CN201756585U

CN201756585U - 太阳能电池沉积夹具

Info

Publication number: CN201756585U
Application number: CN2010202235916U
Authority: CN
Inventors: 李毅; 胡盛明; 何祝兵; 李志坚; 王春柱; 周建华
Original assignee: Shenzhen Trony Technology Development Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Trony Technology Development Co Ltd
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2020-06-11

Abstract

本实用新型涉及一种太阳能电池沉积夹具，属于太阳能电池技术领域。太阳能电池沉积夹具包括电极板组件、信号馈入组件及腔室，多套带屏蔽罩的电极板组件安装在腔室内构成放电的夹具阵列，信号馈入组件的一端与电极板组件的馈入口面接触连接，馈入口设置在带屏蔽罩电极板组件的阴极板背面中心区域内凹的矩形面上，所述的信号馈入组件是由腰部和头部构成弯曲形的条状馈入带，其头部信号馈入端面是矩形，腰部带绝缘屏蔽外壳。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

太阳能电池沉积夹具

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能电池技术，确切的说一种硅基薄膜太阳能电池沉积夹具。

背景技术

目前，硅基薄膜太阳能电池，采用等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)获取单结或多结的光电转换P-I-N膜层，在薄膜太阳能电池制造行业通用这种射频电容耦合平行电极板反应室。通常把电极板反应室所进行等离子体化学气相沉积的装置称为“沉积夹具”或简称为“夹具”。该夹具被广泛应用于非晶硅、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，夹具成为了该行业的核心设备之一。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的两倍或者更高的合法射频。在行业内，应用较多的甚高频一般为27.12～100MHz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。2007年，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。所存在的问题：1)VHF-PECVD反应室电极设计结构复杂；2)生产中经常要对反应室不断的清洗、装卸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，需要对现有夹具的结构原理做实用性的开发研究制造，以面对当前市场需求，降低成本，并同时能处理或沉积多片玻璃的CVD夹具体系，是当前的一个发展趋势。因此，引入有效甚高频馈入模式以满足大批量生产，使其进入工业化产品阶段，对产业发展才会具有重要的实际意义。

实用新型内容

本实用新型通过以上对现有晶化硅基薄膜亟待解决的技术难题的分析，旨在解决甚高频电源驱动的高速沉积膜层的均匀性和一致性问题。

本实用新型所提出的技术解决方案：提供一种太阳能电池沉积夹具，包括电极板组件、信号馈入组件及腔室，其特征在于多套带屏蔽罩的电极板组件安装在腔室内构成放电的夹具阵列，信号馈入组件的一端与电极板组件的馈入口面接触连接，馈入射频或甚高频功率电源信号，该馈入口设置在带屏蔽罩电极板组件的阴极板背面中心区域内凹的矩形面上，所述的信号馈入组件是由腰部和头部构成弯曲形的条状馈入带，其头部信号馈入端面是矩形，腰部带绝缘屏蔽外壳。

所述的信号馈入带是射频铜质导电带，其腰部外壳是带陶瓷绝缘层的屏蔽层。

所述的馈入口位于完全屏蔽的阴极板背面中心区域内凹的矩形面上，在阴极板与屏蔽罩之间具有间隙或填充平板绝缘材料。

所述带屏蔽罩电极板组件的屏蔽罩覆盖整个阴极板背面和侧面，电极板组件的阴极板与屏蔽罩之间具有间隙或填充平板绝缘材料。

所述的阴极板上设有屏蔽罩，该屏蔽罩上对应于阴极板的馈入口处开有通孔。

所述屏蔽罩的外层为金属壳，该金属壳与阴极板背面之间设有陶瓷绝缘层。

所述的阳极板还包括接地体，导槽及基片装卸构件。

所述的腔室包括气体腔、下底板、前门板、上后门板、下后门板、侧框架。

本实用新型所产生的积极效果主要是区别于插槽式阴极板侧面馈入方式，能够获得更大放电面积、更高均匀度的稳定放电，接入电容小，夹具之间射频干扰小，驻波和趋肤效应小。本实用新型适用于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，提高了生产率，降低了电池成本。

附图说明

图1、是本实用新型的夹具剖视示意图。

图2、是信号馈入组件(以下简称馈入带)201结构示意图。

图3、是阴极板203结构示意图。

图4、阴极板屏蔽罩204结构示意图。

图5、是本实用新型的结构示意图。

图6、是本实用新型实施例1结构示意图。

图1-6中，真空室01，气体系统接入口101，电源系统接入口102，真空系统接入口105，真空室活动门103，夹具02，气体腔214，下后门板211，上后门板212，前门板215，侧框架216，下底板221，阳极板208，阴极板203，阴极板屏蔽罩204，绝缘条207，导槽209，馈入带201，馈入口203-1，馈入面201-1，陶瓷绝缘层202，基片206。

