本发明涉及真空磁控溅射镀膜生产线，属于化学镀膜设备领域。
背景技术：
铜铟镓硒(cigs)薄膜电池是近年来发展最快、最有前景的一类新型光伏电池，cigs是薄膜太阳能电池主吸收层材料的最佳选择之一。目前，制备cigs薄膜的方法主要有两种：“三步共蒸法”(三步法)和“预制层硒化法”(两步法)。三步共蒸法是目前应用最广泛也是最受研究人员青睐的工艺，该方法制备的cigs薄膜太阳能电池的效率已高达19.99％。而预制层硒化法，工艺流程容易控制，适合产业化生产。三步法能够在小样片上制备出高效率的电池器件，但对控制的精确要求和工艺的复杂程度使其难以推广到大规模生产线。
cigs薄膜电池是一种多层薄膜结构组件，主要包括基底、mo背电极层、cigs吸收层、cds过渡层和azo或zno导电层，部分还包括mgf2减反射层。cigs吸收层是整个cigs薄膜的核心层，但cigs层的质量好坏与各层结构均有关系，尤其是mo背电极层和导电层，更是影响着整个cigs太阳能电池的效率。
目前市场上的制备cigs的设备主要根据制备工艺自行设计改进，设备本身的集成度低，镀膜效率差，且现有的设备均是沿用玻璃基材的生产设备，生产效率低，且面对新兴发展起来的柔性基材，现有的镀膜线完全无法适应镀膜的需要。
技术实现要素：
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是获得真空磁控溅射镀膜生产线。
为实现上述发明目的，本发明采用的一种真空磁控溅射镀膜生产线的技术方案如下：
本发明中的镀膜生产线为立式连续镀膜生产线，其中可以对玻璃基板和柔性基板，如pi基板等进行连续镀膜，根据cigs膜层结构，由总展开室起，依次包括mo层磁控溅射子线、cigs层高温蒸镀子线、cds层磁控溅射子线和azo导电层化学气相沉积子线，各子线之间通过过渡腔室连接。本发明中的真空磁控溅射镀膜生产线可以设计为直线型，为了节约场地，也可以设计为环形。
优选的，在各腔室中设有驱动辊和从动辊通过旋转带动基材运动。各子线之间设有至少一个过渡室。
更优选的，部分驱动辊带有张力检测仪的张力检测辊和调节薄膜张力的张力调节辊。各级不同的辊组合在一起，不仅可以带动薄膜在各腔室之间转动，还可以通过设置位置的改变，起到改变薄膜展开方向的作用。
优选的，在azo导电层化学气相沉积子线的出口，还设有总收集室，总收集室设有收卷辊和冷却辊，冷却辊内设有冷却管，用于冷却镀膜后的cigs薄膜至室温的收卷温度。
优选的，azo导电层化学气相沉积子线设有一真空反应腔室、真空反应腔室的进出卷两侧设有过渡室。
更优选的，真空反应腔室内设有若干气体扩散器，气体扩散器高度可调。
优选的，mo子线沿薄膜的展开方向依次包括放卷室、第一溅射室、过渡室、第二溅射室及收卷室。
更优选的，第一溅射室及第二溅射室内各设有至少一个单旋转阴极，单旋转阴极在溅射室内的设置位置可根据需要进行调整。
作为一种优选的实施方式，薄膜在放卷室内的放卷驱动辊展开后经过一传动辊和一张力检测辊，进入第一溅射室，第一溅射室内的第一个传动辊上设有电机为张力调节辊，调节转速后薄膜在第一溅射室内匀速展开，进行磁控溅射mo层，镀膜后进入过渡室调节张力，过渡室内按照膜的展开方向依次设有传动辊、张力检测辊及张力调节辊，而后进入第二溅射室，第二溅射室内设有正反两个阴极用于磁控溅射，二次镀膜之后的薄膜进入收卷腔内，先经过以传动辊改变展开方向后经过冷却辊冷却，而后经过张力检测辊及张力调节辊，最后收卷至收卷驱动辊。
