技术领域
[0001] 本
发明涉及一种汽化装置以及使用所述汽化装置进行汽化的方法。
背景技术
[0002] 在诸多的
太阳能电池应用技术中，
薄膜太阳能电池因无污染，能耗少，成本低廉，可以大规模生产等一系列优点，被广泛应用于航空、航天以及人们的日常生活中。常见的
薄膜太阳能电池包括：非晶
硅薄膜太阳电池，
铜铟镓硒薄膜电池和碲化镉薄膜电池。在公开号为101027749和101226967的中国发明
专利文件中，可以发现更多上述的太阳能薄膜电池的形成方法。
[0003] 在薄膜太阳能电池的制造中，透明导电
氧化物薄膜的沉积是重要的工艺环节，所述
透明导电氧化物薄膜用于制作薄膜太阳能电池的
电极，通常所述透明导电氧化物为氧化锌。在氧化锌薄膜沉积工艺中，气态的二乙基锌(DEZ)会作为一种关键的气体参与反应。然而在常温下DEZ呈液态，因此需要先在汽化装置内将液态DEZ加热成气态，并利用其汽化时产生的
蒸汽压，将所述气态DEZ通过输气管道压入反应腔中。
[0004] DEZ在加热至70℃时将会分解并释放出大量热量，因此在进行DEZ汽化时，需要严格控制其汽化
温度以防止发生爆炸事故。然而过低的汽化温度，将降低DEZ的汽化效率，且无法保证足够的
蒸汽压，会导致DEZ流速减慢，进而导致氧化锌沉积速率降低，大大影响生产效率。
[0005] 因此，如何提高汽化装置的热传递效率，在满足蒸汽压要求的前提下，以尽可能低的温度快速安全地将液态DEZ汽化，成为DEZ汽化工艺的亟需解决的问题。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种汽化装置以及汽化方法，以提高汽化的效率，减少汽化过程中的
能量损耗，并降低汽化过程中的危险。
[0007] 本发明提供的汽化装置，包括加热腔体，所述加热腔体的内表面具有微结构，所述微结构用于增大待汽化液体的受热面积，并促进汽化核的产生。
[0008] 优选的，所述加热腔体的内表面包括侧面以及底面，所述侧面具有所述微结构。所述底面具有所述微结构。
[0009] 可选的，所述微结构为沟槽、孔或者凸起。所述沟槽的横截面为三
角形、半圆形、梯形或矩形。所述沟槽的横截面也可以为V字形、B字形、M形或W形。
[0010] 优选的，所述V字形的沟槽夹角不大于90°。
[0011] 优选的，所述V字形的沟槽夹角不大于60°。
[0012] 优选的，所述V字形的沟槽夹角不大于30°。
[0013] 可选的，所述沟槽形成于所述侧面上，所述三角形为直角三角形，其一直角边与所述底面平行.另一直角边与所述侧面平行。进一步的，所述直角三角形为等腰直角三角形。
[0014] 可选的，所述沟槽形成于所述侧面上，所述三角形靠近所述底面的边与所述侧面的夹角小于等于90度。
[0015] 优选的，所述沟槽的开口最大尺寸不大于3mm且不小于0.5mm。进一步优选的，所述沟槽的开口最大尺寸不大于2mm且不小于1mm。优选的，所述沟槽的深度不大于3mm且不小于0.5mm。
[0016] 可选的，所述沟槽形成于所述侧面上，所述沟槽可以为
螺纹沟槽。
[0017] 可选的，所述沟槽的延伸方向与所述底面平行，或与所述底面垂直，还可以与所述底面具有夹角。所述夹角大于等于3°且小于等于60°；进一步优选的，所述夹角大于等于20°且小于等于50°。
[0018] 可选的，所述加热腔体的腔壁内设置有加热
电阻丝。所述加热腔体的腔壁外设置有硅
橡胶加热器。所述加热腔体的顶面具有进液
阀以及出气阀，所述进液阀与液体供应源相连，所述出气阀与生产设备反应腔体的供应管路相连。所述加热腔体的顶面具有气压计。所述加热腔体内还具有液面检测器。
[0019] 本发明还提供了一种使用上述汽化装置的汽化方法，包括：向加热腔体中注入待汽化的液体，检测所述液体的液面；当所述液面到达预注入
位置时，停止注入液体；将加热腔体加热升温至初始目标温度。
[0020] 优选的，所述预注入位置为低于加热腔体总高度的1/2的位置。
