CN201756584U - 太阳能电池沉积用放电电极组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种太阳能电池沉积用放电电极组件，属于太阳能电池技术领域。沉积用放电电极组件包括电极板和其上的信号馈入口，电极板的馈入口位于阴极板背面的中心区域下凹的圆形面内，还包括端面是圆形的馈入组件，该馈入组件接射频或甚频功率电源的负极，馈入组件的圆形端面与电极板的信号馈入口面接触连接，电极板的阴极板上设有接地的屏蔽罩，该屏蔽罩上开有通孔。积极效果是克服了一点或多点馈入因馈线距离造成的损耗，在射频或甚高频功率电源驱动下可获得均匀电场大面积稳定放电，有效的消除了甚高频引发的驻波和趋肤效应，能够提高产率，降低成本。

Description

太阳能电池沉积用放电电极组件

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能电池技术，确切的说一种由甚高频电源(27.12MHz～100MHz)驱动的硅基薄膜太阳能电池沉积室用电极。

背景技术

目前，硅基薄膜太阳能电池，采用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)获取单结或多结的光电转换P-I-N膜层。射频电容耦合平行板电极反应室广泛应用于非晶硅、非晶硅锗、碳化硅、氮化硅、氧化硅等材料薄膜的大面积沉积。硅基薄膜太阳能电池是太阳能行业的一个重要分支，所采用的平行电极板容性放电模式是太阳能电池行业的核心技术之一。13.56MHz射频广泛应用于非晶硅基薄膜材料的高速制备，生产效率高、工艺成本低。随着太阳能市场对硅基薄膜技术要求不断提高，微晶、纳米晶硅基薄膜材料受到行业高度关注。但是在微晶工艺环境下，13.56MHz射频波衍生的等离子体浓度小，沉积速率低，沉积足够厚度薄膜所需时间长，背景污染大，从而制备出的薄膜杂质含量高，光电学性能差，严重影响产品品质性能。如何高速沉积成为晶化硅基薄膜技术能够成功服务于产业的关键。

甚高频指频率为13.56MHz的两倍或者更高倍的合法射频。在行业内，应用较多的甚高频一般为27.12～200MHz的范围。然而，在容性放电模式中，甚高频引发的驻波效应和趋肤效应非常明显，而且随着驱动频率的增加而增强。美国加州大学Berkeley分校的M.A.Lieberman教授对这两种效应做了深入研究。研究结果表明，甚高频PECVD沉积均匀薄膜的临界条件在于激发频率的自由空间波长(λ₀)远大于容性放电电极板腔室尺寸因子(X)，趋肤深度(δ)远大于容厚因子(η。)以放电面积1m²为例，60MHz的激发频率下，λ₀≈X，δ≈η。因此在此激发频率下，趋肤和驻波效应非常明显，导致1m²电极板上放电极不均匀。所以如何实现甚高频驱动的均匀大面积放电是晶化硅基薄膜技术亟待解决的技术难题之一，这引起了行业的极大兴趣。2003年，美国专利2003/0150562A1公开了平板电容耦合放电中利用磁镜改善甚高频造成的电场不均匀性。中国专利200710150227.4，200710150228.9，200710150229.3，公开了甚高频电极的三种设计，通过甚高频信号的不同馈入形式，获得均匀电场。但现存在的问题是：1)VHF-PECVD反应室电极设计结构较复杂；2)仍需要继续改进的理由是生产中经常对反应室及电极不断的装卸和清洗，都会造成异形电极变形；3)现有专利中的多点馈入结构接触面积较小，要求各个馈入点路径对称，馈入点之间的连接导体与阴极板之间不能有接触，准确的说连接导体需要与阴极板之间隔离屏蔽才能实现有效放电。这些结构设计的实际要求比较苛刻，决定放电均匀程度的因素太多，而且不能满足生产中拆洗等实际需求。因此在行业设备中，单点馈入为主流结构设计，但是由于驻波和趋肤效应，单点馈入结构不能满足馈入高频频率提升的要求。为此，需要对现有沉积夹具及电极和电极朝实用性方面作进一步开发和改进，面对当前市场需求，使质量提高，成本降低。同时，对于处理或沉积多片玻璃的CVD电极组件，也是一个发展趋势。因此，对于能满足大批量生产，采用有效甚高频馈入模式的工业化产品开发和设计，对产业发展具有重要的实际意义。

实用新型内容

本实用新型目的旨在解决甚高频电源驱动的放电不均匀性问题，而提供一种可获得均匀电场的大面积VHF-PECVD沉积室使用一种全新概念设计的电极，以适用于产业化的大面积VHF-PECVD电极板多片阵列。

本实用新型为解决现有技术的不足，提出技术解决方案：提供一种太阳能电池沉积用放电电极组件，包括电极板和其上的信号馈入口，其特征是电极板的馈入口位于阴极板背面的中心区域下凹的圆形面内，还包括端面是圆形的馈入组件，该馈入组件接射频或甚频功率电源的负极，馈入组件的圆形端面与电极板的信号馈入口面接触连接，以面馈入射频或甚频功率电源信号；电极板的阴极板上设有接地的屏蔽罩，该屏蔽罩上开有通孔。

