專利名稱：沉積蒸發(fā)源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及薄膜太陽電池制備技術，尤其涉及薄膜太陽電池制備過程中的近空間升華沉積設備及其沉積蒸發(fā)源。
背景技術：
太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風能、海洋能、水能等都來自太陽能，通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能利用的屬于太陽能熱利用技術；通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能利用的屬于太陽能光發(fā)電技術，光電轉(zhuǎn)換裝置通常是利用半導體器件的光伏效應原理進行光電轉(zhuǎn)換的，因此又稱太陽能光伏技術。70年代以來，鑒于常規(guī)能源供給的有限性和環(huán)保壓力的增加，世界上許多國家掀起了開發(fā)利用太陽能和可再生能源的熱潮。90年代以來聯(lián)合國召開了一系列有各國領導人參加的高峰會議，討論和制定世界太陽能戰(zhàn)略規(guī)劃，推動全球太陽能和可再生能源的開發(fā)利用。開發(fā)利用太陽能和可再生能源成為國際社會的一大主題和共同行動，成為各國制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。自“六五”以來我國政府一直把研究開發(fā)太陽能和可再生能源技術列入國家科技攻關計劃，大大推動了我國太陽能和可再生能源技術和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 二十多年來，太陽能利用技術在研究開發(fā)、商業(yè)化生產(chǎn)、市場開拓方面都獲得了長足發(fā)展， 成為世界快速、穩(wěn)定發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)之一。電池行業(yè)是21世紀的朝陽行業(yè)，發(fā)展前景十分廣闊。在電池行業(yè)中，最沒有污染、 市場空間最大的應該是太陽電池，太陽電池的研究與開發(fā)越來越受到世界各國的廣泛重視。太陽電池是一種近年發(fā)展起來的新型的電池。太陽電池是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光通過半導體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件。制造太陽電池的半導體材料已知的有十幾種，因此太陽電池的種類也很多。目前的太陽電池主要包括硅基體電池以及薄膜電池。薄膜光伏材料包括硅薄膜、碲化鎘(CdTe)薄膜、砷化鎵、銅銦鎵錫等，其中以CdTe 為基體的薄膜光伏器件，在光伏科技界具有極大的吸引力。CdTe已成為人們公認的高效、穩(wěn)定、廉價的薄膜光伏器件材料。CdTe多晶薄膜太陽電池轉(zhuǎn)換效率理論值在室溫下為27%， 目前目前小面積電池效率已達到16. 5%，大面積商品化電池轉(zhuǎn)換效率超過11%。從CdTe 多晶薄膜太陽電池目前已達到的轉(zhuǎn)換效率、可靠性和價格因素等方面看，它在地面太陽光伏轉(zhuǎn)換應用方面，發(fā)展的前景極為廣闊。目前制備CdTe薄膜方法主要有近空間升華(Close spacesublimation，CSS)，電鍍，絲網(wǎng)印刷，化學氣相沉積(CVD)，物理氣相沉積(PVD)，金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)， 分子束外延(MBE)，(ABE)，噴涂，濺射，真空蒸發(fā)以及電沉積等。其中，CSS的工作原理為將蒸發(fā)源靠近襯底，將蒸發(fā)源升溫，使其上面的蒸發(fā)材料蒸發(fā)，在較短時間抵達襯底表面，形成致密薄膜。具體地，在利用CSS法沉積CdTe薄膜的過程中，CdTe粉一般涂覆或沉積在蒸發(fā)源表面，襯底放置在蒸發(fā)源上面，距離蒸發(fā)源大約為幾厘米，將蒸發(fā)源升溫至470°C以上，在一定工作氣壓和氣氛中，襯底表面上將生成一層均勻的CdTe薄膜。CSS方法制備CdTe薄膜的優(yōu)點是，蒸發(fā)材料損失少，結晶方向好，光伏特性優(yōu)良。用CSS方法制備的小面積單體CdTe電池最高轉(zhuǎn)換效率達到15.8%，最好的大面積 (6728cm2)CdTe電池，有效面積的轉(zhuǎn)換效率為9. 1%。但是，CSS法在大面積生產(chǎn)過程中面臨一些問題。