阅读说明：本技术 一种硒化装置和硒回收利用方法 (Selenizing device and selenium recycling method ) 是由 叶亚宽 杨立红 于 2018-06-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种硒化装置和硒回收利用方法。硒化装置包括硒蒸发器、硒沉积室和硒冷凝回收装置,所述硒蒸发器通过第一管路与所述硒沉积室连接,所述硒沉积室通过第二管路与所述硒冷凝回收装置连接,所述硒冷凝回收装置通过第三管路与所述硒蒸发器连接。本发明通过设置硒冷凝回收装置,能够将硒化反应中尾气中的低浓度气态硒的冷凝回收并导入硒蒸发器中,从而能够实现对硒的回收利用,提高了硒的利用率。(The invention provides a selenization device and a selenium recycling method. The selenizing device comprises a selenium evaporator, a selenium deposition chamber and a selenium condensation recovery device, wherein the selenium evaporator is connected with the selenium deposition chamber through a first pipeline, the selenium deposition chamber is connected with the selenium condensation recovery device through a second pipeline, and the selenium condensation recovery device is connected with the selenium evaporator through a third pipeline. According to the invention, the selenium condensation recovery device is arranged, so that the low-concentration gaseous selenium in the tail gas in the selenization reaction can be condensed and recovered and guided into the selenium evaporator, thereby realizing the recovery and utilization of the selenium and improving the utilization rate of the selenium.)

一种硒化装置和硒回收利用方法

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种硒化装置和硒回收利用方法。

背景技术

铜铟镓硒(简称CIGS)薄膜太阳能电池是新一代最具发展前景的太阳能电池。它具有转换效率高、成本低、寿命长、弱光性能好、抗辐射能力强等优点，是目前实验室转换效率最高的薄膜太阳能电池，被广泛应用于光伏发电。

现有的CIGS吸收层的制备方法主要有包括共蒸发法、溅射后硒化法(简称两步法)、电化学法等。共蒸发法是通过蒸发Cu(铜)、In(铟)、Ga(镓)、Se(硒)四种元素，使其同时于基底沉积反应得到CIGS吸收层；两步法是首先通过溅射CuGa、In/CuGa、CuIn等靶材得到CuInGa金属预制膜或者溅射In₂Se₃、Ga₂Se₃、Cu₂Se等化合物靶材得到CuInGaSe预制膜，然后在H₂Se或者Se蒸气气氛下进行高温热处理获得CIGS吸收层。

其中，共蒸发法制备CIGS吸收层能够获得较高的小面积电池转换效率，但由于大面积均匀性难以控制，产业化应用受到一定局限。两步法制备CIGS吸收层过程中通常以固态的单质硒为硒源，将硒蒸发为气态并反应形成CIGS吸收层。为了确保反应过程正常进行，反应过程中需要保证气态硒的浓度，并供应过量气态硒，反应过后的气体随尾气过滤后排出，这导致两步法中硒元素利用率较低。

发明内容

本发明实施例提供一种硒化装置和硒回收利用方法，以解决现有两步法制备CIGS薄膜太阳能电池的工艺存在硒元素利用率较低的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种硒化装置，包括硒蒸发器、硒沉积室和硒冷凝回收装置，所述硒蒸发器通过第一管路与所述硒沉积室连接，所述硒沉积室通过第二管路与所述硒冷凝回收装置连接，所述硒冷凝回收装置通过第三管路与所述硒蒸发器连接。

可选的，所述硒冷凝回收装置包括多个串联设置的冷凝器，每一所述冷凝器的输出端连接至所述第三管路。

可选的，所述冷凝器包括壳体和设置在所述壳体内的多级交错设置的换热隔板，所述壳体和所述换热隔板围成气态硒流动的气流通道。

可选的，所述冷凝器上设置有调节所述冷凝器温度的温控组件。

可选的，所述第三管路外侧设置有保温组件和/或加热所述第三管路的加热组件。

可选的，所述硒化装置还包括回收阀门，所述回收阀门设置于所述硒冷凝回收装置与所述第三管路之间。

第二方面，本发明实施例提供一种硒回收利用方法，包括以下步骤：

将硒沉积室中的气态硒通过第一管路导入硒冷凝回收装置，使气态硒在所述硒冷凝回收装置中冷凝为液态；

将冷凝为液态的硒通过第三管路导入硒蒸发器。

可选的，所述硒冷凝回收装置包括多个串联设置的冷凝器，所述冷凝器包括温控组件，所述方法还包括：

通过所述温控调节各所述冷凝器的温度为预设温度。

可选的，沿气态硒的流动方向，所述冷凝器的温度逐渐降低，相邻两个冷凝器的温度差为30至80摄氏度。

可选的，所述冷凝器的最低温度不低于230摄氏度。

本发明实施例通过设置硒冷凝回收装置，能够将硒化反应中尾气中的低浓度气态硒的冷凝回收并导入硒蒸发器中，从而能够实现对硒的回收利用，提高了硒的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的硒化装置的结构图；

