻璃基片在真空下的反應(yīng)容器內(nèi)被加熱 至150°C; T2區(qū)合金化區(qū)，溫度設(shè)定為320°C，在這個(gè)溫區(qū)內(nèi)，玻璃基片上的預(yù)制體金屬進(jìn)一步合金化；T3區(qū)硒化熱化學(xué)反應(yīng)區(qū)，溫度設(shè)定為420°C，在這個(gè)溫區(qū)內(nèi)，預(yù) 制體硒化反應(yīng)成銅銦硒化物半導(dǎo)體薄膜；T4區(qū)結(jié)晶完善區(qū)，溫度設(shè)定為550°C，在這 個(gè)溫區(qū)內(nèi)，半導(dǎo)體薄膜結(jié)晶晶粒形成大晶粒felym) ； T5區(qū)退火降溫區(qū)，溫度設(shè)定為 80°C左右，在這個(gè)溫區(qū)內(nèi)，玻璃基片降溫退火以備出片。
通道式多溫區(qū)加熱裝置70內(nèi)可以容納很多彼此間隔的熱化學(xué)反應(yīng)容器71，較為 合適的數(shù)量為3 3000個(gè)，一般為5 500個(gè)，顯然，根據(jù)通道式多溫區(qū)加熱裝置70所 覆蓋的反應(yīng)容器71的數(shù)量，其長度可相應(yīng)變化。因此無論通道式多溫區(qū)加熱裝置70的 長度為多少，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。較合適的長度為5 500米，長度越長，所容 納或覆蓋的反應(yīng)容器越多，單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量越大。通道式多溫區(qū)加熱裝置70內(nèi)固定溫 區(qū)的數(shù)量根據(jù)實(shí)際的工藝要求設(shè)定，根據(jù)反應(yīng)時(shí)間的要求設(shè)定每個(gè)溫區(qū)的長度。根據(jù)本 實(shí)施例，玻璃基片在Tl區(qū)、T2區(qū)、T3區(qū)、T4區(qū)和T5區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間分別為5分鐘、5分鐘、20分鐘、15分鐘和15分鐘。Tl區(qū)、T2區(qū)、T3區(qū)、T4區(qū)和T5區(qū)的長度根據(jù) 基片的停留時(shí)間而定，通過控制站74控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)72轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，以合適的速度令反應(yīng) 容器71通道內(nèi)的各個(gè)溫區(qū)中運(yùn)行，以滿足工藝要求。圖3為說明本發(fā)明的變溫工藝的溫 度曲線。由圖3可以看出，本發(fā)明的變溫過程無需升降溫，而是逐步平穩(wěn)經(jīng)過各個(gè)不同 溫區(qū)，每個(gè)溫區(qū)溫度基本恒定，基本不存在溫度波動(dòng)。當(dāng)載有預(yù)制體的反應(yīng)容器71以一 定的速度緩慢通過各個(gè)溫區(qū)時(shí)，則實(shí)現(xiàn)了升降溫過程，反應(yīng)容器71內(nèi)的玻璃基片在升降 溫過程中的溫度波動(dòng)趨于最小(小于3 5°C )。而且省去了常規(guī)加熱的升降溫時(shí)間，提 高了生產(chǎn)效率。
本發(fā)明的通道式多溫區(qū)加熱裝置70包括加熱元件、保溫爐體、控溫部件，運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)軌等。加熱元件可采用燃燒點(diǎn)火加溫或更為方便的電加熱加溫。其它的加熱方式如感 應(yīng)加熱、微波加熱等也可使用。因化學(xué)反應(yīng)通常在200 60(TC，通道式多溫區(qū)加熱裝 置70需要良好地保溫，所適合的材料一般可為任何兼具力學(xué)強(qiáng)度和隔熱的材料，例如陶 瓷、玻璃、磚瓦、多層石墨或陶瓷纖維棉等?？販夭考话阌蓽囟鹊臋z測、顯示、設(shè)定 及控制等部分組成。本領(lǐng)域中的一般技術(shù)人員都可以建立并實(shí)現(xiàn)這樣的控溫部件。
需要說明的是，上述各個(gè)溫區(qū)的設(shè)定是制備銅銦硒化物半導(dǎo)體薄膜的一個(gè)例子， 根據(jù)不同的半導(dǎo)體薄膜要求，各個(gè)特定的溫度可相應(yīng)改變，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍。
