CN109402573B - 一种大尺寸基板蒸镀装置及利用该蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种大尺寸基板蒸镀装置以及利用该蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜的方法，该蒸镀装置包括蒸镀箱体，所述蒸镀箱体内固定有热屏蔽装置，所述蒸镀箱体的内顶壁上固定有镀膜基板，所述热屏蔽装置内固定有夹层盒本体和上坩埚，所述热屏蔽装置的四周开设有循环的一号蒸汽流道，所述夹层盒本体内开设有二号蒸汽流道，所述夹层盒本体的底壁上固定有加热器，所述上坩埚的下方固定有加热器，所述蒸镀箱体的正下方设置有下坩埚，所述下坩埚的正下方固定有加热器，本蒸镀装置可以应用于CdTe太阳能镀膜、以及其他各式二元或多元化合物材料膜层的镀膜制备中，不仅可以精准控制镀膜的成份组成，而且可以提高镀膜的均匀性。

Description

一种大尺寸基板蒸镀装置及利用该蒸镀装置制备CdTe太阳能 镀膜的方法

技术领域

本发明涉及薄膜太阳能电池的制备技术领域，特别涉及一种大尺寸基板蒸镀装置及利用该蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜的方法。

背景技术

薄膜太阳能电池是太阳能电池中的一种，具有材料用量少、综合发电能力强等优势，可与建筑物结合或是变成建筑体的一部份，应用非常广泛。根据光电转化层所用材料的差别，薄膜太阳能电池主要可分为硅基薄膜太阳能电池、碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池和铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池。其中，CdTe薄膜太阳能电池因为高光吸收率、转换效率高、电池性能稳定、电池结构简单、制造成本低，容易实现规模化生产等优点而成为最受欢迎的薄膜太阳能电池之一。

目前，在薄膜太阳能电池的制备中，目前主要采用化学水浴，溅镀与共蒸镀制这3种方法。但这些制备方法均具有一定的缺陷，主要表现在：(1)水浴方法所产生的废液，不仅排放量大同时在环境安全安方面的处理成本较高且对环境影响甚大；(2)采用溅镀方法制备薄膜，靶材成份组成的可调控性较低，同时，在沉积镀膜的过程中，容易在薄膜表面出现溅镀损伤；(3)采用共蒸镀制方法时，需要考虑工作距离与摆放的角度才能有效获得大的镀膜面积、但是成分均匀度差、得料率低(<30％)、且维护成本高，因此，无法大规模量产使用。

截止目前尚无有效的大面积蒸镀且成本较低的方式被提出。为有效解决上述问题，本发明提供了一种大尺寸基板蒸镀装置，可以应用于CdTe太阳能电池以及各式二元或多元化合物材料等膜层的镀膜制备中。同时基于上述蒸镀装置提出了一种制备CdTe太阳能镀膜的方法，不仅可以精准控制CdTe薄膜太阳能电池镀膜的成份组成，而且可以提高镀膜的均匀性，有利于CdTe薄膜太阳能电池的规模化生产。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种大尺寸基板蒸镀装置及利用该蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜的方法，本蒸镀装置可以应用于CdTe太阳能镀膜、以及其他各式二元或多元化合物材料膜层的镀膜制备中，不仅可以精准控制镀膜的成份组成，而且可以提高镀膜的均匀性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明提出了一种大尺寸基板蒸镀装置，包括蒸镀箱体，所述蒸镀箱体的内部为空腔结构，所述蒸镀箱体底部的四个边角处固定有支撑脚，所述支撑脚的底部固定有支撑板，所述蒸镀箱体内固定有热屏蔽装置，所述热屏蔽装置正上方的所述蒸镀箱体的内顶壁上固定有镀膜基板，所述热屏蔽装置内开设有容纳腔，所述热屏蔽装置的四周开设有循环的一号蒸汽流道，与所述镀膜基板相对应的所述热屏蔽装置上均匀开设有蒸汽通孔，所述容纳腔的内顶壁上固定有夹层盒本体，所述夹层盒本体内开设有上下平行设置的二号蒸汽流道，所述二号蒸汽流道之间开设有蒸汽通孔，所述夹层盒本体顶部的所述二号蒸汽流道与所述一号蒸汽流道相连通，所述夹层盒本体的底壁上均匀固定有加热器，所述夹层盒本体下方的所述容纳腔内固定有上坩埚，所述上坩埚下方的所述容纳腔的腔壁上固定有加热器，所述上坩埚通过蒸汽管道与所述二号蒸汽流道相连通，所述蒸镀箱体的正下方设置有下坩埚，所述下坩埚的正下方的所述支撑板上固定有加热器，所述下坩埚通过蒸汽管道与所述一号蒸汽流道相连通，所述夹层盒本体、上坩埚以及下坩埚的内壁上均安装有温度传感器器，所述夹层盒本体顶壁上的蒸汽通孔内安装有电磁阀。

