本發(fā)明涉及太陽(yáng)能技術(shù)，尤其涉及薄膜太陽(yáng)能電池氟化鉀膜層沉積和擴(kuò)散裝置及其方法。

背景技術(shù)：

銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池具有生產(chǎn)成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等顯著特點(diǎn)，光電轉(zhuǎn)換效率居各種薄膜太陽(yáng)能電池之首，接近于晶體硅太陽(yáng)能電池，而成本則是晶體硅電池的三分之一，被國(guó)際上稱為新型薄膜太陽(yáng)能電池，但是其對(duì)工藝和制備條件的要求較高。

具體地說(shuō)，銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池由四層薄膜組成，在基片上的第一層薄膜為底電極，通常使用的是鉬。第二層為銅銦鎵硒薄膜，稱為吸收層。這層是用來(lái)轉(zhuǎn)換所吸收的光子為自由電子，它是決定電池轉(zhuǎn)換效率最關(guān)鍵的膜層。第三層為聯(lián)接層(即硫化隔層)，第四層為頂電極(TCO)。

近期的研究表明，在銅銦鎵硒電池的吸收層加入鉀元素，會(huì)減少硫化鎘層與銅銦鎵硒交界處的電子復(fù)合，極大地改善P-N結(jié)的質(zhì)量，會(huì)提高Voc和FF(電壓和填充因子)，從而提高電池的轉(zhuǎn)換效率。

目前采用加入氟化鉀的方式有兩種，第一種采用高溫蒸發(fā)氟化鉀，使氟化鉀高溫進(jìn)行蒸發(fā)，基片在滾輪的帶動(dòng)下向前運(yùn)動(dòng)時(shí)吸附在吸收層上面，然后進(jìn)行后序的熱處理，這種方法雖然可行，能使鉀元素滲入吸收層上面，但是設(shè)備復(fù)雜，使用的成本高，且不容易控制氟化鉀的揮發(fā)量，存在著不足，第二種是采用濺射法，利用帶電離子在電磁場(chǎng)的作用下獲得足夠的能量，轟擊靶材，從靶材表面被賤射出來(lái)的氟化鉀射向吸收層，在吸收層上形成薄膜，但是濺射法存在的問(wèn)題是靶材容易吸水，不容易保持干燥，同樣存在著不足，不能靈活的滿足生產(chǎn)的需求。

綜上所述，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，特別需要薄膜太陽(yáng)能電池氟化鉀膜層沉積和擴(kuò)散裝置及其方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供薄膜太陽(yáng)能電池氟化鉀膜層沉積和擴(kuò)散裝置及其方法，通過(guò)采用液化的氟化鉀噴灑在吸收層上，干燥后進(jìn)行后熱處理，較大地簡(jiǎn)化了裝置的設(shè)計(jì)與制造，同時(shí)也簡(jiǎn)化了氟化鉀的膜層沉積工藝。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是，

一種薄膜太陽(yáng)能電池氟化鉀膜層沉積和擴(kuò)散裝置，包括有氟化鉀噴灑腔，氟化鉀噴灑腔連接后熱處理腔；

氟化鉀噴灑腔的一側(cè)在電池基片移動(dòng)方向上方安裝有將霧狀氟化鉀液體直接均勻的噴灑在電池基片上的銅銦鎵硒吸收層的氟化鉀溶液噴嘴，氟化鉀溶液噴嘴呈線形分布；

后熱處理腔在電池基片移動(dòng)方向的上下兩端安裝有高溫加熱器。

進(jìn)一步，氟化鉀噴灑腔的另一側(cè)上下兩端均安裝有在電池基片經(jīng)氟化鉀溶液噴嘴均勻噴灑氟化鉀后進(jìn)行干燥的水蒸氣揮發(fā)加熱器，氟化鉀液體經(jīng)水蒸氣揮發(fā)加熱器后在銅銦鎵硒吸收層上形成厚度為5納米-30納米的氟化鉀固體膜層。

進(jìn)一步，后熱處理腔設(shè)置有便于在硒氣氛中使鉀離子擴(kuò)散進(jìn)入銅銦鎵硒吸收層的硒蒸氣噴口，硒蒸氣噴口呈線形分布。

進(jìn)一步，氟化鉀膜層沉積裝置依次設(shè)置的進(jìn)片腔、高溫硒化/硫化腔、硒化/硫化冷卻腔，氟化鉀噴灑腔、后熱處理腔、冷卻出片腔內(nèi)部均安裝有便于基片移動(dòng)的滾輪，進(jìn)片腔、高溫硒化/硫化腔、硒化/硫化冷卻腔、氟化鉀噴灑腔、后熱處理腔、冷卻出片腔均安裝有隔離閥門。

