CN202499905U

CN202499905U - 化学气相沉积设备

Info

Publication number: CN202499905U
Application number: CN2011205534365U
Authority: CN
Inventors: 李一成; 汪宇澄
Original assignee: Ideal Energy Equipment Shanghai Ltd
Current assignee: Ideal Yao Rui (Zhejiang) Energy Technology Co., Ltd.
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2021-12-27

Abstract

本实用新型公开了一种化学气相沉积设备，包含化学气相沉积反应腔以及气体传输装置；所述气体传输装置包含反应气源；在所述反应气源与所述化学气相沉积反应腔之间设置定量供气装置，该定量供气装置每次向化学气相沉积反应腔中输送定量的反应气体。本实用新型可精确控制进入各个反应腔内的反应气体量，提高薄膜太阳能电池的沉积质量，并且有效降低化学气相沉积设备的成本。

Description

化学气相沉积设备

技术领域

本实用新型涉及一种化学气相沉积（CVD）设备，特别是关于一种低压化学气相沉积（LPCVD）设备或原子层沉积（ALD）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和设备更成为近年来的研究热点。

薄膜太阳能电池的制造过程中需要在衬底（如玻璃基板）上沉积一层透明导电薄膜以形成电极。低压化学气相沉积设备就是一种常用的薄膜太阳能电池透明电极的制造设备。

如图1所示，为现有技术中化学气相沉积设备的结构示意图。其包含依次连接的装载腔3、多个反应腔和卸载腔8。薄膜太阳能电池的透明电极沉积过程为：玻璃基板通过装载腔3被加载到化学气相沉积设备中，随后依次进入一级反应腔4、二级反应腔5、三级反应腔6和四级反应腔7中，分别在玻璃基板的表面沉积透明导电薄膜，最后通过卸载腔8卸载沉积有透明导电薄膜的玻璃基板，并送出化学气相沉积设备。

在上述各个反应腔中沉积透明导电薄膜的过程中，反应气源1中的气体（包括反应气体和载体）通过进气管道10被分别引入到一级反应腔4、二级反应腔5、三级反应腔6和四级反应腔7中；各个反应腔4~7中的反应尾气分别通过排气管道11排出。

在所述的每个反应腔4~7进气端与进气管道10之间分别设置有流量控制阀2，用于控制气体进入每个反应腔的流量。并且，在所述的每个反应腔4~7排气端与排气管道11之间分别设置有真空泵9，用于从每个反应腔中抽取反应尾气以控制反应腔内气压。

根据上述现有的化学气相沉积设备，虽然可利用流量控制阀来自动控制进入每个反应腔内的气体流量，但是对于进入各反应腔中的反应气体量则难以精确计算和控制。同时，由于流量控制阀结构复杂，成本较高，因此会导致整个用于薄膜沉积的化学气相沉积设备的成本提高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种化学气相沉积设备，可精确控制进入各个反应腔内的反应气体量，提高薄膜太阳能电池的沉积质量，并且有效降低化学气相沉积设备的成本。

本实用新型的技术方案是提供一种化学气相沉积设备，包含化学气相沉积反应腔以及气体传输装置；所述气体传输装置包含反应气源；特点是：在所述反应气源与所述化学气相沉积反应腔之间设置定量供气装置，该定量供气装置每次向化学气相沉积反应腔中输送定量的反应气体。

所述定量供气装置包含第一开关阀、容器、第二开关阀和压力检测器，所述第一开关阀设置在反应气源与容器之间，所述第二开关阀设置在容器与化学气相沉积反应腔的进气端之间，所述压力检测器用于检测所述容器中的气压。

所述定量供气装置还包含控制器；所述控制器根据所述压力检测器检测到的气压控制所述第一开关阀和第二开关阀，在所述气压大于等于第一气压时关闭所述第一开关阀，并开启所述第二开关阀，在所述气压小于等于第二气压时开启所述第一开关阀，并关闭所述第二开关阀。

所述定量供气装置还包含监控器，所述监控器用于监控流进化学气相沉积反应腔中的反应气体的总量。

所述监控器包括计数器，所述计数器计算所述第一开关阀的开启或关闭次数，或计算所述第二开关阀的开启或关闭次数，或计算所述容器内气压达到第一气压或第二气压的次数，或计算上述中的多个。

