CN115287633B - 热丝化学气相沉积设备、硅基薄膜沉积方法及太阳能电池 - Google Patents

热丝化学气相沉积设备、硅基薄膜沉积方法及太阳能电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种热丝化学气相沉积设备、硅基薄膜沉积方法及太阳能电池，涉及太阳能电池加工技术领域。以解决PECVD方法存在的能耗高、工艺气体利用率低以及成膜均匀性差的问题，同时还解决卧式HWCVD设备存在的结构复杂以及热丝下垂的问题。上述热丝化学气相沉积设备包括供气装置、真空腔、布气板、绝缘承托件、热丝、接线柱、电源和载板。热丝具有相对的第一端和第二端，第一端和第二端均与水平设置的接线柱电连接。每一接线柱与热丝连接的一端均能够向热丝提供弹性拉力，以使热丝受热形变时拉紧热丝，此时，热丝始终处于水平状态。

Description

热丝化学气相沉积设备、硅基薄膜沉积方法及太阳能电池
技术领域
本发明涉及太阳能电池加工技术领域，尤其涉及一种热丝化学气相沉积设备、硅基薄膜沉积方法及太阳能电池。
背景技术
在太阳能电池制造工艺过程中，一般使用等离子体增强化学气相沉积方法(Plasma enhanced chemical vapor deposition，简称为PECVD)或热丝化学气相沉积方法(Hot wire chemical vapor deposition，简称为HWCVD)。具体的，可以在制绒清洗后使用HWCVD方法在硅片表面沉积形成硅基薄膜，或者使用HWCVD方法形成掺杂硅基薄膜。
其中，PECVD是通过射频电源提供能量来分解工艺气体后形成等离子体，然后在硅片表面成膜。在上述过程中对一些键能较大的气体分子的解离效率较低，如氢气、甲烷等，因此在制备光电性能优异的微晶硅薄膜时需要超高的电源功率和消耗大量的氢气，此时，存在对工艺气体的利用率低、成本高且均匀性较差等问题。
而HWCVD是通过热丝高温催化分解工艺气体以在硅片表面成膜，对大部分气体的分解效率较高，有效的解决了PECVD存在的工艺气体消耗量大的问题。但是，由于HWCVD反应过程中热丝温度高达1800-2300℃，因此，热丝极易软化，又由于重力作用会导致热丝形变下垂，所以传统的HWCVD设备一般为立式结构，即热丝竖直安装。但是，这种结构需要磁性卡扣或者盖板对衬底进行竖直固定，这导致衬底不可避免的被遮挡，而被遮挡部分则无法镀膜。
为了解决立式结构的HWCVD设备存在的问题，现有技术还提供一种卧式结构的HWCVD设备，即热丝水平安装，此时，衬底可以水平放置在承载台上。基于此，可以有效的解决因遮挡而无法镀膜的问题。但是，现有卧式结构的HWCVD设备存在结构复杂以及热丝受热下垂的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热丝化学气相沉积设备、硅基薄膜沉积方法及太阳能电池，以解决PECVD方法存在的能耗高、工艺气体利用率低以及成膜均匀性差的问题，同时还解决卧式结构的HWCVD设备存在的结构复杂以及热丝下垂的问题。
第一方面，本发明提供一种热丝化学气相沉积设备，包括供气装置、真空腔、布气板、绝缘承托件、热丝、接线柱、电源和载板。其中，真空腔具有进气口和排气口，供气装置通过进气口向真空腔内供应反应气体，尾气通过排气口排出真空腔。布气板水平容置在真空腔内，且紧固设置在靠近真空腔顶部的位置。布气板上具有布气区域和安装区域，在布气区域开设布气通孔，进入真空腔后的反应气体通过布气通孔向真空腔的下部区域喷淋。安装区域由多排安装部构成。每一排安装部均间隔设置有多个绝缘承托件，位于同一排的多个绝缘承托件共同承载在水平方向延伸的热丝。热丝具有相对的第一端和第二端，第一端和第二端均与水平设置的接线柱电连接。每一接线柱与热丝连接的一端均能够向热丝提供弹性拉力，以使热丝受热形变时拉紧热丝，此时，热丝始终处于水平状态。多排热丝经导线串接后与电源连接。载板水平放置在真空腔且位于热丝的下方，用于承载硅片。
与现有技术相比，本发明提供的热丝气相沉积设备在实际应用中，相对于等离子体增强化学气相沉积方法，由于上述设备是通过热丝高温催化分解反应气体在硅片表面成膜，因此对于大部分反应气体的分解效率较PECVD高很多，基于此，可以有效的解决反应气体消耗量大以及分解效率低的问题。又由于本发明提供的热丝气相沉积设备为卧式结构，相对于立式结构，在不需要利用如磁性卡扣或盖板对硅片进行竖直固定的情况下，可以完全解决因遮挡而无法镀膜的问题。更为重要的是，一方面，当水平铺设的热丝因高温形变而出现下垂趋势或下垂时，对应每一根热丝而设置的多个绝缘承托件可以为热丝提供向上的支撑力，基于此，可以有效的降低热丝下垂的风险。第二方面，当水平铺设的热丝因高温形变而出现下垂趋势或下垂时，对应每一根热丝所具有的第一端和第二端分别设置的接线柱，可以根据热丝下垂的幅度适应性的提供弹性拉力。基于此，可以确保热丝始终处于水平状态。始终处于水平状态的热丝与放置在载板上的硅片的距离始终保持不变，基于此，可以确保成膜厚度的一致性，从而提高最终形成的太阳能电池的品质。
除此之外，在布气板上设置安装区域，然后再利用安装区域上设置的多排安装部以及间隔设置在安装部上的多个绝缘承托件将热丝与布气板直接连接在一起。也就是说，布气板不仅具有向硅片表面喷淋反应气体的作用，还具有承载热丝的作用，即布气板与热丝整体上形成“一体式结构”，在简化热丝化学气相沉积设备的情况下，降低成本。
