專利名稱：制備透明導(dǎo)電膜的設(shè)備的腔室系統(tǒng)及其工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池和蓄電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及硅基薄膜電池中所應(yīng)用
的TC0 (transparentconductiveoxide，透明導(dǎo)電氧化物)薄膜，更具體的 是涉及制備透明導(dǎo)電膜的設(shè)備的腔室系統(tǒng)及其工藝。
背景技術(shù)：
薄膜電池中的TCO膜被當(dāng)作電極使用，其要求具有高透過(guò)率，低電阻 和陷光結(jié)構(gòu)的性能。提高這些性能一般采用提高透過(guò)率讓更多的光被太陽(yáng) 電池本征層所吸收，得到更多的載流子，從而提高電池的電流密度；降低 電阻，是通過(guò)降低電池的串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻，從而提高電池的發(fā)電功率； 陷光結(jié)構(gòu)特征是讓膜具有比較大的表面粗糙度，通過(guò)對(duì)光折射和散射，將 入射到薄膜中的光分散到各個(gè)角度，增加入射光在電池中的光程，進(jìn)而增 加光的吸收。
目前使用較廣泛的透明導(dǎo)電薄膜是絨面的Sn02:F (FTO)薄膜，但FTO 薄膜有毒、價(jià)格昂貴、成本高、容易受到氫等離子體的還原作用，且在近 紅外區(qū)域?qū)獾姆瓷渎瘦^大，限制了其在疊層薄膜電池中的應(yīng)用。隨著生 產(chǎn)的需要，新型氧化鋅(主要是ZAO-ZnO:Al，其它則是GZO-ZnO:Ga、 BZO-ZnO:Ba)膜成為FTO膜的替代，具有價(jià)格便宜、原材料豐富、無(wú)毒、 在氫等離子體中穩(wěn)定性優(yōu)于FTO，在近紅外區(qū)域?qū)μ?yáng)光透射率比FTO膜 高，適合于疊層電池。
透明導(dǎo)電薄膜的生產(chǎn)一般采用APCVD (常壓化學(xué)氣相沉積)和PVD (物 理氣相沉積)。對(duì)于APCVD，生產(chǎn)新型氧化鋅膜(主要是ZAO-ZnO:Al，其 它則是GZO-ZnO:Ga、 BZ0-ZnO:Ba)，由于原料之一的液態(tài)二乙基鋅，存在 一定得缺陷，在空氣中能自燃、加熱時(shí)可能發(fā)生爆炸、能和水發(fā)生劇烈反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)活性很高；對(duì)于PVD，生產(chǎn)的氧化鋅薄膜比較平坦，對(duì)光散 射效果不理想， 一般需用稀釋的鹽酸腐蝕薄膜表面來(lái)制作絨面，而目前的 腐蝕工藝不夠成熟，存在工藝穩(wěn)定性難以控制、腐蝕后的膜面清洗不干凈、 腐蝕對(duì)TCO電阻有影響、且工藝不環(huán)保等問(wèn)題，影響了產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種制備TC0玻璃 的連續(xù)式磁控濺射鍍膜設(shè)備和方法，用該制備拓寬了工藝調(diào)整范圍，可以 很好的調(diào)整薄膜晶粒大小、電阻率、薄膜表面粗糙度、透過(guò)率工藝參數(shù)及 控制薄膜生長(zhǎng)條件，所沉積的TCO薄膜具有更低的電阻率、更高的透過(guò)率 和更好的絨面結(jié)構(gòu)，更有利于提高薄膜太陽(yáng)電池效率。
本發(fā)明所述的制備透明導(dǎo)電膜的設(shè)備的腔室系統(tǒng)由七個(gè)腔室組成，依
