CN2404215Y - 非晶硅薄膜太阳能电池制作装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种非晶硅薄膜太阳能电池制作设备。由七个真空室、真空获得装置、气路和尾气处理组成,七个真空室为长方体形,线列式排列,气动闸板阀隔离,设有轨道小车及导轨,三个反应室及过渡室设电容耦合电极板;气路分9路进气,三个反应室各设3组与质量流量控制器MFC连接;尾气处理通过三套增压泵、机械泵机组把有毒气体分流;真空获得是在反应室I及两侧过渡室接涡轮分子泵和离子泵,反应室P与进片室及反应室N与出片室间均接涡轮分子泵。它具有真空隔离、连续淀积效果。

Description

非晶硅薄膜太阳能电池制作装置

本实用新型涉及太阳能电池技术，具体地说是一种非晶硅薄膜太阳能电池制作设备。

非晶硅太阳能电池是近20年来国际新发展起来的一项太阳能电池新技术，非晶硅薄膜太阳能电池的厚度只有1μ左右，是单晶硅太阳电池厚度的1/300～1/400，与单晶硅太阳电池相比，制备这种薄膜用料很少，薄膜生长时间较短，设备制造简单，容易大量连续生产，根据国际上有关科学家的估计，非晶硅薄膜太阳电池是目前能大幅度降低成本的唯一最有前途的太阳电池；目前，非晶硅薄膜太阳能电池的制作从其真空室的结构形式来看，大体有两种，一种为通常的园柱形真空室，这种真空室加工制造简单，内壁圆筒可以做成光滑无死角区，容易满足抽真空的条件，但为了能置大面积样品淀积，该真空室的内腔不够大，而可利用的有效空间却较小；另一种为方形真空室，这种室有效利用空间大，衬底在室内腔容易布置，也更容易满足进气气流和电场分布均匀性的条件，相应的外廓尺寸小，结构紧凑，更适宜连续化工业生产的要求，但这种真空室加工难度较大，尤其室与室之间的方形法兰间的真空密封难解决。

为了克服上述不足，本实用新型的目的在于提供一种能适用于大面积样品淀积需要，具有真空隔离的线列式、分室连续淀积非晶硅薄膜太阳能电池制作装置。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：由七个真空室、真空获得装置、气路装置和尾气处理装置组成，所述七个真空室为进片室、过渡室、反应室P、I、N和出片室，均为长方体形，线列式排列安装，从右至左依次为：进片室、反应室P、过渡室、反应室I、过渡室、反应室N和出片室，每两个真空室之间采用长方形法兰连接，金属丝密封，并装有气氛隔离用超高真空气动闸板阀，每一真空室中安装有交递与传送衬底用由电机驱动的轨道小车及一对导轨，各个真空室间的导轨不连续，所述P反应室、I反应室、N反应室及过渡室内还装有上、下电极板；

所述真空获得装置由涡轮分子泵、离子泵和机械泵组成，在所述反应室I和其两侧的过渡室通过插板阀接一涡轮分子泵和一离子泵，所述反应室P与进片室及反应室N与出片室之间分别通过插板阀分别接入一涡轮分子泵，所述涡轮分子泵均加装一机械泵；

所述气路装置共分9路，反应室P、反应室I、反应室N各设结构相同的3组气路进气，其中一组气路来自气瓶的气源，通过减压器、截止阀、电磁阀与控制进气量大小的质量流量控制器MFC连接，经由液氮冷却的不锈钢管进入反应室；

所述尾气处理装置是在进入反应室气管上和气路中经过电磁阀接入抽气用增压泵，且在增压泵前加装一个液氮冷阱；上述两套液氮冷阱前通过三通接管再与机械泵连接，所述机械泵的排气口充入N₂气，其抽出的废气至尾气处理器；

所述上、下电极板均采用焊接波纹管密封结构，平板电容耦合，上电极板兼为衬底夹持架，下电极板接RF射频电源，对地高频绝缘安装；所述高真空气动闸板阀为矩形口结构；所述衬底夹持架上设有加热器。

本实用新型具有如下优点：

1.结构紧凑，设计合理。本实用新型采用线列式七个矩形真空室连续淀积结构，具有足够大小的容积，又能做到室与室之间可靠的密封连接，应用矩形口气动控制超高真空矩型气动闸板阀，使之得到了高通导率，有效的真空隔离之效果。

2.样品的交接与传递，适用于连续化工业生产的需求。本实用新型采用七对平行轨道，通过轨道小车由第一真空室平稳送至第七室，特别是在各真空室的温度均长期工作在350℃～400℃的高温状态下，小车能顺利通过各室，完成交接与传送样品的任务。

