專利名稱：一種可調(diào)控生長硅薄膜電池陷光結(jié)構(gòu)薄膜的磁控濺射系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及真空鍍膜技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可調(diào)控生長硅薄膜電池陷光結(jié)構(gòu) 薄膜的磁控濺射系統(tǒng)，適用于生長透明導(dǎo)電氧化物TCO薄膜，適合應(yīng)用于硅Si薄膜太陽電 池。
背景技術(shù)：
對于硅薄膜太陽電池來說，為了提高它的性能，目前的關(guān)鍵問題是進(jìn)一步提高光
電轉(zhuǎn)換效率和改善穩(wěn)定性，其中，加入陷光結(jié)構(gòu)是一種有效的方法。陷光結(jié)構(gòu)通過反射、折
射和散射，將入射角度比較單一的光線分散到各個角度，從而增加光在太陽電池中的光程，
使入射的太陽光被限制在前電極、背電極之間，從而提高太陽光的收集效率。 硅薄膜太陽電池的厚度很小，例如一般非晶硅薄膜太陽電池的厚度約0. 5微米，
微晶硅薄膜太陽電池的厚度約1. 5微米，由于其材料的不平整性線度過小，使得對光線的
折射和反射的影響很弱，所以就需要一個外加的陷光結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在非晶硅薄膜太陽電池采用
的陷光結(jié)構(gòu)有兩種，一種是絨面前電極，另一種是復(fù)合背反射電極。 其中，絨面透明前電極一般具有同入射光波長相比擬的凹凸起伏的絨面結(jié)構(gòu)，可 以實現(xiàn)對入射太陽光的散射，從而增大入射光在電池中的光程，以增大電池的短路電流，從 而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率，該絨面結(jié)構(gòu)一般是由一層透明導(dǎo)電膜構(gòu)成，如Sn02或者ZnO 等；另外，硅薄膜太陽電池要求透明電極具有極低的光、電損失，高透過率和電導(dǎo)率，以及在 氫等離子體轟擊下保持較好的穩(wěn)定性。 而復(fù)合背反射電極由一層透明導(dǎo)電膜和一層金屬反射層構(gòu)成復(fù)合背反射層(如 Zn0/Ag或Zn0/Al等)，以通過光的干涉增強(qiáng)作用增加背電極對光的反射，使未能被電池吸 收而到達(dá)背電極的光子被反射到電池的本征吸收層進(jìn)行再次吸收，從而增加了電池對入射 光的收集效率，從而增大短路電流，提高電池的轉(zhuǎn)化效率，而且可以通過進(jìn)一步減薄本征吸 收層，增強(qiáng)內(nèi)建電場，從而在一定程度上達(dá)到了抑制光致衰退，改善電池的穩(wěn)定性；另外，氧 化鋅ZnO還可以阻擋金屬背電極元素如Ag或Al向太陽電池n+層的擴(kuò)散，改善界面及電池 性能。 新型鋅鋁氧化物ZnO:Al (ZA0)薄膜價格便宜，源材料豐富，無毒，并且在氫等離子 體中穩(wěn)定性優(yōu)于摻氟氧化錫(Sn0:F)FT0薄膜，同時具有可同F(xiàn)T0相比擬的光電特性，因此 在硅基薄膜太陽電池的中有廣泛的應(yīng)用前景。Zn0:Al(ZA0)既可以作為絨面前電極，Zn0/ Ag或Zn0/Al又可作為復(fù)合背反射電極。 當(dāng)前，常規(guī)磁控濺射技術(shù)制備ZnO薄膜的設(shè)備裝置如圖l所示。其中，氬Ar氣提 供輝光放電的工作氣體或濺射氣體，鍍膜樣品放在具有加熱器的襯底上，加熱器可以實現(xiàn) 調(diào)節(jié)襯底從室溫至設(shè)定溫度的控制，摻Al的ZnO靶材連接電源，提供濺射能量，真空室通常 接地。真空室通入Ar氣后，通過在耙材上饋入適當(dāng)功率實現(xiàn)輝光放電，高能Ar+轟擊耙材 濺射出鍍膜組分粒子，從而在基片上生長出Zn0薄膜。 