作为一种可能的实现方式，每一排安装部均包括多个间隔开设的第一安装孔。基于此，可以将绝缘承托件插入并固定在第一安装孔内，以实现热丝的水平吊装。具有结构简单且安装方便的优点。
作为一种可能的实现方式，每一排安装部均为自排头至排尾贯通的安装凹槽。基于此，可以根据实际需求(实际呈阵列式分布的硅片之间的间距)在安装凹槽内调整绝缘承托件的位置(即调整相邻两个绝缘承托件之间的间距)，以适应不同规格(或具有不同间距)的硅片对于绝缘承托件位置的不同需求。换言之，可以扩大本发明提供的热丝化学气相沉积设备的适用范围。
作为一种可能的实现方式，当载板上水平放置多个呈阵列分布的硅片时，每一排硅片的上方对应一排安装部。此时，位于同一排的任意两个相邻的硅片之间均具有间隙，每一间隙的上方对应设置一个绝缘承托件。
采用上述技术方案的情况下，绝缘承托件位于任意两个相邻的硅片之间所具有的间隙上方，此时，绝缘承托件不会对硅片的成膜区域造成遮挡，基于此，可以有效的避免因硅片成膜区域被遮挡而无法成膜或成膜不均的问题。
作为一种可能的实现方式，绝缘承托件为保持杆，保持杆包括连接段以及与连接段连接在一起的承载段。组装状态下，连接段与安装部紧固连接，承载段悬空。沿热丝的长度延伸方向贯穿承载段开设承载孔。位于同一排的承载段上的承载孔的孔径相等且中心轴线共线。位于不同排的承载孔的孔径相等且中心轴线共面。
如此设置，当多根热丝装配完成后，多根热丝共面，且每一根热丝与放置在载板上的硅片之间所具有的垂直距离相等。基于此，在一个成膜周期内，并且当布气板向不同的硅片表面喷淋的反应气体浓度以及供气速度基本一致的情况下，不同硅片上的成膜厚度可以基本保持一致。基于此，在提高硅片成膜品质的情况下，进一步的优化太阳能电池的品质。
作为一种可能的实现方式，所述热丝具有直径R1，所述承载孔具有直径R2，2R1≤R2≤5R1。
采用上述技术方案的情况下，由于热丝的直径小于承载孔的孔径，在装配过程中，热丝比较容易插入至装配孔内，基于此，可以提高装配的效率。在装配完成后，即当热丝穿过承载孔且由承载孔的孔壁承托时，热丝与承载孔的接触面积相对较小。换言之，承载孔的孔壁覆盖热丝的区域相对较小，此时，热丝与承载孔接触的丝段具有较大的热传导通道。基于此，同一根热丝的各个丝段(整体上可以划分为与承载孔接触的接触段以及位于相邻两个承载孔之间、热丝相对的第一端和第二端的悬空段)辐射至硅片上的温度基本一致，如此，可以使得同一硅片的每个区域形成厚度一致的薄膜。
作为一种可能的实现方式，每一根热丝的中心轴线均与设置在热丝两端的接线柱的中心轴线共线。如此设置，当热丝因高温形变而具有下垂趋势或下垂时，分别配置在热丝第一端和第二端的接线柱向热丝两端提供的相对的弹性拉力基本上与热丝的中心轴线共线。换言之，弹性拉力在热丝长度的延展方向上无其他方向的分力，即接线柱向热丝两端提供的弹性拉力基本上可以完全用于热丝长度的延展。此时，在实现具有下垂趋势或下垂热丝快速拉直的情况下，可以使得热丝在使用过程中始终呈水平的状态。
作为一种可能的实现方式，热丝化学气相沉积设备还包括两个承载架，两个承载架沿热丝的延伸方向间隔布置在布气板的两侧。每一承载架上沿与热丝延伸方向相垂直的方向均间隔开设第二安装孔。接线柱以过渡或过盈配合的方式装配在第二安装孔内，此时，每一接线柱与与其装配在一起的第二安装孔的中心轴线共线。
作为一种可能的实现方式，每一接线柱均包括固定栓、第一接线端子、弹性件和第二接线端子，固定栓具有相对的第一端和第二端，自第一端的端面向靠近第二端的方向开设第一容纳槽，自第二端的端面向靠近第一端的方向开设第二容纳槽。第一接线端子可拆卸的紧固在第一容纳槽内，第一接线端子用于连接导线或电源。弹性件容置在第二容纳槽内，且弹性件的一端紧固连接在第二容纳槽所具有的槽底，另一端悬空。第二接线端子的至少一部分容置在第二容纳槽内，且第二接线端子的一端与弹性件的悬空端紧固连接，另一端与热丝连接。弹性件为第二接线端子提供弹性拉力，当热丝向外拉动第二接线端子时，弹性件向第二接线端子施加弹性拉力以向靠近第二容纳槽槽底的方向拉动热丝。
采用上述技术方案的情况下，由固定栓、第一接线端子、弹性件和第二接线端子组成接线柱，具有结构简单且紧凑的特点。在实际应用中，当热丝高温形变而有下垂的趋势时，具有下垂趋势的热丝会向弹性件施加向外的拉力，而由于弹性件具有回弹的属性，因此，在弹性件所具有的回弹力大于热丝施加在弹性件上的拉力的情况下，具有下垂趋势的热丝被弹性件再次拉至呈水平状态。而且，在回弹力(即上述定义的弹性拉力)的作用下，第二接线端子在第二容纳槽内向靠近槽底的方向移动，即初始装配在第二容纳槽内的第二接线端子的移动方向被限定为与热丝的延长方向一致。基于此，当热丝高温形变且具有下垂趋势(此时，并没有真正下垂)时，即可在弹性件回弹力的作用下及时拉平热丝。此时，可以确保热丝在使用过程中始终处于水平状态，而并不是在某一短暂的时刻处于下垂状态，而后被拉至成水平状态。
作为一种可能的实现方式，固定栓包括导电固定栓本体以及设置在导电固定栓本体外表面的绝缘层。第一容纳槽和第二容纳槽开设在导电固定栓本体上。
