一種銅銦鎵硒薄膜太陽能電池緩沖層的制備系統及方法技術方案

本發明專利技術公開一種銅銦鎵硒薄膜太陽能電池緩沖層的制備系統，包括原料輸送子系統、機械傳動子系統、加熱子系統、清洗子系統，原料輸送子系統包括若干原料輸送裝置、若干超聲波噴嘴，機械傳動子系統包括放卷棍、若干托輥、張力控制棍和收卷棍，加熱子系統包括若干加熱塊，清洗子系統包括沖淋冷卻裝置、最終沖洗裝置、干燥裝置。本發明專利技術還公開其制備方法。將原料輸送子系統、機械傳動子系統、加熱子系統、清洗子系統集于一體，保證高純度的反應溶液可控供應給超聲波噴嘴，超聲波噴嘴將反應溶液均勻噴灑在柔性襯底上，隨著襯底向溫度高的區域卷進，這些化學物質因為加熱而反應完全，最終制備厚度可控的均勻的具有良好光電性能的緩沖層。

System and method for preparing buffer layer of copper indium gallium selenide thin film solar cell

System of the invention discloses a preparation CIGS thin film solar cell buffer layer, including the raw material conveying system, mechanical transmission system, heating system, cleaning system, material conveying subsystem comprises a plurality of raw material conveying device, a plurality of ultrasonic nozzle, mechanical transmission system includes unwinding roller stick, some stick, tension control and winding rod heating subsystem includes heating block, cleaning system includes shower cooling device, the final rinse device and the drying device. The invention also discloses a preparation method thereof. The raw material conveying system, mechanical transmission system, heating system, cleaning system in one set, to ensure the high purity of the reaction solution to supply controlled ultrasonic nozzle, ultrasonic nozzle and the reaction solution is sprayed on a flexible substrate, with the substrate to the region in high temperature, these chemicals for heating reaction finally, the preparation of uniform thickness controllable with good photoelectric properties of buffer layer.

