專利名稱：用于制備薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的設(shè)備及方法，尤其是用于沉積非晶硅薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的制造設(shè)備和工藝，屬于太陽能薄膜電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
薄膜太陽能電池的前電極和背電極的加工制造過程均需要鍍制TCO膜層，TCO膜層為透明導(dǎo)電膜，其作用是作為導(dǎo)電電極使用，同時(shí)可以使光線透過，其主要指標(biāo)為透過率和電導(dǎo)率，TCO膜層的透過率越高，光線進(jìn)入電池越多，電池的短路電流和開路電壓越大，即提高TCO膜層的電導(dǎo)率，能減少TCO膜層的缺陷，降低電池內(nèi)的串聯(lián)電阻，提高并聯(lián)電阻，增大電池的填充因子，從而有效提高電池的轉(zhuǎn)化效率，因此如何制備高透過率和高電導(dǎo)率的 TCO膜層成為亟待解決的技術(shù)難題。制備TCO膜層方法主要有以下幾種CVD (化學(xué)氣相沉積)鍍制FTO (摻氟的氧化錫)、PVD (物理氣相沉積)鍍制ITO (氧化銦錫)和AZO (摻鋁的氧化鋅)等膜層。由于FTO 膜層需要在高溫條件下制備，設(shè)備投入大，生產(chǎn)受局限；ITO膜層的制備需采用稀有貴重金屬，成本高，因此成本較低的AZO膜層備受親睞。目前，AZO膜層一般是在高溫條件下用PVD設(shè)備磁控濺射鍍膜，因?yàn)榛系哪右诟邷厍樾蜗虏拍苄纬山Y(jié)晶，設(shè)備投入和維護(hù)成本高，且設(shè)備狀態(tài)難以穩(wěn)定；再者，高溫條件下用PVD設(shè)備磁控濺射鍍制的AZO膜，其電阻率通常在10_3 Ω . cm數(shù)量級(jí)，無法達(dá)到電極所需要的10_4Ω. cm數(shù)量級(jí)。因此，如何在低溫條件下制備具有高電導(dǎo)率的AZO膜層成為急需解決的技術(shù)問題。中國專利2009101U948. 5《一種提高摻鋁ZnO透明導(dǎo)電膜AZO導(dǎo)電性和穩(wěn)定性的方法》離線制備導(dǎo)電膜，對(duì)濺射好的摻鋁ZnO用專門的退火設(shè)備進(jìn)行退火處理，以獲得穩(wěn)低阻AZO膜層，這種方法設(shè)備投入大，制造時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)成本高；而中國專利 200910089144. 8《一種透明導(dǎo)電薄膜的制備方法》公開了一種在線連續(xù)低溫濺射制備透明導(dǎo)電膜的方法，但仍然存在設(shè)備復(fù)雜、成本高、制造工藝繁瑣、沉積時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。而且現(xiàn)有技術(shù)中由于在真空磁控濺射AZO靶材過程中，當(dāng)氬離子等正離子轟擊靶材的過程中會(huì)轟擊出Al、Zn、0等中性原子，這些中性原子運(yùn)動(dòng)到基片表面相互結(jié)合沉積下來形成膜層；同時(shí)在濺射靶材的過程中還會(huì)產(chǎn)生一定量的氧負(fù)離子，這些氧負(fù)離子在陰極靶材的加速下直接轟擊沉積膜層，會(huì)對(duì)膜層造成大量的損傷，形成錯(cuò)位、空穴等缺陷，從而降低膜層的電導(dǎo)率。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在解決如何實(shí)現(xiàn)在低溫沉積條件下制備具有高電導(dǎo)率的透明導(dǎo)電膜層。為了實(shí)現(xiàn)以上任務(wù)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是用于制造薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的設(shè)備，包括真空腔室、濺射靶、基片架、電源，濺射靶和基片架安裝在真空腔室內(nèi)，其特征是濺射靶和基片架之間設(shè)有陽極裝置，該陽極裝置的電位大于或等于基片架的電位。陽極裝置包括陽極棒和氣流分散器。陽極棒為一空心管，其一端與氬氣相通，另一端封堵。陽極棒的壁上設(shè)有與氣流分散器連接的孔。氣流分散器包括頭部和柄部，頭部設(shè)有多個(gè)通氣孔，柄部插緊在陽極棒壁上的孔內(nèi)。陽極裝置包括多個(gè)間隔排列的陽極棒，該陽極棒是圓管、方管或扁管。陽極棒處于懸浮狀態(tài)或與真空腔室連接。陽極棒壁上的孔是光滑孔或螺紋孔。