專利名稱：薄膜太陽能電池沉積夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開一種太陽能電池技術(shù)，確切的說一種硅基薄膜太陽能電池沉積夾具。
背景技術(shù)：
目前，硅基薄膜太陽能電池，采用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)獲取單 結(jié)或多結(jié)的光電轉(zhuǎn)換P-I-N膜層，在薄膜太陽能電池制造行業(yè)通用這種射頻電容耦合平行 電極板反應(yīng)室。行業(yè)內(nèi)通常把具有支撐框架的電極稱為“夾具”，并把裝在反應(yīng)室內(nèi)或腔內(nèi) 進(jìn)行等離子體化學(xué)氣相沉積的裝置稱為“沉積盒”。該夾具被廣泛應(yīng)用于非晶硅、非晶硅鍺、 碳化硅、氮化硅、氧化硅等材料薄膜的大面積沉積。硅基薄膜太陽能電池是太陽能行業(yè)的 一個(gè)重要分支，夾具成為了該行業(yè)的核心設(shè)備之一。13. 56MHz射頻廣泛應(yīng)用于非晶硅基薄 膜材料的高速制備，生產(chǎn)效率高、工藝成本低。隨著太陽能市場對硅基薄膜技術(shù)要求不斷提 高，微晶、納米晶硅基薄膜材料受到行業(yè)高度關(guān)注。但是在微晶環(huán)境下，13. 56MHz射頻波衍 生的等離子體濃度小，沉積速率低，沉積足夠厚度薄膜所需時(shí)間長，背景污染大，從而制備 出的薄膜雜質(zhì)含量高，光電學(xué)性能差，嚴(yán)重影響產(chǎn)品品質(zhì)性能。如何高速沉積成為晶化硅基 薄膜技術(shù)能夠成功服務(wù)于產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵。甚高頻指頻率為13. 56MHz的兩倍或者更高的合法射頻。在行業(yè)內(nèi)，應(yīng)用較多的 甚高頻一般為27. 12 IOOMHz的范圍。然而，在容性放電模式中，甚高頻引發(fā)的駐波效應(yīng) 和趨膚效應(yīng)非常明顯，而且隨著驅(qū)動頻率的增加而增強(qiáng)。美國加州大學(xué)Berkeley分校的 M. A. Lieberman教授對這兩種效應(yīng)做了深入研究。研究結(jié)果表明，甚高頻PECVD沉積均勻 薄膜的臨界條件在于激發(fā)頻率的自由空間波長(Xtl)遠(yuǎn)大于容性放電電極板腔室尺寸因 子(X)，趨膚深度(S)遠(yuǎn)大于容厚因子(η)。以放電面積Im2為例，60MHz的激發(fā)頻率下， 入。 X，S η。因此在此激發(fā)頻率下，趨膚和駐波效應(yīng)非常明顯，導(dǎo)致Im2電極板上放電 極不均勻。所以如何實(shí)現(xiàn)甚高頻驅(qū)動的均勻大面積放電是晶化硅基薄膜亟待解決的技術(shù)難 題之一。這引起了行業(yè)的極大興趣。2003年，美國專利2003/0150562Α1公開了平板電容耦 合放電中利用磁鏡改善甚高頻造成的電場不均勻性。2007年，中國專利200710150227. 4， 200710150228. 9,200710150229. 3，公開了甚高頻電極的三種設(shè)計(jì)，通過甚高頻信號的不同 饋入形式，獲得均勻電場。所存在的問題1)VHF-PECVD反應(yīng)室電極設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；2)生產(chǎn) 中經(jīng)常要對反應(yīng)室不斷的清洗、裝卸會造成異形電極變形；3)現(xiàn)有專利中的多點(diǎn)饋入結(jié)構(gòu) 接觸面積較小，要求各個(gè)饋入點(diǎn)路徑對稱，饋入點(diǎn)之間的連接導(dǎo)體與陰極板之間不能有接 觸，準(zhǔn)確的說連接導(dǎo)體需要與陰極板之間隔離屏蔽才能實(shí)現(xiàn)有效放電。這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí) 際要求比較苛刻，決定放電均勻程度的因素太多，而且不能滿足生產(chǎn)中拆洗等實(shí)際需求。因 此在行業(yè)設(shè)備中，單點(diǎn)饋入為主流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但是由于駐波和趨膚效應(yīng)，單點(diǎn)饋入結(jié)構(gòu)不能 滿足饋入高頻頻率提升的要求。