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碲化镉 薄膜 太阳能 电池背接触层制作方法及立式 镀膜装置

阅读：462发布：2023-01-31

专利汇可以提供碲化镉薄膜太阳能电池背接触层制作方法及立式镀膜装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种碲化镉薄膜太阳能电池背接触层制作方法，其制作过程均在真空环境中进行，步骤为：对衬底进行预加热至160～220℃；将衬底加热至230～320℃后进行碲化锑磁控溅射；将衬底冷却至80～120℃后进行镍钒合金溅射；将上述衬底降温到70℃以下后出料，采用这种方法制得的碲化镉薄膜太阳能电池背接触层镀膜均匀，针孔数量少。本发明还公开了采用上述方法制作碲化镉薄膜太阳能电池背接触层的立式镀膜装置，该装置包括但不限于采用真空阀门串联的预加热腔、保温碲化锑沉积腔、镍钒合金沉积腔、降温出料腔、真空系统等，该装置可实现对衬底的双面同时进行镀膜，增加镀膜有效区间，提高生产效率，易于检修。，下面是碲化镉薄膜太阳能电池背接触层制作方法及立式镀膜装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种碲化镉薄膜太阳能电池背接触层制作方法，其特征在于：该制作过程均在真空环境中进行，步骤如下：
第一步，对衬底（1）进行预加热至160～220℃，一边加热一边抽真空；
第二步，将衬底（1）加热至230～320℃，再进行碲化锑磁控溅射，碲化锑的厚度为
10～150nm；
第三步，将上述衬底（1）冷却至80～120℃后，进行镍钒合金溅射，镍钒合金的厚度为
0.5～5??m；
第四步，将上述衬底（1）降温到70℃以下后出料，制得碲化镉薄膜太阳能电池背接触层。
2.如权利要求1所述的碲化镉薄膜太阳能电池背接触层制作方法，其特征在于：在上述第一步、第二步的碲化锑磁控溅射步骤和第三步的镍钒合金溅射中，均是在压强为0～
10Pa的条件下进行。
3.如权利要求1或2所述的碲化镉薄膜太阳能电池背接触层制作方法，其特征在于：
在第二步工艺中，将衬底（1）加热至270～280℃。
4.如权利要求1或2所述的碲化镉薄膜太阳能电池背接触层制作方法，其特征在于：
在第四步工艺中，衬底（1）降温至40～60℃后出料。
5.一种采用上述方法制作碲化镉薄膜太阳能电池背接触层的立式镀膜装置，其特征在于：该制作装置包括采用真空阀门（2）串联的预加热腔（3）、保温碲化锑沉积腔（4）、镍钒合金沉积腔（5）和降温出料腔（6），这四个腔的下方设置有衬底传动装置和真空机组（8），上方设置有氩气控制系统（9）；其中，保温碲化锑沉积腔（4）靠近预加热腔（3）的前半部分为加热区（4-1），后半部分为碲化锑溅射区（4-2），碲化锑溅射靶头相对安装于碲化锑溅射区（4-2）两侧的门盖上；镍钒合金沉积腔（5）靠近保温碲化锑沉积腔（4）的前半部分为冷却区（5-1），后半部分为镍钒合金溅射区（5-2），镍钒合金溅射靶头相对安装于镍钒合金溅射区（5-2）两侧的门盖上。
6.如权利要求5所述的制作装置，其特征在于：所述衬底传动装置为由电机（10）驱动的传输滚轮（11），衬底（1）通过衬底支架（12）置于传输滚轮（11）上，预加热腔（3）、保温碲化锑沉积腔（4）、镍钒合金沉积腔（5）和降温出料腔（6）均与控制系统（13）连接，该控制系统（13）根据检测到的这四个腔的压强、温度、衬底位置、碲化锑厚度和镍钒合金厚度时对传输滚轮（11）的运动速度进行控制。
7.如权利要求6所述的制作装置，其特征在于：所述预加热腔（3）、保温碲化锑沉积腔（4）、镍钒合金沉积腔（5）和降温出料腔（6）的上部均设置在独立的测压器（7）。
8.如权利要求7所述的制作装置，其特征在于：所述真空机组（8）均为无油真空机组。

说明书全文

碲化镉薄膜 太阳能 电池背接触层制作方法及立式 镀膜装置

技术领域

[0001] 本发明属于碲化镉薄膜太阳能电池制造领域，具体应用于采用磁控溅射镀膜工艺制造碲化镉薄膜太阳能电池的背接触层部分。

背景技术

[0002] 如今，碲化镉薄膜太阳能电池以其性价比高、工艺简单、能耗低等多方面的优势越来越受到投资商或用户的重视，而在碲化镉薄膜太阳能电池的制造工艺中，其背接触层的制备是关键工序之一，目前通用的镀膜工艺主要有丝网印刷法、高真空蒸发法和离子束蒸发法，其中，丝网印刷法虽然所需设备相对简单，但其只是针对银浆、石墨浆料等材料加工而言，并且这些材料存在自身成本偏高、运输成本偏大和存放条件要求严格等缺点，不适应于大规模工业化生产的要求；而高真空蒸发法的材料利用率不高，加上在镀膜过程中不易于控制材料的消耗，也不能适应于大面积电池板的镀膜要求，镀膜效率较低；离子束蒸发法对制造设备的要求较高，并且对于大尺寸或大面积的电池板来说，其很难满足均匀镀膜的要求，无法应用于大规模工业化生产。