所述化学气相沉积设备为原子层沉积设备或低压化学气相沉积设备。

所述化学气相沉积设备具有多个化学气相沉积反应腔，所述化学气相沉积设备还包含装载腔和卸载腔，所述装载腔、多个化学气相沉积反应腔和卸载腔依次连接。

所述气体传输装置还包含连接设置在所述反应气源与每个化学气相沉积反应腔进气端之间的进气管道；所述定量供气装置分别设置在每个化学气相沉积反应腔进气端与所述进气管道之间。

所述化学气相沉积设备还包含与每个化学气相沉积反应腔的排气端连接设置的排气管道；在所述每个化学气相沉积反应腔排气端与所述排气管道之间分别设置有真空泵，该真空泵从每个化学气相沉积反应腔中抽取反应尾气以控制化学气相沉积反应腔内气压。

本实用新型所提供的化学气相沉积设备，利用定量供气装置可实现一次性向各个化学气相沉积反应腔中输送定量的反应气体，从而精确控制进入各个化学气相沉积反应腔中的反应气体量，有效提高薄膜沉积质量，从而提高太阳能薄膜电池的产品质量。

本实用新型所提供的化学气相沉积设备，每个化学气相沉积反应腔都通过一个独立的定量供气装置向所述化学气相沉积反应腔供应反应气体，可实现对每个化学气相沉积反应腔独立供应反应气体，避免各个化学气相沉积反应腔之间相互之间的影响。

本实用新型中的定量供气装置，结构简单，价格低廉，可有效降低化学气相沉积设备的成本，增强设备的维护性。

附图说明

图1是现有技术中化学气相沉积设备的结构示意图；

图2是本实用新型中的化学气相沉积设备的结构示意图。

具体实施方式

以下结合图2，详细说明本实用新型的优选实施方式。

请参见图2，是本实用新型中提出的化学气相沉积设备的结构示意图。所述化学气相沉积设备可以用于制造薄膜太阳能电池；所述化学气相沉积设备具体的可以是原子层沉积设备（ALD），或者是低压化学气相沉积设备（LPCVD）。该化学气相沉积设备包含依次连接的装载腔3、至少一个化学气相沉积反应腔和卸载腔8。本实施例中，所述多个化学气相沉积反应腔包括依次连接的一级化学气相沉积反应腔4、二级化学气相沉积反应腔5、三级化学气相沉积反应腔6和四级化学气相沉积反应腔7。其中，所述一级化学气相沉积反应腔4的输入端连接装载腔3的输出端，所述二级化学气相沉积反应腔5的输入端连接一级化学气相沉积反应腔4的输出端，所述三级化学气相沉积反应腔6的输入端连接二级化学气相沉积反应腔5的输出端，所述四级化学气相沉积反应腔7的的输入端连接三级化学气相沉积反应腔6的输出端，所述卸载腔8的输入端连接四级化学气相沉积反应腔7的输出端。

所述的化学气相沉积设备还包含气体传输装置，该气体传输装置包含反应气源1，连接设置在反应气源1和每个化学气相沉积反应腔进气端之间的进气管道10。

在每个化学气相沉积反应腔进气端与进气管道10之间分别设置定量供气装置。本实施例中，即分别在一级化学气相沉积反应腔4进气端与进气管道10之间、在二级化学气相沉积反应腔5进气端与进气管道10之间、在三级化学气相沉积反应腔6进气端与进气管道10之间、在四级化学气相沉积反应腔7进气端与进气管道10之间设置定量供气装置。

所述的定量供气装置包含第一开关阀12、容器15、第二开关阀14和压力检测器13；其中，第一开关阀12设置在进气管道10与容器15之间；第二开关阀14设置在容器15与化学气相沉积反应腔进气端之间，所述压力检测器13用于检测所述容器15中的气压，以控制所述第一开关阀12和第二开关阀14的开关。

所述定量供气装置还包含控制器，所述控制器根据所述压力检测器13检测到的气压控制所述第一开关阀12和第二开关阀14；在所述压力检测器13检测到容器15内气压大于等于第一气压时，控制器控制所述第一开关阀12关闭，控制所述第二开关阀14开启；在所述压力检测器13检测到容器15内气压下降到小于等于第二气压时，控制器控制所述第一开关阀12开启，控制所述第二开关阀14关闭。

