专利名称：一种用于制备薄膜太阳能电池吸收层的中频感应加热装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种感应加热装置，具体来说涉及一种用于制备黄铜矿结构多元化合物薄膜太阳能电池吸收层的中频感应加热装置。
背景技术：
黄铜矿结构多元化合物薄膜太阳能电池包括铜铟硒、铜铟硫、铜铟镓硒、铜锌锡硫以及铜铟镓硒硫等多元化合物薄膜太阳能电池，该类电池具有低成本、高效率、稳定性好等优点，其中铜铟镓硒薄膜太阳能电池是目前光电转换效率最高的薄膜太阳能电池，转换效率20. 3% (ZSW)，是公认的最具有发展和市场潜力的第二代太阳能电池。黄铜矿结构多元化合物薄膜太阳能电池基本结构见附图1，从下到上分别为衬底 1，金属背电极2，P型黄铜矿结构多元化合物吸收层3，η型化合物半导体缓冲层4，高阻层 5，透明导电前电极窗口层6，按照有些要求也可以选择镀上金属栅电极7和减反膜8。黄铜矿结构薄膜太阳能电池组件的制备工艺流程一般如下将清洁干净的衬底放入真空腔中， 通过磁控溅射的工艺在衬底上沉积约Iym厚的金属背电极薄膜；通过激光在沉积好的金属电极薄膜上划线，划分出电池背电极单元，保证各电极单元之间绝缘；沉积黄铜矿结构多元化合物薄膜吸收层，为了保证入射光的充分吸收，吸收层的厚度一般大于2 μ m ；化学水浴法制备约50nm厚η型化合物半导体缓冲层；磁控溅射沉积约50nm的透明高阻层；通过激光刻蚀或者机械划线的工艺对电池进行第二次划线，使得划线区域露出金属背电极，使得通过下一步沉积的透明导电窗口层与裸露的金属背电极接触实现相邻电池单元串联；磁控溅射沉积约Iym厚透明导电前电极窗口层；通过机械划线工艺进行第三次划线，同样的使划线区域露出下部金属背电极，分出电池单元；三次划线的间隔控制在几百ym以内，尽量减小无用的电池死区，最后形成完整的电池单元组件，各电池单元之间串联。常见的两种真空沉积黄铜矿结构多元化合物薄膜的方法为多源共蒸发法以及溅射后硒(硫)化法。多源共蒸发法使用多个独立蒸发源蒸发化合物薄膜需要的每种元素单质，使其在加热的衬底上反应生成需要的黄铜矿结构多元化合物薄膜，该方法蒸发上来的原材料大部分沉积于真空腔壁，原材料利用率不高，并且很难实现大面积沉积；磁控溅射工艺是工业化生产大规模采用的成熟技术，使用磁控溅射先在衬底上依次沉积多元金属前驱层，再在硒(硫)蒸汽的气氛中加热退火，可以反应获得高质量的黄铜矿结构多元化合物薄膜，这种溅射后硒(硫)化技术是目前黄铜矿结构多元化合物薄膜太阳能电池大规模工业化生产采用的主流技术。溅射后硒(硫)化技术中，多元金属前驱层的制备工艺已经相对成熟，可以使用磁控溅射工艺在不同衬底上制备出大面积均勻、成本低廉的多元金属前驱层。目前该技术的难点与重点在于后续的前驱层硒(硫)化工艺，为获得高质量的黄铜矿结构多元化合物薄膜，在硒(硫)化的过程中，必须满足衬底快速升温以及衬底温度分布均勻的条件。然而目前主要采用的衬底加热手段有管式炉电阻丝加热以及卤素灯加热等，这些手段都是使用外部热源对衬底进行辐射加热，都存在能耗大、生产成本高，衬底温度分布均勻性差的缺点。