[0003] 进一步的是，传统的镀膜装置采用的是上下式镀膜原理，其容易导致镀膜过程中上方的粉尘掉落到下方的衬底上面而导致针孔现象发生，并且在维修或更换靶材的时候不够方便，并且，上下镀膜在衬底的边缘部位为传统装置支撑区，该支撑区的镀膜是要去除掉，因此，镀膜的有效区间低，生产成本偏高。

发明内容

[0004] 本发明提供一种碲化镉薄膜太阳能电池背接触层制作方法，该制作方法不但可对大面积或大尺寸电池板进行均匀镀膜，提高镀膜效率。

[0005] 本发明的另一目的是提供一种采用上述方法制作碲化镉薄膜太阳能电池背接触层的立式镀膜装置。

[0006] 本发明前一目的是这样实现的：一种碲化镉薄膜太阳能电池背接触层制作方法，该制作过程均在真空环境中进行，步骤包括第一步，对衬底进行预加热至160～220℃，一边加热一边抽真空；第二步，将衬底加热至230～320℃，再进行碲化锑磁控溅射，碲化锑的厚度为10～150nm；第三步，将上述衬底冷却至80～120℃后，进行镍钒合金溅射，镍钒合金的厚度为0.5～5??m；第四步，将上述衬底降温到70℃以下后出料，制得碲化镉薄膜太阳能电池背接触层。

[0007] 作为本发明的进一步改进，在上述第一步、第二步的碲化锑磁控溅射步骤和第三步的镍钒合金溅射中，均是在压强为0～10Pa的条件下进行，该压强范围可通过通入氩气的方式来维持。

[0008] 在第二步工艺中，最好是将衬底加热至270～280℃，因为这个温度范围值能保证衬底的致密性好，大大降低衬底的针孔数量。

[0009] 进一步的是，在第四步工艺中，衬底降温至40～60℃后出料，这个温度范围值最能防止衬底在出料时破裂。

[0010] 本发明的另一目的是这样实现的：一种采用上述方法制作碲化镉薄膜太阳能电池背接触层的立式镀膜装置，该制作装置包括采用真空阀门串联的预加热腔、保温碲化锑沉积腔、镍钒合金沉积腔和降温出料腔，这四个腔的下方设置有衬底传动装置和真空机组，上方设置有氩气控制系统，用以恒定上述第一步、第二步的碲化锑磁控溅射步骤和第三步的镍钒合金溅射工艺中的压强范围值，保证镀膜的均匀性；其中，保温碲化锑沉积腔靠近预加热腔的前半部分为加热区，后半部分为碲化锑溅射区，碲化锑溅射靶头相对安装于碲化锑溅射区两侧的门盖上；镍钒合金沉积腔靠近保温碲化锑沉积腔的前半部分为冷却区，后半部分为镍钒合金溅射区，镍钒合金溅射靶头相对安装于镍钒合金溅射区两侧的门盖上，便于装卸检修。

[0011] 所述衬底传动装置为由电机驱动的传输滚轮，衬底通过衬底支架置于传输滚轮上，预加热腔、保温碲化锑沉积腔、镍钒合金沉积腔和降温出料腔均与控制系统连接，该控制系统里可设置相应的传感器，根据检测到的这四个腔的压强、温度、衬底位置、碲化锑厚度和镍钒合金厚度时对传输滚轮的运动速度进行控制。

[0012] 所述预加热腔、保温碲化锑沉积腔、镍钒合金沉积腔和降温出料腔的上部均设置在独立的测压器，以对这四个腔室内的压力值进行检测。

[0013] 为了保证镀膜的纯度，所述真空机组最好是采用无油真空机组。

[0014] 本发明采用磁控溅射法制备碲化镉薄膜太阳能电池背接触层，并选择碲化锑和镍钒合金作为背接触层材料，不但成本低，适宜于大规模化工业生产，而且材料利用率高；在本发明所述的制作方法中，在真空环境中对衬底进行预加热，加热后进行碲化锑磁控溅射，然后再冷却至一定温度后才进行镍钒合金溅射，其温度、碲化锑厚度和镍钒合金厚度参数使膜层和靶材成分保持一致性，成膜质量较高，附着强度较好，并且可通过靶材镀膜区域的大小来制备不同尺寸的衬底，保证了镀膜的均匀性。

