电沉积装置
阅读：235发布：2020-05-12
专利汇可以提供电沉积装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供一种 电沉积 装置，电沉积装置包括 阴极 、 阳极 和电沉积槽，电沉积装置还包括离子交换膜，离子交换膜的下端及两侧分别与电沉积槽的底壁及 侧壁 对应密封连接将电沉积槽分为阴极溶液槽和阳极溶液槽，阴极溶液槽内设有阴极电沉积液，阳极溶液槽内设有阳极电沉积液，阴极位于阴极电沉积液中，阳极位于阳极电沉积液。本实用新型在阴极溶液和阳极溶液之间设置离子交换膜，这样阴极部分溶液中的 表面活性剂 不会被阳极电化学反应消耗，使阴极溶液中的表面活性剂的浓度不会下降；阳极部分溶液中的表面活性剂被电化学 氧 化所产生的产物不会进入阴极部分溶液，不会污染电沉积产品造成元素 太阳能 电池 组 件效率逐渐下降。，下面是电沉积装置专利的具体信息内容。
1.一种电沉积装置，包括阴极（4）、阳极（2）和电沉积槽（1），其特征在于，所述电沉积装置还包括离子交换膜（3），所述离子交换膜（3）的下端及两侧分别与电沉积槽（1）的底壁及侧壁对应密封连接，将电沉积槽（1）分为阴极溶液槽（5）和阳极溶液槽（6），所述阴极溶液槽（5）内设有阴极电沉积液，所述阳极溶液槽（6）内设有阳极电沉积液，所述阴极（4）位于所述阴极电沉积液中，所述阳极（2）位于所述阳极电沉积液中。
2.根据权利要求1所述的电沉积装置，其特征在于，所述阴极电沉积液和所述阳极电沉积液相同，均为酸性碲化镉电沉积溶液或碱性碲化镉电沉积溶液，且所述酸性碲化镉电沉积溶液的PH值为1-2，所述碱性碲化镉电沉积溶液的PH值为10-11。
3.根据权利要求1所述的电沉积装置，其特征在于，所述阴极电沉积液为酸性碲化镉电沉积溶液，所述阳极电沉积液为PH值与所述酸性碲化镉电沉积溶液相等的酸溶液，且所述酸溶液中的氢离子有效浓度等于酸性碲化镉电沉积溶液中的氢离子有效浓度。
4.根据权利要求1所述的电沉积装置，其特征在于，所述阴极电沉积液为碱性碲化镉电沉积溶液，所述阳极电沉积液为PH值与所述碱性碲化镉电沉积溶液相等的碱溶液，且所述碱溶液中的氯离子有效浓度等于碱性碲化镉电沉积溶液中的氯离子有效浓度。
电沉积装置
技术领域
背景技术
[0003] 一般，薄膜太阳能电池迎向太阳光朝上放置，从下往上依次主要包括下封装层、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：
[0004] 首先，在透明导电薄膜玻璃上沉积CdS 薄膜获得"glass/TCO/CdS";
[0005] 然后，在"glass/TCO/CdS" 上沉积CdTe薄膜获得"glass/TCO/CdS/CdTe";
[0009] 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；
[0010] 然后，沉积背接触层，然后进行背接触层热处理；
[0011] 然后使用激光在TCO/CdS/CdTe 刻痕附近刻刻划掉CdS/CdTe/ 背接触层；
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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。在电化学沉积过程中，“glass/TCO/CdS”阴极上发生的主要电化学反应为：
[0015] Cd2+ + HTeO2+ + 3H+ + 6e- à CdTe + 2H2O；
[0017] 2H2O à O2 + 4H+ + 4e-；
[0018] 在电化学沉积过程中，为了降低表面能以便让电化学沉积得到的CdTe和“glass/TCO/CdS”有更好的接触，电化学沉积溶液中通常加入表面活性剂，这些表面活性剂通常是有机物，会在阳极表面上被氧化。表面活性剂氧化这个副反应有如下负面效果：1、降低了表面活性剂的有效浓度；2、副反应产物继续停留在溶液中，对溶液造成污染。在实际生产过程中，由于上述两个负面效果，循环利用含镉元素和碲元素的电化学沉积溶液会导致太阳能电池组件效率逐渐下降，因此含镉元素和碲元素的电化学沉积溶液无法无限循环利用。实用新型内容