作为一种优选的实施方式，薄膜在放卷室内的放卷驱动辊展开后经过一传动辊和一张力检测辊，进入第一溅射室，第一溅射室内的第一个传动辊上设有电机为张力调节辊，调节转速后薄膜在第一溅射室内匀速展开，进行磁控溅射mo层，镀膜后进入过渡室调节张力，过渡室内按照膜的展开方向依次设有传动辊、张力检测辊及张力调节辊，而后进入第二溅射室，第二溅射室内设有正反两个阴极用于磁控溅射，二次镀膜之后的薄膜进入收卷腔内，先经过以传动辊改变展开方向后经过冷却辊冷却，而后经过张力检测辊及张力调节辊，最后收卷至收卷驱动辊。
优选的，环形cigs子线沿柔性薄膜基材的展开方向依次包括放卷室、预热室、过渡室、蒸镀室、冷却室及收卷室，其中蒸镀室与过渡室交替设置，蒸镀室的两侧均设有过渡室。
更优选的，蒸镀室内设有组合线性蒸发源。
作为一种优选的实施方式，薄膜在放卷室内展开后，先经过以预热室对薄膜进行一级加热，预热室内设有若干波纹均热板及传动辊，预热室与蒸镀室之间，蒸镀室与冷却室之间均设有过渡室，用于检测调节薄膜展开速度，并将不同的工艺段隔开以便对薄膜进行逐步处理，蒸镀cigs层优选的蒸镀室为5个，蒸镀室外缘设有平推式蒸发门，线性蒸发门上设有组合线性蒸发源，蒸发源一般为两个一组，门内设有三组蒸发源，蒸发源的种类可以根据镀膜的需要进行调整，也可增加单独的小蒸发源在门内，蒸发镀膜后的薄膜经过冷却室的一级冷却后进入收卷室，收卷室内设有两个冷却辊及膜层分析装置，膜层经过分析无误并以完成冷却的薄膜收入收卷驱动辊，收卷室内还设有张力检测辊及张力调节辊，用于调整薄膜展开速度，保证薄膜冷却后再进行收卷。
优选的，cds子线沿薄膜的展开方向依次包括放卷室、第一溅射室、过渡室、第二溅射室及收卷室。
更优选的，cds线的第一溅射室及第二溅射室内在柔性薄膜基材展开的同一侧设有平面阴极。
作为一种优选的实施方式，平面阴极为成对设置的。
优选的，各子线还包括真空获得系统，真空获得系统包括总真空泵、独立真空泵、真空管道及主抽管道，其中主轴管道连接真空管道及总真空泵，真空管道连接主抽管道及独立真空泵，独立真空泵设于各腔室。
与现有技术相比，本发明采用立式生产线不仅保证了镀膜过程中无杂质污染，并且不与设备接触避免了膜面的破坏，还使得镀膜过程中镀膜更加均匀，磁控溅射和真空蒸镀子线组合装配，不仅给予真空蒸镀的高温高压一个自然的缓冲，节能环保，降低了工艺难度和操作步骤，还提高了cigs薄膜的整体性能。旋转靶提高了靶材的利用率和镀膜膜层的均匀性，靶材被轰击时不会出现凹坑，避免了溅射氧化层的形成，靶材利用率高，平均膜厚小，膜层均匀，多级加热模块的设置技术能够实现温控调节，同时在高温镀膜的情况下，保证基片加热的均匀性，节约能耗，温度范围：常温～600℃连续可调可控，张力检测辊可根据需要设置在各传动辊上，通过调整辊的转速控制薄膜基材的张力，使薄膜基材的张力控制更准确。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明提供的真空磁控溅射镀膜生产线作进一步详细、完整地说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的实验材料如无特殊说明，均为市场购买得到。
本发明中的镀膜生产线为立式生产线，薄膜基材在镀膜过程中始终保持垂直于地面的状态，本发明中的真空磁控溅射镀膜生产线主要根据cigs膜层结构，由总展开室起，依次包括mo层磁控溅射子线、cigs层高温蒸镀子线、cds层磁控溅射子线和azo导电层化学气相沉积子线，各子线之间通过过渡腔室连接，除了使用上述生产线外还涉及到生产线的上下游处理过程若干，包括清洗、划线、连接导线等常规步骤，除本发明中提供的生产线外的其他生产步骤均为现有技术，在此不进行赘述。
本实施例中所采用的薄膜为pi膜，pi膜为本发明中的优选的基膜，但本发明提供的生产线也可用于任何可用于cigs太阳能电池基膜的薄膜，pi薄膜并不应作为对本发明的限制，本发明提供的柔性薄膜立式真空镀膜生产线也可以用于玻璃基板太阳能电池的生产。