氣流分散器的柄部的外表面是光滑面或螺紋面，氣流分散器的柄部外表面與陽極棒壁上的孔的內(nèi)表面緊配合安裝?；艿碾娢粸?5V -20V，濺射靶的電位為-100V -600V。本發(fā)明在傳統(tǒng)濺射沉積設(shè)備中的基片架和濺射靶之間安裝具有某一電位的陽極裝置，該陽極裝置會(huì)中和濺射靶材時(shí)等離子轟擊靶材表面在真空氛圍當(dāng)中形成的氧負(fù)離子，解決了基片上膜層錯(cuò)位、有空穴等缺陷，使得膜層的電阻率降低到10_4Q.cm數(shù)量級(jí)，實(shí)現(xiàn)低溫沉積高電導(dǎo)率的透明導(dǎo)電膜層。本發(fā)明用于制造薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的方法是裝有基片的基片架傳送至真空腔室，其特征是將陽極裝置安裝在濺射靶和基片架之間，且陽極裝置的電位大于或等于基片架的電位，
往真空腔室通入氬氣或氬/氧混合氣， 陽極裝置中通入氬氣或氬/氧混合氣， 啟動(dòng)濺射靶的電源，在基片上濺射鍍制透明導(dǎo)電膜。陽極裝置包括陽極棒和氣流分散器，該陽極棒的壁上設(shè)有與氣流分散器連接的孔。陽極棒處于懸浮狀態(tài)或與真空腔室連接，且陽極棒的一端與氬氣相通，另一端封堵。本發(fā)明優(yōu)選制備AZO透明導(dǎo)電膜。本發(fā)明產(chǎn)生的積極效果1.對(duì)傳統(tǒng)的鍍膜設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)，在基片架和濺射靶之間安裝陽極裝置，該陽極裝置電位高于或等于基片架，使得沉積時(shí)真空腔室內(nèi)的等離子體在濺射靶材時(shí)產(chǎn)生的氧負(fù)離子被陽極裝置中和，而不會(huì)飛向基片，避免了因氧負(fù)離子撞向基片對(duì)已鍍好AZO膜層造成的錯(cuò)位、空穴等缺陷，實(shí)現(xiàn)了低溫沉積具有高電導(dǎo)率的透明導(dǎo)電膜。2.由于陽極棒上裝有很多分散通氣小孔的氣流分散器，可實(shí)現(xiàn)均勻鍍膜。3.本發(fā)明設(shè)計(jì)的制備薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用該設(shè)備制造透明導(dǎo)電膜工藝簡(jiǎn)單，成本低。下表為在相同的工藝條件，在基片架和濺射靶之間采用不加陽極棒、加陽極棒不加氣流分散器以及加陽極棒和氣流分散器三種情況下制備透明導(dǎo)電膜層，其電阻率對(duì)照如下，由表可見在基片架和濺射靶之間加陽極棒和氣流分散器制備的透明導(dǎo)電膜電阻率最低。
序號(hào)鍍膜方式實(shí)測(cè)電阻膜厚電阻率1不加陽極棒78. 27 Ω856nm6. 70Χ10_3Ω. cm2加陽極棒不加氣流分散器10. 38 Ω790nm8. 20Χ10_4Ω. cm3加陽極棒和氣流分散器4. 60 Ω750nm3. 45Χ1(Γ4Ω. cm


圖1 本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖2:本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖3:本發(fā)明的陽極裝置剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4 ；本發(fā)明實(shí)施例一的氣流分散器剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5:圖4的A向視圖。
圖6 ；本發(fā)明實(shí)施例二的氣流分散器剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7:圖6的B向視圖。
圖中:101、基片，104、真空腔室，105、濺射靶，106、基片架，107、陽極裝置，107—1、
陽極棒，107-2、堵絲，107-3、氣流分散器。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明設(shè)計(jì)的用于薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的制造設(shè)備，包括真空腔室、濺射靶、基片架、電源等，濺射靶和基片架位于真空腔室內(nèi)，在真空腔室內(nèi)的濺射靶和基片架之間還有陽極裝置，該陽極裝置單獨(dú)接入某一電位。陽極裝置包括陽極棒和氣流分散器，陽極棒為一空心管，其一端與氬氣相通，另一端封堵，在陽極棒的管壁朝向基片架一側(cè)開有若干孔，氣流分散器包括頭部和柄部，頭部設(shè)有很多通氣小孔，柄部插緊在陽極棒側(cè)面的孔內(nèi)。 陽極棒可以處于懸浮狀態(tài)或與真空腔室連接。實(shí)施例一