实用新型内容本实用新型的目的，就是提供一种用于制备薄膜太阳能电池吸收层的中频感应加热装置，可实现对太阳能电池的衬底的非接触式加热，功耗低、升温速度快、衬底温度分布均勻。本实用新型的目的可通过以下技术方案实现一种用于制备薄膜太阳能电池吸收层的中频感应加热装置，其特征在于它包括由依次连接的中频电源控制系统、中频电容补偿器和感应加热器组成的中频电加热系统， 还包括真空泵系统和用于放置并加热太阳能电池衬底的真空腔室，所述中频电源控制系统产生中频交流电并经电容补偿器输入感应加热器形成谐振槽路，所述感应加热器的周围产生交变磁场；所述真空腔室置于所述的感应加热器的交变磁场内并设有输入反应气体的进气口、以及与所述的真空泵系统的抽气管连通的抽气口。如此一来，将待加热的衬底置于真空腔室内，并由进气口通入硒蒸汽或硫蒸汽，衬底以及其上沉积的多元金属前驱层受感应加热器产生的交变磁场的感应，产生涡流，从而产生热量，最终在硒蒸汽或硫蒸汽的气氛下被加热反应形成薄膜太阳能电池的吸收层。本实用新型可作如下改进所述的中频电源控制系统包括温控器，所述真空腔室的室壁上还设有非接触式温度测量仪，该温度测量仪与中频电源控制系统温控器连接，反馈真空腔室内被加热衬底的温度信息，从而控制中频加热电源控制系统的交变电流和频率，以控制衬底的加热温度。所述非接触式温度测量仪为红外温度测量仪，所述真空腔室的室壁上设有红外监测窗口，所述红外温度测量仪透过红外监测窗口监测真空腔室内被加热衬底的温度。与现有技术相比，本实用新型具有如下优点(1)本实用新型为非接触式加热，使得衬底的温度分布均勻，由中频电容补偿器和感应加热器形成的谐振槽路具有功耗低的优点，而且中频感应加热的温升速度快，有利于获得高质量的黄铜结构多元化合物的吸收层。(2)具有温度测量仪，反馈温度以控制加热的温度，控温精度高，有利于获得高质量的黄铜结构多元化合物的吸收层。
图1为黄铜矿结构多元化合物薄膜太阳能电池的结构示意图；图2为本实用新型具体实施例的连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。如图2所示，一种用于制备薄膜太阳能电池吸收层的中频感应加热装置，它包括依次连接的中频电源控制系统9、中频电容补偿器10和感应加热器11组成中频加热系统， 还包括用于放置并加热太阳能电池衬底的真空腔室12和真空泵系统16，中频电源控制系统9内包括有温控器，真空腔室与真空泵系统的抽气口连通，中频电源加热系统产生中频交流电并经电容补偿器输入感应加热器形成谐振槽路，感应加热器的周围产生交变磁场， 真空腔室置于交变磁场内，该真空腔室的室壁上设有输入反应气体的进气口 17和用于监测加热温度的非接触式温度测量仪14，该温度测量仪14与中频电源控制系统9连接；中频电源加热系统将三相交流市电(50Hz)转化为单相中频(300Hz-20KHz)交流电，通过中频电容补偿器输入感应加热器中形成谐振槽路，从而在感应加热器周围产生交变磁场，将真空腔室置于交变磁场中，即置于感应加热器的中间，真空腔室通过真空泵系统抽真空，然后停止抽真空，从真空腔室进气口通入硒硫蒸汽或硫蒸汽，使得腔室内保持一定气压的硒蒸汽或硫蒸汽的气氛；将已沉积上多元金属前驱层的衬底13置于真空腔室内，腔室中的衬底以及其上沉积的多元金属前驱层受感应加热器产生的交变磁场的感应，产生涡流，从而产生热量，使其在硒蒸汽或硫蒸汽的气氛下被加热反应形成吸收层(薄膜)。温度测量仪为红外温度测量仪，透过真空腔室壁上的红外监测窗口 15测量真空腔室内的衬底的温度，温控器接受反馈回来的温度信息从而控制输入的交变电流与频率来控制衬底的加热温度。