CN111041458B - 一种连续式pecvd设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续式PECVD设备，所述包括载料板、进料平台、反应腔体和出料平台，反应腔体包括依次连接的装载腔、预热腔、工艺腔和卸载腔，装载腔的进料口设有第一隔断阀门，预热腔的的进料口设有第二隔断阀门，预热腔与工艺腔相通，工艺腔的出料口设有第三隔断阀门，卸载腔的出料口设有第四隔断阀门，进料平台设于装载腔的进料口，出料平台设于卸载腔的出料口，进料平台、装载腔、预热腔、工艺腔、卸载腔和出料平台上均设有用于传输载料板的传输机构，载料板用于承载石墨舟，预热腔和工艺腔均设有加热装置，工艺腔连有进气系统。本发明具有缩短了工艺时间、大幅提升了设备产能的优点。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制备设备，尤其涉及一种连续式PECVD设备。
背景技术
光伏发电系统是一种利用太阳能电池半导体材料的“光伏效应”将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统。太阳能电池，又称光伏电池，是光伏发电系统中最核心的器件。目前，光伏电池的制备流程中通常会在其背面沉积钝化膜(AlOx膜)和覆盖层(SiONx、SiNx、SiOx膜中的一种或多种的组合)，正面沉积减反射钝化膜(SiONx、SiNx膜中的一种或两种的组合)。
PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)是等离子增强化学气相技术的简称，是目前制备AlOx、SiONx、SiNx钝化膜的一种主要技术。它是利用辉光放电等离子体使SiH4等气源分子分解，从而实现钝化膜的制备。其原理是：反应气体中的电子在外电场中加速获得能量与反应气体发生初级反应，使得气体分子电离分解，从而形成等离子体。等离子体中大量的化学活性的离子、中性原子和分子生成物向薄膜生长表面输运，同时互相之间发生次级反应。到达薄膜生长表面的各种初级反应产物和次级反应产物被衬底吸附，并与表面发生反应，同时其他产物释放出去，最终形成薄膜。
现有的PECVD设备主要有板式PECVD和管式PECVD。板式PECVD是将硅片放置在一个石墨框或碳纤维支架上，放入一个金属的沉积腔室中，腔室中有平板型的电极，与支架形成一个放电回路。管式PECVD是将一个可以放置多片硅片的石墨舟送入石英管腔体中，石英管中的电极杆插入石墨舟的电极孔，与石墨舟形成一个放电回路。
对现有的管式PECVD设备兼容大尺寸硅片生产线会有如下缺点：
(1)产能降低。现有管式PECVD设备兼容大尺寸硅片生产线会大幅牺牲产能，而在现有设备结构上升级炉管直径和长度方向尺寸会增加制造难度和经济成本；
(2)镀膜质量降低。现有管式PECVD设备采用炉口环形进气方式，大尺寸硅片镀膜的均匀性问题将更加严重。
因此，推出适应大尺寸硅片镀膜的连续式管式PECVD设备至关重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种缩短了工艺时间、大幅提升了设备产能的连续式PECVD设备。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种连续式PECVD设备，所述包括载料板、进料平台、反应腔体和出料平台，所述反应腔体包括依次连接的装载腔、预热腔、工艺腔和卸载腔，所述装载腔的进料口设有第一隔断阀门，所述预热腔的的进料口设有第二隔断阀门，所述预热腔与工艺腔相通，所述工艺腔的出料口设有第三隔断阀门，所述卸载腔的出料口设有第四隔断阀门，所述进料平台设于装载腔的进料口，所述出料平台设于卸载腔的出料口，所述进料平台、装载腔、预热腔、工艺腔、卸载腔和出料平台上均设有用于传输载料板的传输机构，所述载料板用于承载石墨舟，所述预热腔和工艺腔均设有加热装置，所述工艺腔连有进气系统。