CN112962087A - 一种内置式平板型共轭离子源及真空镀膜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内置式平板型共轭离子源，包括：输气组件和结构相同且成对设置的两个电极组件。输气组件与电极组件连接，电极组件安装在真空腔室内。电极组件包括气体腔和电极柱，电极柱的一端与电源组件连接，另一端与气体腔连接；气体腔底部设有气体喷淋板，气体腔和电极柱的侧部由内向外依次设有绝缘板、屏蔽罩和磁铁。在电源组件的作用下，两个电极组件成为相反电位的共轭放电组件，从两个电极组件的气体喷淋板喷出的工艺气体在真空腔室内实现电离。本发明的离子源具有结构紧凑、放电容易、气体扩散均匀等优点。本发明还公开了包含上述离子源的真空镀膜装置，实现了工件的连续均匀镀膜，提高了镀膜产能且满足了不同厚度的镀膜需求。

Description

一种内置式平板型共轭离子源及真空镀膜装置
技术领域
本发明主要涉及真空镀膜技术领域，尤其涉及一种内置式平板型共轭离子源及真空镀膜装置。
背景技术
随着太阳能电池技术的不断进步，高效太阳能电池应运而生。高效Topcon、异质结电池技术已在如火如荼的研发当中，且已有小规模生产。其中，非晶硅薄膜的制备是关键工艺，但目前受到了制造设备的约束。
现有的Topcon和异质结高效电池中非晶硅薄膜的制备大多是采用平行平板式CVD设备，且是采用大面积平板电极结构，载板采用机械手传递，工艺气体从上电极以喷淋方式送入。现有的制备工艺主要的缺陷在于：首先，采用大面积平板电极，由于驻波效应，整板放电均匀性较难调整，对于大面积平板的平面度、上下电极板间的平行度要求很高，制造成本高；其次，采用机械手传送载板，存在传送和取板两个动作，工作节拍时间长，影响设备产能；第三，大面积电极需要采用大功率电源供电，设备成本高；第四，大面积极板工作时载板需要处于静止状态，极大地限制了设备的产能。
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，提供一种结构紧凑、放电容易且放电稳定性高、镀膜效率高的内置式平板型共轭离子源及真空镀膜装置。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种内置式平板型共轭离子源，包括：用于提供工艺气体的输气组件、以及结构相同且成对设置的两个电极组件，所述输气组件与电极组件连接，电极组件安装在真空腔室内；所述电极组件包括气体腔和电极柱，所述电极柱的一端与电源组件连接，电极柱的另一端与气体腔连接，所述气体腔底部设有气体喷淋板，所述气体腔的侧部和电极柱的侧部由内向外依次设有绝缘板、屏蔽罩和磁场组件；在电源组件的作用下，两个电极组件成为相反电位的共轭放电组件，分别从两个电极组件的气体喷淋板喷出的工艺气体在真空腔室内实现电离。
作为本发明的进一步改进，所述电源组件包括移相同步控制器、电源和匹配器；所述匹配器的一端与电源连接，匹配器的另一端与电极柱连接；两个电极组件的电源通过移相同步控制器进行连接，在移相同步控制器的作用下，两个电极组件的电源交替输出相反电位的电能。
作为本发明的进一步改进，所述电极组件呈长方形结构，且电极组件的长度b远大于电极组件的宽度a。
作为本发明的进一步改进，所述电极组件的长度b与宽度a的比值大于10︰1。
作为本发明的进一步改进，所述输气组件包括气管接头、送气管和三通接头，每个电极组件上均设有送气管，所述送气管上设有气管接头，所述气管接头与气体腔连接；两个电极组件上的送气管通过三通接头进行连通，工艺气体由三通接头进入送气管内；或者，所述输气组件包括气管接头，每个电极组件上均设有气管接头，且多个所述气管接头沿电极组件的长度方向设置，所述气管接头的一端与气体腔连接，气管接头的另一端通过气体管道与相应的工艺气体源连接，实现气体腔的多路进气。