通常情況下，磁控濺射技術(shù)生長獲得Zn0薄膜，濺射粒子能量較高。在頂襯結(jié)構(gòu)pin型硅薄膜電池領(lǐng)域，需要利用Zn0薄膜作為背反射電極，因此，生長ZnO薄膜時，濺射粒 子能量應(yīng)該適當(dāng)，既能保證良好的薄膜性能，又對已生長的Si薄膜具有較低損傷。高能粒 子轟擊作用可以對薄膜產(chǎn)生足夠多的缺陷或空洞，影響薄膜電池性能，甚至破壞電池pn結(jié) 特性。 鑒于常用的ZnO薄膜制備工藝是磁控濺射，因為在濺射過程中，濺射離子的能量 較高，高能粒子在襯底上具有較高的遷移能力，使得濺射薄膜與襯底具有良好的附著力，且 膜厚可控，重復(fù)性好。但是，當(dāng)其應(yīng)用于pin型硅薄膜太陽電池背反射電極或底襯結(jié)構(gòu)nip 型硅薄膜太陽電池前電極時，通常直接生長的ZnO薄膜對pin型硅薄膜太陽電池的n+層或 nip型硅薄膜太陽電池的p+層具有高能的粒子轟擊作用，從而嚴(yán)重影響薄膜電池的性能， 甚至破壞電池pn結(jié)特性。 因此，目前迫切需要開發(fā)出一種磁控濺射裝置，其既能夠生長出性能優(yōu)良的TCO 薄膜，又可以減少濺射過程中靶材產(chǎn)生的高能粒子對硅薄膜太陽電池的轟擊作用，保證電 池的pn結(jié)特性，提高薄膜電池的性能。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種可調(diào)控生長硅薄膜電池陷光結(jié)構(gòu)薄膜的磁控
濺射系統(tǒng)，可以有效地改變靶材表面的磁場強(qiáng)度和分布狀態(tài)，減少和避免磁控濺射過程中
產(chǎn)生的高能粒子對硅薄膜太陽電池的轟擊作用，改善透明導(dǎo)電氧化物TCO和硅Si薄膜的界
面特性，可以明顯提高硅薄膜太陽電池的性能，具有重大的生產(chǎn)實踐意義。 為此，本發(fā)明提供了一種可調(diào)控生長硅薄膜電池陷光結(jié)構(gòu)薄膜的磁控濺射系統(tǒng)，
包括有真空的濺射室，所述濺射室內(nèi)設(shè)置有平面濺射源和襯底，所述平面濺射源與外接電
源相連接，所述襯底位于平面濺射源的上方且接地，所述襯底上用于放置待鍍膜的樣品； 所述平面濺射源包括從上到下依次互相連接的濺射靶材、銅Cu背板、鐵Fe質(zhì)調(diào)控
板和磁鐵系統(tǒng)。 優(yōu)選地，包括有真空的濺射室1和裝片室2，所述濺射室1和裝片室2之間設(shè)置有 閘板閥20，所述濺射室1內(nèi)設(shè)置有第一平面濺射源11和第二平面濺射源12，所述第一平面 濺射源11和第二平面濺射源12分別與外接電源30相連接，第一平面濺射源11和第二平 面濺射源12的上方設(shè)置有襯底13，所述襯底13與加熱器14相連接； 所述第一平面濺射源11包括有從上到下依次互相連接的第一靶材111、銅Cu背板 112、鐵Fe質(zhì)調(diào)控板113以及由多個磁鐵組成的磁鐵系統(tǒng)114 ; 所述第二平面濺射源12包括有從上到下依次互相連接的第二靶材121、銅Cu背板 112、鐵Fe質(zhì)調(diào)控板113以及由多個磁鐵組成的磁鐵系統(tǒng)114 ; 所述裝片室2內(nèi)設(shè)置有具有多層結(jié)構(gòu)的樣品架21，所述裝片室2外壁上與所述樣 品架21相對應(yīng)的位置上插入有樣品推拉桿22。 優(yōu)選地，所述濺射室1和裝片室2外壁上分別開有至少一個抽氣口 16，所述抽氣口 16與外部的抽氣系統(tǒng)相連接。 優(yōu)選地，所述濺射室1外還設(shè)置有等離子體發(fā)射譜檢測儀15，所述等離子體發(fā)射
譜檢測儀15的檢測頭位于所述濺射室1內(nèi)。 優(yōu)選地，所述濺射室1內(nèi)還裝有線性離子源17。