利用該法進行工業(yè)化薄膜生產(chǎn)， 會出現(xiàn)薄膜均勻性問題和整個薄膜表面光電一致性差的問題，從而影響沉積薄膜的品質(zhì)。 首先，襯底表面的溫度不一致，會導致蒸發(fā)源上蒸發(fā)材料的蒸發(fā)率不同，使得沉積薄膜的沉積厚度不一致；其二，在蒸發(fā)過程中蒸發(fā)物質(zhì)所處的工作氣氛不一致，影響沉積薄膜的光電特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個方面提供了一種沉積蒸發(fā)源，其包括加熱裝置、放置于該加熱裝置上方的加熱板和放置于所述加熱板上的蒸發(fā)材料，其中所述加熱板上均勻地設有貫穿所述加熱板的通道。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的第一個方面的沉積蒸發(fā)源，其中所述通道是孔狀通道。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的第一個方面的沉積蒸發(fā)源，其中所述通道是縫狀通道。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的第一個方面的沉積蒸發(fā)源，其中所述加熱板上設置有多個凹槽，且配置所述加熱板上的多個凹槽使得位于所述加熱板中心部分的凹槽的體積之和小于位于所述加熱板邊緣部分的凹槽的體積之和，所述蒸發(fā)材料被放置于所述凹槽內(nèi)。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的第一個方面的沉積蒸發(fā)源，其中所述加熱板中心部分的每個凹槽與所述加熱板邊緣部分的每個凹槽的體積相同，所述加熱板中心部分的凹槽的數(shù)量多于所述加熱板邊緣部分的凹槽的數(shù)量。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的第一個方面的沉積蒸發(fā)源，其中所述加熱板中心部分的凹槽的長度小于所述加熱板邊緣部分的凹槽的長度。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的第一個方面的沉積蒸發(fā)源，其中所述加熱板中心部分的凹槽的深度小于所述加熱板邊緣部分的凹槽的深度。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的第一個方面的沉積蒸發(fā)源，其中所述加熱裝置是加熱絲。優(yōu)選地，如上所述的沉積蒸發(fā)源適用于近空間升華。優(yōu)選地，如上所述的沉積蒸發(fā)源中，該加熱板是均熱板。優(yōu)選地，如上所述的沉積蒸發(fā)源中，該加熱板由碳化硅、石英、BN、莫來石中的任意一種材料制成。本發(fā)明的第二個方面提供了一種包括上述任意一種沉積蒸發(fā)源的近空間升華沉積設備。本發(fā)明的第三個方面提供了一種根據(jù)本發(fā)明第二個方面的近空間升華沉積設備得到的沉積薄膜。優(yōu)選地，該沉積薄膜是CdTe薄膜。本發(fā)明的第四個方面提供了一種采用本發(fā)明的第三個方面提供的沉積薄膜的太陽能電池。根據(jù)本發(fā)明的沉積蒸發(fā)源能夠有效地解決由在蒸發(fā)過程中蒸發(fā)物質(zhì)所處的工作氣氛不一致而導致沉積薄膜的光電特性欠佳的問題。根據(jù)本發(fā)明的沉積蒸發(fā)源能夠使得沉積薄膜的結構、光電特性一致，從而獲得高品質(zhì)的沉積薄膜。結合其中顯示和描述了本發(fā)明的示例性實施例的附圖閱讀以下詳細描述后，本領域的技術人員將明白本發(fā)明的這些以及其他的目標、特征和優(yōu)勢。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的沉積蒸發(fā)源裝置。圖2是圖1所示沉積蒸發(fā)源裝置中加熱板的俯視圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的沉積蒸發(fā)源裝置。圖4是圖3所示沉積蒸發(fā)源裝置中加熱板的俯視圖。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的沉積蒸發(fā)源裝置。圖6是圖5所示沉積蒸發(fā)源裝置中加熱板的俯視圖。
