专利名称：一种非真空的步进通过式快速硒化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及太阳能电池硒化技术领域，具体涉及一种非真空的步进通过式快速硒化装置。
背景技术：
目前，硒化装置是对半导体进行掺杂的重要工艺设备之一，在高温条件下将掺杂材料扩散入基底从而改变和控制材料内物质的类型、浓度和分布。特别的，在预制金属层后硒化法制备铜铟硒薄膜太阳电池过程中，硒化装置是用于后硒化工艺、制备高效吸收层的关键设备。铜铟镓硒薄膜太阳电池国际上通行的技术路线是真空蒸发法和预制层后硒化法。其中，预制金属层后硒化法中的金属预制层一般采用溅射方法，因溅射法可以快速获得均匀的大面积薄膜，而通过控制溅射功率、工作气压、气体流量和溅射顺序可以实现对薄膜厚度和元素比例的精确控制，后硒化过程即在高温含硒气氛中将金属预制层进行硒化处理，主要硒源包括硒化氢和固态硒等，增加硫化过程，最终可以获得更优的吸收层薄膜。该工艺方法的难点主要集中于后硒化工艺，如含硒气氛的均匀性、工艺环境的温度均匀性、气体流量及利用率和过程控制等。因此，用于后硒化工艺的硒化装置的功能和性能直接关系到铜铟镓硒电池吸收层的材料结构和电学性能。现有硒化装置设备所面临的主要问题有，如何在保证电池高转换效率前提下提高产能，如何在保证单个电池面积前提下保证膜层均匀。因现有硒化装置多用于小尺寸半导体制造，故在CIS薄膜太阳电池的应用中，无法满足大面积电池的制造和随之而来的均匀性难题。另，以德国壳牌光伏公司的专利US6703589《Device and method for tempering atleast one process good》为例,传统炉式结构的硒化装置受限于工艺时间过长且离线处理方式，影响快速在线式大规模的生产应用。而其他如日本昭和壳牌公司的W02006/070745Al《关于CIS薄膜太阳能电池吸收层制备方法的专利》涵盖的硒化装置，虽然通过加装风扇强制循环代替自然循环，但是对工艺腔内流场均匀性的改善并未达到理想效果。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种非真空的步进通过式快速硒化装置，其在实现了气氛的均匀分布，提高了所制备材料的元素配比的精确性和大面积均匀性，从而消除上述背景技术中缺陷。为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是:一种非真空的步进通过式快速硒化装置，包括工艺腔室，所述工艺腔室利用门闸分割为顺次排列的装载腔、加热腔、保温腔、冷却腔和卸载腔，所述装载腔、加热腔、保温腔、冷却腔和卸载腔内均设置有相互配合的、用以承载待硒化基板的传动辊；所述加热腔和保温腔设置有加热单元、鼓风单元和抽气单元，所述加热单元包括均匀分布于所述加热腔和保温腔内部的电热丝以及上下两排卤素灯；所述鼓风单元设置于所述加热腔和保温腔的一侧，包括将工艺气体格栅化的格栅板，所述格栅板设置于所述加热腔和保温腔的腔室内；所述抽气单元设置于所述加热腔和保温腔与所述鼓风单元相对的一侧，包括抽气机、导流板和格栅板，所述抽气机的进气口利用导流板弓I至腔室内，且导流板的上游位置设置有所述格栅板。作为一种改进，所述工艺腔室为狭缝形。本实用新型中，所述门闸为上端铰接式。作为一种改进，所述装载腔与加热腔之间门闸开启方向为向装载腔一侧，所述保温腔与冷却腔之间门闸开启方向为向冷却腔一侧，以保证工艺气体不会外泄。作为一种改进，所述加热腔和保温腔用隔热保温材料制有隔热层，所述隔热层内嵌均匀分布的所述电热丝，加热以保持本底温度。作为一种改进，所述上下两排卤素灯间隔分布，且下排卤素灯分布于传动辊下方、位于各传动辊之间。这样最大限度的降低工艺腔体内的温度梯度，以实现温度分布的均匀性。