大面積鈣鈦礦薄膜的制備設(shè)備的制作方法

本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大面積鈣鈦礦薄膜的制備設(shè)備。

背景技術(shù)：

鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池作為下一代高效薄膜太陽(yáng)能電池，其發(fā)展非常迅速，2012年公開發(fā)表了第一個(gè)固態(tài)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池其效率9.7%，5年時(shí)間內(nèi)，小面積鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池效率達(dá)到21%，目前，已經(jīng)開發(fā)出一些替代旋涂的產(chǎn)業(yè)化方法，如熱噴涂發(fā)，熱蒸發(fā)法，cvd法等。但是這些高效電池都是用旋涂法制備的，無(wú)法進(jìn)行大面積產(chǎn)業(yè)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大面積鈣鈦礦薄膜的制備設(shè)備，解決鈣鈦礦太陽(yáng)能電池不能大面積制備的缺陷。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

方案一：一種大面積鈣鈦礦薄膜的制備設(shè)備，包括真空腔，所述真空腔內(nèi)設(shè)置有用于放置襯底的襯底加熱器；

所述襯底加熱器的下方真空腔內(nèi)設(shè)置有第一蒸發(fā)殼和第二蒸發(fā)殼，所述第一蒸發(fā)殼的上端呈開口狀，所述第二蒸發(fā)殼的上端面豎直設(shè)置有多根氣管，所述第一蒸發(fā)殼套嵌在第二蒸發(fā)殼的上端，各氣管的上端從第一蒸發(fā)殼的底面穿過(guò)后伸出第一蒸發(fā)殼；所述第一蒸發(fā)器和襯底加熱器之間設(shè)置有可做開合運(yùn)動(dòng)的擋板；

所述第一蒸發(fā)殼的底部設(shè)置有用于對(duì)第一蒸發(fā)殼底面進(jìn)行加熱的第一加熱器，所述第一蒸發(fā)殼連接有第一載氣管道，所述第一載氣管道與外部的載氣氣源連通；

所述第二蒸發(fā)殼的底部設(shè)置有用于對(duì)第二蒸發(fā)殼底面進(jìn)行加熱的第二加熱器，所述第二蒸發(fā)殼連接有第二載氣管道，所述第二載氣管道與外部的載氣氣源連通。

進(jìn)一步的，所述第一載氣管道的管路上設(shè)置有第一氣體預(yù)熱器，所述第二載氣管道的管路上設(shè)置有第二氣體預(yù)熱器。

進(jìn)一步的，氣體預(yù)熱器包括金屬加熱體，所述金屬加熱體內(nèi)開設(shè)有皮亞諾曲線結(jié)構(gòu)氣流通道。

進(jìn)一步的，所述第一蒸發(fā)殼上端開口上設(shè)置有噴孔板，所述噴孔板上開設(shè)有若干個(gè)第一氣孔和第二氣孔，所述的第一氣孔用于通過(guò)經(jīng)氣化的固體蒸發(fā)源1，所述的第二氣孔用于通過(guò)經(jīng)氣化的固體蒸發(fā)源2，各第一氣孔和第二氣孔交替間隔分布；所述第二蒸發(fā)殼的各個(gè)氣管上端與第二氣孔連接。

進(jìn)一步的，所述真空腔的下端設(shè)置有真空泵組，所述真空泵組與真空腔的內(nèi)腔連通，所述真空泵組的進(jìn)口設(shè)置有蝶閥；所述真空腔內(nèi)設(shè)置有檢測(cè)襯底厚度的膜厚計(jì)。

方案二：一種大面積鈣鈦礦薄膜的制備設(shè)備，包括真空腔，所述真空腔內(nèi)設(shè)置有用于放置襯底的襯底加熱器，所述襯底加熱器的工作面朝下設(shè)置；

所述襯底加熱器的下方真空腔內(nèi)設(shè)置有第一蒸發(fā)殼和第二蒸發(fā)殼所述第一蒸發(fā)殼的上端呈開口狀，所述第二蒸發(fā)殼的上端面豎直設(shè)置有多根氣管，所述第一蒸發(fā)殼套嵌在第二蒸發(fā)殼的上端，各氣管的上端從第一蒸發(fā)殼的底面穿過(guò)后伸出第一蒸發(fā)殼；所述第一蒸發(fā)器和襯底加熱器之間設(shè)置有可做開合運(yùn)動(dòng)的擋板；

所述的第一蒸發(fā)殼連接有第一載氣管道，所述第一載氣管道與外部的載氣氣源連通，所述第一載氣管道的管路上設(shè)置有第一原料加熱箱，所述第一原料加熱箱連接第一原料推送裝置；所述第二載氣管道的管路上設(shè)置有第二原料加熱箱，所述第二原料加熱箱連接第二原料推送裝置；原料推送裝置用于對(duì)原料箱進(jìn)行原料添加。

