專利名稱：一種pecvd噴淋電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備硅基薄膜類材料及硅基薄膜太陽(yáng)能電池的設(shè)備，特別涉及一種采用PECVD法制備硅基薄膜類材料及硅基薄膜太陽(yáng)能電池設(shè)備中的噴淋電極。
背景技術(shù)：
目前，采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)制備硅基薄膜材料已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。在太陽(yáng)能電池制備過(guò)程中也都采用此法，包括薄膜電池、晶硅電池、異質(zhì)結(jié)電池。在異質(zhì)結(jié)電池制備過(guò)程中，因采用經(jīng)過(guò)制絨后的硅片，且制備的硅基薄膜厚度很薄，對(duì)PECVD設(shè)備要求更高，即PECVD設(shè)備在制絨后的硅片上制備的硅基薄膜均勻性必須很好，換句話說(shuō)也就是對(duì)電極結(jié)構(gòu)提出了更高要求，首先是電極噴出的氣流均勻性必須好，其次是電極的電場(chǎng)分布必須均勻。 在真空系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)氣流均勻性，必須考慮到氣體流動(dòng)時(shí)的流導(dǎo)，流導(dǎo)是指氣體在真空管道中的流通狀態(tài)，氣體的流動(dòng)狀態(tài)可分為五種不同情況湍流、湍-粘滯流、粘滯流、粘滯-分子流、分子流；湍流、湍-粘滯流一般只在真空形成初期存在，基本不用考慮對(duì)氣流的影響，粘滯流當(dāng)壓強(qiáng)和流速逐漸降低，氣流會(huì)變成具有不同速度的流動(dòng)層，內(nèi)摩擦力對(duì)氣流其主要作用；分子流氣體分子間的碰撞很少，甚至可以忽略，在管道內(nèi)氣體分子在密度的推動(dòng)下，由高壓端流向低壓端；粘滯-分子流是粘滯流和分子流之間的一種狀態(tài)。對(duì)氣流狀態(tài)的判斷可依據(jù)管道中平均壓強(qiáng)P與其幾何尺寸的乘積作為判據(jù)，當(dāng)乘積大于IPa.m為粘滯流，當(dāng)乘積小于O. 03Pa. m為分子流，當(dāng)乘積位于兩者之間時(shí)為粘滯_分子流。如圖6所示，中國(guó)專利CN2758969Y中的電極采用方形設(shè)計(jì)，雖能滿足空間成本低的要求，但其內(nèi)部勻氣室的直角拐角處會(huì)使氣體在流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生渦流，渦流會(huì)使內(nèi)部勻氣室內(nèi)氣體壓強(qiáng)分布不均，影響到氣流均勻性；其外部方形表面也會(huì)影響氣流運(yùn)動(dòng)速度，造成電極空間區(qū)域內(nèi)壓強(qiáng)的差異，影響所制備薄膜的均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)會(huì)造成氣流不均勻的缺點(diǎn)，提出一種能使氣流更均勻的噴淋電極，進(jìn)而改善所制備薄膜的均勻性。本發(fā)明電極采用圓形設(shè)計(jì)方案，更有利于氣流的均勻，可提高采用此電極結(jié)構(gòu)制備的硅基薄膜的均勻性，為太陽(yáng)能電池效率提高做出貢獻(xiàn)。本發(fā)明電極形狀為圓桶形，開(kāi)口朝上，下部有底。電極的內(nèi)部空間被帶有通孔的初級(jí)氣體勻氣板分成上下兩個(gè)空間。初級(jí)氣體勻氣板上的通孔孔徑相同、孔間距相等，通孔以陣列方式排列。電極內(nèi)部的下部空間為初級(jí)氣體緩沖室，位于圓桶形電極的底和初級(jí)氣體勻氣板之間；電極內(nèi)部的上部空間為二級(jí)氣體緩沖室，位于初級(jí)氣體勻氣板和電極上部的開(kāi)口之間。初級(jí)氣體緩沖室的體積小于二級(jí)氣體緩沖室的體積，初級(jí)氣體緩沖室內(nèi)有一用于調(diào)整初級(jí)氣體緩沖室體積的調(diào)整環(huán)，調(diào)整環(huán)位于電極底部及初級(jí)氣體勻氣板之間。