專利名稱：薄膜太陽能電池沉積用面饋入電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開一種太陽能電池技術(shù)，確切的說一種由甚高頻電源(27. 12MHz 100MHz)驅(qū)動(dòng)的硅基薄膜太陽能電池沉積室用電極。
背景技術(shù)：
目前，硅基薄膜太陽能電池，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)(PECVD)獲取單結(jié)或多結(jié)的光電轉(zhuǎn)換P-I-N膜層。射頻電容耦合平行板電極反應(yīng)室廣泛應(yīng)用于非晶硅、 非晶硅鍺、碳化硅、氮化硅、氧化硅等材料薄膜的大面積沉積。行業(yè)內(nèi)通常把具有支撐框架 的電極稱為“夾具”，將該裝置安裝在腔室內(nèi)進(jìn)行等離子體化學(xué)氣相沉積的裝置又稱為“沉 積盒”。硅基薄膜太陽能電池是太陽能行業(yè)的一個(gè)重要分支，所采用的平行電極板容性放電 模式是太陽能電池行業(yè)的核心技術(shù)之一。13. 56MHz射頻廣泛應(yīng)用于非晶硅基薄膜材料的高 速制備，生產(chǎn)效率高、工藝成本低。隨著太陽能市場(chǎng)對(duì)硅基薄膜技術(shù)要求不斷提高，微晶、納 米晶硅基薄膜材料受到行業(yè)高度關(guān)注。但是在微晶工藝環(huán)境下，13. 56MHz射頻波衍生的等 離子體濃度小，沉積速率低，沉積足夠厚度薄膜所需時(shí)間長，背景污染大，從而制備出的薄 膜雜質(zhì)含量高，光電學(xué)性能差，嚴(yán)重影響產(chǎn)品品質(zhì)性能。如何高速沉積成為晶化硅基薄膜技 術(shù)能夠成功服務(wù)于產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵。甚高頻指頻率為13. 56MHz的兩倍或者更高倍的合法射頻。在行業(yè)內(nèi)，應(yīng)用較多 的甚高頻一般為27. 12 200MHz的范圍。然而，在容性放電模式中，甚高頻引發(fā)的駐波效 應(yīng)和趨膚效應(yīng)非常明顯，而且隨著驅(qū)動(dòng)頻率的增加而增強(qiáng)。美國加州大學(xué)Berkeley分校 的M. A. Lieberman教授對(duì)這兩種效應(yīng)做了深入研究。研究結(jié)果表明，甚高頻PECVD沉積均 勻薄膜的臨界條件在于激發(fā)頻率的自由空間波長(Xtl)遠(yuǎn)大于容性放電電極板腔室尺寸因 子(X)，趨膚深度(S)遠(yuǎn)大于容厚因子(η。)以放電面積Im2為例，60MHz的激發(fā)頻率下， 入^ X，δ η。因此在此激發(fā)頻率下，趨膚和駐波效應(yīng)非常明顯，導(dǎo)致Im2電極板上放 電極不均勻。所以如何實(shí)現(xiàn)甚高頻驅(qū)動(dòng)的均勻大面積放電是晶化硅基薄膜技術(shù)亟待解決 的技術(shù)難題之一，這引起了行業(yè)的極大興趣。2003年，美國專利2003/0150562Α1公開了平 板電容耦合放電中利用磁鏡改善甚高頻造成的電場(chǎng)不均勻性。中國專利200710150227. 4， 200710150228. 9,200710150229. 3，公開了甚高頻電極的三種設(shè)計(jì)，通過甚高頻信號(hào)的不同 饋入形式，獲得均勻電場(chǎng)。但現(xiàn)存在的問題是1)VHF-PECVD反應(yīng)室電極設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜； 2)仍需要繼續(xù)改進(jìn)的理由是生產(chǎn)中經(jīng)常對(duì)反應(yīng)室及電極不斷的裝卸和清洗，都會(huì)造成異形 電極變形；3)現(xiàn)有專利中的多點(diǎn)饋入結(jié)構(gòu)接觸面積較小，要求各個(gè)饋入點(diǎn)路徑對(duì)稱，饋入 點(diǎn)之間的連接導(dǎo)體與陰極板之間不能有接觸，準(zhǔn)確的說連接導(dǎo)體需要與陰極板之間隔離屏 蔽才能實(shí)現(xiàn)有效放電。