通道式多溫區(qū)加熱裝置70和硒化反應(yīng)容器71之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一種方式是把 多個(gè)反應(yīng)容器71安裝在耐熱材料軸或球，如氧化鋁，或瓷軸(或瓷球)在軌道上滾動(dòng)使 反應(yīng)容器71運(yùn)動(dòng)通過通道式多溫區(qū)加熱裝置70。產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的另一種方式是在固定硒 化反應(yīng)容器不動(dòng)的情況下，使通道式多溫區(qū)加熱裝置運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)省降溫過程。
圖4為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體薄膜太陽能電池制造系統(tǒng)示意圖。圖4 所示即為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的通道式多溫區(qū)加熱裝置移動(dòng)的半導(dǎo)體薄膜太陽能電池制造 系統(tǒng)。如圖4所示，本實(shí)施例中，控制部件控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)通道式多溫區(qū)加熱裝置80 在軌道82上以一定速度緩慢移動(dòng)，如箭頭所示，熱化反應(yīng)容器81依次順序經(jīng)過各個(gè)恒溫 區(qū)，氣源區(qū)87為反應(yīng)容器81提供各種氣氛，真空系統(tǒng)86提供真空環(huán)境，操作人員85執(zhí) 行裝片和卸片的操作，尾氣處理系統(tǒng)84對(duì)廢氣進(jìn)行處理。由于硒化反應(yīng)容器81通常連 接有真空、惰性氣體、反應(yīng)氣體和尾氣出口等管路，更為適宜的方式是使通道式多溫區(qū) 加熱裝置80移動(dòng)。因此，在通道式多溫區(qū)加熱裝置80下安裝導(dǎo)軌82使其象有軌電動(dòng)火車或內(nèi)燃機(jī)車一樣運(yùn)行為本發(fā)明優(yōu)選的運(yùn)動(dòng)方式。
由于采用固定溫區(qū)的通道式多溫區(qū)加熱裝置，當(dāng)其與硒化反應(yīng)容器作相對(duì)運(yùn)動(dòng) 時(shí)，爐體內(nèi)的硒化反應(yīng)容器得以獲得升降溫。因?yàn)闋t體內(nèi)的各個(gè)溫區(qū)溫度恒定，故而每 個(gè)反應(yīng)容器所經(jīng)歷的溫度波動(dòng)最小。此處的溫度波動(dòng)是指設(shè)定溫度和實(shí)際溫度之間的差 異。當(dāng)一個(gè)加熱元件要隨時(shí)間而調(diào)節(jié)不同的溫度時(shí)，不可避免地要產(chǎn)生溫度沖擊或振 蕩，導(dǎo)致設(shè)定值與實(shí)際值之間的差異。而當(dāng)一個(gè)加熱元件無需隨時(shí)間調(diào)節(jié)不同溫度時(shí)， 此時(shí)的加熱元件維持一個(gè)給定熱量的穩(wěn)定態(tài)，使設(shè)定值和實(shí)際值之間的溫度差異最小， 最有利于達(dá)到高良率生產(chǎn)。
本發(fā)明并不排除通道式多溫區(qū)加熱裝置與硒化反應(yīng)裝置之間作直線運(yùn)動(dòng)，即直 線運(yùn)動(dòng)式通道式多溫區(qū)加熱裝置。為了達(dá)到連續(xù)不間斷高量產(chǎn)，最優(yōu)選的方式是反應(yīng)容 器首位相連，排列為圓形生產(chǎn)線，通道式多溫區(qū)加熱裝置為圓弧形，如圖2所示。也可 以是田徑場形狀的直線與圓相結(jié)合，或是任何圓弧與直線首位相連的生產(chǎn)線。首尾相連 的最大好處是反應(yīng)容器和通道式多溫區(qū)加熱裝置之間能夠循環(huán)往復(fù)、周而復(fù)始地連續(xù)運(yùn) 行，不間斷生產(chǎn)。
根據(jù)生產(chǎn)量的要求不同，首尾相連的生產(chǎn)線的長度可為20 500米，較適合的 總長度為30 300米?？紤]到裝片和卸片，首尾相連的生產(chǎn)線設(shè)置有裝片區(qū)，用于裝 入預(yù)制體玻璃基片并進(jìn)行必要的檢漏等檢測，安全檢查及熱化學(xué)預(yù)備工作；卸片區(qū)，用 于基片降溫和開盒卸片；通道式多溫區(qū)加熱裝置所在的區(qū)域可稱為熱化學(xué)反應(yīng)區(qū)或硒化 區(qū)，用于進(jìn)行有效的熱化學(xué)反應(yīng)或硒化反應(yīng)。