本生产线包括直线型生产子线及环形生产子线，各生产子线包括放卷室、收卷室、至少一个镀膜室，镀膜室为两个以上时，镀膜室之间还包括至少一个过渡室。放卷室及收卷室内包括主驱动辊，主驱动辊与膜面完全接触，用于放卷及收卷，即放卷驱动辊及收卷驱动辊，分别位于生产线的首尾两端。生产线内还设有至少一个张力检测辊及张力调节辊，张力检测辊及张力调节辊为相邻设置的，张力调节辊为非传动辊；生产子线内还设有若干传动辊，张力调节辊与薄膜的接触面积大于等于张力检测辊及传动辊。
金属薄膜层mo在cigs薄膜太阳能电池中其金属背电极的作用，处于整个电池的最底层，也就是薄膜上的第一层镀膜。mo子线采用单旋转靶(阴极)进行直流溅射金属mo至pi薄膜上。mo子线包括5个腔室，根据pi膜的展开方向，腔室依次为：放卷室、第一真空溅射室、过渡室、第二真空溅射室、收卷室，真空获得系统分布在整个mo子线内，保证了真空环境的温度压强，mo子线内设有加热装置，保证了溅射的环境温度在80～120℃。各腔室的同一侧的壁上均开设有操作门，便于进行维护及其他操作。
具体根据pi薄膜的展开过程来说，pi膜依次通过放卷室内的放卷驱动辊、传动辊、张力检测辊，其中的放卷驱动辊和传动辊设于放卷室的同壁，张力检测辊设于放卷驱动辊的相邻壁，位于连接第一真空溅射室的一侧。由于放卷驱动辊的初始状态需要支撑成卷的pi膜，因此其所需工作直径较大，而传动辊位于放卷驱动辊的一侧，直径上的差异为pi膜形成了一个有角度的展开方向，张力检测辊与传动辊垂直设置也为薄膜形成了一个有角度的展开方向，因此pi膜在放卷室内形成了一个u型的展开方向，这样的展开方向便于检测薄膜的张力，使得整个膜面在展开过程中不发生褶皱、挤压等不均匀受力带来的损耗，这样的设置保证了薄膜立式镀膜的实现，并且节约了放卷室的空间。
第一真空溅射室内设有若干传动辊，其中薄膜进入第一真空溅射室时经过的第一个辊为张力调节辊，若干传动辊固定于溅射室的同壁，使pi膜在溅射室内沿直线展开，保证尽可能大的有效溅射面，便于进行溅射操作。每个传动辊的固定壁两侧均设有辊间加热模块，设在辊间的加热模块可以迅速使薄膜在展开的过程中达到加热温度。在pi膜展开的两侧，传动辊之间及真空溅射室侧壁上也设有腔内加热模块。在传动辊固定壁的相对侧壁上设有操作门，操作门上设有门加热模块，因此整条加热线并未因为开设门而中断或受到影响，加热模块优选的为波纹均热板和/或加热管。与操作门同侧的室壁上还设有单旋转阴极。单旋转阴极在稳定真空状态下，进行直流溅射，阴阳极间的气体分子被离子化而产生带点电荷，其中正离子受负电位加速运动而撞击阴极上的mo靶材，将mo原子溅出，溅出的mo原子则沉积于阳极的基板上而形成mo薄膜。
经过第一真空溅射室的pi薄膜将通过过渡室，用于隔离气氛、调节膜面受力。过渡室内设有张力检测辊、传动辊和张力调节辊，张力检测辊设于操作门一侧的相对室壁上，传动辊和张力调节辊分别设于张力检测辊的两相邻侧壁，传动辊和张力调节辊与张力检测辊形成一个v型的涨紧过渡室，增加涨紧过渡可在真空溅射过程中对pi膜进行一次调整，调整其膜面的受力至均匀，并且过渡室内还设有腔内加热模块，加热模块包括辊间加热模块及腔内加热模块，保证了在涨紧过渡时，薄膜与在真空溅射室中处在相同的温度环境下，避免了热胀冷缩现象对薄膜溅射的影响。
在本实施例中，第二真空溅射室与第一真空溅射室的区别仅在于，第二真空溅射室设有两个单旋转阴极，两个单旋转阴极分别设置在薄膜展开方向的相对的两侧。
上述本实施例中的单旋转阴极的设置位置是根据本实施例中的整体参数进行选择的，单旋转阴极可以被设置在真空溅射室内薄膜展开方向两侧的任意位置，只要能完成真空溅射这一技术效果，设置在任意位置的单旋转阴极均应认为落入本发明的保护范围中，本实施例中的设置位置不应作为对本发明的限制。