優(yōu)選地，所述第一耙材111為鋅鋁Zn-Al合金耙材或者氧化鋅ZnO:Al203陶瓷耙 材，所述第二靶材121為鋁Al靶材，所述襯底13為薄膜太陽電池。 優(yōu)選地，所述襯底13位于所述第一平面濺射源11和第二平面濺射源12的正上 方，所述第一平面濺射源11和第二平面濺射源12之間設(shè)置有隔離板。
優(yōu)選地，所述濺射室1中具有一個可左右往返運(yùn)行的小車，該小車上設(shè)置有所述 加熱器14和用于放置襯底13的樣品托。 優(yōu)選地，所述樣品架21的頂部與一個升降裝置23相連接。優(yōu)選地，所述鐵質(zhì)調(diào)控板是厚度為0. 5mm 2. 0mm的鐵質(zhì)薄板。 由以上本發(fā)明提供的技術(shù)方案可見，與常規(guī)的磁控濺射設(shè)備相比較，本發(fā)明提供
的一種可調(diào)控生長硅薄膜電池陷光結(jié)構(gòu)薄膜的磁控濺射系統(tǒng)，通過在平面濺射源的磁鐵系
統(tǒng)和靶材的銅Cu背板之間適當(dāng)厚度的鐵質(zhì)調(diào)控板，可以有效地改變靶材表面的磁場強(qiáng)度
和分布狀態(tài)，減少和避免磁控濺射過程中產(chǎn)生的高能粒子對硅薄膜太陽電池的轟擊作用，
改善透明導(dǎo)電氧化物TCO和硅Si薄膜的界面特性，可以明顯提高硅薄膜太陽電池的性能，
具有重大的生產(chǎn)實踐意義。


圖1為常規(guī)制備Zn0薄膜的磁控濺射設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明提供的一種可調(diào)控生長硅薄膜電池陷光結(jié)構(gòu)薄膜的磁控濺射系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明提供的第一平面濺射源的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明提供的第二平面濺射源的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和實施方式對本 發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。 圖2為本發(fā)明提供的一種可調(diào)控生長硅薄膜電池陷光結(jié)構(gòu)薄膜的磁控濺射系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)示意圖。 參見圖2，本發(fā)明提供了一種可調(diào)控生長硅薄膜電池陷光結(jié)構(gòu)薄膜的磁控濺射系 統(tǒng)，包括有真空密封的濺射室1和裝片室2，所述濺射室1和裝片室2之間設(shè)置有閘板閥20， 所述閘板閥20用于通斷所述濺射室1和裝片室2之間的連接； 在本發(fā)明中，濺射室1和裝片室2這兩個真空室的極限真空都優(yōu)于8X10—5Pa，從 而保證了磁控濺射的工藝重復(fù)性。 所述濺射室1內(nèi)設(shè)置有第一平面濺射源11和第二平面濺射源12，所述第一平面濺 射源11和第二平面濺射源12是磁控濺射用的濺射源； 參見圖3、圖4，所述第一平面濺射源11包括有從上到下依次互相連接的第一靶材 111、銅Cu背板112、鐵Fe質(zhì)調(diào)控板113以及由多個磁鐵組成的磁鐵系統(tǒng)114 ;
同樣，第二平面濺射源12包括有從上到下依次互相連接的第二靶材121、銅Cu背 板112、鐵Fe質(zhì)調(diào)控板113、磁鐵系統(tǒng)114，所述磁鐵系統(tǒng)114由多個磁鐵連接在一起組成；
需要說明的是，在圖3、圖4中，磁鐵系統(tǒng)114用于產(chǎn)生磁場，銅Cu背板具有良好導(dǎo)