所述的調(diào)整環(huán)的外徑與初級(jí)氣體緩沖室內(nèi)徑相匹配，調(diào)整環(huán)內(nèi)徑小于其自身外徑，調(diào)整環(huán)的下環(huán)形表面與電極的底完全接觸，調(diào)整環(huán)的上環(huán)形表面與初級(jí)氣體勻氣板完全接觸，通過(guò)調(diào)整調(diào)整環(huán)的內(nèi)徑和高度，改變初級(jí)氣體緩沖室內(nèi)壓強(qiáng)。電極上部開(kāi)口有一帶有通孔的二級(jí)氣體勻氣板，用以封閉電極的開(kāi)口。二級(jí)氣體勻氣板上的通孔以陣列方式排列，通孔直徑相同，通孔孔間距相等。電極底的中心位置開(kāi)有一進(jìn)氣口，進(jìn)氣口連接進(jìn)氣管，進(jìn)氣管外壁有螺紋，螺紋用于將裝配好的電極、屏蔽層、絕緣層鎖緊。依使用環(huán)境情況，電極組成部件可選用316型不銹鋼或熱軋鋁；絕緣層包裹于電極外，材料為陶瓷；屏蔽層包裹于絕緣層外，依使用環(huán)境情況，材料可選316型不銹鋼或熱軋鋁。本發(fā)明通過(guò)改變氣體流動(dòng)時(shí)的流導(dǎo)比及氣流狀態(tài)實(shí)現(xiàn)氣體增壓噴淋，并依據(jù)流導(dǎo)及氣流狀態(tài)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算出所需實(shí)際尺寸，流導(dǎo)計(jì)算公式U=Q/(P2P1) (Q-流量，P-壓強(qiáng))，氣流狀態(tài)計(jì)算公式P*S(P-平均壓強(qiáng)，S-幾何尺寸)。其特征為，電極的進(jìn)氣口與初級(jí)氣體勻氣板流導(dǎo)比范圍為1:6 1:8，初級(jí)氣體勻氣板與二級(jí)氣體勻氣板流導(dǎo)比為2:1，初級(jí)氣體勻氣板的通孔孔徑大于二級(jí)氣體勻氣板孔徑。其原理，氣體從位于電極底的進(jìn)氣口進(jìn)入電極內(nèi)的初級(jí)氣體緩沖室時(shí)，因初級(jí)氣體緩沖室直徑大于進(jìn)氣口直徑，使得氣體流速下降；通過(guò)調(diào)整初級(jí)氣體緩沖室中調(diào)整環(huán)的高度和內(nèi)徑，使初級(jí)氣體緩沖室中平均壓強(qiáng)P與其幾何尺寸的乘積大于IPa. m,即在初級(jí)氣體緩沖室中流動(dòng)的氣體應(yīng)為粘滯流，氣流能夠緩慢上升并穿過(guò)初級(jí)氣體勻氣板到達(dá)二級(jí)氣體緩沖室中，氣流在二級(jí)氣體緩沖室中仍以粘滯流狀態(tài)上升，通過(guò)調(diào)整初級(jí)氣體勻氣板與二級(jí)氣體勻氣板流導(dǎo)比，即調(diào)整二級(jí)氣體勻氣板通孔孔徑及孔數(shù)，改變二級(jí)氣體勻氣板兩側(cè)壓差，實(shí)現(xiàn)氣體增壓效果。本發(fā)明采用圓桶形電極，通過(guò)改變電極內(nèi)部不同部位的幾何尺寸，使體在流動(dòng)過(guò)程中具有不同的流導(dǎo)及流導(dǎo)比，與方形的電極相比具有明顯優(yōu)勢(shì)當(dāng)氣體由電極底進(jìn)氣口進(jìn)入電極內(nèi)后，可向周圍逐漸擴(kuò)散并緩慢上升，但方形電極的進(jìn)氣口與四個(gè)角的距離大于與四個(gè)邊的距離，會(huì)造成空間內(nèi)氣體擴(kuò)散不均勻，隨氣體上升而產(chǎn)生渦流；圓桶形的電極避免了此類情況的發(fā)生，能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的上升氣流，實(shí)現(xiàn)均勻噴淋效果。本發(fā)明通過(guò)改變初級(jí)氣體勻氣板與二級(jí)氣體勻氣板流導(dǎo)比實(shí)現(xiàn)增壓效果，即使初級(jí)氣體勻氣板通孔截面積之和大于二級(jí)氣體勻氣板通孔截面積之和，使穿過(guò)二級(jí)氣體勻氣板的氣體體積不變流速增加。