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述加热装置为板式加热器，所述板式加热器包括安装板和呈S形铺设于安装板上的铠装加热丝，所述铠装加热丝包括金属保护管、内套于金属保护管内的发热体和设于金属保护管与发热体之间的绝缘层。
所述安装板上设有多段铠装加热丝，各段铠装加热丝首尾相邻，每段铠装加热丝由一根铠装加热丝呈S形铺设于安装板上。
所述预热腔和工艺腔的顶壁与底壁均设有板式加热器，沿着进料方向，所述板式加热器的长度大于载料板的长度。
所述工艺腔的一侧设有电极组件，所述电极组件包括电极杆、直线导轨、波纹管和电极驱动元件，所述直线导轨固定设置，所述电极杆可移动的设于直线导轨上，所述电极驱动元件与电极杆连接用于驱动电极杆在直线导轨上往复移动，所述电极杆一端与射频电源连接，另一端穿过工艺腔与石墨舟的电极孔相连，所述波纹管套在电极杆上并与工艺腔抵接。
所述工艺腔的进气系统包括进气管、喷淋管和均流板，所述进气管设于工艺腔的一侧，所述均流板位于工艺腔内，所述喷淋管朝向均流板，所述进气管穿过工艺腔与喷淋管连接，所述喷淋管设有多个喷气孔，所述均流板上设有多个均流孔，所述工艺腔远离进气管的一侧设有抽气管，所述抽气管连有真空抽气系统。
所述装载腔与卸载腔共用一套真空抽气系统，所述工艺腔单独设有一套进气系统，所述预热腔与工艺腔共用一套真空抽气系统，所述卸载腔单独设有一套进气系统。
所述传输机构包括驱动电机和多个辊轴，所述载料板支撑于多个辊轴上，所述驱动电机与其中一个辊轴连接，其余辊轴通过皮带传动机构与连接驱动电机的辊轴连接。
所述反应腔体包括至少一层，所述进料平台和出料平台均为可升降机构。
一种连续式PECVD设备，所述包括载料板、进料平台、反应腔体和出料平台，所述反应腔体包括依次连接的装载腔、卸载腔和至少两组预热工艺腔，每组预热工艺腔包括一个预热腔与一个工艺腔，且预热腔在工艺腔的上游端，各组预热工艺腔依次布置，所述装载腔与最上游的预热腔对接，所述卸载腔与最下游的工艺腔对接，所述进料平台设于装载腔的进料口，所述出料平台设于卸载腔的出料口，所述装载腔的进料口设有第一隔断阀门，与装载腔相邻的预热腔的进料口设有第二隔断阀门，与卸载腔相邻的工艺腔的出料口设有第三隔断阀门，所述卸载腔的出料口设有第四隔断阀门，前后两组预热工艺腔之间设有内部隔断阀，每组预热工艺腔中的预热腔与工艺腔相通，所述进料平台、装载腔、预热腔、工艺腔、卸载腔和出料平台上均设有用于传输载料板的传输机构，所述载料板用于承载石墨舟，所述预热腔和工艺腔均设有加热装置，所述工艺腔连有进气系统。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的连续式PECVD设备，将现有管式PECVD设备结构设计成多腔室连续式PECVD结构，设备结构有了实质性变更，但继续沿用管式PECVD设备的特点，以石墨舟8为载具，多腔体连续式PECVD设备结构缩短了工艺时间，大幅提升了设备产能，将原有管式PECVD设备的一个石英管腔体拆分为装载腔、预热腔、工艺腔、卸载腔的多腔室结构后，第一组硅片在做镀膜工艺的同时，第二组硅片进行升温工序，相当于工艺时间缩短一半，载料板可以放置一个石墨舟也可以放置多个石墨舟，生产率大大提高。
(2)本发明的连续式PECVD设备，根据需求和场地条件该设备可装配成多管结构，不增加设备占地面积的同时大幅提升单台设备产能，与板式PECVD设备相比，镀膜质量和产能均衡的情况下，成本低30-50％。