优选的，所述热屏蔽装置和夹层盒本体均为矩形结构体。

更优选的，所述热屏蔽装置的材质为耐火材料。

优选的，所述耐火材料为石墨。

优选的，所述上坩埚和下坩埚选自钽坩埚、钼坩埚、钛坩埚、不锈钢坩埚、热解氮化硼坩埚和石英坩埚中的任意一种。

优选的，所述加热器选自射频感应加热器、电阻加热器和红外线加热器中的任意一种。

优选的，所述夹层盒本体的材质为钽、钛、钼和石墨中的任意一种。

优选的，所述镀膜基板为玻璃基板、可挠式不锈钢基板和高分子聚合物基板中的任意一种。

本发明还提出了一种利用上述大尺寸基板蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜的方法，该方法包括以下步骤：

S1、将镉元素和碲元素分别放入所述上坩埚和下坩埚中，所述镉元素和碲元素的纯度均大于99.99％；

S2、将所述蒸镀箱体置于蒸镀机的蒸镀腔体中，用真空抽气系统将蒸镀腔体的背景压力抽至5-6×10^-6torr；

S3、先将所述夹层盒本体内的温度加热至580℃-830℃，然后将所述上坩埚内的镉元素加热至530℃-780℃，将所述下坩埚内的碲元素加热至700-950℃，使镉元素和碲元素以蒸汽的形式分别通过所述一号蒸汽流道和所述二号蒸汽流道聚集到所述镀膜基板上，并经过相互混合在所述镀膜基板上沉积形成厚度为1000-2500nm的CdTe镀膜。

优选的，所述S1步骤中放置镉元素的上坩埚为钽坩埚和热解氮化硼坩埚中的任意一种，放置碲元素的下坩埚为不锈钢坩埚和石英坩埚中的任意一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明提出的一种大尺寸基板蒸镀装置，在蒸镀箱体的内顶壁上固定有镀膜基板，在蒸镀箱体内固定有热屏蔽装置，在热屏蔽装置内开设有容纳腔，在热屏蔽装置的四周开设有一号蒸汽流道，在热屏蔽装置的顶壁上均匀开设有蒸汽通孔，并且在容纳腔的内顶壁上固定有夹层盒本体，在夹层盒本体内开设有二号蒸汽流道，二号蒸汽流道与一号蒸汽流道相连通，同时在夹层盒本体的底壁上均匀固定有加热器，在夹层盒本体的下方固定有上坩埚，在上坩埚的下方固定有加热器，上坩埚通过蒸汽管道与二号蒸汽流道相连通，此外，在蒸镀箱体的正下方设置有下坩埚，在下坩埚的正下方固定有加热器，下坩埚通过蒸汽管道与一号蒸汽流道相连通，本蒸镀装置可以应用于二元化合物材料膜层的镀膜工艺中，在镀膜过程中，将二元化合物中的两种元素分别置于上坩埚和下坩埚中，上坩埚中的元素经加热后以蒸汽的形式进入夹层盒本体的二号蒸汽流道中，下坩埚中的元素经加热后则以蒸汽的形式进入热屏蔽装置的一号蒸汽流道中，两元素随即聚集在镀膜基板的周围，并进行相互混合，随着温度的逐渐降低，两种元素的混合物便沉淀在镀膜基板上形成镀膜；由于在夹层盒本体、上坩埚以及下坩埚的内壁上均安装有温度传感器器，在控制器的辅助下，可以独立调控两种元素的蒸发温度，并且调整元素本身在特定温度下的饱和蒸汽压力，控制两种蒸镀气体的分压比例，从而达到能精准控制材料化合物的组成成分，提高膜层均匀性的目的，有利于制备高质量的二元化合物薄膜。此外，由于夹层盒本体内设置有多个上坩埚，因此，本发明的蒸镀装置也可以应用于多元化合物材料膜层的镀膜工艺中。

