CN205774792U - 一种用于太阳能电池片生产的原子层沉积真空镀膜装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于太阳能电池片生产的原子层沉积真空镀膜装置，所述装置包含有外腔体，内腔体，喷淋板，加热系统，冷却系统，工艺气体系统，尾气处理装置和真空泵；内腔体设于外腔体内的支架上，喷淋板设于内腔体顶部且同时为内腔体的顶盖；加热系统设于内腔体外侧，冷却系统设于外腔体外侧，工艺气体系统通过工艺气体管道及脉冲阀与内腔体连接，内腔体通过真空管道依次与尾气处理装置、真空泵连接；所述喷淋板通过内腔体的内法兰与内腔体固定连接，所述喷淋板通过连接轴及弹簧与外腔体盖固定。太阳能电池片批量垂直放置在承载舟上，多个承载舟同时置于内腔体；所述太阳能电池片平行于工艺气体流动方向。

Description

一种用于太阳能电池片生产的原子层沉积真空镀膜装置

技术领域

本实用新型涉及到真空镀膜技术领域，具体涉及基于原子层沉积技术的太阳能电池真空镀膜装置。

背景技术

高效晶硅电池是光伏产业的一个重要发展趋势。为最大限度增加晶硅电池的光电转换效率，晶硅电池表面钝化工艺是高效电池制造的必要手段之一。并且随着电池生产技术的进一步提高在不断改进和提高。

原子层沉积(Atomic layer deposition，ALD)技术是一个以表面化学气相反应为基础的薄膜沉积技术。它通过将两种以上的化学气体前驱物分开导入反应腔，使得每一种前驱物在基地表面分别发生充分饱和的表面化学反应，其间对饱和表面反应后的气相反应产物及未反应的气体吹扫干净，因此可以将物质以单原子膜形式镀在基底表面，并对所沉积的薄膜的厚度及均匀度精确控制在原子层厚度范围内。有别于传统的薄膜沉积技术，例如物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)、化学气相沉积(Chemical VaporDeposition)等，ALD在非平面复杂结构及三维结构表面可形成高质量、无针孔、保形性薄膜等独特性能。原子层沉积(ALD)技术作为最先进的薄膜沉积技术之一，已广泛应用于先进的微电子、显示器、MEMS、感应器、光伏电池等制造业。对于高效晶硅电池,原子层沉积所制薄膜材料，例如三氧化二铝，二氧化硅等可作为场效应钝化膜,通过降低晶硅表面缺陷延长电子和空穴对的结合时间，从而增加少子寿命，达到增加光电转换效率。然而受限于缺乏有效的批量生产型原子层沉积装置，该技术一直未能实现太阳能电池片的产业化生产。

实用新型内容

1、本实用新型所要解决的技术问题

针对现有技术中，ALD反应过程中，反应气体在进气管或者气体分布管中混合，在进入反应腔体内就发生化学反应，以及现有的ALD装置无法大批量进行原子层沉积，进入批量生产模式，本实用新型提出了一种可以批量生产的原子层 沉积装置。

通过对内腔体的专业设计，用一狭窄的内腔体通道，并用抽气气流控制原子气流的流向，让更多的基片置于该气氛中，通过对源的量的控制，来沉积一层或多层原子层，该方法成膜均匀，优于CVD气相沉积薄膜。该装置还运用了喷淋板技术，能有效地阻止CVD薄膜的产生。

本实用新型通过应用喷淋板技术，使现有ALD技术中反应气体分布的不均匀性的问题得到解决；内腔体的内盖和外腔体盖是联动机构,外腔体盖关闭同时,喷淋板也同时关闭；内外腔体内通过压力差来保证内腔体的原子层不泄漏到无关区域，只能跟随抽气气流方向，参与原子层沉积；该装置还装有尾气处理装置，采用多层滤片，再通入空气反应，消除尾气，生成无害物质。

2、本实用新型的技术方案。

真空原子层沉积装置，所述装置包含有外腔体，内腔体，喷淋板，加热系统，冷却系统，工艺气体系统，真空泵和尾气处理装置；内腔体放置在外腔体的中心位置,中间通过支架支撑，喷淋板设于内腔体顶部且同时为内腔体的顶盖；加热系统设于内腔体外侧，冷却系统设于外腔体外侧，工艺气体系统通过工艺气体管道及脉冲阀与内腔体连接，内腔体通过工艺气体管道依次与尾气处理装置、真空泵连接；其特征在于，所述喷淋板通过连接轴及弹簧与外腔体盖固定。