附图说明
图1是本发明实施例1的主视结构示意图。
图2是图1中的A-A视图。
图3是图2中的B-B视图。
图4是本发明实施例1中铠装加热丝的结构示意图。
图5是本发明实施例1中传输机构的结构示意图。
图6是本发明实施例2的主视结构示意图。
图7是本发明实施例3的主视结构示意图。
图中各标号表示：
1、载料板；2、进料平台；3、反应腔体；301、第一隔断阀门；302、的进料口设有第二隔断阀门；303、第三隔断阀门；304、第四隔断阀门；305、内部隔断阀；31、装载腔；32、预热腔；33、工艺腔；34、卸载腔；4、出料平台；5、传输机构；51、驱动电机；52、辊轴；53、皮带传动机构；6、板式加热器；61、安装板；62、铠装加热丝；621、金属保护管；622、绝缘层；623、发热体；7、电极组件；71、电极杆；72、直线导轨；73、波纹管；74、电极驱动元件；8、石墨舟；91、进气管；92、喷淋管；93、均流板；94、抽气管。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1至图5所示，本实施例的连续式PECVD设备，包括载料板1、进料平台2、反应腔体3和出料平台4，反应腔体3包括依次连接的装载腔31、预热腔32、工艺腔33和卸载腔34，装载腔31的进料口设有第一隔断阀门301，预热腔32的的进料口设有第二隔断阀门302，预热腔32与工艺腔33相通，工艺腔33的出料口设有第三隔断阀门303，卸载腔34的出料口设有第四隔断阀门304，进料平台2设于装载腔31的进料口，出料平台4设于卸载腔34的出料口，进料平台2、装载腔31、预热腔32、工艺腔33、卸载腔34和出料平台4上均设有用于传输载料板1的传输机构5，载料板1用于承载石墨舟8，预热腔32和工艺腔33均设有加热装置，工艺腔33连有进气系统。
载料板1上放置满片的石墨舟8，将载料板1运输至进料平台2，由进料平台2上的传输机构5送至装载腔31内，经过装载腔31之后达到预热腔32，再到工艺腔33内进行反应镀膜，镀膜结束后传输至卸载腔34，最后传输至出料平台4，由出料平台4上的传输机构5送至下一个工艺。该新的连续式PECVD设备，将现有管式PECVD设备结构设计成多腔室连续式PECVD结构，设备结构有了实质性变更，但继续沿用管式PECVD设备的特点：以石墨舟8为载具，多腔体连续式PECVD设备结构缩短了工艺时间，大幅提升了设备产能。将原有管式PECVD设备的一个石英管腔体拆分为装载腔31、预热腔32、工艺腔33、卸载腔34的多腔室结构后，第一组硅片在做镀膜工艺的同时，第二组硅片进行升温工序，相当于工艺时间缩短一半。载料板1可以放置一个石墨舟8也可以放置多个石墨舟8，生产率大大提高。
本实施例中，加热装置为板式加热器6，板式加热器6包括安装板61和呈S形铺设于安装板61上的铠装加热丝62，铠装加热丝62包括金属保护管621、内套于金属保护管621内的发热体623和设于金属保护管621与发热体623之间的绝缘层622。铠装加热丝62经过高密度压缩而成，具有耐压、抗震、可挠、节能、高不渗透、耐辐射、防爆、安全可靠、安装方便、机械强度高、使用寿命长等优点。为了保证运行方向石墨舟8加热的温度均匀性，每个板式加热器6分为六个区域分别进行温度控制，因此安装板61上设有六段铠装加热丝62，各段铠装加热丝62首尾相邻，每段铠装加热丝62由一根铠装加热丝62呈S形铺设于安装板61上，每段铠装加热丝62连接单独的加热源，进行单独的控温。预热腔32和工艺腔33的顶壁与底壁均设有板式加热器6，两侧也设有板式加热器6(如图2所示)，沿着进料方向，板式加热器6的长度大于载料板1的长度优选的，加热区域长度(板式加热器6)尺寸大于石墨舟8区域500～1000mm。需要说明的是，在其他实施例中，也可以是红外加热方式或其它加热方式。