[0021] 所述待汽化的液体为液态DEZ，所述初始目标温度小于70℃。所述加热升温至初始目标温度采用分步逐次升温。
[0022] 所述汽化方法还包括设置目标压强，检测加热腔体内的蒸汽压，调整加热腔体内的温度，使得所述蒸汽压等于目标压强。所述调整加热腔体内的温度包括：保持蒸汽压不小于目标压强，降低加热腔体内的温度。所述调整加热腔体内的温度还包括：若蒸汽压小于目标压强，在保持加热腔体内的温度小于70℃的前提下，提高加热腔体内的温度。
[0023] 与
现有技术相比，本发明汽化装置具有如下优点：
[0024] 所述汽化装置的加热腔体的内表面具有微结构，进一步的，所述内表面的侧面以及底面均具有微结构，可以最大化利用内表面的面积。在加热液体时，所述微结构能够增加液体的受热面积，并促进汽化核的产生，提高了热传递效率。
[0025] 所述微结构可以为沟槽，所述沟槽的横截面可以为三角形、V字形等；所述V字形的沟槽夹角不大于90°；进一步的，不大于60°；更为优选的，不大于30°。夹角越小所述沟槽的毛细作用效果越好。
[0026] 所述侧面的沟槽的截面为三角形，所述三角形靠近所述底面的边与所述侧面的夹角小于等于90°，可以避免沟槽内的液体外溢，有助于增强毛细作用。
[0027] 所述沟槽的开口尺寸不大于3mm且不小于0.5mm，进一步优选的，不大于2mm且不小于1mm；所述沟槽的深度不大于3mm且不小于0.5mm。一方面保证沟槽的毛细作用的效果，另一方面便于液体进入沟槽，避免产生空隙。
[0028] 所述侧面的沟槽的延伸方向与底面形成夹角，所述夹角大于等于3°且小于等于60°；进一步优选的，所述夹角大于等于20°且小于等于50°。可以在提高液体浸润沟槽以及沿沟槽延伸的速度的同时，能够避免沟槽内的液体受到过大的重
力作用而影响延伸高度，有利于尽可能地增加液体的受热面积。
[0029] 本发明的汽化方法，具有如下优点：在注液时，注入液体的液面高度低于加热腔体总高度的1/2，预留了汽化气体的容纳空间，对所述汽化气体能够起到缓冲作用；在汽化过程中，实时监控加热腔体内的温度以及蒸汽压，根据所述蒸汽压调整所述温度，并保证液体汽化过程的安全性。
附图说明
[0030] 图1是本发明所述汽化装置的结构示意图；
[0031] 图2是图1所示C-C截面的俯视示意图；
[0032] 图3是本发明一个具体
实施例的微结构剖面示意图；
[0033] 图4是本发明另一个具体实施例的微结构剖面示意图；
[0034] 图5是本发明又一个具体实施例的微结构剖面示意图；
[0035] 图6是本发明一个具体实施例的侧面沟槽的延伸趋势示意图；
[0036] 图7是本发明所述汽化方法的流程示意图；
[0037] 图8是本发明所述低压
化学气相沉积系统的示意图。
具体实施方式
[0038] 根据背景技术内容，由于DEZ分解温度较低，因此在DEZ的汽化过程中，汽化效率以及安全性之间存在矛盾。如何提高汽化过程中的热传递效率，成为解决上述矛盾的关键。本发明则提供一种汽化装置，在加热腔体内表面上设置微结构以增大液体的加热面积，并促进汽化核的产生，减少加热时的能量损耗，提高热传递效率。
[0039] 图1为本发明所述汽化装置的结构示意图，图2是图1所示C-C截面的俯视示意图，结合图1以及图2所示，本发明的汽化装置包括：加热腔体10，设置于所述加热腔体10外壁的加热器20。其中，所述加热腔体10的内表面具有微结构。所述加热器20为硅橡胶加热器，硅橡胶紧贴于加热腔体10的腔壁外表面。当加热腔体10内注入液体后，所述微结构可以增大液体与加热腔体10的内表面的
接触面积。由于加热器20间接通过加热腔体10的
侧壁以及底部对液体进行加热，腔壁起到热传递的作用，因此上述微结构等效增大了液体的受热面积。
[0040] 加热腔体内表面的微结构除前述指出的可以增大液体与加热腔体内壁的接触面积，提高热传递效率之外，还具有如下特点：无数细小密集的微结构可以极大地促进汽化核的产生，使得液体在汽化时产生大量的气泡，上述气泡的溢出能够造成液体的扰流，使得液体内部受热更加均匀，从而大大增加了热传递系数，提高汽化速率，并且升温稳定，降低了局部
