CN208917302U - 太阳电池制造用立式hwcvd-pvd一体化设备 - Google Patents

Abstract

一种太阳电池制造用立式HWCVD‑PVD一体化设备，包括本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I、掺杂非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I、过渡腔体I、本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体II、掺杂非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体II、过渡腔体II、TCO薄膜沉积的PVD腔体等，各腔体之间依次采用真空锁结构连接；所用载板采用双载板设计，在装载硅片的位置采用镂空设计。本实用新型可使晶体硅异质结太阳电池两面非晶硅和TCO沉积的全过程封闭，减少了氧化和污染；省却了两套装备方案中的部分真空腔体、传递和下上料装置，设备更简单，工序和工时缩短；可实现硅片的两面镀膜，避免PECVD镀膜过程中的绕镀问题，提高生产效率。

Description

太阳电池制造用立式HWCVD-PVD一体化设备

技术领域

本实用新型涉及高效晶体硅太阳电池制造领域，特别是一种高效晶体硅太阳电池的制造装备。

背景技术

目前，一类先进高效的晶体硅太阳电池是基于非晶硅/晶体硅异质结结构。其生产技术中非常关键的两个步骤是非晶硅基薄膜的沉积（包括本征层和掺杂层，材质为非晶硅、微晶硅、纳米硅、掺氧非晶硅等）以及透明导电氧化物TCO层的沉积。该太阳电池结构一般结构为：在晶体硅片的一面依次为本征（i型）非晶硅层/p型非晶硅层/TCO层/金属电极，在晶体硅片的另外一面依次为本征（i型）非晶硅层/n型非晶硅层/TCO层/金属电极。在其生产制备技术中，比较常用的非晶硅基薄膜的沉积方法是低温化学气相沉积法，包括等离子体化学气相沉积（PECVD）和热丝化学气相沉积（HWCVD）两种；而TCO层的制备一般采用PVD法（磁控溅射法最常用）。在生产中，这两种技术所对应的设备通常是分开来的。即低温CVD设备是两套独立的系统，每套通常包括上料及预加热腔体、本征层沉积腔、掺杂沉积腔（p型或n型）以及下料腔体等几部分；而PVD设备也要包括上料腔、预加热腔、薄膜沉积腔以及下料腔体等，有些情况下PVD系统甚至需要两套，分别沉积晶体硅片两面的TCO薄膜。也就是说，在一条晶体硅异质结太阳产线上需要3台或者4台CVD和PVD设备。在一台CVD与PVD系统之间还需要硅片的上料和下料装置以及硅片在不同设备间传递的传送装置等。整体体系非常复杂。而且因为晶体硅片在两套设备之间传递时必须暴露于空气中，导致产品的表面受空气中水蒸气、氧气、灰尘等影响造成性能下降；生产中运营费用高，需要的人数也较多。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种新的CVD-PVD沉积系统的结构，使得晶体硅片在不暴露大气的情况下完成两面的本征非晶硅、p型非晶硅、n型非晶硅和TCO的镀膜，避免产品制备过程中本征和掺杂硅基薄膜以及TCO膜层几道工序间暴露于空气，提升晶体硅异质结太阳电池的性能，简化产线结构，降低其生产成本。

本实用新型是通过以下技术方案实现的。

本实用新型所述的一种太阳电池制造用立式HWCVD-PVD一体化设备，包括本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I、掺杂非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I、过渡腔体I、本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体II、掺杂非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体II、过渡腔体II、TCO薄膜沉积的PVD腔体，各腔体之间依次采用真空锁结构连接。

本实用新型采用双载板设计，即每次有两个载板（载板A、载板B）作为一组同时进入到腔体中镀膜，在非晶硅镀膜过程中，载板A和载板B分别位于垂直排列的热丝的两侧。

本实用新型所述的载板在装载硅片的位置采用镂空设计。

本实用新型采用立式HWCVD和立式PVD沉积系统，将这两种薄膜沉积装备集成在一台设备上。各腔体之间采用真空锁结构连接，产品在设备各腔体之间传递过程中不暴露大气。在TCO镀膜过程中，载板A和载板B依次进入TCO镀膜腔体，完成硅片两面的TCO镀膜。