本实施例中，工艺腔33的一侧设有电极组件7，电极组件7包括电极杆71、直线导轨72、波纹管73和电极驱动元件74，直线导轨72固定设置，电极杆71可移动的设于直线导轨72上，电极驱动元件74与电极杆71连接用于驱动电极杆71在直线导轨72上往复移动，电极杆71一端与射频电源连接，另一端穿过工艺腔33与石墨舟8的电极孔相连，波纹管73套在电极杆71上并与工艺腔33抵接，实现电极杆71与工艺腔33之间的密封。石墨舟在进入工艺腔33之间，电极杆71位于工艺腔33内的部分距离石墨舟具有一定间隙，防止对石墨舟的移动造成干扰，让石墨舟8运动至工艺腔33内指定位置之后，电极驱动元件74带动电极杆71向内移动，插入石墨舟8的电极孔，电极杆71连通石墨舟8后形成一个放电回路。电极驱动元件74优选为驱动气缸。
本实施例中，工艺腔33的进气系统包括进气管91、喷淋管92和均流板93，进气管91设于工艺腔33的一侧，均流板93位于工艺腔33内，喷淋管92朝向均流板93，进气管91穿过工艺腔33与喷淋管92连接，喷淋管92设有多个喷气孔，均流板93上设有多个均流孔，工艺腔33远离进气管91的一侧设有抽气管94，抽气管94连有真空抽气系统。喷淋管19的设置是为保证进入腔体的工艺气体充分混合均匀，设置均流板93是为了使腔室内的气场更加均匀和稳定，喷淋管19与均流板93的结合，气场均匀性和稳定性大幅提升，有利于硅片镀膜质量提升。
本实施例以载料板1上设有两个石墨舟8为例。工艺腔33内对应每个石墨舟8设有一套进气管91、喷淋管92和均流板93，对应每个石墨舟8设有两个抽气管94，对应每个石墨舟8设有一组电极组件7。每个石墨舟8的两个抽气管94共用一套真空抽气系统。
本实施例中，装载腔2和卸载腔8在一个工艺流程中不同时工作，二者共用一套真空抽气系统，对装载腔2和卸载腔8进行抽真空，工艺腔33单独设有一套进气系统，向工艺腔33内送入工艺气体，预热腔4和工艺腔6中间无需用隔断阀隔开可共用一套真空抽气系统，抽出两个腔内的废气。卸载腔34单独设有一套进气系统，向卸载腔34通入氮气或其它惰性气体，释放卸载腔34的压力。
本实施例中，传输机构5包括驱动电机51和多个辊轴52，载料板1支撑于多个辊轴52上，驱动电机51与其中一个辊轴52连接，其余辊轴52通过皮带传动机构53与连接驱动电机51的辊轴52连接，实现各个辊轴52同步运动。
工作原理：
S1、插满硅片的石墨舟8置于在载料板1上，工艺开始时，第一隔断阀门301打开，进料平台2上的石墨舟8及载料板1通过传输机构5，缓慢传递至装载腔31，第一隔断阀门301关闭，装载腔31抽真空；
S2、待装载腔31与预热腔32压力平衡后，第二隔断阀门302打开，石墨舟8及载料板1由装载腔31内的传输机构5传输到预热腔32，预热腔32的温度按工艺需要设定相应值，待石墨舟8上的硅片温度恒定到工艺所需温度时，石墨舟8及载料板1由预热腔32内的传输机构5传输进入工艺腔33；
S3、石墨舟8及载料板1传输到工艺腔33后，通入所需工艺气体，插入电极杆71，待压力恒定后，开启射频电源，根据所需膜层厚度设定放电时间，完成镀膜后，第三隔断阀门303打开，石墨舟8及载料板1由工艺腔33内的传输机构5传输到卸载腔34；
S4、墨舟8及载料板1传输到卸载腔34后，关闭第三隔断阀门303，通入氮气或其它惰性气体，待卸载腔34压力上升到常压后，打开第四隔断阀门304，石墨舟8及载料板1由卸载腔34内的传输机构5传输至出料平台4上，通过出料平台4上的传输机构流转到下一工序。