3.本实用新型的加热器采用内加热卧式平板电容结构，易于转移传输，衬底温度均匀性得以满足ΔT±2°/14mm 300℃下测量，同时也避免了在等离子体辉光放电区的高压打火现象。

附图说明：

图1为本实用新型总结构示意图。

图2为图1中真空室间气动闸板阀安装示意图。

图3本实用新型气路装置及尾气处理装置示意图。

下面结合附图对本实用新型的结构及原理作进一步详细说明。

如图1所示，由七个真空室1、真空获得装置2、气路装置3和尾气处理装置4组成，所述七个真空室1为进片室11、过渡室12、反应室P13、I14、N15和出片室16，均为长方体形，线列式排列安装，从右至左依次为：进片室11、反应室P13、过渡室12、反应室I14、过渡室12、反应室N15和出片室16，每两个真空室1之间采用长方形法兰连接，金属丝密封，并装有气氛隔离用电磁气动控制超高真空气动闸板阀17，每一真空室1中安装有交递与传送衬底用由电机驱动的轨道小车18及一对导轨19，各个真空室1间的导轨19不连续，所述反应室P13、反应室I14、反应室N15及过渡室12内还装有上、下电极板10、10′，其极板面积为22×22cm²，其间距可调，为了保证真空度的要求，所述上、下电极板10、10′均采用焊接波纹管密封结构，上电极板10兼为衬底夹持架，下电极板10′接RF射频电源，对地高频绝缘安装；

为了确保三个反应室获得较高的本底极限真空度，所述真空获得装置2由涡轮分子泵21、离子泵22和机械泵23组成，在所述反应室I14和其两侧的过渡室12接一450l/sec涡轮分子泵21和一300l/sec离子泵22，所述反应室P13与进片室11及反应室N15与出片室16之间分别接入一450l/sec涡轮分子泵21，所述涡轮分子泵21均加装一ZXZ--2机械泵23；以防止三个反应室淀积工作时互相交叉污染，并且保证了每个反应室的工作压强，与三个反应室相接的泵通过氟橡胶插板阀24连接；

所述气路装置3共分9路，反应室P13、反应室I14、反应室N15各设结构相同的3组气路进气，其中一组气路来自气瓶的气源，通过减压器、截止阀、电磁阀与控制进气量大小的质量流量控制器MFC31连接，电磁阀均安装在同一操纵台上统一控制，为了增加各路气体纯度，经由液氮冷却的不锈钢管进入反应室；

所述尾气处理装置4是在进入反应室气管上和气路中经过电磁阀接入抽气用增压泵41，且在增压泵前41加装一个液氮冷阱42；上述两套液氮冷阱42前通过三通接管再与ZXZ--2机械泵23连接，所述机械泵23的排气口充入N₂气，其抽出的废气至尾气处理器；在三个反应室工作完毕后，关闭其有关电磁阀，同时打开通向增压泵1的电磁阀，及时将管路中的残留气体抽入尾气处理器中；

所述上、下电极板10、10′均采用焊接波纹管密封结构，平板电容耦合，上电极板10兼为衬底夹持架，下电极板10′接RF射频电源，对地高频绝缘安装。

所述高真空气动闸板阀17为矩形口结构；所述衬底夹持架上设有加热器。

本实用新型的工作原理如下：

本实用新型主要是应用等离子化学气相沉积(PCVD)技术，通过等离子体增强化学气相淀积生长掺杂的氢化无定形硅膜(a-Si)制作太阳能电池，其基本工作原理是用辉光放电方法，在射频(f＝13.5MHz)电场作用下，产生低温等离子体，用来增强反应物质的化学反应活性，促进按照一定比例引入到放电空间的气体，硅烷(SiH₄)、磷烷(PH₃)和硼烷(B₂H₆)之间的化学反应，使之波分解形成掺杂的无定形硅膜。

其工作过程如下：

(1)线列式排列的七个真空室1抽取极限真空，各室极限真空均可达到≤6.6×10^-5Pa；

(2)打开进片室11的放气阀，将进片室11暴露大气—开启进片室11的门—将事先在超净间清洗好的样品(220×220mm²)送入进片室11，一次将5片样品装进样品库；