作为本发明的进一步改进，所述气体腔顶部设有密封管，所述电极柱位于密封管内；所述气体腔内部设有气体分配板，所述气体分配板位于气体喷淋板上方。
作为本发明的进一步改进，所述气体喷淋板上均布有多个喷气孔，所述喷气孔两端的孔径大于喷气孔中间的孔径。
作为本发明的进一步改进，所述电极组件与气体喷淋板处于相同电位，且与真空腔室绝缘。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种真空镀膜装置，包括：真空腔室，所述真空腔室的内部设有至少一个离子源，所述离子源下方依次设有移动载板组件和加热组件，所述离子源为上述的内置式平板型共轭离子源。
作为本发明的进一步改进，所述移动载板组件包括载板、滚轮和滚轮驱动件，所述载板上装载镀膜工件，所述滚轮驱动件驱动滚轮转动，并带动载板在滚轮上移动，以实现镀膜工件的移动。
作为本发明的进一步改进，所述载板与电极组件的气体喷淋板相对设置，所述载板的移动方向垂直于电极组件的长度方向。
作为本发明的进一步改进，所述加热组件包括加热器。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明的内置式平板型共轭离子源，通过将电极组件装入真空腔室内，且电极周边用屏蔽罩包裹，只留出带着气体喷淋板的一面用于对准待镀膜工件而不做屏蔽，有效阻止了电极组件对真空腔室放电，只有气体喷淋板与待镀膜工件之间放电而促使工艺气体电离。更为重要的是，两个电极组件成对使用，成对使用的电极组件形成共轭关系，每个电极组件单独用一个电源供电，两个电源通过移相同步控制器进行连接，通过移相同步控制器改变加载在两个电源上的相位移，控制两电极组件之间的放电时序，实现了两个电源交替输出相反电位的电能，大大提高了工艺气体的电离效率，实现了待镀膜工件的稳定镀膜。此外，长方形的电极组件放电容易，且加工精度要求相对较低，有效降低了设备的制造成本。在气体腔中，气体喷淋板采用空心阴极结构，喷气孔采用两侧大孔、中间小孔的结构，使工艺气体扩散更快、更均匀，而且增加了电极组件的表面积，减少了离子轰击对薄膜性能的影响；气体喷淋板上方设置气体分配板，阻挡了送气管集中进气处的快速气流，提高了气体扩散的稳定性。
2.本发明的真空镀膜装置，通过在真空腔室内利用至少一个内置式平板型共轭离子源进行工件镀膜，并通过载板和滚轮的配合，实现了工件的连续均匀镀膜，提高了工件的镀膜质量。此外，工件的镀膜厚度与内置式平板型共轭离子源的数量是呈正比关系的，通过控制真空腔室内的内置式平板型共轭离子源的设置数量即可满足不同厚度的镀膜需求，既简单又高效。更重要的是，通过简单的密封安装和改造即可将本发明的内置式平板型共轭离子源设置在真空腔室内以组成镀膜装置，不仅可以在新的太阳能电池生产设备中使用，也可以在旧设备上进行改造使用，具有广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明带有内置式平板型共轭离子源的真空镀膜装置的结构原理示意图。
图2为图1中A处的结构原理示意图。
图3为本发明内置式平板型共轭离子源的俯视结构原理示意图。
图例说明：
1、真空腔室；2、真空腔盖；3、密封管；4、屏蔽罩；5、绝缘板；6、磁铁；7、硅片；8、载板；9、滚轮；10、喷气孔；11、气体喷淋板；12、气体腔；13、气体分配板；14、移相同步控制器；15、电源；16、匹配器；17、加热器；18、气管接头；19、送气管；20、三通接头；21、螺钉；211、螺纹孔；22、电极柱；221、电极柱安装孔。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例
