CN201817546U - 衬底支撑基座和应用该衬底支撑基座的化学气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种衬底支撑基座，包含：被分隔形成若干中央加热区域和若干外部边缘加热区域的加热基座；被分别嵌设在中央加热区域和外部边缘加热区域中的若干加热源；与加热源耦合连接的电源控制器。该加热基座的上表面还具有一中间凹陷部和凸起外缘；且该加热基座上分布设置有若干个通气孔以传输热传导气体。本实用新型还公开了一种应用该衬底支撑基座的化学气相沉积设备。本实用新型适用于在大尺寸的衬底上沉积薄膜，在沉积薄膜的加热过程中，能对衬底进行均匀加热，使衬底保持良好的温度均匀性，提高所沉积薄膜的均匀性。

Description

衬底支撑基座和应用该衬底支撑基座的化学气相沉积设备

技术领域

本实用新型涉及一种衬底支撑基座，以及一种应用该衬底支撑基座的化学气相沉积设备，特别涉及一种用于制造薄膜太阳能电池的衬底支撑基座以及应用该衬底支撑基座的低压化学气相沉积设备。

背景技术

薄膜太阳能电池在弱光条件下仍可发电，其生产过程能耗低，具备大幅度降低原材料和制造成本的潜力。因此，目前市场对薄膜太阳能电池的需求正逐渐增长，而制造薄膜太阳能电池的技术更成为近年来的研究热点。

化学气相沉积设备（CVD）是制造薄膜太阳能电池的一种重要设备。请参阅图1，为现有技术的CVD设备的剖面示意图。该CVD设备1包括一腔体11，设置于腔体11内的喷淋头12，和面对喷淋头12设置的加热装置13。沉积薄膜时，将衬底14设置于加热装置13上，加热装置13将衬底14加热到一定的温度，并保持衬底14的温度。反应气体通过喷淋头12进入腔体11内，并在被加热的衬底14表面发生热反应，以在衬底表面沉积一层薄膜。

在薄膜沉积过程中，衬底14上温度的均匀性将直接影响沉积薄膜的均匀性。进一步请参阅图2，其显示了一种现有技术的加热装置13，包括加热基座131、电热丝132和电源133。其中，所述加热丝132是镶嵌于加热基座131内部的。所述电源133电连接该电热丝132，并为电热丝132提供工作电源。所述加热基座131具有一上表面134，衬底14被设置在该上表面134。当电源133通电后，电热丝132被加热，通过加热基座131将放置在其上表面134上的衬底14加热到一定温度，以进行薄膜沉积。

随着薄膜太阳能电池技术的不断进步和发展，衬底14的尺寸也越来越大。然而现有技术中，加热基座131与衬底14之间采用面接触的方式，在衬底14的外缘区域，由于散热速度较其中间区域快，因此在加热过程中会引起衬底14的中间区域与边缘区域的温度不均匀，进而直接影响在衬底14上所沉积的薄膜的均匀性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种衬底支撑基座和应用该衬底支撑基座的化学气相沉积设备，以解决现有技术中存在的加热过程中会引起衬底的中间区域与边缘区域的温度不均匀的问题。

本实用新型的技术方案是提供一种衬底支撑基座，其包含：一加热基座，该加热基座被分隔形成若干个中央加热区域和若干个外部边缘加热区域；若干加热源，其被嵌设在中央加热区域和外部边缘加热区域中；电源控制器，其与加热源耦合连接；其中，所述的加热基座的上表面具有一中间凹陷部和凸起外缘；且该加热基座上分布设置有若干个通气孔以传输热传导气体。