其中，预热腔32将石墨舟8上的硅片升温至工艺所需温度的同时，工艺腔33可以对另一组石墨舟8上的硅片进行镀膜工艺，不仅实现连续生产，而且大大缩短了工艺时间，产能大幅上升。进料平台2和出料平台4可设计成升降的平台，便于进出料以及输送，图1中示意的墨舟8及载料板1在设备下方传输(现有结构中因石墨舟8尺寸较高实际应用中位于设备一侧传输)。
实施例2
如图6所示，本实施例的连续式PECVD设备与实施例1的区别在于：
本实施例中，反应腔体3包括多层，具体以三层为例，进料平台2和出料平台4均为可升降机构。进料平台2通过升降实现与不同高度的三个装载腔31对接，同理，出料平台4通过升降实现与不同高度的三个卸载腔34对接。
该实施例的连续式PECVD根据需求和场地条件该设备可装配成多管结构，不增加设备占地面积的同时大幅提升单台设备产能，与板式PECVD设备相比，镀膜质量和产能均衡的情况下，成本低30-50％。
实施例3
如图7所示，本实施例的连续式PECVD设备与实施例1的区别在于：
本实施例的连续式PECVD设备，反应腔体3包括依次连接的装载腔31、卸载腔34和至少两组预热工艺腔。预热工艺腔以两组为例，每组预热工艺腔包括一个预热腔32与一个工艺腔33，且预热腔32在工艺腔33的上游端，各组预热工艺腔依次布置，装载腔31与最上游的预热腔32对接，卸载腔34与最下游的工艺腔33对接，进料平台2设于装载腔31的进料口，出料平台4设于卸载腔34的出料口，装载腔31的进料口设有第一隔断阀门301，与装载腔31相邻的预热腔32的进料口设有第二隔断阀门302，与卸载腔34相邻的工艺腔33的出料口设有第三隔断阀门303，卸载腔34的出料口设有第四隔断阀门304，前后两组预热工艺腔之间设有内部隔断阀305，每组预热工艺腔中的预热腔32与工艺腔33相通。
通过两组预热工艺腔可实现叠层膜工艺，如AlOx与SiNx的叠层膜或AlOx、SiON、SiNx的叠层膜。
需要说明的是本发明的连续式PECVD设备各腔体的组合形式不限于次可以根据实际需求进行拼接和组合。本发明的石墨舟的结构形式不限于卧式石墨舟，也可以选用立式结构的石墨舟完成工艺镀膜，立式结构的石墨舟载具更有利于自动插取片机械手，能有效降低碎片率、提升电池片良率。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种连续式PECVD设备，其特征在于：包括载料板(1)、进料平台(2)、反应腔体(3)和出料平台(4)，所述反应腔体(3)包括依次连接的装载腔(31)、预热腔(32)、工艺腔(33)和卸载腔(34)，所述装载腔(31)的进料口设有第一隔断阀门(301)，所述预热腔(32)的进料口设有第二隔断阀门(302)，所述预热腔(32)与工艺腔(33)相通，所述工艺腔(33)的出料口设有第三隔断阀门(303)，所述卸载腔(34)的出料口设有第四隔断阀门(304)，所述进料平台(2)设于装载腔(31)的进料口，所述出料平台(4)设于卸载腔(34)的出料口，所述进料平台(2)、装载腔(31)、预热腔(32)、工艺腔(33)、卸载腔(34)和出料平台(4)上均设有用于传输载料板(1)的传输机构(5)，所述载料板(1)用于承载石墨舟(8)，所述预热腔(32)和工艺腔(33)均设有加热装置，所述工艺腔(33)连有进气系统，所述加热装置为板式加热器(6)，所述板式加热器(6)包括安装板(61)和呈S形铺设于安装板(61)上的铠装加热丝(62)，所述铠装加热丝(62)包括金属保护管(621)、内套于金属保护管(621)内的发热体(623)和设于金属保护管(621)与发热体(623)之间的绝缘层(622)，所述预热腔(32)和工艺腔(33)的顶壁与底壁均设有板式加热器(6)，沿着进料方向，所述板式加热器(6)的长度大于载料板(1)的长度。