進(jìn)一步，硒化/硫化冷卻腔、氟化鉀噴灑腔、后熱處理腔、冷卻出片腔的頂部均安裝有保護(hù)氣體進(jìn)口，硒化/硫化冷卻腔、氟化鉀噴灑腔、后熱處理腔、冷卻出片腔的底部均安裝有排氣口。

本發(fā)明還提供了一種薄膜太陽(yáng)能電池氟化鉀膜層沉積和擴(kuò)散方法，電池基片在硒化/硫化冷卻腔完成硒化工藝或硒化/硫化工藝的電池基片的銅銦鎵硒吸收層進(jìn)入氟化鉀噴灑腔，氟化鉀噴灑腔內(nèi)的線性氟化鉀溶液噴嘴噴灑出霧狀氟化鉀液體，電池基片在滾輪的帶動(dòng)下進(jìn)行直線移動(dòng)，氟化鉀液體在銅銦鎵硒吸收層上均勻的形成一層氟化鉀液體層，氟化鉀液體層經(jīng)過(guò)水蒸氣揮 發(fā)加熱器可以將噴灑后有液膜快速烘干，氟化鉀液體層揮發(fā)水分形成氟化鉀膜層后，電池基片進(jìn)入后熱處理腔進(jìn)行加溫?zé)崽幚恚魵鈬娍趪姵鑫魵猓尰谖鴼夥罩惺光涬x子擴(kuò)散至整個(gè)銅銦鎵硒吸收層，電池基片在后熱處理腔內(nèi)往復(fù)移動(dòng)，使電池基片有較好的熱均勻性，也含有較好的硒沉積均勻性，改善銅銦鎵硒晶粒之間晶界的結(jié)合狀態(tài)，減少了電子的復(fù)合，電池基片最后通過(guò)冷卻出片腔將電池基片冷卻，使電池基片冷卻至90度以下，完成氟化鉀膜層噴涂工藝。

進(jìn)一步，氟化鉀液體層的厚度可由改變電池基片移動(dòng)速度，或基片往復(fù)移動(dòng)，或調(diào)節(jié)噴嘴的噴射量，或調(diào)節(jié)氟化鉀溶液的濃度來(lái)改變。

進(jìn)一步，氟化鉀液體層在快速烘干時(shí)電池基片的溫度控制在200度以下。

進(jìn)一步，電池基片在后熱處理腔內(nèi)的溫度控制在300～500℃之間，熱處理時(shí)間控制在5分鐘-50分鐘。

進(jìn)一步，后熱處理腔內(nèi)的氣體為真空腔體，真空度在≤200Torr，后熱處理腔內(nèi)的氣體為保護(hù)氣體氛圍，即1個(gè)大氣壓±0.1大氣壓的保護(hù)氣體氣壓，保護(hù)氣體采用氮?dú)?，后熱處理腔?nèi)的氧氣含量控制在小于10PPM。

進(jìn)一步，電池基片進(jìn)入氟化鉀噴灑腔前后還包含有以下步驟，電池基片在進(jìn)片腔向前移動(dòng)進(jìn)入高溫硒化/硫化腔，高溫硒化/硫化腔的溫度為400度-600度，高溫硒化/硫化腔完成后進(jìn)入硒化/硫化冷卻腔，完成的銅銦鎵硒吸收層進(jìn)入氟化鉀噴涂腔，氟化鉀膜層沉種裝置各腔體內(nèi)部采用的保護(hù)氣體均為氮?dú)?，通過(guò)排氣口的排放，冷卻出片腔有保護(hù)氣體及冷卻功能，將電池基片冷卻至90度以下，完成銅銦鎵硒吸收層的加工，其中，工作時(shí)氟化鉀膜層沉種裝置各腔體內(nèi)氧的含量降低到100PPM之下，而高溫硒化/硫化腔和后熱處理腔的氧含量要小于10PPM。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在銅銦鎵硒電池的吸收層表層加入鉀元素，克服了現(xiàn)有方法中在銅銦鎵硒電池的吸收層加入鉀元素的缺陷，通過(guò)在銅銦鎵硒吸收層后立即進(jìn)入氟化鉀噴灑腔內(nèi)，通過(guò)線性液體噴嘴，基片的直接移動(dòng)，氟化鉀液體均勻的沉積在基片上，通過(guò)加溫干燥，形成固體膜層。腔內(nèi)有氮?dú)獗Ｗo(hù)氣體的進(jìn)出管道，使腔內(nèi)的含氧量盡可能降低，基片然后進(jìn)入后處理腔，加溫?zé)崽幚恚粌?nèi)也有保護(hù)氣體保護(hù)。待鉀元素?cái)U(kuò)散至 銅銦鎵硒吸收層內(nèi)后，基片進(jìn)入冷卻腔，設(shè)計(jì)新穎，是一種很好的創(chuàng)新方案，很有市場(chǎng)推廣前景。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的線型氟化鉀溶液噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的線形硒蒸氣噴口的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中100-進(jìn)片腔，110-高溫硒化/硫化腔，120-硒化/硫化冷卻腔，130-氟化鉀噴灑腔，140-后熱處理腔，150-冷卻出片腔，160-電池基片，170-隔離閥門，180-排氣口，190-保護(hù)氣體進(jìn)口，200-滾輪，131-氟化鉀溶液噴嘴，132-水蒸氣揮發(fā)加熱器，141-硒蒸氣噴口，142-高溫加熱器。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合圖示與具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明提出的一種薄膜太陽(yáng)能電池氟化鉀膜層沉積和擴(kuò)散裝置，包括有氟化鉀噴灑腔130，氟化鉀噴灑腔130連接后熱處理腔140；