作为一种可能的实现方式，自第二接线端子远离弹性件的一端端面向与其相对的一面开设接线槽，组装状态下，热丝插接在接线槽内。每一接线柱还包括锁紧件，锁紧件自固定栓的径向插入并压至在位于接线槽内的热丝上。
采用上述技术方案的情况下，在装配过程中，可以将热丝插入接线槽内，然后再利用锁紧件将热丝锁紧在接线槽内，具有装配方式简单且装配效率高的优点。需要将热丝从第二接线端子上拆卸时，可以先将锁紧件拆下，然后将热丝从接线槽内抽出，即具有拆卸方便的优点。
作为一种可能的实现方式，在第一容纳槽的槽壁并沿槽深方向设置至少一组可解脱弹簧扣，在第一接线端子插入第一容纳槽后，至少一组可解脱弹簧扣用于固定第一接线端子。如此设置，在装配完成后，至少一组可解脱弹簧扣可以为第一接线端子提供卡紧力，以使得第一接线端子在第一容纳槽内的轴向移动以及转动被限制。基于此，可以提高第一接线端子在第一容纳槽内的装配稳定性。
第二方面，本发明还提供一种硅基薄膜沉积方法，硅基薄膜沉积方法应用第一方面和/或第一方面任意一种实现方式提供的热丝化学气相沉积设备，硅基薄膜沉积方法包括以下步骤：
提供至少一个硅片，将硅片水平放置在载板上；
在第一时刻t1，控制供气装置通过进气口向真空腔内供应反应气体，反应气体经布气板向硅片的上表面喷淋；其中，反应气体根据硅基薄膜确定；同时，控制排气口处于打开状态；
在第二时刻t2，控制电源向热丝供电，以将热丝加热至预设温度，t2-t1＞0s；此时，反应气体在热丝表面被分离成原子，原子与硅片表面的硅悬挂键键合以在硅片表面形成硅基薄膜；在将热丝加热至预设温度以及热丝保持在预设温度的过程中，当热丝因高位形变而有下垂趋势时，承托件和接线柱分别为热丝提供承托力和弹性拉力，以所热丝始终处于水平状态。
与现有技术相比，本发明提供的硅基薄膜沉积方法的有益效果与第一方面和/或第一方面任一种实现方式提供的热丝化学气相沉积设备的有益效果相同，在此不做赘述。
第三方面，本发明还提供一种太阳能电池，太阳能电池片利用第一方面和/或第一方面任意一种实现方式提供的热丝化学气相沉积设备加工形成。或，太阳能电池片应用第二方面提供的硅基薄膜沉积方法加工形成。
与现有技术相比，本发明提供的太阳能电池的有益效果与第一方面和/或第一方面任一种实现方式提供的热丝化学气相沉积设备的有益效果相同，在此不做赘述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为热丝化学气相沉积方法的原理图；
图2为本发明实施例提供的热丝化学气相沉积设备的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的布气板的仰视图；
图4为本发明实施例提供的布气板与热丝一体式结构的仰视图；
图5为本发明实施例提供的热丝接线示意图；
图6至图9为本发明实施例提供的绝缘承托件的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的接线柱的爆炸图；
图11为图10的A-A向剖视图；
图12为图10的B-B向剖视图；
图13为图10的C-C向剖视图。
附图标记：
10-热丝， 11-初始分子Ⅰ， 12-初始分子Ⅱ；
110-活性离子Ⅰ 120-活性离子Ⅱ， 13-衬底，
14-薄膜；
20-布气板， 21-绝缘承托件， 22-热丝，
23-接线柱， 24-电源， 25-载板，
26-硅片， 27-导线；
200-布气区域， 201-安装区域， 2010-安装部，
20100-第一安装孔；
210-连接段， 211-承载段， 212-承载孔，
213-螺纹孔；
230-固定栓， 2300-第一容纳槽， 2301-第二容纳槽，
231-第一接线端子， 232-第二接线端子， 233-弹性件，
234-锁紧件， 235-可解脱弹簧扣。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1，HWCVD的工作原理是加热设置在反应腔(一般为真空腔)内的金属丝(可以将其定义为热丝10)至预设温度，该预设温度可以根据反应气体确定，具体根据反应气体的热分解温度确定。在实际应用中，上述预设温度会高达2000摄氏度以上。通入反应腔内的反应气体(如图1所示的初始分子Ⅰ11以及初始分子Ⅱ12)在具有预设温度的热丝上发生催化分解反应成活性粒子(如图1所述的活性粒子Ⅰ110和活性粒子Ⅱ120)，活性粒子在衬底13的表面发生沉积、聚合从而形成薄膜14。
HWCVD在太阳能电池领域具体可以应用在薄膜太阳能电池、晶体硅太阳能电池中的钝化层和减反射层沉积以及非晶硅/晶体硅异质结太阳能电池等。与PECVD相比，HWCVD具有沉积速率快、气体利用率高，硅基薄膜具有极低的表面复合速率(此时，太阳能电池电转化效率高)，以及无等离子体损伤等优点。