進(jìn)一步的，所述第一原料加熱箱上游的第一載氣管道的管路上設(shè)置有第一氣體預(yù)熱器，所述第二原料加熱箱上游的第二載氣管道的管路上設(shè)置有第一氣體預(yù)熱器；

所述真空腔內(nèi)還設(shè)置有伴熱加熱器，所述伴熱加熱器包裹在第一蒸發(fā)殼和第二蒸發(fā)殼的外部。

進(jìn)一步的，氣體預(yù)熱器包括金屬加熱體，所述金屬加熱體內(nèi)開設(shè)有皮亞諾曲線結(jié)構(gòu)氣流通道。

進(jìn)一步的，所述第一蒸發(fā)殼上端開口上設(shè)置有噴孔板，所述噴孔板上開設(shè)有若干個(gè)第一氣孔和第二氣孔，所述的第一氣孔用于通過(guò)經(jīng)氣化的固體蒸發(fā)源1，所述的第二氣孔用于通過(guò)經(jīng)氣化的固體蒸發(fā)源2，各第一氣孔和第二氣孔交替間隔分布；所述第二蒸發(fā)殼的各個(gè)氣管上端與第二氣孔連接。

進(jìn)一步的，所述真空腔的下端設(shè)置有真空泵組，所述真空泵組與真空腔的內(nèi)腔連通，所述真空泵組的進(jìn)口設(shè)置有蝶閥；所述真空腔內(nèi)設(shè)置有檢測(cè)襯底厚度的膜厚計(jì)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的大面積鈣鈦礦薄膜的設(shè)備，通過(guò)載氣經(jīng)由噴孔板將反應(yīng)物種噴至襯底上，反應(yīng)形成鈣鈦礦薄膜，大大提高了鈣鈦礦薄膜大面積沉積均勻性。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是實(shí)施例一中大面積鈣鈦礦薄膜制備設(shè)備的示意圖；

圖2是實(shí)施例二中大面積鈣鈦礦薄膜制備設(shè)備的示意圖；

其中，1、真空腔，2、襯底加熱器，3、第一蒸發(fā)殼，31、第一載氣管道，4、第二蒸發(fā)殼，41、第二載氣管道，42、氣管，5、第一加熱器，6、第二加熱器，7、擋板，8、膜厚計(jì)，9、噴孔板，91、第一氣孔，92、第二氣孔，11、第一氣體預(yù)熱器，12、第二氣體預(yù)熱器，13、第一原料加熱箱，14、第二原料加熱箱，15、第一原料推送裝置，16、第二原料推送裝置，17、伴熱加熱器。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

實(shí)施例一：

如圖1所示，一種大面積鈣鈦礦薄膜的制備設(shè)備，包括真空腔1，真空腔1為真空箱內(nèi)的腔體，真空腔1內(nèi)設(shè)置有用于放置襯底的襯底加熱器2。襯底，如：玻璃,pet膜，pi膜，不銹鋼片等夾持在襯底加熱器上，向上沉積?；蛟谝r底加熱器下方設(shè)備滾輪，襯底在滾輪上緩慢的移動(dòng)，形成鏈?zhǔn)匠练e設(shè)備。

襯底加熱器2的下方真空腔1內(nèi)設(shè)置有第一蒸發(fā)殼3和第二蒸發(fā)殼4，第一蒸發(fā)殼3的上端呈開口狀，第二蒸發(fā)殼4的上端面豎直設(shè)置有多根氣管42，第一蒸發(fā)殼3套嵌在第二蒸發(fā)殼4的上端，各氣管42的上端從第一蒸發(fā)殼3的底面穿過(guò)后伸入第一蒸發(fā)殼3中；第一蒸發(fā)器和襯底加熱器2之間設(shè)置有可做開合運(yùn)動(dòng)的擋板7；擋板7連接結(jié)構(gòu)為常規(guī)設(shè)計(jì)，比如通過(guò)鉸鏈連接來(lái)實(shí)現(xiàn)其開合。

第一蒸發(fā)殼3的底部設(shè)置有用于對(duì)第一蒸發(fā)殼3底面進(jìn)行加熱的第一加熱器5，第一蒸發(fā)殼3連接有第一載氣管道31，第一載氣管道31與外部的載氣氣源連通；第二蒸發(fā)殼4的底部設(shè)置有用于對(duì)第二蒸發(fā)殼4底面進(jìn)行加熱的第二加熱器6，第二蒸發(fā)殼4連接有第二載氣管道41，第二載氣管道41與外部的載氣氣源連通。