如图1至图3所示，本发明的内置式平板型共轭离子源，包括：用于提供工艺气体的输气组件、以及结构相同且成对设置的两个电极组件，输气组件分别与两个电极组件连接，两个电极组件上均设有螺纹孔211，通过螺钉21与螺纹孔211的配合，将电极组件安装在真空腔室1内。电极组件包括气体腔12和电极柱22，电极柱22的一端与电源组件连接，电极柱22的另一端通过电极柱安装孔221与气体腔12顶部连接，气体腔12底部设有气体喷淋板11，气体腔12的侧部和电极柱22的侧部由内向外依次设有绝缘板5、屏蔽罩4和磁场组件。通过屏蔽罩4和绝缘板5的隔离作用，以引导电极组件的放电方向为气体喷淋板11方向，避免电极组件侧部放电，提高工艺气体的电离效率。在电源组件的作用下，成对设置的两个电极组件成为相反电位的共轭放电组件，分别从两个电极组件的气体喷淋板11喷出的工艺气体在真空腔室1内实现电离。本实施例中，气体喷淋板11由耐腐蚀的铝合金制成。将一组电极组件设置为共轭放电组件，通过两个电极组件的配合即可实现工艺气体的电离，使得工艺气体的电离更加稳定。
可以理解，本实施例中，磁场组件包括磁铁6，一组磁铁6分别位于气体腔12相对的外侧，且磁铁6的高度和长度与气体腔12的高度和长度相匹配。磁场方向与电场方向垂直，磁铁6在气体喷淋板11下方产生磁场，使原初电子在磁场作用下做螺旋运动，增大与工艺气体的碰撞几率，使工艺气体更容易电离，进而增大工艺气体离化后的等离子体密度。工艺气体离化后的等离子体又会进行再结合以形成新的固态化合物，吸附在工件表面形成薄膜。利用磁场强度提高等离子体浓度，等离子体浓度越高，成膜速率越快。
如图1所示，本实施例中，电源组件包括移相同步控制器14、电源15和匹配器16。匹配器16的一端与电源15连接，匹配器16的另一端与电极柱22连接，两个电极组件的电源15通过移相同步控制器14进行连接，在移相同步控制器14的作用下，两个电极组件的电源15交替输出相反电位的电能。通过移相同步控制器14的控制，两个电极组件交替输出相反电位的电能，使得两个电极组件的气体腔12内交替出现相反电位的粒子，提高工艺气体的电离效率，大大提高了工艺气体的利用率。
如图3所示，本实施例中，电极组件呈长方形结构，且电极组件的长度b远大于电极组件的宽度a。进一步地，电极组件的外部轮廓呈细长的长条形结构，电极组件的长度b与宽度a的比值大于10︰1。长条形结构的电极组件放电比较容易，而且加工制造也比较简单，长条形结构的电极组件所需的电源功率也比较低，能够有效降低设备的制造成本，对于追求低成本的太阳能电池产业而言具有重要的意义。
如图3所示，本实施例中，输气组件包括气管接头18、送气管19和三通接头20。每个电极组件上均设有送气管19，送气管19两端均设有气管接头18，气管接头18与气体腔12连接。通过采用两端进气的方式，提高气体腔12内的气体均匀度。两个电极组件上的送气管19通过三通接头20进行连通，工艺气体由三通接头20进入送气管19内，再分别通过气管接头18进入气体腔12内。利用三通接头20调节进入气体腔内的工艺气体的输送量，以提高工艺气体的利用率。可以理解，本实施例中，送气管19需与电极组件绝缘，根据待镀膜工件的需求，以选择输入相应的工艺气体，如氧气、硅烷、笑气等。
可以理解，本实施例中，输气组件包括气管接头18，每个电极组件上均设有气管接头18，且多个气管接头18沿电极组件的长度方向设置。气管接头18的一端与气体腔12连接，气管接头18的另一端通过气体管道直接与相应的工艺气体源连接，实现气体腔12的多路进气。相应的，气体管道需与电极组件绝缘。通过将多个气管接头18直接与相对应的多个工艺气体源连接，直接通过气体源调节进入气体腔12内的工艺气体量，既可以同时实现不同气体的输入，又可以确保各路进气的独立性和稳定性。
本实施例中，气体腔12顶部设有密封管3，电极柱22位于密封管3内。气体腔12内部设有气体分配板13，气体分配板13位于气体喷淋板11上方。通过气体分配板13对气管接头18送入的工艺气体进行再分配，以减缓气体的流速，提高气体电离的稳定性。
