用于制備黃銅礦型薄膜太陽(yáng)電池吸收層的退火設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于制備黃銅礦型薄膜太陽(yáng)電池吸收層的退火設(shè)備，包括：連續(xù)補(bǔ)料單元，其包括硫族介質(zhì)發(fā)生裝置和與該裝置連通的載氣供給通路，硫族介質(zhì)發(fā)生裝置包括硫族介質(zhì)源以及加熱硫族介質(zhì)源的加熱單元，硫族介質(zhì)包括硫和/或硒，載氣供給通路利用其中的載氣使蒸發(fā)態(tài)硫族介質(zhì)沿著載氣流動(dòng)方向行進(jìn)；與載氣供給通路連通的等離子體產(chǎn)生活化單元；以及與等離子體產(chǎn)生活化單元連通的硒化/硫化退火單元，硫族元素等離子體進(jìn)入硒化/硫化退火單元并與位于其中的預(yù)制膜反應(yīng)進(jìn)行硒化/硫化退火。本實(shí)用新型的退火設(shè)備可以增加硒硫粒子化學(xué)活性，輔助增強(qiáng)其硒硫化作用，加快硒化、硫化的速度，提高黃銅礦型薄膜成膜質(zhì)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于制備黃銅礦型薄膜太陽(yáng)電池吸收層的退火設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及太陽(yáng)電池【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種制備黃銅礦型薄膜太陽(yáng)電池吸收層的退火設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在CIGS薄膜太陽(yáng)電池光吸收層的制備工藝方面，當(dāng)前，產(chǎn)業(yè)界大力開(kāi)發(fā)的方法主要有三種:第一種是蒸發(fā)法；采用這種方法所制備的小面積CIGS薄膜質(zhì)量好，電池光電轉(zhuǎn)換效率高，最高可達(dá)20.4%，但這種方法在制備大面積薄膜時(shí)難以保證均勻性和元素配比的可控性，成品率低，設(shè)備投資高，原料利用率低，生產(chǎn)效率亦低，導(dǎo)致生產(chǎn)成本非常高，大規(guī)模生產(chǎn)難以實(shí)施。第二種是濺射合金膜后硒化法，采用這種方法制備CIGS薄膜時(shí)，一方面往往需要使用劇毒的H2Se氣體，另一方面合金膜硒化時(shí)不可避免地要生成高揮發(fā)性的中間物，導(dǎo)致大面積薄膜的均勻性和元素配比難于控制，電池成品率低。第三種是非真空液相法，與高真空氣相法相比，采用非真空液相法制備CIGS薄膜太陽(yáng)電池光吸收層可以大幅度地降低電池的生產(chǎn)成本，而且可以方便地制備大面積薄膜。近年來(lái)，有關(guān)非真空液相法制備CIGS薄膜太陽(yáng)電池光吸收層的研究得到廣泛而深入的開(kāi)展。包括:超細(xì)氧化物或金屬前驅(qū)膜硒化法、電化學(xué)沉積法、非氧化物前驅(qū)膜硒化法等。但這些工藝均存在硒化不完全、化學(xué)計(jì)量比不可控、物相不純等問(wèn)題，其工藝難以穩(wěn)定。
[0003]在熱處理方式和熱處理設(shè)備上，產(chǎn)業(yè)界開(kāi)發(fā)的主要有兩種:第一種是氣態(tài)源硒化硫化法，采用劇毒的氣態(tài)&36和H2S作為反應(yīng)物，在高溫下分解Se原子和S原子與前驅(qū)薄膜進(jìn)行反應(yīng)，生成CIGS光吸收層；采用這種方法的廠家較多，包括美國(guó)的Stion，德國(guó)的ShellSolar、Johannan,日本的Solar Frontier、Honda