(2)基于本发明提出的蒸镀装置，提出了一种CdTe太阳能镀膜的制备方法，通过对制备参数的精确控制、科学把控，在镀膜基板上沉积得到厚度为1000-2500nm的CdTe镀膜，对镀膜的成分组成和均匀性进行分析后发现，通过本发明的蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜，不仅可以精准控制CdTe薄膜太阳能电池镀膜的成份组成，而且可以提高镀膜的均匀性，本发明中CdTe太阳能镀膜制备方法的提出有助于实现CdTe薄膜太阳能电池的规模化生产。

附图说明

图1为本发明产品实施例中的结构示意图。

图中：1-蒸镀箱体，2-热屏蔽装置，3-镀膜基板，4-夹层盒本体，5-加热器，6-上坩埚，7-下坩埚，11-支撑脚，12-支撑板，21-容纳腔，22-一号蒸汽流道，41-二号蒸汽流道。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

产品实施例：

本发明的产品实施例提供一种大尺寸基板蒸镀装置，包括蒸镀箱体(1)，所述蒸镀箱体(1)的内部为空腔结构：

所述蒸镀箱体(1)底部的四个边角处固定有支撑脚(11)，所述支撑脚(11)的底部固定有支撑板(12)，所述蒸镀箱体(1)内固定有热屏蔽装置(2)，所述热屏蔽装置(2)和夹层盒本体(4)均为矩形结构体，所述热屏蔽装置(2)正上方的所述蒸镀箱体(1)的内顶壁上固定有镀膜基板(3)，所述热屏蔽装置(2)内开设有容纳腔(21)，所述热屏蔽装置(2)的四周开设有循环的一号蒸汽流道(22)，与所述镀膜基板(3)相对应的所述热屏蔽装置(2)上均匀开设有蒸汽通孔，所述容纳腔(21)的内顶壁上固定有夹层盒本体(4)，所述夹层盒本体(4)内开设有上下平行设置的二号蒸汽流道(41)，所述二号蒸汽流道(41)之间开设有蒸汽通孔，所述夹层盒本体(4)顶部的所述二号蒸汽流道(41)与所述一号蒸汽流道(22)相连通，所述夹层盒本体(4)的底壁上均匀固定有加热器(5)，所述夹层盒本体(4)下方的所述容纳腔(21)内固定有上坩埚(6)，所述上坩埚(6)下方的所述容纳腔(21)的腔壁上固定有加热器(5)，所述上坩埚(6)通过蒸汽管道与所述二号蒸汽流道(41)相连通，所述蒸镀箱体(1)的正下方设置有下坩埚(7)，所述下坩埚(7)的正下方的所述支撑板(12)上固定有加热器(5)，所述下坩埚(7)通过蒸汽管道与所述一号蒸汽流道(22)相连通，所述夹层盒本体(4)、上坩埚(6)以及下坩埚(7)的内壁上均安装有温度传感器器，所述温度传感器的型号为DS18B20，在实际工作中，所述温度传感器与控制器电性连接，所述控制器为PLC控制器，所述PLC控制器的型号为FPXH-C60T。

进一步的，为使热屏蔽装置(2)、上坩埚(6)、下坩埚(7)以及夹层盒本体(4)达到耐高温的目的，所述热屏蔽装置(2)的材质选用耐火材料，所述上坩埚(6)和下坩埚(7)选自钽坩埚、钼坩埚、钛坩埚、不锈钢坩埚、热解氮化硼坩埚和石英坩埚中的任意一种，所述夹层盒本体(4)的材质选用钽、钛、钼和石墨中的任意一种；在本实施例中，所述热屏蔽装置(2)的选用石墨材质，所述上坩埚(6)选用钽坩埚，所述下坩埚(7)选用石英坩埚，所述夹层盒本体(4)选用钽材质。

进一步的，为便于控制夹层盒本体(4)、上坩埚(6)以及下坩埚(7)内的温度，所述加热器(5)选自射频感应加热器、电阻加热器和红外线加热器中的任意一种，在本实施例中，所述加热器(5)选自射频感应加热器。

进一步的，为适应不同类型镀膜的蒸镀需求，所述镀膜基板(3)可以选自玻璃基板、可挠式不锈钢基板和高分子聚合物基板中的任意一种，在本实施例中，所述镀膜基板(3)选自玻璃基板。