参见图2至图5，应用上述原理，本发明实施例提供一种热丝化学气相沉积设备，包括供气装置(图中未示出)、真空腔(图中未示出)、布气板20、绝缘承托件21、热丝22、接线柱23、电源24和载板25。其中，真空腔具有进气口和排气口，供气装置通过进气口向真空腔内供应反应气体，尾气通过排气口排出真空腔。布气板20水平容置在真空腔内，且紧固设置在靠近真空腔顶部的位置。布气板20上具有布气区域200和安装区域201，在布气区域200开设布气通孔，进入真空腔后的反应气体通过布气通孔向真空腔的下部区域喷淋。安装区域201由多排安装部2010构成。每一排安装部2010均间隔设置有多个绝缘承托件21，位于同一排的多个绝缘承托件21共同承载在水平方向延伸的热丝22。热丝22具有相对的第一端和第二端，第一端和第二端均与水平设置的接线柱23电连接。每一接线柱23与热丝22连接的一端均能够向热丝22提供弹性拉力，以使热丝22受热形变时拉紧热丝22，此时，热丝22始终处于水平状态。多排热丝22经导线27串接后与电源24连接。载板25水平放置在真空腔且位于热丝22的下方，用于承载硅片26。
上述供气装置可以包括气源柜、供气管路、阀门和流量计等，其中，气源柜用于存储反应气体。供气管路连通气源柜和真空腔，用于将气源柜内存储的反应气体输送至真空腔内。为了精确控制和检测输送至真空腔内的反应气体的流量，可以在供气管路上且自气源柜至真空腔的方向上依次设置阀门和流量计。其中，通过控制阀门的开度控制反应气体的流量大小，通过流量计监控向真空腔内输送的反应气体的流量大小。
参见图2至图5，上述反应气体可以根据在硅片26上预成膜的类型确定。例如，当需要在硅片26上沉积形成二氧化硅膜以作为钝化层时，反应气体可以是硅烷(SiH4)和氧气(O2)。又例如，当需要在硅片26上沉积形成氮化硅(Si3N4)以作为钝化层时，反应气体可以是二氯二氢硅(SiCl2H2)和氨气(NH3)。再例如，需要在硅片26上沉积多晶硅以形成导电电极时，反应气体可以是硅烷(SiH4)。
参见图2至图5，上述真空腔可以是密闭的矩形腔体，以适配呈矩形的硅片26。为了方便硅片26的取/放，可以在矩形腔体的一侧或顶部开设门，取放时打开，成膜时关闭。当硅片26放置到矩形腔体内所容置的载板25上后，可以对矩形腔体进行抽真空处理，以形成真空腔。此时，可以确保真空腔内无杂质，以优化硅片26的成膜空间的洁净度，从而提高成膜品质。
参见图2至图5，上述进气口和排气口可以开设在矩形腔体的非开口面，其中，进气口设置在布气板20上方的真空腔所具有的一侧腔壁上，而排气口可以开设在布气板20下方的真空腔所具有的另外一侧腔壁上，两个腔壁可以是相对的腔壁。基于此，可以自布气板20上方、经布气板20、热丝22、硅片26形成反应气体的流通通道，以及自硅片26至排气口的尾气排放通道。上述尾气可以是混合气体，具体可以包括未参与成膜反应的残余反应气体和成膜反应后生成的气体。
参见图2至图5，上述布气板20的形状多种多样，在此不做具体限定。例如，当待成膜的多个硅片26呈矩阵放置在载板25上，此时，为了提高经布气板20向所有硅片26喷淋的反应气体的均匀性或者是一致性，可以将布气板20设计为投影完全覆盖成矩阵分布的多个硅片26的矩形结构。
参见图2至图5，布气板20紧固设置方式多种多样，在此不做具体限定。例如，当布气板20为矩形布气板20时，可以在布气板20的四个角处分别以可拆卸的方式连接一个刚性连接杆，然后再将刚性连接杆紧固连接在真空腔所具有的顶部腔壁上。即通过刚性连接件将布气板20水平吊挂在真空腔内。应理解，布气板20吊装完成后，布气板20的上表面和真空腔的腔顶之间具有一定的空间，以形成反应气体从进气口至布气板20的输送通道。
为了便于理解该实施例中的布气区域200和安装区域201，下面以一个具体的示例进行解释，应理解，以下示例仅作为解释，不作为限定。
参见图2至图5，以硅片26为6×6的矩阵，即包括6行和6列硅片26，且行与行之间以及列与列之间均具有相等的间隙为例。此时，可以在每一行硅片26的正上方对应的布气板20的位置设计安装区域201，此时，可以包括6行安装部2010。安装区域201以外的区域均设计为布气区域200。如此设置，可以最大化布气区域200，以提高经布气区域200喷淋至硅片26上的反应气体对硅片26的覆盖率。基于此，提高硅片26上成膜的厚度均匀性。
参见图2至图5，6行安装部2010对应6行绝缘承托件21，相应的，对应6行热丝22。即每一行硅片26上方均对应设置一根热丝22。而且，6根热丝22共面(可以定义为公共面)，该公共面为水平公共面，公共面与硅片26之间具有一定的距离L，5cm≤L≤10cm。例如，L＝5cm、L＝6cm、L＝7cm、L＝8cm、L＝9cm或L＝10cm。
参见图2至图5，上述每一根热丝22均具有相等的直径R1，0.25mm≤R1≤2mm，例如，R1＝0.25mm、R1＝0.5mm、R1＝0.75mm、R1＝1mm、R1＝1.5mm或R1＝2mm。
参见图2至图5，上述每一根热丝22的材料均相同，可以是钽、钨、铼或石墨中的任意一种。
参见图2至图5，上述6根热丝22之间可以通过导线27连通。例如，可以将位于左下角的接线柱23与电源24正极接通，而位于右上角的接线柱23与电源24负极接通。此时，以位于右下角的接线柱23为起点，以位于左上角的接线柱23为终点，利用导向将剩余接线柱23依次串接在一起。
参见图2至图5，在实际应用中，本发明实施例提供的热丝22化学气相沉积设备组装完成后，热丝22通过绝缘承托件21紧固连接在布气板20上，即热丝22与布气板20形成一体式结构。基于此，可以有效的简化热丝22化学气相沉积设备的结构。
