專利名稱：太陽能電池沉積用放電電極板陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種太陽能電池技術(shù)，確切的說一種由甚高頻電源、2 . 12MHz 100MHz)驅(qū)動的硅基薄膜太陽能電池沉積室用放電電極板陣列。
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)化學(xué)氣相沉積技術(shù)(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。由電極板組件構(gòu)成電極板陣列在反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行等離子體化學(xué)氣相沉積。射頻電容耦合平行板電極反應(yīng)室廣泛應(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)的一個重要分支，所采用的平行電極板容性放電模式是太陽能電池行業(yè)的核心技術(shù)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。隨著太陽能市場對娃基薄膜技術(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。但是在微晶工藝環(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的兩倍或者更高倍的合法射頻。在行業(yè)內(nèi)，應(yīng)用較多的甚高頻一般為27. 12 200MHz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(δ )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，δ ^ 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。所以如何實現(xiàn)甚高頻驅(qū)動的均勻大面積放電是晶化硅基薄膜技術(shù)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。中國專利200710150227. 4， 200710150228. 9,200710150229. 3，公開了甚高頻電極的三種設(shè)計，通過甚高頻信號的不同饋入形式，獲得均勻電場。但現(xiàn)存在的問題是1)VHF-PECVD反應(yīng)室電極設(shè)計結(jié)構(gòu)復(fù)雜；2) 仍需要繼續(xù)改進(jìn)的理由是生產(chǎn)中要對反應(yīng)室及電極經(jīng)常裝卸和不斷的清洗，都會造成異形電極變形；幻現(xiàn)有專利中的多點饋入結(jié)構(gòu)接觸面積較小，要求各個饋入點路徑對稱，饋入點之間的連接導(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現(xiàn)有效放電。這些結(jié)構(gòu)設(shè)計的實際要求比較苛刻，決定放電均勻程度的因素太多， 而且不能滿足生產(chǎn)中拆洗等實際需求。因此在行業(yè)設(shè)備中，單點饋入為主流結(jié)構(gòu)設(shè)計，但是由于駐波和趨膚效應(yīng)，單點饋入結(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)有沉積夾具及電極朝實用性方面作進(jìn)一步開發(fā)和改進(jìn)，面對當(dāng)前市場需求，使質(zhì)量提高，成本降低。同時，對于處理或沉積多片玻璃的CVD夾具體系，也是一個發(fā)展趨勢。因此，對于能滿足大批量生產(chǎn)，采用有效甚高頻饋入模式的工業(yè)化產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計，對產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的實際意義。

實用新型內(nèi)容本實用新型目的旨在解決甚高頻電源驅(qū)動的放電不均勻性問題，而提供一種可獲得均勻電場的大面積VHF-PECVD沉積室使用一種全新概念設(shè)計的電極板組件構(gòu)成的電極板陣列，以適用于產(chǎn)業(yè)化的大面積VHF-PECVD電極板多片陣列。本實用新型為實現(xiàn)以上任務(wù)提出的技術(shù)解決方案包括提供一種太陽能電池沉積用放電電極板陣列，包括至少一個電極板組件、信號饋入組件，其特征在于還包括由多個帶屏蔽罩的電極板組件和信號饋入組件構(gòu)成的電極板陣列，該電極板組件包括至少一對陰極板和一塊陽極板，信號饋入組件的一個端面呈矩形，該矩形端面與電極板組件的饋入口面接觸連接，饋入高頻或甚高頻功率電源信號至電極板組件的每塊陰極板背面的中心區(qū)域下凹面內(nèi)的饋入口。所述的電極組件的陽極板的兩個面分別朝向?qū)ΨQ放置的陰極板的有效放電工作所述的信號饋入組件包括由銅質(zhì)饋入芯帶和外表屏蔽層構(gòu)成Z字形條狀的信號饋入帶。所述的電極板組件包括單面放電的陰極板、陶瓷絕緣層、屏蔽罩，所述的屏蔽罩覆蓋整個陰極板背面和側(cè)面。