之所以采用卤素灯，是因为它具有电热转换率高、升温快的特点，适于短时热工艺过程。作为一种改进，所述鼓风单元的鼓风机利用导流板连接所述格栅板，从而将工艺气体进行格栅化处理。作为一种改进，所述鼓风单元的鼓风机安装于所述格栅板的各个栅格内。基于同样的工作原理，以上装置可以用于硫化工艺中。一种利用非真空的步进通过式快速硒化装置实现的硒化方法，包括如下步骤:(I)向装载腔、加热腔、保温腔、冷却腔和卸载腔内充入惰性气体，内部气压高于外界气压，而且保证装载腔、冷却腔和卸载腔内气压相等，并大于加热腔以及与加热腔等压的保温腔；(2)将工艺气体预热，利用鼓风单元和抽气单元实现工艺气体在所述加热腔和保温腔内部强制循环；将电热丝加热升温至240-260°C，也就是使所述加热腔和保温腔的隔热层温度为240-260°C，优选为250°C ;利用卤素灯加热至所述加热腔和保温腔的腔室内温度为 520-5800C ；(3)利用传动辊承载待硒化的基板顺次通过装载腔、加热腔、保温腔、冷却腔和卸载腔，即得到硒化后的基板；所述冷却腔内部温度为200 350°C。硒化后的基板，将通过卸载腔，传送出设备，进入后续工序。作为一种改进,所述工艺气体包括固态硒蒸气或硒化氢。作为一种改进，所述惰性气体包括氮气或氩气。由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是:1.本实用新型的工艺腔室利用门闸分割为顺次排列的装载腔、加热腔、保温腔、冷却腔和卸载腔，而且装载腔与加热腔之间门闸开启方向为向装载腔一侧，所述保温腔与冷却腔之间门闸开启方向为向冷却腔一侧，基于这种结构，工艺腔室内可以保证内部气压高于外界气压，防止外部气体进入，保证工艺腔室的洁净度，同时也可以保证工艺气体不会外泄，提高了基板硒化的效果。2.本实用新型的工艺腔室采用狭缝形，能够缩减工艺气体用量，同时也可以保证基板处于浓度较大的工艺气体氛围中，提高硒化的均匀性。3.本实用新型的加热腔和保温腔用隔热保温材料制有隔热层，所述隔热层内嵌均匀分布的电热丝，基于这种结构，利用电热丝可以将隔热层温度加热至250°C，可以对加热腔和保温腔与环境的热交换进行补偿，而且实用新型人在实践中发现，此温度下，可以有效防止硒蒸汽在工艺腔室内表面沉积，起到意想不到的效果。4.本实用新型采用卤素灯加热，而且上下两排卤素灯间隔分布，且下排卤素灯分布于传动辊下方、位于各传动辊之间，由于卤素灯具有电热转换率高、升温快的特点，适于短时热工艺过程，基于上述结构，本实用新型可以较短时间内将加热腔和保温腔内的温度升高至520-580°C，实用新型人反复实验发现，该温度下基板的硒化效果最为良好，而且本实用新型能够最大限度的降低工艺腔体内的温度梯度，以实现温度分布的均匀性。5.本实用新型设置有鼓风单元和抽气单元，而且均设置有格栅板，基于这种结构，工艺气体从腔室的一侧首先经过导流板的第一重分流，然后工艺气体经过格栅板进行第二重分流，极大的提高了工艺气体的均匀性，然后工艺气体再在基板的表面进行反应，实现了工艺气体均流以及稳定，并能够控制工艺腔室内的流场均匀性。6.本实用新型设置的冷却腔设定温度为200 350°C，因此基板从保温腔内出来之后可以迅速得到冷却，而实践中证明，硒化后的基板迅速冷却利于实现所制备材料的元素精确配比。总之，本实用新型实现了扩散气体流场均匀性的高效控制，实现了扩散工艺温度和温升的高效控制，在保证大面积硒化均匀性的前提下，通过快速硒化有助于生产效率的大幅提升。
图1是本实用新型硒化装置主体结构示意图；图2为本实用新型硒化装置加热腔的结构示意图；图3为本实用新型硒化装置加热腔的剖面结构示意图；图4为本实用新型硒化装置鼓风单元和抽气单元的结构示意图；图中:1.装载腔，2.加热腔，3.保温腔，4.冷却腔，5.卸载腔，6.门闸，7.传动辊，