為此，需要對現(xiàn)有夾具的結(jié)構(gòu)原理做實(shí)用性的開發(fā)研究制 造，以面對當(dāng)前市場需求，降低成本，并同時(shí)能處理或沉積多片玻璃的CVD夾具體系，是當(dāng) 前的一個(gè)發(fā)展趨勢。因此，引入有效甚高頻饋入模式以滿足大批量生產(chǎn)，使其進(jìn)入工業(yè)化產(chǎn)品階段，對產(chǎn)業(yè)發(fā)展才會具有重要的實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過以上對現(xiàn)有晶化硅基薄膜亟待解決的技術(shù)難題的分析，旨在解決甚高 頻電源驅(qū)動的高速沉積膜層的均勻性和一致性問題。所提出的技術(shù)解決方案包括電極板組 件、信號饋入組件及支撐框架，其特征在于帶屏蔽罩的電極板組件安裝在支撐框架內(nèi)形成 放電的夾具陣列，信號饋入組件的一端面接觸連接電極板組件的饋入口，饋入射頻/甚高 頻功率電源信號，該饋入口設(shè)置在帶屏蔽罩電極板組件的陰極板背面中心區(qū)域內(nèi)凹的矩形 面上。信號饋入組件是階梯形條狀的信號饋入帶，它還包括腰部和信號饋入面是矩形的頭 部。信號饋入帶是射頻銅質(zhì)導(dǎo)帶，其腰部外殼是帶陶瓷絕緣層的屏蔽層。本發(fā)明的解決方案還包括帶屏蔽罩電極板組件的屏蔽罩覆蓋整個(gè)陰極板背面和 側(cè)面，電極板組件的陰極板與屏蔽罩之間空置一定間隙或填充平板絕緣材料。在陰極板屏 蔽罩上對應(yīng)位于陰極板的饋入口開有通孔，避免信號饋入組件穿過該通孔接觸到陰極板屏 蔽罩。解決方案中的支撐框架包括上固定板、下固定板、側(cè)框架。陽極板還包括接地體， 導(dǎo)槽及基片裝卸構(gòu)件。陰極板與導(dǎo)槽之間絕緣。本發(fā)明的解決方案還包括方法，由甚高頻27. 12 IOOMHz的合法頻率驅(qū)動的沉積 室夾具的信號饋入模式，其特征在于帶屏蔽罩的電極板組件安裝在支撐框架內(nèi)形成放電的 電極板組件陣列，信號饋入組件包括階梯形條狀的信號饋入帶，其一端以面接觸連接饋入 口，饋入射頻/甚高頻功率電源信號至電極板組件帶屏蔽罩的陰極板背面的中心區(qū)域內(nèi)凹 的矩形面饋入口，在支撐框架內(nèi)放電，形成具有一定放電空間的電極板組件陣列。夾具陣列 包括電極板陣列。信號饋入組件腰部帶外殼屏蔽絕緣，頭部信號饋入端面是矩形，對應(yīng)于陰 極板背面中心區(qū)域饋入口是內(nèi)凹的矩形面。信號饋入的方法還包括在陰極板屏蔽罩上開有通孔，當(dāng)信號饋入組件穿過通孔到 饋入口時(shí)，避免與陰極板屏蔽罩接觸。實(shí)施本發(fā)明所產(chǎn)生的積極效果主要是區(qū)別于插槽式陰極板側(cè)面饋入方式，能夠獲 得更大放電面積、更高均勻度的穩(wěn)定放電，接入電容小，夾具之間射頻干擾小，駐波和趨膚 效應(yīng)小。本發(fā)明適用于27. 12MHz 200MHz區(qū)間任何法定頻率的甚高頻電源的大面積均勻 放電，提高了生產(chǎn)率，降低了電池成本。


圖1、是本發(fā)明的夾具剖視示意圖。圖2、是支撐框架結(jié)構(gòu)示意圖。圖3、是信號饋入組件(以下簡稱饋入帶)201結(jié)構(gòu)示意圖。圖4、是陰極板203結(jié)構(gòu)示意圖。圖5、陰極板屏蔽罩204結(jié)構(gòu)示意圖。圖6、是本發(fā)明實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖。圖7、是本發(fā)明實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖。圖8、是本發(fā)明實(shí)施例3結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1-7中，夾具02包括電極板組件、信號饋入組件及支撐框架。電極板組件包括 陽極板208，陰極板203與陰極板屏蔽罩204之間有絕緣條207。信號饋入組件包括腰部和 信號饋入面201-1是矩形的頭部，其腰部扁平帶有陶瓷絕緣套202，其矩形饋入面201-1面 接觸位于陰極板背面中心區(qū)域內(nèi)下凹矩形面內(nèi)的饋入口 203-1，饋入射頻/甚高頻功率電 源信號。