所述的馈入组件包括绝缘层和外壳屏蔽层。馈入组件还包括一个由腰部和头部构成阶梯形状的导电体。

所述的馈入组件的腰部为扁平形，其头部为圆形。

所述馈入组件由铜质馈入芯、绝缘层和外壳屏蔽层构成。

电极板包括单面放电的阴极板、陶瓷绝缘层、屏蔽罩。

所述的屏蔽罩覆盖整个阴极板背面和侧面。

所述的电极板还包括阳极板的接地体，阴极和阳极之间具有放电间距。

所述的屏蔽罩，还包括射频或甚高频功率电源信号馈入至阴极板背面的中心位置及四周侧面的屏蔽。

馈入组件的另一端接包括射频或甚高频功率电源的阴极输出口和功率电源匹配器。

本实用新型所的积极有益效果是，区别于插槽式阴极板侧面馈入方式，本实用新型能够获得更高均匀度和更大放电面积的稳定放电，接入电容小，实际放电功率大，极板阵列之间射频干扰小。也区别于单室沉积系统的阴极板中心点式馈入，接入电容小、驻波和趋肤效应小，可集成阵列式多室沉积，极大提高生产效率。因此，通过优化甚高频电源馈入形式、电极板的结构，解决射频/甚高频大面积放电均匀性问题，也是晶化硅基薄膜高速高效制备技术的前提。本实用新型适用于任何功率、27.12MHz～200MHz区间任何法定频率的甚高频电源的大面积均匀放电。这种结构能够适用于多片沉积系统，大大提高产率和降低了电池成本。该实用新型突破常规电极设计技术的限制，有效的消除了甚高频引发的驻波和趋肤效应，达到适用于均匀放电的工业化应用水平。

附图说明

图1、是本实用新型的结构示意图。

图2、图1中201信号馈入组件结构示意图。

图3、是本实用新型阴极板203结构示意图。

图4、是本实用新型屏蔽罩204结构示意图。

图5、是本实用新型实施例1结构示意图。

图6、是本实用新型实施例2结构示意图。

图中，真空室01，腔室02，气体系统接入口101，电源系统接入口102，真空室活动门103，真空系统接入口105，信号馈入组件201，外壳绝缘屏蔽层202，阴极板203，屏蔽罩204，基片206，阳极板208，绝缘条207，接地金属导槽209，气体腔214，侧框架216，气体管道220，下底板221。

本实用新型贡献还在于基本解决了甚高频电源驱动的高速沉积膜层的均匀性和一致性问题。以下结合附图进一步说明本实用新型内容：

本实用新型的面馈入的放电电极组件设计实现了以上提出的实用新型任务。克服了现有多点馈入对晶化硅基薄膜VHF-PECVD沉积技术难以克服的诸多问题，如反应室电极结构复杂；电极易变形、接触面积较小；各馈入点之间路径距离要求完全对称以及完全屏蔽等。而本实用新型的面馈入放电电极组件设计不存在这些问题，能获取均匀电场大面积腔室放电等问题，同时，对于处理或沉积多片玻璃的CVD放电电极组件体系，采用有效甚高频面馈入模式，取得了工业化生产可操作工艺，能够满足硅基薄膜太阳能电池大批量生产的需要。

腔室02放置在真空室01内，腔室02包括包括下后门板，上后门板，前门板，侧框架216，下底板221，气体腔214。阴极板203和阴极板屏蔽罩204之间有绝缘条207，阴极板屏蔽罩204和阳极板208接地。信号馈入组件201包括腰部扁平形和一端面201-1是圆形与馈入口203-1位于具有屏蔽罩204的阴极板203中间区域下凹的圆面对应，腰部扁平便于安装，信号馈入损耗少。另一个头是201-3连接射频/甚高频功率电源负极和功率匹配器(未画出)，呈阶梯状，其一端面呈圆形与电极板面接触连接的馈入口构成电极板组件在接地装置的腔室内，均具有有绝缘屏蔽保护装置(未画出)。

具体实施方式

实施例1：

结合图1-4说明本实施例工作原理。气相沉积系统主要由气相沉积室、气体系统、电源系统、真空系统、加热系统、控制系统等组成，气体系统主要是提供气相沉积的各种所需气体和气体管路，电源系统主要是提供沉积时所需要的电离成等离子体状态的高频或甚高频电源，真空系统主要是提供沉积时抽取真空状态用设备及管路，加热系统主要是给气相沉积室加热，控制系统主要是对沉积过程及参数进行控制，而气相沉积室是实现将气体沉积在基片206上并完成镀膜的装置。

