一种柔性铜铟镓硒太阳电池的碱金属掺杂系统及碱金属掺杂方法与流程

本公开涉及薄膜光伏器件生产，具体地，涉及一种柔性铜铟镓硒太阳电池的碱金属掺杂系统及碱金属掺杂方法。

背景技术：

1、发明专利“pct/us2010/030454”涉及一种铜铟镓硒太阳电池的碱金属的掺杂方法，其方法是在第一个电极沉积后且在cigs吸收层沉积前，采用含碱金属的靶材，利用磁控溅射方法在带有第一电极的衬底上制备一层碱金属。碱金属将在后续磁控溅射cigs薄膜过程中利用扩散方法扩散至cigs表界面，钝化缺陷。但该专利中，碱金属的掺杂只能实现前掺杂即沉积cigs吸收层之前掺杂，技术方法限制了碱金属的引入形式和碱金属的可采用材料，也不适用碱金属后处理工艺。

2、cn103474505a提出一种在生产线上完成碱金属掺杂的方法，其方法是在带有mo薄膜的基片上完成cigs吸收层的制备之后，在非真空环境下采用喷印、刮涂，滚涂，旋涂，绒布涂布，浸泡或超声雾化印刷方法将含有li、na或者k的碱金属盐沉积在cigs薄膜表面，并需要在100-600℃之间完成热处理完成碱金属的扩散，实现缺陷的钝化。但是，该现有技术没有提供碱金属前掺杂方案，而对于铜铟镓硒太阳电池，前掺杂和后掺杂碱金属均对电池性能有显著影响，是主流技术必须考虑的掺杂技术。同时，该现有技术中碱金属后掺杂材料限制于li、na和k的化合物中，这些碱金属质量轻，对缺陷的钝化效果不明显，且长期稳定性也面临挑战。

3、cn111223963a提出了一种在生产线上完成碱金属掺杂方法，主要特点为：在in-ga-se化合物沉积之前，先沉积碱金属卤化物(如naf、kcl、rbbr等)，然后在后续2段式沉积cu-se化合物之间沉积一层碱金属卤化物(如naf、kcl、rbbr等)，在完成第2段cu-se以及in-ga-se化合物形成贫铜cigs薄膜后再沉积一层碱金属卤化物(如naf、kcl、rbbr等)，完成碱金属的掺杂后，通过20-30min的热处理完成碱金属在cigs薄膜内的扩散以及缺陷钝化。该现有技术在第一阶段cu-se沉积后且在第二阶段cu-se沉积前之间以高温(一般在600-650℃)形式掺杂，一方面由于掺杂原子能量较大形成晶粒内替位缺陷，另一方面在富铜cigs薄膜形成前进行掺杂，很难对后续形成不确定的缺陷类型进行针对性的钝化。同时，在贫铜的cigs沉积结束后，第三次沉积碱金属卤化物，并且热处理时间20-30min。该工艺复杂度高，如果碱金属沉积采用在不破真空的连续化生产条件下进行掺杂，为了满足第三次掺杂时间和热处理时间条件，该设备长度非常长或者高度非常高。设备成本和复杂度及故障率大幅提高。因此，采用这种工艺方法，需要将吸收层设备和表界面钝化以及能带修饰的后处理分开在2台单独设备进行，但是破真空后，在吸收层界面将引入环境杂质，对生产环境要求极高。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种柔性铜铟镓硒太阳电池的碱金属掺杂系统及碱金属掺杂方法，该碱金属掺杂系统解决了碱金属快速扩散形成新缺陷的问题，降低热处理的时间，解决了常规离子规检测时易受环境影响形成误判以及长时间运行受硒蒸气腐蚀导致测试精度降低的难题，为碱金属后掺杂和热处理工艺提供灵活和稳健的测控环境，提高设备运行鲁棒性。

2、为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种柔性铜铟镓硒太阳电池的碱金属掺杂系统，所述碱金属掺杂系统包括碱金属前掺杂区，吸收层沉积区，碱金属后掺杂区和热处理区；

3、所述碱金属前掺杂区包括第一碱金属蒸发源和第一碱金属蒸发速率测量装置；所述碱金属后掺杂区包括第二碱金属蒸发源、碱金属后掺杂测量单元，第一硒蒸发源和第一硒热阴极离子规；