【技術實現步驟摘要】
一種銅銦鎵硒薄膜太陽能電池緩沖層的制備系統及方法
本專利技術涉及太陽能電池
，尤其是涉及一種銅銦鎵硒薄膜太陽能電池緩沖層的制備系統及方法。
技術介紹
隨著全球氣候變暖、生態環境惡化和常規能源的短缺，太陽能已成為各國可持續發展的重要戰略決策。太陽能電池就是一種將太陽能轉化成電能的裝置，具備超過電能、風能等資源的獨特性能，而有希望成為未來電力行業的重要支柱。太陽能電池主要分為硅太陽能電池、化合物半導體薄膜電池、有機聚合物電池、納米晶電池、有機薄膜電池等。其中，銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池屬于半導體薄膜電池，由于銅銦鎵硒具備直接帶隙結構，并且具有較高的吸收系數，膜層只需達到微米級就可全部吸收能量大于銅銦鎵硒薄膜帶寬的入射光，因此銅銦鎵硒薄膜太陽能電池可節省大量的原料，并且受稀有元素價格提升和原料短缺的影響相對較小，具有光吸收能力強，放電穩定性好、轉化效率高，白天發電時間長、發電量高，生產成本低以及能源回收周期短等諸多優勢，因而具有廣闊的市場前景。銅銦鎵硒薄膜太陽能電池主要有窗口層、緩沖層、吸收層、背電極和襯底組成。其中，緩沖層的作用有兩個：一是作為吸收層的保護層，防止后續工藝對吸收層的破壞，二是作為吸收層和窗口層的過渡層，減小晶格失配。緩沖層的制備一般采用化學沉積法，利用噴嘴將溶液噴射到襯底上通過化學沉積制備。目前化學沉積在襯底上生成的薄膜均勻性還有待進一步提高。
技術實現思路
本專利技術目的是提供一種銅銦鎵硒薄膜太陽能電池緩沖層的制備系統及方法，以解決現有技術的不足。本專利技術采用以下技術方案：一種銅銦鎵硒薄膜太陽能電池緩沖層的制備系統，包括原料輸送子系統、機械傳動子系統、加熱子系統、清洗子系統，原料輸送子系統包括若干原料輸送裝置、若干超聲波噴嘴，機械傳動子系統包括放卷棍、若干托輥、張力控制棍和收卷棍，加熱子系統包括若干加熱塊，清洗子系統包括沖淋冷卻裝置、最終沖洗裝置、干燥裝置；放卷棍設在緩沖層反應區之前，若干原料輸送裝置和相應的超聲波噴嘴連接，超聲波噴嘴設在緩沖層反應區前端上方，若干托輥和若干加熱塊間隔設在緩沖層反應區，沖淋冷卻裝置、最終沖洗裝置、干燥裝置、張力控制輥、收卷棍依次設在緩沖層反應區之后，沖淋冷卻裝置用水來自最終沖洗后的水。優選地，原料輸送裝置包括儲罐、回流管路、離心泵、過濾器、壓力感應器、流量控制器，儲罐出口通過離心泵和過濾器連接，離心泵和過濾器的連接管路上設閥門；過濾器出口分別和儲罐進口、超聲波噴嘴連接，過濾器出口通過回流管路和儲罐進口連接，回流管路上設閥門；過濾器出口和超聲波噴嘴連接管路上設壓力感應器、流量控制器。優選地，超聲波噴嘴包括噴嘴本體，噴嘴本體上端設置多個溶液進孔，上端兩側分別設置超聲波發生部件，超聲波發生部件包括超聲波發生器和超聲波換能器，超聲波發生器和超聲波換能器電連接，超聲波換能器設置在噴嘴本體內部；噴嘴本體下端設置若干溶液出孔，以每列溶液出孔計數，分為n孔、n-1孔、n-2孔，溶液出孔按若干列n孔–若干列n-1孔–若干列n-2孔-若干列n-1孔–若干列n孔在噴嘴本體下端排列，各列數相同或不相同，其中，n為大于等于3的自然數；噴嘴本體兩側端分別設置支撐頭。優選地，放卷棍和收卷棍底部均有導軌；放卷棍和收卷棍處還分別設有放卷糾偏器和收卷糾偏器，根據來料不同使收放卷輥左右移動，進行糾偏。優選地，緩沖層反應區若干托輥和若干加熱塊間隔設置，加熱塊內設有加熱管和熱電偶；緩沖層反應區兩側分別設有側邊，側邊使得襯底兩側有翹起，托輥兩側設有壓輪，壓輪隔著襯底壓在托輥上，壓在襯底翹起與水平接觸的位置。優選地，沖淋冷卻裝置為水刀清洗，單面沖淋；最終沖洗裝置為水刀清洗，正反兩面沖洗；干燥裝置為風刀干燥，正反兩面吹風。一種銅銦鎵硒薄膜太陽能電池緩沖層的制備方法，包括如下步驟：沉積了背電極、吸收層的柔性襯底放卷后在緩沖層反應區上按設定的速度卷進，反應溶液由原料輸送裝置輸送到超聲波噴嘴，再噴灑在襯底上，加熱塊加熱到設定的反應溫度，在襯底上進行化學反應沉積薄膜，沉積完成后再經過沖淋冷卻、最終沖洗、干燥，之后收卷。優選地，反應溶液分別為硫脲溶液、超純水、硫酸鎘溶液、氨水溶液，硫脲溶液、超純水、硫酸鎘溶液、氨水溶液分別存儲在相應的原料輸送裝置中，硫脲溶液直接通入相應的超聲波噴嘴，超純水、硫酸鎘溶液、氨水溶液混合后再通入相應的超聲波噴嘴；各溶液通入超聲波噴嘴前由相應過濾器過濾，壓力由相應回流管路上的閥門控制，流量由相應流量控制器控制，各溶液按設定的流速分別噴灑至柔性襯底上；超純水在混合噴灑前先進行預熱。優選地，沖淋冷卻為單面沖淋，用水來自后續最終沖洗后的水；最終沖洗分為兩步，分別為前步最終沖洗和后步最終沖洗，兩步均為正反面沖洗，前步最終沖洗用水為后步最終沖洗后的水，后步最終沖洗用水為超純水；采用風刀干燥，正反兩面吹風。優選地，還包括廢水處理步驟，制備過程中的廢水包括沖淋冷卻后的廢水、前步最終沖洗后的廢水、混合反應液管道的廢水，廢水依次經MVR設備、吹脫設備、一體化污水處理設備處理，MVR設備使得廢水中的重金屬鎘完全分離到濃縮液中，離心分離出固體的鎘鹽，出水中不含鎘，只有氨氮；經過吹脫，除去95％以上的氨氮；然后再經過一體化污水處理設備，氨氮低于25mg/L，完全達標排放。本專利技術的有益效果：1、本專利技術將原料輸送子系統、機械傳動子系統、加熱子系統、清洗子系統集于一體，保證高純度的反應溶液可控供應給超聲波噴嘴，超聲波噴嘴將反應溶液均勻噴灑在沉積了背電極、吸收層的柔性襯底上，隨著襯底向溫度高的區域卷進，這些化學物質因為加熱而反應完全，最終制備厚度可控的均勻的具有良好光電性能的緩沖層。2、目前噴嘴溶液出孔直徑較小，容易發生堵塞，本專利技術在噴嘴本體上端兩側分別設置超聲波發生部件，使溶液在噴嘴里面充分振動，避免噴嘴阻塞，可以保持長時間噴灑均勻。目前溶液出孔在噴嘴下端均勻排布，在實際成產中，襯底中間部分受到噴嘴中間噴灑溶液的影響，還受到兩邊噴灑溶液的影響，而兩邊只受到各自所在邊和中間的影響，溶液噴灑在襯底上分布不均勻，中間多，兩邊少，沉積的膜不均勻，本專利技術溶液出孔按若干列n孔–若干列n-1孔–若干列n-2孔-若干列n-1孔–若干列n孔在噴嘴本體下端排列，可以有效減弱中間的影響，使得噴灑的溶液分布均勻。本專利技術通過設置超聲波發生部件和改變溶液出孔排列，使得溶液噴灑更流暢，噴射的液體在襯底表面分布更均勻，保持了襯底表面液體的均勻性，充分提高了化學噴射沉積薄膜的均勻性。3、本專利技術緩沖層反應區兩側分別設有側邊，側邊使得柔性襯底兩側有翹起，避免溶液外漏，不僅避免污染設備，而且提高了原料利用率。托輥兩側設有壓輪，壓輪隔著襯底壓在托輥上，壓在襯底翹起與水平接觸的位置，可以保證翹起的部分與側邊接觸的更緊密，同時保證襯底水平，沒有折痕翹起部分，同時也可以使襯底受熱均勻。附圖說明圖1為本專利技術系統示意圖。圖2為原料輸送裝置結構示意圖。圖3為本專利技術的用于化學噴射沉積的超聲波噴嘴的結構示意圖。圖4為本專利技術的用于化學噴射沉積的超聲波噴嘴的俯視圖。圖5為本專利技術的用于化學噴射沉積的超聲波噴嘴的仰視圖。圖6為本專利技術緩沖層反應區示意圖。圖7為本專利技術緩沖層反應區側邊示意圖。具體實施方式為了使本專利技術所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種銅銦鎵硒薄膜太陽能電池緩沖層的制備系統，其特征在于，包括原料輸送子系統、機械傳動子系統、加熱子系統、清洗子系統，原料輸送子系統包括若干原料輸送裝置、若干超聲波噴嘴，機械傳動子系統包括放卷棍、若干托輥、張力控制棍和收卷棍，加熱子系統包括若干加熱塊，清洗子系統包括沖淋冷卻裝置、最終沖洗裝置、干燥裝置；放卷棍設在緩沖層反應區之前，若干原料輸送裝置和相應的超聲波噴嘴連接，超聲波噴嘴設在緩沖層反應區前端上方，若干托輥和若干加熱塊間隔設在緩沖層反應區，沖淋冷卻裝置、最終沖洗裝置、干燥裝置、張力控制輥、收卷棍依次設在緩沖層反應區之后，沖淋冷卻裝置用水來自最終沖洗后的水。