使用本实施例中的大尺寸基板蒸镀装置进行镀膜时，将二元化合物中的两种元素分别置于上坩埚6和下坩埚7中，上坩埚6中的元素经加热后以蒸汽的形式进入夹层盒本体4的二号蒸汽流道41中(为防止元素蒸汽在进入夹层盒本体4后发生冷凝现象，需事先将夹层盒本体4内的温度加热到一定温度范围内)，下坩埚7中的元素经加热后则以蒸汽的形式进入热屏蔽装置2的一号蒸汽流道22中，两元素随即聚集在镀膜基板3的周围，并进行相互混合，随着温度的逐渐降低，两种元素的混合物便沉淀在镀膜基板3上形成镀膜；由于在夹层盒本体4、上坩埚6以及下坩埚6的内壁上均安装有温度传感器器，在控制器的辅助下，可以独立调控两种元素的蒸发温度，并且调整元素本身在特定温度下的饱和蒸汽压力，控制两种蒸镀气体的分压比例，从而达到能精准控制材料化合物的组成成分，提高膜层均匀性的目的，有利于制备高质量的二元化合物薄膜。此外，由于夹层盒本体4内设置有多个上坩埚6，因此，本发明的蒸镀装置也可以应用于多元化合物材料膜层的镀膜工艺中。

方法实施例：

实施例1：

基于本发明提出的大尺寸基板蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜的方法，包括以下步骤：

S1、分别将纯度大于99.99％的镉元素和碲元素放入上坩埚6和下坩埚7中，其中，上坩埚为钽坩埚，下坩埚为不锈钢坩埚；

S2、将蒸镀箱体1置于蒸镀机的蒸镀腔体中，用真空抽气系统将蒸镀腔体的背景压力抽至5×10^-6torr；

S3、先将夹层盒本体4内的温度加热至830℃，然后将上坩埚6内的镉元素加热至530℃，将下坩埚7内的碲元素加热至730℃，使镉元素和碲元素以蒸汽的形式分别通过所述一号蒸汽流道22和所述二号蒸汽流道41聚集到可挠式不锈钢基板(规格为：300mm×300mm×0.03mm)上，并进行相互混合，经冷凝后在可挠式不锈钢基板上沉积形成厚度为1000nm的CdTe镀膜。

实施例2：

基于本发明提出的大尺寸基板蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜的方法，包括以下步骤：

S1、分别将纯度大于99.99％的镉元素和碲元素放入上坩埚6和下坩埚7中，其中，上坩埚为钽坩埚，下坩埚为不锈钢坩埚；

S2、将蒸镀箱体1置于蒸镀机的蒸镀腔体中，用真空抽气系统将蒸镀腔体的背景压力抽至5×10^-6torr；

S3、先将夹层盒本体4内的温度加热至830℃，然后将上坩埚6内的镉元素加热至610℃，将下坩埚7内的碲元素加热至730℃，使镉元素和碲元素以蒸汽的形式分别通过所述一号蒸汽流道22和所述二号蒸汽流道41聚集到可挠式不锈钢基板(规格为：300mm×300mm×0.03mm)上，并进行相互混合，经冷凝后在可挠式不锈钢基板上沉积形成厚度为1000nm的CdTe镀膜。

实施例3：

基于本发明提出的大尺寸基板蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜的方法，包括以下步骤：

S1、分别将纯度大于99.99％的镉元素和碲元素放入上坩埚6和下坩埚7中，其中，上坩埚为钽坩埚，下坩埚为不锈钢坩埚；

S2、将蒸镀箱体1置于蒸镀机的蒸镀腔体中，用真空抽气系统将蒸镀腔体的背景压力抽至5×10^-6torr；

S3、先将夹层盒本体4内的温度加热至830℃，然后将上坩埚6内的镉元素加热至780℃，将下坩埚7内的碲元素加热至730℃，使镉元素和碲元素以蒸汽的形式分别通过所述一号蒸汽流道22和所述二号蒸汽流道41聚集到可挠式不锈钢基板(规格为：300mm×300mm×0.03mm)上，并进行相互混合，经冷凝后在可挠式不锈钢基板上沉积形成厚度为1000nm的CdTe镀膜。