具體實施例方式在詳細解釋本發(fā)明的任何實施例之前，應當理解本發(fā)明在其應用方面不限定于在以下說明中提出的或者以下附圖中示出的構造的細節(jié)和部件的布置。本發(fā)明還可以有其他實施例并且還能夠以各種方式被實施或者實現(xiàn)。同樣地，應當理解這里使用的措辭和術語旨在說明并且不應被看作限定。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的沉積蒸發(fā)源裝置。如圖1所示，蒸發(fā)源裝置100包括加熱板102、設置于加熱板102下面的加熱絲104和設于加熱板102上面的蒸發(fā)材料(未示出)，蒸發(fā)材料可通過涂覆或沉積等方式設于加熱板上。其中加熱板102上開有多個凹槽，比如凹槽106。在設置這些凹槽時，對這些凹槽進行配置使得位于加熱板102中心部分的凹槽的體積之和小于位于邊緣部分的凹槽的體積之和。這種配置可以通過多種方式來實現(xiàn)。比如，在所有凹槽深度都相同的前提下，使加熱板中心部分的凹槽的長度小于加熱板邊緣部分的凹槽的長度。又比如，在所有凹槽長度都相同的前提下，使加熱板中心部分的凹槽的深度小于所述加熱板邊緣部分的凹槽的深度。或者，在加熱板中心部分的每個凹槽與加熱板邊緣部分的每個凹槽的體積相同的情況下，使加熱板中心部分的凹槽的數(shù)量多于加熱板邊緣部分的凹槽的數(shù)量。此外，還可以同時使用以上所提到的三種配置方式。圖1示出了諸多凹槽配置方式中的一種。圖2是圖1所示加熱板的俯視圖。通過圖2則可以更清楚地看出，位于邊緣部分的凹槽106的寬度和長度大于中間部分的凹槽的寬度和長度。顯然，這種配置方式使得邊緣部分的凹槽106的體積大于中間部分凹槽的體積。因而，加熱板102中心部分的凹槽體積之和小于邊緣部分的凹槽體積之和。在進行CSS蒸發(fā)時，首先在加熱板的凹槽中放入蒸發(fā)材料，然后將加熱板放在加熱絲上。之后，加熱絲被通電并發(fā)熱加溫，以使得加熱板受熱升溫。原則上，所選擇的加熱板最好是均熱板，即在受熱后能使整個板上的溫度均勻。但是在實際實施時，很難找到絕對均勻的加熱板。在本領域中，一般選擇石墨板、氮化硼(BN) 板、碳化硅、石英或莫來石板作為加熱板。一般來說，這種加熱板的中心部分溫度略高于邊緣部分的溫度。對于蒸發(fā)材料來說，溫度越高，蒸發(fā)率越高。當加熱飯的溫度升高到足以使蒸發(fā)材料被蒸發(fā)時，蒸發(fā)材料將會蒸發(fā)到襯底表面
5上沉積形成薄膜上。此處，在本發(fā)明的實施例中是指碲化鎘(CdTe)薄膜。由于放置于加熱板中心部分的蒸發(fā)材料少于邊緣部分的蒸發(fā)材料，所以，盡管中心部分的溫度比邊緣部分的溫度高，被蒸發(fā)材料的蒸發(fā)率高，但由于中心部分的蒸發(fā)材料的數(shù)量較少，因此，通過調(diào)整中心與邊緣蒸發(fā)材料的量，可以實現(xiàn)蒸發(fā)材料在整個蒸發(fā)面上的蒸發(fā)率一致，從而實現(xiàn)了襯底表面上沉積薄膜的均勻一致。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的沉積蒸發(fā)源裝置。如圖3所示，蒸發(fā)源 200包括加熱板202、設置于加熱板202下面的加熱絲204和設于加熱板202上面的蒸發(fā)材料(未示出)，蒸發(fā)材料可通過涂覆或沉積等方式設于加熱板上。其中，加熱板202上均勻地設有貫穿加熱板202的通孔208，如圖4所示。在備選的實施例中，也可以不使用這種通孔，而使用縫狀通道。無論是通孔還是縫狀通道，都必須使得氣體能夠順暢地通過加熱板 202。一般地，大面積CSS蒸發(fā)源在工作過程中，熱量會從加熱板中心部分向邊緣部分運動；同時，由于襯底(未示出)與蒸發(fā)源的距離較小，使得工作氣體難以迅速地補充到整個蒸發(fā)源的表面，容易造成襯底表面沉積的薄膜的結構、光電性能出現(xiàn)較大差異。而根據(jù)圖 3所示的沉積蒸發(fā)源裝置則可以避免這種問題。在進行CSS蒸發(fā)時，加熱板上放置有蒸發(fā)材料，而加熱板放在加熱絲上方。之后， 加熱絲被通電并發(fā)熱加溫，以使得加熱板受熱升溫。由于加熱板202表面上均勻地設有貫穿加熱板202的通孔208，根據(jù)熱空氣對流原理，在熱氣流對流作用下，工作氣體將會從經(jīng)由通孔208從加熱板202下方流動到加熱板202上方，從而保證沉積過程中，工作氣氛在整個加熱板表面一致，使得沉積薄膜的結構、光電特性一致，從而獲得高品質(zhì)的沉積薄膜。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的進一步的實施例的沉積蒸發(fā)源裝置300。如圖所示，該蒸發(fā)源裝置300包括加熱板302、設置于加熱板302下面的加熱絲304和設于加熱板302上面的蒸發(fā)材料(未示出)，蒸發(fā)材料可通過涂覆或沉積等方式設于加熱板上。