所述的加热源包含若干第一加热源和第二加热源；该第一加热源对应嵌设在中央加热区域中；该第二加热源对应嵌设在外部边缘加热区域中。

所述的第一加热源和第二加热源均为电热丝。

本实用新型的一种优选实施例中，所述的电源控制器分别与每个第一加热源以及第二加热源耦合连接。

本实用新型的一种优选实施例中，所述的电源控制器包含：分别与每个第一加热源耦合连接的第一电源控制器；以及分别与每个第二加热源耦合连接的第二电源控制器。

进一步，所述热传导气体为氦气。

所述的衬底的外边缘与凸起外缘之间具有缝隙。

所述的加热基座中间凹陷部的底表面上设置若干个支撑衬底的凸台，所述衬底的面积大于1平方米。

本实用新型还提供一种应用所述的衬底支撑基座的化学气相沉积设备，其包含：一腔体，设置于腔体内的喷淋头，面对喷淋头设置的衬底支撑基座，以及设置于衬底支撑基座上的衬底。

所述的化学气相沉积设备为低压化学气相沉积设备。

本实用新型所提供的衬底支撑基座以及应用该衬底支撑基座的化学气相沉积设备，利用以下所列的技术特征等，从多方面改善加热过程中的衬底的温度均匀性，提高所沉积薄膜的均匀性。

1）将加热基座分为中央加热区及外部边缘加热区域，使得衬底的边缘与中间区域能够被均匀加热；

2）采用所述电源控制器分别独立控制设置在中央或边缘加热区域内的第一/第二加热源，以进行不同程度的加热，进一步确保了衬底各个区域加热的均匀性；

3）所述加热基座的上表面形成一中间凹陷部和凸起外缘，所述衬底被容纳在中间凹陷部内，所述凸起外缘包围所述衬底的外边缘，以减缓衬底外边缘的散热速度；

4）通过在所述加热基座上分布设置若干通气孔，利用热传导气体从背面吹向衬底，对其进行直接接触式的均匀加热。

本实用新型所提供的衬底支撑基座以及应用该衬底支撑基座的化学气相沉积设备，尤其适用于在大尺寸的衬底（玻璃衬底）上沉积薄膜，在加热过程中衬底具有极好的温度均匀性，使得沉积的薄膜因此具有良好的均匀性。

附图说明

图1是现有技术中化学气相沉积设备的剖面结构示意图；

图2是现有技术中加热装置的剖面结构示意图；

图3是本实用新型的化学气相沉积设备的剖面结构示意图；

图4是本实用新型中衬底支撑基座的俯视图；

图5是本实用新型中衬底支撑基座的剖面结构示意图。

具体实施方式

以下结合图3～图5，详细说明本实用新型的具体实施方式。

请参见图3，是本实用新型的化学气相沉积设备的剖面结构示意图。其包含：一腔体21，设置于腔体21内的喷淋头22和面对喷淋头22设置的衬底支撑基座23。本实施例中，所述的化学气相沉积设备为低压化学气相沉积设备。

将衬底24设置于衬底支撑基座23上，该衬底支撑基座23将衬底24加热到一定的温度，并保持衬底24的温度。反应气体通过喷淋头22进入腔体21内，并在被加热的衬底24表面发生热反应，以在衬底24表面沉积一层薄膜。该薄膜通常为透明电极层，例如ZnO（氧化锌）透明电极层。

如图5所示，其显示了所述衬底支撑基座23的剖面结构示意图。该衬底支撑基座23包含一加热基座，若干加热源和电源控制器236。其中，该加热基座被分隔形成多个区域，具体包含若干个中央加热区域232和若干个外部边缘加热区域231。所述的加热源包含若干第一加热源235，其分别一一对应嵌设在若干中央加热区域232中；还包含若干第二加热源233，其分别一一对应嵌设在若干外部边缘加热区域231中。在本实施例中，所述的第一加热源235和第二加热源233均为电热丝。所述加热基座的材料为金属材料，以使得被加热的第一加热源235和第二加热源233的热量能传导给所述加热基座。具体地，在本实施例中所述加热基座的材料可采用铝材，所述第一加热源235和第二加热源233通常被加热到200-300摄氏度。

