CN107190244A - 负热膨胀系数材料在镀膜载盘中的应用及负热膨胀型载盘 - Google Patents
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Abstract
本发明首先公开了负热膨胀系数材料在镀膜载盘上的应用，以及局部或全部由负热膨胀系数材料制成的负热膨胀型载盘，鉴于负热膨胀系数材料的特殊性能，制成的负热膨胀型载盘应用在PECVD或PVD镀膜机上进行镀膜时，在高温制程下能够有效减少对硅片的遮蔽面积，从而提升太阳能电池的效率和良率。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料应用，具体涉及负热膨胀系数材料在镀膜载盘中的应用及负热膨胀型载盘；属于镀膜设备配件技术领域。
背景技术
真空镀膜机主要指一类需要在较高真空度下进行的镀膜，具体包括：PECVD、PVD、MBE分子束外延、PLD激光溅射沉积等多种。镀膜原理可分为蒸发和溅射两种，其中，蒸发镀膜一般是加热靶材使表面组分以原子团或离子形式被蒸发出来，并且沉降在基片表面，通过成膜过程（散点－岛状结构-迷走结构-层状生长）形成薄膜；溅射类镀膜是利用电子或高能激光轰击靶材，并使表面组分以原子团或离子形式被溅射出来，并且最终沉积在基片表面，经历成膜过程，最终形成薄膜。
需要镀膜的被成为基片，镀的材料被成为靶材，托载或承载基片的部件即为载盘，三者同在真空腔中。由于PECVD和PVD的机台制程温度大多为100~300℃，因而，传统的铝或不锈钢材料制成的载盘在高温下会发生膨胀，导致基片的有效镀膜面积减小，镀膜面积的减小对于器件的性能有显著影响，特别是在太阳能电池技术领域，一旦硅片的镀膜面积减少了，必然导致太阳能电池效率降低。如图1和图2所示，长度L为156mm的硅片被托载于载盘上，载盘空隙L1为154mm，在制程温度100℃下，由于受热膨胀，硅片长度L’为156.004mm，载盘空隙L1’为153.99mm，可见，被遮挡的镀膜面积为156.004-153.99 = 2.014mm，这对器件的性能有至关重要的影响。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于保护负热膨胀系数材料在镀膜载盘上的应用，以有效减少高温制程下的镀膜遮蔽面积，从而提升器件性能。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
本发明首先要保护负热膨胀系数材料的应用，具体为：负热膨胀系数材料在PECVD或PVD镀膜载盘中的应用。
如前所述的负热膨胀系数材料的应用，其中，所述负热膨胀系数材料选自以下材料中的任一种：Y2(WO4)3、Er2(WO4)3、Yb2(WO4)3、Lu2(WO4)3、Sc2(WO4)3、Y2(MoO4)3、Er2(MoO4)3、Yb2(MoO4)3、Lu2(MoO4)3及Sc2(MoO4)3。
上述各负热膨胀材料的制备方法在现有技术中已经有所公布，为了更好地理解和实施本发明，对上述各负热膨胀系数材料的制备方法进行如下简要陈述：
目前最常用的制备负热膨胀系数材料的方法是基于激光应用技术和材料合成技术：该技术的详细方案在公开号为CN100497259的发明专利中进行了公布，以激光束直接加热能够生成负热膨胀系数物质的原料成份，使其在激光熔池中反应并快速凝固。选用CO2气体激光器或Nd:YAG固体激光器，激光波长10.6μm或1.06μm，功率密度0.2-1.5kW/cm2，光束扫描速度0.2-12mm/s，即可合成所需的负膨胀系数材料。
此外，本发明还要保护一种负热膨胀型载盘，其局部或全部由前面所述的负热膨胀系数材料制成。