soltec和我國(guó)的山東手日等；該方法可以獲得高活性的硒化硫化氣氛，有利于CIGS薄膜的成核、結(jié)晶與生長(zhǎng)，有利于制備高性能的CIGS薄膜，但采用該方法，不僅反應(yīng)物有劇毒、不環(huán)保，給生產(chǎn)和運(yùn)輸帶來(lái)安全隱患，而且還需要復(fù)雜昂貴的尾氣處理系統(tǒng)，更重要的是，由于H2Se和H2S在高溫下具有極強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)熱處理設(shè)備的腐蝕非常嚴(yán)重，熱處理設(shè)備的壽命和可靠性受到極大的挑戰(zhàn)，同時(shí)，H2Se和H2S都價(jià)格十分昂貴，且我國(guó)目前尚不能大規(guī)模生產(chǎn)，幾乎需要全部進(jìn)口，不利于自主開(kāi)發(fā)低成本CIGS薄膜太陽(yáng)電池。第二種是采用Se、S單質(zhì)等固態(tài)源作為作為反應(yīng)物，在高溫下分解Se原子團(tuán)簇和S原子團(tuán)簇與前驅(qū)薄膜進(jìn)行反應(yīng)，生成CIGS光吸收層；采用這種方法的廠家主要有美國(guó)的 Heliovolt、Nanosolar、Solopower 和德國(guó)的 AvanciS、Centrotherm 等；該方法的反應(yīng)物無(wú)毒、環(huán)保，在常溫下為固態(tài)，便于管理，無(wú)需高壓容器，生產(chǎn)和運(yùn)輸便利，無(wú)需尾氣處理系統(tǒng)，而且價(jià)格便宜，更重要的是，Se和S對(duì)熱處理設(shè)備的腐蝕弱，熱處理設(shè)備的壽命和可靠性均大為提高；但采用該方法，由于Se和S的單質(zhì)在高溫下分解Se原子團(tuán)簇和S原子團(tuán)簇，反應(yīng)活性低，不利于CIGS薄膜的成核、結(jié)晶與生長(zhǎng)，難以制備高性能的CIGS薄膜。
實(shí)用新型內(nèi)容[0004]基于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的種種問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提供一種可以用于制備黃銅礦型薄膜太陽(yáng)電池吸收層的退火設(shè)備。該設(shè)備具有成本低廉，生產(chǎn)效率高，工藝穩(wěn)定的特點(diǎn)，可用于制備結(jié)晶性好、成分均勻的大面積高質(zhì)量黃銅礦型薄膜，尤其適用于已在商業(yè)化的CIGS太陽(yáng)電池的吸收層退火。
[0005]在此，本實(shí)用新型提供一種用于制備黃銅礦型薄膜太陽(yáng)電池吸收層的退火設(shè)備，包括:
[0006]用于連續(xù)供給蒸發(fā)態(tài)的硫族介質(zhì)的連續(xù)補(bǔ)料單元,所述連續(xù)補(bǔ)料單元包括硫族介質(zhì)發(fā)生裝置以及與所述硫族介質(zhì)發(fā)生裝置連通的載氣供給通路，所述硫族介質(zhì)發(fā)生裝置包括硫族介質(zhì)源、以及用于加熱所述硫族介質(zhì)源以產(chǎn)生蒸發(fā)態(tài)的硫族介質(zhì)的加熱單元，所述硫族介質(zhì)包括硫和/或硒，所述載氣供給通路利用其中的載氣使所述蒸發(fā)態(tài)的硫族介質(zhì)沿著載氣流動(dòng)的方向行進(jìn)；
[0007]與所述載氣供給通路連通的等離子體產(chǎn)生活化單元，所述等離子體產(chǎn)生活化單元能夠產(chǎn)生高能電子，所述高能電子與進(jìn)入所述等離子體產(chǎn)生活化單元的硫族介質(zhì)碰撞通過(guò)電感耦合輝光放電產(chǎn)生硫族元素等離子體；以及
[0008]與所述等離子體產(chǎn)生活化單元連通的硒化/硫化退火單元，所述等離子體產(chǎn)生活化單元產(chǎn)生的硫族元素等離子體進(jìn)入所述硒化/硫化退火單元并與位于其中的預(yù)制膜反應(yīng)進(jìn)行硒化/硫化退火以制備黃銅礦型薄膜。