這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際要求比較苛刻，決定放電均勻程度的因素太多， 而且不能滿足生產(chǎn)中拆洗等實(shí)際需求。因此在行業(yè)設(shè)備中，單點(diǎn)饋入為主流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但是 由于駐波和趨膚效應(yīng)，單點(diǎn)饋入結(jié)構(gòu)不能滿足饋入高頻頻率提升的要求。為此，需要對(duì)現(xiàn)有 沉積夾具及電極和電極朝實(shí)用性方面作進(jìn)一步開發(fā)和改進(jìn)，面對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)需求，使質(zhì)量提 高，成本降低。同時(shí)，對(duì)于處理或沉積多片玻璃的CVD電極組件，也是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。因此，對(duì)于能滿足大批量生產(chǎn)，采用有效甚高頻饋入模式的工業(yè)化產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)，對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的旨在解決甚高頻電源驅(qū)動(dòng)的放電不均勻性問題，而提供一種可獲得均 勻電場(chǎng)的大面積VHF-PECVD沉積室使用一種全新概念設(shè)計(jì)的電極，以適用于產(chǎn)業(yè)化的大面 積VHF-PECVD電極板多片陣列。本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出技術(shù)解決方案包括電極板和其上的信號(hào)饋 入口，其特征在于電極板組件的陽極板接信號(hào)電源正極接地，電極板組件的饋入口位于陰 極板背面的中心區(qū)域下凹的圓形面內(nèi)，還包括面接觸連接信號(hào)饋入口的饋入組件接射頻/甚高頻功率電源負(fù)極；以面饋入射頻/甚高頻功率電源信號(hào)；饋入組件的端面是半圓形；陰極板的屏蔽罩上開有通孔。饋入組件還包括絕緣層和外殼屏蔽層，是由腰部和頭部構(gòu)成階梯形狀的導(dǎo)電體， 其腰部為扁平形，其頭部為半圓形，由銅質(zhì)饋入芯、絕緣層和外殼屏蔽層構(gòu)成。解決方案所說的電極板包括單面放電的陰極板、陶瓷絕緣層、屏蔽罩。屏蔽罩覆蓋 整個(gè)陰極板背面和側(cè)面。電極板組件還包括陰極板的屏蔽罩接地和陽極板的接地體，陰極 板和陽極板之間具有一定的放電間距。屏蔽罩，還包括射頻/甚高頻電源功率信號(hào)饋入至 陰極板背面的中心位置及四周側(cè)面的屏蔽。饋入組件的另一端接包括射頻/甚高頻功率電 源的陰極輸出口和功率電源匹配器。本發(fā)明的技術(shù)解決方案包括電極組件的信號(hào)饋入方法，該饋入模式，由電極板組 件和其上的信號(hào)饋入口，以面饋入模式饋入射頻/甚高頻信號(hào)，其特征在于該模式由帶屏 蔽的饋入組件以面接觸連接信號(hào)饋入口 ；饋入射頻/甚高頻功率電源信號(hào)；信號(hào)饋入口位于陰極板背面的中心區(qū)域的下凹面內(nèi)；陰極板的屏蔽絕緣罩外殼上開通孔，以免饋入組件通過該通孔接饋入口時(shí)接觸到