反應(yīng)容器包括耐溫耐化學(xué)腐蝕的腔體和用于玻璃基片裝卸的門，以及用于抽真 空和控制氣氛的進(jìn)出管路。較為適宜的腔體和門的材料可采用耐溫耐腐蝕的不銹鋼或石 英玻璃，剛玉等?？紤]到力學(xué)強(qiáng)度、成本和加工簡便，優(yōu)選為不銹鋼。為了增加溫度的 平緩性及減少鐵對(duì)半導(dǎo)體表面的可能污染，反應(yīng)容器內(nèi)襯可選用石英玻璃、陶瓷或石墨 作為內(nèi)襯。
許多材料都可以作為薄膜太陽能電池的玻璃基片，如鈉-堿玻璃具有成本低的 特點(diǎn)，且鈉-堿玻璃中鈉元素還可微量摻雜銅銦硒或銅銦鎵硒，促使微晶的長大，有利 于電池性能的提高。為了形成背電極導(dǎo)電層、金屬層，如鉬、鈦、鉻或其它合金，可采 用物理鍍膜的方法，如磁控濺射、真空蒸鍍法，獲得兼具導(dǎo)電和反光功能的背電極。根 據(jù)本發(fā)明，基片還可以使用金屬柔性基材，如不銹鋼或鋁箔等。為便于電池模板的疊層 串接，通常先在金屬柔性基材表面生長一層電絕緣材料膜，如二氧化硅，然后再利用物 理鍍膜的方式形成反光背電極。除此之外，還可以使用聚合物薄膜作為基材，考慮到耐 熱要求，目前適合的聚合物為聚酰亞胺、聚酰醚胺、聚砜亞胺等。反光導(dǎo)電電極金屬可 鍍?cè)诰酆衔镆幻?，或更好是鍍?cè)诰酆衔锏膬擅妫栽黾幽蜔嵝?，避免基材變形?br> 本發(fā)明所指的半導(dǎo)體是指IB-IIIA-VIA，其中典型如Culn&、CuInSe2> CuIn1^xGaxSe2 > CuIn1^xS2 > CuIn1_xGaxSe2_ySy, (x = 0 l，y = 0 2)。本發(fā)明所指的 半導(dǎo)體還可以是III-V半導(dǎo)體，如GaAs，InP等。為獲得這些化合物半導(dǎo)體，可先制得 它們的前驅(qū)體，即含所有或大部分元素的金屬或化合物前驅(qū)體薄膜，然后再把這些前驅(qū) 體加熱，同時(shí)通入反應(yīng)氣體，如壓3、H2Se> H3P> H3AS等，形成化合物半導(dǎo)體。
原則上所有薄膜制備方法皆可作為前驅(qū)體的制造方法，較為適宜的方法有磁控濺射、蒸鍍、電鍍、納米粒子涂覆，甚或溶液涂覆印刷法。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限 制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述 揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等 效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí) 施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體薄膜太陽能電池的制造系統(tǒng)，其特征在于包括具有復(fù)數(shù)個(gè)固定溫區(qū)的通道式多溫區(qū)加熱裝置；由復(fù)數(shù)個(gè)可調(diào)節(jié)氣氛的熱化學(xué)反應(yīng)容器組成的生產(chǎn)線；以及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和控制部件，所述控制部件控制所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述生產(chǎn)線上的熱化學(xué) 反應(yīng)容器順序通過所述通道式多溫區(qū)加熱裝置的復(fù)數(shù)個(gè)固定溫區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述生產(chǎn)線固定不動(dòng)，所述控制部件控 制所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述通道式多溫區(qū)加熱裝置沿著生產(chǎn)線移動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述通道式多溫區(qū)加熱裝置固定不動(dòng)， 所述控制部件控制所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)線移動(dòng)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述生產(chǎn)線為圓形，所述通道式多溫 區(qū)加熱裝置為圓弧形。
