[发明专利]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

说明书

技术领域

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

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。

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

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。

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。 

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。