次是進(jìn)片室、加熱室A、 二氧化硅沉積室、加熱室B、 TC0沉積室、冷卻室 和出片室；所述的二氧化硅沉積室有兩個(gè)二氧化硅耙材，兩個(gè)射頻(RF) 電源；所述TCO沉積室有十個(gè)TCO靶材，TCO沉積室與加熱室B相臨的前 半段分布四個(gè)TCO靶材，與冷卻室相臨的后半段分布六個(gè)TCO耙材，每個(gè) TCO靶材均選擇直流(DC)電源和射頻(RF)電源匹配，所述前四個(gè)TCO耙材 和后六個(gè)TCO靶材所在的區(qū)域?qū)?yīng)的傳送系統(tǒng)分別配備一個(gè)電機(jī)，用于分 別控制前后靶材區(qū)域地玻璃基底走速。
利用本發(fā)明所述的制備透明導(dǎo)電膜設(shè)備的腔室系統(tǒng)沉積TCO薄膜的工 藝為
將進(jìn)片室和出片室抽真空到10—fa,加熱室A、 二氧化硅沉積室、加 熱室B、 TCO沉積室、冷卻室抽高真空到10—4Pa;
將二氧化硅沉積室加溫到100—30(TC，并通入Ar (氬氣)，流量為500 一1000sccm，工作壓強(qiáng)0. 2—0. 6Pa;
將TCO沉積室加溫到100—30(TC，通入Ar和02 (氧氣)，Ar流量500—1000sccm， 02流量5—15sccm;
玻璃基底進(jìn)入進(jìn)片室后，經(jīng)過(guò)加熱室A加熱到50—200'C后到達(dá)二氧 化硅沉積室，在二氧化硅沉積室玻璃基底沉積厚度為30—60nm的二氧化 硅膜；
TCO沉積室內(nèi)的前面四個(gè)TCO靶材用高功率、低溫、低真空度沉積出 細(xì)小的晶粒，形成第一層TCO薄膜，厚度400—500mn，每個(gè)靶材濺射功率 為40—60kW， RF電源和DC電源功率之比為O—O. 5，溫度160—200°C， 濺射真空度0. 4—1. OPa， 02流量為5—15sccm， 02與Ar的比率為0. 5%— 2%;后面六個(gè)TCO靶材采用低功率、高溫、高真空度，生長(zhǎng)致密、電阻率 低、尺寸較大的晶粒，形成第二層TCO薄膜，厚度在500—600nm，每個(gè)靶 材濺射功率為20—40kW， RF電源和DC電源功率之比0. 5—1. 2，溫度200 一280。C ，濺射真空度0. 2_0. 8Pa。
進(jìn)一步的，在二氧化硅沉積室，在玻璃上沉積二氧化硅膜的的工藝參 數(shù)為溫度16(TC， 2個(gè)RF功率分別是22kW， Ar流量500sccm，工作壓強(qiáng) 0. 4Pa。
進(jìn)一步的，形成的兩層TCO薄膜總厚度為800—1000nm。
所述的沉積兩層TCO膜的工藝，其特征在于，通過(guò)控制電源功率、射 頻電源和直流電源功率的比率、沉積溫度、真空室壓強(qiáng)、反應(yīng)氣體Ar、 02 的比例及流量、玻璃基底在TCO沉積室內(nèi)前四個(gè)耙材區(qū)域和后六個(gè)靶材區(qū) 域地傳輸速度來(lái)調(diào)整TCO膜的電阻率、透過(guò)率和晶粒大小及分布。
所述的沉積兩層TCO膜的工藝，其特征在于TCO沉積室內(nèi)的每個(gè)TCO 耙材匹配射頻電源和直流電源，通過(guò)調(diào)整射頻電源和直流電源功率的比率 可以調(diào)節(jié)濺射成膜速率、電阻率、晶粒尺寸大小和透過(guò)率。
所述的沉積兩層TCO膜的工藝，其特征在于TCO薄膜包括氧化鋅摻鋁(AZ0)、氧化鋅摻硼(BZO)或氧化鋅摻鎵(GZO)透明導(dǎo)電氧化物。 所述的制備透明導(dǎo)電膜的設(shè)備的腔室系統(tǒng)的特點(diǎn)是 在玻璃基底上先沉積厚度為30—60nm的二氧化硅層，再利用本發(fā)明 所述的生產(chǎn)工藝沉積兩層總厚度為800—1000nm的TCO薄膜，及特殊的靶 位設(shè)計(jì)、射頻電源和直流電源功率的比率、TCO沉積室內(nèi)前后靶材區(qū)對(duì)應(yīng) 的玻璃電機(jī)傳送系統(tǒng)和兩層沉積TCO技術(shù)拓寬了工藝調(diào)整范圍，可以更大 程度上改善膜結(jié)構(gòu)，形成電阻率低、膜層致密、尺寸大的晶粒，具有較好 的絨面，降低了電阻率，同時(shí)減薄TCO層，減少了對(duì)光的吸收損失，提高 了透過(guò)率，有效提高薄膜太陽(yáng)電池效率。