[0009]本實(shí)用新型的退火設(shè)備通過(guò)設(shè)置等離子體產(chǎn)生活化單元，可以產(chǎn)生硒硫氣體等離子體，增加硒硫粒子化學(xué)活性，輔助增強(qiáng)其硒硫化作用，加快硒化、硫化的速度，提高黃銅礦型薄膜成膜質(zhì)量。既避免采用價(jià)格昂貴且毒性巨大的H2Se和H2S,又可大幅提高價(jià)格便宜但惰性強(qiáng)的固態(tài)Se和S的反應(yīng)活性。同時(shí)，由于增加了 Se和S的活性，因此可以降低退火溫度，減少耗能，并減弱了對(duì)昂貴耐腐蝕材料的需求，減少了設(shè)備的制造成本。因此本實(shí)用新型的退火設(shè)備可大大降低黃銅礦型薄膜太陽(yáng)電池的制備成本，有利于黃銅礦型薄膜太陽(yáng)電池的市場(chǎng)推廣。
[0010]較佳地，所述硫族介質(zhì)發(fā)生裝置為階梯螺桿式裝置。借助于此，可以穩(wěn)定連續(xù)補(bǔ)料。
[0011]較佳地，本實(shí)用新型的退火設(shè)備還可包括控制所述載氣供給通路中載氣的流速和壓力的氣體調(diào)節(jié)單元。借助于此，可以通過(guò)控制載氣的流速和壓力以控制其中的蒸發(fā)態(tài)硫族介質(zhì)濃度、以及合適的氣態(tài)混合物壓力。
[0012]較佳地，本實(shí)用新型的退火設(shè)備還可包括用于監(jiān)測(cè)連續(xù)補(bǔ)料單元和等離子體產(chǎn)生活化單元之間的載氣/硫族介質(zhì)混合物中載氣和硫族介質(zhì)的配比以及混合物的總壓力的原料監(jiān)測(cè)單元。
[0013]較佳地，本實(shí)用新型的退火設(shè)備還可包括用于診斷由等離子體產(chǎn)生活化單元輸出的硫族元素等離子體的等離子體診斷單元。
[0014]較佳地，本實(shí)用新型的退火設(shè)備還可包括用于檢測(cè)生成的黃銅礦型薄膜的質(zhì)量的薄膜質(zhì)量檢測(cè)單元。
[0015]通過(guò)設(shè)置上述原料監(jiān)測(cè)單元、等離子體診斷單元、薄膜質(zhì)量檢測(cè)單元，可以檢測(cè)所述退火設(shè)備中各單元的狀況，便于優(yōu)化參數(shù)參比與控制。
[0016]本實(shí)用新型所提供的黃銅礦型薄膜太陽(yáng)能吸收層退火設(shè)備顯著優(yōu)勢(shì)是:[0017]1.增加了 Se和S的活性，加快了硒化、硫化的速度，使生產(chǎn)節(jié)拍縮短，提高產(chǎn)能；
[0018]2.降低了硒化、硫化溫度，直接減少占CIGS薄膜太陽(yáng)電池生產(chǎn)重要部分的耗能；
[0019]3.較低溫度，減弱了對(duì)昂貴耐腐蝕材料的需求，減少了設(shè)備的制造成本；
[0020]4.加強(qiáng)了 CIGS薄膜的成膜質(zhì)量，增加了 CIGS薄膜太陽(yáng)電池器件成品率；
[0021]5.采用先進(jìn)的均勻氣化技術(shù)，增加了薄膜均勻性；
[0022]6.提高了 Se與S利用率，直接節(jié)約生產(chǎn)耗材。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本實(shí)用新型一個(gè)示例的用于制備黃銅礦型薄膜太陽(yáng)電池吸收層的退火設(shè)備的不意圖；
[0024]圖2為用本實(shí)用新型的退火設(shè)備制備的示例太陽(yáng)電池的1-V圖；
[0025]圖3為用本實(shí)用新型的退火設(shè)備制備的示例太陽(yáng)電池的1-V圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖和下述實(shí)施方式進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型，應(yīng)理解，附圖及下述實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型，而非限制本實(shí)用新型。