圖I噴淋電極結(jié)構(gòu)示意圖，其中，I初級(jí)氣體緩沖室，2初級(jí)氣體勻氣板，3二級(jí)氣體緩沖室，4 二級(jí)氣體勻氣板，5電極，6陶瓷絕緣層，7金屬屏蔽層，8初級(jí)氣體緩沖室調(diào)整環(huán)，11進(jìn)氣口 ；圖2電極結(jié)構(gòu)的分解圖，其中，2初級(jí)氣體勻氣板，4 二級(jí)氣體勻氣板，5電極，8調(diào)整環(huán)，9固定螺紋；圖3電極的絕緣層結(jié)構(gòu)示意圖，其中，6陶瓷絕緣層；圖4電極的屏蔽層結(jié)構(gòu)示意圖，其中，7金屬屏蔽層；圖5電極裝配示意圖，其中，5電極，6絕緣層，7屏蔽層，10固定螺母；圖6中國(guó)專利CN2758969Y示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
本發(fā)明PECVD噴淋電極結(jié)構(gòu)如圖I所示。電極5的上部有開(kāi)口。電極5的內(nèi)部空間被帶有通孔的初級(jí)氣體勻氣板2分成上下兩部分，下部空間為初級(jí)氣體緩沖室1，初級(jí)氣體緩沖室I位于電極的底和初級(jí)氣體勻氣板2之間；上部空間為二級(jí)氣體緩沖室3，二級(jí)氣體緩沖室3位于初級(jí)氣體勻氣板I和開(kāi)口之間；初級(jí)氣體勻氣板2上的通孔孔徑相同、孔間距相等，通孔以陣列方式排列，厚度范圍為3 5_，通孔孔徑不小于5_。初級(jí)氣體緩沖室I體積小于二級(jí)氣體緩沖室3的體積。初級(jí)氣體緩沖室I內(nèi)有一用于調(diào)整初級(jí)氣體緩沖室體積的調(diào)整環(huán)8，調(diào)整環(huán)8的下表面與電極5的底完全接觸，調(diào)整環(huán)8的上表面與初級(jí)氣體勻氣板2下表面完全接觸，所述調(diào)整環(huán)8的外徑與初級(jí)氣體緩沖室I的內(nèi)徑相匹配，調(diào)整環(huán)8的內(nèi)徑小于其自身外徑，調(diào)整環(huán)外徑與內(nèi)徑差的范圍為10mnT20mm，高度范圍為l(T20mm。電極5上部的開(kāi)口處有一帶有通孔的二級(jí)氣體勻氣板4，用以封閉開(kāi)口。二級(jí)氣體勻氣板4上的通孔以陣列方式排列，二級(jí)氣體勻氣板4上通孔孔徑相同，通孔孔間距相等，通孔孔徑不大于3mm，通孔孔間距不大于10mm，厚度范圍小于10mm。位于電極底的中心位置開(kāi)有一進(jìn)氣口 11，進(jìn)氣口 11下連接有進(jìn)氣管，進(jìn)氣管為圓形，其外壁有螺紋9，螺紋9用于將電極5、絕緣層6、屏蔽層7鎖緊。依使用環(huán)境情況，電極所有部件可選用316型不銹鋼或熱軋鋁；絕緣層6包裹于電極外，材料為陶瓷；屏蔽層7包裹于絕緣層6外，依使用環(huán)境情況，材料可選316型不銹鋼或熱軋鋁。本發(fā)明電極的裝配順序如圖2所示。首先將調(diào)整環(huán)8裝入電極5內(nèi)部，使調(diào)整環(huán)8的下表面與電極5內(nèi)部的底完全接觸；其次將初級(jí)氣體勻氣板2裝入電極內(nèi)部，使初級(jí)氣體勻氣板2的下表面與調(diào)整環(huán)8上表面完全接觸；然后將二級(jí)氣體勻氣板2覆蓋在電極開(kāi)口上，封閉電極開(kāi)口，便完成電極5的裝配。本發(fā)明電極5的絕緣層結(jié)構(gòu)如圖3所示，電極5的絕緣層6的外形與電極5外形相同，為圓筒形，大小與電極5相匹配。如圖4所示，電極5的屏蔽層7外形與電極5和絕緣層6的外形相同，為圓筒形，大小與絕緣層6相匹配。屏蔽層7包裹在所述的絕緣層6外，依使用環(huán)境情況，材料可選316型不銹鋼或熱軋鋁。 整體裝配時(shí)，首先將裝配好的電極5裝入絕緣層6中，再將包裹有絕緣層6的電極5裝入屏蔽層7內(nèi)，最后將螺母裝在進(jìn)氣口 11上，并旋緊固定螺母10，使電極5、絕緣層6、屏蔽層7固定成一個(gè)整體，裝配順序如圖5所示。本發(fā)明電極工作時(shí)，氣體首先穿過(guò)進(jìn)氣口 11，到達(dá)初級(jí)氣體緩沖室1，并向周圍均勻擴(kuò)散，充滿電極底部后緩慢上升；再穿過(guò)初級(jí)氣體勻氣板2到達(dá)二級(jí)氣體緩沖室3，并逐漸緩慢上升；最后穿過(guò)二級(jí)氣體勻氣板4，實(shí)現(xiàn)噴淋效果；其實(shí)現(xiàn)手段是通過(guò)改變氣體流動(dòng)過(guò)程中流導(dǎo)比，即二級(jí)氣體勻氣板4的通孔截面積總和小于初級(jí)氣體勻氣板2通孔截面積總和。
權(quán)利要求
