CN102978589B - 一种pecvd喷淋电极 - Google Patents

Abstract

一种PECVD喷淋电极，所述的电极（5）外形为圆桶形，上部有开口，下部有底；电极（5）的内部空间被带有通孔的初级气体匀气板（2）分成上下两部分，下部空间为初级气体缓冲室（1），上部空间为二级气体缓冲室（3）。初级气体缓冲室（1）内有一用于调整初级气体缓冲室体积的调整环（8），调整环（8）的下表面与电极（5）的底完全接触，调整环（8）的上表面与初级气体匀气板（2）完全接触。电极（5）上部的开口处有一带有通孔的二级气体匀气板（4），用以封闭开口；位于电极底的中心位置开有一进气口，进气口下连接有进气管。本发明通过改变初级气体匀气板与二级气体匀气板流导比实现喷淋效果。

Description

一种PECVD喷淋电极

技术领域

本发明涉及一种制备硅基薄膜类材料及硅基薄膜太阳能电池的设备，特别涉及一种采用PECVD法制备硅基薄膜类材料及硅基薄膜太阳能电池设备中的喷淋电极。

背景技术

目前，采用等离子增强化学气相沉积法（PECVD）制备硅基薄膜材料已经得到广泛应用。在太阳能电池制备过程中也都采用此法，包括薄膜电池、晶硅电池、异质结电池。在异质结电池制备过程中，因采用经过制绒后的硅片，且制备的硅基薄膜厚度很薄，对PECVD设备要求更高，即PECVD设备在制绒后的硅片上制备的硅基薄膜均匀性必须很好，换句话说也就是对电极结构提出了更高要求，首先是电极喷出的气流均匀性必须好，其次是电极的电场分布必须均匀。

在真空系统中实现气流均匀性，必须考虑到气体流动时的流导，流导是指气体在真空管道中的流通状态，气体的流动状态可分为五种不同情况：湍流、湍-粘滞流、粘滞流、粘滞-分子流、分子流；湍流、湍-粘滞流一般只在真空形成初期存在，基本不用考虑对气流的影响，粘滞流：当压强和流速逐渐降低，气流会变成具有不同速度的流动层，内摩擦力对气流其主要作用；分子流：气体分子间的碰撞很少，甚至可以忽略，在管道内气体分子在密度的推动下，由高压端流向低压端；粘滞-分子流：是粘滞流和分子流之间的一种状态。对气流状态的判断可依据管道中平均压强P与其几何尺寸的乘积作为判据，当乘积大于1Pa.m为粘滞流，当乘积小于0.03Pa.m为分子流，当乘积位于两者之间时为粘滞-分子流。

如图6所示，中国专利CN2758969Y中的电极采用方形设计，虽能满足空间成本低的要求，但其内部匀气室的直角拐角处会使气体在流动过程中产生涡流，涡流会使内部匀气室内气体压强分布不均，影响到气流均匀性；其外部方形表面也会影响气流运动速度，造成电极空间区域内压强的差异，影响所制备薄膜的均匀性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术会造成气流不均匀的缺点，提出一种能使气流更均匀的喷淋电极，进而改善所制备薄膜的均匀性。

本发明电极采用圆形设计方案，更有利于气流的均匀，可提高采用此电极结构制备的硅基薄膜的均匀性，为太阳能电池效率提高做出贡献。

本发明电极形状为圆桶形，开口朝上，下部有底。电极的内部空间被带有通孔的初级气体匀气板分成上下两个空间。初级气体匀气板上的通孔孔径相同、孔间距相等，通孔以阵列方式排列。电极内部的下部空间为初级气体缓冲室，位于圆桶形电极的底和初级气体匀气板之间；电极内部的上部空间为二级气体缓冲室，位于初级气体匀气板和电极上部的开口之间。初级气体缓冲室的体积小于二级气体缓冲室的体积，初级气体缓冲室内有一用于调整初级气体缓冲室体积的调整环，调整环位于电极底部及初级气体匀气板之间。所述的调整环的外径与初级气体缓冲室内径相匹配，调整环内径小于其自身外径，调整环的下环形表面与电极的底完全接触，调整环的上环形表面与初级气体匀气板完全接触，通过调整调整环的内径和高度，改变初级气体缓冲室内压强。电极上部开口有一带有通孔的二级气体匀气板，用以封闭电极的开口。二级气体匀气板上的通孔以阵列方式排列，通孔直径相同，通孔孔间距相等。电极底的中心位置开有一进气口，进气口连接进气管，进气管外壁有螺纹，螺纹用于将装配好的电极、屏蔽层、绝缘层锁紧。依使用环境情况，电极组成部件可选用316型不锈钢或热轧铝；绝缘层包裹于电极外，材料为陶瓷；屏蔽层包裹于绝缘层外，依使用环境情况，材料可选316型不锈钢或热轧铝。