[0019] 本实用新型针对现有技术的不足，提供一种电沉积装置，解决现有化学沉积法技术中因表面活性剂在对电极表面被氧化而造成的电化学沉积溶液无法无限循环利用的技术问题，进一步降低生产成本和环境污染治理成本。
[0020] 本实用新型是通过如下技术方案实现的：
[0021] 提供一种电沉积装置，包括阴极、阳极和电沉积槽，所述电沉积装置还包括离子交换膜，所述离子交换膜的下端及两侧分别与电沉积槽的底壁及侧壁对应密封连接，将电沉积槽分为阴极溶液槽和阳极溶液槽，所述阴极溶液槽内设有阴极电沉积液，所述阳极溶液槽内设有阳极电沉积液，所述阴极位于所述阴极电沉积液中，所述阳极位于所述阳极电沉积液中。
[0022] 离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。离子交换膜可分为阳离子交换膜，可以交换阳离子，例如质子、钠离子等，和阴离子交换膜，可以交换阴离子，例如氯离子，氟离子等。常见的离子交换膜均有商业产品，例如Nafion。本实用新型的阳极溶液槽和阴极溶液槽之间设置了离子交换膜，使得阳极电沉积液和阴极电沉积液这两部分溶液无法自由交换，只有离子交换膜选择的特定离子可以交换，从而使阳极电沉积液和阴极电沉积液可以根据需要选择不同的液体，没有必要选择相同的液体，以节约成本。
[0023] 优选的，所述阴极电沉积液和所述阳极电沉积液相同，均为酸性碲化镉电沉积溶液或碱性碲化镉电沉积溶液，所述酸性碲化镉电沉积溶液的PH值为1-2，所述碱性碲化镉电沉积溶液的PH值为10-11。
[0024] 所述酸性碲化镉电沉积溶液的成分为：水，硫酸镉，二氧化碲，硫酸，盐酸，表面活性剂和其他添加剂；所述碱性碲化镉电沉积溶液的成分为：水，硫酸镉，二氧化碲，氨水，氯化铵，表面活性剂和其他添加剂。表面活性剂可以是任何增加浸润度的化学物质，比如聚乙二醇烷基醚、十二烷基硫酸钠等；浸润指液体与固体发生接触时，液体附着在固体表面或渗透到固体内部的现象。对于电沉积来说，良好的浸润能保证没有电沉积产品没有缺陷或者小孔；其他添加剂可以是任何能改变电沉积碲化镉产品性质的化学物质，比如二氧化硒，在碲化镉电沉积溶液加入适量二氧化硒，可以产出有硒参杂的碲化镉，此产品在红外段能有更多吸收，即改变了电沉积碲化镉的产品性质。
[0025] 在电化学沉积过程中，为了降低表面能以便让电化学沉积得到的CdTe和“glass/TCO/CdS”有更好的接触，电化学沉积溶液中通常加入表面活性剂，这些表面活性剂通常是有机物，会在阳极表面上被氧化。本实用新型虽然阳极和阴极采用相同的电沉积液，但由于离子交换膜的存在，两部分电沉积液无法自由交换，避免了阴极部分溶液中的表面活性剂被阳极电化学反应消耗的情况，使阴极溶液中的表面活性剂的浓度不会下降；阳极电沉积液中的表面活性剂被电化学氧化所产生的产物也不会进入阴极电沉积液中，避免了电沉积产品被污染从而使太阳能电池组件效率逐渐下降的情况。
[0026] 优选的，所述阴极电沉积液为酸性碲化镉电沉积溶液，所述阳极电沉积液为PH值与所述酸性碲化镉电沉积溶液相等的酸溶液，且所述酸溶液中的氢离子有效浓度等于酸性碲化镉电沉积溶液中的氢离子有效浓度。
[0027] 阳极电沉积液可以是硫酸、盐酸等的酸溶液，只要满足其氢离子有效浓度等于酸性碲化镉电沉积溶液中的氢离子有效浓度，其PH值与酸性碲化镉电沉积溶液的PH值相等即可，若氢离子有效浓度不相等就会存在氢离子浓度梯度，氢离子会自发的从高浓度侧向低浓度侧移动，最终还是会相等的。
[0028] 优选的，所述阴极电沉积液为碱性碲化镉电沉积溶液，所述阳极电沉积液为PH值与所述碱性碲化镉电沉积溶液相等的碱溶液，且所述碱溶液中的氯离子有效浓度等于碱性碲化镉电沉积溶液中的氯离子有效浓度。
[0029] 本实用新型中，由于在阴极电沉积液和阳极电沉积液之间设置了离子交换膜，因此，阴极电沉积液和阳极电沉积液的成分可以不同，阳极电沉积液中可以不含有电沉积的有效物质，例如不含镉元素和碲元素，从而降低成本。
[0030] 本实用新型还提供一种电沉积方法，应用于上述的电沉积装置，所述方法按照如下步骤进行：