所述定量供气装置还包含监控器，所述监控器用于监控流进每个化学气相沉积反应腔中的反应气体的总量。

进一步，所述监控器包括计数器，所述计数器计算所述第一开关阀12的开启或关闭次数，或监控所述第二开关阀14的开启或关闭次数，或监控所述容器15内气压达到第一气压或第二气压的次数，或同时监控上述中的多个参数；用以获得所述定量供气装置向所述化学气相沉积反应腔供应反应气体的次数，从而可以精确计算和控制供应到所述化学气相沉积反应腔中的气体总量。

本实用新型与背景技术相比，采用定量供气装置取代原有的流量控制阀。由于定量供气装置的容器15的容积是固定不变的，那么充入容器15内的反应气体的体积也固定不变，因此可以根据由压力检测器13检测到的容器15内的反应气体的压力，来最终确定充入容器15内的反应气体的质量。根据上述原理，本实用新型可一次性向各个化学气相沉积反应腔中输送定量的反应气体，从而精确控制进入各个化学气相沉积反应腔中的反应气体量。

在本实用新型的化学气相沉积设备中，还包含与各个化学气相沉积反应腔的排气端连接设置的排气管道11。在每个化学气相沉积反应腔排气端与排气管道11之间分别设置有真空泵9，用于从每个化学气相沉积反应腔中抽取反应尾气以控制化学气相沉积反应腔内气压。

本实施例中，分别在一级化学气相沉积反应腔4排气端与排气管道11之间、在二级化学气相沉积反应腔5排气端与排气管道11之间、在三级化学气相沉积反应腔6排气端与排气管道11之间、在四级化学气相沉积反应腔7排气端与排气管道11之间设置真空泵9。

以下通过应用本实用新型化学沉积设备沉积薄膜太阳能电池的电极的沉积过程为例，来说明本实用新型化学沉积设备的工作过程，但这不应该用于限定本实用新型的范围，本实用新型化学沉积设备还可以用于ALD沉积，硅薄膜沉积等的其他化学气相沉积工艺中。

在薄膜太阳能电池的电极沉积过程中，第一衬底（如玻璃基板）首先通过装载腔3被加载到化学气相沉积设备中，随后进入一级化学气相沉积反应腔4中，同时，第二衬底被加载到装载腔3中。

此时，设置在一级化学气相沉积反应腔4进气端与进气管道10之间的定量供气装置开始工作。首先，控制器控制该定量供气装置的第一开关阀12开启，并控制第二开关阀14关闭。反应气体由反应气源1通过进气管道10充入容器15内，此时压力检测器13实时检测容器15内的反应气体压力。当压力检测器13检测到容器15内的反应气体压力达到或大于一预设压力值（第一气压）时，说明充入容器15内的反应气体已经达到预定量，因此控制器控制第一开关阀12关闭，完成充气过程。随后，仍然控制第一开关阀12关闭，并控制第二开关阀14打开，容器15内的反应气体进入一级化学气相沉积反应腔4中，开始反应过程并在第一衬底表面沉积薄膜。当压力检测器13检测到容器15内的压力下降到小于等于充气压力（第二气压）时，则说明预定质量的反应气体已经被输送到一级化学气相沉积反应腔4中。

之后，控制器再次控制第二开关阀14关闭，并控制第一开关阀12打开，又一次开始向容器15内充入反应气体，并在完成充气过程后，将定量的反应气体充入一级化学气相沉积反应腔4中，继续进行薄膜沉积。如此循环，直至在第一衬底上沉积一层一定厚度的薄膜（如TCO薄膜，即透明导电氧化物薄膜），完成在一级化学气相沉积反应腔4内的薄膜沉积操作。

在上述过程中，所述监控器监控流进每个化学气相沉积反应腔中的反应气体的总量。具体地，所述监控器中的计数器计算所述第一开关阀12的开启或关闭次数，或监控所述第二开关阀14的开启或关闭次数，或监控所述容器15内气压达到第一气压或第二气压的次数，用以获得所述定量供气装置向所述化学气相沉积反应腔供应反应气体的次数，从而可以精确计算和控制供应到所述化学气相沉积反应腔中的气体总量。

随后，所述第一衬底被传送至二级化学气相沉积反应腔5内，同时，所述第二衬底被传输到一级化学气相沉积反应腔4内，而第三衬底被加载到所述到装载腔3中。此时，所述一级化学气相沉积反应腔4对第二衬底进行薄膜沉积操作，同时，所述二级化学气相沉积反应腔5对第一衬底进行薄膜沉积操作，具体操作流程与上述一级化学气相沉积反应腔4对第一衬底进行薄膜沉积的过程相同，直至所述二级化学气相沉积反应腔5完成对对所述第一沉底的薄膜沉积操作，以及所述一级化学气相沉积反应腔4完成对所述第二衬底的薄膜沉积操作。

