一种电化学沉积薄膜太阳能电池的连续生产的装置的制作方法

本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及一种电化学沉积薄膜太阳能电池的连续生产的装置。

背景技术：

太阳能电池又称为“太阳能芯片”或光电池，是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。其中，以光电效应工作的薄膜太阳能电池为主。

一般，薄膜太阳能电池迎向太阳光朝上放置，从下往上依次包括：下封装层、某底层、背电极层、背接触层、吸收层、窗口层、上接触层和上封装层等。中国专利CN101807622A公开了一种制备碲化镉薄膜太阳能电池组件的方法，其包括如下步骤：

首先，在透明导电薄膜玻璃（TCO）上沉积CdS 薄膜获得“glass/TCO/CdS”；

然后，在“glass/TCO/CdS”上沉积CdTe薄膜获得“glass/TCO/CdS/CdTe”；

然后，对“glass/TCO/CdS/CdTe” 进行含氯化镉气氛下的热处理；

然后，使用激光刻划热处理后的“glass/TCO/CdS/CdTe”，刻划掉“TCO/CdS/CdTe”后进行化学腐蚀使碲化镉表面富碲；

然后，在 “glass/TCO/CdS/CdTe” 上刻划掉 “TCO/CdS/CdTe”的刻痕上填注低温固化胶；

然后，沉积背接触层，然后进行背接触层热处理；

然后使用激光在TCO/CdS/CdTe 刻痕附近刻划掉CdS/CdTe/ 背接触层；

然后，沉积金属背电极层，然后使用激光刻划掉TCO/CdS/CdTe 刻痕和CdS/CdTe/背接触层刻痕附近的CdS/CdTe/背接触层／金属背电极。

上述制备太阳能电池组件的方法中，沉积CdTe的步骤是物理干法，例如近空间升华、溅射、真空蒸发等。物理干法通常要求在真空和/或者高温的环境进行，对设备的要求很高，而且对镉元素和碲元素的材料浪费严重。从设备投入角度和环境保护角度来说，上述制备CdTe薄膜太阳能电池组件的方法制造成本很高。

为了解决上述技术问题，美国专利文献US2011/0290641Al公开了一种快速电化学沉积法生产太阳能电池的装置和方法，美国专利文献US2012/0043215A1 公开了另一种电化学沉积法生产太阳能电池的装置和方法。这些电化学沉积法通常使用水作为溶剂，不需要真空和/或者高温环境，含镉元素和碲元素的溶液可以循环利用，大大降低了电化学沉积法制备CdTe薄膜太阳能电池组件的制造成本。

但是，上述专利所述电化学沉积制备CdTe薄膜的方法属于批量生产，无法应用于大规模连续生产。然而生产CdTe薄膜太阳能电池组件的其他步骤都属于连续生产，导致了电化学沉积制备CdTe薄膜的方法和其他步骤不容易匹配。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种电化学沉积薄膜太阳能电池的连续生产的装置。

本发明是通过如下技术方案实现的：提供一种电化学沉积薄膜太阳能电池的连续生产的装置，所述装置包括传输装置、电沉积装置和电接触装置，所述电沉积装置内固定有针形电极和针形电极的对电极，所述针形电极和所述对电极之间互不接触，所述电沉积装置的底面为导电材料，所述对电极与所述电沉积装置的底面接触，所述电接触装置固定于所述传输装置上，所述电接触装置包括针形电极电接触区和对电极电接触区，所述针形电极电接触区和对电极电接触区分别与所述针形电极和电沉积装置的底面电接触，所述针形电极电接触区和对电极电接触区之间绝缘，且所述针形电极电接触区和对电极电接触区之间连接有电压源。

本发明提供的装置中，对电极与电沉积装置的底面接触，电沉积装置的底面为导电材料制作，电沉积装置的底面与电接触装置的对电极电接触区接触，电接触装置的针形电极电接触区与电沉积装置中的针形电极接触，当针形电极电接触区和对电极电接触区之间接通工作电压时，电接触装置的针形电极电接触区与电沉积装置中的针形电极形成电接触，对电极电接触区与电沉积装置的底面形成电接触，由于电沉积装置的底面为导电材料，电沉积装置的底面又与对电极接触，因此，对电极与对电极接触区形成电接触，这样针形电极、对电极和电沉积液之间可以形成电子回路，将需要沉积薄膜的基板放置于针形电极上可以进行电沉积。针形电极电接触区和对电极电接触区之间绝缘以防止短路。