参见图2至图5，本发明实施例提供的热丝22化学气相沉积设备在实际应用中，可以先将待成膜的硅片26水平放置在载板25上，此时，水平放置的硅片26不需要任何固定装置。基于此，相对于现有技术提供的立式热丝22化学气相沉积设备，在不需要利用如磁性卡扣或盖板等对硅片26进行竖直固定的情况下，可以完全解决因遮挡而在遮挡处无法成膜的问题。此时，可以提高硅片26成膜厚度的一致性或均匀性。
参见图2至图5，硅片26水平放置在载板25上之后，可以控制供气装置通过进气口向真空腔内按照预设流量供应反应气体(如上述，反应气体可以是单一气体，也可以是混合气体)，同时，需要控制排气口在成膜过程中始终处于打开状态，以便于尾气实时的排出真空腔外。
参见图2至图5，反应气体通入一定时间后，启动电源24将热丝22加热至预设温度。即可以采用“先通气后加热”的成膜方法，如此，可以利用输入但未受热分解的反应气体对真空腔进行吹扫作业，以优化后续硅片26成膜环境的洁净度，从而提高硅片26成膜的纯度。
参见图2至图5，当热丝22加热至预设温度后，可以将热丝22保持在预设温度以高效的分解反应气体，进而在硅片26上成膜。在热丝22升温以及保持在预设温度的过程中，热丝22因高温形变会出现下垂的趋势。此时，对应每一根热丝22而设置的多个绝缘承托件21可以为热丝22提供向上的支撑力，基于此，支撑力可以抵消热丝22的下垂力，从而有效的降低热丝22由下垂趋势变为下垂状态的风险。而且，对应每一根热丝22所具有的第一端和第二端分别设置的接线柱23，可以在热丝22出现下垂趋势时，适应性的提供弹性拉力。基于此，可以确保热丝22始终处于水平状态。始终处于水平状态的热丝22与放置在载板25上的硅片26的距离始终保持不变，基于此，可以确保最终在硅片26上形成的硅基薄膜具有一致的厚度，从而提高最终形成的薄膜太阳能电池的品质。
参见图2至图5，又由于本发明提供的热丝22气相沉积设备相对于等离子体增强化学气相沉积方法，由于上述设备是通过热丝22高温催化分解反应气体在硅片26表面成膜，因此对于大部分反应气体的分解效率较PECVD高很多，基于此，可以有效的解决反应气体消耗量大以及分解效率低的问题。
参见图3，作为一种可能的实现方式，每一排安装部2010均包括多个间隔开设的第一安装孔20100。第一安装孔20100可以是通孔或盲孔中的任意一种，在此不做具体限定。第一安装孔20100的形状可以匹配绝缘承托件21与第一安装孔20100装配处的形状，例如，当绝缘承托件21的顶部为矩形时，第一安装孔20100为矩形安装孔。如此设置，可以将绝缘承托件21插入并固定在第一安装孔20100内，以实现热丝22的水平吊装。具有结构简单且安装方便的优点。
作为一种可能的实现方式，每一排安装部2010均为自排头至排尾贯通的安装凹槽。安装凹槽可以是沿布气板20的厚度方向不贯通布气板20的盲槽。基于此，可以根据实际需求在安装凹槽内调整绝缘承托件21的位置，以适应不同规格的硅片26对于绝缘承托件21位置的不同需求。即可以根据相邻硅片26之间的间隙之间的距离调整相邻的绝缘承托件21之间的间距。换言之，可以扩大本发明提供的热丝化学气相沉积设备的适用范围。
参见图2至图5，作为一种可能的实现方式，当载板25上水平放置多个呈阵列分布的硅片26时，每一排硅片26的上方对应一排安装部2010。此时，位于同一排的任意两个相邻的硅片26之间均具有间隙，每一间隙的上方对应设置一个绝缘承托件21。
参见图2至图5，作为一种示例，当硅片26为6×6的矩阵时，对应每一行硅片26的布气板20上均开设5个第一安装孔20100。第一安装孔20100开设在相邻的两个硅片26之间的间隙上方。相应的，安装在上述第一安装孔20100内的绝缘承托件21也位于相邻两个硅片26之间的间隙上方。
参见图2至图5，绝缘承托件21位于任意两个相邻的硅片26之间所具有的间隙上方，此时，绝缘承托件21不会对硅片26的成膜区域造成遮挡，基于此，可以有效的避免因硅片26成膜区域被遮挡而无法成膜或成膜不均的问题。
参见图6至图9，作为一种可能的实现方式，绝缘承托件21为保持杆，保持杆包括连接段210以及与连接段210连接在一起的承载段211。组装状态下，连接段210与安装部2010紧固连接，承载段211悬空。沿热丝22的长度延伸方向贯穿承载段211开设承载孔212。位于同一排的承载段211上的承载孔212的孔径相等且中心轴线共线。位于不同排的承载孔212的孔径相等且中心轴线共面。
参见图6至图9，如此设置，当多根热丝22装配完成后，多根热丝22共面，且每一根热丝22与放置在载板25上的硅片26之间所具有的垂直距离相等。基于此，在一个成膜周期内，并且当布气板20向不同的硅片26表面喷淋的反应气体浓度以及供气速度基本一致的情况下，不同硅片26上的成膜厚度可以基本保持一致。基于此，在提高硅片26成膜品质的情况下，进一步的优化薄膜太阳能电池的质量。
参见图6至图9，作为一种示例，连接段210与承载段211同轴连接，连接段210和承载段211可以是一体式结构，也可以是分体式结构，然后以现有任意一种可拆卸的方式同轴连接在一起。具体的，连接段210可以是长方体结构，承载段211可以是横截面积小于连接段210的长方体结构，且可以对承载段211的悬空端做倒圆角处理。基于此，与连接段210装配在一起的第一安装孔20100可以是长方形凹槽。此时，长方形凹槽的大小可以连接段210的尺寸确定，例如，长方形凹槽的长度为6mm～120mm，宽度为3mm～60mm，深度为0.1mm～2mm，相对应的，连接端的长、宽、高的具体尺寸可以略小于长方形凹槽所具有的长度、宽度和深度。又例如，位于同一排的第一安装孔20100之间具有的间距根据其下方的硅片26的尺寸确定，具体的，第一安装孔20100之间的间距可以是160mm～400mm。