另一方面，所述的制備透明導(dǎo)電膜的設(shè)備的腔室系統(tǒng)可以有多種不同 的改變，比如增加幾個(gè)真空腔室，離子處理室、加熱室、冷卻室、濺射靶 等。


圖1利用本發(fā)明所述的制備透明導(dǎo)電膜的設(shè)備的腔室系統(tǒng)及其工藝沉 積的TCO薄膜結(jié)構(gòu)。
圖2本發(fā)明所述的制備透明導(dǎo)電膜的設(shè)備的腔室系統(tǒng)平面示意圖 圖中l(wèi).玻璃基底；2. 二氧化硅層；3.第一層TCO薄膜；4.第二層
TCO薄膜；5.進(jìn)片室；6.加熱室A; 7. 二氧化硅沉積室；8.加熱室B; 9. TCO 沉積室；IO.冷卻室;11.出片室;12.閥門;13. 二氧化硅靶材；14. TCO靶材。
具體實(shí)施例方式
如圖2所示，本發(fā)明所述的制備透明導(dǎo)電膜的設(shè)備的腔室系統(tǒng)由7個(gè) 腔室組成，依次是進(jìn)片室5、加熱室A6、 二氧化硅沉積室7、加熱室B8、 TC0沉積室9、冷卻室10和出片室11;所述的二氧化硅沉積室7有兩個(gè)二氧化硅靶材13，兩個(gè)射頻(RF)電源，額定功率50kW;所述TC0沉積室 有10個(gè)TC0靶材，TC0沉積室9與加熱室B 8相臨的前半段分布四個(gè)TC0 靶材14，與冷卻室10相臨的后半段分布六個(gè)TC0靶材14，每個(gè)TC0耙材 14均選擇直流(DC)電源加射頻(RF)電源匹配，所述前四個(gè)TC0耙材14和 后六個(gè)TC0靶材14所在的區(qū)域?qū)?yīng)的傳送系統(tǒng)分別配備一個(gè)電機(jī)，用于 分別控制前后靶材區(qū)域地玻璃基底走速。
生成如圖1所示的TC0薄膜的具體實(shí)施例如下
實(shí)施例1:
如圖2所示，將進(jìn)片室5和出片室11粗抽真空到10—ipa，加熱室A6、 二氧化硅沉積室7、加熱室B 8， TCO沉積室9，冷卻室10要抽高真空到 10—4Pa，將二氧化硅沉積室7加熱到20(TC，同時(shí)二氧化硅沉積室7內(nèi)通入 氬氣，流量500sccm，工作壓強(qiáng)0,2Pa，在玻璃基底上生成厚度為30nm 二 氧化硅膜，玻璃基底傳送速度為700mm/min。
將TC0沉積室9加溫到30(TC，通入氬Ar和02， Ar流量500sccm， 02 流量5sccm。
TCO沉積室9內(nèi)與加熱室B 8相鄰的前四個(gè)TCO靶材濺射功率設(shè)定為 40kW， RF電源和DC電源功率之比(PRF/Pcc)設(shè)為O，溫度16(TC，濺射真 空度0.4Pa， (V流量在5sccm， 02與Ar的比率為0. 5%，玻璃基底傳送速度 為700mm/min，形成第一層TCO薄膜，厚度400nm;與冷卻室相10鄰的后 面六個(gè)TC0靶材14采用低功率、高溫、高真空度，生長(zhǎng)致密、電阻率低、 尺寸較大的晶粒，形成第二層TCO薄膜，厚度在500nm，每個(gè)TCO耙材濺 射功率為20kW， PKF/PDC=0.5，溫度200。C，濺射真空度0.2Pa，玻璃基底傳 送速度為700mm/min。