本发明提供的装置中，针形电极的前端可以弯折成Z型，使针形电极的顶部具有弹簧的弹力，如附图11中所示，如此形成的弹簧弹力能使针形电极的顶端与需要沉积薄膜的基板之间的接触良好。

优选的，所述传输装置包括两个平行放置的传输带，所述电接触装置固定于两个传输带之间，且所述电接触装置的顶面与所述传输带的顶面位于同一水平面上。

电接触装置固定于两个传输带之间时，电沉积装置的宽度大于两个传输带之间的距离，以使电沉积装置能够随着传输带运动，电接触装置静止不动，电沉积装置的中间位置从电接触装置上滑过，针形电极电接触区和对电极电接触区分别与针形电极和电沉积装置的底面形成滑动电接触，两个传输带的传输速度相同，且电沉积装置从电接触装置的一端运动至另一端的时间等于电沉积装置中沉积一层薄膜的时间。

优选的，所述电沉积装置的底面间隔固定有“T”形的绝缘板，所述绝缘板包括横板和竖板，所述横板位于电沉积装置的底面的上方，所述竖板贯穿电沉积装置的底面，所述竖板的底部设有凹槽，所述针形电极贯穿所述横板和所述竖板并于所述凹槽处伸出，所述针形电极电接触区和所述对电极电接触区之间设有间隙，所述针形电极电接触区与所述凹槽内的针形电极接触，所述对电极电接触区与所述电沉积装置的底面接触。

在电沉积装置的底面间隔固定“T”形的绝缘板，“T”形的绝缘板的竖板的底部设置凹向内的凹槽，相应的，电接触装置的针形电极电接触区和对电极电接触区之间设置间隙，电沉积装置的底部和电接触装置的顶部相配合，凹槽两端的臂刚好卡进针形电极电接触区和对电极电接触区之间的间隙中，达到针形电极电接触区和对电极电接触区之间绝缘的效果的同时，对电沉积装置形成限位，避免电沉积装置在电接触装置上跑偏。

优选的，所述电沉积装置的侧面上设有电沉积液入口和电沉积液出口。电沉积液入口和电沉积液出口分别连通电沉积液的液源，连通管路上可以设置传送泵来控制电沉积液的流动方向和流速等。采用流动的电沉积溶液可以提高物质传递速率从而提高电沉积速率。

优选的，所述电沉积装置的外侧壁的顶部固定有用于防止电沉积液流出的“O”型圈。“O”型圈的材质可以使用任何弹性橡胶，例如说Buna-N，Viton，Silicone， EPDM等。

本发明的电沉积装置中可以设置参比电极，用于电位监控，参比电极可以选用任何在电沉积液中电位稳定的材料，例如说Cd，Ag/AgCl，SHE（标准氢电极），SCE（饱和甘汞电极）等。

本发明实施例提供的技术方案可以包含以下有益效果：

本发明提供一种电化学沉积薄膜太阳能电池的连续生产的装置，所述装置包括传输装置、电沉积装置和电接触装置，所述电沉积装置内固定有针形电极和针形电极的对电极，所述针形电极和所述对电极之间互不接触，所述电沉积装置的底面为导电材料，所述对电极与所述电沉积装置的底面接触，所述电接触装置固定于所述传输装置上，所述电接触装置包括针形电极电接触区和对电极电接触区，所述针形电极电接触区和对电极电接触区分别与所述针形电极和电沉积装置的底面电接触，所述针形电极电接触区和对电极电接触区之间绝缘，且所述针形电极电接触区和对电极电接触区之间连接有电压源。本发明提供的装置中，将电沉积装置与传输装置相结合，利用电接触装置为电沉积装置提供电压源，使电沉积装置在随传输装置的运动中完成电沉积薄膜的过程，实现连续生产。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见的，对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的第一种电化学沉积薄膜太阳能电池的连续生产的装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的第一种电化学沉积薄膜太阳能电池的连续生产的装置的电沉积装置的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的第一种电化学沉积薄膜太阳能电池的连续生产的装置的电接触装置的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的一种电化学沉积薄膜太阳能电池的连续生产的装置的电接触装置的俯视结构示意图。