5電性，實現(xiàn)電源有效饋入，第一靶材111和第二靶材121是鍍膜用源材料； 在本發(fā)明中，由于在磁鐵系統(tǒng)114與銅Cu背板112之間設(shè)置有鐵Fe質(zhì)調(diào)控板113，
通過該鐵質(zhì)調(diào)控板可以調(diào)整第一靶材和第二靶材表面的磁場強(qiáng)度。電源饋入至第一靶材和
第二靶材實現(xiàn)濺射鍍膜，若加入鐵質(zhì)調(diào)控板，第一靶材111和第二靶材121表面的磁場強(qiáng)度
減弱，輝光強(qiáng)度也有所減弱。 需要說明的是，本發(fā)明通過在平面濺射源的磁鐵系統(tǒng)和靶材的銅Cu背板之間適 當(dāng)厚度的鐵質(zhì)調(diào)控板，可有效改變靶材表面磁場強(qiáng)度和分布狀態(tài)，從而減少和避免濺射過 程中靶材產(chǎn)生的高能粒子對硅薄膜電池的轟擊作用。 在磁控濺射系統(tǒng)中，由于鐵質(zhì)調(diào)控板113是磁性材料，其應(yīng)用可以削弱第一靶材 111和第二靶材121表面的磁場強(qiáng)度和分布，從而改變二次電子路徑和Ar粒子能量和濺射 方向，因此，第一靶材111和第二靶材121表面濺射出來的高能粒子大大減少和削弱，因此 本發(fā)明有助于實現(xiàn)低能量轟擊和良好性能ZnO薄膜(或A1薄膜)的生長，可成功應(yīng)用于Si 薄膜電池背反射層。 在本發(fā)明中，所述鐵質(zhì)調(diào)控板113優(yōu)選為采用0. 5mm 2. 0mm厚度的鐵質(zhì)薄板；
在本發(fā)明中，所述第一耙材111為鋅鋁Zn-Al合金耙材或者氧化鋅Zn0: A1203陶瓷 耙材，所述第二耙材121為鋁A1耙材； 第一平面濺射源11和第二平面濺射源12之間設(shè)置有隔離板，所述兩個平面濺射 源既可以進(jìn)行Pin型Si薄膜電池前電極的沉積，也可以進(jìn)行ZnO/Ag或ZnO/Al背反射電極 的沉積。 參見圖2，第一平面濺射源11和第二平面濺射源12分別與外接電源30相連接，具 體為第一平面濺射源11和第二平面濺射源12中的銅Cu背板分別與外接電源30相連接， 從而第一平面濺射源11和第二平面濺射源12作為濺射源使用，由外接電源30來輸入鍍膜 用的功率； 所述第一平面濺射源11和第二平面濺射源12的上方設(shè)置有襯底13，所述襯底13 與加熱器14相連接，所述襯底13與真空的濺射室1相連接，該真空濺射室1接地，所述襯 底13上用于放置待鍍膜的樣品，且通過所述加熱器14可以對襯底13上的樣品進(jìn)行加熱；
具體實現(xiàn)上，所述襯底13優(yōu)選為薄膜太陽電池，所述襯底13優(yōu)選為位于所述第一 平面濺射源11和第二平面濺射源12的正上方；所述襯底13與加熱器14可以在第一平面 濺射源11和第二平面濺射源12的上方進(jìn)行一體往復(fù)運(yùn)行； 具體實現(xiàn)上，在所述濺射室1中具有一個可左右往返運(yùn)行的小車，該小車上設(shè)置 有所述加熱器14和用于放置襯底13的樣品托，因此將襯底13放置入樣品托后，隨著小車 的左右往返運(yùn)行，該襯底13與加熱器14可以在第一平面濺射源11和第二平面濺射源12 的上方進(jìn)行一體左右往復(fù)運(yùn)行。 此外，所述濺射室1外還設(shè)置有等離子體發(fā)射譜檢測儀(PEM) 15，所述等離子體發(fā) 射譜檢測儀15的檢測頭位于所述濺射室1內(nèi)，從而PEM可以在線監(jiān)測和控制濺射過程中的 氧分壓，從而實時控制被濺射靶面的氧化狀態(tài)，以保證薄膜材料中的氧含量，實現(xiàn)保證薄膜 材料的質(zhì)量。 所述濺射室1的前端外壁開有兩個抽氣口 16，所述裝片室2的前端外壁開有一個 抽氣口 16，所述抽氣口 16與外部的抽氣系統(tǒng)相連接，因此，所述濺射室1通過所述抽氣口