屏蔽罩。實(shí)施本發(fā)明所產(chǎn)生的積極有益效果是，區(qū)別于插槽式陰極板側(cè)面饋入方式，本發(fā) 明能夠獲得更高均勻度和更大放電面積的穩(wěn)定放電，接入電容小，實(shí)際放電功率大，極板陣 列之間射頻干擾小。也區(qū)別于單室沉積系統(tǒng)的陰極板中心點(diǎn)式饋入，接入電容小、駐波和趨 膚效應(yīng)小，可集成陣列式多室沉積，極大提高生產(chǎn)效率。因此，通過優(yōu)化甚高頻電源饋入形 式、電極板的結(jié)構(gòu)，解決射頻/甚高頻大面積放電均勻性問題，也是晶化硅基薄膜高速高效 制備技術(shù)的前提。本發(fā)明適用于任何功率、27. 12MHz 200MHz區(qū)間任何法定頻率的甚高頻 電源的大面積均勻放電。這種結(jié)構(gòu)能夠適用于多片沉積系統(tǒng)，大大提高產(chǎn)率和降低了電池 成本。該發(fā)明突破常規(guī)電極設(shè)計(jì)技術(shù)的限制，有效的消除了甚高頻引發(fā)的駐波和趨膚效應(yīng)， 達(dá)到適用于均勻放電的工業(yè)化應(yīng)用水平。


圖1、是本發(fā)明實(shí)施例1示意圖。圖2、是反應(yīng)室02示意圖。圖3、圖1中201信號(hào)饋入組件結(jié)構(gòu)示意圖。圖4、是本發(fā)明陰極板203結(jié)構(gòu)示意圖。圖5、是本發(fā)明屏蔽罩204結(jié)構(gòu)示意圖。圖6、是本發(fā)明實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖。圖7、是本發(fā)明實(shí)施例3結(jié)構(gòu)示意圖。圖1-7中，電極板組件和饋入組件安裝在反應(yīng)室02內(nèi)，反應(yīng)室02包括下后門板 211，上后門板212，前門板215，側(cè)框架216，下底板221和氣體腔214上分別安裝有接地金 屬導(dǎo)槽209。電極板組件包括陰極板203和陰極板屏蔽罩204之間有絕緣條207，陰極板屏 蔽罩204和陽極板208接地。階梯形饋入組件201包括腰部帶有耐高溫外殼絕緣屏蔽層 202和半圓形端面201-1與位于具有屏蔽罩204的陰極板203背面中心區(qū)域內(nèi)下凹的圓形 面饋入口 203-1對(duì)應(yīng)，其腰部扁平便于安裝，信號(hào)饋入損耗少。反應(yīng)室02在真空室01內(nèi)放 電，將P-I-N膜層沉積在基片206上。真空室01上氣體系統(tǒng)接入口 101，電源系統(tǒng)接入口 102，真空室活動(dòng)門103，真空系統(tǒng)接入口 105。本發(fā)明面饋入電極的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了以上提出的發(fā)明任務(wù)?？朔爽F(xiàn)有多點(diǎn)饋入對(duì)晶 化硅基薄膜VHF-PECVD沉積技術(shù)難以克服的諸多問題，如反應(yīng)室電極結(jié)構(gòu)復(fù)雜；電極易變 形、接觸面積較小；各饋入點(diǎn)之間路徑距離要求完全對(duì)稱以及完全屏蔽等。而本發(fā)明的面饋 入放電電極組件設(shè)計(jì)不存在這些問題，能獲取均勻電場(chǎng)大面積腔室放電等問題，同時(shí)，對(duì)于 處理或沉積多片玻璃的CVD放電電極組件體系，采用有效甚高頻面饋入模式，取得了工業(yè) 化生產(chǎn)可操作工藝，能夠滿足硅基薄膜太陽能電池大批量生產(chǎn)的需要。本發(fā)明貢獻(xiàn)還在于基本解決了甚高頻電源驅(qū)動(dòng)的高速沉積膜層的均勻性和一致 性問題。電極板組件和饋入組件安裝在反應(yīng)室02內(nèi)，反應(yīng)室02在真空室01內(nèi)放電。反應(yīng) 室02包括下后門板211，上后門板212，前門板215，側(cè)框架216，下底板221和氣體腔214 上分別安裝有接地金屬導(dǎo)槽209。