图2是本发明一实施例中冷凝器的结构图；

图3是本发明一实施例中第三管路的结构图；

图4是本发明一实施例提供的硒回收利用方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种硒化装置。

在一个实施例中，该硒化装置包括硒蒸发器110、硒沉积室120和硒冷凝回收装置100。

其中，硒蒸发器110用于将液态或固态的硒单质转换为气态硒，该硒蒸发器110可以是硒坩埚，在使用过程中通过加热实现将硒蒸发为气态硒。一般来说，硒单质的熔点为217摄氏度左右，沸点为684.9摄氏度左右，所以硒蒸发器110的蒸发温度一般维持在230至500摄氏度左右。

硒蒸发器110通过第一管路140与硒沉积室120连接，本实施例中的硒沉积室120用于硒化反应的进行，具体的，是将CuInGaSe预制膜在Se蒸气气氛下进行高温热处理获得CIGS吸收层。

一般来说，硒化反应的温度在350摄氏度至700摄氏度左右，所以，需要将蒸发获得的气态硒加热至目标温度。具体的，可以通过设置于第一管路140内或与第一管路140相连通的加热设备对气态硒进行加热，也可以在硒沉积室120内设置卤素灯、电热丝等加热元件来提高硒沉积室120内的温度，从而以满足硒化反应的需求。

硒沉积室120通过第二管路150与硒冷凝回收装置100连接。在进行完硒化反应之后，硒沉积室120内剩余的气体在真空泵等排气装置的驱动下沿第二管路150进入冷凝回收装置，冷凝回收装置的温度是低于气态硒的温度的，所以气态硒在冷凝回收装置中放热冷凝并转换为液态的硒。

硒冷凝回收装置100通过第三管路160与硒蒸发器110连接，冷凝回收的液态硒流经第三管路160进入硒蒸发器110，并作为硒源提供硒化反应所需的硒单质。

本发明实施例通过设置硒冷凝回收装置100，能够将硒化反应中尾气中的低浓度气态硒的冷凝回收并导入硒蒸发器110中，从而能够实现对硒的回收利用，提高了硒的利用率。

进一步的，在一个实施例中，硒冷凝回收装置100包括多个串联设置的冷凝器130，每一冷凝器130的输出端连接至第三管路160。

由于硒化反应的反应温度在350摄氏度至700摄氏度左右，所以硒化反应之后的尾气温度是较高的，而硒的熔点(凝固点)在220摄氏度左右，这一温差是较大的，本实施例中设置了多个冷凝器130，多个冷凝器130串联设置，能够进一步提高气态硒的液化效果和硒元素的回收利用率。

每一冷凝器130的输出端连接至第三管路160，并通过第三管路160将冷凝为液态的硒作为硒源加入硒蒸发器110，从而实现硒的回收利用。

在一个实施例中，冷凝器130包括壳体131和设置于壳体内的换热隔板132，多级换热隔板132交错设壳体131和换热隔板132围成气态硒流动的气流通道133。

为了提高冷凝器130的换热效果，本实施例中，在冷凝器130的壳体131内设置在了多个交错的换热隔板132，使得气态硒在通过冷凝器130时，往复流动，能够提高冷凝器130的换热面积，增加换热路径的长度，以起到更好的冷凝效果。

本实施例中，冷凝器130使用石墨、钛等耐硒腐蚀的材料制成，能够进一步提高冷凝器130的使用寿命。

在一个实施例中，冷凝器130还包括用于调节冷凝器130温度的温控组件134。

应当理解的是，为了便于收集冷凝后的硒，需要保持硒处于液态，硒的凝固点(熔点)在220摄氏度左右，所以需要保持冷凝器130的温度在220摄氏度以上，一般来说，冷凝器130的最低温度需要控制在230摄氏度以上，这远高于室温和一般车间的环境温度。虽然冷凝过程中冷凝器130会气态硒液化放出的热量，在初始阶段，该热量很可能难以维持冷凝器130的温度在一个较高值。而如果进行长时间的工作之后，冷凝器130的温度可能上升的比较高。

此外，硒化反应的尾气温度与硒化反应的进行温度近似，大约在350摄氏度至700摄氏度左右，如果其温度在短时间内降得过低，例如600摄氏度的硒蒸汽直接进入温度300摄氏度的冷凝器130中，会导致气态硒大量液化，从而堵塞气流通道133，影响尾气流动。

因此，本实施例中进一步设置了温控组件134以调节各冷凝器130的温度，从而维持各冷凝器130的温度处于相对于室温较高且相对于尾气温度较低的温度。同时，该温控组件134还能通过加热防止回收的液态硒凝固。