图5为本发明实施例提供的第二种电化学沉积薄膜太阳能电池的连续生产的装置的结构示意图。

图6为本发明实施例提供的第二种电化学沉积薄膜太阳能电池的连续生产的装置的电沉积装置的结构示意图。

图7为图6中I的局部放大图。

图8为本发明实施例提供的第二种电化学沉积薄膜太阳能电池的连续生产的装置的电接触装置的结构示意图。

图9为本发明实施例提供的第二种电化学沉积薄膜太阳能电池的连续生产的装置的电接触装置与电沉积装置的配合示意图。

图10为本发明实施例提供的第二种电化学沉积薄膜太阳能电池的连续生产的装置的电接触装置与传输装置的俯视示意图。

图11为本发明实施例提供的一种电化学沉积薄膜太阳能电池的连续生产的装置的针形电极的结构示意图。

图中所示：传输装置10、传输带11、电沉积装置20、针形电极21、对电极22、绝缘板23、横板231、竖板232、凹槽233、电沉积液入口24、电沉积液出口25、电沉积装置的底面26、电接触装置30、针形电极电接触区31、对电极电接触区32、间隙33，基板40。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。

参见图1，所示为本发明实施例提供的一种电化学沉积薄膜太阳能电池的连续生产的装置。

由图1可知，所述的装置包括传输装置10、电沉积装置20和电接触装置30，所述电沉积装置20内固定有针形电极21和针形电极的对电极22，所述针形电极21和所述对电极22之间互不接触，所述电沉积装置的底面26为导电材料，所述对电极22与所述电沉积装置20的底面26接触，所述电接触装置30固定于所述传输装置10上，所述电接触装置30包括针形电极电接触区11和对电极电接触区12，所述针形电极电接触区11和对电极电接触区12分别与所述针形电极21和电沉积装置的底面26电接触，所述针形电极电接触区11和对电极电接触区12之间绝缘，且所述针形电极电接触区11和对电极电接触区12之间连接有电压源。

本实施例中，传输装置10为传输带，电接触装置30固定于传输装置10上，且电接触装置30在传输带的整个长度上均有延伸，如图1和图4所示，电沉积装置的结构如图2所示，针形电极21垂直于电沉积装置的底面26设置，对电极22固定于底面26上，但对电极22与针形电极21之间互不接触，电沉积装置的底面26上固定有“T”型绝缘板23，所述绝缘板23包括横板231和竖板232，所述横板231位于电沉积装置的底面26的上方，所述竖板232贯穿电沉积装置的底面26，所述针形电极21贯穿所述横板231和所述竖板232；如图3所示，电接触装置30的针形电极电接触区31和对电极电接触区32之间设有间隙33，所述针形电极电接触区31与伸出绝缘板23的针形电极21接触，所述对电极电接触区12与所述电沉积装置的底面26接触。由于电沉积装置的底面26为导电材料制作，当针形电极电接触区31和对电极电接触区32之间接通工作电压时，电接触装置的针形电极电接触区31与电沉积装置中的针形电极21形成电接触，对电极电接触区32与电沉积装置的底面26形成电接触，由于电沉积装置的底面26为导电材料，电沉积装置的底面26又与对电极22接触，因此，对电极22与对电极接触区32形成电接触，这样针形电极21、对电极22和电沉积液之间可以形成电子回路，将需要沉积薄膜的基板放置于针形电极上可以进行电沉积。