本實(shí)施例在基片101的背電極濺射鍍制AZO膜層，鍍膜制造設(shè)備包括真空腔室104、濺射靶105、陽極裝置107以及基片架106，基片101放置在基片架106上，陽極裝置107包括陽極棒107-1、堵絲107-2、氣流分散器107-3，陽極棒107-1為側(cè)面開有帶內(nèi)螺紋的小孔的不銹鋼圓管，氣流分散器107-3包括頭部107-3-1和柄部107-3-2，柄部107-3-1帶有外螺紋，頭部107-3-1的孔分布如圖5所示，柄部107-3-2與陽極棒107-1側(cè)面小孔的內(nèi)螺紋配合安裝在陽極棒107-1上，堵絲107-2擰緊在陽極棒107-1的頂端，陽極棒107-1固定在真空腔室104上，底端開口與通入氬氣管相連，氣流分散器107-3朝向基片101。真空腔室 104接地，濺射靶105為摻鋁氧化鋅，電位Ul為-400V，基片101放在基片架106上，電位U2 為-10V，陽極裝置107的電位U3為0。本實(shí)施例制造工藝如下
1.將真空腔室104抽真空到3X 10_3Pa ；
2.打開真空腔室104的進(jìn)入門將裝有基片101的基片架106從緩沖室進(jìn)入真空腔室 104，關(guān)閉真空腔室104的進(jìn)入門；
3.給真空腔室104通入氬氣和氬/氧混合氣，同時(shí)往陽極棒107-1通入氬氣，使室內(nèi)的工作壓力達(dá)到KT1I^a數(shù)量級(jí)；
4.啟動(dòng)濺射靶105電源，調(diào)整濺射功率；
5.將基片架傳送至真空腔室104，開始濺射鍍膜。6.鍍膜完成后，打開真空腔室104的送出門，基片架106進(jìn)入緩沖室，關(guān)閉真空腔室104的送出門。根據(jù)此制造工藝最終膜層電阻率可達(dá)5.3X 10_4 Ω.αιι.實(shí)施例二
本實(shí)施例與實(shí)施例一不同處在于，本實(shí)施例的陽極棒107-1的側(cè)面小孔為光孔，氣流分散器107-3的柄部107-3-2外表面為光滑表面，柄部107-3-2與光孔之間緊配合，氣流分散器107-3的頭部107-3-1的孔分布如圖7所示，真空腔室104接地，濺射靶105為摻鋁氧化鋅，電位Ul為-300V，基片101放在基片架106上，電位U2為-15V，陽極裝置107的電位 U3為-5V。其它與實(shí)施例一相同。根據(jù)此制造工藝最終膜層電阻率為4.2X 10_4 Q.cm0實(shí)施例三
本實(shí)施例真空腔室104接地，濺射靶105為摻鋁氧化鋅，電位Ul為-100V，基片101放在基片架106上，電位U2為-5V，陽極裝置107的電位U3為5V。其它與實(shí)施例一相同。根據(jù)此制造工藝最終膜層電阻率可達(dá)3. 32 X 10_4 Ω . cm。實(shí)施例四
本實(shí)施例真空腔室104接地，濺射靶105為摻鋁氧化鋅，電位Ul為-600V，基片101放在基片架106上，電位U2為-20V，陽極裝置107的電位U3為-10V。其它與實(shí)施例一相同。 根據(jù)此制造工藝最終膜層電阻率為7. 3X ΙΟ"4 Ω. cm。實(shí)施例五
本實(shí)施例真空腔室104接地，濺射靶105為摻鋁氧化鋅，電位Ul為-500V，基片101放在基片架106上，電位U2為-10V，陽極裝置107的電位U3為-10V。其它與實(shí)施例一相同。 根據(jù)此制造工藝最終膜層電阻率為6. 54 X ΙΟ"4 Ω . cm。
權(quán)利要求
1.一種用于制造薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的設(shè)備，包括真空腔室、濺射靶、基片架、 電源，濺射靶和基片架安裝在真空腔室內(nèi)，其特征在于所述濺射靶和基片架之間設(shè)有陽極裝置，該陽極裝置的電位大于或等于基片架的電位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的設(shè)備，其特征在于所述陽極裝置包括陽極棒和氣流分散器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于制造薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的設(shè)備，其特征在于所述陽極裝置的陽極棒為一空心管，其一端與氬氣相通，另一端封堵。