实施例4：

基于本发明提出的大尺寸基板蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜的方法，包括以下步骤：

S1、分别将纯度大于99.99％的镉元素和碲元素放入上坩埚6和下坩埚7中，其中，上坩埚为钽坩埚，下坩埚为不锈钢坩埚；

S2、将蒸镀箱体1置于蒸镀机的蒸镀腔体中，用真空抽气系统将蒸镀腔体的背景压力抽至5.5×10^-6torr；

S3、先将夹层盒本体4内的温度加热至830℃，然后将上坩埚6内的镉元素加热至650℃，将下坩埚7内的碲元素加热至700℃，使镉元素和碲元素以蒸汽的形式分别通过所述一号蒸汽流道22和所述二号蒸汽流道41聚集到可挠式不锈钢基板(规格为：300mm×300mm×0.03mm)上，并进行相互混合，经冷凝后在可挠式不锈钢基板上沉积形成厚度为1500nm的CdTe镀膜。

实施例5：

基于本发明提出的大尺寸基板蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜的方法，包括以下步骤：

S1、分别将纯度大于99.99％的镉元素和碲元素放入上坩埚6和下坩埚7中，其中，上坩埚为钽坩埚，下坩埚为不锈钢坩埚；

S2、将蒸镀箱体1置于蒸镀机的蒸镀腔体中，用真空抽气系统将蒸镀腔体的背景压力抽至5.5×10^-6torr；

S3、先将夹层盒本体4内的温度加热至830℃，然后将上坩埚6内的镉元素加热至650℃，将下坩埚7内的碲元素加热至800℃，使镉元素和碲元素以蒸汽的形式分别通过所述一号蒸汽流道22和所述二号蒸汽流道41聚集到可挠式不锈钢基板(规格为：300mm×300mm×0.03mm)上，并进行相互混合，经冷凝后在可挠式不锈钢基板上沉积形成厚度为1500nm的CdTe镀膜。

实施例6：

基于本发明提出的大尺寸基板蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜的方法，包括以下步骤：

S1、分别将纯度大于99.99％的镉元素和碲元素放入上坩埚6和下坩埚7中，其中，上坩埚为钽坩埚，下坩埚为不锈钢坩埚；

S2、将蒸镀箱体1置于蒸镀机的蒸镀腔体中，用真空抽气系统将蒸镀腔体的背景压力抽至5.5×10^-6torr；

S3、先将夹层盒本体4内的温度加热至830℃，然后将上坩埚6内的镉元素加热至650℃，将下坩埚7内的碲元素加热至950℃，使镉元素和碲元素以蒸汽的形式分别通过所述一号蒸汽流道22和所述二号蒸汽流道41聚集到可挠式不锈钢基板(规格为：300mm×300mm×0.03mm)上，并进行相互混合，经冷凝后在可挠式不锈钢基板上沉积形成厚度为1500nm的CdTe镀膜。

实施例7：

基于本发明提出的大尺寸基板蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜的方法，包括以下步骤：

S1、分别将纯度大于99.99％的镉元素和碲元素放入上坩埚6和下坩埚7中，其中，上坩埚为热解氮化硼坩埚，下坩埚为石英坩埚；

S2、将蒸镀箱体1置于蒸镀机的蒸镀腔体中，用真空抽气系统将蒸镀腔体的背景压力抽至6×10^-6torr；

S3、先将夹层盒本体4内的温度加热至580℃，然后将上坩埚6内的镉元素加热至650℃，将下坩埚7内的碲元素加热至730℃，使镉元素和碲元素以蒸汽的形式分别通过所述一号蒸汽流道22和所述二号蒸汽流道41聚集到玻璃基板(规格为：300mm×300mm×0.3mm)上，并进行相互混合，经冷凝后在玻璃基板上沉积形成厚度为2500nm的CdTe镀膜。

实施例8：

基于本发明提出的大尺寸基板蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜的方法，包括以下步骤：

S1、分别将纯度大于99.99％的镉元素和碲元素放入上坩埚6和下坩埚7中，其中，上坩埚为热解氮化硼坩埚，下坩埚为石英坩埚；

S2、将蒸镀箱体1置于蒸镀机的蒸镀腔体中，用真空抽气系统将蒸镀腔体的背景压力抽至6×10^-6torr；

S3、先将夹层盒本体4内的温度加热至730℃，然后将上坩埚6内的镉元素加热至650℃，将下坩埚7内的碲元素加热至730℃，使镉元素和碲元素以蒸汽的形式分别通过所述一号蒸汽流道22和所述二号蒸汽流道41聚集到玻璃基板(规格为：300mm×300mm×0.3mm)上，并进行相互混合，经冷凝后在玻璃基板上沉积形成厚度为2500nm的CdTe镀膜。