陰極板203和陰極板屏蔽罩204之間有絕緣條207，陰極 板屏蔽罩204和陽極板208接地。信號(hào)饋入組件201包括腰部和一端面201-1是半圓形與 饋入口 203-1位于具有屏蔽罩204的陰極板203中間區(qū)域下凹的圓面對(duì)應(yīng)，其腰部扁平便 于安裝，信號(hào)饋入損耗少。另一個(gè)頭是201-3連接射頻/甚高頻功率電源負(fù)極和功率匹配 器(未畫出)，呈階梯狀，其一端面呈半圓形與電極板面接觸連接的饋入口構(gòu)成電極板組件 在接地裝置的反應(yīng)室02內(nèi)，均具有有絕緣屏蔽保護(hù)裝置(未畫出)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 電極板為立式，圓形饋入口位于陰極板背面的中心區(qū)域下凹的圓形面內(nèi)，信號(hào)饋 入組件一端面為半圓形，腰部扁平，陰極板屏蔽罩上開有通孔。結(jié)合圖1-5說明本實(shí)施例工作原理。氣相沉積系統(tǒng)主要由氣相沉積室、氣體系統(tǒng)、 電源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，氣體系統(tǒng)主要是提供氣相沉積的各種所 需氣體和氣體管 路，電源系統(tǒng)主要是提供沉積時(shí)所需要的電離成等離子體狀態(tài)的高頻或甚高頻電源，真空系統(tǒng)主要是提供沉積時(shí)抽取真空狀態(tài)用設(shè)備及管路，加熱系統(tǒng)主要是給氣 相沉積室加熱，控制系統(tǒng)主要是對(duì)沉積過程及參數(shù)進(jìn)行控制，而氣相沉積室是實(shí)現(xiàn)將氣體 沉積在基片206上并完成鍍膜的裝置。氣相沉積室主要由真空室01、反應(yīng)室02、電極板組 件、饋入組件構(gòu)成，真空室01用來實(shí)現(xiàn)真空狀態(tài)，電極板組件、饋入組件安裝在反應(yīng)室02用 來實(shí)現(xiàn)等離子放電，將P-I-N沉積在基片206上。反應(yīng)室02包括下后門板211，上后門板 212，前門板215，側(cè)框架216，下底板221和氣體腔214上分別安裝有接地金屬導(dǎo)槽209。陰 極板203與屏蔽罩204之間有絕緣條207，饋入組件201的頭部半圓形饋入面201-1與陰極 板203背面中心區(qū)域下凹的圓形面內(nèi)饋入口 203-1面接觸饋入射頻/甚高頻功率電源信號(hào) 至陰極板203，饋入組件201另一端上的通孔201-3與電源接頭205相連接，饋入組件201 腰部外殼是耐高溫絕緣屏蔽層202，以防與屏蔽罩204接觸。屏蔽罩204上對(duì)應(yīng)位于陰極板 的饋入口 203-1開有通孔204-1，使得饋入組件201從陰極板203引出時(shí)不與屏蔽罩204接 觸，饋入組件201為導(dǎo)電性良好的金屬片銅，屏蔽罩204和陽極板208接地。將前工序鍍制 的基片206放置在反應(yīng)室02內(nèi)，將反應(yīng)室02放置在真空室01內(nèi)，關(guān)好真空室活動(dòng)門103， 反應(yīng)室02上固定的氣體管道220上入口與真空室01上的氣體系統(tǒng)接入口 101伸入真空 室01內(nèi)部的管口對(duì)接，電源線一端與夾具的電源接頭205相連，另一端電源線接甚高頻電 源系統(tǒng)的接入口 102。通過真空系統(tǒng)先抽真空到理想狀態(tài)，通入氬氣，當(dāng)腔內(nèi)壓力達(dá)到60Pa 時(shí)，打開甚高頻電源，放電清洗反應(yīng)室，關(guān)閉電源。之后抽高真空至5.0X10_4Pa左右，通入 氬氣清洗反應(yīng)室。按照5slpm通入工藝氣體，進(jìn)行沉積工藝，完成氣相沉積鍍膜。