所述的电源控制器236分别与每个第一加热源235以及第二加热源233耦合连接，其分别独立控制位于加热基座的中央加热区域232的第一加热源235以及位于加热基座外部边缘加热区域231的第二加热源233，从而使得位于不同区域的加热源具有不同的加热程度。一般由于外部边缘区域的散热速度较中间区域快，因此会控制第二加热源233相较于第一加热源235有更强的加热程度，有效补偿加热基座外部边缘区域与中央区域在加热过程中的温度不均匀，进而保证整个衬底24表面不同区域的温度均匀性。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，也可采用两个电源控制器，其中一个电源控制器与若干位于加热基座内的中央加热区域232的第一加热源235耦合连接，用以单独控制第一加热源235的加热过程。另一个电源控制器与若干位于加热基座外部边缘加热区域231的第二加热源233耦合连接，用以单独控制第二加热源233的加热过程。如此可分别设定中央加热区域232与边缘加热区域231的温度，以及更好的控制第二加热源233与第一加热源235的加热时间以及加热速率等，从而有效补偿加热基座外部边缘区域与中央区域在加热过程中的温度不均匀问题。

进一步，本实用新型的加热基座的上表面具有一中间凹陷部和位于两侧的凸起外缘234。该中间凹陷部用以容纳放置衬底24，所述衬底24的外边缘被加热基座上表面的凸起外缘234所包围。该包围衬底24外边缘的加热基座凸起外缘234可以减缓衬底24外边缘的散热速度，进一步更有效的补偿加热基座外部边缘区域与中央区域在加热过程中的温度不均匀，保证整个衬底24表面不同区域的温度均匀性，使得在衬底24上沉积的薄膜具有良好的均匀性。此外，该衬底24的外边缘与凸起外缘234之间具有一定缝隙，以避免所述衬底23与所述凸起外缘234的碰触。

如图4所示，为本实用新型中衬底支撑基座23的俯视图。所述的加热基座的各个加热区域上设置有若干个通气孔238，热传导气体通过所述通气孔238将被加热的衬底支撑基座的热量均匀地传递到衬底24的背面，对衬底24进行加热。由于衬底24是通过热传导气体进行加热，所述热传导气体与衬底24之间可以充分接触，以解决了现有技术中加热基座与衬底之间采用面面接触，因相互接触不充分而引起衬底温度分配不均匀的问题。进一步的，通过所述通气孔238经加热基座被输送至衬底24背面的热传导气体，最终从衬底24与加热基座凸起外缘234之间的缝隙中，以一定的压力被排出至腔体21中。如此可以防止从正对衬底24的上表面处的由喷淋头22被送入腔体21中的反应气体通过缝隙进入衬底24的背面，进而防止反应气体对衬底24背面与加热基座的污染。本实施例中，采用氦气作为热传导气体，因氦气具有良好的热传导性能，因而可以对衬底24进行快速加热。

请参见图4，在本实用新型的一个优选实施例中，所述的加热基座的中间凹陷部的底表面上还分布设置有若干个凸台239，用以支撑所述衬底24（如图5所示）。

本实用新型在薄膜沉积过程中，将衬底24放置在加热基座的上表面的中间凹陷部上，被该中间凹陷部的底表面上分布的凸台239支撑，同时该衬底24的外边缘被加热基座上表面的凸起外缘234所包围，并且该衬底24的外边缘与凸起外缘234之间留有一定缝隙。

随后，将位于中央加热区域235内铝制的第一加热源235和位于外部边缘加热区域231内铝制的第二加热源233加热至200-300摄氏度左右；通过利用电源控制器236分别控制第一加热源235和第二加热源233的加热时间以及加热速率等，使得所述加热源的热量被均匀传导至加热基座的中央加热区域235和外部边缘加热区域231，使得整个加热基座的温度均匀。

此时，将具有良好的热传导性能的氦气由通气孔238通入已经被加热的衬底支撑基座内，其将被均匀加热的加热基座的热量均匀地直接地传递到衬底24的背面，对衬底24进行加热，这种直接接触式的加热方法能让氦气与衬底24能接触充分，使得衬底具有均匀的加热程度，此时在衬底表面所沉积的薄膜的均匀性即可得到保证。

