[发明专利]一种化学水浴沉积硫化镉薄膜的方法及装置

说明书

技术领域

本申请属于薄膜太阳能电池技术领域，具体涉及一种采用化学水浴沉积硫化镉薄膜的方法及装置，主要用于铜铟镓硒薄膜太阳能电池制备技术。

背景技术

铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池具有光谱响应范围宽、光电转换效率高、发电效益好、无衰退、抗辐射、寿命长、成本低等特点。经过近30年的研究和发展，其光电转化效率为所有已知薄膜太阳能电池中最高，已成为最有发展前途的光伏电池技术之一。作为缓冲层，硫化镉薄膜与CIGS吸收层薄膜共同构成p-n结，对CIGS薄膜太阳能电池性能改善起着十分重要的作用。化学水浴法是目前制备硫化镉薄膜最常用的方法之一。但是传统的化学水浴法往往需要恒温水浴装置并采用机械搅拌或者超声波辅助沉积，能耗较高，不适于连续化生产，并且由于衬底全部浸在反应溶液中，会在不需要沉积的衬底背面也生长出薄膜，影响美观。

发明内容

本申请的目的是提供一种化学水浴沉积硫化镉薄膜的方法及装置。相比传统的化学水浴法，本发明不采用恒温水浴装置、搅拌装置和超声波辅助沉积，可用于连续化生产，提高了生产效率并且仅对衬底单面镀膜，改善了衬底镀膜后的美观度，沉积的硫化镉薄膜均匀且致密，成膜质量高，满足CIGS薄膜太阳能电池缓冲层需要。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：

一种化学水浴沉积硫化镉薄膜的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）清洗衬底：将衬底清洗干净，然后吹干；

（2）安装衬底：将衬底置于夹具上，并将衬底与水平面之间的夹角设定在3°～60°之间；

（3）预热衬底：将衬底通过恒温箱加热，将恒温箱内环境温度维持在55～90℃之间以预热衬底，使得预热后的衬底温度与设定的溶液反应温度之间的温差控制在±10℃以内；

（4）配置溶液：将镉盐、氨水、缓冲剂、硫脲、去离子水按一定比例混合制成反应溶液，然后兑入反应容器中；

（5）反应沉积：用水泵将反应溶液抽出，反应溶液流经加热器并被快速加热至反应温度60～85℃之间，采用漫淋方式使反应溶液在衬底上均匀铺展并持续流过，在化学反应的作用下，硫化镉薄膜生长至所需厚度，总的反应时间为10～50min；

（6）后续处理：通过传输装置将夹具与镀膜衬底同时移至另一位置，采用去离子水冲洗，然后将清洗后的衬底移至干燥装置内进行吹干或烘干。

基于上述的化学水浴沉积硫化镉薄膜的方法，还进一步包括以下优选方案：

上述的一种化学水浴沉积硫化镉薄膜的方法，其特征在于：在步骤（4）中，所述镉盐为硫酸镉、乙酸镉、氯化镉、碘化镉等的一种；所述缓冲剂为氯化铵、硫酸铵、乙酸铵等的一种。

上述的一种化学水浴沉积硫化镉薄膜的方法，其特征在于：在步骤（4）中，所述镉盐产生的Cd²⁺浓度为0.5～8mM；氨水浓度为0.1～1M；所述铵盐产生的NH₄⁺浓度为0～50mM；所述硫脲的浓度为5～100mM。

上述的一种化学水浴沉积硫化镉薄膜的方法，其特征在于：在步骤（5）中，所述反应溶液的加热速率≥10℃/s。

本申请还公开了一种化学水浴沉积硫化镉薄膜的装置，其特征在于:

所述装置包括反应容器2、水泵3、出液管4、恒温箱15、漫淋槽6、夹具13；

在所述反应容器2内兑入配置好的反应溶液；

恒温箱15内设置有漫淋槽6、夹具13，所述漫淋槽6溢出口的一边槽体截面为弧面，所述夹具13的一倾斜面用于放置待沉积硫化镉薄膜的衬底7，并使得衬底上沿伸入漫淋槽6溢出口下方；

通过水泵3和出液管4将反应容器2中的反应溶液注入至恒温箱5内的漫淋槽6中。

基于本申请公开的化学水浴沉积硫化镉薄膜的装置，其还可以进一步包括以下优选方案：

所述装置还进一步包括加热器5、阀门16和恒温箱自带的温度控制器，加热器5和阀门16均安装在出液管4上；

通过所述加热器5加热反应溶液至反应温度，通过水泵3和阀门16调节反应溶液1的压力和流量；

通过温度控制器将恒温箱内环境维持在预定温度以加热衬底并维持反应溶液的反应温度。

所述衬底与所述夹具之间通过橡胶衬垫密封，以防反应溶液流至所述衬底背面；所述衬底与水平面之间的夹角可通过调节杆调整；所述衬底是玻璃、不锈钢、聚酰亚胺的一种。