所述的電極板陣列由多套帶屏蔽罩的陰極板與多套接地的陽極板，構(gòu)成具有放電間距的電極板腔室陣列。所述的陰極板屏蔽罩，還包括射頻或甚高頻功率電源信號饋入至陰極板背面的中心位置及四周側(cè)面的屏蔽。所述的信號饋入組件的另一端接包括高頻或甚高頻功率電源信號在內(nèi)的陰極輸出口和功率電源匹配器。本實用新型所產(chǎn)生的積極有益效果是，區(qū)別于插槽式陰極板側(cè)面饋入方式，本實用新型能夠獲得更高均勻度和更大放電面積的穩(wěn)定放電，接入電容小，實際放電功率大，電極板陣列之間射頻干擾小。也區(qū)別于單室沉積系統(tǒng)的陰極板中心點式饋入，接入電容小、駐波和趨膚效應(yīng)小，可集成陣列式多室沉積，極大提高生產(chǎn)效率。因此，通過優(yōu)化甚高頻電源饋入形式、電極板的結(jié)構(gòu)，解決射頻/甚高頻大面積放電均勻性問題，也是晶化硅基薄膜高速高效制備技術(shù)的前提。本實用新型適用于任何功率、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。這種結(jié)構(gòu)能夠適用于多片沉積系統(tǒng)，大大提高產(chǎn)率和降低了電池成本。該實用新型突破常規(guī)電極設(shè)計技術(shù)的限制，有效的消除了甚高頻引發(fā)的駐波和趨膚效應(yīng)，達(dá)到適用于均勻放電的工業(yè)化應(yīng)用水平。

圖1是本實用新型電極板陣列示意圖。圖2是圖1中信號饋入組件201結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1中203陰極板結(jié)構(gòu)示意圖。[0016]圖4是圖1中204陰極板屏蔽罩結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本實用新型實施例2的示意圖。圖6是本實用新型實施例3的示意圖。圖7是實施案例中膜厚測試取樣點分布圖。圖8是本實用新型的實施例2示意圖，4個不同電極玻璃在電極板中沉積的微晶硅薄膜厚度分布。圖9是本實用新型實施例2中典型的微晶硅拉曼譜。本實用新型貢獻(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。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實用新型內(nèi)容圖1-4中，真空室01，氣體系統(tǒng)接入口 101，真空系統(tǒng)接入口 105，陰極板203的陶瓷絕緣層207，接地金屬導(dǎo)槽209，信號饋入組件201，饋入口 203-1的饋入面201-1，外表絕緣屏蔽層202，放置在陰極板和陽極板上待沉積的基片206。由陽極板208，陰極板203，陰極板屏蔽罩204，信號饋入組件201組成的電極陣列安裝在真空室01內(nèi)，陰極板203中心區(qū)域的饋入口 203-1是矩形。配套使用的信號饋入組件201的饋入端面201-1矩形，饋入組件201呈Z字形，其腰部扁平便于安裝，信號饋入損耗少?？朔爽F(xiàn)有多點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?。桓黟伻朦c之間路徑距離要求完全對稱以及完全屏蔽等。而本實用新型的面饋入設(shè)計不存在這些問題，解決了能夠獲取均勻電場大面積腔室放電。尤其高效利用陽極板雙工作面，對于處理或沉積多片玻璃基片的CVD電極板陣列體系，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。
具體實施方式
實施例1 結(jié)合圖1-4說明本實施例工作原理。兩個陰極板203共用一個陽極板208，組成兩對電極，可同時鍍膜四片基片206，依次可以構(gòu)成陣列，以提高本實用新型陣列的工作效率， 從而提高電池芯片產(chǎn)率。氣相沉積系統(tǒng)主要由氣相沉積室、氣體系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、 加熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，氣體系統(tǒng)主要是提供氣相沉積的各種所需氣體和氣體管路，電源系統(tǒng)主要是提供沉積時所需要的電離成等離子體狀態(tài)的射頻或甚高頻電源，真空系統(tǒng)主要是提供沉積時抽取真空狀態(tài)用設(shè)備及管路，加熱系統(tǒng)主要是給氣相沉積室加熱，控制系統(tǒng)主要是對沉積過程及參數(shù)進(jìn)行控制，而氣相沉積室是實現(xiàn)將氣體沉積在基片206上并完成鍍膜的裝置。氣相沉積室主要由真空室01、電極板陣列組成。真空室01用來實現(xiàn)真空狀態(tài)，電極板陣列用來實現(xiàn)等離子放電，將氣體沉積在基片206上。電極板陣列主要由陰極板203、陰極板屏蔽罩204、陶瓷絕緣層207、陽極板208、信號饋入組件201、外表絕緣屏蔽層 202組成。真空室01上連接有接地金屬導(dǎo)槽209，用來固定陽極板208、陰極板203、陰極屏蔽罩204，陽極板208直接插入金屬導(dǎo)槽209內(nèi)并與槽接觸，并使陰極板屏蔽罩204與金屬導(dǎo)槽209接觸，陰極板203與陰極屏蔽罩204之間加裝陶瓷絕緣層207使其不能接觸。