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于制造薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的設(shè)備，其特征在于所述陽極棒的壁上設(shè)有與氣流分散器連接的孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的用于制造薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的設(shè)備，其特征在于所述氣流分散器包括頭部和柄部，頭部設(shè)有多個(gè)通氣孔，柄部插緊在陽極棒壁上的孔內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的設(shè)備，其特征在于所述陽極裝置包括多個(gè)間隔排列的陽極棒，該陽極棒是圓管、方管或扁管。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于制造薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的設(shè)備，其特征在于所述陽極棒壁上的孔是光滑孔或螺紋孔。
8..根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的設(shè)備，其特征在于所述陽極棒處于懸浮狀態(tài)或與真空腔室連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的設(shè)備，其特征在于所述氣流分散器的柄部的外表面是光滑面或螺紋面，氣流分散器的柄部裝在陽極棒壁上的孔內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的設(shè)備，其特征在于所述基片架的電位為-5V -20V，濺射靶的電位為-100V -600V。
11.一種制造薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的方法，裝有基片的基片架傳送至真空腔室， 其特征在于將陽極裝置安裝在濺射靶和基片架之間，且陽極裝置的電位大于或等于基片架的電位，往真空腔室通入氬氣或氬/氧混合氣，陽極裝置中通入氬氣或氬/氧混合氣，啟動(dòng)濺射靶的電源，在基片上濺射鍍制透明導(dǎo)電膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制造薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的方法，其特征在于所述陽極裝置包括陽極棒和氣流分散器，該陽極棒的壁上設(shè)有與氣流分散器連接的孔。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的方法，其特征在于所述陽極棒處于懸浮狀態(tài)或與真空腔室連接，且陽極棒的一端與氬氣或氬/氧混合氣相通，另一端封堵。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制造薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的方法，其特征在于所述基片架的電位為-5V -20V，濺射靶的電位為-100V -600V。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制造薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的方法，其特征在于所述透明導(dǎo)電膜為AZO膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的設(shè)備及方法，屬于薄膜太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。解決如何實(shí)現(xiàn)在低溫沉積條件下制備具有高電導(dǎo)率的透明導(dǎo)電膜層。用于制造薄膜太陽能電池透明導(dǎo)電膜的設(shè)備，包括真空腔室、濺射靶、基片架、電源，濺射靶和基片架安裝在真空腔室內(nèi)，其特征是濺射靶和基片架之間設(shè)有陽極裝置，該陽極裝置的電位大于或等于基片架的電位。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)工藝和裝置存在的膜層錯(cuò)位、有空穴等缺陷，使得膜層的電阻率降低到10-4Ω.cm數(shù)量級(jí)，實(shí)現(xiàn)了低溫沉積高電導(dǎo)率的透明導(dǎo)電膜層。
文檔編號(hào)H01J37/32GK102394210SQ20111037786
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月24日
發(fā)明者劉志斌, 宋光耀, 李毅 申請(qǐng)人:深圳市創(chuàng)益科技發(fā)展有限公司