CN202730224U

CN202730224U - 一种柔性薄膜太阳能电池导电膜沉积设备

Info

Publication number: CN202730224U
Application number: CN 201220357912
Authority: CN
Inventors: 陈晓东; 张毅; 赵越
Original assignee: 陈晓东
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2022-07-23

Abstract

一种柔性薄膜太阳能电池导电膜沉积设备，其特征在于：所述的柔性薄膜太阳能电池导电膜沉积设备包括，12个模块式真空室及8个翻板门阀，3套无油高真空抽气机组及真空测量系统，磁力耦合传动轴、磁悬浮导向基片架循环传送系统，电气控制柜，红外管式加热系统，可控气氛的工艺气体系统，水冷却循环系统和动力气源系统；以薄膜多层膜系的方式在柔性不锈钢基板上镀制导电膜，柔性基板在镀膜时处于绝缘状态。本实用新型的优点：解决了柔性基板的装夹问题，可以实现多种沉积方式，产品膜系丰富，可以大面积镀膜。保证产品膜层的均匀性、一致性、连续性和可控性，可以工业化生产，工件架识别系统运用，工艺质量有可追溯性。

Description

一种柔性薄膜太阳能电池导电膜沉积设备

技术领域

本实用新型涉及柔性薄膜太阳能电池板生产的核心设备领域，特别涉及了一种柔性薄膜太阳能电池导电膜沉积设备。

背景技术

现有的柔性薄膜太阳能电池板生产设备中，是单片小面积沉积的单机设备，生产时工艺气氛交叉污染，膜系简单，产品重复性差，效率低，不能应用于工业化生产。为了解决柔性基板的装载，基片架的传送真空密封，薄膜的高速沉积，提高大面积薄膜沉积的均匀性，镀膜室工艺气体隔离问题，需要结构合理的设备。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了实现制备大面积柔性衬底非晶硅太阳能电池产业化，为大规模工业化生产提供设备保障，特提供了一种柔性薄膜太阳能电池导电膜沉积设备。

本实用新型提供了一种柔性薄膜太阳能电池导电膜沉积设备，其特征在于：所述的柔性薄膜太阳能电池导电膜沉积设备包括，12个模块式真空室及8个翻板门阀，3套无油高真空抽气机组及真空测量系统，磁力耦合传动轴、磁悬浮导向基片架循环传送系统，电气控制柜，红外管式加热系统，可控气氛的工艺气体系统，水冷却循环系统和动力气源系统；

1#真空室和12#真空室各配有一套无油抽气系统，在底部抽气，在顶部喷淋式充氮气至大气压；从2#真空室到11#真空室采用侧装分子泵做主泵，集合成一套无油抽气系统，前级是2套无油真空泵机组；

每个真空室有磁力耦合传动轴，磁力驱动的传动轴没有真空泄漏问题；

以薄膜多层膜系的方式在柔性不锈钢基板上镀制导电膜，柔性基板在镀膜时处于绝缘状态。

所述的电气控制柜为基于以太网的电气控制系统，由PLC和PC组成。

所述的红外管式加热系统在镀膜室内采用上、中、下分区加热，保证柔性基板温度为180℃±1℃。

柔性薄膜太阳能电池导电膜沉积设备，是立式线列型多功能、高效率、连续真空镀膜生产线，是以薄膜多层膜系的方式在柔性不锈钢基板上镀制导电膜。系统采用磁控溅镀技术，镀膜是在真空中的物理气相沉积即PVD技术。

柔性基板的装夹：基板四角打有定位孔通过拉伸弹簧与基片架框架绷紧并在基板周边利用基片架上的弹性钢丝通过钛压条将基板压附在基片架台阶槽内。水平安装，液压翻转基片架托架，立式传送。

基片架传送：基片架下部摩擦传动，上部无接触的磁悬浮导向机构可防止粉尘和机械故障，便于维修和保养。所有的传动电机都置于真空室外，传动轴通过磁力耦合结构将动力引入真空室内，没有真空泄漏问题。室外传动轴通过同步轮、同步带串接，并且限制其传送误差不超过±1%。基片架通过PEEK材料绝缘，镀膜时处于电绝缘状态。

镀膜室：阴极装在门上，阴极槽可以装孪生平面阴极靶，即可以采用直流电源DC溅射沉积，也可以采用交流电源MF溅射沉积。对于低温沉积ITO还可以采用直流+射频电源DC+RF溅射沉积。每个阴极槽都设有三路可分段MFC控制二进制充气管。

1#和12#真空室：各有一个大型的真空室门方便维修。真空室固定在带有角轮和调整水平地脚的平台框架上，并精确与其他室对接。每个室各设有一套粗抽真空系统，每个粗抽系统由一台干泵和一台罗茨泵组成机组，可以实现快速抽真空，完成90秒节拍24小时连续工业化生产。

其他室：各有一个大型的真空室门方便维修。真空室固定在带有角轮和调整水平地脚的平台框架上，并精确与其他室对接。每个室都侧装有分子泵，并串接至两套干泵+罗茨泵机组，满足工艺要求。