参见图6至图9，在实际装配时，可以在连接段210开设螺纹孔213，与此相对应的在第一安装孔20100内开设螺纹孔213，然后利用同时旋接上述螺纹孔213的螺钉将绝缘承托件21可拆卸的连接在布气板20上。
参见图6至图9，作为一种示例，承载孔212为圆形孔，其具有直径R2，贯穿承载孔212的热丝22直径R1与R2可以具有如下关系，2R1≤R2≤5R1，在热丝22直径R1的具体取值如上文所述时，0.5mm≤R2≤10mm，例如，R2＝0.5mm、R2＝1mm、R2＝1.5mm、R2＝2mm、R2＝3mm、R2＝4mm……R2＝10mm。如此设置，由于热丝22的直径小于承载孔212的孔径，在装配过程中，热丝22比较容易插入至装配孔内，基于此，可以提高装配的效率。在装配完成后，即当热丝22穿过承载孔212且由承载孔212的孔壁承托时，热丝22与承载孔212的接触面积相对较小。换言之，承载孔212的孔壁覆盖热丝22的区域相对较小，此时，热丝22与承载孔212接触的丝段具有较大的热传导通道。基于此，同一根热丝22的各个丝段(整体上可以划分为与承载孔212接触的接触段以及位于相邻两个承载孔212之间、热丝22相对的第一端和第二端的悬空段)辐射至硅片26上的温度基本一致，如此，可以使得同一硅片26的每个区域形成厚度一致的硅基薄膜。而且，还可以减少绝缘承托件21与热丝22间的接触面积，降低热丝22水平安装时，在高温和重力作用下软化形变的程度。
参见图6至图9，作为一种可能的实现方式，每一根热丝22的中心轴线均与设置在热丝22两端的接线柱23的中心轴线共线。如此设置，当热丝22因高温形变而下垂时，分别配置在热丝22第一端和第二端的接线柱23向热丝22两端提供的相对的弹性拉力基本上与热丝22的中心轴线共线。换言之，弹性拉力在热丝22长度的延展方向上无其他方向的分力，即接线柱23向热丝22两端提供的弹性拉力基本上可以完全用于热丝22长度的延展。此时，在实现下垂热丝22快速拉直的情况下，可以使得热丝22在使用过程中始终呈水平的状态。
作为一种可能的实现方式，热丝化学气相沉积设备还包括两个承载架(图中未示出)，两个承载架沿热丝22的延伸方向间隔布置在布气板20的两侧。每一承载架上沿与热丝22延伸方向相垂直的方向均间隔开设第二安装孔(图中未示出)。接线柱23以过渡或过盈配合的方式装配在第二安装孔内，此时，每一接线柱23与与其装配在一起的第二安装孔的中心轴线共线。
作为一种示例，两个承载架均可以是镂空式结构，以方便尾气的排放。接线柱23由承载架上的第二装配孔承载。可以将承载架设置在距离载板25不远的位置，此时，接线柱23装配至承载架上后，每一排的热丝22仅需要从硅片26成膜的边缘延伸较短的距离即可实现热丝22与接线柱23的电连接。用于连接相邻排的接线柱23的导线27可以固定在承载架的外侧，以规范导线27的走线。
作为第二种示例，在设置两个承载架的情况下，布气板20可以由两个承载架的顶部承托。也就是说，布气板20由前文所述的“吊装”变为本实施例中的承载架承托。基于此，可以提高布气板20安装的稳定性，以使得反应气体经布气板20喷淋至硅片26表面的路径的一致性，最终提高硅片26成膜厚度的一致性。
参见图10至图13，作为一种可能的实现方式，每一接线柱23均包括固定栓230、第一接线端子231、弹性件233和第二接线端子232，固定栓230具有相对的第一端和第二端，自第一端的端面向靠近第二端的方向开设第一容纳槽2300，自第二端的端面向靠近第一端的方向开设第二容纳槽2301。第一接线端子231可拆卸的紧固在第一容纳槽2300内，第一接线端子231用于连接导线27或电源24。弹性件233容置在第二容纳槽2301内，且弹性件233的一端紧固连接在第二容纳槽2301所具有的槽底，另一端悬空。第二接线端子232的至少一部分容置在第二容纳槽2301内，且第二接线端子232的一端与弹性件233的悬空端紧固连接，另一端与热丝22连接。弹性件233为第二接线端子232提供弹性拉力，当热丝22向外拉动第二接线端子232时，弹性件233向第二接线端子232施加弹性拉力以向靠近第二容纳槽2301槽底的方向拉动热丝22。
参见图10至图13，上述固定栓230还可以包括导电固定栓230本体以及设置(具体设置方式可以是涂覆)在导电固定栓230本体外表面的绝缘层。此时，第一容纳槽2300和第二容纳槽2301均相对的开设在导电固定栓230本体上。第一容纳槽2300和第二容纳槽2301均可以是盲槽，且共用槽底。上述固定栓230可以是圆柱形结构，圆柱形的外径可以基本与承载架上的第二安装孔的直径相等。
参见图10至图13，作为一种示例，第一接线端子231装配至第一容纳槽2300后，第一接线端子231的外端面与第一容纳槽2300的外端面齐平。