[0015] 另外，本发明提供的用于制作碲化镉薄膜太阳能电池背接触层的立式镀膜装置采用了串联式的预加热腔、保温碲化锑沉积腔、镍钒合金沉积腔和降温出料腔，这四个腔通过真空机组保证了上述制作工艺在真空环境中得以进行；最重要的是，碲化锑溅射靶头和镍钒合金溅射靶头均是各自相对安装于门盖上，当衬底在传输滚轮的带动下以一定的速度匀速通过时，这些靶头对衬底的双面同时进行溅射镀膜，提高镀膜效率；这种立式镀膜方式，增加了镀膜的有效区间；更进一步的是，预加热腔、保温碲化锑沉积腔、镍钒合金沉积腔和降温出料腔均与控制系统连接，该控制系统可通过现有的各种传感器或其他检测装置来对这四个腔的压强、温度、衬底位置、碲化锑厚度和镍钒合金厚度进行检测，根据检测到的参数来对这四个腔的压强、温度、传输滚轮的运动速度进行控制，进一步保证的镀膜工艺的顺利进行，其结构简单，可广泛应用于大规模工业生产中。附图说明

[0016] 图1为本发明所述制作碲化镉薄膜太阳能电池背接触层的立式镀膜装置结构示意简图。

[0017] 图2为图1的A-A剖视图。

[0018] 图3为图2中的B向视图。

[0019] 图中，1为衬底，2为真空阀门，3为预加热腔，4为保温碲化锑沉积腔，4-1为加热区，4-2为碲化锑溅射区，5为镍钒合金沉积腔，5-1为冷却区，5-2为镍钒合金溅射区，6为降温出料腔，7为测压器，8为真空机组，9为氩气控制系统，10为电机，11为传输滚轮，12为衬底支架，13为控制系统，14为碲化锑溅射靶头，15为碲化锑溅射区两侧的门盖。

具体实施方式

[0020] 为了更加清楚地理解本发明的目的、技术方案及有益效果，下面结合附图将本发明提供的方法和装置结合起来进行说明，但并不将本发明的保护范围限定在以下实施例中。

[0021] 如图1至图3所示，一种碲化镉薄膜太阳能电池背接触层制作方法，该制作过程均在真空环境中进行，步骤为：首先对衬底1进行预加热，一边加热一边抽真空，当真空度达到1Pa并且衬底1温度达到160～220℃中任一值时，真空阀门2打开，衬底1进入到保温碲化锑沉积腔4的加热区4-1进行加热，在该加热区4-1停留5至10分钟，衬底1温度即可达230～320℃中任一值，然后再进入到碲化锑溅射区4-2进行碲化锑磁控溅射，在溅射期间不断通入氩气，使该碲化锑溅射区4-2维持在恒定的压强值，以保证镀膜的均匀性，当检测到碲化锑的厚度在10～150nm之间任一值时，衬底1在传输滚轮11的带动下进入到镍钒合金沉积腔5的冷却区5-1，直到温度达到80～120℃中任一值后，再进入到镍钒合金溅射区5-2进行镍钒合金溅射工艺，此时也不断地通入氩气使压强值恒定，直到所镀的镍钒合金的厚度为0.5～5??m中任一值后，衬底1才进入到降温出料腔6，降温至70℃以下后出料，以防止衬底1破裂，以此顺利制得碲化镉薄膜太阳能电池背接触层。

[0022] 值得一提的是，由于碲化锑溅射靶头和镍钒合金溅射靶头分别相对安装于碲化锑溅射区4-2或镍钒合金溅射区5-2两侧的门盖上，由此不但可同时沉积两块大面积衬底1，还可进行立式双面镀膜，大大提高镀膜效率，衬底1通过衬底支架12置于传输滚轮11上，由传输滚轮11带动衬底1在碲化锑溅射区4-2和镍钒合金溅射区5-2中匀速运动，不但保证了镀膜的均匀性，还省于了传统装置中将衬底1的边部用作传统支撑区，这种立式镀膜方式增加了镀膜有效空间；并且，碲化锑溅射靶头和镍钒合金溅射靶头均安装于门盖上，装卸时只需要打开门盖即可操作，十分方便。

[0023] 另：上述“160～220℃中任一值”可根据实际情况取178℃、180℃或200℃等，“230～320℃中任一值” 可根据实际情况取258℃、280℃或310℃等，本案还有诸多可行的实施例，均可在上述范围数据值中根据实际生产需要取适合的具体数量，使本发明目的得以实现，因此，本案不再一一罗列实施例，只要是在上述给出的数值区域中，即是本发明所保护的范围，本领域的技术人员在此基础上作出的任何非实质性改进，均视为落为本发明的保护范围。

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