CN201780981U - 太阳能电池活动夹具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种太阳能电池活动夹具，属于太阳能电池技术领域。太阳能电池活动夹具包括至少一个腔室、由平行电极板和信号馈入组件构成的电极板组件，腔室是带接地装置和绝缘屏蔽装置的活动式腔体；所述信号馈入组件是一个弯曲的导电体，其一端面呈三角形，该端面与电极板的馈入口面接触连接，馈入口位于电极板平面中心区域下凹的三角形内。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

太阳能电池活动夹具 

技术领域

本实用新型公开一种太阳能电池技术，确切的说一种硅基薄膜太阳能电池可推入真空室的活动夹具。 

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，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。由电极板组件构成电极板阵列在反应室内进行等离子体化学气相沉积。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夹具体系，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是：提供一种太阳能电池活动夹具，包括至少一个腔室、由平行电极板和信号馈入组件构成的电极板组件，其特征在于所说的腔室是带接地装置和绝缘屏蔽装置的活动式腔体，多个腔室与电极板组件构成腔室阵列；所述信号馈入组件是一个弯曲的导电体，其一端面呈三角形，该端面与电极板的馈入口面接触连接，所述馈入口位于电极板平面中心区域下凹的三角形内；所述绝缘屏蔽装置包括馈入射频或甚高频功率电源信号的电极板的屏蔽层，该屏蔽层接地。 

所述活动式腔室的底部装有滑动装置，该腔室内安装有由电极板组件构成的夹具，所述的腔室阵列之间设有防干扰的屏蔽装置。 

所述屏蔽层安装在电极板的阴极板上，该屏蔽层是一个开有通孔的金属外壳屏蔽罩。 

所述金属外壳屏蔽罩与阴极板的背面之间设有绝缘材料层。 

所说信号馈入组件设有屏蔽绝缘层，该屏蔽绝缘层包括外表金属屏蔽层和金属馈入芯的绝缘层。 

所说阴极板与其屏蔽罩之间设有陶瓷绝缘层，所述屏蔽罩覆盖整个阴极板背面和侧面。 

所说的腔室阵列包括：由多套电极板组件及腔室的组配形成的具有一定间距放电的电极阵列或由该电极阵列形成的腔室阵列。 

所说的信号馈入组件包括金属馈入芯，该馈入芯是由射频或甚高频馈线构成的导电体，其腰部有陶瓷绝缘层。 

所说信号馈入组件的另一端接射频或甚高频功率电源信号的阴极输出口和功率电源匹配器。 

本实用新型实施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。 

克服了现有技术多点馈入结构接触面积较小，要求各个馈入点路径对称，本实用新型的面馈入实现了完全隔离屏蔽，避免了馈入信号的连接导体与阴极板之间不能有接触。只有各放电体和信号馈入组件带完全隔离屏蔽，防止信号干扰完全隔离屏蔽才能实现有效放电。 

虽然，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。对于多点式馈入，因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，难以满足生产中拆洗等实际需求。 

附图说明

图1、是本实用新型的活动夹具原理的剖视图。 

图2、是圆柱体信号馈入组件(以下简称馈入组件或馈入带)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的结构示意图。 

图7、是本实用新型实施例2腔室阵列的结构示意图。 

图1-7中，真空室01，气体系统接入口101，真空系统接入口105，轨道104，气体腔214，气体腔盖213，侧框架216，下底板221，活动轮218，阳极 板208，阴极板203，阴极板屏蔽罩204，绝缘条207，接地金属导槽209，馈入带201，馈入口203-1，馈入面201-1，陶瓷绝缘层202，基片206。 

本实用新型的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，尤其高效利用阳极板双工作面，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。 

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。夹具放置在真空室01内，夹具包括平行电极板和屏蔽装置，平行电极板的阴极板203和阳极板208，馈入口203-1是三角形，信号馈入组件201的一端面201-1是三角形，馈入组件201呈阶梯状包括腰部圆柱体和一端面201-1是三角形与馈入口203-1位于具有屏蔽罩204的阴极板203中间区域下凹的三角面对应，腰部采用圆柱体结构便于屏蔽。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，其一端面呈三角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活动式腔体内，均具有有绝缘屏蔽保护装置(未画出)。 