支撐框架由上固定板214，下固定板221，側(cè)框架216構(gòu)成，上固定板214和下固定 板221上均有接地金屬導(dǎo)槽209。夾具02在真空室01內(nèi)放電，將P_I_N膜層沉積在基片 206上。真空室01上有氣體系統(tǒng)接入口 101，電源系統(tǒng)接入口 102，真空室活動門103，真空 系統(tǒng)接入口 105。本發(fā)明矩形面饋入的夾具設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了以上提出的發(fā)明任務(wù)?？朔爽F(xiàn)有多點(diǎn)饋入 對晶化硅基薄膜VHF-PECVD沉積技術(shù)難以克服的諸多問題，如反應(yīng)室電極結(jié)構(gòu)復(fù)雜；電極 易變形、接觸面積較小；各饋入點(diǎn)之間路徑距離要求完全對稱以及完全屏蔽等。而本發(fā)明的 面饋入夾具設(shè)計(jì)不存在這些問題，能獲取均勻電場大面積腔室放電等問題，同時(shí)，對于處理 或沉積多片玻璃的CVD夾具體系，采用有效甚高頻面饋入模式，取得了工業(yè)化生產(chǎn)可操作 工藝，能夠滿足硅基薄膜太陽能電池大批量生產(chǎn)的需要。本發(fā)明貢獻(xiàn)還在于基本解決了甚高頻電源驅(qū)動的高速沉積膜層的均勻性和一致 性問題。夾具02包括電極板組件、信號饋入組件及支撐框架。支撐框架由上固定板214，下 固定板221，側(cè)框架216構(gòu)成，上固定板214和下固定板221上均有接地金屬導(dǎo)槽209。電 極板組件包括陽極板208，陰極板203與陰極板屏蔽罩204之間有絕緣條207，陰極板屏蔽 罩204與陽極板208接地。信號饋入組件201包括帶有陶瓷絕緣層202的腰部和頭部矩形 饋入面201-1，其腰部扁平便于安裝，信號饋入損耗少，頭部矩形饋入面201-1面接觸位于 陰極板背面中心區(qū)域內(nèi)下凹矩形面內(nèi)的饋入口 203-1，饋入射頻/甚高頻功率電源信號。另 一個(gè)頭是201-3連接射頻/甚高頻功率電源負(fù)極和功率電源匹配器(未畫出)，呈階梯狀， 其一端面呈矩形與電極板面接觸連接的饋入口構(gòu)成電極板組件在接地裝置的夾具內(nèi)，均具 有有絕緣屏蔽保護(hù)裝置(未畫出)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 電極板為立式，陰極板矩形饋入口設(shè)置在帶屏蔽罩電極板組件的陰極板背面中心 區(qū)域內(nèi)凹的矩形面上，信號饋入組件包括扁平腰部和信號饋入面是矩形的頭部。以下結(jié)合附圖1-6進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明薄膜太陽能電池的沉積夾具，使用甚高頻功率電源，工作頻率(27. 12 100MHz)。真空室01用來實(shí)現(xiàn)真空狀態(tài)，其上有氣體系統(tǒng)接入口 101，電源系統(tǒng)接入口 102， 真空系統(tǒng)接入口 105，真空室01前面安裝有可以打開的真空活動門103。夾具02是在真空 環(huán)境下放電，基片206在大面積均勻電場腔室內(nèi)，沉積p-i-n異質(zhì)結(jié)疊層膜，形成薄膜太陽 能電池芯板或稱芯片，適合投入大批量生產(chǎn)。夾具02上固定的氣體管道220上入口與真空 室01上的氣體系統(tǒng)接入口 101伸入真空室01內(nèi)部的管口對接，電源線一端與夾具的電源 接頭205相連，另一端電源線接甚高頻電源系統(tǒng)的接入口 102。陰極板203與陰極板屏蔽 罩204之間有絕緣條207，信號饋入組件201的頭部矩形饋入面201-1與陰極板203背面饋 入口 203-1面接觸連接，饋入射頻/甚高頻功率電源信號，饋入帶另一端上的通孔201-3與電源接頭205相連接，信號饋入組件201腰部外殼是陶瓷絕緣層202，以防與陰極板屏蔽罩 204接觸。陰極板屏蔽罩204上對應(yīng)位于陰極板的饋入口 203-1開有通孔204-1，使得信號 饋入組件201從陰極板203引出時(shí)不與陰極板屏蔽罩204接觸，饋入帶201為導(dǎo)電性良好 的金屬片銅，陰極板屏蔽罩204和陽極板208接地。