專利名稱：一種專用于CdTe薄膜太陽能電池的熱處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及CdTe薄膜太陽能電池，具體是指一種專用于CdTe薄膜太陽能電池制備工藝過程中用的熱處理裝置。
背景技術(shù)：
薄膜太陽能電池的研究近十年來受到高度重視，其中，n-CdS/p-CdTe異質(zhì)結(jié)多晶薄膜太陽能電池在大面積電池的研制，規(guī)模化生產(chǎn)的發(fā)展，低的生產(chǎn)成本等方面，顯現(xiàn)出其它太陽能電池?zé)o法比擬的優(yōu)勢。因此CdTe薄膜太陽電池市場前景被普遍看好，已經(jīng)成為美、德、日、意等國研究開發(fā)的主要對象，在產(chǎn)業(yè)化上也取得重要進(jìn)展，組件生產(chǎn)企業(yè)紛紛建立。在應(yīng)用方面，CdTe/玻璃外形美觀，可以用于大面積屋頂材料；CdTe/柔性襯底(如鑰箔片、不銹鋼和聚酰亞胺等)可以根據(jù)不同的安裝對象改變襯底的彎曲程度，在光伏與建筑一體化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，近年來CdTe薄膜太陽電池的市場占有份額大幅增長。CdTe材料是I1- VI族化合物直接帶隙半導(dǎo)體，能帶寬度1. 45eV,與太陽光譜匹配較好，CdTe材料的光吸收系數(shù)在IO5CnT1范圍，在紫外到825nm(截至波長)的波長范圍，只需要幾個(gè)毫米厚的薄膜就能吸收99%左右的入射電磁輻射，因此CdTe吸收層可以做的很薄。n-CdS能帶寬度2. 4eV, n-CdS/p-CdTe異質(zhì)結(jié)薄膜太陽能電池的理論轉(zhuǎn)換效率達(dá)28%(Voc=1050mV, Isc=30. 8mA / cm2，F(xiàn)F=83. 7%)，在使用中沒有光致衰減，穩(wěn)定性好。
對于上層配置的CdTe薄膜太陽能電池，其中的退火熱處理是制備高效CdTe薄膜太陽能電池關(guān)鍵的一道工藝，作用是①促進(jìn)CdS/CdTe的界面擴(kuò)散，形成CdSgTex界面層，減少界面的晶格失配程度，降低界面缺陷態(tài)的濃度，從而提高效率；②使得CdTe薄膜的再結(jié)晶和晶粒長大，減少晶界缺陷能夠鈍化缺陷、熱激活和提高吸收層的載流子壽命。實(shí)驗(yàn)室中通常的CdTe的熱處理方法主要有兩類，一種是通過在CdTe薄膜表面沉積或者涂敷一層CdCl2，然后在380°C -450°C下熱處理30 40分鐘；另一種是將CdCl2制備在平板石英玻璃表面作為蒸發(fā)源，熱處理時(shí)將CdCl2揮發(fā)到CdTe薄膜表面，然后在380°C _450°C下熱處理30 40分鐘。上述工藝過程一般在一個(gè)石墨舟中進(jìn)行，由于CdCl2易吸收水汽潮解，影響退火后的薄膜質(zhì)量，通常在熱處理前要對樣品和CdCl2源加熱去水分。另一方面CdCl2熱處理在碲化鎘膜面形成了一高阻氧化層和大量的CdCl2殘留物。上述氧化膜和CdCl2殘留物需要另外的溫水浸泡和酸腐蝕才能去除。但是水溶液的引入，很可能導(dǎo)致CdTe薄膜太陽能電池效率的衰減。
發(fā)明內(nèi)容針對上述CdTe薄膜太陽能電池在熱處理中存在的問題，本實(shí)用新型提供了一種專用于CdTe薄膜太陽能電池的熱處理裝置。本實(shí)用新型的一種專用于CdTe薄膜太陽能電池的熱處理裝置，包括石墨舟和石英支架。所述的石英支架是一個(gè)長方形框架，框架長度方向兩端橫條的兩頭各超出石英支架寬度1mm，用于防止石英支架在石墨舟內(nèi)移動過位。框架的長度方向末端橫條中間設(shè)有一推動石英支架在石墨舟內(nèi)移動的手柄。石英支架內(nèi)置有相互平行的四根內(nèi)橫條，將石英支架從前向后分為三個(gè)區(qū)域，第一區(qū)域?yàn)闃悠烦凉駞^(qū)域，第二區(qū)域?yàn)闃悠窡崽幚韰^(qū)域，第三區(qū)域?yàn)闃悠方禍貐^(qū)域。