在pi薄膜经过二次真空溅射后进入收卷腔，进入收卷腔内先经过一个设置于侧壁的传动辊改变膜的展开方向，后薄膜进过冷却辊，对膜面温度进行冷却，冷却辊将pi薄膜冷却至常温经过设置在冷却辊相对面上的张力检测辊，再经过设置在张力检测辊相对侧的张力调节辊调节展开速度，最后收卷至收卷驱动辊。
mo子线的另一重要组成部分即真空获得系统，本实施例中的mo子线在除了过渡室外，每个腔室均设有抽真空管道，每根真空管道均接于主抽管道上，主抽管道连接总真空泵。除了设有总真空泵外，本实施例还提供了独立真空泵，独立真空泵分布于除过渡室的每个室内，根据真空环境的需要及压力稳定的要求，本实施例中设置在放卷室和收卷室内各一个独立真空泵，第一真空溅射室和第二真空溅射室内各两个真空泵，总真空泵在空气环境下使用，为整条mo子线提供一个基础的真空环境，若干独立真空泵在基础真空环境下使用，为mo子线提供较高的工作真空环境，保证了镀前10-5pa的高真空环境。
环形子线采用真空蒸镀法将铜、铟、镓的线性蒸发源在硒的环境中沉积形成cigs电池吸收层，真空腔室内设有x射线荧光光谱分析仪，通过x射线荧光光谱分析仪来监控cigs膜层成分，随时根据检测结果调整沉积形成层。本实施例所采用的环形真空蒸镀cigs子线，巧妙的将通过制备条件类似、制备过程连续的真空蒸镀四种元素的工艺整合在一条生产线上，使得真空环境及高温环境进行整合共享，不仅节约了能源，还使得蒸镀效率更高，蒸镀效果更好，镀层均匀光滑。
环形cigs子线根据pi膜的展开方向，从放卷室开始，依次经过预热室、过渡室、蒸发室、到达冷却室，冷却后至收卷室收卷。其中蒸发室之间、蒸发室与预热室之间、蒸发室与冷却室之间均设有过渡室，换言之，过渡室为连接各工作腔室之用，并能够涨紧蒸发过程中热涨的pi膜，保证pi膜的蒸镀效果，使pi膜在立式展开的过程中不会由于受力不均发生褶皱或卷曲的现象，也不与其他辊或腔室结构发生接触。因此，为了保证环形真空蒸镀线的结构设计，过渡室横截面优选为梯形，梯形上底面即较短的底面位于环形线的内缘。
放卷室的结构同生产线内其他工艺线的放卷室，包括放卷驱动辊、张力检测辊及传动辊。其中张力检测辊上还设有膜层分析检测装置，实时对膜层进行分析，其余结构及连接方式在此不进行赘述。
环形cigs子线在放卷室后设置有一预热室，由于蒸镀对温度的要求很高，仅在蒸镀室内设置加热模块不足以保证加热温度，因此为了有效地使整条环形线达到600℃以上的环境温度，预热室内设有若干传动辊及加热模块，其具体设置结构同mo子线真空溅射室内的设置方式，预热室内传动辊及加热模块对薄膜进行一级加热，可保证pi膜在进入过渡室及蒸发室时，各室均能达到预设的600℃以上的温度要求。
由于环形真空蒸镀cigs子线所有的传动辊均沿外缘方向设置，pi膜在环形线内各室展开时，即受到一定的张力，因此过渡室中的张力检测辊、传动辊、张力调节辊均设置在环形线的内缘面上。pi膜在环形线上通过过渡室及蒸发室时，展开形状大致呈圆形，这样的膜面便于线性蒸发源有效地进行线性蒸镀，同时可以保证膜面在进行蒸镀时不会触碰到其他生产线的结构，保证了膜面的质量。
蒸发室的结构相同，在内缘一侧设有若干传动辊，在传动辊的两侧设有辊间加热模块，在传动辊与pi膜接触的一侧传动辊之间，还设有腔内加热模块，使得高温环境可以保持在600℃以上。在环形线的外缘侧侧壁上，还设有若干蒸发室门，蒸发室门为用于蒸发镀膜线的线源集成式蒸发室门，且蒸发室门为平推式的，可沿地面导轨平推进行开关操作。蒸发室门内设有线性离子蒸发源，蒸发室门将单个线性离子蒸发源组合在蒸发室门内，线性离子蒸发源可以根据蒸发室的蒸镀要求进行更换，线性离子蒸发源的温度很高，单个蒸发源温度工作时的蒸发源内部温度为500～1300℃，温度非常高，难以集成组合使用，蒸发室门将线性离子蒸发源组合在门内，不仅节约了设备空间，还提高了蒸镀效果,还可以根据蒸镀工艺的要求随时更换不同的线性离子蒸发源，便于生产线的维护和使用，提高了生产线的适应性和灵活度。