將前工序鍍制的基片206放置在夾具 02的腔室內(nèi)，將夾具02放置在真空室01內(nèi)，關(guān)好真空室01上的真空室活動門103，通過真 空系統(tǒng)先抽真空到理想狀態(tài)，通入氬氣，當(dāng)腔內(nèi)壓力達(dá)到60Pa時(shí)，打開甚高頻電源，放電清 洗腔室，關(guān)閉電源。之后抽高真空至5.0X10_4Pa左右，通入氬氣清洗腔室。按照5slpm通 入工藝氣體，進(jìn)行沉積工藝，完成氣相沉積鍍膜。實(shí)施例2 陰極板矩形饋入口設(shè)置在帶屏蔽罩電極板組件的陰極板背面中心區(qū)域內(nèi)凹的矩 形面上，信號饋入組件包括扁平腰部和信號饋入面是矩形的頭部。圖7使用的夾具同實(shí)施例1。本實(shí)施例采用立式沉積室，由12個(gè)陽極板208與12 個(gè)陰極板203組成12對電極，可同時(shí)鍍膜24片基片206。具體步驟如下a)將24塊帶有600nm厚透明導(dǎo)電膜的玻璃基片206 (1640mmX 707mmX 3mm)放置 于夾具02中的24個(gè)基片位置，膜面朝外，玻璃面朝電極板。b)打開真空室活動門103，將夾具02放置在真空室01內(nèi)，關(guān)好真空室01的真空 室活動門103。c)真空抽到5. OX ICT4Pa之后，通入氬氣，當(dāng)腔內(nèi)壓力達(dá)到60Pa時(shí)，打開40. 68MHz 甚高頻電源，以400W功率放電清洗腔室2分鐘，關(guān)閉電源。d)之后抽高真空至5. OX 10_4Pa左右，用氬氣清洗兩次。e)按照5slpm通入混和氣(硅烷加氫氣)，當(dāng)腔內(nèi)氣壓達(dá)到60Pa，打開40. 68MHz 甚高頻電源，以400W功率放電，沉積微晶硅本征層40分鐘。f)關(guān)閉電源，抽高真空。g)充入氮?dú)庵链髿鈮?，打開真空室活動門103，移出夾具02，在室溫中冷卻TCO玻
璃ο實(shí)施例3 陰極板矩形饋入口設(shè)置在帶屏蔽罩電極板組件的陰極板背面中心區(qū)域內(nèi)凹的矩 形面上，信號饋入組件包括扁平腰部和信號饋入面是矩形的頭部。圖8使用夾具同實(shí)施例1。本實(shí)施例采用臥式沉積室，由一個(gè)陽極板208與一個(gè)陰 極板203組成1對電極，可同時(shí)鍍膜2片基片206。a)將2塊帶有600nm厚透明導(dǎo)電膜的玻璃基片206 (1640mmX 707mmX 3mm)放置于 夾具02中的兩個(gè)基片位置，膜面朝外，玻璃面朝電極板。b)打開真空室活動門103，將夾具02放置在真空室01內(nèi)，關(guān)好真空室01的真空 室活動門103。c)真空抽到5. OX ICT4Pa之后，通入氬氣，當(dāng)腔內(nèi)壓力達(dá)到60Pa時(shí)，打開40. 68MHz 甚高頻電源，以400W功率放電清洗腔室2分鐘，關(guān)閉電源。d)之后抽高真空至5. OX 10_4Pa左右，用氬氣清洗兩次。e)按照5slpm通入混和氣(硅烷加氫氣)，當(dāng)腔內(nèi)氣壓達(dá)到60Pa，打開40. 68MHz 甚高頻電源，以400W功率放電，沉積微晶硅本征層40分鐘。
f)關(guān)閉電源，抽高真空。g)充入氮?dú)庵链髿鈮?，打開真空室活動門，移出夾具02，在室溫中冷卻TCO玻璃。以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施 例，尤其是饋入組件及陰極板的形狀，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以 在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
權(quán)利要求
一種薄膜太陽能電池沉積夾具，包括電極板組件、信號饋入組件及支撐框架，其特征在于帶屏蔽罩的電極板組件安裝在支撐框架內(nèi)形成放電的夾具陣列，信號饋入組件的一端面接觸連接電極板組件的饋入口，饋入射頻/甚高頻功率電源信號，該饋入口設(shè)置在帶屏蔽罩電極板組件的陰極板背面中心區(qū)域內(nèi)凹的矩形面上，所說的信號饋入組件是階梯形條狀的信號饋入帶，它還包括腰部和信號饋入面是矩形的頭部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具，其特征在于所說的信號饋入 