實(shí)施例2:如圖2所示，將進(jìn)片室5和出片室ll粗抽真空到l(TPa，加熱室A6、 二氧化硅沉積室7、加熱室B 8， TC0沉積室9,冷卻室10要抽高真空到 10—4Pa，將二氧化硅沉積室8加熱到20(TC，同時(shí)二氧化硅沉積室7內(nèi)通入 氬氣，流量1000sccm，工作壓強(qiáng)0.6Pa，在玻璃基底上生成厚度為60nm 二氧化硅膜，玻璃基底傳送速度為700mm/min。
將TCO沉積室9加溫到300°C ，通入氬Ar和02， Ar流量1000sccm， 02流量15sccm。
TCO沉積室9內(nèi)與二氧化硅沉積室7相鄰的前四個(gè)TCO靶材濺射功率設(shè) 定為60kW， RF電源和DC電源功率之比(Prf/Pdc)設(shè)為0. 5，溫度設(shè)定200 °C，濺射真空度l.OPa， 02流量在15sccm， 02與Ar的比率為2%，玻璃基 底傳送速度為700咖/min，形成第一層TCO薄膜，厚度500nm;與冷卻室 IO相鄰的后面六個(gè)TCO靶材采用低功率、高溫、高真空度，生長(zhǎng)致密、電 阻率低、尺寸較大的晶粒，形成第二層TCO薄膜，厚度在600nm，每個(gè)TCO 靶材濺射功率為40kW， PRF/PD(;=1. 2，溫度280。C，濺射真空度0.8Pa。玻璃 基底傳送速度為700mm/min。
實(shí)施例3
玻璃基底進(jìn)入進(jìn)片室5后，經(jīng)過(guò)加熱室A6加熱到IO(TC后到達(dá)二氧化 硅沉積室7。沉膜工藝參數(shù)溫度160°C， 2個(gè)RF功率(PRF)分別是22kW， Ar流量500sccm，工作壓強(qiáng)0. 4Pa。
玻璃基底完成二氧化硅沉積后經(jīng)過(guò)加熱室B8，進(jìn)入TCO沉積室9。 在前四個(gè)TCO耙材下沉膜工藝參數(shù)溫度180°C、 RF功率(PRF) =12kW， DC功率(PDC) =48kW， PRF/PDC=0.25， Ar流量500sccm， 02流量8sccm， 工作壓強(qiáng)0.8Pa。玻璃基底傳送速度為800mm/min。沉積了二氧化硅的玻 璃在前四個(gè)TCO耙下沉積出比較細(xì)小的晶粒，形成第一層TCO薄膜，厚度在400nm。
在后六個(gè)TCO靶材下沉膜工藝參數(shù)溫度260°C、 PRF=20kW， PDC=20kW， PRF/PDC=1， Ar流量500sccm， 02流量7sccm，工作壓強(qiáng)0. 4Pa，玻璃基底 傳送速度為700mm/min，形成第二層比較致密、晶粒尺寸較大、電阻率低 的TCO薄膜，厚度500nm。
權(quán)利要求
1、制備透明導(dǎo)電膜的設(shè)備的腔室系統(tǒng)，其特征在于，腔室系統(tǒng)由七個(gè)腔室組成，依次是進(jìn)片室、加熱室A、二氧化硅沉積室、加熱室B、TCO沉積室、冷卻室和出片室；所述的二氧化硅沉積室有兩個(gè)二氧化硅靶材，兩個(gè)射頻電源；所述TCO沉積室有十個(gè)TCO靶材，TCO沉積室與加熱室B相臨的前半段分布四個(gè)TCO靶材，與冷卻室相臨的后半段分布六個(gè)TCO靶材，每個(gè)TCO靶材均選擇直流電源和射頻電源匹配，所述前四個(gè)TCO靶材和后六個(gè)TCO靶材所在的區(qū)域?qū)?yīng)的傳送系統(tǒng)分別配備一個(gè)電機(jī)，用于分別控制前后靶材區(qū)域地玻璃基底走速。
