專利名稱：太陽能電池沉積用放電電極組件的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種太陽能電池技術，確切的說一種由甚高頻電源(27. 12MHz 100MHz)驅動的硅基薄膜太陽能電池沉積室用電極。
背景技術：
目前，硅基薄膜太陽能電池，采用等離子體增強化學氣相沉積技術(PECVD)獲取 單結或多結的光電轉換P-I-N膜層。射頻電容耦合平行板電極反應室廣泛應用于非晶硅、 非晶硅鍺、碳化硅、氮化硅、氧化硅等材料薄膜的大面積沉積。硅基薄膜太陽能電池是太陽 能行業(yè)的一個重要分支，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 之一。13. 56MHz射頻廣泛應用于非晶硅基薄膜材料的高速制備，生產效率高、工藝成本低。 隨著太陽能市場對硅基薄膜技術要求不斷提高，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間長，背景污染大，從而制備出的薄膜雜質含量高，光電學性能差，嚴 重影響產品品質性能。如何高速沉積成為晶化硅基薄膜技術能夠成功服務于產業(yè)的關鍵。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，應用較多 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 應和趨膚效應非常明顯，而且隨著驅動頻率的增加而增強。美國加州大學Berkeley分校 的M. A. Lieberman教授對這兩種效應做了深入研究。研究結果表明，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)遠大于容性放電電極板腔室尺寸因 子(X)，趨膚深度(δ )遠大于容厚因子(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，趨膚和駐波效應非常明顯，導致Im2電極板上放 電極不均勻。所以如何實現甚高頻驅動的均勻大面積放電是晶化硅基薄膜技術亟待解決 的技術難題之一，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計，通過甚高頻信號的不同 饋入形式，獲得均勻電場。但現存在的問題是1)VHF-PECVD反應室電極設計結構較復雜； 2)仍需要繼續(xù)改進的理由是生產中經常對反應室及電極不斷的裝卸和清洗，都會造成異形 電極變形；3)現有專利中的多點饋入結構接觸面積較小，要求各個饋入點路徑對稱，饋入 點之間的連接導體與陰極板之間不能有接觸，準確的說連接導體需要與陰極板之間隔離屏 蔽才能實現有效放電。這些結構設計的實際要求比較苛刻，決定放電均勻程度的因素太多， 而且不能滿足生產中拆洗等實際需求。因此在行業(yè)設備中，單點饋入為主流結構設計，但是 由于駐波和趨膚效應，單點饋入結構不能滿足饋入高頻頻率提升的要求。為此，需要對現有 沉積夾具及電極和電極朝實用性方面作進一步開發(fā)和改進，面對當前市場需求，使質量提 高，成本降低。同時，對于處理或沉積多片玻璃的CVD電極組件，也是一個發(fā)展趨勢。因此， 對于能滿足大批量生產，采用有效甚高頻饋入模式的工業(yè)化產品開發(fā)和設計，對產業(yè)發(fā)展 具有重要的實際意義。
實用新型內容本實用新型目的旨在解決甚高頻電源驅動的放電不均勻性問題，而提供一種可獲 得均勻電場的大面積VHF-PECVD沉積室使用一種全新概念設計的電極，以適用于產業(yè)化的 大面積VHF-PECVD電極板多片陣列。本實用新型為解決現有技術的不足，提出技術解決方案提供一種太陽能電池沉 積用放電電極組件，包括電極板和其上的信號饋入口，其特征是電極板的饋入口位于陰極 板背面的中心區(qū)域下凹的圓形面內，還包括端面是圓形的饋入組件，該饋入組件接射頻或 甚頻功率電源的負極，饋入組件的圓形端面與電極板的信號饋入口面接觸連接，以面饋入 射頻或甚頻功率電源信號；電極板的陰極板上設有接地的屏蔽罩，該屏蔽罩上開有通孔。所述的饋入組件包括絕緣層和外殼屏蔽層。饋入組件還包括一個由腰部和頭部構 成階梯形狀的導電體。所述的饋入組件的腰部為扁平形，其頭部為圓形。所述饋入組件由銅質饋入芯、絕緣層和外殼屏蔽層構成。電極板包括單面放電的陰極板、陶瓷絕緣層、屏蔽罩。所述的屏蔽罩覆蓋整個陰極板背面和側面。所述的電極板還包括陽極板的接地體，陰極和陽極之間具有放電間距。所述的屏蔽罩，還包括射頻或甚高頻功率電源信號饋入至陰極板背面的中心位置 及四周側面的屏蔽。饋入組件的另一端接包括射頻或甚高頻功率電源的陰極輸出口和功率電源匹配