参见图10至图13，作为第二种示例，初始状态下，第二接线端子232的一部分容纳在第二容纳槽2301内。在实际应用中，在弹性件233所提供的弹性拉力的作用下，第二接线端子232可以向靠近槽底的方向滑动，滑动到极限位置后，第二接线端子232的外端面可以与第二容纳槽2301的外端面齐平，或者，第二接线端子232的外端面凸出于第二容纳槽2301的外端面。
参见图10至图13，作为第三种示例，初始状态下，第二接线端子232的全部容纳在第二容纳槽2301内。在实际应用中，在弹性件233所提供的弹性拉力的作用下，第二接线端子232可以向靠近槽底的方向滑动，滑动到极限位置后，第二接线端子232的外端面凹入第二容纳槽2301的内部。
参见图10至图13，上述弹性件233可以是拉伸弹簧，即当向拉伸弹簧施加拉力时，拉伸弹簧会收缩，以向热丝22施加反向的拉力。
参见图10至图13，采用上述技术方案的情况下，由固定栓230、第一接线端子231、弹性件233和第二接线端子232组成接线柱23，具有结构简单且紧凑的特点。在实际应用中，当热丝22高温形变而有下垂的趋势时，具有下垂趋势的热丝22会向弹性件233施加向外的拉力，而由于弹性件233具有回弹的属性，因此，在弹性件233所具有的回弹力大于热丝22施加在弹性件233上的拉力的情况下，具有下垂趋势的热丝22被弹性件233再次拉至呈水平状态。而且，在回弹力(即上述定义的弹性拉力)的作用下，第二接线端子232在第二容纳槽2301内向靠近槽底的方向移动，即初始装配在第二容纳槽2301内的第二接线端子232的移动方向被限定为与热丝22的延长方向一致。基于此，当热丝22高温形变且具有下垂趋势(此时，并没有真正下垂)时，即可在弹性件233回弹力的作用下及时拉平热丝22。此时，可以确保热丝22在使用过程中始终处于水平状态，而并不是在某一短暂的时刻处于下垂状态，而后被拉至成水平状态。
参见图10至图13，作为一种可能的实现方式，自第二接线端子232远离弹性件233的一端端面向与其相对的一面开设接线槽，组装状态下，热丝22插接在接线槽内。每一接线柱23还包括锁紧件234，锁紧件234自固定栓230的径向插入并压至在位于接线槽内的热丝22上。上述锁紧件234可以是锁紧螺钉。在装配过程中，可以将热丝22插入接线槽内，然后再利用锁紧件234将热丝22锁紧在接线槽内，具有装配方式简单且装配效率高的优点。需要将热丝22从第二接线端子232上拆卸时，可以先将锁紧件234拆下，然后将热丝22从接线槽内抽出，即具有拆卸方便的优点。
参见图10至图13，作为一种可能的实现方式，在第一容纳槽2300的槽壁并沿槽深方向设置至少一组可解脱弹簧扣235，在第一接线端子231插入第一容纳槽2300后，至少一组可解脱弹簧扣235用于固定第一接线端子231。例如，可以等间距设置三组或四组可解脱弹簧扣235。如此设置，在装配完成后，至少一组可解脱弹簧扣235可以为第一接线端子231提供卡紧力，以使得第一接线端子231在第一容纳槽2300内的轴向移动以及转动被限制。基于此，可以提高第一接线端子231在第一容纳槽2300内的装配稳定性。
第二方面，本发明还提供一种硅基薄膜沉积方法，硅基薄膜沉积方法应用第一方面和/或第一方面任意一种实现方式提供的热丝化学气相沉积设备，需要解释的是，上述硅基薄膜可以是晶体硅、多晶硅、微晶硅、非晶硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、氮碳化硅或碳氧化硅中的任意一种，硅基薄膜沉积方法包括以下步骤：
S10.提供至少一个硅片，将硅片水平放置在载板上。
S11.在第一时刻t1，控制供气装置通过进气口向真空腔内供应反应气体，反应气体经布气板向硅片的上表面喷淋；其中，反应气体根据硅基薄膜确定；同时，控制排气口处于打开状态；
S12.在第二时刻t2，控制电源向热丝供电，以将热丝加热至预设温度，t2-t1＞0s；此时，反应气体在热丝表面被分离成原子，原子与硅片表面的硅悬挂键键合以在硅片表面形成硅基薄膜；在将热丝加热至预设温度以及热丝保持在预设温度的过程中，当热丝因高位形变而有下垂趋势时，承托件和接线柱分别为热丝提供承托力和弹性拉力，以所热丝始终处于水平状态。
与现有技术相比，本发明提供的硅基薄膜沉积方法的有益效果与第一方面和/或第一方面任一种实现方式提供的热丝化学气相沉积设备的有益效果相同，在此不做赘述。
第三方面，本发明还提供一种太阳能电池，太阳能电池片利用第一方面和/或第一方面任意一种实现方式提供的热丝化学气相沉积设备加工形成。或，太阳能电池片应用第二方面提供的硅基薄膜沉积方法加工形成。
与现有技术相比，本发明提供的硅基薄膜沉积方法的有益效果与第一方面和/或第一方面任一种实现方式提供的热丝化学气相沉积设备的有益效果相同，在此不做赘述。
在上述实施方式的描述中，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。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种热丝化学气相沉积设备，其特征在于，包括：
供气装置，所述供气装置用于供应反应气体；
真空腔，所述真空腔具有进气口和排气口，所述反应气体通过所述进气口进入所述真空腔，尾气通过所述排气口排出所述真空腔；