本发明通过改变气体流动时的流导比及气流状态实现气体增压喷淋，并依据流导及气流状态计算公式进行计算出所需实际尺寸，流导计算公式：U=Q/(P2P1)(Q-流量，P-压强)，气流状态计算公式：P*S（P-平均压强，S-几何尺寸）。其特征为，电极的进气口与初级气体匀气板流导比范围为1:6~1:8，初级气体匀气板与二级气体匀气板流导比为2:1，初级气体匀气板的通孔孔径大于二级气体匀气板孔径。其原理，气体从位于电极底的进气口进入电极内的初级气体缓冲室时，因初级气体缓冲室直径大于进气口直径，使得气体流速下降；通过调整初级气体缓冲室中调整环的高度和内径，使初级气体缓冲室中平均压强P与其几何尺寸的乘积大于1Pa.m，即在初级气体缓冲室中流动的气体应为粘滞流，气流能够缓慢上升并穿过初级气体匀气板到达二级气体缓冲室中，气流在二级气体缓冲室中仍以粘滞流状态上升，通过调整初级气体匀气板与二级气体匀气板流导比，即调整二级气体匀气板通孔孔径及孔数，改变二级气体匀气板两侧压差，实现气体增压效果。

本发明采用圆桶形电极，通过改变电极内部不同部位的几何尺寸，使体在流动过程中具有不同的流导及流导比，与方形的电极相比具有明显优势：当气体由电极底进气口进入电极内后，可向周围逐渐扩散并缓慢上升，但方形电极的进气口与四个角的距离大于与四个边的距离，会造成空间内气体扩散不均匀，随气体上升而产生涡流；圆桶形的电极避免了此类情况的发生，能够实现均匀的上升气流，实现均匀喷淋效果。本发明通过改变初级气体匀气板与二级气体匀气板流导比实现增压效果，即使初级气体匀气板通孔截面积之和大于二级气体匀气板通孔截面积之和，使穿过二级气体匀气板的气体体积不变流速增加。

附图说明

图1喷淋电极结构示意图，其中，1初级气体缓冲室，2初级气体匀气板，3二级气体缓冲室，4二级气体匀气板，5电极，6陶瓷绝缘层，7金属屏蔽层，8初级气体缓冲室调整环，11进气口；

图2电极结构的分解图，其中，2初级气体匀气板，4二级气体匀气板，5电极，8调整环，9固定螺纹；

图3电极的绝缘层结构示意图，其中，6陶瓷绝缘层；

图4电极的屏蔽层结构示意图，其中，7金属屏蔽层；

图5电极装配示意图，其中，5电极，6绝缘层，7屏蔽层，10固定螺母；

图6中国专利CN2758969Y示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

本发明PECVD喷淋电极结构如图1所示。电极5的上部有开口。电极5的内部空间被带有通孔的初级气体匀气板2分成上下两部分，下部空间为初级气体缓冲室1，初级气体缓冲室1位于电极的底和初级气体匀气板2之间；上部空间为二级气体缓冲室3，二级气体缓冲室3位于初级气体匀气板1和开口之间；初级气体匀气板2上的通孔孔径相同、孔间距相等，通孔以阵列方式排列，厚度范围为3~5mm，通孔孔径不小于5mm。初级气体缓冲室1体积小于二级气体缓冲室3的体积。初级气体缓冲室1内有一用于调整初级气体缓冲室体积的调整环8，调整环8的下表面与电极5的底完全接触，调整环8的上表面与初级气体匀气板2下表面完全接触，所述调整环8的外径与初级气体缓冲室1的内径相匹配，调整环8的内径小于其自身外径，调整环外径与内径差的范围为10mm~20mm，高度范围为10~20mm。电极5上部的开口处有一带有通孔的二级气体匀气板4，用以封闭开口。二级气体匀气板4上的通孔以阵列方式排列，二级气体匀气板4上通孔孔径相同，通孔孔间距相等，通孔孔径不大于3mm，通孔孔间距不大于10mm，厚度范围小于10mm。位于电极底的中心位置开有一进气口11，进气口11下连接有进气管，进气管为圆形，其外壁有螺纹9，螺纹9用于将电极5、绝缘层6、屏蔽层7锁紧。依使用环境情况，电极所有部件可选用316型不锈钢或热轧铝；绝缘层6包裹于电极外，材料为陶瓷；屏蔽层7包裹于绝缘层6外，依使用环境情况，材料可选316型不锈钢或热轧铝。