氟化鉀噴灑腔130的一側(cè)在電池基片160移動(dòng)方向上方安裝有將霧狀氟化鉀液體直接均勻的噴灑在電池基片160上的銅銦鎵硒吸收層的氟化鉀溶液噴嘴131，氟化鉀溶液噴嘴131呈線形分布，氟化鉀噴灑腔130的另一側(cè)上下兩端均安裝有在電池基片160經(jīng)氟化鉀溶液噴嘴131均勻噴灑氟化鉀后進(jìn)行干燥的水蒸氣揮發(fā)加熱器132，氟化鉀液體經(jīng)水蒸氣揮發(fā)加熱器131后在銅銦鎵硒吸收層上形成厚度為5納米-30納米氟化鉀固體膜層；氟化鉀溶液噴嘴的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)。

氟化鉀溶液在電池基片上噴灑完畢之后可以通過(guò)水蒸氣揮發(fā)加熱氣進(jìn)行烘干，同樣也可以直接的進(jìn)入高溫加熱器完成后序工藝，但是，通過(guò)水蒸氣揮發(fā)加熱器使氟化鉀形成固體膜層還加容易控制，確保產(chǎn)品的完整性能，本發(fā)明實(shí)施例采取對(duì)氟化鉀溶液進(jìn)行水蒸氣揮發(fā)形成氟化鉀固體膜層。

后熱處理腔140在電池基片160移動(dòng)方向的上下兩端安裝有高溫加熱器142。

如圖3所示，后熱處理腔140設(shè)置有便于在硒氣氛中使鉀離子擴(kuò)散進(jìn)入銅銦鎵硒吸收層的硒蒸氣噴口141，硒蒸氣噴口141呈線形分布。使硒蒸氣能夠均勻的噴灑在銅銦鎵硒吸收層的表面，可以根據(jù)實(shí)際的需求，來(lái)調(diào)節(jié)硒蒸氣噴口的數(shù)量。

后熱處理方式可以通過(guò)有硒蒸氣氛圍內(nèi)完成對(duì)銅銦鎵硒吸收層的處理，這樣氟化鉀更容易在銅銦鎵硒吸收層進(jìn)行融合，當(dāng)然，也可以采用無(wú)硒蒸氣氛圍的環(huán)境完成銅銦鎵硒吸收層的處理，本發(fā)明采取的實(shí)施例為通過(guò)有硒蒸氣氛圍的環(huán)境對(duì)銅銦鎵硒吸收層進(jìn)行處理。

另外，氟化鉀膜層沉積裝置依次設(shè)置的進(jìn)片腔100、高溫硒化/硫化腔110、硒化/硫化冷卻腔120，氟化鉀噴灑腔130、后熱處理腔140、冷卻出片腔150內(nèi)部均安裝有便于基片移動(dòng)的的滾輪200，進(jìn)片腔100、高溫硒化/硫化腔110、硒化/硫化冷卻腔120、氟化鉀噴灑腔130、后熱處理腔140、冷卻出片腔150均安裝有隔離閥門170。硒化/硫化冷卻腔120、氟化鉀噴灑腔130、后熱處理腔140、冷卻出片腔150的頂部均安裝有保護(hù)氣體進(jìn)口190，硒化/硫化冷卻腔120、氟化鉀噴灑腔130、后熱處理腔140、冷卻出片腔150的底部均安裝有排氣口180。