本实用新型有以下显著的技术特征。

1）硅片的i、n、i、p四层非晶硅薄膜的沉积分别在四个腔体中完成，inip依次排列（或者ipin依次排列）。在ni两个腔体（或pi两个腔体）之间有一个过渡腔体，其作用是使载板A和载板B的位置互换，且调整载板的温度。

2）完成硅片两面非晶硅薄膜全部的沉积后，再进行硅片两面TCO膜的沉积。

在系统的最后一个HWCVD腔体与PVD腔体之间有一个过渡腔体。载板A和载板B在进入TCO腔体前，先在该过渡腔体中调整温度至TCO膜沉积所需要的温度。两个载板依次进入PVD腔体，完成硅片两个表面的TCO膜沉积。

进一步地，本实用新型所述的一种太阳电池制造用立式HWCVD-PVD一体化设备，在其前端还包括上料腔体、预加热腔体，两者之间采用真空锁结构连接，预加热腔体再通过真空锁结构连接至本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I；在其后端还包括一下料腔体，通过真空锁结构连接至TCO薄膜沉积的PVD腔体。

本实用新型的主体结构共有十个腔体构成，从产品进入设备端到产品出设备端依次为：上料腔体、预加热腔体、本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I、掺杂非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I、过渡腔体I、本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体II、掺杂非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体II、过渡腔体II、TCO薄膜沉积的PVD腔体、下料腔体。沉积系统工作时以两个载板为一组，同时进入系统，载板采用镂空结构，使得硅片安装上去后两个表面的绝大部分面积均不被遮挡，易于镀膜。

各个腔体根据功能要求设计对应的超纯气路、加热、功率源、冷却水、抽真空系统。

为改善对载板的加热效果，可以在载板在加热腔体内加热的时候向腔体中通少量的氩气。

本实用新型的有益效果。

（1）非晶硅/晶体硅异质结太阳电池制造过程中在硅片的两个表面上沉积的本征非晶硅、掺杂非晶硅和TCO薄膜沉积全过程不暴露空气，减少了大气对硅片薄膜的氧化和空气中水蒸气、灰尘等对各结构表面的污染。从而提高了产品的性能。

（2）将HWCVD与PVD进行一体化设计，省却了现有技术中HWCVD设备的下料腔和PVD的上料腔，以及设备之间的传递装置和下上料装置。大大减少设备的复杂性，缩短了工序和工时，降低产线装备购买和运营的费用；也因为减少了工序，从而减少了产品的搬运和与载盘之间对硅片的物理冲击，从而减少了产品的破片率，进一步降低了成本。

附图说明

附图1为本发明实用新型实施例1所示的一种10腔体HWCVD-PVD一体化设备主体结构主视图。其中，1为上料腔体、2为预加热腔体、3为本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I、4为掺杂非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I、5为过渡腔体I、6为本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体II、7为掺杂非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体II、8为过渡腔体II、9为TCO薄膜沉积的PVD腔体、10为下料腔体。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1。

如附图1所示设计，左端为设备的进料端，右端为下料端。设备从左到右依此为：上料腔体1、预加热腔体2、本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I3、掺杂非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I4、过渡腔体I5、本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体II6、掺杂非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体II7、过渡腔体II8、TCO薄膜沉积的PVD腔体9、下料腔体10。