实施例9：

基于本发明提出的大尺寸基板蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜的方法，包括以下步骤：

S1、分别将纯度大于99.99％的镉元素和碲元素放入上坩埚6和下坩埚7中，其中，上坩埚为热解氮化硼坩埚，下坩埚为石英坩埚；

S2、将蒸镀箱体1置于蒸镀机的蒸镀腔体中，用真空抽气系统将蒸镀腔体的背景压力抽至6×10^-6torr；

S3、先将夹层盒本体4内的温度加热至830℃，然后将上坩埚6内的镉元素加热至650℃，将下坩埚7内的碲元素加热至730℃，使镉元素和碲元素以蒸汽的形式分别通过所述一号蒸汽流道22和所述二号蒸汽流道41聚集到玻璃基板(规格为：300mm×300mm×0.3mm)上，并进行相互混合，经冷凝后在玻璃基板上沉积形成厚度为2500nm的CdTe镀膜。

实施例10：

基于本发明提出的大尺寸基板蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜的方法，包括以下步骤：

S1、分别将纯度大于99.99％的镉元素和碲元素放入上坩埚6和下坩埚7中，其中，上坩埚为钽坩埚，下坩埚为不锈钢坩埚；

S2、将蒸镀箱体1置于蒸镀机的蒸镀腔体中，用真空抽气系统将蒸镀腔体的背景压力抽至5.5×10^-6torr；

S3、先将夹层盒本体4内的温度加热至830℃，然后将上坩埚6内的镉元素加热至530℃，将下坩埚7内的碲元素加热至730℃，使镉元素和碲元素以蒸汽的形式分别通过所述一号蒸汽流道22和所述二号蒸汽流道41聚集到可挠式不锈钢基板(规格为：300mm×300mm×0.03mm)上，并进行相互混合，经冷凝后在可挠式不锈钢基板上沉积形成厚度为1500nm的CdTe镀膜。

实施例11：

基于本发明提出的大尺寸基板蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜的方法，包括以下步骤：

S1、分别将纯度大于99.99％的镉元素和碲元素放入上坩埚6和下坩埚7中，其中，上坩埚为钽坩埚，下坩埚为不锈钢坩埚；

S2、将蒸镀箱体1置于蒸镀机的蒸镀腔体中，用真空抽气系统将蒸镀腔体的背景压力抽至6×10^-6torr；

S3、先将夹层盒本体4内的温度加热至830℃，然后将上坩埚6内的镉元素加热至650℃，将下坩埚7内的碲元素加热至700℃，使镉元素和碲元素以蒸汽的形式分别通过所述一号蒸汽流道22和所述二号蒸汽流道41聚集到可挠式不锈钢基板(规格为：300mm×300mm×0.03mm)上，并进行相互混合，经冷凝后在可挠式不锈钢基板上沉积形成厚度为2500nm的CdTe镀膜。

实施例12：

基于本发明提出的大尺寸基板蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜的方法，包括以下步骤：

S1、分别将纯度大于99.99％的镉元素和碲元素放入上坩埚6和下坩埚7中，其中，上坩埚为热解氮化硼坩埚，下坩埚为石英坩埚；

S2、将蒸镀箱体1置于蒸镀机的蒸镀腔体中，用真空抽气系统将蒸镀腔体的背景压力抽至5×10^-6torr；

S3、先将夹层盒本体4内的温度加热至580℃，然后将上坩埚6内的镉元素加热至650℃，将下坩埚7内的碲元素加热至730℃，使镉元素和碲元素以蒸汽的形式分别通过所述一号蒸汽流道22和所述二号蒸汽流道41聚集到玻璃基板(规格为：300mm×300mm×0.3mm)上，并进行相互混合，经冷凝后在玻璃基板上沉积形成厚度为1000nm的CdTe镀膜。