第一載氣管道31的管路上設(shè)置有第一氣體預(yù)熱器11，第二載氣管道41的管路上設(shè)置有第二氣體預(yù)熱器12。

氣體預(yù)熱器包括金屬加熱體，金屬加熱體內(nèi)開設(shè)有皮亞諾曲線結(jié)構(gòu)氣流通道。氣流通過(guò)該結(jié)構(gòu)，可以使載氣管道內(nèi)的氣體能為充分的預(yù)熱。

為使兩種蒸發(fā)氣體混合均勻，第一蒸發(fā)殼3上端開口上設(shè)置有噴孔板9，噴孔板9上開設(shè)有若干個(gè)第一氣孔91和第二氣孔92，第一氣孔91用于通過(guò)經(jīng)氣化的固體蒸發(fā)源1，第二氣孔92用于通過(guò)經(jīng)氣化的固體蒸發(fā)源2，各第一氣孔91和第二氣孔92交替間隔分布；第二蒸發(fā)殼4的各個(gè)氣管42上端與第二氣孔92連接。

真空腔1的下端設(shè)置有真空泵組，真空泵組與真空腔1的內(nèi)腔連通，真空泵組的進(jìn)口設(shè)置有蝶閥；真空腔1內(nèi)設(shè)置有檢測(cè)襯底厚度的膜厚計(jì)8。兩個(gè)載氣管道上還分別設(shè)置有質(zhì)量流量計(jì)。

本實(shí)施例中，往第一蒸發(fā)殼3內(nèi)添加的固體蒸發(fā)源1為甲基胺碘粉末，往第二蒸發(fā)殼4內(nèi)添加的固體蒸發(fā)源2為碘化鉛，氯化鉛；第一蒸發(fā)殼3套嵌在第二第一蒸發(fā)殼3上，結(jié)構(gòu)為活動(dòng)式，方便添加蒸發(fā)源。第一蒸發(fā)殼3采用316不銹鋼材料，第二蒸發(fā)殼4的底部為石英加料舟，第二加熱器6對(duì)石英加料舟進(jìn)行加熱。

作業(yè)時(shí)，首先，①將襯底放置到加熱器上，襯底可以采用夾持的方式固定在加熱器上；將碘化鉛粉末平鋪至第二蒸發(fā)殼4的石英加料舟上，將甲基胺碘粉末平鋪至第一蒸發(fā)殼3的底部，之后真空泵組開始抽真空，直到真空度低于1e-5pa；

②打開襯底加熱器2，加熱至80攝氏度，并穩(wěn)定3-5分鐘。打開兩個(gè)氣體預(yù)熱器對(duì)載氣管道進(jìn)行加熱，兩路載氣分別通入氬氣，分別為100sccm。控制蝶閥使真空腔的壓強(qiáng)維持在大約50pa左右。

③開啟第二加熱器6，控制加熱溫度為320攝氏度，直到溫度穩(wěn)定，之后開啟第一加熱器5的加熱器，控制加熱溫度為100攝氏度。直到溫度穩(wěn)定。

④打開擋板7，載氣攜帶兩種蒸發(fā)源蒸汽噴至襯底上，反應(yīng)生成鈣鈦礦薄膜，通過(guò)膜厚計(jì)8，或者時(shí)間控制薄膜厚度。

⑤最后，關(guān)閉所有加熱器，破真空可取出所制備的薄膜。

實(shí)施例二：

如圖2所示，一種大面積鈣鈦礦薄膜的制備設(shè)備，包括真空腔1，真空腔1為真空箱內(nèi)的腔體，真空腔1內(nèi)設(shè)置有用于放置襯底的襯底加熱器2。襯底，如：玻璃,pet膜，pi膜，不銹鋼片等，安裝時(shí)，可以?shī)A持在襯底加熱器上，向上沉積；或者，在襯底加熱器下方設(shè)備滾輪，襯底在滾輪上緩慢的移動(dòng)，形成鏈?zhǔn)匠练e設(shè)備。

襯底加熱器2的下方真空腔1內(nèi)設(shè)置有第一蒸發(fā)殼3和第二蒸發(fā)殼4，第一蒸發(fā)殼3的上端呈開口狀，第二蒸發(fā)殼4的上端面豎直設(shè)置有多根氣管42，第一蒸發(fā)殼3套嵌在第二蒸發(fā)殼4的上端，各氣管42的上端從第一蒸發(fā)殼3的底面穿過(guò)后伸出第一蒸發(fā)殼3中；第一蒸發(fā)器和襯底加熱器2之間設(shè)置有可做開合運(yùn)動(dòng)的擋板7；擋板7連接結(jié)構(gòu)為常規(guī)設(shè)計(jì)，比如通過(guò)鉸鏈連接來(lái)實(shí)現(xiàn)其開合。