樣品熱處理區(qū)域和樣品降溫區(qū)域各由兩條內(nèi)橫條劃分組成，樣品熱處理區(qū)域和樣品降溫區(qū)域之間間隔50 100mm,離開樣品熱處理區(qū)域前50 IOOmm為樣品除濕區(qū)域。所述的石墨舟由石墨舟體和石墨蓋板組成，石墨舟體為方形盒狀，石墨舟體上部內(nèi)壁四周有一 L型的止口，用于擱置待熱處理的樣品，石墨舟體下部相對二側(cè)壁開有一長方形的窗口，用于石英支架貫通其中移動。在樣品熱處理區(qū)域和樣品降溫區(qū)域的兩橫條上各設(shè)置有堵塊，堵塊的大小要與石墨舟體下部的長方形窗口的尺寸相匹配。并使當(dāng)石英支架在推入樣品熱處理區(qū)域或樣品降溫區(qū)域時(shí)，堵塊正好堵住長方形窗口。樣品熱處理區(qū)域的兩橫條上設(shè)置的堵塊6上還開有幾個(gè)用于氣體流通的小孔。樣品熱處理區(qū)域的兩內(nèi)橫條內(nèi)側(cè)還用于擱置CdCl2源片。并使置于石墨舟內(nèi)的待熱處理的樣品表面和CdCl2源片表面的距離保持在2mm 3mm。本實(shí)用新型的顯著特點(diǎn)在于1.本熱處理裝置可以一次完成中溫去除水分，高溫退火和降溫過程，避免了 CdCl2殘留物污染及CdTe薄膜表面氧化。2.由于CdTe薄膜表面在退火后沒有CdCl2殘留物污染和氧化，在隨后的電池工藝中省去了清潔CdTe薄膜表面的工序，同時(shí)由于避免了水溶液的引入，從而降低了由此引起的CdTe薄膜太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的衰減。
圖1為本實(shí)用新型的一種專用于CdTe薄膜太陽能電池的熱處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的石墨舟的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型的石英支架的平面圖，圖中的虛線為樣品除濕區(qū)域和樣品熱處理區(qū)域之間的間隔劃分線。圖4為本實(shí)用新型的石英支架上安裝好堵塊和CdCl2源片的平面圖。圖5為本實(shí)用新型的堵塊平面圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明一種專用于CdTe薄膜太陽能電池的熱處理裝置，包括石墨舟I和石英支架2。所述的石英支架2是一個(gè)長方形框架，框架長度方向兩端橫條201的兩頭各超出石英支架寬度1mm，用于防止石英支架在石墨舟內(nèi)移動過位?？蚣艿拈L度方向末端橫條中間設(shè)有一推動石英支架在石墨舟內(nèi)移動的手柄202。石英支架2內(nèi)置有四根內(nèi)橫條203，樣品熱處理區(qū)域4和樣品降溫區(qū)域5各由兩條內(nèi)橫條203劃分組成，樣品熱處理區(qū)域和樣品降溫區(qū)域之間間隔50 100mm，目的是要保證樣品熱處理時(shí)工作氣體能在石墨舟內(nèi)流通。樣品除濕區(qū)域3和樣品熱處理區(qū)域4之間也間隔50 100mm，目的是要保證樣品除濕時(shí)，濕氣能充分跑出揮發(fā)。所述的石墨舟由石墨舟體101和石墨蓋板102組成，石墨舟體為方形盒狀，石墨舟體上部內(nèi)壁四周有一 L型的止口 103，用于擱置待熱處理的樣品，石墨舟體下部相對二側(cè)壁開有一長方形的窗口 104，用于石英支架貫通其中移動。在樣品熱處理區(qū)域4和樣品降溫區(qū)域5的兩內(nèi)橫條203上各設(shè)置有堵塊6，堵塊的大小要與石墨舟體下部的長方形窗口 104的尺寸相匹配。并使當(dāng)石英支架在推入樣品熱處理區(qū)域4或樣品降溫區(qū)域5時(shí)，堵塊正好堵住長方形窗口 104。樣品熱處理區(qū)域4的兩內(nèi)橫條上設(shè)置的堵塊6上還開有幾個(gè)用于流通氣體的小孔601。樣品熱處理區(qū)域4的兩內(nèi)橫條203內(nèi)側(cè)還用于擱置CdCl2源片。并且使置于石墨舟內(nèi)的待熱處理的樣品表面和CdCl2源片表面的距離保持在2mm 3mm。