以此类推，继续依次完成三级化学气相沉积反应腔6和四级化学气相沉积反应腔7对第一衬底的薄膜沉积操作，从而完成第一衬底的整个薄膜沉积过程。最后通过卸载腔8卸载完成薄膜沉积的衬底，并送出化学气相沉积设备。同时，后续第二衬底、第三衬底等被依次送入各个化学气相沉积反应腔，从而完成薄膜沉积过程。

在上述薄膜太阳能电池的电极沉积过程中，通过设置在各个化学气相沉积反应腔排气端与排气管道11之间的真空泵9，将每个化学气相沉积反应腔中的反应尾气抽出，并由排气管道11排出。

综上所述，本实用新型所提供的化学气相沉积设备，利用定量供气装置可实现一次性向各个化学气相沉积反应腔中输送定量的反应气体，从而精确控制进入各个化学气相沉积反应腔中的反应气体量，有效提高薄膜沉积质量，从而提高太阳能薄膜电池的产品质量；并且，每个化学气相沉积反应腔都通过一个独立的定量供气装置向所述化学气相沉积反应腔供应反应气体，可实现对每个化学气相沉积反应腔独立供应反应气体，避免各个化学气相沉积反应腔之间相互之间的影响。

另外，本实用新型采用结构简单，组成部件价格低廉的定量供气装置代替现有技术中结构复杂，价格昂贵的流量控制阀，有效降低化学气相沉积设备的成本，增强设备的维护性。

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。例如，本实用新型所提供的定量供气装置，也同样适用于反应物为液体和固体的设备，可利用与本实施例中所记载的类似原理和方法定量提供反应物，同样能够实现上述技术效果。

Claims

1.一种化学气相沉积设备，包含化学气相沉积反应腔以及气体传输装置；所述气体传输装置包含反应气源（1）；其特征在于：在所述反应气源（1）与所述化学气相沉积反应腔之间设置定量供气装置，该定量供气装置每次向化学气相沉积反应腔中输送定量的反应气体。

2.如权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述定量供气装置包含第一开关阀（12）、容器（15）、第二开关阀（14）和压力检测器（13），所述第一开关阀（12）设置在反应气源（1）与容器（15）之间，所述第二开关阀（14）设置在容器（15）与化学气相沉积反应腔的进气端之间，所述压力检测器（13）用于检测所述容器（15）中的气压。

3.如权利要求2所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述定量供气装置还包含控制器；所述控制器根据所述压力检测器（13）检测到的气压控制所述第一开关阀（12）和第二开关阀（14），在所述气压大于等于第一气压时关闭所述第一开关阀（12），并开启所述第二开关阀（14），在所述气压降到小于等于第二气压时开启所述第一开关阀（12），并关闭所述第二开关阀（14）。

4.如权利要求3所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述定量供气装置还包含监控器，所述监控器用于监控流进化学气相沉积反应腔中的反应气体的总量。

5.如权利要求4所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述监控器包括计数器，所述计数器计算所述第一开关阀（12）的开启或关闭次数，或计算所述第二开关阀（14）的开启或关闭次数，或计算所述容器（15）内气压达到第一气压或第二气压的次数，或计算上述中的多个。

6.如上述权利要求中任一项所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述化学气相沉积设备为原子层沉积设备或低压化学气相沉积设备。

7.如权利要求6所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述化学气相沉积设备具有多个化学气相沉积反应腔，所述化学气相沉积设备还包含装载腔（3）和卸载腔（8），所述装载腔（3）、多个化学气相沉积反应腔和卸载腔（8）依次连接。

8.如权利要求7所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述气体传输装置还包含连接设置在所述反应气源（1）与每个化学气相沉积反应腔进气端之间的进气管道（10）；所述定量供气装置分别设置在每个化学气相沉积反应腔进气端与所述进气管道（10）之间。

9.如权利要求7所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述化学气相沉积设备还包含与每个化学气相沉积反应腔的排气端连接设置的排气管道（11）；在所述每个化学气相沉积反应腔排气端与所述排气管道（11）之间分别设置有真空泵（9），该真空泵（9）从每个化学气相沉积反应腔中抽取反应尾气以控制化学气相沉积反应腔内气压。