外腔体和内腔体均为水平放置，外腔体盖及真空管路设置在外腔体的侧面，批量太阳能电池片由外腔体盖进入内腔体，进行装载。

工艺气体系统通过化学反应产生ALD反应所需要的气体，并通过工艺气体管道连接将气体送入内腔体内；内腔体的抽气口穿过外腔体的尾端法兰，内腔体的尾端外壁与外腔体的尾端法兰的内壁表面接触，内腔体与外腔体之间有空隙，不完全隔离，真空泵对内外腔体同时抽气。外腔体设有可调节气体流量器，通过调整内腔体与外腔体接触面间隙以及内外腔体气体流量,可控制内外腔体的压力差，并使外腔体压力大于内腔体压力。

真空泵可对内外腔体同时抽气,内外腔体通过注入适量惰性气体来达到压力平衡,满足工艺要求。通过真空泵和工艺氮气的调节达到内外腔体不同的压力，保证内反应腔的气流和流向稳定。

喷淋板和外腔体盖通过四根连接轴连接，喷淋板在连接轴上滑动，所述连接轴上套设四根耐高温弹簧。本实用新型采用气缸将外腔盖压紧密封，在关闭外腔体盖的同时，通过弹簧弹力将喷淋板压紧，实现喷淋板与内腔体的密封。

加热系统设于内腔体外侧，用于加热内腔体，达到ALD反应所需要的温度；冷却系统设于外腔体外侧，用于冷却外腔体和用于冷却需要密封件等需要保持一定低温的零部件。所述喷淋板与外腔体盖中间设有隔热板。

工艺气体通过管道穿过外腔体,进入内腔体法兰，内腔体法兰上有连接外腔体的孔，再通过内腔体法兰的出气口流入到喷淋板。

另一种实施方案为，工艺气体及载气通过管道与喷淋板连接，再在真空下将工艺气体及载气从喷淋板喷出。

所述喷淋板上设有进气管与气体分布管；进气管相互独立且气体分布管相互独立。

在工艺气体的管道上装有带脉冲的ALD三通阀，通过对ALD脉冲阀的控制达到对工艺气体量的控制，从而控制基片上膜的厚度或原子沉积的层数。

尾气处理装置连接在真空泵和内腔体之间，通过抽气，将腔体的尾气抽至尾气处理装置内，再充入定量空气与之反应，生成无害颗粒。

太阳能电池片批量垂直放置在承载舟上，多个承载舟从侧面装载，置于内腔体，太阳能电池片平行于工艺气体流动方向。

3、采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

本实用新型通过对内腔体的独特设计，与承载基片的载具的外型保持一致，在真空泵的作用下，保证气流的流向和均匀稳定，以适用批量生产；通过喷淋板的设计，让原子层沉积局限在内腔的狭窄的空间里；喷淋板反应气体的进气工艺气体管道和分布工艺气体管道是完全独立的，保证了反应气体在进入反应腔前完全独立，完全避免了CVD的产生，而且气流反应腔内分布均匀，利于得到好的原子沉积层；尾气处理装置，将危险的气体，在多层的滤片的作用下与空气反应，生成无害的物质，使装置的生产更加环保。

太阳能电池片垂直放置在承载舟上，平行于工艺气体流动方向，保证了每片 电池片所镀薄膜的均匀性，并可避免颗粒污染物附着在电池片上，保证了高品质原子层沉积所制钝化膜。

附图说明

图1本实用新型真空原子层沉积装置结构图。

其中，1-内腔体；6-喷淋板； 9-外腔体；10-加热系统；11-冷却系统；12-ALD阀；13-尾气处理装置；14-真空泵；15-0-惰性气体载气；15-1第一材料源瓶；15-2第二材料气体反应源；15-3第三材料源瓶；15-4第四材料源瓶。

图2本实用新型的内腔体的结构示意图。

其中，1-内腔体；2-内腔体法兰；3-内腔体的尾端法兰；4-抽气口；5-工艺气体口。

图3本实用新型的喷淋板的结构示意图。

其中，6-喷淋板；6-1喷淋板进气口；6-2喷淋口；6-3喷淋板固定座。

图4A本实用新型喷淋板与外腔体盖的连接的主视图。

其中，6-喷淋板；7-外腔体盖。

图4B本实用新型喷淋板与外腔体盖的连接的侧视图。

其中，6-喷淋板；7-外腔体盖；8-隔热板。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本实用新型作详细描述。

如图1所示，为真空原子层装置的结构示意图。

所述装置包含有内腔体1，喷淋板6，外腔体9，加热系统10，冷却系统11，工艺气体系统15，真空泵14和尾气处理装置13。

内腔体1设于外腔体9内的支架上，喷淋板6设于内腔体1顶部，喷淋板6同时为内腔体1的顶盖；加热系统10设于内腔体1外侧，冷却系统11设于外腔体9外侧，工艺气体系统通过工艺气体管道及脉冲阀12与内腔体1连接，内腔体1通过真空管道依次与尾气处理装置13、真空泵14连接，反应气体在内腔体内排出后，先经过尾气处理装置13进行处理，在进入真空泵14。

