一种柔性衬底上卷对卷制备高结合力吸收层的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于铜铟镓硒薄膜太阳电池技术领域，特别是涉及一种柔性衬底上卷对卷制备高结合力吸收层的装置。
【背景技术】
[0002]目前，柔性衬底铜铟镓硒(Cu (In, Ga) Se2,简称CIGS)薄膜太阳电池具有质量比功率高、抗辐射能力强、稳定性好等优势，特别是柔性衬底CIGS薄膜电池，其质量比功率一般大于600W/kg,而且电池组件适合卷对卷制备和单片集成。
[0003]实验室中获得高效率CIGS薄膜太阳电池的关键是提高CIGS吸收层结晶质量，优化其光电性质，这也是商业化生产中提高电池组件成品率，降低成本的基础。然而，对于柔性衬底，特别是聚酰亚胺塑料衬底(Polyimide，简称PI衬底)，除了吸收层结构和光电性质夕卜，CIGS薄膜与衬底和底电极之间的结合力也是影响电池性能的重要因素之一。薄膜层之间的结合力与材料的热膨胀系数和内部应力有关。由于PI衬底、Mo电极和CIGS吸收层之间的热膨胀系数差别较大，在CIGS吸收层生长过程中，PI衬底受热发生形变，使CIGS薄膜内部积累了较大应力，容易导致吸收层开裂，甚至脱落，从而影响电池的性能和成品率。
[0004]先前有专利(专利号:CN201210464942.6和专利号:CN201210495682)提出了在柔性衬底上制备小面积CIGS吸收层的方法和装置，专利(专利号:CN201210035806)提出了卷对卷制备大面积CIGS薄膜的方法和装置。这些专利在PI衬底/Mo薄膜上直接沉积CIGS吸收层，沉积装置没有沉积应力缓冲层的功能。实验结果证明，按照上述专利提出的电池结构和制备方法沉积的CIGS薄膜与衬底和底电极的结合力较差，吸收层裂痕较多，部分吸收层甚至出现脱落现象，如图3(a)所示。这将导致柔性CIGS薄膜太阳电池性能下降，甚至失效，如图3 (a)所示。CIGS吸收层在化学水浴、溅射沉积等后续工艺处理中，脱落问题会更加严重，对电池的性能和成品率造成很大影响。
【发明内容】
[0005]本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种柔性衬底上卷对卷制备高结合力吸收层的装置。
[0006]本实用新型的目的是提供一种能够获得高结合力CIGS吸收层，有效避免了柔性衬底上的CIGS薄膜因内应力而开裂、甚至脱落等问题，能够有效提高柔性CIGS薄膜太阳电池的性能和成品率等特点的柔性衬底上卷对卷制备高结合力吸收层的装置。
[0007]本实用新型柔性衬底上卷对卷制备高结合力吸收层的装置，包含两个相互连通的真空腔室，第一个腔室用于沉积(Irvx, GaJ2Se3 (简称IGS)应力缓冲层，第二个腔室用于沉积CIGS薄膜。通过制备应力缓冲层，在柔性衬底上获得了具有高结合力的CIGS吸收层，避免了薄膜脱落问题，能够有效提高柔性CIGS薄膜太阳电池的性能和成品率。
[0008]本实用新型柔性衬底上卷对卷制备高结合力吸收层的装置所采取的技术方案是:
[0009]一种柔性衬底上卷对卷制备高结合力吸收层的装置，其特点是:柔性衬底上卷对卷制备高结合力吸收层的装置包括沉积应力缓冲层的腔室、沉积CIGS薄膜的腔室、真空阀门、抽真空机构，抽真空机构通过真空阀门连通真空室；真空室上部有两个位于同一平面且相互平行的滚轴作为柔性卷状衬底放卷端滚轴和收卷端滚轴，衬底上方安装有衬底加热装置，衬底加热装置分为沉积应力缓冲层的腔室衬底加热装置和沉积CIGS薄膜的腔室衬底加热装置；沉积应力缓冲层的腔室自左至右均匀分布安装四列蒸发源，每个蒸发源的下面有一个蒸发源加热器；沉积CIGS薄膜的腔室自左至右均匀分布安装四列蒸发源，每个蒸发源的下面有一个蒸发源加热器。