實(shí)施例2:陰極板圓形饋入口位于背面的中心區(qū)域下凹的圓形面內(nèi)，信號(hào)饋入組件一端面為 半圓形，腰部扁平，陰極板屏蔽罩上開有通孔。圖6本實(shí)施例采用立式沉積室。由1個(gè)陽極板208與1個(gè)陰極板203組成1對(duì)電 極，可同時(shí)鍍膜2片基片206。具體步驟如下a)將2塊帶有600nm厚透明導(dǎo)電膜的基片206 (1640mmX 707mmX 3mm)放置于反應(yīng) 室02中的2個(gè)基片位置，膜面朝外，玻璃面朝電極板。b)真空抽到5. OX ICT4Pa之后，通入氬氣，當(dāng)腔內(nèi)壓力達(dá)到60Pa時(shí)，打開40. 68MHz 甚高頻電源，以400W功率放電清洗真空室2分鐘，關(guān)閉電源。c)之后抽高真空至5. OX 10_4Pa左右，用氬氣清洗兩次。d)按照5slpm通入混和氣(硅烷加氫氣)，當(dāng)腔內(nèi)氣壓達(dá)到60Pa，打開40. 68MHz 甚高頻電源，以400W功率放電，沉積微晶硅本征層40分鐘。e)關(guān)閉電源，抽高真空。f)充入氮?dú)庵链髿鈮海蜷_真空室活動(dòng)門103，移出反應(yīng)室02，在室溫中冷卻TCO 玻璃。實(shí)施例3 陰極板圓形饋入口位于背面的中心區(qū)域下凹的圓形面內(nèi)，信號(hào)饋入組件一端面為 半圓形，腰部扁平，陰極板屏蔽罩上開有通孔。圖7本實(shí)施例采用臥式沉積室。由8個(gè)陽極板208與8個(gè)陰極板203組成8對(duì)電 極，可同時(shí)鍍膜16片基片206。具體步驟如下a)將16塊帶有600nm厚透明導(dǎo)電膜的基片206 (1640mmX 707mmX 3mm)放置于反應(yīng)室02中的16個(gè)基片位置，膜面朝外，玻璃面朝電極板。b)真空抽到5. OX ICT4Pa之后，通入氬氣，當(dāng)腔內(nèi)壓力達(dá)到60Pa時(shí)，打開40. 68MHz 甚高頻電源，以400W功率放電清洗真空室2分鐘，關(guān)閉電源。c)之后抽高真空至5. OX 10_4Pa左右，用氬氣清洗兩次。d)按照5slpm通入混和氣(硅烷加氫氣)，當(dāng)腔內(nèi)氣壓達(dá)到60Pa，打開40. 68MHz甚高頻電源，以400W功率放電，沉積微晶硅本征層40分鐘。e)關(guān)閉電源，抽高真空。f)充入氮?dú)庵链髿鈮?，打開真空室活動(dòng)門103，移出反應(yīng)室02，在室溫中冷卻TCO 玻璃。以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施 例，尤其是饋入組件及陰極板的形狀，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以 在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
權(quán)利要求
薄膜太陽能電池沉積用面饋入電極，包括電極板組件和其上的信號(hào)饋入口，其特征在于電極板組件的陽極板接信號(hào)電源正極接地，電極板組件的饋入口位于陰極板背面的中心區(qū)域下凹的圓形面內(nèi)，還包括面接觸連接信號(hào)饋入口的饋入組件接射頻/甚頻功率電源負(fù)極；以面饋入射頻/甚頻功率電源信號(hào)；饋入組件的端面是半圓形；陰極板的屏蔽罩上開有通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池沉積用面饋入電極，其特征在于所說信號(hào)的 饋入組件還包括絕緣層和外殼屏蔽層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜太陽能電池沉積用面饋入電極，其特征在于所說的饋入 