CN213878018U - 真空腔室和真空设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种真空腔室和真空设备，所述真空腔室包括外反应腔体和内反应腔体，所述外反应腔体设置有外排气口，所述外排气口通过第一排气管与外反应腔体真空系统连接；所述内反应腔体设置有内排气口，所述内排气口通过第二排气管与内反应腔体真空系统连接；所述第一排气管和/或所述第二排气管的内壁具有螺旋结构。本实用新型的真空腔室和真空设备，通过改进真空腔室的抽真空系统结构，提高真空流导，从而提高抽真空系统的整体抽速，获得更好的抽真空效果，进而满足包括太阳能电池镀膜工艺的工艺需求，达到工艺所需的真空压力及在工艺条件下长时间保持稳定的压强。

Description

真空腔室和真空设备

技术领域

本实用新型属于真空技术领域，具体涉及一种真空腔室和真空设备。

背景技术

HJT(Hetero junction，异质结)是一种特殊的PN结，由两层以上不同的半导体材料薄膜依次沉积在同一基座上形成。按照两种材料的导电类型不同，异质结可分为同型异质结(P-p结或N-n结)和异型异质(P-n或p-N)结。通常形成异质结的条件是：两种半导体有相似的晶体结构、相近的原子间距和热膨胀系数。利用界面合金、外延生长、真空淀积等技术，都可以制造异质结。异质结具有优良的光电特性，使它适宜于制作超高速开关器件、太阳能电池以及半导体激光器等。

异质结形成设备，例如PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)设备、PVD设备等真空设备。在进行异质结太阳能电池镀膜工艺时，常常因为抽真空系统的真空流导不够，造成真空设备总体无法满足工艺要求。比如，在进行镀膜工艺时，因为系统的抽真空速度不够，无法达到工艺所需的真空压力，或者系统无法在工艺条件下，长时间保持相应的真空度等。

实用新型内容

为解决如上所述的技术问题，本实用新型提供了一种真空腔室和真空设备，通过改进真空腔室的抽真空系统结构，提高真空流导，从而提高抽真空系统的整体抽速，获得更好的抽真空效果，进而满足真空设备进行太阳能电池镀膜工艺时的工艺需求，达到工艺所需的真空压力及在工艺条件下长时间保持稳定的压强。

在第一方面中，本实用新型涉及一种真空腔室，所述真空腔室包括外和内反应腔体，所述外反应腔体设置有外排气口，所述外排气口通过第一排气管与外反应腔体真空系统连接；所述内反应腔体设置有内排气口，所述内排气口通过第二排气管与内反应腔体真空系统连接；所述第一排气管和/或所述第二排气管的内壁具有螺旋结构。

在优选的实施方式中，所述螺旋结构具有相等的螺纹间距。在更优选的实施方式中，螺纹间距为排气管直径的1/3-1/2。在更优选的实施方式中，螺纹截面形状为等边三角形。

在优选的实施方式中，所述内反应腔体设置有两个或更多个内排气口。

在优选的实施方式中，所述内反应腔体设置的内排气口数量大于数量阈值。

在优选的实施方式中，所述第二排气管沿气体的排出方向口径渐小，且所述内排气口(5)的出口直径大于直径阈值。

在优选的实施方式中，所述内反应腔体设置有两个或者更多个内排气口，并且所述内排气口的直径大于直径阈值。

在优选的实施方式中，所述外反应腔体真空系统和/或所述内反应腔体真空系统包括分子泵。

在优选的实施方式中，所述外反应腔体真空系统和/或所述内反应腔体真空系统包括干泵。

在优选的实施方式中，所述真空腔室特别适用于制备异质结太阳能电池。

在第二方面中，本实用新型涉及一种真空设备，包括如上所述的真空腔室，所述真空设备适用于异质结太阳能电池的膜层沉积。

本实用新型中，在无法达到工艺要求时，为了提高流导，可以通过增大内排气口的直径，提高抽真空速度。在这种情况中，所述直径阈值是指，在进行包括太阳能电池镀膜工艺等工艺时，能够实现工艺要求的抽真空速度、达到工艺要求的真空压力、并且在工艺进行过程中长时间保持稳定真空压强的直径数值。

