專利名稱：非晶硅薄膜太陽能電池制作裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及太陽能電池技術(shù)，具體地說是一種非晶硅薄膜太陽能電池制作設備。
非晶硅太陽能電池是近20年來國際新發(fā)展起來的一項太陽能電池新技術(shù)，非晶硅薄膜太陽能電池的厚度只有1μ左右，是單晶硅太陽電池厚度的1/300～1/400，與單晶硅太陽電池相比，制備這種薄膜用料很少，薄膜生長時間較短，設備制造簡單，容易大量連續(xù)生產(chǎn)，根據(jù)國際上有關(guān)科學家的估計，非晶硅薄膜太陽電池是目前能大幅度降低成本的唯一最有前途的太陽電池；目前，非晶硅薄膜太陽能電池的制作從其真空室的結(jié)構(gòu)形式來看，大體有兩種，一種為通常的園柱形真空室，這種真空室加工制造簡單，內(nèi)壁圓筒可以做成光滑無死角區(qū)，容易滿足抽真空的條件，但為了能置大面積樣品淀積，該真空室的內(nèi)腔不夠大，而可利用的有效空間卻較??；另一種為方形真空室，這種室有效利用空間大，襯底在室內(nèi)腔容易布置，也更容易滿足進氣氣流和電場分布均勻性的條件，相應的外廓尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，更適宜連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)的要求，但這種真空室加工難度較大，尤其室與室之間的方形法蘭間的真空密封難解決。
為了克服上述不足，本實用新型的目的在于提供一種能適用于大面積樣品淀積需要，具有真空隔離的線列式、分室連續(xù)淀積非晶硅薄膜太陽能電池制作裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是由七個真空室、真空獲得裝置、氣路裝置和尾氣處理裝置組成，所述七個真空室為進片室、過渡室、反應室P、I、N和出片室，均為長方體形，線列式排列安裝，從右至左依次為進片室、反應室P、過渡室、反應室I、過渡室、反應室N和出片室，每兩個真空室之間采用長方形法蘭連接，金屬絲密封，并裝有氣氛隔離用超高真空氣動閘板閥，每一真空室中安裝有交遞與傳送襯底用由電機驅(qū)動的軌道小車及一對導軌，各個真空室間的導軌不連續(xù)，所述P反應室、I反應室、N反應室及過渡室內(nèi)還裝有上、下電極板；所述真空獲得裝置由渦輪分子泵、離子泵和機械泵組成，在所述反應室I和其兩側(cè)的過渡室通過插板閥接一渦輪分子泵和一離子泵，所述反應室P與進片室及反應室N與出片室之間分別通過插板閥分別接入一渦輪分子泵，所述渦輪分子泵均加裝一機械泵；所述氣路裝置共分9路，反應室P、反應室I、反應室N各設結(jié)構(gòu)相同的3組氣路進氣，其中一組氣路來自氣瓶的氣源，通過減壓器、截止閥、電磁閥與控制進氣量大小的質(zhì)量流量控制器MFC連接，經(jīng)由液氮冷卻的不銹鋼管進入反應室；所述尾氣處理裝置是在進入反應室氣管上和氣路中經(jīng)過電磁閥接入抽氣用增壓泵，且在增壓泵前加裝一個液氮冷阱；上述兩套液氮冷阱前通過三通接管再與機械泵連接，所述機械泵的排氣口充入N2氣，其抽出的廢氣至尾氣處理器；所述上、下電極板均采用焊接波紋管密封結(jié)構(gòu)，平板電容耦合，上電極板兼為襯底夾持架，下電極板接RF射頻電源，對地高頻絕緣安裝；所述高真空氣動閘板閥為矩形口結(jié)構(gòu)；所述襯底夾持架上設有加熱器。