过热的可能性，具有较强的安全性。
[0041] 再如图1所示，所述微结构至少设置于所述加热腔体10的内表面的侧面10a上。位于所述侧面10a上的微结构具有毛细作用，当加热腔体10内注入液体后静置一定时间，所述液体与微结构充分浸润，所述液体会沿着侧面10a上的微结构延伸，从而进一步增加所述液体与所述加热腔体10的内表面的接触面积，进而增大受热面积，提高汽化速率。如图2所示，所述微结构还可以设置于所述内表面的底面10b，以便最大化地利用加热腔体10的内表面面积。
[0042] 作为可选的方案，所述加热腔体10的腔壁内可以设置有加热电阻丝或其他加热器件，对所述加热腔体10进行加热；或在所述加热腔体10外设置所述加热器20的同时，在所述加热腔体10的腔壁内可以设置有加热电阻丝或其他加热器件，以进一步增强腔体的加热效果。
[0043] 此外，所述汽化装置还包括：设置于加热腔体10顶部的进液阀101、出气阀102以及气压计103，设置于加热腔体10内的液面检测器104。所述进液阀101与供液源的液体供应管路相连，用于向加热腔体10内注入待汽化液体，所述出气阀102与反应腔体的气体供应管路相连，用于输出汽化后的气体，所述气压计103用于测量加热腔体10内的蒸汽压。由于汽化过程中，气体聚集于加热腔体10的顶部，其蒸汽压直接决定气体排出的流速，因此将所述气压计103与出气阀102均设置于加热腔体10的顶部，有助于根据蒸汽压的大小，调整加热温度，精确控制气体的流速。所述液面检测器104用于检测加热腔体10内液体的液面高度。
[0044] 汽化装置工作时，注入的液体并不是充满整个加热腔体的，需要保留一定空间容纳气体，当汽化产生的气体通过出气阀102排出时，上述空间可以起到缓冲作用。作为一个优选的方案，汽化装置所承载液体的液面高度不超过加热腔体总高度的1/2，即保留一半以上的容积容纳汽化后的气体。
[0045] 综上所述，在提供相同的加热量的前提下，本发明所述的汽化装置相比于光滑内壁的汽化装置，由于与液体接触的内表面面积的相对提高，液体受热更为均匀，具有更低的能量损耗，更高的热传递效率，以及较低的过热温度所带来的安全性。适于进行诸如液态DEZ等易于低温分解爆炸的液体的汽化工艺。
[0046] 以下对本发明所述的设置于汽化装置加热腔体内表面的微结构作进一步介绍。本发明所述微结构可以为沟槽、孔或凸起。所述沟槽的横截面可以为矩形、三角形、半圆形、梯形，还可以为V字形、B字形、M形或W形等。沟槽的截面形状以及尺寸的选择需要依据液体的物理、化学性质以及汽化温度进行综合地考量。如果沟槽的开口以及深度尺寸太大，毛细作用的效果不明显；而开口或深度尺寸太小，则不利于液体进入沟槽，需要的浸润时间较长，且容易在沟槽内产生空隙，影响热传递效果，进而降低汽化速率。作为较佳选择，所述沟槽的开口尺寸不大于3mm且不小于0.5mm，进一步优选的，不大于2mm且不小于1mm；所述沟槽的深度不大于3mm且不小于0.5mm。
[0047] 图3是本发明一个具体实施例的微结构剖面示意图，示出了加热腔体的侧面10a以及底面10b的微结构的剖面形状。如图3所示，所述侧面10a以及底面10b的微结构为沟槽，所述沟槽的截面均为V字形。在开口尺寸固定的前提下，所述V字形的沟槽夹角η越小，其深度越深，毛细作用的效果也越好，但在制造时加工难度也越高。作为较佳选择，所述V字形的沟槽夹角η不大于90°；进一步优选的，不大于60°；更为优选的，不大于30°。本实施例中，所述侧面10a以及底面10b的沟槽，开口尺寸d1为2mm，V字形的沟槽夹角η为30°。