蒸镀工艺中环境及薄膜温度非常高，骤冷会导致薄膜膜层崩解，因此环形线设有冷却室。冷却室将薄膜温度从600℃逐渐冷却，使得薄膜在进入收卷室冷却辊的温度为150℃左右。冷却室通过冷却水冷却，冷却室中设有温度检测系统，检测冷却水的入水温度及回水温度，通过温度检测来确定冷却水的水压及流速。
上述冷却水冷却薄膜温度为本实施例中的优选方式，其他可以达到该冷却效果的冷却方式均应被认为落入本发明的保护范围之内，冷却水不应被作对为本发明的限制。
收卷室设有多个冷却辊，本实施例中优选为两个冷却辊，两个冷却辊之间设有一张力检测辊，通过检测张力以调整转速，使pi膜得到有效的冷却。冷却后的pi膜收卷与收卷驱动辊。收卷室内还设有膜层分析装置，分析薄膜膜层是否有异常，当膜层冷却并且膜层正常后，膜层正常收卷。膜层分析装置的探头可耐100℃以下的高温环境，在冷却辊的配合下，保证了分析装置的正常运行。
环形cigs子线的真空获得系统设置于环形线的内缘侧，除了总真空泵抽出空气维持基础真空环境外，从预热室至冷却室的每个腔室均设有独立真空泵以维持工作真空气压。总真空泵与独立真空泵之间通过真空总管连接，真空总管每节管道之间由柔性管道相连形成环形结构，保证了镀前10-5pa的高真空环境。
cds层是镀在cigs上的一层缓冲层，一般厚度为1μm，本层可以有效提高电池组件的整体效率，同时起到前电极azo层与cigs层之间良好的紧密衔接作用。cds层磁控溅射子线与mo层磁控溅射子线的区别仅在于，cds子线采用中频脉冲直流将cds溅射到cigs膜层上。
cds子线沿pi膜展开方向依次包括放卷室、第三真空溅射室、过渡室、第四真空溅射室及收卷室。各室的设置方式与mo子线相同，在此不再进行赘述，仅根据pi膜的展开方向对cds子线的各室结构进行阐述。
azo层在cigs薄膜太阳能电池中起到金属氧化物前电极的作用。azo层即zno：al层。azo子线沿pi膜展开方向依次包括放卷室、过渡室、真空反应腔室及收卷室，放卷室和收卷室与其他子线基本相同。azo子线仅具有一个真空反应腔室，真空反应室内设有若干气体扩散器，每个气体扩散器均置于一个升降机构上，该升降机构可以带动气体扩散器沿着垂直方向运动。气体扩散器喷射出不同的需要化学气相沉积的金属粉末，以及保护气体。采用锌源(二乙基锌或zn(ch3coo)2)，氧源(o2、h2o、co2和乙醇)等和掺杂铝源(三乙基铝、氯化铝或硝酸铝)在cds表面进行化学反应，保护气为氧源，锌源与掺杂铝源的配制比例为100:4，将锌源和掺杂铝源置入密封的沉积室内，室内气压为0.1pa，腔内温度400℃，腔内温度逐渐加热，以15℃/min的升温速度加热至400℃，反应2h。
反应后的的薄膜进入总收集室，总收集室内设有至少一个冷却辊，冷却管内通有冷却水，可将经过化学气相沉积的薄膜至室温。
在其他常规工艺参数及设备的配合下，使用本发明所述的柔性薄膜立式真空镀膜生产线，能够达到cigs太阳能电池的成套、流水作业，并且出膜量高、质量好，打破了国外厂家对这一技术领域的垄断，攻克了技术难点，巧妙的组合生产线，对于未来的新能源领域的发展与制造具有很好的推动作用，具有广泛的应用空间及优良的推广价值。
最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。