ο本實用新型所的積極有益效果是，區(qū)別于插槽式陰極板側面饋入方式，本實用新 型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)的陰極板中心點式饋入，接入電容小、駐波和趨 膚效應小，可集成陣列式多室沉積，極大提高生產效率。因此，通過優(yōu)化甚高頻電源饋入形 式、電極板的結構，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 制備技術的前提。本實用新型適用于任何功率、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。這種結構能夠適用于多片沉積系統(tǒng)，大大提高產率和降低了 電池成本。該實用新型突破常規(guī)電極設計技術的限制，有效的消除了甚高頻引發(fā)的駐波和 趨膚效應，達到適用于均勻放電的工業(yè)化應用水平。

圖1、是本實用新型的結構示意圖。圖2、圖1中201信號饋入組件結構示意圖。圖3、是本實用新型陰極板203結構示意圖。圖4、是本實用新型屏蔽罩204結構示意圖。圖5、是本實用新型實施例1結構示意圖。圖6、是本實用新型實施例2結構示意圖。圖中，真空室01，腔室02，氣體系統(tǒng)接入口 101，電源系統(tǒng)接入口 102，真空室活動門103，真空系統(tǒng)接入口 105，信號饋入組件201，外殼絕緣屏蔽層202，陰極板203，屏蔽罩 204，基片206，陽極板208，絕緣條207，接地金屬導槽209，氣體腔214，側框架216，氣體管 道220，下底板221。本實用新型貢獻還在于基本解決了甚高頻電源驅動的高速沉積膜層的均勻性和 一致性問題。
以下結合附圖進一步說明本實用新型內容本實用新型的面饋入的放電電極組件設計實現了以上提出的實用新型任務?？朔?了現有多點饋入對晶化硅基薄膜VHF-PECVD沉積技術難以克服的諸多問題，如反應室電極 結構復雜；電極易變形、接觸面積較小；各饋入點之間路徑距離要求完全對稱以及完全屏 蔽等。而本實用新型的面饋入放電電極組件設計不存在這些問題，能獲取均勻電場大面積 腔室放電等問題，同時，對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)化生產可操作工藝，能夠滿足硅基薄膜太陽能電池大批量生產 的需要。腔室02放置在真空室01內，腔室02包括包括下后門板，上后門板，前門板，側框 架216，下底板221，氣體腔214。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。信號饋入組件201包括腰部扁平形和一端面201-1是圓 形與饋入口 203-1位于具有屏蔽罩204的陰極板203中間區(qū)域下凹的圓面對應，腰部扁平 便于安裝，信號饋入損耗少。另一個頭是201-3連接射頻/甚高頻功率電源負極和功率匹 配器(未畫出)，呈階梯狀，其一端面呈圓形與電極板面接觸連接的饋入口構成電極板組件 在接地裝置的腔室內，均具有有絕緣屏蔽保護裝置(未畫出)。
具體實施方式
實施例1 結合圖1-4說明本實施例工作原理。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)主要是提供沉積時抽取真空狀態(tài)用設備及管路，加熱系統(tǒng)主要是給氣 相沉積室加熱，控制系統(tǒng)主要是對沉積過程及參數進行控制，而氣相沉積室是實現將氣體 沉積在基片206上并完成鍍膜的裝置。氣體沉積室主要由真空室01、腔室02組成，真空室01用來實現真空狀態(tài)，腔室02 用來實現等離子放電，將氣體沉積在基片206上。腔室02包括下后門板，上后門板，前門 板，側框架216，下底板221，氣體腔214。陰極板203與屏蔽罩204之間有絕緣條207，信號 饋入組件201的頭部圓形饋入面201-1與陰極板203背面中心區(qū)域下凹的圓形面內饋入口 203-1面接觸連接，饋入射頻/甚高頻功率電源信號至陰極板203，饋入帶另一端上的通孔 201-3與電源接頭205相連接，信號饋入組件201腰部外殼是絕緣屏蔽層202，以防與屏蔽 罩204接觸。屏蔽罩204上對應位于陰極板的饋入口 203-1開有通孔204-1，使得饋入帶 201從陰極板203引出時不與屏蔽罩204接觸，饋入帶201為導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放置在腔室02內，將腔室02放置在 真空室01內，關好真空室活動門103，腔室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內部的管口對接，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，當腔內壓力達到60Pa時，打開甚高頻電源，放電清洗腔室，關閉電源。之后抽高 真空至5. OX 10_4Pa左右，通入氬氣清洗腔室。按照5slpm通入工藝氣體，進行沉積工藝，完 成氣相沉積鍍膜。陰極板饋入口為圓形，信號饋入組件腰部扁平。見圖5，本實施例采用立式沉積室。由1個陽極板208與1個陰極板203組成1對 電極，可同時鍍膜2片基片206。