(3)进片室11抽真空至6.6×10^-4Pa，然后在其内将样品辉光清洗；

(4)打开第1个气动闸板阀17，启动电机，操纵轨道小车18载送样品库上的一片样品传输进入反应室P13，关闭第1个气动气动闸板阀17，打开上电极板10样品加热电源，将轨道小车18送来的样品加热300±5℃，启动接通下电极板10′的RF射频电源，调节靶极功率，产生辉光放电；打开进气气路装置3各路质量流量控制器MFC31，调节反应气体至已预定值，打开联接反应室P13的气路进气阀，各种反应气体通过穿膛风的方式，将气流平行输入到上下电极平板耦合电容间，从而在等离子辉光放电反应中，沉积P型膜；

(5)再继续打开第2个气动闸板阀17将反应室P13已镀好P型膜的样品，用轨道小车18送入过渡室12，同时关闭第2个气动闸板阀17，打开第1个气动闸板阀17，通过进片室11再次输入一片样品至反应室P13，继续完成P型镀膜；

(6)打开第3个气动闸板阀17，并将第一片样品用轨道小车18送入反应室I14，关闭第3个气动闸板阀17，将轨道小车18送入的样品加热，打开联接反应室I14下电极板10′与RF射频电源，产生辉光放电，打开质量流量控制器MFC31，通入反应室I14于各种反应气体，在辉光放电中沉积I型薄膜；

(7)打开第4个气动闸板阀17，用轨道小车18将样品由反应室I14传输送入另一过渡室12，关闭第4个气动闸板阀17，使样品在此过渡室12停留；

(8)打开第5个气动闸板阀17，用轨道小车18将过渡室12内的样品传输送入反应室N15，关闭第5个气动闸板阀17，在反应室N15辉光放电生长N型膜；

(9)打开第6个气动闸板阀17，用轨道小车18将镀好膜的样品由反应室N15传输送入出样室16，关闭第6个气动闸板阀17；

(10)轨道小车18将镀好的第一片样品送入样品接收库，如此重复以上过程，将镀好的5片样品全部镀完之后即可打开出片室16放气阀，充入氮气至大气压，打开出片室门，取出5片镀好的样品，完成。

Claims (4)

1.一种非晶硅薄膜太阳能电池制作装置，其特征在于：由七个真空室(1)、真空获得装置(2)、气路装置(3)和尾气处理装置(4)组成，所述七个真空室(1)为进片室(11)、过渡室(12)、反应室P、I、N(13、14、15)和出片室(16)，均为长方体形，线列式排列安装，从右至左依次为：进片室(11)、反应室P(13)、过渡室(12)、反应室I(14)、过渡室(12)、反应室N(15)和出片室(16)，每两个真空室(1)之间采用长方形法兰连接，金属丝密封，并装有气氛隔离用超高真空气动闸板阀(17)，每一真空室(1)中安装有交递与传送衬底用由电机驱动的轨道小车(18)及一对导轨(19)，各个真空室(1)间的导轨(19)不连续，所述P反应室(13)、I反应室(14)、N反应室(15)及过渡室(12)内还装有上、下电极板(10、10′)；

所述真空获得装置(2)由涡轮分子泵(21)、离子泵(22)和机械泵(23)组成，在所述反应室I(14)和其两侧的过渡室(12)通过插板阀(24)接一涡轮分子泵(21)和一离子泵(22)，所述反应室P(13)与进片室(11)及反应室N(15)与出片室(16)之间分别通过插板阀(24)分别接入一涡轮分子泵(21)，所述涡轮分子泵(21)均加装一机械泵(23)；

所述气路装置(3)共分9路，反应室P(13)、反应室I(14)、反应室N(15)各设结构相同的3组气路进气，其中一组气路来自气瓶的气源，通过减压器、截止阀、电磁阀与控制进气量大小的质量流量控制器MFC(31)连接，经由液氮冷却的不锈钢管进入反应室；

所述尾气处理装置(4)是在进入反应室气管上和气路中经过电磁阀接入抽气用增压泵(41)，且在增压泵(41)前加装一个液氮冷阱(42)；上述两套液氮冷阱(42)前通过三通接管再与机械泵(23)连接，所述机械泵(23)的排气口充入N₂气，其抽出的废气至尾气处理器。

2.按照权利要求1所述非晶硅薄膜太阳能电池制作装置，其特征在于：所述上、下电极板(10、10′)均采用焊接波纹管密封结构，平板电容耦合，上电极板(10)兼为衬底夹持架，下电极板(10′)接RF射频电源，对地高频绝缘安装。

3.按照权利要求1所述非晶硅薄膜太阳能电池制作装置，其特征在于：所述高真空气动闸板阀(17)为矩形口结构。

4.按照权利要求1、2所述非晶硅薄膜太阳能电池制作装置，其特征在于：所述衬底夹持架上设有加热器。

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