組件是一個(gè)包括由腰部和頭部構(gòu)成階梯形狀的導(dǎo)電體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3其中任意一項(xiàng)所述的薄膜太陽能電池沉積用面饋入電極，其特征 在于所說的饋入組件的腰部為扁平形，其頭部為半圓形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池沉積用面饋入電極，其特征在于所說饋入組 件由銅質(zhì)饋入芯、絕緣層和外殼屏蔽層構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池沉積用面饋入電極，其特征在于所說的電極 板組件包括單面放電的陰極板、陶瓷絕緣層、屏蔽罩。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池沉積用面饋入電極，其特征在于所說的電極 板組件，所說的屏蔽罩覆蓋整個(gè)陰極板背面和側(cè)面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池沉積用面饋入電極，其特征在于所說的電極 板組件還包括陰極板的屏蔽罩接地和陽極板的接地體，陰極板和陽極板之間具有一定的放 電間距。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池沉積用面饋入電極，其特征在于所說的屏蔽 罩，還包括射頻/甚高頻電源功率信號(hào)饋入至陰極板背面的中心位置及四周側(cè)面的屏蔽。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池沉積用面饋入電極，其特征在于所說的饋 入組件的另一端接包括射頻/甚高頻功率電源的陰極輸出口和功率電源匹配器。
11.薄膜太陽能電池沉積用面饋入電極的信號(hào)饋入方法，由電極板組件和其上的信號(hào) 饋入口，以面饋入模式饋入射頻/甚高頻信號(hào)，其特征在于該模式由帶屏蔽的饋入組件以面接觸連接信號(hào)饋入口；饋入射頻/甚高頻功率電源信號(hào)；信號(hào)饋入口位于陰極板背面的中心區(qū)域的下凹面內(nèi)；陰極板的屏蔽絕緣罩外殼上開通孔。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的薄膜太陽能電池沉積用面饋入電極的信號(hào)饋入方法，特征 在于所說陰極板的屏蔽罩外殼上開通孔，以免饋入組件通過通孔接饋入口時(shí)接觸到屏蔽罩。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的薄膜太陽能電池沉積用面饋入電極的信號(hào)饋入方法，其特 征在于所說的饋入組件是一個(gè)包括由腰部和頭部構(gòu)成階梯形狀的導(dǎo)電體。全文摘要
本發(fā)明公開一種薄膜太陽能電池沉積用面饋入電極，屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。面饋入電極主要技術(shù)特點(diǎn)由腰部呈扁平狀的信號(hào)饋入組件一半圓形端面接觸信號(hào)饋入口，位于陰極板背平面中心區(qū)域內(nèi)下凹圓形面內(nèi)，饋入射頻/甚高頻功率電源信號(hào)，陽極板接地。陰極板屏蔽罩有通孔，陰極板與屏蔽罩之間絕緣。效果在于以電極板中心面饋入，克服了一點(diǎn)或多點(diǎn)饋入因饋線距離造成的損耗。以射頻/甚高頻功率電源驅(qū)動(dòng)可獲得均勻電場(chǎng)大面積穩(wěn)定放電，有效的消除駐波和趨膚效應(yīng)，使產(chǎn)率提高，成本降低。
文檔編號(hào)C23C16/505GK101857953SQ20101019872
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者何祝兵, 周建華, 李志堅(jiān), 李毅, 王春柱, 胡盛明 申請(qǐng)人:深圳市創(chuàng)益科技發(fā)展有限公司