该设备在使用时，各个腔体在硅片未进入前均保持真空状态。需进行镀膜的硅片在上料装置的帮助下固定到载板上；第1个腔体（上料腔体1）破真空，打开进料端真空锁，一组载板由自动化装置推入第1个腔体中，然后关闭真空锁抽真空进行预加热，达到预定的真空度后，打开第1个腔体（上料腔体1）与第2个腔体（预加热腔体2）之间的真空锁；然后将载板移动到第2个腔体中，关闭真空锁继续抽真空并加热到所需的温度；然后打开第2个腔体（预加热腔体2）与第3个腔体（本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I3）之间的真空锁，将载板送入第3个腔体（本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I3）中关闭真空锁；在第3个腔体（本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I3）中进行本征非晶硅薄膜层的沉积，在两个载板相面对的表面上同时镀膜，沉积结束后抽除残余反应气体，达到所需真空度后打开第3个腔体（本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I3）与第4个腔体（掺杂非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I4）之间的真空锁，将载板送入到第4个腔体（掺杂非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I4）中关闭真空锁；在第4个腔体（掺杂非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I4）中进行n型（或p型）掺杂非晶硅薄膜层的沉积，在两个载板相面对的表面上同时镀膜，沉积结束后抽除残余反应气体，达到所需真空度后打开第4个腔体（掺杂非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I4）与第5个腔体（过渡腔体I5）之间的真空锁，将载板送入到第5个腔体（过渡腔体I5）中，一组载板在进入到第5腔体（过渡腔体I5）过程中要将两个载板的位置对调，关闭真空锁；在第5个腔体（过渡腔体I5）中，载板将温度调整到合适的温度；打开第5个腔体（过渡腔体I5）和第6腔体（本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体II6）之间的真空锁，将载板送入到第6腔体（本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体II6）中，然后关闭真空锁；在第6个腔体（本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体II6）中进行本征非晶硅薄膜层的沉积，在两个载板相面对的表面上同时镀膜，沉积结束后抽除残余反应气体，达到所需真空度后打开第6个腔体（本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体II6）与第7个腔体（掺杂非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体II7）之间的真空锁，将载板送入到第7个腔体（掺杂非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体II7）中关闭真空锁；在第7个腔体（掺杂非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体II7）中进行p型（或n型）掺杂非晶硅薄膜层的沉积，在两个载板相面对的表面上同时镀膜，沉积结束后抽除残余反应气体，达到所需真空度后打开第7个腔体（掺杂非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体II7）与第8个腔体（过渡腔体II8）之间的真空锁，将载板送入到第8个腔体（过渡腔体II8）中，一组载板在进入到第8个腔体（过渡腔体II8）过程中要将两个载板的位置对调，关闭真空锁；在第8个腔体（过渡腔体II8）中将载板温度调整到适合TCO沉积的温度；打开第8个腔体（过渡腔体II8）与第9个腔体（TCO薄膜沉积的PVD腔体9）之间的真空锁，以及第9个腔体（TCO薄膜沉积的PVD腔体9）与第10腔体（下料腔体10）之间的真空锁；两个载板依次经过第9个腔体（TCO薄膜沉积的PVD腔体9）进入第10个腔体（下料腔体10），并完成硅片两面的TCO镀膜；关闭第8个腔体（过渡腔体II8）与第9个腔体（TCO薄膜沉积的PVD腔体9）之间的真空锁，以及第9个腔体（TCO薄膜沉积的PVD腔体9）与第10个腔体（下料腔体10）之间的真空锁；在第10个腔体（下料腔体10）中用氮气或洁净空气破真空，然后打开第10个腔体（下料腔体10）出料端的真空锁，将载板移出；关闭真空锁，对第10个腔体（下料腔体10）抽真空。如此，则完成非晶硅/晶体硅异质结太阳电池用晶体硅片的两个表面的本征非晶硅、重掺杂非晶硅和TCO的镀膜工作。在实际生产中可根据需要控制生产节拍，在不影响器件性能的基础上可以多个镀膜腔体同时工作。

为改善对载板的加热效果，可以在载板在加热腔体内加热的时候向腔体中通少量的氩气。

Claims (2)

1.一种太阳电池制造用立式HWCVD-PVD一体化设备，其特征是包括本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I、掺杂非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I、过渡腔体I、本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体II、掺杂非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体II、过渡腔体II、TCO薄膜沉积的PVD腔体，各腔体之间依次采用真空锁结构连接；

所述设备采用双载板设计，在装载硅片的位置采用镂空设计。

2.根据权利要求1所述的太阳电池制造用立式HWCVD-PVD一体化设备，其特征是在其前端还包括上料腔体、预加热腔体，两者之间采用真空锁结构连接，预加热腔体再通过真空锁结构连接至本征非晶硅薄膜沉积的HWCVD腔体I；在其后端还包括一下料腔体，通过真空锁结构连接至TCO薄膜沉积的PVD腔体。