作为一种实施例，载盘包括框体和设置于框体边缘的托举部，相邻两个托举部之间留有间隙，该结构的载盘适用于自下而上式镀膜。
作为一种优选，所述框体由负热膨胀系数材料制成，所述托举部由铝或不锈钢制成。
作为另一种优选，所述框体上半部由铝或不锈钢制成，所述框体下半部和托举部均由负热膨胀系数材料制成，所述托举部的顶面低于所述框体下半部的顶面。
作为另一种实施例，载盘包括框体和将相邻框体连接的承载部，该结构的载盘适用于自上而下式镀膜。
作为一种优选，所述框体上半部由负热膨胀系数材料制成，所述框体下半部和承载部均由铝或不锈钢制成。
再优选地，所述框体上半部的底部高于所述承载部的顶面。
进一步优选地，前述负热膨胀系数材料与铝或不锈钢通过如下方法实现复合：胶黏法或800-1300℃下高温熔融固态焊接。其中，胶黏法是采用一般市售的耐高温结构胶水(聚氨酯, 环氧等),将负热膨胀系数材料与铝或不锈钢做接合。高温熔融固态焊接制程具体为：先加热铝或不锈钢使材料到达白炽状态，然后加上一片负热膨胀系数材料，之后以槌子反复敲打，使负热膨胀系数材料与铝或不锈钢熔合，焊接成一块。另外，还可以将铝或不锈钢与负热膨胀系数材料在较低温的熔合状况下，让两种材料直接形成共晶结构（eutectic）。
本发明的有益之处在于：鉴于负热膨胀系数材料的特殊性能，制成的负热膨胀型载盘应用在PECVD或PVD镀膜机上进行镀膜时，在高温制程下能够有效减少对硅片的遮蔽面积，从而提升太阳能电池的效率和良率。
附图说明
图1是自下而上式镀膜时载盘与硅片的放置方式示意图；
图2是背景技术中100℃制程下镀膜时载盘和硅片长度变化示意图；
图3是本发明实施例1在200℃制程下镀膜时载盘和硅片长度变化示意图；
图4是本发明实施例2中载盘与硅片的放置方式示意图；
图5是本发明实施例3中载盘与硅片的放置方式示意图；
图6是本发明实施例3在200℃制程下镀膜时载盘形变示意图；
图7是本发明实施例4中载盘与硅片的放置方式示意图；
图8是本发明实施例4在200℃制程下镀膜时载盘形变示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
实施例1
本实施例公布了一种负热膨胀型载盘，全部由负热膨胀系数材料制成，负热膨胀系数材料选自以下材料中的任一种：Y2(WO4)3、Er2(WO4)3、Yb2(WO4)3、Lu2(WO4)3、Sc2(WO4)3、Y2(MoO4)3、Er2(MoO4)3、Yb2(MoO4)3、Lu2(MoO4)3及Sc2(MoO4)3。
经验证，如图3所示，在200℃制程下进行镀膜时，硅片长度L’’为156.004mm，载盘空隙L1’’为154.008mm，可见，被遮挡的镀膜面积为156.004-154.008 =1.996mm，相较于图2的现有技术（不锈钢或铝材制成的载盘）可见，本实施例的载盘能够有效减少镀膜遮蔽面积，从而提高太阳能电池的效率。
实施例2
本实施例的载盘如图4所示，包括框体（深灰色所示）和设置于框体边缘的托举部（浅灰色所示），相邻两个托举部之间留有间隙，该结构的载盘适用于自下而上式镀膜，待镀膜的硅片（灰色薄片所示）位于相邻两个托举部之间。
其中，框体由负热膨胀系数材料制成，托举部由铝或不锈钢制成，框体与托举部的复合方式为：胶黏法或800-1300℃下高温熔融烧结。也就是说，跟硅片接触的地方采用金属材质，非接触的部分采用负膨胀材料，这样的好处有两点：（1）、可有效降低镀膜时的遮蔽面积；（2）、由于铝与不锈钢的导热性好，所以跟硅片接触处采用金属材质可有效降低加热时间。
实施例3
