一種液態錫加熱連續硫化硒化法制備CZTSSe薄膜的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于半導體光電材料與器件技術領域，具體涉及一種液態錫加熱連續硫化砸化法制備CZTSSe薄膜的裝置。
【背景技術】
[0002]太陽能光伏發電已經成為可再生能源中最安全、最環保和最具潛力的競爭者。目前制約太陽能光伏發電產業發展的瓶頸在于成本較高和轉換效率偏低，從材料和制造成本來看，薄膜太陽電池是最佳的選擇。在薄膜太陽能電池中，銅鋅錫硫砸(CZTSSe)不含有貴金屬和有毒元素，具有與太陽光譜非常匹配的直接帶隙(1.04-1.67eV)，可以通過有效的調節硫砸比和對可見光的高吸收系數(15Cm1)改變帶隙，使CZTSSe成為最具潛力的新型薄膜太陽電池吸收層材料。經過近30多年的發展，在理論研究和制備工藝上都取得了一些突破，實驗室效率已經突破12%。
[0003]CZTSSe半導體薄膜太陽能電池吸收層的制備工藝中，制備前驅體然后硫化砸化法成為工業化生產的主流，其中前驅體的濺射制備工藝已經很成熟，對于前驅體組分比例的控制以及分布均勻性的控制都能夠滿足工藝要求，濺射后工藝的難點在于硫化砸化過程中要求很高的溫度均勻性，快的升溫速率和嚴格的反應氣氛。高的溫度均勻性保證前驅體和襯底材料在加熱過程中熱形變一致，從而避免吸收層脫落，快的升溫速率可以抑制二元相的產生，合適的反應氣氛可以抑制金屬元素的揮發保證吸收層的組成成分穩定。目前常見的硫化砸化法多為輻射加熱，熱源不接觸前驅體，這種加熱法很難實現大面積連續生產，并且硫化工藝過程中能耗很高。因此，開發高的溫度均勻度和低能耗的銅鋅錫硫砸薄膜的硫化砸化技術，成為當前該領域面臨的重大課題。
【發明內容】
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是克服現有技術中太陽能電池吸收層薄膜砸化加熱時升溫速度低、溫度均勻性差和能耗高等缺陷，提供一種低能耗、高均勻度、升溫速度快的制備CZTSSe薄膜的硫化砸化裝置。
[0005]本實用新型的目的是通過以下技術方案予以實現:
[0006]—種液態錫加熱連續硫化砸化法制備CZTSSe薄膜的裝置，該裝置包括底座、外罩、液態錫池；底座和外罩通過密封圈連接構成密閉空間；液態錫池位于密閉空間內；液態錫池內壁設置加熱室，加熱室內部設置加熱組件；液態錫池包括前后兩個緩沖區和兩個緩沖區中間的若干個不同溫區的錫池(如圖6所示)。
[0007]進一步地，所述液態錫池的兩側壁的外側設置有若干個滾輪。
[0008]更近一步地，所述滾輪上緣與液態錫池平齊；所述液態錫池的兩側壁上緣為平滑的平面。
[0009]另外，熱電偶及加熱電源控制系統與加熱組件連接并提供熱源。
[0010]作為一種優選的可實施方案，所述加熱組件為加熱絲。進一步地，所述加熱絲均勻排布于加熱室內部。
[0011 ] 進一步地，液態錫池的前緩沖區與液態錫池之間，以及液態錫池與后緩沖區之間均設有閘門閥。
[0012]另外，液態錫池與外罩之間放置有固體硫源，固體硫源與坩禍連接(坩禍(123)用于加熱固體硫源)。或者，外罩上設置有入氣口(用于通入氮氣的稀釋硫化氫氣體)。
[0013]使用本實用新型所述的裝置制備太陽能電池吸收層薄膜(以CZTSSe薄膜為例)的步驟如下:利用濺射法在鍍鉬的玻璃襯底上制備CuZnSnS合金薄膜或CuS/ZnS/Sn多層交疊膜作為前驅體薄膜，再在前驅體薄膜上蒸鍍一層Se膜，將制備的上述薄膜的玻璃襯底置于裝置前緩沖室的液態錫池上面，使前驅體薄膜的面朝上，從前緩沖區經閘門閥進入具有不同溫區的錫池(200°C _580°C )，利用錫池兩邊的滾輪將襯底從低溫區移向高溫區，利用不同溫度的液態錫作為加熱源給樣品加熱，這樣既可以保證樣品溫度均勻性又可以達到快速升溫，外層的Se在高溫下砸化了前驅體。整個液態錫池子放置于一個密閉空間里，通入氮氣稀釋硫化氫氣體或者蒸發適量的固體硫源，同時實現硫化，最后經閘門閥進入后緩沖室完成硫化砸化，得到CZTSSe薄膜。
[0014]所制備得到的CZTSSe薄膜可進一步作為太陽能電池吸收層制備太陽能電池。
[0015]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0016]1.利用不同溫度的液態錫作為加熱源對前驅體薄膜進行硫化砸化，由于熱源與前驅體直接接觸，這樣既可以保證前驅體薄膜能實現高均勻度的快速升溫，避免了因前驅體和襯底材料在加熱過程中熱形變不一致而導致吸收層脫落，而且快的升溫速率也抑制了二元相的產生，保證了銅鋅錫硫砸薄膜的組成成分穩定。
[0017]2.液態錫池置于密閉空間中，硫和砸與金屬錫反應形成較高的硫化錫和砸化錫蒸汽壓，抑制了前驅體薄膜中的錫流失，保證了 CZTSSe薄膜組分的可控，提高了 CZTSSe薄膜的質量，從而提高了電池的效率，在材料與能源利用率和工業化生產方面具有明顯的優勢。
[0018]3.液態錫不僅是加熱介質，還可以大面積支撐玻璃襯底，減小玻璃襯底受熱形變，從而可以提高砸化硫化的溫度。
[0019]4.本新型裝置在制備太陽能電池吸收層薄膜時，能耗低、溫度均勻度高、升溫速度快，具有良好的市場應用前景。
【附圖說明】
[0020]圖1為硫化砸化裝置不意圖。
[0021 ]圖2為硫化砸化裝置的A-A剖面圖。
[0022]圖3為閘門閥示意圖。
[0023]圖4為密封圈示意圖。
[0024]圖5為襯底玻璃和滾輪示意圖。
[0025]圖6為硫化砸化裝置中液態錫池的溫度分布示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合【具體實施方式】對本實用新型作進一步的說明。其中，附圖僅用于示例性說明，表示的僅是示意圖而非實物圖，不能理解為對本專利的限制；為了更好地說明本實用新型的實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產品的尺寸；對本領域技術人