616與外部的抽氣系統(tǒng)相連接，可以通過運(yùn)行抽氣系統(tǒng)，使得濺射室1和裝片室2內(nèi)形成真空 條件； 參見圖2，所述濺射室1內(nèi)還裝有線性離子源17，所述線性離子源17與外部電源 30相連接，可以對沉積薄膜之前的襯底13進(jìn)行離子預(yù)處理，改善襯底13表面形貌，從而增 加襯底上樣品的薄膜的附著力，改善薄膜性能，同時還可以進(jìn)行離子輔助濺射，進(jìn)一步改善 薄膜性能。 所述裝片室2內(nèi)設(shè)置有具有四層結(jié)構(gòu)的樣品架21，所述樣品架21的頂部與所述襯 底13位于同一平面上，所述樣品架21上可放置四個待鍍膜的樣品，所述裝片室2外壁上與 所述樣品架21相對應(yīng)的位置上插入有樣品推拉桿22，所述樣品推拉桿22與所述裝片室2 外壁密封連接，所述樣品推拉桿22可貫穿所述裝片室2的外壁進(jìn)行左右移動，即所述樣品 推拉桿22可控制插入到所述裝片室2內(nèi)部的長度，從而可以在襯底13向右移動到樣品架 21旁邊時，將樣品架21上的一個樣品推入到襯底13上，然后在襯底13向左移動后樣品進(jìn) 入到濺射室1內(nèi)； 需要說明的是，因為本發(fā)明的裝片室2對樣品采用依次多片裝入的技術(shù)，一次可 以裝入四個樣品基片，從而大大提高了鍍膜實驗的工作效率； 所述樣品架21的頂部與一個升降裝置23相連接，所述升降裝置23用于升降樣品 架21，從而可以調(diào)整位于樣品架21不同層上樣品的高度，通過升降來控制樣品架21不同層 上的樣品位于樣品推拉桿22的正左側(cè)，從而樣品推拉桿22可以將不同層高度上的樣品推 入到襯底13上； 具體實現(xiàn)上，所述升降裝置23可以為一個升降氣缸； 對于本發(fā)明，如上所述，由于樣品基片在裝片室2的樣品架21和濺射室1的小車 間襯底13之間的交接采用樣品推拉桿22輸送的方式，因此可靠性高。
下面說明一下運(yùn)用本發(fā)明進(jìn)行樣品鍍膜的實現(xiàn)過程 首先，通過抽氣口 16，將濺射室1和裝片室2分別預(yù)抽好真空，打開閘板閥20利用 樣品推拉桿22將樣品架21其中的一個樣品送入濺射室l，關(guān)閉閘板閥20，使襯底13處于 往復(fù)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行濺射鍍膜，同時等離子體發(fā)射譜檢測儀PEM檢測氧分壓以及等離子發(fā)射 譜等信息以控制工藝穩(wěn)定性，在樣品濺射鍍膜完成后，打開閘板閥20，控制襯底13向右移 動靠近樣品架21，借助樣品推拉桿22取出樣品至裝片室2中的樣品架21中，關(guān)閉閘板閥 20 ;樣品架21上的其他樣品也按照上述方法依次進(jìn)行濺射鍍膜。 需要說明的是，本發(fā)明在真空條件下進(jìn)行鍍膜，可以提高膜層的致密度、純度、沉 積速率和與附著力。 需要說明的是，在反應(yīng)磁控濺射(Zn-Al合金靶)制備ZnO薄膜過程中，通常需要 通入適量氧氣。反應(yīng)濺射過程具有三種工作模式金屬模式、氧化模式和過渡模式。過渡模 式可以獲得良好的既透明又導(dǎo)電的高質(zhì)量氧化鋅ZnO薄膜。若反應(yīng)濺射Zn-Al合金靶過程 中，氧氣較少則處于金屬模式，薄膜透明性能差；而若反應(yīng)濺射過程中，氧氣較多則處于氧 化模式，薄膜導(dǎo)電性能差。因此，氧氣量的多少影響靶材表面的氧化狀態(tài)，適量的氧氣02可 保證靶材(包括第一靶材11和第二靶材12)表面處于良好的濺射狀態(tài)，防止靶中毒等效應(yīng) 造成的反應(yīng)磁控濺射過程不穩(wěn)定現(xiàn)象。 圖2中的等離子體發(fā)射譜檢測儀PEM中配備測量氧分壓的檢測器和閉環(huán)反饋回