[0027]應(yīng)理解，在本實(shí)用新型中，所述及的“硒硫”是指硫族元素，即指“硒和/或硫”，“硒化硫化”是指“硒化和/或硫化”。
[0028]在本實(shí)用新型的用于制備黃銅礦型薄膜太陽(yáng)電池吸收層的退火設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱(chēng)退火設(shè)備)中，載氣將蒸發(fā)的硒硫介質(zhì)載入等離子體活化單元中，由高能電子將介質(zhì)活化后，再通入具有一定溫度的退火爐中，并與預(yù)制層發(fā)生反應(yīng)生成吸收層薄膜。
[0029]具體地,參見(jiàn)圖1,其示出本實(shí)用新型一個(gè)示例的退火設(shè)備的示意圖。如圖1所示，本實(shí)用新型的退火設(shè)備包括:連續(xù)補(bǔ)料單元1、等離子體產(chǎn)生活化單元2、以及硒化/硫化退火單元3。
[0030]其中，連續(xù)補(bǔ)料單元I包括硫族介質(zhì)發(fā)生裝置(硒硫擴(kuò)散蒸發(fā)源)4、載氣供給通路
5。硒硫擴(kuò)散蒸發(fā)源4中儲(chǔ)存有硒/硫單質(zhì),通過(guò)加熱單元(未圖示)加熱而蒸發(fā)出硒/硫介質(zhì)。硒硫擴(kuò)散蒸發(fā)源4優(yōu)選為能夠穩(wěn)定地連續(xù)補(bǔ)料(硒硫)以保證充足的硒硫供給，例如可以采用階梯螺桿式裝置。硒硫擴(kuò)散蒸發(fā)源4與載氣供給通路5連通，例如載氣供給通路5穿過(guò)硒硫擴(kuò)散蒸發(fā)源4上方并與硒硫擴(kuò)散蒸發(fā)源4連通。載氣源(未圖示)供給載氣，在連續(xù)補(bǔ)料單元I中，載氣作為輸送硒硫介質(zhì)的載體，具體地，從硒硫擴(kuò)散蒸發(fā)源4蒸發(fā)出的硒硫介質(zhì)向上進(jìn)入載氣供給通路5。載氣優(yōu)選為惰性氣體，包括但不限于氬氣、氦氣、氖氣等。在載氣供給通路5中，載氣與硒硫介質(zhì)混合而形成載氣/硒硫介質(zhì)混合物，從而載氣可以將蒸發(fā)的硒硫介質(zhì)載入等離子體產(chǎn)生活化單元2中。這樣,連續(xù)補(bǔ)料單元I可以連續(xù)供給硒硫介質(zhì)。
[0031]根據(jù)需要，可以調(diào)節(jié)載氣/硒硫介質(zhì)混合物中載氣和硒硫介質(zhì)的配比和混合物的總壓力。其中，可以通過(guò)加熱單元(未圖示)調(diào)節(jié)硒硫擴(kuò)散蒸發(fā)源4的溫度，從而調(diào)節(jié)蒸發(fā)出的硒硫介質(zhì)的氣流量。該加熱單元例如可以是溫控式加熱設(shè)備等?？梢酝ㄟ^(guò)氣體調(diào)節(jié)單元(未圖示)調(diào)節(jié)載氣供給通路5中載氣的流量和壓力，氣體調(diào)節(jié)單元可以采用一個(gè)或多個(gè)控制閥6。通過(guò)調(diào)節(jié)硒硫介質(zhì)的氣流量和/或載氣的氣流量，還可以調(diào)節(jié)載氣/硒硫介質(zhì)混合物的總壓力。在一個(gè)示例中，可以調(diào)節(jié)硒硫擴(kuò)散蒸發(fā)源的溫度為200°C?500°C。在另一個(gè)示例中，可以調(diào)節(jié)載氣的氣流量為IOsccm?lOOsccm。在又一個(gè)示例中，可以調(diào)節(jié)混合物的總壓力為IOPa至一個(gè)大氣壓。
[0032]然后，具有規(guī)定配比和總壓力的載氣/硒硫介質(zhì)混合物通過(guò)載氣供給通路5進(jìn)入等離子體產(chǎn)生活化單元2。在等離子體產(chǎn)生活化單元2中，設(shè)置有能夠通過(guò)電感耦合輝光放電使硒硫介質(zhì)產(chǎn)生硒硫氣體等離子體的裝置。例如參見(jiàn)圖1，高頻功率電源產(chǎn)生匹配網(wǎng)絡(luò)，與感應(yīng)線圈7相連，通過(guò)施加高頻功率電壓，從而產(chǎn)生高能電子。高能電子與由載氣供給通路5輸送的硒硫團(tuán)簇混合物激烈碰撞產(chǎn)生低溫能夠自持的輝光放電產(chǎn)生硒硫氣體等離子體。在該等離子體中包含原子硒硫、激發(fā)的亞穩(wěn)態(tài)硒硫(Se*/S*)及離子態(tài)硒硫介質(zhì)混合物，其化學(xué)活性及介質(zhì)能量大大增強(qiáng)。