[0048] 图4是本发明另一个具体实施例的微结构剖面示意图。如图4所示，所述侧面10a以及底面10b的微结构为沟槽，所述沟槽的截面均为三角形。具体的，在侧面10a的沟槽上，所述三角形靠近所述底面10b的边与所述侧面10a的夹角小于等于90°，可以避免沟槽内的液体外溢，有助于增强毛细作用。本实施例中，侧面10a上的沟槽的开口尺寸d2为3mm，所述靠近底面10b的边与侧面10a的夹角θ为75°。在底面10b的沟槽上，所述三角形为等腰三角形，顶角β可以取0°至90°中的某一特定角度。优选的，所述顶角β为60°，使得所述底面10b上的沟槽的截面为等边三角形，可以在有限范围的底面10b获得与液体的最大的接触面积，所述底面10b上的沟槽的开口尺寸d3为2mm。
[0049] 图5是本发明另一个具体实施例的微结构剖面示意图。如图5所示，所述侧面10a以及底面10b的微结构为沟槽，所述沟槽的截面也均为三角形。具体的，在侧面10a的沟槽上，所述三角形为直角三角形，其中一条直角边与底面10b平行，起到承载液体的作用；另一条直角边则与侧面10a平行；而底角α也即所述直角三角形中与底面10b平行的直角边与斜边的夹角，可以取0°至90°中的某一特定角度。在开口尺寸固定的前提下，当所述底角α取45°时，所述直角三角形为等腰直角三角形，能够使得所述沟槽获得最大的截面积，也即所述沟槽能够容纳最大体积的液体。本实施例中，所述侧面10a上的沟槽的截面为等腰直角三角形，沟槽的开口尺寸，也即与侧面10a平行的直角边的边长L1为2mm；所述底面10b上的沟槽的截面也为等边三角形，所述底面10b上的沟槽的开口尺寸L2为2mm。
[0050] 上述实施例揭示了本发明所述微结构的剖面形状，具体的，揭示了所述沟槽的剖面形状，以下对形成于汽化装置侧面的沟槽的延伸方向做进一步介绍。
[0051] 所述沟槽形成于所述侧面上，所述沟槽的延伸方向可以与所述底面平行或垂直，也可以与底面形成夹角。图6为本发明一个具体实施例中所述侧面10a上的沟槽的延伸趋势示意图，如图6所示，所述沟槽可以为螺纹沟槽，其延伸方向与底面形成的夹角为λ。通常为了提高静置时液体浸润沟槽以及沿沟槽延伸的速度，同时避免沟槽内的液体受重力作用过大而影响延伸高度，尽可能地增加液体的受热面积；上述夹角λ不可过大也不宜过小。作为较佳选择，所述夹角λ大于等于3°且小于等于60°；进一步优选的，所述夹角λ大于等于20°且小于等于50°。
[0052] 使用上述汽化装置，本发明还提供了使用所述汽化装置的汽化方法，具体的，如图7所示，本发明所述汽化方法的基本流程包括：
[0053] 步骤S101：向加热腔体中注入待汽化液体，检测所述液体的液面；当所述液面到达预注入位置时，停止注入液体；
[0054] 具体的，通过加热腔体顶部的进液阀，向加热腔体中注入液体，并保留一定容积，例如使得所述预注入位置低于加热腔体总高度的1/2。可选的，在首次注液操作前，为了使得汽化的气体成分更为纯净，可以通过出气阀，先对加热腔体抽
真空，以免混入杂质气体。
[0055] 步骤S102：静置使得所述液体浸润加热腔体内表面的微结构，等待液面稳定；
[0056] 由于侧面微结构具有毛细作用，液体在停止注入后，其液面可能还会提升。因此可以静置一定时间，使得液体充分浸润加热腔体的内表面的微结构，直至液面稳定。
[0057] 步骤S103：将加热腔体加热升温至初始目标温度。
[0058] 在汽化前，先根据待汽化液体的化学性质，设定一初始目标温度，例如所述待汽化液体为DEZ时，所述初始目标温度应当低于液态DEZ的分解温度；然后使用加热器对加热腔体进行加热，升温过程不应当过快，以免液体受热不均，而局部过热。可以直接缓慢地加热升温至初始目标温度，也可以分次逐步加热至所述初始目标温度。
[0059] 需要指出的是，随着液体开始汽化并通过出气阀向外输送气体，其液面高度也会逐渐降低，且加热过程中受热不均匀总是存在，因此加热腔体内的蒸汽压处于变化的状态。根据前述内容所指出的，蒸汽压直接决定出气阀气体的气体流速，为了获得稳定的蒸汽压，在汽化时还可以对加热腔体内的温度进行实时的微调整。
[0060] 为了进一步说明本发明汽化方法，以下提供了一个应用了本发明所述汽化装置的低压化学气相沉积系统，对其装置结构以及工艺流程进行详细介绍。具体的，所述低压化学气相沉积系统用于制作薄膜太阳能电池的电极；进一步的，所述低压化学气相沉积系统用于在薄膜太阳能电池的玻璃