7路，通過設(shè)置適當(dāng)?shù)倪^渡模式區(qū)域工作點，實時實現(xiàn)進(jìn)入真空室02流量調(diào)節(jié)，檢測并控制氧 分壓處于穩(wěn)定狀態(tài)，從而實時控制被濺射靶面的氧化狀態(tài)，以保證材料中的氧含量，從而保 證薄膜材料的質(zhì)量。 對于等離子體發(fā)射譜檢測儀PEM，在反應(yīng)濺射過程中，放電等離子體發(fā)射譜的譜線 位置取決于靶材料、氣體組分和化合物組成等；而譜線強(qiáng)度則與放電參數(shù)即濺射工藝過程 狀態(tài)有關(guān)，其是反應(yīng)濺射過程控制變量。 對于本發(fā)明，由于采用雙真空室技術(shù)，裝片預(yù)烘烤和濺射分別在不同的真空室即 (裝片室2和濺射室1)進(jìn)行，兩室間有矩形閘板閥。濺射室l不暴露大氣，防止其中的兩個 靶材暴露大氣被氧化，同時防止了濺射室1因暴露大氣而出現(xiàn)預(yù)抽困難的問題，每天預(yù)抽 真空的時間很短；而裝片室2相對較小，室內(nèi)又不鍍膜，腔壁很干凈，預(yù)抽真空時間也很短。
具體實現(xiàn)上，本發(fā)明擬通過在第一平面濺射源11和第二平面濺射源12的磁鐵系 統(tǒng)和銅Cu背板之間加入一層0. 5mm-2. 0mm厚度的鐵質(zhì)調(diào)控板，可有效改變靶材表面磁場 強(qiáng)度和分布狀態(tài)，從而減少和避免濺射過程中靶材產(chǎn)生的高能粒子對硅薄膜電池的轟擊作 用，改善TC0和Si薄膜界面，因此提高薄膜太陽電池的I-V特性，增強(qiáng)薄膜太陽電池的性 能。 下面結(jié)合具體實施例說明本發(fā)明利用磁控濺射技術(shù)生產(chǎn)ZnO背反射電極并應(yīng)用 于Si薄膜太陽電池的具體過程。
實施例1 利用本發(fā)明所提供的磁控濺射設(shè)備來生長Zn0背反射電極并應(yīng)用于Si薄膜太陽 電池的具體過程 在磁鐵系統(tǒng)114和Zn-Al合金靶材(作為第一靶材111)的銅Cu背板112之間放 置0.5mm厚度鐵質(zhì)調(diào)控板。首先，利用磁控濺射技術(shù)，借助高純度Zn-Al合金靶材(即作為 第一靶材111)作為濺射靶材，以及高純度02作為氣源材料，在pin型非晶硅a-Si/微晶硅 ii c-Si薄膜太陽電池的n-Si薄膜(即玻璃glass/透明導(dǎo)電氧化物TCO/PIN-Si/PIN-Si) 上生長氧化鋅ZnO薄膜，薄膜厚度50-150nm ;其次，借助高純度鋁Al金屬靶材作為濺射靶 材，以及高純度氬Ar氣作為濺射氣體，在上述生成的氧化鋅ZnO薄膜基礎(chǔ)上，借助磁控濺射 技術(shù)生長Al金屬薄膜，薄膜厚度80-120nm，最終生成復(fù)合ZnO/Al背反射電極。
對于本發(fā)明，所生成的復(fù)合ZnO/Al背反射電極應(yīng)用于硅薄膜太陽電池及組件，可 將短路電流密度提高0. 5-2mA/cm2，電池轉(zhuǎn)換效率提高0. 3_1. 0% 。
下面說明一下磁控濺射技術(shù)的基本原理 在陰陽兩電極間施加高壓，Ar氣電離，并釋放電子e(其中，Ar+轟擊陰極靶材濺射 出粒子，e電子飛向基片)。e電子在加速電場作用下獲得高能量分離出Ar+和二次電子； 電場作用下靶表面電子在正交磁場作用下做螺旋線運(yùn)動，延長運(yùn)動路徑，且束縛在靶材表 面等離子區(qū)，增強(qiáng)同工作氣體Ar的碰撞幾率，電離出大量Ar+，實現(xiàn)磁控濺射"低溫高速"沉 積薄膜的特性。 對于上述實施例l，具體鍍膜的實現(xiàn)過程為通過抽氣口 16，將裝片室2和濺射室 1分別預(yù)抽好真空，打開閘板閥20利用樣品推拉桿22將樣品架21上的一個樣品送入濺射 室l，關(guān)閉閘板閥20，將襯底13加熱至實驗溫度，然后使襯底13處于往復(fù)運(yùn)行狀態(tài)下濺射 鍍膜，在濺射鍍膜完成后，打開閘板閥20，借助樣品推拉桿22取出樣品至裝片室2中，關(guān)閉閘板閥20。樣品架21上的其他樣品按照上述方法依次進(jìn)行濺射鍍膜。