組件是一個(gè)腰部帶外殼屏蔽絕緣的信號饋入帶，其一端頭部是矩形的饋入面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具，其特征在于所說的信號 饋入帶是射頻銅質(zhì)導(dǎo)帶，其腰部外殼是帶陶瓷絕緣層的屏蔽層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具，其特征在于所說的饋入口， 位于完全屏蔽的陰極板背面中心區(qū)域內(nèi)凹的矩形面上，在陰極板與屏蔽罩之間空置一定間 隙或填充平板絕緣材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具，其特征在于所說帶屏蔽罩電 極板組件的屏蔽罩覆蓋整個(gè)陰極板背面和側(cè)面，電極板組件的陰極板與屏蔽罩之間空置一 定間隙或填充平板絕緣材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具，特征在于所說的陰極板，在 其屏蔽罩上對應(yīng)位于陰極板的饋入口開有通孔，避免信號饋入組件穿過該通孔接觸到陰極 板屏蔽罩。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具，特征在于所說屏蔽罩的外層 為金屬殼與陰極板背面之間的絕緣層是陶瓷絕緣層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具，特征在于所說的陽極板還包 括接地體，導(dǎo)槽及基片裝卸構(gòu)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具，特征在于所說的支撐框架包 括上固定板、下固定板、側(cè)框架。
10.一種薄膜太陽能電池沉積夾具的功率電源信號饋入方法，所說夾具包括電極板組 件、信號饋入組件及支撐框架構(gòu)成，其特征在于帶屏蔽罩的電極板組件安裝在支撐框架內(nèi) 形成放電的電極板組件陣列，信號饋入組件包括階梯形條狀的信號饋入帶，其一端以面接 觸連接饋入口，饋入射頻/甚高頻功率電源信號至電極板組件帶屏蔽罩的陰極板背面的中 心區(qū)域內(nèi)凹的矩形面饋入口，在支撐框架內(nèi)放電，形成具有一定放電空間的電極板組件陣 列。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具的功率信號饋入方法，其特 征在于所說的夾具陣列包括電極板陣列。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具的功率信號饋入方法，其特 征在于所說信號饋入組件是一個(gè)腰部帶外殼屏蔽絕緣的，腰部和頭部構(gòu)成彎曲形條狀饋入 帶，其頭部信號饋入端面是矩形。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具的功率信號饋入方法， 其特征在于所說的信號饋入組件的面饋入的矩形頭所對應(yīng)的電極板組件的饋入口是內(nèi)凹 的矩形面。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具的功率信號饋入方法，其特征在于所說的 陰極板的屏蔽罩，在其上開有通孔，當(dāng)信號饋入組件穿過其通孔時(shí)，避免與陰 極屏蔽罩接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開一種薄膜太陽能電池沉積夾具，屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。沉積夾具主要技術(shù)特點(diǎn)在于電極板組件具有屏蔽保護(hù)，由腰部呈扁平狀的信號饋入組件一矩形端面面接觸信號饋入口，位于陰極板背面中心區(qū)域內(nèi)下凹矩形面內(nèi)，饋入射頻/甚高頻功率電源信號，陽極板接地。陰極板屏蔽罩有通孔，陰極板與屏蔽罩之間絕緣。效果在于以電極板中心面饋入，克服了一點(diǎn)或多點(diǎn)饋入因饋線距離造成的損耗。以射頻/甚高頻功率電源驅(qū)動可獲得均勻電場大面積穩(wěn)定放電，有效的消除駐波和趨膚效應(yīng)，使產(chǎn)率提高，成本降低。
文檔編號H05H1/46GK101882646SQ20101019873
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者李毅 申請人:深圳市創(chuàng)益科技發(fā)展有限公司