布气板，所述布气板水平容置在所述真空腔内，且紧固设置在靠近所述真空腔顶部的位置；所述布气板上具有布气区域和安装区域；在所述布气区域开设布气通孔，进入所述真空腔后的所述反应气体通过所述布气通孔向所述真空腔的下部区域喷淋；所述安装区域由多排安装部构成；
每一排所述安装部均间隔设置有多个绝缘承托件；位于同一排的所述多个绝缘承托件共同承载在水平方向延伸的热丝；所述热丝具有相对的第一端和第二端，所述第一端和第二端均与水平设置的接线柱电连接；每一所述接线柱与所述热丝连接的一端均能够向所述热丝提供弹性拉力，以使所述热丝受热形变时拉紧所述热丝，此时，热丝始终处于水平状态；
电源，多排所述热丝经导线串接后与所述电源连接；
载板，所述载板水平放置在所述真空腔且位于所述热丝的下方，用于承载硅片。
2.根据权利要求1所述的热丝化学气相沉积设备，其特征在于，每一排所述安装部均包括多个间隔开设的第一安装孔；或，每一排所述安装部均为自排头至排尾贯通的安装凹槽。
3.根据权利要求1所述的热丝化学气相沉积设备，其特征在于，当所述载板上水平放置多个呈阵列分布的硅片时，每一排所述硅片的上方均对应一排所述安装部；此时，位于同一排的任意两个相邻的所述硅片之间均具有间隙，每一所述间隙的上方对应设置一个绝缘承托件。
4.根据权利要求1所述的热丝化学气相沉积设备，其特征在于，所述绝缘承托件为保持杆，所述保持杆包括连接段以及与所述连接段连接在一起的承载段；
组装状态下，所述连接段与所述安装部紧固连接，所述承载段悬空；沿所述热丝的长度延伸方向贯穿所述承载段开设承载孔；位于同一排的所述承载段上的承载孔孔径相等且中心轴线共线，位于不同排的承载孔的孔径相等且中心轴线共面。
5.根据权利要求4所述的热丝化学气相沉积设备，其特征在于，所述热丝具有直径R1，所述承载孔具有直径R2，2R1≤R2≤5R1。
6.根据权利要求1所述的热丝化学气相沉积设备，其特征在于，组装状态下，每一根所述热丝的中心轴线均与设置在所述热丝两端的所述接线柱的中心轴线共线；和/或，
所述热丝化学气相沉积设备还包括两个承载架，两个承载架沿所述热丝的延伸方向间隔布置在所述布气板的两侧；每一所述承载架上沿与热丝延伸方向相垂直的方向均间隔开设第二安装孔；所述接线柱以过渡或过盈配合的方式装配在所述第二安装孔内，此时，每一所述接线柱与与其装配在一起的所述第二安装孔的中心轴线共线。
7.根据权利要求1所述的热丝化学气相沉积设备，其特征在于，每一所述接线柱均包括：
固定栓，所述固定栓具有相对的第一端和第二端，自所述第一端的端面向靠近所述第二端的方向开设第一容纳槽，自所述第二端的端面向靠近所述第一端的方向开设第二容纳槽；
第一接线端子，所述第一接线端子可拆卸的紧固在所述第一容纳槽内，所述第一接线端子用于连接所述导线或电源；
弹性件，所述弹性件容置在所述第二容纳槽内，且所述弹性件的一端紧固连接在所述第二容纳槽所具有的槽底，另一端悬空；
第二接线端子，所述第二接线端子的至少一部分容置在所述第二容纳槽内，且所述第二接线端子的一端与所述弹性件的悬空端紧固连接，另一端与所述热丝连接；所述弹性件为所述第二接线端子提供弹性拉力，当所述热丝向外拉动所述第二接线端子时，所述弹性件向所述第二接线端子施加弹性拉力以向靠近所述第二容纳槽槽底的方向拉动所述热丝。
8.根据权利要求7所述的热丝化学气相沉积设备，其特征在于，所述固定栓包括导电固定栓本体以及设置在所述导电固定栓本体外表面的绝缘层；所述第一容纳槽和第二容纳槽开设在所述导电固定栓本体上；和/或，
自所述第二接线端子远离所述弹性件的一端端面向与其相对的一面开设接线槽，组装状态下，所述热丝插接在所述接线槽内；每一所述接线柱还包括锁紧件，所述锁紧件自所述固定栓的径向插入并压至在位于所述接线槽内的所述热丝上；和/或，
在所述第一容纳槽的槽壁并沿所述槽深方向设置至少一组可解脱弹簧扣，在所述第一接线端子插入所述第一容纳槽后，所述至少一组可解脱弹簧扣用于固定所述第一接线端子。
9.一种硅基薄膜沉积方法，其特征在于，所述硅基薄膜沉积方法应用权利要求1至8任一项所述的热丝化学气相沉积设备，所述硅基薄膜沉积方法包括以下步骤：
提供至少一个硅片，将所述硅片水平放置在载板上；
在第一时刻t1，控制所述供气装置通过所述进气口向所述真空腔内供应所述反应气体，所述反应气体经布气板向所述硅片的上表面喷淋；其中，所述反应气体根据硅基薄膜确定；同时，控制排气口处于打开状态；
在第二时刻t2，控制所述电源向所述热丝供电，以将所述热丝加热至预设温度，t2-t1＞0s；此时，所述反应气体在所述热丝表面被分离成原子，原子与所述硅片表面的硅悬挂键键合以在所述硅片表面形成硅基薄膜；在将所述热丝加热至所述预设温度以及所述热丝保持在所述预设温度的过程中，当所述热丝受热具有下垂趋势或下垂时，所述承托件为所述热丝提供承托力，所述接线柱为所述热丝提供拉力，以使所述热丝始终处于水平状态。
10.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池利用权利要求1至8任一项所述的热丝化学气相沉积设备加工形成，或，所述太阳能电池应用权利要求9所述的硅基薄膜沉积方法加工形成。
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