5.如權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述生產(chǎn)線為類似田徑場形狀的直線 與圓形相結(jié)合的形式，或任何圓弧與直線首位相連的形式。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于所述通道式多溫區(qū)加熱裝置為直線型或 圓弧形。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述氣氛包括硒化氫、硫化氫、有機(jī)硒 化物、有機(jī)硫化物、高溫硒蒸氣、高溫硫蒸氣，以及惰性氣體中的兩種或多種的混合氣 體。
8.一種半導(dǎo)體薄膜太陽能電池的制造方法，其特征在于包括在導(dǎo)電電極上通過物理鍍膜法制備化合物半導(dǎo)體前驅(qū)體；把載有所述化合物半導(dǎo)體前驅(qū)體的基片置于一氣氛可調(diào)的反應(yīng)容器；由復(fù)數(shù)個(gè)所述反應(yīng)容器組成的生產(chǎn)線依次經(jīng)過具有復(fù)數(shù)個(gè)固定溫區(qū)的通道式多溫區(qū) 加熱裝置；隨著所述生產(chǎn)線與所述通道式多溫區(qū)加熱裝置的相對(duì)移動(dòng)，所述反應(yīng)容器內(nèi)的基片 經(jīng)歷升降溫過程而完成制造半導(dǎo)體薄膜太陽能電池所需的熱化學(xué)反應(yīng)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述生產(chǎn)線固定不動(dòng)，利用控制部件控 制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述通道式多溫區(qū)加熱裝置沿著所述生產(chǎn)線移動(dòng)。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述通道式多溫區(qū)加熱裝置固定不動(dòng)， 控制部件控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述生產(chǎn)線移動(dòng)。
11.如權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于所述生產(chǎn)線為圓形，所述通道式多 溫區(qū)加熱裝置為圓弧形。
12.如權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于所述生產(chǎn)線為類似田徑場形狀的直 線與圓相結(jié)合的形式，或任何圓弧與直線首位相連的形式，所述通道式多溫區(qū)加熱裝置 為直線型或圓弧形。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述復(fù)數(shù)個(gè)固定溫區(qū)包括升溫區(qū)、合金 化區(qū)、硒化區(qū)、硫化區(qū)和退火區(qū)。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述反應(yīng)容器為耐溫耐腐蝕的石英玻璃 或金屬盒體。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述物理鍍膜法包括真空熱鍍膜法、磁控濺射法、電化學(xué)鍍膜法或濕法涂覆法。
16.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述濕法涂覆法包括旋涂、噴涂、絲 印、滴涂、浸涂等印刷方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體薄膜太陽能電池的制造系統(tǒng)和方法，能夠在熱化學(xué)反應(yīng)生成化合物薄膜的過程中提供連續(xù)、平穩(wěn)的熱化學(xué)變溫反應(yīng)條件，特別適合于高量產(chǎn)、連續(xù)、穩(wěn)定可控地制造銅銦鎵硒多晶薄膜太陽能電池的吸收層。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102024870SQ20101014989
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者李曉常, 林朝暉 申請(qǐng)人:福建歐德生光電科技有限公司