[0033]可以根據(jù)后述的硒化硫化退火的需要調(diào)節(jié)硒硫氣體等離子體的流量。例如可以通過(guò)設(shè)置于等離子體產(chǎn)生活化單元2與硒化/硫化退火單元3之間的硒硫氣體等離子體輸出管路9中的控制閥8進(jìn)行調(diào)節(jié)。借助于此，可以使規(guī)定流量的硒硫氣體等離子體通過(guò)輸出管路9進(jìn)入硒化/硫化退火單元(等離子體輔助增強(qiáng)硒化硫化退火單元)3。
[0034]在等離子體輔助增強(qiáng)硒化硫化退火單元3中設(shè)有退火爐11。待退火的預(yù)制膜12置于退火爐11中。預(yù)制膜12包括但不限于化合物前驅(qū)膜、納米粒子前驅(qū)膜和合金前驅(qū)膜。又，預(yù)制膜12例如可以是通過(guò)蒸發(fā)法、濺射法、非真空液相法等制得?？梢栽谕ㄈ胛驓怏w等離子體前將退火爐11內(nèi)調(diào)至一定溫度，例如450°C?600°C。輸出管路9通入退火爐11，并設(shè)有出口 10。具有高能及較強(qiáng)活性的硒硫氣體等離子體通過(guò)出口 10進(jìn)入退火爐11以與預(yù)制膜12反應(yīng)。為了使硒硫氣體等離子體盡快與預(yù)制膜12反應(yīng)，優(yōu)選為將出口 10設(shè)置于朝向預(yù)制膜12，又，優(yōu)選為將出口 10的口徑設(shè)置為較大，例如可以使出口 10的側(cè)壁逐漸向外擴(kuò)大。這樣，硒硫氣體等離子體迅速覆蓋于具有一定溫度的預(yù)制膜表面，其中高能及強(qiáng)活性的硒硫與預(yù)制層迅速發(fā)生反應(yīng)，從而得到黃銅礦型薄膜。該黃銅礦型薄膜包括但不限于CuIrvxGaxSe1ISy(0〈x〈l,0〈y〈l)系列薄膜和(0〈x〈l,0〈y〈l)系列薄膜。另外，在等離子體輔助增強(qiáng)硒化硫化退火單元3中，來(lái)自連續(xù)補(bǔ)料單元I的載氣可以作為退火的保護(hù)氣氛。由于使用活化的硒硫氣體等離子體作為硒硫源，因此可以加快硒化、硫化的速度，提高黃銅礦型薄膜成膜質(zhì)量。而且，預(yù)制膜的大小不受限制，因此，可以制備大面積的黃銅礦型薄膜。本實(shí)用新型黃銅礦型薄膜(CIGS)具有較好的均勻性，成膜質(zhì)量高。
[0035]此外，在本實(shí)用新型中，還可以設(shè)置與位于載氣供給通路中的一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)儀(未圖示)聯(lián)通用于監(jiān)測(cè)連續(xù)補(bǔ)料單元I和等離子體產(chǎn)生活化單元2之間的載氣/硒硫介質(zhì)混合物中載氣和硒硫介質(zhì)的配比和混合物的總壓力的原料監(jiān)測(cè)單元。還可以設(shè)置與位于輸出管路9中的一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)儀(未圖示)聯(lián)通用于診斷由等離子體產(chǎn)生活化單元2輸出的硒硫氣體等離子體的等離子體診斷單元。還可以設(shè)置與等離子體輔助增強(qiáng)硒化硫化退火單元3聯(lián)通用于檢測(cè)生成的黃銅礦型薄膜的質(zhì)量的薄膜質(zhì)量檢測(cè)單元。原料監(jiān)測(cè)單元、等離子體診斷單元、薄膜質(zhì)量檢測(cè)單元可以單獨(dú)設(shè)置，也可以集成為一個(gè)整體的檢測(cè)診斷單元13。借助于此，可以監(jiān)控退火設(shè)備中各單元運(yùn)行狀況，優(yōu)化各參數(shù)參比與控制。