基板上沉积氧化锌薄膜，所述汽化装置用于汽化液态DEZ。
[0061] 图8是本发明所述低压化学气相沉积系统的示意图，所述低压化学气相沉积系统包括：
[0062] DEZ供液单元201，用于存储液态DEZ，并通过
泵管输送液态DEZ；
[0063] DEZ汽化单元202，即本发明所述汽化装置，其进液阀与DEZ供液单元201的泵管连接，接收液态DEZ，然后汽化所述液态DEZ，其出气阀输出DEZ气体；
[0064] 低压化学气相沉积反应腔203，用于进行化学气相沉积，在所述玻璃基板上沉积氧化锌薄膜。所述低压化学气相沉积反应腔203通过输气管与DEZ汽化单元202的出气阀连接，接收DEZ气体，参与氧化锌薄膜的沉积反应。
[0065] 需要指出的是，以上仅列出了低压化学气相沉积系统的部分设备，以说明本发明所述的汽化方法，而并非对本发明所述汽化装置的具体应用以及装配做出限定。
[0066] 结合图7以及图8所示，在进行氧化锌薄膜沉积工艺前，首先对设备管路进行真空处理，保证各输送管路以及反应腔室内的真空度，以避免混入杂质气体，影响DEZ汽化或氧化锌薄膜沉积工艺。还可以先使用氦气等化学性质不活泼的气体，对设备管路进行气流的疏导，排出残留的反应气体。
[0067] 保持DEZ汽化单元202的出气阀关闭，开启所述进液阀，使用DEZ供液单元201向DEZ汽化单元202的加热腔体内注入液态DEZ。所述液态DEZ的液面不超过加热腔体总高度的1/2，至少剩余一半的腔体容积用于容纳DEZ气体。在注液时，使用液面检测器检测液面的高度，当所述液态DEZ的液面到达预定的注入位置后，关闭进液阀，静置一定时间直至液态DEZ的液面稳定，使得液态DEZ充分浸润所述加热腔体内表面的微结构。
[0068] 使用DEZ汽化单元202的加热器对加热腔体内的液态DEZ进行加热，譬如自常温起以3℃为一温度阶，进行分步的加热，以避免出现较大的温度
波动，最终使得加热腔体内的温度缓慢稳定地升至初始目标温度T0。所述初始目标温度T0小于70℃，例如58℃、60℃、62℃、65℃等。
[0069] 随着液态DEZ逐步汽化，加热腔体内的蒸汽压也逐步升高，当所述蒸汽压升至目标压强后，打开DEZ汽化单元202的出气阀，在加热腔体内的蒸汽压驱动下，气态的DEZ沿着输气管道，输入低压化学气相沉积反应腔203中。
[0070] 低压化学气相沉积反应腔203内充满DEZ气体以及
水蒸气后，进行反应以形成氧化锌薄膜。
[0071] 在上述工艺流程中，为了保证氧化锌薄膜的沉积反应稳定的进行，需要保持DEZ气体流速稳定，也即保持DEZ汽化单元202的加热腔体内的蒸汽压稳定。DEZ汽化单元202的加热腔体内的气压计实时测量所述DEZ气体的蒸汽压，可以在汽化过程中，将所述蒸汽压与目标压强进行比较，对加热腔体内的温度进行微调整，具体包括：
[0072] 如果加热腔体内的蒸汽压大于目标压强，则可以关闭加热器或者减小传递的热量，使得加热腔体内的温度降低。为了保证DEZ气体的流速，通常在保持蒸汽压不小于目标压强的前提下，应当尽可能的降低加热腔体内的温度。
[0073] 如果加热腔体内的蒸汽压小于目标压强，则需要增大加热器所传递的热量，使得加热腔体内的温度升高。出于安全性的考虑，在升高加热腔体内的温度时，应当避免超过70℃，且应当缓慢的升温，以避免局部温度过热超过DEZ的分解温度，而产生危险。
[0074] 虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。除液态DEZ外，本发明所述的汽化装置还可以用于汽化其他液体，并装配于相应的设备系统中，例如金属氧化物气相沉积系统等。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与
修改，因此本发明的保护范围应当以
权利要求所限定的范围为准。