本实施例中，气体喷淋板11上均布有多个喷气孔10。如图2所示，喷气孔10两端的孔径大于喷气孔10中间的孔径。喷气孔10的输出端截面呈梯形结构，梯形的底部d的宽度为5mm，梯形的高度h为3mm。采用圆台形的输出结构，提高了气体喷出的均匀性，也提高了气体电离的稳定性，有利于提高硅片镀膜的品质。
本实施例中，通过将电极组件装入真空腔室1内，且电极组件周边用屏蔽罩包裹，只留出带着气体喷淋板11的一面用于对准硅片而不做屏蔽，有效阻止了电极组件对真空腔室1放电，只有气体喷淋板11与硅片之间放电而促使工艺气体电离。更为重要的是，两个电极组件是成对使用的，成对使用的电极组件形成共轭关系，每个电极组件单独用一个电源15供电，两个电源15通过移相同步控制器14进行连接，通过移相同步控制器14改变加载在两个电源15上的相位移，控制两个电极组件之间的放电时序，实现了两个电源15交替输出相反电位的电能，大大提高了工艺气体的电离效率，实现了待镀膜工件的稳定镀膜。此外，长条状结构的电极组件放电更容易，且加工精度要求相对较低，有效降低了设备的制造成本。在气体腔12中，气体喷淋板11采用空心阴极结构，喷气孔10采用两侧大孔、中间小孔的结构，使工艺气体扩散更快、更均匀，而且增加了电极组件的表面积，减少了离子轰击对薄膜性能的影响；气体喷淋板11上方设置气体分配板13，阻挡了送气管19集中进气处的快速气流，提高了工艺气体扩散的稳定性。
如图1所示，本实施例中，还提供了一种用于硅片镀膜的真空镀膜装置，包括：真空腔室1，真空腔室1的内部设有至少一个离子源，离子源下方依次设有移动载板组件和加热组件，离子源为上述的内置式平板型共轭离子源。通过离子源与载板组件和加热组件的配合，实现硅片7的持续性均匀镀膜。
本实施例中，移动载板组件包括载板8、滚轮9和滚轮驱动件(图中未示出)，载板8上装载硅片7，滚轮驱动件驱动滚轮9转动，并带动载板8在滚轮9上移动，以实现硅片7的移动。可以理解，本实施例中，滚轮驱动件可以采用电机。在其他实施例中，滚轮驱动件也可以采用其他结构的驱动件，只要能够驱动滚轮9匀速转动，实现载板8的匀速移动即可。
本实施例中，载板8与电极组件的气体喷淋板11相对，载板8的移动方向垂直于电极组件的长度方向。载板8带动硅片在真空腔室1内移动的过程中，气体喷淋板11喷出的工艺气体不断在真空腔室1内电离，实现了硅片表面镀膜。若要增加硅片的镀膜厚度，则可以在真空腔室1内并排设置多个内置式平板型共轭离子源，以延长载板8在真空腔室1内的运动时间，即可增加硅片的镀膜时间，增加镀膜的厚度。进一步地，本实施例中，加热组件包括加热器17。通过加热器17对载板8和硅片7进行加热。通过载板8带动硅片7持续移动，内置式平板型共轭离子源持续输出硅片镀膜所需的电离气体，即可源源不断的实现硅片7镀膜，大大提高了硅片7镀膜的产能，更好的满足了太阳能电池发大产能需求。
本实施例中，通过在真空腔室1内利用至少一个内置式平板型共轭离子源进行硅片镀膜，并通过载板8和滚轮9的配合，实现了硅片的连续均匀镀膜，提高了硅片7的镀膜质量。此外，硅片7的镀膜厚度与内置式平板型共轭离子源的数量是呈正比关系的，通过控制真空腔室1内的内置式平板型共轭离子源的设置数量即可满足不同厚度的镀膜需求，既简单又高效。更重要的是，通过简单的密封安装和改造即可将本实施例的内置式平板型共轭离子源设置在真空腔室1内以组成镀膜装置，不仅可以在新的太阳能电池生产设备中使用，也可以在旧设备上进行改造使用，具有广泛的适用性。