實施例2 利用本發(fā)明所提供的磁控濺射設(shè)備來生長ZnO背反射電極并應(yīng)用于薄膜太陽電 池的具體過程在磁鐵系統(tǒng)和ZnO:A1203陶瓷耙材(作為第一耙材)的Cu背板之間放置0. 5mm厚
度鐵質(zhì)調(diào)控板。首先，利用磁控濺射技術(shù)，借助ZnO:Al203陶瓷靶材(即作為第一靶材111)
作為濺射靶材，以及高純度02作為氣源材料，在pin型a-Si薄膜太陽電池的n-Si薄膜(即
glass/TCO/PIN-Si)上生長ZnO薄膜，薄膜厚度80-200nm ;其次，在ZnO薄膜基礎(chǔ)上，借助磁
控濺射技術(shù)，以高純度鋁Al金屬靶材作為濺射靶材，以及高純度氬Ar氣作為濺射氣體，生
長Al金屬薄膜，薄膜厚度80-120nm，最終生成復(fù)合ZnO/Al背反射電極。 對于本發(fā)明的，上述生成的復(fù)合ZnO/Al背反射電極應(yīng)用于硅薄膜太陽電池及組
件，可將短路電流密度提高0. 5-2mA/cm2，電池轉(zhuǎn)換效率提高0. 3_1. 0%。 對于上述實施例2，具體鍍膜的實現(xiàn)過程為通過抽氣口 16，將裝片室2和濺射室
1分別預(yù)抽好真空，打開閘板閥20利用樣品推拉桿22將樣品架21上的一個樣品送入濺射
室1中，關(guān)閉閘板閥20，將襯底13加熱至實驗溫度，然后使襯底13處于往復(fù)運(yùn)行狀態(tài)下濺
射鍍膜，在濺射鍍膜完成后，打開閘板閥20，借助樣品推拉桿22取出樣品至裝片室2中，然
后關(guān)閉閘板閥20。樣品架21上的其他樣品按照上述方法依次進(jìn)行濺射鍍膜。 本發(fā)明由于采用分室(即樣品室和濺射室)濺射技術(shù)且大面積多片生長薄膜技術(shù)
可以有效提高鍍膜效率，適應(yīng)大面積產(chǎn)業(yè)化實驗需求，此外，借助等離子發(fā)射譜控制測量儀
(PEM)可實現(xiàn)薄膜控制生長。 本發(fā)明采用雙室即樣品室和濺射室分別放置樣品和進(jìn)行鍍膜，其中樣品室的樣品 架上可以同時放置四片樣品，借助樣品推拉桿依次將樣品送入濺射室進(jìn)行濺射鍍膜，在等 濺射鍍膜完畢后再將樣品送回樣品室冷卻；本發(fā)明在濺射過程中借助等離子發(fā)射譜控制測 量儀(PEM)實現(xiàn)薄膜控制生長，鍍膜樣品在兩個靶材上方的運(yùn)行軌道上可往復(fù)運(yùn)動。
綜上所述，與常規(guī)的磁控濺射設(shè)備相比較，本發(fā)明提供的一種可調(diào)控生長硅薄膜 電池陷光結(jié)構(gòu)薄膜的磁控濺射系統(tǒng)，可以有效地改變靶材表面的磁場強(qiáng)度和分布狀態(tài)，減 少和避免磁控濺射過程中產(chǎn)生的高能粒子對硅薄膜太陽電池的轟擊作用，改善透明導(dǎo)電氧 化物TCO和硅Si薄膜的界面特性，可以明顯提高硅薄膜太陽電池的性能，具有重大的生產(chǎn) 實踐意義。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種可調(diào)控生長硅薄膜電池陷光結(jié)構(gòu)薄膜的磁控濺射系統(tǒng)，其特征在于，包括有真空的濺射室，所述濺射室內(nèi)設(shè)置有平面濺射源和襯底，所述平面濺射源與外接電源相連接，所述襯底位于平面濺射源的上方且接地，所述襯底上用于放置待鍍膜的樣品；所述平面濺射源包括從上到下依次互相連接的濺射靶材、銅Cu背板、鐵Fe質(zhì)調(diào)控板和磁鐵系統(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求l所述的磁控濺射系統(tǒng)，其特征在于，包括有真空的濺射室(1)和裝片 