8.电热丝，9.卤素灯，10.进气格栅板，11.抽气机，12.出气导流板，13.出气格栅板，14.隔热层，15.鼓风机,16.进气导流板。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。如图1所示，一种非真空的步进通过式快速硒化装置，包括狭缝形的工艺腔室，所述工艺腔室利用门闸6分割为顺次排列的装载腔1、加热腔2、保温腔3、冷却腔4和卸载腔5，所述装载腔1、加热腔2、保温腔3、冷却腔4和卸载腔5内均设置有相互配合的、用以承载待硒化基板的传动辊7 ;图2和图3为加热腔的示意图，本实用新型中，加热腔2和保温腔3的内部结构相同，均设置有加热单元、鼓风单元和抽气单元，所述加热单元包括均匀分布于所述加热腔2和保温腔3内部的电热丝8以及上下两排卤素灯9，所述鼓风单元设置于所述加热腔2和保温腔3的一侧，包括将工艺气体格栅化的进气格栅板10，所述进气格栅板10设置于所述加热腔2和保温腔3的腔室内，鼓风单元的鼓风机15利用进气导流板16连接所述进气格栅板10，从而将工艺气体进行格栅化处理；所述抽气单元设置于所述加热腔2和保温腔3与所述鼓风单元相对的一侧，包括抽气机11、出气导流板12和出气格栅板13，所述抽气机11的进气口利用出气导流板12引至腔室内，且出气导流板12的上游位置设置有所述出气格栅板10。本实施例中，所述装载腔I与加热腔2之间门闸6开启方向为向装载腔I 一侧，所述保温腔与冷却腔之间门闸开启方向为向冷却腔一侧，以保证工艺气体不会外泄。本实用新型为了提高硒化效果，在加热腔2和保温腔3用隔热保温材料制有隔热层14，所述隔热层14内嵌均匀分布的所述电热丝8加热，以保持本底温度。本实用新型的上下两排卤素灯9间隔分布，且下排卤素灯9分布于传动辊7下方、位于各传动辊7之间。这样最大限度的降低工艺腔体内的温度梯度，以实现温度分布的均匀性。之所以采用卤素灯9，是因为它具有电热转换率高、升温快的特点，适于短时热工艺过程。另外，如图4所示，所述鼓风单元的鼓风机15安装于所述进气格栅板10的各个栅格内，更利于工艺气体的均匀性。显然，此时鼓风机15应该采用体积较小的类型。以下为利用本实用新型的非真空的步进通过式快速硒化装置实现铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池硒化的具体实施例。实施例1非真空的步进通过式快速硒化方法，包括如下步骤:(I)向装载腔1、加热腔2、保温腔3、冷却腔4和卸载腔5内充入惰性气体氮气，内部气压高于外界气压，而且保证装载腔1、冷却腔4和卸载腔5内气压相等，并大于加热腔2以及与加热腔2等压的保温腔3 ；(2)将工艺气体固态硒蒸气预热，利用鼓风单元和抽气单元实现工艺气体在所述加热腔2和保温腔3内部强制循环，利用电热丝8加热至所述加热腔2和保温腔3的隔热层14温度为240°C，利用卤素灯9加热至所述加热腔2和保温腔3的腔室内温度为520°C ；(3)利用传动辊7承载待硒化的基板顺次通过装载腔1、加热腔2、保温腔3、冷却腔4和卸载腔5，所述冷却腔4内部温度为200°C。冷却后的基板，将通过卸载腔5，传送出设备，进入后续工序。实施例2非真空的步进通过式快速硒化方法，包括如下步骤:(I)向装载腔1、加热腔2、保温腔3、冷却腔4和卸载腔5内充入惰性气体氩气，内部气压高于外界气压，而且保证装载腔1、冷却腔4和卸载腔5内气压相等，并大于加热腔2以及与加热腔2等压的保温腔3 ；(2)将工艺气体硒化氢预热，利用鼓风单元和抽气单元实现工艺气体在所述加热腔2和保温腔3内部强制循环，利用电热丝8加热至所述加热腔2和保温腔3的隔热层14温度为250°C，利用卤素灯9加热至所述加热腔2和保温腔3的腔室内温度为550°C ；(3)利用传动辊7承载待硒化的基板顺次通过装载腔1、加热腔2、保温腔3、冷却腔4和卸载腔5，所述冷却腔4内部温度为300°C。