本实施例中，所述电沉积装置20的相对的两个侧面上分别设置有电沉积液入口24和电沉积液出口25，电沉积液出口24和入口25分别连通电沉积液的液源，电沉积液的液源与电沉积液出口24和入口25的连接管路上设置有传输泵，用于将电沉积液泵入电沉积装置中。使用时，首先将需要沉积薄膜的基板40放置于针形电极21的顶部，再将电沉积液入口24和出口25接通电沉积液，然后将电沉积装置20放至电接触装置30上，使针形电极21与针形电极电接触区31接触，电沉积装置的底面26与对电极电接触区32接触，并在针形电极电接触区31与对电极电接触区32之间通入工作电压，使针形电极21、对电极22及电沉积液之间形成电子回路，从而在基板40上沉积薄膜，由于电接触装置30固定于传输带上，电接触装置30随着传输带的运动而运动，从而带动电沉积装置20随传输带运动，在传输带的传输过程中可以不断向传输带上的电接触装置30上放置电沉积装置20，从而可以不断在基板上沉积薄膜，达到连续生产的效果。

本实施例中，以在“glass/TCO/CdS”上沉积CdTe为例，把“glass/TCO/CdS”放入电沉积装置中的针形电极21的顶部，针电极21与“glass/TCO/CdS”接触，将电沉积装置20放上电接触装置30后，在针电极21上加上阴极电流， “glass/TCO/CdS”阴极上发生的主要电化学反应为：

Cd2⁺ + HTeO₂+ + 3H⁺ + 6e^- à CdTe + 2H₂O；

对电极阳极上发生的电化学反应为：

2H₂O à O₂ + 4H⁺ + 4e^-；

这样就在“glass/TCO/CdS”电沉积了CdTe，形成“glass/TCO/CdS/CdTe”。

生产时，设置传输带的传输速度，使电沉积装置20从传送带的一端运动至另一端的时间等于“glass/TCO/CdS”上沉积目标厚度CdTe薄膜的时间，目标厚度可以由电沉积总电量（库伦）来控制。当电沉积装置被传输到传输带的终点位置时，取下电沉积装置，取出生产出的“glass/TCO/CdS/CdTe”，清洗掉残余电解液后吹干，可放入后续退火步骤。传输带传输过程中可以连续向上放置电沉积装置20，以达到连续生产。

在本发明的另一个实施例中，如图10所示，所述传输装置10包括两个平行放置的传输带11，所述电接触装置30固定于两个传输带11之间，电接触装置30与传输带11互不接触，且电接触装置30是静止的，所述电沉积装置20的宽度大于两个传输带11之间的距离，以使电沉积装置20能够随着传输带11的运动而运动； 所述电接触装置30的长度小于传输带11的长度，如图5和图10所示；所述电接触装置30的顶面与所述传输带11的顶面位于同一水平面上。所述电沉积装置20的结构如图6所示，电沉积装置的底面26间隔固定有“T”形的绝缘板23，所述绝缘板23的结构如图7所示，包括横板231和竖板232，所述横板231位于电沉积装置的底面26的上方，所述竖板232贯穿电沉积装置的底面26，所述竖板232的底部设有凹槽233，所述针形电极21贯穿所述横板231和所述竖板232并于所述凹槽233处伸出；如图8所示，所述针形电极电接触区31和所述对电极电接触区32之间设有间隙33；如图9所示，所述针形电极电接触区31与所述凹槽233内的针形电极21接触，所述对电极电接触区12与所述电沉积装置的底面26接触，所述凹槽233的两侧壁分别卡进所述间隙33中，使所述针形电极电接触区31和所述对电极电接触区32之间绝缘的同时对电沉积装置20起到限位作用，避免电沉积装置20在传输带11上跑偏。

本实施例中，电沉积装置20的侧面上同样设置有电沉积液入口24和电电沉积液入口25，所述电沉积装置20从电接触装置30的一端运动至另一端的时间等于电沉积装置20中的基板40上沉积目标厚度的薄膜的时间，本实施例的使用方法同上述实施例相同。

在本发明的其他实施例中，所述传输装置10可以设置为一个传输带，所述电接触装置30的针形电极电接触区31和对电极电接触区32可以分别固定于所述传输带的两侧，相应的，电沉积装置20中的针形电极21和对电极22可以分别连通一个电刷，两个电刷分别与针形电极电接触区31和对电极电接触区32滑动电接触，在通电的情况下使针形电极21、对电极22和电沉积液形成回路，使得电沉积装置20在传输带上运动的同时能够进行电沉积，达到连续生产的目的。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。