而穿过通气孔238经加热基座被输送至衬底24背面的氦气，最终从衬底24与加热基座凸起外缘234之间的缝隙中，以一定的压力被排出至腔体21中。如此即可以有效保证加热气体氦气的通畅流通，也可以防止从正对衬底24的上表面处的由喷淋头22被送入腔体21中的反应气体通过缝隙进入衬底24的背面，进而防止反应气体对衬底24背面与加热基座的污染。

本实用新型所提供的衬底支撑基座以及应用该衬底支撑基座的化学气相沉积设备，利用以下所列的技术特征等，从多方面改善加热过程中的衬底24的温度均匀性，提高所沉积薄膜的均匀性。

1）将加热基座分为中央加热区及外部边缘加热区域，使得衬底的边缘与中间区域能够被均匀加热；

2）采用所述电源控制器分别独立控制设置在中央或边缘加热区域内的第一/第二加热源，以进行不同程度的加热，进一步确保了衬底各个区域加热的均匀性；

3）所述加热基座的上表面形成一中间凹陷部和凸起外缘，所述衬底被容纳在中间凹陷部内，所述凸起外缘包围所述衬底的外边缘，以减缓衬底外边缘的散热速度；

4）通过在所述加热基座上分布设置若干通气孔，利用热传导气体从背面吹向衬底，对其进行直接接触式的均匀加热。

本实用新型所提供的衬底支撑基座以及应用该衬底支撑基座的化学气相沉积设备，尤其适用于在大尺寸的衬底（玻璃衬底）上沉积薄膜，例如在面积大于1平方米的玻璃衬底上沉积薄膜，在加热过程中衬底具有极好的温度均匀性，使得沉积的薄膜因此具有良好的均匀性。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种衬底支撑基座，所述衬底支撑基座用于放置待沉积薄膜的玻璃衬底，其特征在于，包含：

一加热基座，具有中央加热区域（232）和外部边缘加热区域（231）；

若干加热源，其被嵌设在所述中央加热区域（232）和所述外部边缘加热区域（231）中；

电源控制器（236），其与所述加热源耦合连接；

其中，所述的加热基座的上表面具有一中间凹陷部和凸起外缘（234）；且该加热基座上设置有若干个通气孔（238）以传输热传导气体。

2.如权利要求1所述的衬底支撑基座，其特征在于，所述的加热源包含若干第一加热源（235）和第二加热源（233）；

该第一加热源（235）对应嵌设在所述中央加热区域（232）中；

该第二加热源（233）对应嵌设在所述外部边缘加热区域（231）中。

3.如权利要求2所述的衬底支撑基座，其特征在于，所述的第一加热源（235）和第二加热源（233）均为电热丝。

4.如权利要求3所述的衬底支撑基座，其特征在于，所述的电源控制器（236）分别与每个第一加热源（235）以及第二加热源（233）耦合连接。

5.如权利要求3所述的衬底支撑基座，其特征在于，所述的电源控制器（236）包含：

分别与每个第一加热源（235）耦合连接的第一电源控制器；

分别与每个第二加热源（233）耦合连接的第二电源控制器。

6.如权利要求1所述的衬底支撑基座，其特征在于，所述热传导气体为氦气。

7.如权利要求6所述的衬底支撑基座，其特征在于，所述的衬底（24）的外边缘与凸起外缘（234）之间具有缝隙。

8.如权利要求1-7中任一项所述的衬底支撑基座，其特征在于，所述的加热基座的中间凹陷部的底表面上分布设置有若干个支撑衬底（24）的凸台（239），所述衬底（24）的面积大于1平方米。

9.一种应用如权利要求1所述的衬底支撑基座的化学气相沉积设备，其特征在于，包含：一腔体（21），设置于腔体（21）内的喷淋头（22），面对喷淋头（22）设置的衬底支撑基座（23），以及设置于衬底支撑基座（23）上的衬底（24）。

10.如权利要求9所述的化学气相沉积设备，其特征在于，该化学气相沉积设备为低压化学气相沉积设备。 

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