本加热装置的具体制备吸收层的过程如下(一 )以不锈钢箔为衬底时，在衬底上已通过磁控溅射分别沉积50nm氧化硅绝缘层，1微米金属钼背电极层，1微米铜铟镓三元金属前驱层以及2微米的硒层；将太阳能电池送入石英的真空腔室中，将真空腔时内气压抽到低于2X10—3帕斯卡，再通过进气口通入 99. 999%的高纯氩气至气压升高为5X IO2帕斯卡；使用中频感应加热器对样品进行加热， 升温速率为5摄氏度/秒，将太阳能电池的衬底由室温加热到550摄氏度，保温3分钟，停止加热；自然冷却，取出太阳能电池的衬底，获得铜铟镓硒薄膜吸收层。然后，再于该铜铟镓硒吸收层上分别沉积50nm硫化镉缓冲层、50nm本征氧化锌高阻层以及1微米透明导电掺铝氧化锌层，即可获得铜铟镓硒薄膜的太阳能电池。( 二)以钠钙玻璃为衬底时，在衬底上已通过磁控溅射沉积1微米金属钼背电极层，1微米铜锌锡三元金属前驱层；将钠钙玻璃的衬底送入石英的真空腔室中，将真空腔室内气压抽到低于2X10—3帕斯卡，再通过进气口通入99. 999%的硫化氢(硫蒸汽)与 99. 999%的氩气混合气体，至气压为5X IO2帕斯卡；使用中频感应加热器对该衬底进行加热，升温速率为5摄氏度/秒，将衬底由室温加热到525摄氏度，保温3分钟，停止加热；自然冷却，取出该衬底，即衬底上获得铜锌锡硫薄膜的太阳能电池吸收层。然后，再于铜锌锡硫吸收层上分别沉积50nm硫化镉缓冲层、50nm本征氧化锌高阻层以及1微米透明导电的掺铝氧化锌层，即可获得铜锌锡硫薄膜的太阳能电池。
权利要求1.一种用于制备薄膜太阳能电池吸收层的中频感应加热装置，其特征在于它包括由依次连接的中频电源控制系统、中频电容补偿器和感应加热器组成的中频电加热系统，还包括真空泵系统和用于放置并加热太阳能电池衬底的真空腔室，所述中频电源控制系统产生中频交流电并经电容补偿器输入感应加热器形成谐振槽路，所述感应加热器的周围产生交变磁场；所述真空腔室置于所述的感应加热器的交变磁场内并设有输入反应气体的进气口、以及与所述的真空泵系统的抽气管连通的抽气口。
2.根据权利要求1所述的用于制备薄膜太阳能电池吸收层的中频感应加热装置，其特征在于所述的中频电源控制系统包括温控器，所述真空腔室的室壁上还设有非接触式温度测量仪，该温度测量仪与中频电源控制系统温控器连接，反馈真空腔室内被加热衬底的温度fe息。
3.根据权利要求2所述的用于制备薄膜太阳能电池吸收层的中频感应加热装置，其特征在于所述非接触式温度测量仪为红外温度测量仪，所述真空腔室的室壁上设有红外监测窗口，所述红外温度测量仪透过红外监测窗口监测真空腔室内被加热衬底的温度。
专利摘要本实用新型公开了一种用于制备薄膜太阳能电池吸收层的中频感应加热装置，它包括由依次连接的中频电源控制系统、中频电容补偿器和感应加热器组成的中频电加热系统，还包括真空泵系统和用于放置并加热太阳能电池衬底的真空腔室，所述中频电源控制系统产生中频交流电并经电容补偿器输入感应加热器形成谐振槽路，所述感应加热器的周围产生交变磁场；所述真空腔室置于所述的感应加热器的交变磁场内并设有输入反应气体的进气口、以及与所述的真空泵系统的抽气管连通的抽气口。本实用新型可实现对太阳能电池的衬底的非接触式加热，功耗低、升温速度快、衬底温度分布均匀。
文档编号H05B6/10GK202190428SQ20112028878
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月10日 优先权日2011年8月10日
发明者李志方, 李志荣, 李秋霞, 罗志明 申请人:东莞市汇成真空科技有限公司