具体实施方式

以下结合附图1-6进一步说明本实用新型夹具的工作原理。夹具由活动腔室及电极板组件构成，活动腔室包括下后门板，上后门板，前门板，在侧框架216下部安装活动轮218，下底板221，气体腔214等构成的立方体。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203的背面有甚高频馈入口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腰部带有陶瓷绝缘层202。所说夹具放置在真空室01内，真空室01上有气体系统接入口101，电源系统接入口，真空系统接入口105，真空室01前面安装有可以打开的活动门，真空室01内安装有轨道104。 

实施例1： 

电极板为立式，阴极板馈入口为三角形，馈入组件为圆柱体。 

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活动夹具，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，真空系统接入口105，真空室01前面安装有可以打开的活动门。夹具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。阴极板203与阴极板屏蔽罩204之间有绝缘条207，馈入带201的头部三角形馈入面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放置在夹具的腔室内，将夹具沿轨道104推入真空室01内，关好真空室01上的活动门，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。 

本实施例采用立式沉积室，由6个阳极板208与12个阴极板203组成12对电极，两个阴极板203共用一个阳极板208。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)打开真空室的活动门，将夹具沿轨道104推入真空室01内，关好活动门。 

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，打开真空室的活动门，推出夹具，在室温中冷却TCO玻璃。 

实施例2： 

使用夹具同实施例1。见图7，本实施例采用6个夹具，可同时镀24片基片。每个夹具中2个阴极板203共用1个阳极板208组成2对电极，可同时镀膜4片基片206。 

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6个夹具中的基片位置，膜面朝外，玻璃面朝电极板。 

b)打开真空室的活动门，将夹具沿轨道104推入真空室01内，关好真空室活动门。 

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，打开真空室活的动门，推出夹具，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 (9)

1.一种太阳能电池活动夹具，包括至少一个腔室、由平行电极板和信号馈入组件构成的电极板组件，其特征在于所说的腔室是带接地装置和绝缘屏蔽装置的活动式腔体，多个腔室与电极板组件构成腔室阵列；所述信号馈入组件是一个弯曲的导电体，其一端面呈三角形，该端面与电极板的馈入口面接触连接，所述馈入口位于电极板平面中心区域下凹的三角形内；所述绝缘屏蔽装置包括馈入射频或甚高频功率电源信号的电极板的屏蔽层，该屏蔽层接地。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池活动夹具，其特征在于所述活动式腔室的底部装有滑动装置，该腔室内安装有由电极板组件构成的夹具，所述的腔室阵列之间设有防干扰的屏蔽装置。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池活动夹具，其特征在于所述屏蔽层安装在电极板的阴极板上，该屏蔽层是一个开有通孔的金属外壳屏蔽罩。

4.根据权利要求3所述的一种太阳能电池活动夹具，其特征在于所述金属外壳屏蔽罩与阴极板的背面之间设有绝缘材料层。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能电池活动夹具，其特征在于所说信号馈入组件设有屏蔽绝缘层，该屏蔽绝缘层包括外表金属屏蔽层和金属馈入芯的绝缘层。

6.根据权利要求3所述的一种太阳能电池活动夹具，其特征在于所说阴极板与其屏蔽罩之间设有陶瓷绝缘层，所述屏蔽罩覆盖整个阴极板背面和侧面。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能电池活动夹具，其特征在于所说的腔室阵列包括：由多套电极板组件及腔室的组配形成的具有一定间距放电的电极阵列或由该电极阵列形成的腔室阵列。

8.根据权利要求1所述的一种太阳能电池活动夹具，其特征在于所说的信号馈入组件包括金属馈入芯，该馈入芯是由射频或甚高频馈线构成的导电体，其腰部有陶瓷绝缘层。

9.根据权利要求1所述的一种太阳能电池活动夹具，其特征在于所说信号馈入组件的另一端接射频或甚高频功率电源信号的阴极输出口和功率电源匹配器。

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