具體步驟如下a)將2塊帶有600nm厚透明導電膜的基片206 (1640mm X 707mm X 3mm)放置于腔室 02中的2個基片位置，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，當腔內壓力達到60Pa時，打開40. 68MHz 甚高頻電源，以400W功率放電清洗真空室2分鐘，關閉電源。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)，當腔內氣壓達到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)關閉電源，抽高真空。f)充入氮氣至大氣壓，打開真空室活動門103，移出腔室02，在室溫中冷卻TCO玻
^^ ο實施例2 陰極板饋入口為圓形，信號饋入組件腰部扁平。見圖6，本實施例采用臥式沉積室，由8個陽極板208與8個陰極板203組成8對 電極，可同時鍍膜16片基片206。具體步驟如下a)將16塊帶有600nm厚透明導電膜的基片206 (1640mmX 707mmX 3mm)放置于腔 室02中的16個基片位置，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，當腔內壓力達到60Pa時，打開40. 68MHz 甚高頻電源，以400W功率放電清洗真空室2分鐘，關閉電源。c)之后抽高真空至5.0 X 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)，當腔內氣壓達到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)關閉電源，抽高真空。f)充入氮氣至大氣壓，打開真空室活動門103，移出腔室02，在室溫中冷卻TCO玻璃。以上結合附圖對本實用新型的實施例作了詳細說明，但是本實用新型并不限于上 述實施例，尤其是饋入組件及陰極板的形狀，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內， 還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下作出各種變化。
權利要求一種太陽能電池沉積用放電電極組件，包括電極板和其上的信號饋入口，其特征在于電極板的饋入口位于陰極板背面的中心區(qū)域下凹的圓形面內，還包括端面是圓形的饋入組件，該饋入組件接射頻或甚頻功率電源的負極，饋入組件的圓形端面與電極板的信號饋入口面接觸連接，以面饋入射頻或甚頻功率電源信號；電極板的陰極板上設有接地的屏蔽罩，該屏蔽罩上開有通孔。
2.根據權利要求1所述的太陽能電池沉積用放電電極組件，其特征在于所述的饋入組 件包括絕緣層和外殼屏蔽層。
3.根據權利要求2所述的太陽能電池沉積用放電電極組件，其特征在于所述的饋入組 件還包括一個由腰部和頭部構成階梯形狀的導電體。
4.根據權利要求3所述的太陽能電池沉積用放電電極組件，其特征在于所述的饋入組 件的腰部為扁平形，其頭部為圓形。
5.根據權利要求1所述的太陽能電池沉積用放電電極組件，其特征在于所述饋入組件 由銅質饋入芯、絕緣層和外殼屏蔽層構成。
6.根據權利要求1所述的太陽能電池沉積用放電電極組件，其特征在于所述的電極板 包括單面放電的陰極板、陶瓷絕緣層、屏蔽罩。
7.根據權利要求1所述的太陽能電池沉積用放電電極組件，其特征在于所述的屏蔽罩 覆蓋整個陰極板背面和側面。
8.根據權利要求1所述的太陽能電池沉積用放電電極組件，其特征在于所述的電極板 還包括陽極板的接地體，陰極和陽極之間具有放電間距。
9.根據權利要求1所述的太陽能電池沉積用放電電極組件，其特征在于所述的屏蔽 罩，還包括射頻或甚高頻功率電源信號饋入至陰極板背面的中心位置及四周側面的屏蔽。
10.根據權利要求1所述的太陽能電池沉積用放電電極組件，其特征在于所述的饋入 組件的另一端接包括射頻或甚高頻功率電源的陰極輸出口和功率電源匹配器。
專利摘要本實用新型涉及一種太陽能電池沉積用放電電極組件，屬于太陽能電池技術領域。沉積用放電電極組件包括電極板和其上的信號饋入口，電極板的饋入口位于陰極板背面的中心區(qū)域下凹的圓形面內，還包括端面是圓形的饋入組件，該饋入組件接射頻或甚頻功率電源的負極，饋入組件的圓形端面與電極板的信號饋入口面接觸連接，電極板的陰極板上設有接地的屏蔽罩，該屏蔽罩上開有通孔。積極效果是克服了一點或多點饋入因饋線距離造成的損耗，在射頻或甚高頻功率電源驅動下可獲得均勻電場大面積穩(wěn)定放電，有效的消除了甚高頻引發(fā)的駐波和趨膚效應，能夠提高產率，降低成本。
文檔編號C23C16/505GK201756584SQ20102022359
公開日2011年3月9日 申請日期2010年6月11日 優(yōu)先權日2010年6月11日
發(fā)明者何祝兵, 周建華, 李志堅, 李毅, 王春柱, 胡盛明 申請人:深圳市創(chuàng)益科技發(fā)展有限公司