陽極板208和陰極屏蔽罩204通過與金屬導(dǎo)槽209接觸再與真空室01接觸實現(xiàn)接地。在陰極板203背面中心區(qū)域下凹面內(nèi)有饋入口 203-1，信號饋入組件201為一 Z字形條狀的信號饋入帶，其信號饋入帶的一個端面呈矩形與陰極板饋入口 203-1面接觸，將射頻/甚高頻功率電源信號饋入至陰極板203，陰極板屏蔽罩204覆蓋整個陰極板背面和側(cè)面，在陰極板屏蔽罩204中間相應(yīng)于饋入口 203-1位置開有孔204-1，使得信號饋入組件201從陰極板203 引出時不與陰極板屏蔽罩204接觸，信號饋入組件201上套有外表絕緣屏蔽層202，以防與陰極板屏蔽罩204接觸。將基片206固定在電極板上，將電極板陣列置于真空室01中，通過真空系統(tǒng)先抽真空到理想狀態(tài)，再進(jìn)行通氣沉積工藝，完成氣相沉積鍍膜。陰極板饋入口為矩形，信號饋入組件為腰部扁平。圖5，本實施例采用立式沉積室，兩個陰極板203共用一個陽極板208，組成兩對電極，可同時鍍膜四片基片206。具體步驟如下a)將4塊帶有600nm厚透明導(dǎo)電膜的玻璃基片206 (1640mmX 707mmX 3mm)放置于真空室01中的四個基片位置，膜面朝外，玻璃面朝電極板。b)真空抽到5. OX KT4Pa之后，通入氬氣，當(dāng)腔內(nèi)壓力達(dá)到601 時，打開40. 68MHz 甚高頻電源，以400W功率放電清洗真空室2分鐘，關(guān)閉電源。c)之后抽高真空至5.0 X 左右，用氬氣清洗兩次。d)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。e)關(guān)閉電源，抽高真空。f)充入氮氣至大氣壓，打開真空室爐門，在室溫中冷卻TCO玻璃。鍍膜過程結(jié)束之后在該玻璃上取樣40個點(如圖7所示)，檢測各點膜厚。其中一塊基片206上沉積的微晶硅膜厚測試結(jié)果如表1所示
權(quán)利要求1.一種太陽能電池沉積用放電電極板陣列，包括至少一個電極板組件、信號饋入組件， 其特征在于還包括由多個帶屏蔽罩的電極板組件和信號饋入組件構(gòu)成的電極板陣列，該電極板組件包括至少一對陰極板和一塊陽極板，信號饋入組件的一個端面呈矩形，該矩形端面與電極板組件的饋入口面接觸連接，饋入高頻或甚高頻功率電源信號至電極板組件的每塊陰極板背面的中心區(qū)域下凹面內(nèi)的饋入口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池沉積用放電電極板陣列，其特征在于所述的電極組件的陽極板的兩個面分別朝向?qū)ΨQ放置的陰極板的有效放電工作面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池沉積用放電電極板陣列，其特征在于所述的信號饋入組件包括由銅質(zhì)饋入芯帶和外表屏蔽層構(gòu)成Z字形條狀的信號饋入帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池沉積用放電電極板陣列，其特征在于所述的電極板組件包括單面放電的陰極板、陶瓷絕緣層、屏蔽罩，所述的屏蔽罩覆蓋整個陰極板背面和側(cè)面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能電池沉積用放電電極板陣列，其特征在于所述的電極板陣列由多套帶屏蔽罩的陰極板與多套接地的陽極板，構(gòu)成具有放電間距的電極板腔室陣列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種薄膜太陽能電池沉積用放電電極板陣列，其特征在于所述的陰極板屏蔽罩，還包括射頻或甚高頻功率電源信號饋入至陰極板背面的中心位置及四周側(cè)面的屏蔽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池沉積用放電電極板陣列，其特征在于所述的信號饋入組件的另一端接包括高頻或甚高頻功率電源信號在內(nèi)的陰極輸出口和功率電源匹配
專利摘要本實用新型涉及一種太陽能電池沉積用放電電極板陣列，屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。太陽能電池沉積用放電電極板陣列包括由多個帶屏蔽罩的電極板組件和信號饋入組件構(gòu)成的電極板陣列，該電極板組件包括至少一對陰極板和一塊陽極板，信號饋入組件的一個端面呈矩形，該矩形端面與電極板組件的饋入口面接觸連接，饋入高頻或甚高頻功率電源信號至電極板組件的每塊陰極板背面的中心區(qū)域下凹面內(nèi)的饋入口。積極效果是克服了一點或多點饋入因饋線距離造成的損耗，在射頻或甚高頻功率電源驅(qū)動下可獲得均勻電場大面積穩(wěn)定放電，有效的消除了甚高頻引發(fā)的駐波和趨膚效應(yīng)，能夠提高產(chǎn)率，降低成本。
文檔編號H05H1/46GK201994322SQ20102022357
公開日2011年9月28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)明者何祝兵, 周建華, 李志堅, 李毅, 王春柱, 胡盛明 申請人:深圳市創(chuàng)益科技發(fā)展有限公司