另外，本实用新型中，在无法达到工艺要求时，为了提高流导，还可以通过设置多个排气口，提高抽真空速度。在这种情况中，所述数量阈值是指，在进行包括太阳能电池镀膜工艺等工艺时，能够实现工艺要求的抽真空速度、达到工艺要求的真空压力、并且在工艺进行过程中长时间保持稳定真空压强的排气口数量。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例中使用的真空腔室的主视示意图。

图2为本实用新型实施例中使用的具有改进结构的真空腔室的俯视示意图，图中示出两个内排气口，所述内排气口数量大于数量阈值。

图3为本实用新型实施例中使用的具有改进结构的真空腔室的俯视示意图，图中示出的内排气口直径大于直径阈值。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本实用新型，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

图1描述了本实用新型使用的真空腔室，包括外反应腔体1和内反应腔体 2。外反应腔体1设置有外排气口(图中未示出)，通过第一排气管3连接外反应腔体真空系统(图中未示出)。内反应腔体2设置有内排气口5，通过第二排气管4连接内反应腔体真空系统(图中未示出)。所述第一排气管3和所述第二排气管4的内壁具有螺旋结构，所述螺旋结构具有相等的螺纹间距，螺纹间距为排气管直径的1/3-1/2，并且螺纹截面形状为等边三角形。在现有技术中，当真空设备应用于太阳能电池镀膜工艺时，受镀膜工艺条件改变的影响，常出现真空系统的设计不能满足工艺的需求的情况，比如内反应腔体(工艺区) 随着气体流量的加大，真空系统不能获得工艺所需的理想稳定压强，导致实际的压强大于工艺的要求；或者因为真空系统的抽速不够，进行工艺反应后，反应物不能尽快排出、残留时间长，造成工艺镀膜的膜层质量、均匀性效果受影响。

对于真空设备来说，假定真空泵与反应腔室之间的流导为U，则真空泵必须通过流导U才能对反应腔室进行抽气，其抽气能力会受到限制，此时对反应腔室的抽气作用真正有意义的，应是反应腔室排气口处的有效抽速S₀。如果泵的标称抽速为S，那么根据气体作稳定流动时流量守恒的定律，可以推导出S₀，S和U之间所满足的关系：

上式称之为真空基本方程，它是真空系统设计中所依据的基本规律。

根据真空基本方程，可从数学上得到两个极端的结果，即当流导U非常大时，反应腔室的有效抽速S₀可以近似等于泵的抽速S；当真空泵的抽速S 非常大时，反应腔室的有效抽速S₀近似等于流导U。上述结果从物理上可能更易理解，从反应腔室排气口抽除的气体必须经过流导U(即管道、阀门等) 才能被真空泵抽除，只不过被抽除的气体从反应腔室排气口向真空泵运动过程是从高压向低压的流动，而从真空泵被抽除是从低压向高压的基于某种抽气原理的强制流动。如果流导U非常大，即通过它的气体量不受限制，那么真空泵的抽气能力就决定于自身的抽速大小，这与真空泵口直接与反应腔室相连接是一样的。但如果真空泵的抽速非常大，这也就是相当于真空泵的抽速流导U 非常小，此时真空泵的实际抽气能力并不决定于它的抽速大小而决定于气体通过流导U的能力，流导的数值恰为真空泵的有效抽速S₀。

基于上述原理，为了尽量发挥真空泵的抽气能力，最大限度的加大流导U 是最有效的方法。

如图2所示，内排气口数量大于数量阈值，这里的数量阈值可以理解为现有生产条件下的数量设定值。也就是说，为改善内反应腔体的流导，可以采用在原有排气口的基础上，增加1个或多个排气口的方式，使内反应腔体通过第二排气管与真空泵相连接，提高内反应腔体抽真空系统有效抽速。

如图3所示，第二排气管沿气体的排出方向口径渐小，且内排气口出口直径大于直径阈值，这里的直径阈值可以理解为标准生产条件下的直径设定值，也就是说本实施例采用的内排气口可以非标定制为直径更大。通过加大原有内反应腔体的排气口直径，使内反应腔体通过第二排气管与真空泵相连接，提高内反应腔体抽真空系统有效抽速。

第二排气管的内壁具有螺旋结构，从而使气体在螺旋式排气管中形成螺旋运动；又因为螺旋排气管沿气体的排出方向口径渐小，因此气体进入后其运动速度会加快，从而形成高速螺旋运动的气体，变成高速螺旋形运动的气体，快速排出。