其中，加熱板 302上不但均勻地設有如圖3中所示的貫穿加熱板302的通孔308，還設置有如圖1至圖2 所示的多個凹槽306。其中，通孔308也可以使用縫狀通道代替。而無論是通孔還是縫狀通道，都必須使得氣體能夠順暢地通過加熱板302。其中，這些凹槽306被配置成位于加熱板 302中心部分的凹槽的體積之和小于位于邊緣部分的凹槽的體積之和。如圖5所示的沉積蒸發(fā)源裝置，不但可以實現(xiàn)蒸發(fā)材料在整個蒸發(fā)面上的蒸發(fā)率一致，從而實現(xiàn)了襯底表面上沉積薄膜的均勻一致，還可以保證沉積過程中，工作氣氛在整個加熱板表面一致，使得沉積薄膜的結構、光電特性一致，從而獲得高品質(zhì)的沉積薄膜。此外，本發(fā)明的另一個實施例還提供了使用上述實施例的所述的沉積蒸發(fā)源裝置的近空間升華沉積設備。此外，本發(fā)明的進一步的實施例還提供了使用上述實施例的近空間升華沉積設備得到的沉積薄膜。這種沉積薄膜可以是CdTe薄膜。此外，本發(fā)明的進一步的實施例還提供了使用上述實施例的近空間升華沉積設備生產(chǎn)的CdTe薄膜太陽電池。盡管上面已經(jīng)描述了示范性實施例，但本發(fā)明不限于這些示范性實施例。在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些示范性實施例可以被結合使用或者每個示范性實施例可以被部分地修改。 雖然本發(fā)明的優(yōu)選示范性實施例是采用特定術語進行描述的，但這種描述只是用于說明的目的。應當理解的是，在不脫離權利要求的精神和范圍內(nèi)，可以對權利要求書做出各種修改和變換。
權利要求
1.一種沉積蒸發(fā)源，包括 加熱裝置；加熱板，放置于所述加熱裝置上方；和蒸發(fā)材料，放置于所述加熱板上，其特征在于，所述加熱板上均勻地設有貫穿所述加熱板的通道。
2.如權利要求1所述的沉積蒸發(fā)源，其特征在于，所述通道是孔狀通道。
3.如權利要求1所述的沉積蒸發(fā)源，其特征在于，所述通道是縫狀通道。
4.如權利要求1所述的沉積蒸發(fā)源，其特征在于，所述加熱板上設置有多個凹槽，且配置所述加熱板上的多個凹槽使得位于所述加熱板中心部分的凹槽的體積之和小于位于所述加熱板邊緣部分的凹槽的體積之和，所述蒸發(fā)材料被放置于所述凹槽內(nèi)。
5.如權利要求4所述的沉積蒸發(fā)源，其特征在于，所述加熱板中心部分的每個凹槽與所述加熱板邊緣部分的每個凹槽的體積相同，所述加熱板中心部分的凹槽的數(shù)量多于所述加熱板邊緣部分的凹槽的數(shù)量。
6.如權利要求4所述的沉積蒸發(fā)源，其特征在于，所述加熱板中心部分的凹槽的長度小于所述加熱板邊緣部分的凹槽的長度。
7.如權利要求4所述的沉積蒸發(fā)源，其特征在于，所述加熱板中心部分的凹槽的深度小于所述加熱板邊緣部分的凹槽的深度。
8.如權利要求1至7中任意一項所述的沉積蒸發(fā)源，其特征在于，其中所述加熱裝置是加熱絲。
9.如權利要求1至7中任意一項所述的沉積蒸發(fā)源，其中，所述蒸發(fā)源適用于近空間升華。
10.如權利要求1至7中任意一項所述的沉積蒸發(fā)源，其中，所述加熱板是均熱板。
11.如權利要求1至7中任意一項所述的沉積蒸發(fā)源，其中，所述加熱板由碳化硅、石英、BN、莫來石中的任意一種材料制成。
12.一種包括如權利要求1至7中任意一項所述的沉積蒸發(fā)源的近空間升華沉積設備。
13.一種根據(jù)如權利要求11所述近空間升華沉積設備得到的沉積薄膜。
14.如權利要求13所述的沉積薄膜，其中所述沉積薄膜是CdTe薄膜。
15.采用如權利要求13至14中任一項所述的沉積薄膜的太陽能電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種沉積蒸發(fā)源，其包括加熱裝置、放置于該加熱裝置上方的加熱板和放置于所述加熱板上的蒸發(fā)材料，其中所述加熱板上均勻地設有貫穿所述加熱板的通道。根據(jù)本發(fā)明的沉積蒸發(fā)源能夠有效地解決由在蒸發(fā)過程中蒸發(fā)物質(zhì)所處的工作氣氛不一致而導致沉積薄膜的光電特性欠佳的問題。根據(jù)本發(fā)明的沉積蒸發(fā)源能夠使得沉積薄膜的結構、光電特性一致，從而獲得高品質(zhì)的沉積薄膜。
文檔編號H01L31/0296GK102214730SQ20101014979
公開日2011年10月12日 申請日期2010年4月12日 優(yōu)先權日2010年4月12日
發(fā)明者鄒志杰, 雷智 申請人:四川尚德太陽能電力有限公司, 無錫尚德太陽能電力有限公司