[0036]還可以在采用本實(shí)用新型的退火設(shè)備所制得的黃銅礦型薄膜的基礎(chǔ)上繼續(xù)制備薄膜太陽(yáng)電池。制備方法不限，例如可以是用化學(xué)水浴法在黃銅礦型薄膜上沉積約50nm的CdS,再用射頻磁控濺射厚度分別為70nm和IOOOnm的本征ZnO和摻鋁ZnO。圖2示出以采用本實(shí)用新型的退火設(shè)備所制得的示例CIGS薄膜為吸收層的太陽(yáng)電池的1-V圖及電池參數(shù)，由圖可知，該太陽(yáng)電池的Voc為58ImV, Jsc為33.5mA/cm2，填充因子(FF，F(xiàn)illFactor)為71.6%，電池效率(Eff)為13.94%，面積(Area)為0.4cm2，具有良好的性能。
[0037]本實(shí)用新型所提供的黃銅礦型薄膜太陽(yáng)能吸收層退火設(shè)備顯著優(yōu)勢(shì)是:
[0038]1.增加了 Se和S的活性，加快了硒化、硫化的速度，使生產(chǎn)節(jié)拍縮短，提高產(chǎn)能；
[0039]2.降低了硒化、硫化溫度，直接減少占CIGS薄膜太陽(yáng)電池生產(chǎn)重要部分的耗能；
[0040]3.較低溫度，減弱了對(duì)昂貴耐腐蝕材料的需求，減少了設(shè)備的制造成本；
[0041]4.加強(qiáng)了 CIGS薄膜的成膜質(zhì)量，增加了 CIGS薄膜太陽(yáng)電池器件成品率；
[0042]5.采用先進(jìn)的均勻氣化技術(shù)，增加了薄膜均勻性；
[0043]6.提高了 Se與S利用率，直接節(jié)約生產(chǎn)耗材。
[0044]下面進(jìn)一步例舉實(shí)施例以詳細(xì)說(shuō)明利用本實(shí)用新型的退火設(shè)備制備黃銅礦型薄膜太陽(yáng)能吸收層的實(shí)施例。同樣應(yīng)理解，以下實(shí)施例只用于對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。下述示例具體的時(shí)間、溫度等工藝參數(shù)也僅是合適范圍中的一個(gè)示例，即本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過(guò)本文的說(shuō)明做合適的范圍內(nèi)選擇，而并非要限定于下文示例的具體數(shù)值。
[0045]實(shí)施例1
[0046]將磁控派射法制備的化合物預(yù)制膜(Cu-1n-Ga-Se),在硒硫蒸發(fā)源350°C, Ar氣流量50sCCm的情況下，經(jīng)等離子體產(chǎn)生活化單元2增強(qiáng)活化，氣態(tài)混合物的總氣壓為13000Pa，調(diào)節(jié)控制閥8，通入硒化/硫化退火單元3中，溫度為550°C，保溫時(shí)間為25min，最終得到Cu(In，Ga) (Se, S)2薄膜。用化學(xué)水浴法沉積約50nm的CdS，在用射頻磁控濺射厚度分別為70nm和IOOOnm的本征ZnO和摻鋁ZnO，組成電池。由圖2可知，該電池的\c為58ImV, Jsc 為 33.5mA/cm2，填充因子(FF，F(xiàn)ill Factor)為 71.6%,電池效率(Eff)為 13.94%,面積(Area)為0.4cm2，具有良好的性能?？梢?jiàn)該電池具有良好的性能。
[0047]實(shí)施例2
[0048]針對(duì)非真空法制備Cu-Zn-Sn-S預(yù)制膜，為有效控制Sn的揮發(fā)，先在硒化/硫化退火單元3中低溫退火，等離子體活化參數(shù)與實(shí)施例1相同。低溫退火溫度為250°C，保溫時(shí)間為lOmin。然后再在硒化/硫化退火單元3中高溫退火，溫度為550°C，保溫時(shí)間為25min，最終得到Cu (Zn，Sn) (Se, S)薄膜。采用與實(shí)施例1中相同的電池組裝參數(shù)，組裝成電池。由圖 3 可知，該電池的 V。。為 425mV，Js。為 25.53mA/cm2，填充因子(FF，F(xiàn)ill Factor)為 48.6%，電池效率(Eff)為5.27%，面積(Area)為0.1cm2，可見(jiàn)該電池具有良好的性能。