该温控组件134可以通过电热丝、电热膜、卤素灯等部件实现加热功能，还可以通过换热器，例如水、空气等换热介质与换热隔板132或冷凝器130换热实现降温功能，本实施例中对温控组件134的具体结构不作进一步限定，只要能够实现调节冷凝器130的温度即可。

进一步的，为了更准确的控制和调节各冷凝器130的温度，还设置了检测冷凝器130的温度的传感器135，该传感器135可以是红外式温度传感器，也可以是贴片式温度传感器，还可以是热电偶等，只要能够实现检测冷凝器的温度即可。

在检测到冷凝器的温度之后，通过温控组件134进一步控制冷凝器130的温度升高和降低，能够提高对冷凝器130温度的控制的准确程度。

在一个实施例中，第三管路160外侧设置有保温组件161和/或加热第三管路160的加热组件162。

为了避免第三管路160中的液态硒凝固，本实施例中可以通过设置保温组件161或加热组件162以维持第三管路160的温度，显然，还可以同时设置保温组件161和加热组件162以维持第三管路160的温度。

具体的，可以是在第三管路160外设置保温层作为保温组件161，来减少第三管路160的散热。同时，还可以在第三管路160外覆盖电热膜、电热丝等加热元件或在第三管路160外设置线圈，利用涡流实现对第三管路160的加热。在一个实施例中，还包括回收阀门170，回收阀门170设置于冷凝器130与第三管路160之间。

具体的，该回收阀门170主要用于控制相应的冷凝器130内的液态硒的流动，应当理解的是，如果未设置该回收阀门170，可能导致尾气通过第三管路160直接进入硒蒸发器110而影响产生的气态硒的浓度。通过设置该回收阀门170，并在某一冷凝器130中冷凝回收了一定量的硒的时候，通过开启该冷凝器130对应的回收阀门170，使得冷凝回收的液态硒流入第三管路160。

进一步的，在第三管路160上还可以设置一个控制液态硒进入硒蒸发器110的控制阀门180，通过设置该控制阀门180，能够避免硒蒸发器110中蒸发生成的气态硒因进入第三管路160而造成浪费。

这样，通过设置该回收阀门170和控制阀门180，能够保证回收过程正常有序的进行。

本实施例中的硒冷凝回收装置100的还与尾气处理装置190相连，具体的，最末一级冷凝器130还通过过滤器与尾气处理系统相连。这样，经过过滤器过滤后的尾气导入尾气处理系统，进行进一步处理。这里的尾气处理过滤器及尾气处理系统均可以是现有的及可能出现的尾气处理系统，本实施例中不作进一步限定和描述。

本发明还提供了一种硒回收利用方法。

在一个实施例中，该方法包括以下步骤：

步骤401：将硒沉积室120中的气态硒通过第二管路150导入硒冷凝回收装置100，使气态硒在所述硒冷凝回收装置100中冷凝为液态。

步骤402：将冷凝为液态的硒通过第三管路160导入硒蒸发器110。

本发明实施例通过利用硒冷凝回收装置100对硒沉积室120中的硒进行冷凝回收，能够将硒化反应中尾气中的低浓度气态硒的冷凝回收并导入硒蒸发器110中，从而能够实现对硒的回收利用，提高了硒的利用率。

在一个实施例中，所述硒冷凝回收装置100包括多个串联设置的冷凝器130，所述冷凝器130包括加热组件162，所述方法还包括：

通过所述加热组件162调节各所述冷凝器130的温度为预设温度。

本实施例中对于冷凝器130的温度控制可以根据实际情况设定，例如对冷凝器130进行持续加热。在一个具体实施方式中，则是在每一个冷凝器130上设置了温度传感器135，然后根据温度传感器135的检测到的冷凝器130温度控制加热组件162为冷凝器130加热。在又一个具体实施方式中，还可以通过多次测得相邻两个冷凝器130的温度差，然后将测量结果作为冷凝器130的温度变化模型，从而进一步对冷凝器130的加热过程进行控制。

在一个实施例中，沿气态硒的流动方向，所述冷凝器130的温度逐渐降低，相邻两个所述冷凝器130的温度差为30至80摄氏度。

通过控制相连两个冷凝器130的温度差在一定范围内，能够控制硒的冷凝速度，能够避免气态硒迅速大量的冷凝为液态而造成冷凝器130或管路堵塞。

进一步的，冷凝器130的最低温度不低于230摄氏度。因为硒的凝固点约为217摄氏度，为了避免硒凝固为固态，需要保持冷凝器130的温度高于硒的凝固点，通过控制冷凝器130的温度大于230摄氏度，能够避免硒凝固，同时有助于提高其流动性。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。