气体沉积室主要由真空室01、腔室02组成，真空室01用来实现真空状态，腔室02用来实现等离子放电，将气体沉积在基片206上。腔室02包括下后门板，上后门板，前门板，侧框架216，下底板221，气体腔214。阴极板203与屏蔽罩204之间有绝缘条207，信号馈入组件201的头部圆形馈入面201-1与阴极板203背面中心区域下凹的圆形面内馈入口203-1面接触连接，馈入射频/甚高频功率电源信号至阴极板203，馈入带另一端上的通孔201-3与电源接头205相连接，信号馈入组件201腰部外壳是绝缘屏蔽层202，以防与屏蔽罩204接触。屏蔽罩204上对应位于阴极板的馈入口203-1开有通孔204-1，使得馈入带201从阴极板203引出时不与屏蔽罩204接触，馈入带201为导电性良好的金属片铜，屏蔽罩204和阳极板208接地。将前工序镀制的基片206放置在腔室02内，将腔室02放置在真空室01内，关好真空室活动门103，腔室02上固定的气体管道220上入口与真空室01上的气体系统接入口101伸入真空室01内部的管口对接，电源线一端与夹具的电源接头205相连，另一端电源线接甚高频电源系统的接入口102。通过真空系统先抽真空到理想状态，通入氩气，当腔内压力达到60Pa时，打开甚高频电源，放电清洗腔室，关闭电源。之后抽高真空至5.0×10^-4Pa左右，通入氩气清洗腔室。按照5slpm通入工艺气体，进行沉积工艺，完成气相沉积镀膜。

阴极板馈入口为圆形，信号馈入组件腰部扁平。

见图5，本实施例采用立式沉积室。由1个阳极板208与1个阴极板203组成1对电极，可同时镀膜2片基片206。具体步骤如下：

a)将2块带有600nm厚透明导电膜的基片206(1640mm×707mm×3mm)放置于腔室02中的2个基片位置，膜面朝外，玻璃面朝电极板。

b)真空抽到5.0×10^-4Pa之后，通入氩气，当腔内压力达到60Pa时，打开40.68MHz甚高频电源，以400W功率放电清洗真空室2分钟，关闭电源。

c)之后抽高真空至5.0×10^-4Pa左右，用氩气清洗两次。

d)按照5slpm通入混和气(硅烷加氢气)，当腔内气压达到60Pa，打开40.68MHz甚高频电源，以400W功率放电，沉积微晶硅本征层40分钟。

e)关闭电源，抽高真空。

f)充入氮气至大气压，打开真空室活动门103，移出腔室02，在室温中冷却TCO玻璃。

实施例2：

阴极板馈入口为圆形，信号馈入组件腰部扁平。

见图6，本实施例采用卧式沉积室，由8个阳极板208与8个阴极板203组成8对电极，可同时镀膜16片基片206。具体步骤如下：

a)将16块带有600nm厚透明导电膜的基片206(1640mm×707mm×3mm)放置于腔室02中的16个基片位置，膜面朝外，玻璃面朝电极板。

b)真空抽到5.0×10^-4Pa之后，通入氩气，当腔内压力达到60Pa时，打开40.68MHz甚高频电源，以400W功率放电清洗真空室2分钟，关闭电源。

c)之后抽高真空至5.0×10^-4Pa左右，用氩气清洗两次。

d)按照5slpm通入混和气(硅烷加氢气)，当腔内气压达到60Pa，打开40.68MHz甚高频电源，以400W功率放电，沉积微晶硅本征层40分钟。

e)关闭电源，抽高真空。

f)充入氮气至大气压，打开真空室活动门103，移出腔室02，在室温中冷却TCO玻璃。

以上结合附图对本实用新型的实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，尤其是馈入组件及阴极板的形状，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种太阳能电池沉积用放电电极组件，包括电极板和其上的信号馈入口，其特征在于电极板的馈入口位于阴极板背面的中心区域下凹的圆形面内，还包括端面是圆形的馈入组件，该馈入组件接射频或甚频功率电源的负极，馈入组件的圆形端面与电极板的信号馈入口面接触连接，以面馈入射频或甚频功率电源信号；电极板的阴极板上设有接地的屏蔽罩，该屏蔽罩上开有通孔。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池沉积用放电电极组件，其特征在于所述的馈入组件包括绝缘层和外壳屏蔽层。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池沉积用放电电极组件，其特征在于所述的馈入组件还包括一个由腰部和头部构成阶梯形状的导电体。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池沉积用放电电极组件，其特征在于所述的馈入组件的腰部为扁平形，其头部为圆形。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池沉积用放电电极组件，其特征在于所述馈入组件由铜质馈入芯、绝缘层和外壳屏蔽层构成。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池沉积用放电电极组件，其特征在于所述的电极板包括单面放电的阴极板、陶瓷绝缘层、屏蔽罩。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池沉积用放电电极组件，其特征在于所述的屏蔽罩覆盖整个阴极板背面和侧面。

8.根据权利要求1所述的太阳能电池沉积用放电电极组件，其特征在于所述的电极板还包括阳极板的接地体，阴极和阳极之间具有放电间距。

9.根据权利要求1所述的太阳能电池沉积用放电电极组件，其特征在于所述的屏蔽罩，还包括射频或甚高频功率电源信号馈入至阴极板背面的中心位置及四周侧面的屏蔽。

10.根据权利要求1所述的太阳能电池沉积用放电电极组件，其特征在于所述的馈入组件的另一端接包括射频或甚高频功率电源的阴极输出口和功率电源匹配器。

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