[0049]產(chǎn)業(yè)應(yīng)用性:本實(shí)用新型的退火設(shè)備具有成本低廉，生產(chǎn)效率高，工藝穩(wěn)定的特點(diǎn)，可用于制備結(jié)晶性好、成分均勻的大面積高質(zhì)量黃銅礦型薄膜，尤其適用于已在商業(yè)化的CIGS太陽(yáng)電池的吸收層退火。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制備黃銅礦型薄膜太陽(yáng)電池吸收層的退火設(shè)備，其特征在于，包括: 用于連續(xù)供給蒸發(fā)態(tài)的硫族介質(zhì)的連續(xù)補(bǔ)料單元，所述連續(xù)補(bǔ)料單元包括硫族介質(zhì)發(fā)生裝置以及與所述硫族介質(zhì)發(fā)生裝置連通的載氣供給通路，所述硫族介質(zhì)發(fā)生裝置包括硫族介質(zhì)源、以及用于加熱所述硫族介質(zhì)源以產(chǎn)生蒸發(fā)態(tài)的硫族介質(zhì)的加熱單元，所述硫族介質(zhì)包括硫和/或硒，所述載氣供給通路利用其中的載氣使所述蒸發(fā)態(tài)的硫族介質(zhì)沿著載氣流動(dòng)的方向行進(jìn)； 與所述載氣供給通路連通的等離子體產(chǎn)生活化單元，所述等離子體產(chǎn)生活化單元能夠產(chǎn)生高能電子，所述高能電子與進(jìn)入所述等離子體產(chǎn)生活化單元的硫族介質(zhì)碰撞通過(guò)電感耦合輝光放電產(chǎn)生硫族元素等離子體；以及 與所述等離子體產(chǎn)生活化單元連通的硒化/硫化退火單元，所述等離子體產(chǎn)生活化單元產(chǎn)生的硫族元素等離子體進(jìn)入所述硒化/硫化退火單元并與位于其中的預(yù)制膜反應(yīng)進(jìn)行硒化/硫化退火以制備黃銅礦型薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的退火設(shè)備，其特征在于，所述硫族介質(zhì)發(fā)生裝置為階梯螺桿式裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的退火設(shè)備，其特征在于，所述退火設(shè)備還包括控制所述載氣供給通路中載氣的流速和壓力的氣體調(diào)節(jié)單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的退火設(shè)備，其特征在于，所述退火設(shè)備還包括用于監(jiān)測(cè)連續(xù)補(bǔ)料單元和等離子體產(chǎn)生活化單元之間的載氣/硫族介質(zhì)混合物中載氣和硫族介質(zhì)的配比以及混合物的總壓力的原料監(jiān)測(cè)單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的退火設(shè)備，其特征在于，所述退火設(shè)備還包括用于診斷由等離子體產(chǎn)生活化單元輸出的硫族元素等離子體的等離子體診斷單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的退火設(shè)備，其特征在于，所述退火設(shè)備還包括用于檢測(cè)生成的黃銅礦型薄膜的質(zhì)量的薄膜質(zhì)量檢測(cè)單元。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK203659901SQ201320772152
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】黃富強(qiáng), 朱小龍, 王耀明, 李?lèi)?ài)民, 秦明升, 張雷, 劉戰(zhàn)強(qiáng), 謝宜桉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所