[0010]本实用新型柔性衬底上卷对卷制备高结合力吸收层的装置还可以采用如下技术方案:
[0011]所述的柔性衬底上卷对卷制备高结合力吸收层的装置，其特点是:抽真空机构位于真空室两端，沉积应力缓冲层的腔室、沉积CIGS薄膜的腔室与抽真空机构之间安装有真空阀门。
[0012]所述的柔性衬底上卷对卷制备高结合力吸收层的装置，其特点是:沉积应力缓冲层的腔室自左至右均匀分布安装的四列蒸发源，每列为两个对称倾斜摆放的圆柱状蒸发源，分布于衬底幅宽方向两侧的边沿处。
[0013]所述的柔性衬底上卷对卷制备高结合力吸收层的装置，其特点是:沉积CIGS薄膜的腔室自左至右均匀分布安装的四列蒸发源，每列为两个对称倾斜摆放的圆柱状蒸发源，分布于衬底幅宽方向两侧的边沿处。
[0014]本实用新型具有的优点和积极效果是:
[0015]柔性衬底上卷对卷制备高结合力吸收层的装置由于采用了本实用新型全新的技术方案，与现有技术相比，本实用新型具有以下特点:
[0016]1、本实用新型设计了专门用于沉积应力缓冲层的真空腔室。在沉积CIGS吸收层之前，首先沉积一定厚度的IGS应力缓冲层，其热膨胀系数与PI衬底和CIGS材料之间的差别较小，与Mo电极的结合力比CIGS吸收层强。当PI衬底受热发生形变时，IGS层有效缓解了 CIGS薄膜成核、结晶过程中积累的内部应力，获得了高结合力的CIGS吸收层，避免了柔性衬底上的CIGS薄膜因内应力而开裂、甚至脱落的问题，如附图3所示。
[0017]2、本实用新型设计了专门用于沉积应力缓冲层的真空腔室。其中包括NaF蒸发源，在沉积缓冲层的同时可以蒸发NaF，得到含Na的IGS应力缓冲层。Na原子通过扩散进入后续沉积的铜铟镓硒薄膜中，可以改善吸收层的电学性质。同时避免了单独沉积NaF层对CIGS薄膜与PI/Mo衬底结合力的影响。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型在柔性衬底上卷对卷制备高结合力吸收层的装置结构示意图；
[0019]图中:9_沉积应力缓冲层的腔室(称为第一室)；10-沉积CIGS薄膜的腔室(称为第二室)；11-放卷端滚轴；12-收卷端滚轴；13-第一室对应衬底加热器；14-第二室对应衬底加热器；15-柔性衬底；16-真空阀门；17-抽真空系统；18-第一室Ga蒸发源；19_第一室Ga源加热器；20_第一室In蒸发源；21_第一室In源加热器；22_第一室NaF蒸发源；23-第一室NaF源加热器；24_第一室Se蒸发源；25_第一室Se源加热器；26_第二室Se蒸发源；27-第二室Se源加热器；28_第二室Cu蒸发源；29_第二室Cu源加热器；30_第二室Ga蒸发源；31_第二室Ga源加热器；32_第二室In蒸发源；33_第二室In源加热器。
[0020]图2具有高结合力吸收层的柔性CIGS薄膜太阳电池结构；
[0021]图中:1-栅电极；2-窗口层1-Zn0&Zn0:Al ;3_n型CdS缓冲层；4_CIGS吸收层；5-1GS应力缓冲层；6-Mo电极层；7_柔性衬底；8_柔性CIGS薄膜太阳电池。
[0022]图3是PI衬底/Mo结构上沉积的CIGS吸收层外观形貌的照片，(a)图中CIGS薄膜直接沉积在PI衬底/Mo电极上，(b)图中在CIGS薄膜与PI衬底/Mo电极结构之间设计T (Irvx, GaJ2Se3薄膜 0.2<x<0.8 应力缓冲层。
【具体实施方式】
[0023]为能进一步了解本实用新型的【实用新型内容】、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0024]参阅附图1、图2和图3。
[0025]实施例1
[0026]一种柔性衬底上卷对卷制备高结合力吸收层的装置，适用于以卷对卷共蒸发工艺为技术路线，所述柔性衬底包括金属箔片，如Ti箔片、不锈钢片