2.根据权利要求1所述的连续式PECVD设备，其特征在于：所述安装板(61)上设有多段铠装加热丝(62)，各段铠装加热丝(62)首尾相邻，每段铠装加热丝(62)由一根铠装加热丝(62)呈S形铺设于安装板(61)上。
3.根据权利要求1或2所述的连续式PECVD设备，其特征在于：所述工艺腔(33)的一侧设有电极组件(7)，所述电极组件(7)包括电极杆(71)、直线导轨(72)、波纹管(73)和电极驱动元件(74)，所述直线导轨(72)固定设置，所述电极杆(71)可移动的设于直线导轨(72)上，所述电极驱动元件(74)与电极杆(71)连接用于驱动电极杆(71)在直线导轨(72)上往复移动，所述电极杆(71)一端与射频电源连接，另一端穿过工艺腔(33)与石墨舟(8)的电极孔相连，所述波纹管(73)套在电极杆(71)上并与工艺腔(33)抵接。
4.根据权利要求1或2所述的连续式PECVD设备，其特征在于：所述工艺腔(33)的进气系统包括进气管(91)、喷淋管(92)和均流板(93)，所述进气管(91)设于工艺腔(33)的一侧，所述均流板(93)位于工艺腔(33)内，所述喷淋管(92)朝向均流板(93)，所述进气管(91)穿过工艺腔(33)与喷淋管(92)连接，所述喷淋管(92)设有多个喷气孔，所述均流板(93)上设有多个均流孔，所述工艺腔(33)远离进气管(91)的一侧设有抽气管(94)，所述抽气管(94)连有真空抽气系统。
5.根据权利要求4所述的连续式PECVD设备，其特征在于：所述装载腔(31)与卸载腔(34)共用一套真空抽气系统，所述工艺腔(33)单独设有一套进气系统，所述预热腔(32)与工艺腔(33)共用一套真空抽气系统，所述卸载腔(34)单独设有一套进气系统。
6.根据权利要求1或2所述的连续式PECVD设备，其特征在于：所述传输机构(5)包括驱动电机(51)和多个辊轴(52)，所述载料板(1)支撑于多个辊轴(52)上，所述驱动电机(51)与其中一个辊轴(52)连接，其余辊轴(52)通过皮带传动机构(53)与连接驱动电机(51)的辊轴(52)连接。
7.根据权利要求1或2所述的连续式PECVD设备，其特征在于：所述反应腔体(3)包括至少一层，所述进料平台(2)和出料平台(4)均为可升降机构。
8.一种连续式PECVD设备，其特征在于：包括载料板(1)、进料平台(2)、反应腔体(3)和出料平台(4)，所述反应腔体(3)包括依次连接的装载腔(31)、卸载腔(34)和至少两组预热工艺腔，每组预热工艺腔包括一个预热腔(32)与一个工艺腔(33)，且预热腔(32)在工艺腔(33)的上游端，各组预热工艺腔依次布置，所述装载腔(31)与最上游的预热腔(32)对接，所述卸载腔(34)与最下游的工艺腔(33)对接，所述进料平台(2)设于装载腔(31)的进料口，所述出料平台(4)设于卸载腔(34)的出料口，所述装载腔(31)的进料口设有第一隔断阀门(301)，与装载腔(31)相邻的预热腔(32)的进料口设有第二隔断阀门(302)，与卸载腔(34)相邻的工艺腔(33)的出料口设有第三隔断阀门(303)，所述卸载腔(34)的出料口设有第四隔断阀门(304)，前后两组预热工艺腔之间设有内部隔断阀(305)，每组预热工艺腔中的预热腔(32)与工艺腔(33)相通，所述进料平台(2)、装载腔(31)、预热腔(32)、工艺腔(33)、卸载腔(34)和出料平台(4)上均设有用于传输载料板(1)的传输机构(5)，所述载料板(1)用于承载石墨舟(8)，所述预热腔(32)和工艺腔(33)均设有加热装置，所述工艺腔(33)连有进气系统。
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