电气控制柜：是通过对接于PVD设备的工控PC机来操作，PC控制所有的通道，显示屏演示工艺参数、报警和历史数据记录，设备利用PLC控制次序阀，电机，互锁，PC可以与PLC直接通讯。

基片架上有磁导向槽41、上绝缘板42、下绝缘块48和摩擦杆49；有4个基片装夹方孔台阶凹槽，4片718mmx448mmx0.2mm的柔性基板45装在基片架凹槽内，要有一定的张力，是由四角的拉伸弹簧44获得。柔性基板背面有钛条46，由固定在基片架上的弹簧丝47压着；

基片架54上端导向槽51内装有密排的钐钴内磁极53，真空室内磁导向槽50装有两排密排的钐钴外磁极52，内外磁极相对应表面磁场极性相同，使基片架54行走时与室内磁导向槽50非接触；

电机65通过轴上的同步轮63和同步带64带动真空室外的外磁极60旋转后，内外转轴径向上无间隙密排的外磁极60和内磁极61产生的磁力作用将动力传递到内磁极联动的真空室内轴57上。轴53上摩擦轮56驱动基片架55行走。磁极数多有利于大转矩的传递，磁极材料的密度、外形尺寸精度误差以及磁性能的均匀性等问题都会影响磁平衡行。如果磁平衡差会影响到磁力耦合转轴径向力不平衡，磁转矩不稳定或降低，影响到传动的精度。密封是通过设置在内外磁极转轴间的静密封轴承隔离套，将内磁极转轴封闭在真空室内实现的。其磁力耦合驱动用于真空动密封的特点：不存在真空泄露问题；没有动密封的摩擦损耗对真空室的污染。

本实用新型的优点：

解决了柔性基板的装夹问题，实现大面积工业化生产，镀膜室模块式结构，多室多靶位，工艺生产灵活性大，可以实现多种沉积方式，产品膜系丰富,可以大面积镀膜。设备划分为金属膜和介质膜2个镀膜区域，通过隔离室、中间门阀和抽气以及平衡充气实现两种不同溅射沉积工艺气氛的镀膜生产工艺，保证产品膜层的均匀性、一致性、连续性和可控性，可以工业化生产；磁力耦合传动轴和磁悬浮导向摩擦传送系统，传送平稳可靠，没有真空泄露问题，真空室内没有电气连接点和限位开关，安全可靠。便于维修的侧装分子泵和全开式真空室门。分段式加热，均匀性好。工件架识别系统运用，工艺质量有可追溯性。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

图1为设备原理结构示意图；

图中1.液压翻转台；2.进端平移台；3.进端缓冲台；4.1#翻板门阀；5.1#真空锁室；6.2#翻板门阀；7.2#真空缓冲室；8.3#翻板门阀；9.3#真空过渡室；10.4#真空室（镀膜室）；11.工艺气体控制；12.磁控阴极；13.5#真空室（镀膜室）；14.6#真空过渡室；15.4#翻板门阀；16.7#真空室（隔离室）；17.5#翻板门阀；18.8#真空过渡室；19.9#真空室（镀膜室）；20.10#真空室；21.6#翻板门阀；22.11#真空缓冲室；23.7#翻板门阀；24.12#真空锁室；25.8#翻板门阀；26.出端平移台；27.回线台；28.分子泵；29.前级高真空阀门；30.阴极电源；31.1#真空机组；32.2#真空机组；33.电气控制柜；34.3#真空机组；35.4#真空机组；36.高真空挡板阀门；37.粗抽真空阀门；38.放气阀门；39.交流变频电机齿轮减速机；40.分段加热器；

图2为基片架结构示意图；

图中41.磁导向槽；42.上绝缘板；43.可拆卸铝合金框架；44.预紧弹簧；45.柔性基板；46.钛压条；47.弹簧压丝；48.下绝缘块；49.摩擦杆；

图3为磁悬浮导向结构示意图；

图中50.真空室内磁导向槽；51.导向槽；52.外磁极；53.内磁极；54.基片架；

图4为磁力耦合传动轴结构示意图；

图中55.基片架；56.摩擦轮；57.真空室内轴；58.密封胶圈；59.静密封轴承套；60.外磁极；61.内磁极；62.真空室外轴；63.同步轮；64.同步带；65.电机。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种柔性薄膜太阳能电池导电膜沉积设备，其特征在于：所述的柔性薄膜太阳能电池导电膜沉积设备包括，12个模块式真空室及8个翻板门阀，3套无油高真空抽气机组及真空测量系统，磁力耦合传动轴、磁悬浮导向基片架循环传送系统，电气控制柜，红外管式加热系统，可控气氛的工艺气体系统，水冷却循环系统和动力气源系统；