4、所述碱金属后掺杂测量单元包括伸缩装置和第二碱金属蒸发速率测量装置。

5、可选地，所述热处理区包括第二硒蒸发源和第二硒热阴极离子规。

6、可选地，所述伸缩装置包括波纹管和螺杆；所述波纹管与设备腔体的内侧连接；所述螺杆与所述波纹管连接；所述第二碱金属蒸发速率测量装置为石英晶振微天平或电子碰撞发射光谱检测仪；

7、所述第一碱金属蒸发速率测量装置为石英晶振微天平或电子碰撞发射光谱检测仪。

8、可选地，所述碱金属后掺杂区包括铟蒸发源和镓蒸发源；所述热处理区包括薄膜检测单元。

9、可选地，所述碱金属掺杂系统还包括柔性衬底，传动单元和真空单元；

10、所述传动单元包括放卷装置、收卷装置、衬底加热装置、传输辊、张力控制装置和纠偏装置；所述真空单元包括机械泵、分子泵和扩散泵；所述柔性衬底为不锈钢衬底、高分子膜衬底和柔性玻璃衬底中的一种。

11、本公开的第二方面提供一种采用本公开第一方面所述碱金属掺杂系统的碱金属掺杂方法，所述碱金属掺杂方法包括如下步骤：

12、s1：预热后的柔性衬底进入碱金属前掺杂区，进入碱金属前掺杂区后进行碱金属前掺杂工序，得到碱金属前掺杂后的柔性衬底；

13、s2：所述碱金属前掺杂后的柔性衬底进入吸收层沉积区完成吸收层的沉积，得到完成吸收层沉积的柔性衬底，所述完成吸收层沉积的柔性衬底随后进入碱金属后掺杂区，进行碱金属后掺杂工序，得到完成碱金属后掺杂的柔性衬底；

14、s3：所述完成碱金属后掺杂的柔性衬底进入热处理区进行热处理；

15、所述碱金属后掺杂工序包括在有硒或无硒条件下进行；所述无硒条件进行碱金属后掺杂时，通过伸缩装置将第二碱金属蒸发速率测量装置传输至设备腔体内，实时测量和反馈控制碱金属蒸发速率；所述有硒条件进行碱金属后掺杂时，通过第一硒热阴极离子规测控硒蒸发速率，在恒定硒压条件下完成碱金属的后掺杂，同时间歇性通过伸缩装置将第二碱金属蒸发速率测量装置传输至设备腔体内，间歇性测量和反馈控制碱金属蒸发速率。

16、可选地，所述吸收层沉积区包括第一铟-镓-硒共蒸发沉积子区，铜-硒共蒸发沉积子区和第二铟-镓-硒共蒸发沉积子区；

17、所述完成吸收层的沉积包括所述碱金属前掺杂后的柔性衬底完成第一铟-镓-硒共蒸发沉积，铜-硒共蒸发沉积和第二铟-镓-硒共蒸发沉积；随后完成碱金属的后掺杂工序；或者，

18、所述吸收层沉积区包括第一铟-镓-硒共蒸发沉积子区和铜-硒共蒸发沉积子区；所述碱金属后掺杂区包括铟蒸发源和镓蒸发源；所述完成吸收层的沉积包括所述碱金属前掺杂后的柔性衬底完成第一铟-镓-硒共蒸发沉积和铜-硒共蒸发沉积，随后进入碱金属后掺杂区，实现第二铟-镓-硒和碱金属的共蒸发沉积。

19、可选地，所述热处理区包括薄膜检测单元；所述完成碱金属后掺杂的柔性衬底进入热处理区，同时完成薄膜检测工序和热处理工序。

20、可选地，所述碱金属前掺杂区的衬底温度为250～400℃；所述碱金属后掺杂区的衬底温度为150～350℃；所述热处理的时间为5～10min。

21、可选地，所述碱金属前掺杂后的柔性衬底的碱金属的厚度为1～15nm；s2中所述碱金属后掺杂的柔性衬底的碱金属的厚度为1～20nm。

22、通过上述技术方案，本技术的系统包括碱金属前掺杂区，吸收层沉积区，碱金属后掺杂区和热处理区，在碱金属后掺杂区设置伸缩装置和硒热阴极离子规，实现对碱金属和硒的测量和监控，解决了碱金属快速扩散形成缺陷的问题和常规离子规检测时易受环境影响形成误判以及长时间运行受硒蒸气腐蚀导致测试精度降低的难题，降低热处理的时间，同时为碱金属后掺杂和热处理工艺提供更灵活和稳健的测控环境，提高设备运行鲁棒性。

23、本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。