[0031] S101：分别在阳极溶液槽和阴极溶液槽中注入阳极电沉积液和阴极电沉积液，并将预先准备好阳极和阴极物质放入阳极电沉积液和阴极电沉积液中；
[0033] 本实用新型实施例提供的技术方案可以包含以下有益效果：
[0034] 本实用新型提供一种电沉积装置及其电沉积法方法，所述电沉积装置包括阴极、阳极和电沉积槽，所述电沉积装置还包括离子交换膜，所述离子交换膜的下端及两侧分别与电沉积槽的底壁及侧壁对应密封连接将电沉积槽分为阴极溶液槽和阳极溶液槽，所述阴极溶液槽内设有阴极电沉积液，所述阳极溶液槽内设有阳极电沉积液，所述阴极位于所述阴极电沉积液中，所述阳极位于所述阳极电沉积液。本实用新型在阴极溶液和阳极溶液之间设置离子交换膜，两部分溶液无法自由交换，只有离子交换膜选择的特定离子可以交换，来构成电子离子回路；阴极部分溶液中的表面活性剂不会被阳极电化学反应消耗，使阴极溶液中的表面活性剂的浓度不会下降；阳极部分溶液中的表面活性剂被电化学氧化所产生的产物不会进入阴极部分溶液，不会污染电沉积产品使太阳能电池组件效率逐渐下降；阳极部分溶液还可以不含有电沉积的有效物质，例如不含镉元素和碲元素，进一步降低成本。附图说明
[0035] 为了更清楚的说明本实用新型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。
[0036] 图1为本实用新型实施例提供的一种电沉积槽的结构示意图。
[0037] 图中所示：1-电沉积槽、2-阳极、3-离子交换膜、4-阴极、5-阴极溶液槽、6-阳极溶液槽。
具体实施方式
[0038] 为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案,下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型的保护范围。
[0039] 本实用新型实施例提供一种电沉积方法，所述方法按照如下步骤进行：
[0040] S101：分别在阳极溶液槽6和阴极溶液槽5中注入阳极电沉积液和阴极电沉积液，并将预先准备好阳极2和阴极4放入阳极电沉积液和阴极电沉积液中；
[0041] S102：在阳极2和阴极4之间通入直流电压，开始电沉积。
[0042] 下述实施例中的电沉积过程均以本实用新型实施例提供的电沉积方法为基础。
[0043] 参见图1，所示为本实用新型实施例提供的一种电沉积装置的结构示意图。
[0044] 由图1可知，所述电沉积装置，包括阴极4、阳极2和电沉积槽1，所述电沉积装置还包括离子交换膜3，所述离子交换膜3的下端及两侧分别与电沉积槽1的底壁及侧壁对应密封连接，将电沉积槽1分为阴极溶液槽5和阳极溶液槽6，所述阴极溶液槽5内设有阴极电沉积液，所述阳极溶液槽6内设有阳极电沉积液，所述阴极4位于所述阴极电沉积液中，所述阳极2位于所述阳极电沉积液中。
[0045] 实施例1
[0046] 本实施例中采用CdS覆盖的TCO玻璃 “glass/TCO/CdS”作为阴极4，采用以二氧化钛为主，其它成分为二氧化钌的复合金属氧化物作为阳极2，离子交换膜2采用质子交换膜Nafion115，使用时，分别在阳极溶液槽6和阴极溶液槽5内注入PH值为1.3的酸性碲化镉电沉积溶液，在阴极4和阳极2之间通入直流工作电压，开始在阴极4上沉积CdTe，直至glass/TCO/CdS/CdTe上的CdTe层达到预期厚度，然后更换新的阴极4进行电沉积。
[0047] 本实施例中，质子交换膜Nafion115的厚度是127微米，电导率是0.10西门子/厘米。所述的酸性碲化镉电沉积溶液的成分为水，硫酸镉，二氧化碲，硫酸，盐酸，表面活性剂和其他添加剂；表面活性剂为聚乙二醇烷基醚，其他添加剂为二氧化硒；本实施例中的阳极溶液槽6和阴极溶液槽5中的酸性碲化镉电沉积溶液为静止的。
[0048] 在本实用新型的其他实施例中，电沉积溶液也可以是流动的，其流动的实现形式可以是：阳极溶液槽6上设置有阳极电沉积液入口和出口，阳极电沉积液的入口和出口分别连通阳极电沉积液液源，且连通管路上设置传送泵，通过传送泵将阳极电沉积液送至阳极溶液槽中，阳极电沉积液从入口流入，出口流出，实现阳极电沉积液的流动；同理，阴极电沉积液的流动方式与上述相同。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。