【技術特征摘要】
1.一種銅銦鎵硒薄膜太陽能電池緩沖層的制備系統，其特征在于，包括原料輸送子系統、機械傳動子系統、加熱子系統、清洗子系統，原料輸送子系統包括若干原料輸送裝置、若干超聲波噴嘴，機械傳動子系統包括放卷棍、若干托輥、張力控制棍和收卷棍，加熱子系統包括若干加熱塊，清洗子系統包括沖淋冷卻裝置、最終沖洗裝置、干燥裝置；放卷棍設在緩沖層反應區之前，若干原料輸送裝置和相應的超聲波噴嘴連接，超聲波噴嘴設在緩沖層反應區前端上方，若干托輥和若干加熱塊間隔設在緩沖層反應區，沖淋冷卻裝置、最終沖洗裝置、干燥裝置、張力控制輥、收卷棍依次設在緩沖層反應區之后，沖淋冷卻裝置用水來自最終沖洗后的水。2.根據權利要求1所述的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池緩沖層的制備系統，其特征在于，原料輸送裝置包括儲罐、回流管路、離心泵、過濾器、壓力感應器、流量控制器，儲罐出口通過離心泵和過濾器連接，離心泵和過濾器的連接管路上設閥門；過濾器出口分別和儲罐進口、超聲波噴嘴連接，過濾器出口通過回流管路和儲罐進口連接，回流管路上設閥門；過濾器出口和超聲波噴嘴連接管路上設壓力感應器、流量控制器。3.根據權利要求1所述的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池緩沖層的制備系統，其特征在于，超聲波噴嘴包括噴嘴本體，噴嘴本體上端設置多個溶液進孔，上端兩側分別設置超聲波發生部件，超聲波發生部件包括超聲波發生器和超聲波換能器，超聲波發生器和超聲波換能器電連接，超聲波換能器設置在噴嘴本體內部；噴嘴本體下端設置若干溶液出孔，以每列溶液出孔計數，分為n孔、n-1孔、n-2孔，溶液出孔按若干列n孔–若干列n-1孔–若干列n-2孔-若干列n-1孔–若干列n孔在噴嘴本體下端排列，各列數相同或不相同，其中，n為大于等于3的自然數；噴嘴本體兩側端分別設置支撐頭。4.根據權利要求1所述的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池緩沖層的制備系統，其特征在于，放卷棍和收卷棍底部均有導軌；放卷棍和收卷棍處還分別設有放卷糾偏器和收卷糾偏器，根據來料不同使收放卷輥左右移動，進行糾偏。5.根據權利要求1所述的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池緩沖層的制備系統，其特征在于，緩沖層反應區若干托輥和若干加熱塊間隔設置，加熱塊內設有加熱管...

【專利技術屬性】
技術研發人員：任宇航，張龍飛，劉寬菲，羅明新，
申請(專利權)人：浙江尚越新能源開發有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江,33