需要注意的是，可以在原有排气口的基础上，同时增加排气口的数量和增大排气口的直径，来提高内反应腔体抽真空系统有效抽速。

流导的大小随气体的流动状态和管道的形状的不同而不同。经实验测试，可以通过图2和/或图3的方式加大内反应腔的流导U，以此来提高内反应腔体抽气口的有效抽速，最终改善工艺条件的真空工艺环境，满足工艺需求。

外反应腔体真空系统和/或内反应腔体真空系统可采用分子泵或干泵。分子泵例如涡轮分子泵是利用高速旋转的动叶轮将动量传给气体分子，使气体产生定向流动而抽气的真空泵。涡轮分子泵的优点是启动快，无气体存储和解吸效应，无油蒸气污染或污染很少，能获得清洁的超高真空。干泵例如无油干泵是指泵能从大气压力下开始抽气，又能将抽气体直接排除，泵腔内无油或其他工作介质。本实施例的真空腔室可根据应用需求，采用分子泵或干泵，这里不做限定。

具体地，本实施例还提供一种包括上述真空腔室的真空设备。该真空设备适用于异质结太阳能电池的膜层沉积。其中，外腔真空系统负责提供反应腔室的本底真空环境，内反应腔真空系统的作用是负责提供HJT太阳能电池镀膜工艺条件下的工艺真空环境。

下文将结合具体实施例描述本实用新型：

步骤1：运行太阳能电池镀膜工艺，对内反应腔体和外反应腔体抽真空；

步骤2：在步骤1的抽真空操作达到稳定状态后，判断内反应腔体抽真空速度和真空条件是否可以满足太阳能电池镀膜工艺要求；其中，真空条件即为内反应腔体压强，在步骤2中，需要判断内反应腔体压强在整个太阳能电池镀膜工艺过程中，是否可以长期保持工艺所期望达到的压强；

步骤3：如果内反应腔体抽真空速度和真空条件未能满足太阳能电池镀膜工艺要求，则提高真空流导；

步骤4：执行步骤3后，再次判断内反应腔体抽真空速度和真空条件是否可以满足太阳能电池镀膜工艺要求；

步骤5：重复执行步骤3和步骤4，直至满足太阳能电池镀膜工艺要求。

具体地，在步骤3中，可以通过提高内反应腔体抽真空系统有效抽速，提高内反应腔体真空流导。提高内反应腔体抽真空系统有效抽速的方法可以包括：增加内排气口的数量，和/或增大内排气口的直径，本领域技术人员可以根据太阳能电池镀膜工艺要求进行具体的选择。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种真空腔室，所述真空腔室包括外反应腔体(1)和内反应腔体(2)，其特征在于：

所述外反应腔体(1)设置有外排气口，所述外排气口通过第一排气管(3)与外反应腔体真空系统连接；

所述内反应腔体(2)设置有内排气口(5)，所述内排气口(5)通过第二排气管(4)与内反应腔体真空系统连接；

所述第一排气管(3)和/或所述第二排气管(4)的内壁具有螺旋结构。

2.根据权利要求1所述的真空腔室，其特征在于：所述螺旋结构具有相等的螺纹间距。

3.根据权利要求1所述的真空腔室，其特征在于：所述螺旋结构的螺纹间距为排气管直径的1/3-1/2。

4.根据权利要求1所述的真空腔室，其特征在于：所述螺旋结构的螺纹截面形状为等边三角形。

5.根据权利要求1-4任一项所述的真空腔室，其特征在于：所述内反应腔体(2)设置有两个或更多个内排气口(5)。

6.根据权利要求1-4任一项所述的真空腔室，其特征在于：所述内反应腔体(2)设置的内排气口(5)数量大于数量阈值。

7.根据权利要求1-4任一项所述的真空腔室，其特征在于：所述第二排气管沿气体的排出方向口径渐小，且所述内排气口(5)的出口直径大于直径阈值。

8.根据权利要求1-4任一项所述的真空腔室，其特征在于：所述内反应腔体(2)设置有两个或者更多个内排气口(5)，并且所述内排气口(5)的直径大于直径阈值。

9.根据权利要求1-4任一项所述的真空腔室，其特征在于：所述外反应腔体真空系统和/或所述内反应腔体真空系统包括分子泵或干泵。

10.一种真空设备，其特征在于：包括根据权利要求1-9任一项所述的真空腔室，所述真空设备适用于异质结太阳能电池的膜层沉积。

Images