利用上述熱處理裝置熱處理CdTe薄膜太陽能電池時(shí)，只需將待熱處理樣品7表面朝下擱置在石墨舟體的L型的止口 103上，將CdCl2源片8表面朝上放在石英支架的樣品熱處理區(qū)域4的兩內(nèi)橫條203內(nèi)側(cè)上，然后將石英支架2推入石墨舟體的長方形窗口 104內(nèi)，并使石英支架的樣品除濕區(qū)域在石墨舟體的熱處理樣品下面，石墨舟兩側(cè)面的長方形窗口暢開，保持暢通，安裝好后將其放入熱處理爐內(nèi)，即可對樣品中溫除濕。除濕結(jié)束后將石英支架的樣品熱處理區(qū)域4推入石墨舟體的熱處理樣品下面，并使堵塊6正好分別堵住石墨舟體左右兩側(cè)面的長方形窗口 104，進(jìn)行高溫?zé)崽幚?。高溫?zé)崽幚斫Y(jié)束后將石英支架的樣品降溫區(qū)域5推入石墨舟體的熱處理樣品下面，并使堵塊正好分別堵住石墨舟體左右兩側(cè)面的長方形窗口，在低真空下完成降溫過程，降到室溫，取出樣品。
權(quán)利要求1.一種專用于CdTe薄膜電池的熱處理裝置，包括石墨舟(I)和石英支架(2)； 所述的石英支架(2)是一個(gè)長方形框架，框架長度方向兩端橫條(201)的兩頭各超出石英支架寬度Imm ;框架的長度方向末端橫條中間設(shè)有一推動石英支架在石墨舟內(nèi)移動的手柄(202)； 長方形框架內(nèi)置有相互平行的四根內(nèi)橫條(203)，將長方形框架從前向后分為三個(gè)區(qū)域，第一區(qū)域?yàn)闃悠烦凉駞^(qū)域(3)，第二區(qū)域?yàn)闃悠窡崽幚韰^(qū)域(4)，第三區(qū)域?yàn)闃悠方禍貐^(qū)域(5);樣品熱處理區(qū)域和樣品降溫區(qū)域各由兩條內(nèi)橫條劃分組成，樣品熱處理區(qū)域和樣品降溫區(qū)域之間間隔50 100mm，離開樣品熱處理區(qū)域前50 IOOmm為樣品除濕區(qū)域；所述的石墨舟由石墨舟體(101)和石墨蓋板(102)組成，石墨舟體為方形盒狀，石墨舟體上部內(nèi)壁四周有一 L型的止口(103)，用于擱置待熱處理的樣品(7)，石墨舟體下部相對二側(cè)壁開有一長方形的窗口( 104)，用于石英支架貫通其中移動； 在樣品熱處理區(qū)域(4)和樣品降溫區(qū)域(5)的兩內(nèi)橫條(203)上各設(shè)置有堵塊(6)，堵塊的大小要與石墨舟體下部的長方形窗口(104)的尺寸相匹配，并使當(dāng)石英支架在推入樣品熱處理區(qū)域(4)或樣品降溫區(qū)域(5)時(shí)，堵塊正好堵住長方形窗口(104);樣品熱處理區(qū)域(4)的兩內(nèi)橫條上設(shè)置的堵塊(6)上還開有幾個(gè)用于通氣體的小孔(601)； CdC12源片(8)源面朝上擱置在樣品熱處理區(qū)域(4)的兩內(nèi)橫條(203)內(nèi)側(cè)，并且使置于石墨舟內(nèi)的待熱處理的樣品表面和CdC12源片表面的距離保持在2mm 3mm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種專用于CdTe薄膜電池的熱處理裝置，該熱處理裝置包括石墨舟和石英支架。所述的石英支架是一個(gè)長方形框架，長方形框架從前向后分為三個(gè)區(qū)域，第一區(qū)域?yàn)闃悠烦凉駞^(qū)域，第二區(qū)域?yàn)闃悠窡崽幚韰^(qū)域，第三區(qū)域?yàn)闃悠方禍貐^(qū)域。石英支架貫通石墨舟中移動，使樣品分別在三個(gè)區(qū)域中完成除濕，熱處理，降溫。免除了CdTe薄膜和CdCl2源片吸附水分對退火薄膜質(zhì)量的影響，避免CdCl2殘留物污染及CdTe薄膜表面氧化，省去了隨后的清洗工序及由此引起的CdTe薄膜太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的衰減。
文檔編號H01L31/18GK202871841SQ20122053046
公開日2013年4月10日 申請日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者張傳軍, 鄔云華, 曹鴻, 趙守仁, 王善力, 褚君浩 申請人:上海太陽能電池研究與發(fā)展中心