2、 利用權(quán)利要求1所述的制備透明導(dǎo)電膜的設(shè)備的腔室系統(tǒng)沉積 TC0薄膜的工藝為將進(jìn)片室和出片室抽真空到10—iPa，加熱室A、 二氧化硅沉積室、加熱室B、 TC0沉積室、冷卻室抽高真空到10—4Pa;將二氧化硅沉積室加溫到100—30(TC，并通入Ar(氬氣)，流量 為500—1000sccm，工作壓強(qiáng)0. 2—0. 6Pa;將TCO沉積室加溫到100—30(TC，通入Ar和02 (氧氣)，Ar流 量500—1000sccm， 02纟荒量5—15sccm;玻璃基底進(jìn)入進(jìn)片室后，經(jīng)過(guò)加熱室A加熱到50—200'C后到達(dá) 二氧化硅沉積室，在二氧化硅沉積室玻璃基底沉積厚度為30—60nm 的二氧化硅膜；TCO沉積室內(nèi)的前面四個(gè)TCO靶材用高功率、低溫、低真空度沉 積出細(xì)小的晶粒，形成第一層TCO薄膜，厚度400—500nm，每個(gè)耙 材濺射功率為40~60kW， RF電源和DC電源功率之比為O—O. 5，溫度160—200。C，濺射真空度0.4—1.0Pa， 02流量為5—15sccm， 02 與Ar的比率為0.5%—2%;后面六個(gè)TCO靶材采用低功率、高溫、高 真空度，生長(zhǎng)致密、電阻率低、尺寸較大的晶粒，形成第二層TCO薄 膜，厚度在500—600nm，每個(gè)靶材濺射功率為20—40kW， RF電源和 DC電源功率之比0.5—1.2，溫度200—280。C，濺射真空度0. 2— 0. 8Pa。
3、 如權(quán)利要求2所述的沉積TC0薄膜的工藝，其特征在于，形成 的兩層TCO薄膜總厚度為800—1000nm。
4、 如權(quán)利要求2所述的沉積TC0薄膜的工藝，其特征在于，通過(guò) 控制電源功率、射頻電源和直流電源功率的比率、沉積溫度、真空室 壓強(qiáng)、反應(yīng)氣體Ar、 02的比例及流量、玻璃基底在TCO沉積室內(nèi)前四 個(gè)靶材區(qū)域和后六個(gè)耙材區(qū)域地傳輸速度來(lái)調(diào)整TCO膜的電阻率、透 過(guò)率和晶粒大小及分布。
5、 如權(quán)利要求2所述的沉積TC0薄膜的工藝，其特征在于，TCO 沉積室內(nèi)的每個(gè)TCO耙材匹配射頻和直流電源，通過(guò)調(diào)整射頻電源和 直流電源功率的比率可以調(diào)節(jié)濺射成膜速率、電阻率、晶粒尺寸大小 和透過(guò)率。
6、 如權(quán)利要求2所述的沉積TC0薄膜的工藝，其特征在于，TCO 薄膜包括氧化鋅摻鋁、氧化鋅摻硼或氧化鋅摻鎵透明導(dǎo)電氧化物。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種制備透明導(dǎo)電膜的設(shè)備的腔室系統(tǒng)及其工藝，該腔室系統(tǒng)由七個(gè)腔室組成，依次是進(jìn)片室、加熱室A、二氧化硅沉積室、加熱室B、TCO沉積室、冷卻室和出片室，在TCO沉積室前后共設(shè)置了十個(gè)TCO靶材。生產(chǎn)流程是玻璃先在二氧化硅沉積室沉積厚度為30-60nm的SiO₂層，再利用兩種工藝沉積兩層總厚度為800-1000nm的TCO薄膜。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于特殊的靶位設(shè)計(jì)、射頻加直流電源配比、TCO沉積室內(nèi)前后靶位下的玻璃變速傳送系統(tǒng)和兩層沉積TCO技術(shù)拓寬了工藝調(diào)整范圍，可以更大程度上改善膜結(jié)構(gòu)，形成電阻率低、膜層致密、尺寸大的晶粒，具有較好的絨面。并且降低電阻率后，可以減薄TCO層，減少了對(duì)光的吸收損失，提高了透過(guò)率?？梢杂行岣弑∧ぬ?yáng)電池效率。
文檔編號(hào)C23C14/10GK101603171SQ200910089680
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日
發(fā)明者李寶勝, 王建強(qiáng), 趙鳳剛 申請(qǐng)人:新奧光伏能源有限公司