室(2)，所述濺射室(1)和裝片室(2)之間設(shè)置有閘板閥(20)，所述濺射室(1)內(nèi)設(shè)置有第 一平面濺射源(11)和第二平面濺射源(12)，所述第一平面濺射源(11)和第二平面濺射源 (12)分別與外接電源(30)相連接，所述第一平面濺射源(11)和第二平面濺射源(12)的上 方設(shè)置有襯底(13)，所述襯底(13)與加熱器(14)相連接；所述第一平面濺射源(11)包括有從上到下依次互相連接的第一靶材(111)、銅Cu背板 (112)、鐵Fe質(zhì)調(diào)控板(113)以及由多個磁鐵組成的磁鐵系統(tǒng)(114);所述第二平面濺射源(12)包括有從上到下依次互相連接的第二靶材(121)、銅Cu背板 (112)、鐵Fe質(zhì)調(diào)控板(113)以及由多個磁鐵組成的磁鐵系統(tǒng)(114);所述裝片室(2)內(nèi)設(shè)置有具有多層結(jié)構(gòu)的樣品架(21)，所述裝片室(2)外壁上與所述 樣品架(21)相對應(yīng)的位置上插入有樣品推拉桿(22)。
3. 如權(quán)利要求l所述的磁控濺射系統(tǒng)，其特征在于，所述濺射室(1)和裝片室(2)外壁 上分別開有至少一個抽氣口 (16)，所述抽氣口 (16)與外部的抽氣系統(tǒng)相連接。
4. 如權(quán)利要求l所述的磁控濺射系統(tǒng)，其特征在于，所述濺射室(1)外還設(shè)置有等離子 體發(fā)射譜檢測儀(15)，所述等離子體發(fā)射譜檢測儀(15)的檢測頭位于所述濺射室(1)內(nèi)。
5. 如權(quán)利要求l所述的磁控濺射系統(tǒng)，其特征在于，所述濺射室(1)內(nèi)還裝有線性離子 源(17)。
6. 如權(quán)利要求l所述的磁控濺射系統(tǒng)，其特征在于，所述第一靶材(111)為鋅鋁Zn-Al 合金靶材或者氧化鋅ZnO:Al203陶瓷靶材，所述第二靶材(121)為鋁A1靶材，所述襯底(13) 為薄膜太陽電池。
7. 如權(quán)利要求l所述的磁控濺射系統(tǒng)，其特征在于，所述襯底(13)位于所述第一平面 濺射源(11)和第二平面濺射源(12)的正上方，所述第一平面濺射源(11)和第二平面濺射 源(12)之間設(shè)置有隔離板。
8. 如權(quán)利要求7所述的磁控濺射系統(tǒng)，其特征在于，所述濺射室(1)中具有一個可左右 往返運(yùn)行的小車，該小車上設(shè)置有所述加熱器(14)和用于放置襯底(13)的樣品托。
9. 如權(quán)利要求2至7中任一項所述的磁控濺射系統(tǒng)，其特征在于，所述樣品架(21)的 頂部與一個升降裝置(23)相連接。
10. 如權(quán)利要求l所述的磁控濺射系統(tǒng)，其特征在于，所述鐵質(zhì)調(diào)控板是厚度為 0. 5mm 2. Omm的鐵質(zhì)薄板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可調(diào)控生長硅薄膜電池陷光結(jié)構(gòu)薄膜的磁控濺射系統(tǒng)，可以有效地改變靶材表面的磁場強(qiáng)度和分布狀態(tài)，減少和避免磁控濺射過程中產(chǎn)生的高能粒子對硅薄膜太陽電池的轟擊作用，改善透明導(dǎo)電氧化物TCO和硅Si薄膜的界面特性，可以明顯提高硅薄膜太陽電池的性能，具有重大的生產(chǎn)實踐意義。
文檔編號C23C14/35GK101724821SQ20091024508
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者張建軍, 張德坤, 李林娜, 耿新華, 趙穎, 陳新亮 申請人:南開大學(xué)