[0058]冷却后的基板，将通过卸载腔5，传送出设备，进入后续工序。实施例3非真空的步进通过式快速硒化方法，包括如下步骤:(I)向装载腔1、加热腔2、保温腔3、冷却腔4和卸载腔5内充入惰性气体氮气，内部气压高于外界气压，而且保证装载腔1、冷却腔4和卸载腔5内气压相等，并大于加热腔2以及与加热腔2等压的保温腔3 ；(2)将工艺气体固态硒蒸气预热，利用鼓风单元和抽气单元实现工艺气体在所述加热腔2和保温腔3内部强制循环，利用电热丝8加热至所述加热腔2和保温腔3的隔热层14温度为260°C，利用卤素灯9加热至所述加热腔2和保温腔3的腔室内温度为580°C ；(3)利用传动辊7承载待硒化的基板顺次通过装载腔1、加热腔2、保温腔3、冷却腔4和卸载腔5，所述冷却腔4内部温度为350°C。冷却后的基板，将通过卸载腔5，传送出设备，进入后续工序。本实用新型不局限于上述具体实施方式
，一切基于本实用新型的技术构思，所作出的结构上的改进，均落入本实用新型的保护范围之中。
权利要求1.一种非真空的步进通过式快速硒化装置，包括工艺腔室，所述工艺腔室利用门闸分割为顺次排列的装载腔、加热腔、保温腔、冷却腔和卸载腔，所述装载腔、加热腔、保温腔、冷却腔和卸载腔内均设置有相互配合的、用以承载待硒化基板的传动辊； 其特征在于:所述加热腔和保温腔设置有加热单元、鼓风单元和抽气单元，所述加热单元包括均匀分布于所述加热腔和保温腔内部的电热丝以及上下两排卤素灯； 所述鼓风单元设置于所述加热腔和保温腔的一侧，包括将工艺气体格栅化的格栅板，所述格栅板设置于所述加热腔和保温腔的腔室内； 所述抽气单元设置于所述加热腔和保温腔与所述鼓风单元相对的一侧，包括抽气机、导流板和格栅板，所述抽气机的进气口利用导流板引至腔室内，且导流板的上游位置设置有所述格栅板。
2.如权利要求1所述的一种非真空的步进通过式快速硒化装置，其特征在于:所述工艺腔室为狭缝形。
3.如权利要求1所述的一种非真空的步进通过式快速硒化装置，其特征在于:所述装载腔与加热腔之间门闸开启方向为向装载腔一侧，所述保温腔与冷却腔之间门闸开启方向为向冷却腔一侧。
4.如权利要求1所述的一种非真空的步进通过式快速硒化装置，其特征在于:所述加热腔和保温腔用隔热保温材料制有隔热层，所述隔热层内嵌均匀分布的所述电热丝。
5.如权利要求1所述的一种非真空的步进通过式快速硒化装置，其特征在于:所述上下两排卤素灯间隔分布，且下排卤素灯分布于传动辊下方、位于各传动辊之间。
6.如权利要求1所述的一种非真空的步进通过式快速硒化装置，其特征在于:所述鼓风单元的鼓风机利用导流板连接所述格栅板。
7.如权利要求1所述的一种非真空的步进通过式快速硒化装置，其特征在于:所述鼓风单元的鼓风机安装于所述格栅板的各个栅格内。
专利摘要本实用新型公开了一种非真空的步进通过式快速硒化装置，包括工艺腔室，所述工艺腔室利用门闸分割为顺次排列的装载腔、加热腔、保温腔、冷却腔和卸载腔，所述加热腔和保温腔设置有加热单元、鼓风单元和抽气单元，所述加热单元包括均匀分布于所述加热腔和保温腔内部的电热丝以及上下两排卤素灯，所述鼓风单元和抽气单元均设置有用以将工艺气体格栅化的格栅板。本实用新型实现了扩散气体流场均匀性的高效控制，实现了扩散工艺温度和温升的高效控制，在保证大面积硒化均匀性的前提下，通过快速硒化有助于生产效率的大幅提升。
文档编号C30B31/06GK202989270SQ201220696939
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月15日 优先权日2012年12月15日
发明者李和胜, 李劼, 闫升运, 孙琳, 王岩 申请人:山东孚日光伏科技有限公司