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：

夹具02由腔室及电极板组件构成，腔室包括下后门板211，上后门板212，前门板215，侧框架216，下底板221，气体腔214。电极板组件包括阳极板208，阴极板203与阴极板屏蔽罩204之间有绝缘条207，阴极板屏蔽罩204与阳极板208接地。阴极板203的背面中间区域下凹的矩形面内有馈入口203-1，该馈入口203-1与馈入带201的馈入面201-1面接触，馈入带201呈阶梯状，包括腰部和一矩形端面201-1，该端面与馈入口203-1对应，其腰部扁平便于安装，信号馈入损耗少，带有陶瓷绝缘层202。另一个头是201-3连接射频/甚高频功率电源负极和功率电源匹配器(未画出)，呈阶梯状，其一端面呈矩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夹具内，均具有有绝缘屏蔽保护装置(未画出)。

本实用新型面馈入的夹具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夹具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夹具体系，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。

具体实施方式

实施例1：

电极板为立式，阴极板馈入口为矩形，信号馈入组件腰部扁平。

以下结合附图1-5进一步说明本实用新型的具体实施方式。

本实用新型薄膜太阳能电池的沉积夹具，使用甚高频功率电源，工作频率(27.12～100MHz)。真空室01用来实现真空状态，其上有气体系统接入口101，电源系统接入口102，真空系统接入口105，真空室01前面安装有可以打开的真空活动门103。夹具02是在真空环境下放电，基片206在大面积均匀电场腔室内，沉积p-i-n异质结叠层膜，形成薄膜太阳能电池芯板或称芯片，适合投入大批量生产。夹具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。阴极板203与阴极板屏蔽罩204之间有绝缘条207，馈入带201的头部矩形馈入面201-1与阴极板203背面馈入口203-1面接触连接，馈入射频/甚高频功率电源信号，馈入带另一端上的通孔201-3与电源接头205相连接，馈入带201腰部外壳是陶瓷绝缘层202，以防与阴极板屏蔽罩204接触。阴极板屏蔽罩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引出时不与阴极板屏蔽罩204接触，馈入带201为导电性良好的金属片铜，阴极板屏蔽罩204和阳极板208接地。将前工序镀制的基片206放置在夹具02的腔室内，将夹具02放置在真空室01内，关好真空室01上的真空室活动门103，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。

见图6，本实施例采用的立式沉积室，由12个阳极板208与12个阴极板203组成12对电极，可同时镀膜24片基片206。具体步骤如下：

a)将24块带有600nm厚透明导电膜的玻璃基片206(1640mm×707mm×3mm)放置于夹具02中的24个基片位置，膜面朝外，玻璃面朝电极板。

b)打开真空室活动门103，将夹具02放置在真空室01内，关好真空室01的真空室活动门103。

c)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功率放电清洗腔室2分钟，关闭电源。

d)之后抽高真空至5.0×10^-4Pa左右，用氩气清洗两次。

e)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。

f)关闭电源，抽高真空。

g)充入氮气至大气压，打开真空室活动门103，移出夹具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

1.一种太阳能电池沉积夹具，包括电极板组件、信号馈入组件及腔室，其特征在于多套带屏蔽罩的电极板组件安装在腔室内构成放电的夹具阵列，信号馈入组件的一端与电极板组件的馈入口面接触连接，馈入射频或甚高频功率电源信号，该馈入口设置在带屏蔽罩电极板组件的阴极板背面中心区域内凹的矩形面上，所述的信号馈入组件是由腰部和头部构成弯曲形的条状馈入带，其头部信号馈入端面是矩形，腰部带绝缘屏蔽外壳。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池沉积夹具，其特征在于所述的信号馈入带是射频铜质导电带，其腰部外壳是带陶瓷绝缘层的屏蔽层。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池沉积夹具，其特征在于所述的馈入口位于完全屏蔽的阴极板背面中心区域内凹的矩形面上，在阴极板与屏蔽罩之间具有间隙或填充平板绝缘材料。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池沉积夹具，其特征在于所述带屏蔽罩电极板组件的屏蔽罩覆盖整个阴极板背面和侧面，电极板组件的阴极板与屏蔽罩之间具有间隙或填充平板绝缘材料。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池沉积夹具，特征在于所述的阴极板上设有屏蔽罩，该屏蔽罩上对应于阴极板的馈入口处开有通孔。

6.根据权利要求5所述的太阳能电池沉积夹具，特征在于所述屏蔽罩的外层为金属壳，该金属壳与阴极板背面之间设有陶瓷绝缘层。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池沉积夹具，特征在于所述的阳极板还包括接地体，导槽及基片装卸构件。

8.根据权利要求1所述的太阳能电池沉积夹具，特征在于所述的腔室包括气体腔、下底板、前门板、上后门板、下后门板、侧框架。