对比例1：

以常规制备方法(真空溅镀法)制备CdTe太阳能镀膜，即在蒸镀机的蒸镀腔体内直接溅镀得到CdTe太阳能镀膜，具体方法为：用真空抽气系统将蒸镀腔体的背景压力抽至5×10^-6torr，以氩气为工作气体，将溅镀腔体的工作压力控制为3×10^-3torr，往不锈钢基板(规格为：300mm×300mm×0.03mm)上溅镀制作成厚度为1000nm的CdTe太阳能镀膜。

对比例2：

以常规制备方法(真空溅镀法)制备CdTe太阳能镀膜，即在蒸镀机的蒸镀腔体内直接溅镀得到CdTe太阳能镀膜，具体方法为：用真空抽气系统将蒸镀腔体的背景压力抽至5.5×10^-6torr，以氩气为工作气体，将溅镀腔体的工作压力控制为3.5×10^-3torr，往不锈钢基板(规格为：300mm×300mm×0.03mm)上溅镀制作成厚度为1500nm的CdTe太阳能镀膜。

对比例3：

以常规制备方法(真空溅镀法)制备CdTe太阳能镀膜，即在蒸镀机的蒸镀腔体内直接溅镀得到CdTe太阳能镀膜，具体方法为：用真空抽气系统将蒸镀腔体的背景压力抽至6×10^-6torr，以氩气为工作气体，将溅镀腔体的工作压力控制为4×10^-3torr，往不锈钢基板(规格为：300mm×300mm×0.03mm)上溅镀制作成厚度为2500nm的CdTe太阳能镀膜。

镀膜的成份组成及均匀性分析：

为验证利用本发明的大尺寸基板蒸镀装置制备得到的CdTe太阳能镀膜的成份组成及均匀性，以实施例1-9和对比例1-3的制备得到的CdTe太阳能镀膜为测试对象，采用X-射线荧光分析方法(XRF)对它们的成分组成以及膜层的均匀性进行了测量。具体测量结果如下：

表1实施例1-7和对比例制得的CdTe太阳能镀膜的成份组成与均匀性

通过实施例1-9的成份组成测量结果可以看出，镉元素加热温度的变化、碲元素加热温度的变化以及夹层盒本体加热温度的变化均会导致CdTe太阳能镀膜的成分组成发生改变；同时，通过实施例1与实施例10的成份组成测量结果、实施例4与实施例11的成份组成测量结果以及实施例7与实施例12的成份组成测量结果可以发现，CdTe太阳能镀膜的成分组成随镉元素加热温度的变化情况、随碲元素加热温度的变化情况以及随夹层盒本体加热温度的变化情况都是相对稳定的；而通过对比例1-3的成份组成测量结果可知，常规溅镀方法得到的CdTe太阳能镀膜基本不会随溅镀条件的变化而改变成分组成；通过控制Cd元素、Te元素以及夹层盒本体的蒸镀温度可以精准的控制这两种元素在镀膜中的成分组成，可见，通过本发明的蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜，可以精准控制CdTe薄膜太阳能电池镀膜的成份组成。

通过实施例1-12和对比例1-3的均匀性测量结果可以看出，与常规溅镀方法相比，利用本发明提出的大尺寸基板蒸镀装置制备得到的CdTe太阳能镀膜，其膜层的均匀性更好。

由此可见，表明通过本发明的蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜，不仅可以精准控制CdTe薄膜太阳能电池镀膜的成份组成，而且可以提高镀膜的均匀性，对于实现CdTe薄膜太阳能电池的规模化生产具有重大的推进作用。

以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种大尺寸基板蒸镀装置，包括蒸镀箱体（1），所述蒸镀箱体（1）的内部为空腔结构，其特征在于：