本實用新型具有如下優(yōu)點1.結(jié)構(gòu)緊湊，設計合理。本實用新型采用線列式七個矩形真空室連續(xù)淀積結(jié)構(gòu)，具有足夠大小的容積，又能做到室與室之間可靠的密封連接，應用矩形口氣動控制超高真空矩型氣動閘板閥，使之得到了高通導率，有效的真空隔離之效果。
2.樣品的交接與傳遞，適用于連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)的需求。本實用新型采用七對平行軌道，通過軌道小車由第一真空室平穩(wěn)送至第七室，特別是在各真空室的溫度均長期工作在350℃～400℃的高溫狀態(tài)下，小車能順利通過各室，完成交接與傳送樣品的任務。
3.本實用新型的加熱器采用內(nèi)加熱臥式平板電容結(jié)構(gòu)，易于轉(zhuǎn)移傳輸，襯底溫度均勻性得以滿足ΔT±2°/14mm 300℃下測量，同時也避免了在等離子體輝光放電區(qū)的高壓打火現(xiàn)象。


圖1為本實用新型總結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1中真空室間氣動閘板閥安裝示意圖。
圖3本實用新型氣路裝置及尾氣處理裝置示意圖。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的結(jié)構(gòu)及原理作進一步詳細說明。
如圖1所示，由七個真空室1、真空獲得裝置2、氣路裝置3和尾氣處理裝置4組成，所述七個真空室1為進片室11、過渡室12、反應室P13、I14、N15和出片室16，均為長方體形，線列式排列安裝，從右至左依次為進片室11、反應室P13、過渡室12、反應室I14、過渡室12、反應室N15和出片室16，每兩個真空室1之間采用長方形法蘭連接，金屬絲密封，并裝有氣氛隔離用電磁氣動控制超高真空氣動閘板閥17，每一真空室1中安裝有交遞與傳送襯底用由電機驅(qū)動的軌道小車18及一對導軌19，各個真空室1間的導軌19不連續(xù)，所述反應室P13、反應室I14、反應室N15及過渡室12內(nèi)還裝有上、下電極板10、10′，其極板面積為22×22cm2，其間距可調(diào)，為了保證真空度的要求，所述上、下電極板10、10′均采用焊接波紋管密封結(jié)構(gòu)，上電極板10兼為襯底夾持架，下電極板10′接RF射頻電源，對地高頻絕緣安裝；為了確保三個反應室獲得較高的本底極限真空度，所述真空獲得裝置2由渦輪分子泵21、離子泵22和機械泵23組成，在所述反應室I14和其兩側(cè)的過渡室12接一450l/sec渦輪分子泵21和一300l/sec離子泵22，所述反應室P13與進片室11及反應室N15與出片室16之間分別接入一450l/sec渦輪分子泵21，所述渦輪分子泵21均加裝一ZXZ--2機械泵23；以防止三個反應室淀積工作時互相交叉污染，并且保證了每個反應室的工作壓強，與三個反應室相接的泵通過氟橡膠插板閥24連接；所述氣路裝置3共分9路，反應室P13、反應室I14、反應室N15各設結(jié)構(gòu)相同的3組氣路進氣，其中一組氣路來自氣瓶的氣源，通過減壓器、截止閥、電磁閥與控制進氣量大小的質(zhì)量流量控制器MFC31連接，電磁閥均安裝在同一操縱臺上統(tǒng)一控制，為了增加各路氣體純度，經(jīng)由液氮冷卻的不銹鋼管進入反應室；所述尾氣處理裝置4是在進入反應室氣管上和氣路中經(jīng)過電磁閥接入抽氣用增壓泵41，且在增壓泵前41加裝一個液氮冷阱42；上述兩套液氮冷阱42前通過三通接管再與ZXZ--2機械泵23連接，所述機械泵23的排氣口充入N2氣，其抽出的廢氣至尾氣處理器；在三個反應室工作完畢后，關(guān)閉其有關(guān)電磁閥，同時打開通向增壓泵1的電磁閥，及時將管路中的殘留氣體抽入尾氣處理器中；所述上、下電極板10、10′均采用焊接波紋管密封結(jié)構(gòu)，平板電容耦合，上電極板10兼為襯底夾持架，下電極板10′接RF射頻電源，對地高頻絕緣安裝。