[0049] 实施例2
[0050] 本实施例提供的电沉积装置中，与实施例1的唯一不同之处在于，阳极溶液槽6不是注入酸性碲化镉电沉积溶液，而是硫酸溶液，硫酸溶液的PH值为1.3，且硫酸溶液中的氢离子的有效浓度等于酸性碲化镉电沉积溶液中的氢离子浓度。这样，阳极电沉积液中就不含有镉元素和碲元素，可以减少镉元素和碲元素的使用量，减少其对环境的影响。
[0051] 实施例3
[0052] 本实施例提供的电沉积装置中，与实施例1的唯一不同之处在于，分别在阳极溶液槽6和阴极溶液槽5内注入的酸性碲化镉电沉积溶液的PH值为1。
[0053] 实施例4
[0054] 本实施例提供的电沉积装置中，与实施例1的唯一不同之处在于，分别在阳极溶液槽6和阴极溶液槽5内注入的酸性碲化镉电沉积溶液的PH值为2。
[0055] 实施例5
[0056] 本实施例提供的电沉积装置中，与实施例2的唯一不同之处在于，阳极溶液槽6不是注入酸性碲化镉电沉积溶液，而是盐酸溶液。
[0057] 实施例6
[0058] 本实施例中，采用硫化镉覆盖的TCO玻璃 “glass/TCO/CdS”作为阴极4，采用以二氧化钛为主，其它组分为二氧化钽的复合金属氧化物作为阳极2，离子交换膜2使用氯离子交换膜，使用时，分别在阳极溶液槽6和阴极溶液槽5内注入PH值为10.3的碱性碲化镉电沉积溶液，在阴极4和阳极2之间通入直流工作电压，开始在阴极4上沉积CdTe，直至glass/TCO/CdS/CdTe上的CdTe层达到预期厚度，然后更换新的阴极4进行电沉积。
[0059] 本实施例中，碱性碲化镉电沉积溶液的成分为水，硫酸镉，二氧化碲，氨水，氯化铵，表面活性剂和其他添加剂；表面活性剂为十二烷基硫酸钠，其他添加剂采用二氧化硒。
[0060] 实施例7
[0061] 本实施例提供的电沉积装置中，与实施例3的唯一不同之处在于，阳极溶液槽6不是注入碱性碲化镉电沉积溶液，而是注入PH值为10的氨水，且氨水中的氯离子的有效浓度等于碱性碲化镉电沉积溶液中的氯离子的有效浓度。这样，阳极电沉积液中就不含有镉元素和碲元素，可以减少镉元素和碲元素的使用量，减少其对环境的影响。
[0062] 实施例8
[0063] 本实施例提供的电沉积装置中，与实施例5的唯一不同之处在于，分别在阳极溶液槽6和阴极溶液槽5内注入的碱性碲化镉电沉积溶液的PH值为10。
[0064] 实施例9
[0065] 本实施例提供的电沉积装置中，与实施例5的不同之处在于，采用以二氧化钛为主，其它组分为二氧化铱的复合金属氧化物作为阳极2，并且，分别在阳极溶液槽6和阴极溶液槽5内注入的碱性碲化镉电沉积溶液的PH值为11。
[0066] 在本实用新型的其他实施例中，阴极材料中还可以用其他材料例如氧化硫化镉或者镁参杂氧化锌等来取代硫化镉来作为窗口层材料，阴极材料是“glass/TCO/窗口层”；阳极材料可以使用任何不会损耗的导电物体。
[0067] 上述实施例1至实施例4中，实施例1中当阴极和阳极部分均为酸性碲化镉电沉积溶液的时候，薄膜太阳能模组效率最高。因此，实施例1为最佳实施例方式。
[0068] 当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本实用新型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实用新型的技术方案并非是对本实用新型的限制，参照优选的实施方式对本实用新型进行了详细说明，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实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本实用新型的宗旨，也应属于本实用新型的权利要求保护范围。
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