本發(fā)明的工作原理：電池基片首先進(jìn)入進(jìn)片腔100，然后進(jìn)入高溫硒化/硫化腔110。為了控制高溫硒化/硫化腔110、硒化/硫化冷卻腔120內(nèi)的氧氣含量，這兩個(gè)腔采用保護(hù)氣體排出氧氣的方式，也可采用真空的方式排出氧氣。當(dāng)基片完成硒化/硫化工藝后，打開(kāi)硒化/硫化冷卻腔的隔離閥門，基片進(jìn)入硒化/硫化冷卻腔。該腔內(nèi)采用保護(hù)氣體排出氧氣的方式，這樣與以后工藝的各個(gè)腔體保持一致的保護(hù)氣體排氧裝置。保護(hù)氣體使用氮?dú)?。該腔?nèi)設(shè)有保護(hù)氣體進(jìn)口190，排氣口180。將電池基片160(已完成銅銦鎵硒吸收層工藝)的溫度降至90℃以下后，同時(shí)氣壓控制在1個(gè)大氣壓左右，打開(kāi)氟化鉀噴灑腔的隔離閥門，電池基片160進(jìn)入氟化鉀噴灑腔130。噴灑腔設(shè)有線性氟化鉀溶液噴嘴131，氟化鉀噴灑腔內(nèi)的線性氟化鉀溶液噴嘴噴灑出霧狀氟化鉀液體，電池基片在滾輪的帶動(dòng)下進(jìn)行直線移動(dòng)，氟化鉀液體在銅銦鎵 硒吸收層上均勻的形成一層氟化鉀液體層，氟化鉀液體層經(jīng)過(guò)水蒸氣揮發(fā)加熱器可以將噴灑后有液膜快速烘干，控制氟化鉀的厚度可以采用調(diào)節(jié)氟化鉀溶液的濃度，或調(diào)節(jié)氟化鉀溶液噴嘴131噴出量，或調(diào)節(jié)基片移動(dòng)速度，或往復(fù)移動(dòng)基片，都能夠控制溶液沉積在基片上的量。噴灑腔帶有保護(hù)氣體進(jìn)口190，排氣口180，氟化鉀噴灑腔內(nèi)壓力控制在1個(gè)大氣壓±0.1大氣壓內(nèi)。氟化鉀噴灑腔還裝有上下電加熱器，將基片快速烘干，氟化鉀液體層在快速烘干時(shí)電池基片的溫度控制在200度以下。

烘干后的電池基片進(jìn)入下一腔體后熱處理腔140。后熱處理腔140裝置有上下電加熱器，電池基片的溫度控制在300℃至500℃之間。基片在腔內(nèi)依靠滾輪200的不同方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，保持往復(fù)移動(dòng)。腔內(nèi)還裝置有硒蒸氣噴口141，工藝需要時(shí)噴入硒蒸氣使基片在硒蒸氣環(huán)境中熱處理。使電池基片有較好的熱均勻性，也含有較好的硒沉積均勻性，改善銅銦鎵硒晶粒之間晶界的結(jié)合狀態(tài)，減少了電子的再?gòu)?fù)合量，后熱處理腔的壓力也是由進(jìn)氣口的保護(hù)氣體與排氣口控制，壓力控制在1個(gè)大氣壓±0.1大氣壓，氧氣的含量小于10PPM，后熱處理腔內(nèi)的氣體也可以為真空腔體，真空度在≤200Torr，基片在腔內(nèi)完成了5至50分鐘的熱處理工藝后，可打開(kāi)冷卻出片腔150隔離閥門，基片進(jìn)入出片腔冷卻至小于200℃后，通過(guò)冷卻出片腔將電池基片導(dǎo)出。冷卻出片腔也有保護(hù)氣體進(jìn)口與排氣口，從而保證該腔內(nèi)的低含氧量。

該發(fā)明將氟化鉀的噴灑腔與硒化/硫化腔后的冷卻腔連接在一起，形成吸收層后立即進(jìn)入氟化鉀噴灑腔內(nèi)，通過(guò)線性液體噴嘴，基片的直接移動(dòng)，氟化鉀液體均勻的沉積在基片上，通過(guò)加溫干燥，形成固體膜層。腔內(nèi)有氮?dú)獗Ｗo(hù)氣體的進(jìn)出管道，使腔內(nèi)的含氧量盡可能降低?；缓筮M(jìn)入后處理腔，加溫?zé)崽幚?，腔?nèi)也有保護(hù)氣體保護(hù)。待鉀元素?cái)U(kuò)散至銅銦鎵硒吸收層內(nèi)后，基片進(jìn)入冷卻腔，設(shè)計(jì)新穎，是一種很好的創(chuàng)新方案，很有市場(chǎng)推廣前景。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等同物界定。