所述蒸镀箱体（1）底部的四个边角处固定有支撑脚（11），所述支撑脚（11）的底部固定有支撑板（12），所述蒸镀箱体（1）内固定有热屏蔽装置（2），所述热屏蔽装置（2）正上方的所述蒸镀箱体（1）的内顶壁上固定有镀膜基板（3），所述热屏蔽装置（2）内开设有容纳腔（21），所述热屏蔽装置（2）的四周开设有循环的一号蒸汽流道（22），与所述镀膜基板（3）相对应的所述热屏蔽装置（2）上均匀开设有蒸汽通孔，所述容纳腔（21）的内顶壁上固定有夹层盒本体（4），所述夹层盒本体（4）内开设有上下平行设置的二号蒸汽流道（41），所述二号蒸汽流道（41）之间开设有蒸汽通孔，所述夹层盒本体（4）顶部的所述二号蒸汽流道（41）与所述一号蒸汽流道（22）相连通，所述夹层盒本体（4）的底壁上均匀固定有加热器（5），所述夹层盒本体（4）下方的所述容纳腔（21）内固定有上坩埚（6），所述上坩埚（6）下方的所述容纳腔（21）的腔壁上固定有加热器（5），所述上坩埚（6）通过蒸汽管道与所述二号蒸汽流道（41）相连通，所述蒸镀箱体（1）的正下方设置有下坩埚（7），所述下坩埚（7）的正下方的所述支撑板（12）上固定有加热器（5），所述下坩埚（7）通过蒸汽管道与所述一号蒸汽流道（22）相连通，所述夹层盒本体（4）、上坩埚（6）以及下坩埚（7）的内壁上均安装有温度传感器；

镀膜时，将二元化合物中的两种元素分别置于上坩埚（6）和下坩埚（7）中，上坩埚（6）中的元素经加热后以蒸汽的形式进入夹层盒本体（4）的二号蒸汽流道（41）中，下坩埚（7）中的元素经加热后则以蒸汽的形式进入热屏蔽装置（2）的一号蒸汽流道（22）中，两元素随即聚集在镀膜基板（3）的周围，并进行相互混合，随着温度的逐渐降低，两种元素的混合物便沉淀在镀膜基板（3）上形成镀膜；由于在夹层盒本体（4）、上坩埚（6）以及下坩埚（7）的内壁上均安装有温度传感器，在控制器的辅助下，独立调控两种元素的蒸发温度，并且调整元素本身在530℃-950℃温度下的饱和蒸汽压力，控制两种蒸镀气体的分压比例，从而达到能精准控制材料化合物的组成成分，提高膜层均匀性的目的，有利于制备高质量的二元化合物薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种大尺寸基板蒸镀装置，其特征在于：所述热屏蔽装置（2）和夹层盒本体（4）均为矩形结构体。

3.根据权利要求1所述的一种大尺寸基板蒸镀装置，其特征在于：所述热屏蔽装置（2）的材质为耐火材料。

4.根据权利要求3所述的一种大尺寸基板蒸镀装置，其特征在于：所述耐火材料为石墨。

5.根据权利要求1所述的一种大尺寸基板蒸镀装置，其特征在于：所述上坩埚（6）和下坩埚（7）选自钽坩埚、钼坩埚、钛坩埚、不锈钢坩埚、热解氮化硼坩埚和石英坩埚中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种大尺寸基板蒸镀装置，其特征在于：所述加热器（5）选自射频感应加热器、电阻加热器和红外线加热器中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的一种大尺寸基板蒸镀装置，其特征在于：所述夹层盒本体（4）的材质为钽、钛、钼和石墨中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的一种大尺寸基板蒸镀装置，其特征在于：所述镀膜基板（3）为玻璃基板、可挠式不锈钢基板和高分子聚合物基板中的任意一种。

9.一种利用权利要求1所述的大尺寸基板蒸镀装置制备CdTe太阳能镀膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将镉元素和碲元素分别放入所述上坩埚（6）和下坩埚（7）中，所述镉元素和碲元素的纯度均大于99.99%；

S2、将所述蒸镀箱体（1）置于蒸镀机的蒸镀腔体中，用真空抽气系统将蒸镀腔体的背景压力抽至5-6×10^-6 torr；

S3、先将所述夹层盒本体（4）内的温度加热至580℃-830℃，然后将所述上坩埚（6）内的镉元素加热至530℃-780℃，将所述下坩埚（7）内的碲元素加热至700-950℃，使镉元素和碲元素以蒸汽的形式分别通过所述一号蒸汽流道（22）和所述二号蒸汽流道（41）聚集到所述镀膜基板（3）上，并经过相互混合在所述镀膜基板（3）上沉积形成厚度为1000-2500nm的CdTe镀膜。

10.根据权利要求9所述的制备CdTe太阳能镀膜的方法，其特征在于：所述S1步骤中放置镉元素的上坩埚（6）为钽坩埚和热解氮化硼坩埚中的任意一种，放置碲元素的下坩埚（7）为不锈钢坩埚和石英坩埚中的任意一种。

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