所述高真空氣動閘板閥17為矩形口結(jié)構(gòu)；所述襯底夾持架上設有加熱器。
本實用新型的工作原理如下本實用新型主要是應用等離子化學氣相沉積(PCVD)技術(shù)，通過等離子體增強化學氣相淀積生長摻雜的氫化無定形硅膜(a-Si)制作太陽能電池，其基本工作原理是用輝光放電方法，在射頻(f＝13.5MHz)電場作用下，產(chǎn)生低溫等離子體，用來增強反應物質(zhì)的化學反應活性，促進按照一定比例引入到放電空間的氣體，硅烷(SiH4)、磷烷(PH3)和硼烷(B2H6)之間的化學反應，使之波分解形成摻雜的無定形硅膜。
其工作過程如下(1)線列式排列的七個真空室1抽取極限真空，各室極限真空均可達到≤6.6×10-5Pa；(2)打開進片室11的放氣閥，將進片室11暴露大氣—開啟進片室11的門—將事先在超凈間清洗好的樣品(220×220mm2)送入進片室11，一次將5片樣品裝進樣品庫；(3)進片室11抽真空至6.6×10-4Pa，然后在其內(nèi)將樣品輝光清洗；
(4)打開第1個氣動閘板閥17，啟動電機，操縱軌道小車18載送樣品庫上的一片樣品傳輸進入反應室P13，關(guān)閉第1個氣動氣動閘板閥17，打開上電極板10樣品加熱電源，將軌道小車18送來的樣品加熱300±5℃，啟動接通下電極板10′的RF射頻電源，調(diào)節(jié)靶極功率，產(chǎn)生輝光放電；打開進氣氣路裝置3各路質(zhì)量流量控制器MFC31，調(diào)節(jié)反應氣體至已預定值，打開聯(lián)接反應室P13的氣路進氣閥，各種反應氣體通過穿膛風的方式，將氣流平行輸入到上下電極平板耦合電容間，從而在等離子輝光放電反應中，沉積P型膜；(5)再繼續(xù)打開第2個氣動閘板閥17將反應室P13已鍍好P型膜的樣品，用軌道小車18送入過渡室12，同時關(guān)閉第2個氣動閘板閥17，打開第1個氣動閘板閥17，通過進片室11再次輸入一片樣品至反應室P13，繼續(xù)完成P型鍍膜；(6)打開第3個氣動閘板閥17，并將第一片樣品用軌道小車18送入反應室I14，關(guān)閉第3個氣動閘板閥17，將軌道小車18送入的樣品加熱，打開聯(lián)接反應室I14下電極板10′與RF射頻電源，產(chǎn)生輝光放電，打開質(zhì)量流量控制器MFC31，通入反應室I14于各種反應氣體，在輝光放電中沉積I型薄膜；(7)打開第4個氣動閘板閥17，用軌道小車18將樣品由反應室I14傳輸送入另一過渡室12，關(guān)閉第4個氣動閘板閥17，使樣品在此過渡室12停留；(8)打開第5個氣動閘板閥17，用軌道小車18將過渡室12內(nèi)的樣品傳輸送入反應室N15，關(guān)閉第5個氣動閘板閥17，在反應室N15輝光放電生長N型膜；(9)打開第6個氣動閘板閥17，用軌道小車18將鍍好膜的樣品由反應室N15傳輸送入出樣室16，關(guān)閉第6個氣動閘板閥17；(10)軌道小車18將鍍好的第一片樣品送入樣品接收庫，如此重復以上過程，將鍍好的5片樣品全部鍍完之后即可打開出片室16放氣閥，充入氮氣至大氣壓，打開出片室門，取出5片鍍好的樣品，完成。