第一蒸發(fā)殼3連接有第一載氣管道31，第一載氣管道31與外部的載氣氣源連通，第一載氣管道31的管路上設(shè)置有第一原料加熱箱13，第一原料加熱箱13連接第一原料推送裝置15；第二載氣管道41的管路上設(shè)置有第二原料加熱箱14，第二原料加熱箱14連接第二原料推送裝置16；原料推送裝置用于對(duì)原料箱進(jìn)行原料添加。第一原料推送裝置15往第一原料加熱箱13添加固體蒸發(fā)源1，第二原料推送裝置16往第一原料加熱箱14添加固體蒸發(fā)源2。

氣體預(yù)熱器包括金屬加熱體，金屬加熱體內(nèi)開設(shè)有皮亞諾曲線結(jié)構(gòu)氣流通道。氣流通過(guò)該結(jié)構(gòu)，可以使載氣管道內(nèi)的氣體能為充分的預(yù)熱。

第一原料加熱箱13上游的第一載氣管道31的管路上設(shè)置有第一氣體預(yù)熱器11，第二原料加熱箱14上游的第二載氣管道41的管路上設(shè)置有第一氣體預(yù)熱器11；真空腔1內(nèi)還設(shè)置有伴熱加熱器17，伴熱加熱器17包裹在第一蒸發(fā)殼3和第二蒸發(fā)殼4的外部。伴熱加熱器17用于保持兩個(gè)蒸發(fā)殼內(nèi)的溫度。

為使兩種蒸發(fā)氣體混合均勻，第一蒸發(fā)殼3上端開口上設(shè)置有噴孔板9，噴孔板9上開設(shè)有若干個(gè)第一氣孔91和第二氣孔92，第一氣孔91用于通過(guò)經(jīng)氣化的固體蒸發(fā)源1，第二氣孔92用于通過(guò)經(jīng)氣化的固體蒸發(fā)源2，各第一氣孔91和第二氣孔92交替間隔分布；第二蒸發(fā)殼4的各個(gè)氣管42上端與第二氣孔92連接。

真空腔1的下端設(shè)置有真空泵組，真空泵組與真空腔1的內(nèi)腔連通，真空泵組的進(jìn)口設(shè)置有蝶閥；真空腔1內(nèi)設(shè)置有檢測(cè)襯底厚度的膜厚計(jì)8。

作業(yè)時(shí)，首先，①將襯底放置到加熱器上，襯底可以采用夾持的方式固定在加熱器上；之后真空泵組開始抽真空，直到真空度低于1e-5pa；

②打開襯底加熱器2，加熱至80攝氏度，并穩(wěn)定3-5分鐘。打開兩個(gè)氣體預(yù)熱器對(duì)載氣管道進(jìn)行加熱，第一預(yù)熱器加溫至100度，第二預(yù)熱器加溫至320度，兩路載氣分別通入氬氣，分別為100sccm?？刂频y使真空腔的壓強(qiáng)維持在大約50pa左右。

③開啟第二原料加熱箱14，第二原料加熱箱14內(nèi)的加熱板開始加熱，控制加熱溫度為320攝氏度，直到溫度穩(wěn)定，之后開啟第一原料加熱箱13，第一原料加熱箱13內(nèi)的加熱板開始加熱，，控制加熱溫度為100攝氏度，直到溫度穩(wěn)定。第二原料推送裝置16推送適量的碘化鉛粉末至第二原料加熱箱14內(nèi)的加熱板上，并隨著原料的消耗情況適量調(diào)整推送量，第一原料推送裝置15推送適量的甲基胺碘粉末平鋪至第一原料加熱箱13內(nèi)的加熱板上，并隨著原料消耗的情況適量調(diào)整推送量。

④氬氣攜帶兩種蒸發(fā)源蒸汽氣分別進(jìn)入各自的蒸發(fā)殼內(nèi)，伴熱加熱器17加熱控制兩個(gè)蒸發(fā)室內(nèi)的溫度，伴熱加熱器17的作業(yè)溫度控制在80度左右，兩路載氣經(jīng)伴熱之后從噴孔板9排出至擋板7的下方。

⑤待穩(wěn)定，打開擋板7，氬氣攜帶兩種蒸發(fā)源蒸汽噴至襯底上，反應(yīng)生成鈣鈦礦薄膜，通過(guò)膜厚計(jì)8，或者時(shí)間控制薄膜厚度。

⑥最后，關(guān)閉所有加熱器，破真空可取出所制備的薄膜。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說(shuō)明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)性范圍。