本实施例的载盘如图5所示，其结构与实施例2的载盘相似，也适用于自下而上式镀膜。主要区别在于：本实施例的载盘框体上半部（浅灰色所示）由铝或不锈钢制成，框体下半部（深灰色所示）和托举部（深灰色所示）均由负热膨胀系数材料制成，且托举部的顶面低于所述框体下半部的顶面。
在200℃制程下进行镀膜时，如图6所示，载盘框体的上半部为金属材料，下半部和托局部为负热膨胀系数材料，由于负热膨胀系数材料的收缩力，导致载盘发生如图6所示的变形，该变形可减少硅片（深灰色薄片）镀膜遮蔽面积，从而有效提升太阳能电池效率。
实施例4
本实施例的载盘如图7所示，包括框体和将相邻框体连接的承载部，该结构的载盘适用于自上而下式镀膜，待镀膜的硅片直接放置在承载部上。其中，框体上半部（深灰色所示）由负热膨胀系数材料制成，框体下半部（深灰色下方的浅灰色所示）和承载部（相邻框体之间的浅灰色连接所示）均由铝或不锈钢制成，且框体上半部的底部高于承载部的顶面。
在现有技术中，当镀膜方向为由上向下镀膜时，沉积薄膜时可能会镀到硅片（浅灰色连接上的深灰色薄片）的侧面，或是有绕镀到电池背后的现象发生，因而太阳能电池容易发生上下电极导通的问题，产生漏电流，影响到后续的HJT（异质结太阳能）电池效率。而在本实施例中，载盘采用负热膨胀系数材料与金属材料共同压合，在一般腔体制程温度为200℃的状态下，由于负热膨胀系数材料的收缩力，使得载盘会有如图8所示的微幅变形，可在镀膜前遮蔽硅片的侧面，减少镀膜绕镀与侧镀机会，从而有效提升太阳能电池良率。
综上，实施例1-4均为负热膨胀系数材料在镀膜载盘中的应用，局部或全部由负热膨胀材料制成的负热膨胀型载盘应用在PECVD或PVD镀膜机上进行镀膜时，在高温制程下能够有效减少对硅片的遮蔽面积，从而提升太阳能电池的效率和良率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.负热膨胀系数材料的应用，其特征在于，具体为：负热膨胀系数材料在PECVD或PVD镀膜载盘中的应用。
2.根据权利要求1所述的负热膨胀系数材料的应用，其特征在于，所述负热膨胀系数材料选自以下材料中的任一种：Y2(WO4)3、Er2(WO4)3、Yb2(WO4)3、Lu2(WO4)3、Sc2(WO4)3、Y2(MoO4)3、Er2(MoO4)3、Yb2(MoO4)3、Lu2(MoO4)3及Sc2(MoO4)3。
3.一种负热膨胀型载盘，其特征在于，该载盘局部或全部由权利要求2所述的负热膨胀系数材料制成。
4.根据权利要求3所述的一种负热膨胀型载盘，其特征在于，载盘包括框体和设置于框体边缘的托举部，相邻两个托举部之间留有间隙。
5.根据权利要求4所述的一种负热膨胀型载盘，其特征在于，所述框体由负热膨胀系数材料制成，所述托举部由铝或不锈钢制成。
6.根据权利要求4所述的一种负热膨胀型载盘，其特征在于，所述框体上半部由铝或不锈钢制成，所述框体下半部和托举部均由负热膨胀系数材料制成，所述托举部的顶面低于所述框体下半部的顶面。
7.根据权利要求3所述的一种负热膨胀型载盘，其特征在于，载盘包括框体和将相邻框体连接的承载部。
8.根据权利要求7所述的一种负热膨胀型载盘，其特征在于，所述框体上半部由负热膨胀系数材料制成，所述框体下半部和承载部均由铝或不锈钢制成。
9.根据权利要求8所述的一种负热膨胀型载盘，其特征在于，所述框体上半部的底部高于所述承载部的顶面。
10.根据权利要求5、6、8或9所述的一种负热膨胀型载盘，其特征在于，所述负热膨胀系数材料与铝或不锈钢通过如下方法实现复合：胶黏法或800-1300℃下高温熔融固态焊接。
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