權(quán)利要求1.一種非晶硅薄膜太陽能電池制作裝置，其特征在于由七個真空室(1)、真空獲得裝置(2)、氣路裝置(3)和尾氣處理裝置(4)組成，所述七個真空室(1)為進片室(11)、過渡室(12)、反應室P、I、N(13、14、15)和出片室(16)，均為長方體形，線列式排列安裝，從右至左依次為進片室(11)、反應室P(13)、過渡室(12)、反應室I(14)、過渡室(12)、反應室N(15)和出片室(16)，每兩個真空室(1)之間采用長方形法蘭連接，金屬絲密封，并裝有氣氛隔離用超高真空氣動閘板閥(17)，每一真空室(1)中安裝有交遞與傳送襯底用由電機驅(qū)動的軌道小車(18)及一對導軌(19)，各個真空室(1)間的導軌(19)不連續(xù)，所述P反應室(13)、I反應室(14)、N反應室(15)及過渡室(12)內(nèi)還裝有上、下電極板(10、10′)；所述真空獲得裝置(2)由渦輪分子泵(21)、離子泵(22)和機械泵(23)組成，在所述反應室I(14)和其兩側(cè)的過渡室(12)通過插板閥(24)接一渦輪分子泵(21)和一離子泵(22)，所述反應室P(13)與進片室(11)及反應室N(15)與出片室(16)之間分別通過插板閥(24)分別接入一渦輪分子泵(21)，所述渦輪分子泵(21)均加裝一機械泵(23)；所述氣路裝置(3)共分9路，反應室P(13)、反應室I(14)、反應室N(15)各設結(jié)構(gòu)相同的3組氣路進氣，其中一組氣路來自氣瓶的氣源，通過減壓器、截止閥、電磁閥與控制進氣量大小的質(zhì)量流量控制器MFC(31)連接，經(jīng)由液氮冷卻的不銹鋼管進入反應室；所述尾氣處理裝置(4)是在進入反應室氣管上和氣路中經(jīng)過電磁閥接入抽氣用增壓泵(41)，且在增壓泵(41)前加裝一個液氮冷阱(42)；上述兩套液氮冷阱(42)前通過三通接管再與機械泵(23)連接，所述機械泵(23)的排氣口充入N2氣，其抽出的廢氣至尾氣處理器。
2.按照權(quán)利要求1所述非晶硅薄膜太陽能電池制作裝置，其特征在于所述上、下電極板(10、10′)均采用焊接波紋管密封結(jié)構(gòu)，平板電容耦合，上電極板(10)兼為襯底夾持架，下電極板(10′)接RF射頻電源，對地高頻絕緣安裝。
3.按照權(quán)利要求1所述非晶硅薄膜太陽能電池制作裝置，其特征在于所述高真空氣動閘板閥(17)為矩形口結(jié)構(gòu)。
4.按照權(quán)利要求1、2所述非晶硅薄膜太陽能電池制作裝置，其特征在于所述襯底夾持架上設有加熱器。
專利摘要本實用新型涉及一種非晶硅薄膜太陽能電池制作設備。由七個真空室、真空獲得裝置、氣路和尾氣處理組成,七個真空室為長方體形,線列式排列,氣動閘板閥隔離,設有軌道小車及導軌,三個反應室及過渡室設電容耦合電極板;氣路分9路進氣,三個反應室各設3組與質(zhì)量流量控制器MFC連接;尾氣處理通過三套增壓泵、機械泵機組把有毒氣體分流;真空獲得是在反應室I及兩側(cè)過渡室接渦輪分子泵和離子泵,反應室P與進片室及反應室N與出片室間均接渦輪分子泵。它具有真空隔離、連續(xù)淀積效果。
文檔編號H01L31/04GK2404215SQ9925074
公開日2000年11月1日 申請日期1999年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月22日
發(fā)明者李求恕, 張娟娟, 鄒志剛, 馮彬, 閻佐健, 鐘福剛, 曾志群, 潘福全, 石長友 申請人:中國科學院沈陽科學儀器研制中心