工艺气体系统为ALD反应提供各种不同的反应气体源、吹扫用惰性气体15-0，其中第一材料源瓶15-1,第二材料源瓶15-2,第三材料源瓶15-3，第四材料源瓶15-4中，分别盛放着不同的液体或固体化学源材料，通过惰性气体将需 要的化学源材料载出，第二材料源瓶15-2为气体源，盛放着气态化学源。所有反应气体源均与惰性气体连接，惰性气体作为ALD反应的载气和吹扫气体。

基片放置在内腔体1中，通过ALD反应，气体在基片上发生化学反应，形成镀膜。

如图2所示，为真空原子层沉积装置的内腔体的结构示意图，内腔体1设有内腔体法兰2，内腔体法兰2上设有抽气口4，该抽气口连接抽真空装置，用于保证内腔体1内的真空状态；内腔体1的尾部设有尾端法兰3，尾端法兰3上设有工艺气体口5。

如图3所示，为喷淋板6的结构示意图，喷淋板6上设有进气口6-1，喷淋口6-2，喷淋板固定板6-3；喷淋板6通过喷淋板固定板6-3与外腔体盖固定，本实施例中进气口设有4个，分别位于喷淋板的四个角上。

如图4A和图4B所示，所述喷淋板6通过内腔体1的内腔体法兰2与内腔体1固定连接，所述喷淋板6通过连接轴及弹簧与外腔体盖7固定。

以上示意性地对本实用新型的创造及其实施方式进行了描述，本实用新型的保护范围包括但不限于上述的描述。附图中所示的也只是本实用新型创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受到本实用新型的启示，在不脱离本实用新型的创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与本实用新型的技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于太阳能电池片生产的原子层沉积真空镀膜装置，所述装置包含有外腔体，内腔体，喷淋板，加热系统，冷却系统，工艺气体系统，尾气处理装置和真空泵；内腔体设于外腔体内的支架上，喷淋板设于内腔体顶部且同时为内腔体的顶盖；加热系统设于内腔体外侧，冷却系统设于外腔体外侧，工艺气体系统通过工艺气体管道及脉冲阀与内腔体顶盖连接，内腔体通过工艺气体管道依次与尾气处理装置、真空泵连接；其特征在于，所述喷淋板通过内腔体的内法兰与内腔体固定连接，所述喷淋板通过连接轴及弹簧与外腔体盖固定。

2.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池片生产的原子层沉积真空镀膜装置，其特征在于，外腔体和内腔体均为水平放置，外腔体盖及真空管路设置在外腔体的侧面，批量太阳能电池片由外腔体盖进入内腔体，进行装载。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于太阳能电池片生产的原子层沉积真空镀膜装置，其特征在于，喷淋板和外腔体盖通过四根连接轴连接，喷淋板在连接轴上滑动，所述连接轴上套设四根耐高温弹簧；在关闭外腔体盖的同时，通过弹簧弹力将喷淋板压紧。

4.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池片生产的原子层沉积真空镀膜装置，其特征在于，所述喷淋板与外腔体盖中间设有隔热板。

5.根据权利要求3任一项所述的一种用于太阳能电池片生产的原子层沉积真空镀膜装置，其特征在于，所述喷淋板上设有进气口，工艺气体通过工艺气体管道与喷淋板上的进气口连接，工艺气体由喷淋板上的进气口进入内腔体。

6.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池片生产的原子层沉积真空镀膜装置，其特征在于，所述喷淋板上设有进气管与气体分布管；进气管相互独立且气体分布管相互独立。

7.根据权利要求5所述的一种用于太阳能电池片生产的原子层沉积真空镀膜装置，其特征在于，所述内腔体的抽气口穿过外腔体的尾端法兰，内腔体的尾端外壁与外腔体的尾端法兰的内壁表面接触，真空泵对内外腔体同时抽气。

8.根据权利要求5或6所述的一种用于太阳能电池片生产的原子层沉积真空镀膜装置，其特征在于，所述外腔体设有可调节气体流量器，通过调整内腔体与外腔体接触面间隙以及内外腔体气体流量,可控制内外腔体的压力差，并使外腔体压力大于内腔体压力。

9.根据权利要求1或2所述的一种用于太阳能电池片生产的原子层沉积真空镀膜装置，其特征在于，太阳能电池片批量垂直放置在承载舟上，多个承载舟同时置于内腔体；所述太阳能电池片平行于工艺气体流动方向。