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和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，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种内置式平板型共轭离子源，其特征在于，包括：用于提供工艺气体的输气组件、以及结构相同且成对设置的两个电极组件，所述输气组件与电极组件连接，电极组件安装在真空腔室(1)内；所述电极组件包括气体腔(12)和电极柱(22)，所述电极柱(22)的一端与电源组件连接，电极柱(22)的另一端与气体腔(12)连接，所述气体腔(12)底部设有气体喷淋板(11)，所述气体腔(12)的侧部和电极柱(22)的侧部由内向外依次设有绝缘板(5)、屏蔽罩(4)和磁场组件；在电源组件的作用下，两个电极组件成为相反电位的共轭放电组件，分别从两个电极组件的气体喷淋板(11)喷出的工艺气体在真空腔室(1)内实现电离。
2.根据权利要求1所述的内置式平板型共轭离子源，其特征在于，所述电源组件包括移相同步控制器(14)、电源(15)和匹配器(16)；所述匹配器(16)的一端与电源(15)连接，匹配器(16)的另一端与电极柱(22)连接；两个电极组件的电源(15)通过移相同步控制器(14)进行连接，在移相同步控制器(14)的作用下，两个电极组件的电源(15)交替输出相反电位的电能。
3.根据权利要求1所述的内置式平板型共轭离子源，其特征在于，所述电极组件呈长方形结构，其长度b大于宽度a。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的内置式平板型共轭离子源，其特征在于，所述输气组件包括气管接头(18)、送气管(19)和三通接头(20)，每个电极组件上均设有送气管(19)，所述送气管(19)上设有气管接头(18)，所述气管接头(18)与气体腔(12)连接；两个电极组件上的送气管(19)通过三通接头(20)进行连通，工艺气体由三通接头(20)进入送气管(19)内；或者，所述输气组件包括气管接头(18)，每个电极组件上均设有气管接头(18)，且多个所述气管接头(18)沿电极组件的长度方向设置，所述气管接头(18)的一端与气体腔(12)连接，气管接头(18)的另一端通过气体管道与相应的工艺气体源连接，实现气体腔(12)的多路进气。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的内置式平板型共轭离子源，其特征在于，所述气体腔(12)顶部设有密封管(3)，所述电极柱(22)位于密封管(3)内；所述气体腔(12)内部设有气体分配板(13)，所述气体分配板(13)位于气体喷淋板(11)上方。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的内置式平板型共轭离子源，其特征在于，所述气体喷淋板(11)上均布有多个喷气孔(10)，所述喷气孔(10)两端的孔径大于喷气孔(10)中间的孔径。
7.一种真空镀膜装置，其特征在于，包括：真空腔室(1)，所述真空腔室(1)的内部设有至少一个离子源，所述离子源下方依次设有移动载板组件和加热组件，所述离子源为权利要求1至6中任意一项所述的内置式平板型共轭离子源。
8.根据权利要求7所述的真空镀膜装置，其特征在于，所述移动载板组件包括载板(8)、滚轮(9)和滚轮驱动件，所述载板(8)上装载镀膜工件，所述滚轮驱动件驱动滚轮(9)转动，并带动载板(8)在滚轮(9)上移动，以实现镀膜工件的移动。
9.根据权利要求8所述的真空镀膜装置，其特征在于，所述载板(8)与电极组件的气体喷淋板(11)相对设置，所述载板(8)的移动方向垂直于电极组件的长度方向。
10.根据权利要求7至9中任意一项所述的真空镀膜装置，其特征在于，所述加热组件包括加热器(17)。
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