本实施例设备工艺程如下：

基片架在翻转台上框架水平装卸柔性基板—液压翻转上框架成90°—进端平移台—进端缓冲台—1#门阀—1#真空室—2#门阀—2#真空室—3#门阀—3#真空室—4#真空镀膜室—5#真空镀膜室——6#真空室—4#门阀—7#真空室—5#门阀—8#真空室—9#真空镀膜室—10#真空室—6#门阀—11#真空室—7#门阀—12#真空室—8#门阀—出端平移台—回线台—出线缓冲台—进端平移台—进端基片架翻转台。

本实施例设备的正常工作是：

检查动力电源、动力气源、冷却用循环水系统和介质气源。检查所有主辅设备完好无损，处于工作状态。采用分散操作模式，设备达到极限真空度≤1xE-4Pa，使设备满足镀膜工艺状态即真空系统启动并处于互锁状态，大气与真空室间门阀关闭、真空室间门阀关闭，真空室内加热区域加热到工作温度180℃±1℃，工艺气体经MFC设定至预定值，阴极通电予溅射至工艺功率的稳定状态。采用集中操作模式，进端平移台上的基片架自动进入真空室，设备开始自动运行。

基片架从进端缓冲台经过1#门阀进入1#真空室。基片架在1#室前矩形方口转板门阀处，设有离子流喷淋管去除基板静电。在1#门阀打开前，必须打开1#真空室气体导入阀使之通气，并保持与大气压相等（为了保持真空度，2#门阀必须是关闭的）。关闭1#门阀、放气阀门，打开粗抽阀门，大抽气量的真空泵组会很快降低室内的压力。当压力≤2xE-2Pa时，2#门阀打开，基片架进入2#真空室。在基片架进入镀膜区前，2#真空室起到减缓消除基片架及1#室气氛对镀膜区的影响。基片架进入2#室过程中对基板进行辉光清洗。关闭2#门阀。基片架在2#真空室开始加热。

3#~6#真空室（镀膜区1）。打开3#门阀，基片架快速送进3#真空室，再变速将基片架以工艺速率进入溅射镀膜区；柔性基板在4#~5#镀膜室进行单质膜的磁控溅射沉积，该镀膜区有8套孪生靶。基片架在行走时全线加热。

7#真空室（中间隔离室）。7#真空室有加热器，进端有4#门阀，出端有5#门阀，形成1个工艺气氛的隔离区域，便于不同溅射区域工艺气氛的建立。打开4门阀，基片架快速进入7#室，关闭4门阀。抽高真空充气平衡气氛，打开5#门阀，基片架快速进入到8#真空室，关闭5#门阀。

8#~10#真空室（镀膜区2）。基片架从9#真空室以工艺速率通过9#镀膜室到10#真空室，该镀膜区有4套孪生靶，柔性基材在此镀膜室完成沉积介质膜，基片架在行走时全线加热。打开6#门阀，基片架快速进入11#真空室后关闭6#门阀。

11#真空室：基片架离开镀膜区后，11#真空室起到速率变换，也是低真空和高真空缓冲室。打开7#门阀，基片架快速进入12#真空室，关闭7#门阀。12#真空室：在7#门阀打开前，12#真空室真空度要达到E-2Pa。基片架进入12#真空室，关闭7#门阀，打开12#真空室气体导入阀使之通气，并保持与大气压相等。打开8#门阀，基片架进入出端平移台，关闭8#门阀。

外部传送部分：平移工作台、缓冲台、翻转台和回线工作台。基片架从12#室进入出端平移台，平移台从主机端平移到回线端，基片架进入到回线工作台。回线工作台有三个电机，当完成最后生产镀膜工作后，点击PC界面回线停车按钮，真空室内的基片架将自动排放在进端平移工作台和回线工作台上，总共可以摆放15台基片架。

总结：

1#真空室和15#真空室极限真空度≤1xE-2Pa，压升率≤1.0Pa。其他室极限真空度≤1xE-4Pa，压升率≤0.4Pa。在稳定生产的任何时间里，在不同工艺状态下的基片架将被输送到设备的各个部位。当基片架以工艺速度通过镀膜区域时，基片架是连续无间隙传送。该控制系统能连续不断的对设备状况进行扫描，并根据预先设定的程序来自动运行。基片架进入到装卸工作台，翻转水平卸片，装片往复。整个操作是在PC人机界面上完成。

Claims

1.一种柔性薄膜太阳能电池导电膜沉积设备，其特征在于：所述的柔性薄膜太阳能电池导电膜沉积设备包括，12个模块式真空室及8个翻板门阀，3套无油高真空抽气机组及真空测量系统，磁力耦合传动轴、磁悬浮导向基片架循环传送系统，电气控制柜，红外管式加热系统，可控气氛的工艺气体系统，水冷却循环系统和动力气源系统；

2.按照权利要求所述，其特征在于：所述的电气控制柜为基于以太网的电气控制系统，由PLC和PC组成。

3.按照权利要求所述，其特征在于：所述的红外管式加热系统在镀膜室内采用上、中、下分区加热，保证柔性基板温度为180℃±1℃。