本发明电极的装配顺序如图2所示。首先将调整环8装入电极5内部，使调整环8的下表面与电极5内部的底完全接触；其次将初级气体匀气板2装入电极内部，使初级气体匀气板2的下表面与调整环8上表面完全接触；然后将二级气体匀气板2覆盖在电极开口上，封闭电极开口，便完成电极5的装配。

本发明电极5的绝缘层结构如图3所示，电极5的绝缘层6的外形与电极5外形相同，为圆筒形，大小与电极5相匹配。

如图4所示，电极5的屏蔽层7外形与电极5和绝缘层6的外形相同，为圆筒形，大小与绝缘层6相匹配。屏蔽层7包裹在所述的绝缘层6外，依使用环境情况，材料可选316型不锈钢或热轧铝。

整体装配时，首先将装配好的电极5装入绝缘层6中，再将包裹有绝缘层6的电极5装入屏蔽层7内，最后将螺母装在进气口11上，并旋紧固定螺母10，使电极5、绝缘层6、屏蔽层7固定成一个整体，装配顺序如图5所示。

本发明电极工作时，气体首先穿过进气口11，到达初级气体缓冲室1，并向周围均匀扩散，充满电极底部后缓慢上升；再穿过初级气体匀气板2到达二级气体缓冲室3，并逐渐缓慢上升；最后穿过二级气体匀气板4，实现喷淋效果；其实现手段是通过改变气体流动过程中流导比，即二级气体匀气板4的通孔截面积总和小于初级气体匀气板2通孔截面积总和。

Claims (6)

1.一种PECVD喷淋电极，其特征在于，所述的电极(5)外形为圆桶形，上部有开口，下部有底；电极(5)的内部空间被带有通孔的初级气体匀气板(2)分成上下两部分，下部空间为初级气体缓冲室(1)，初级气体缓冲室(1)位于电极(5)的底和初级气体匀气板(2)之间；上部空间为二级气体缓冲室(3)，二级气体缓冲室(3)位于初级气体匀气板(1)和开口之间；初级气体缓冲室(1)内有一用于调整初级气体缓冲室体积的调整环(8)，调整环(8)的下表面与电极(5)的底完全接触，调整环(8)的上表面与初级气体匀气板(2)完全接触，电极(5)上部的开口处有一带有通孔的二级气体匀气板(4)，用以封闭开口；位于电极底的中心位置开有一进气口，进气口下连接有进气管，进气管为圆形，其外壁有螺纹；

所述的初级气体匀气板(2)上的通孔孔径相同、孔间距相等，通孔以阵列方式排列；初级气体缓冲室(1)体积小于二级气体缓冲室(3)的体积；

所述的二级气体匀气板(4)上的通孔以阵列方式排列，通孔孔径相同，通孔孔间距相等；所述的通孔孔间距不大于10mm。

2.根据权利要求1所述的喷淋电极，其特征在于所述的调整环(8)的外径与初级气体缓冲室(1)的内径相匹配，调整环(8)的内径小于其自身外径。

3.根据权利要求1所述的喷淋电极，其特征在于，所述的调整环(8)的外径与内径差的范围为10mm～20mm，高度范围为10～20mm。

4.根据权利要求1所述的喷淋电极，其特征在于，所述的初级气体匀气板(2)上通孔的孔径大于二级气体匀气板(4)的通孔孔径。

5.根据权利要求4所述的喷淋电极，其特征在于，所述的初级气体匀气板(2)的通孔孔径不小于5mm，二级气体匀气板(4)的通孔孔径不大于3mm。

6.根据权利要求1所述的喷淋电极，其特征在于，所述的电极(5)的进气口与初级气体匀气板(2)流导比范围为1:6～1:8；初级气体匀气板(2)与二级气体匀气板(4)的流导比为2:1。