1.ー種PECVD噴淋電極，其特征在于，所述的電極(5)外形為圓桶形，上部有開(kāi)ロ，下部有底；電極(5)的內(nèi)部空間被帶有通孔的初級(jí)氣體勻氣板(2)分成上下兩部分，下部空間為初級(jí)氣體緩沖室(1)，初級(jí)氣體緩沖室(I)位于電極(5)的底和初級(jí)氣體勻氣板(2)之間；上部空間為ニ級(jí)氣體緩沖室(3)，ニ級(jí)氣體緩沖室(3)位于初級(jí)氣體勻氣板(I)和開(kāi)ロ之間；初級(jí)氣體緩沖室(I)內(nèi)有一用于調(diào)整初級(jí)氣體緩沖室體積的調(diào)整環(huán)(8)，調(diào)整環(huán)(8)的下表面與電極(5)的底完全接觸，調(diào)整環(huán)(8)的上表面與初級(jí)氣體勻氣板(2)完全接觸，電極(5)上部的開(kāi)ロ處有一帯有通孔的ニ級(jí)氣體勻氣板(4)，用以封閉開(kāi)ロ ；位于電極底的中心位置開(kāi)有ー進(jìn)氣ロ，進(jìn)氣口下連接有進(jìn)氣管，進(jìn)氣管為圓形，其外壁有螺紋。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴淋電極，其特征在于，所述的初級(jí)氣體勻氣板(2)上的通孔孔徑相同、孔間距相等，通孔以陣列方式排列；初級(jí)氣體緩沖室(I)體積小于ニ級(jí)氣體緩沖室(3)的體積。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴淋電極，其特征在于所述的調(diào)整環(huán)(8)的外徑與初級(jí)氣體緩沖室(I)的內(nèi)徑相匹配，調(diào)整環(huán)(8)的內(nèi)徑小于其自身外徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴淋電極，其特征在于，所述的調(diào)整環(huán)(8)的外徑與內(nèi)徑差的范圍為10mnT20mm,高度范圍為10 20mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴淋電極，其特征在于，所述的ニ級(jí)氣體勻氣板(4)上的通孔以陣列方式排列，通孔孔徑相同，通孔孔間距相等；所述的通孔孔間距不大于10mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的噴淋電極，其特征在于，所述的初級(jí)氣體勻氣板(2)上通孔的孔徑大于ニ級(jí)氣體勻氣板(4)的通孔孔徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的噴淋電極，其特征在于，所述的初級(jí)氣體勻氣板(2)的通孔孔徑不小于5mm, ニ級(jí)氣體勻氣板(4)的通孔孔徑不大于3_。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴淋電極，其特征在于，所述的電極(5)的進(jìn)氣ロ與初級(jí)氣體勻氣板(2)流導(dǎo)比范圍為1:6 1:8 ;初級(jí)氣體勻氣板(2)與ニ級(jí)氣體勻氣板(4)的流導(dǎo)比為2:1。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴淋電極，其特征在于，所述的初級(jí)氣體勻氣板(2)的厚度為3、mm,所述的ニ級(jí)氣體勻氣板(4)的厚度小于10_。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴淋電極，其特征在于，所述的電極(5)外包裹有絕緣層(6)，絕緣層(6)外包裹有屏蔽層(7);所述的絕緣層(6)的材料為陶瓷；所述的屏蔽層(7)材料為316型不銹鋼或熱軋鋁。
全文摘要
一種PECVD噴淋電極，所述的電極(5)外形為圓桶形，上部有開(kāi)口，下部有底；電極(5)的內(nèi)部空間被帶有通孔的初級(jí)氣體勻氣板(2)分成上下兩部分，下部空間為初級(jí)氣體緩沖室(1)，上部空間為二級(jí)氣體緩沖室(3)。初級(jí)氣體緩沖室(1)內(nèi)有一用于調(diào)整初級(jí)氣體緩沖室體積的調(diào)整環(huán)(8)，調(diào)整環(huán)(8)的下表面與電極(5)的底完全接觸，調(diào)整環(huán)(8)的上表面與初級(jí)氣體勻氣板(2)完全接觸。電極(5)上部的開(kāi)口處有一帶有通孔的二級(jí)氣體勻氣板(4)，用以封閉開(kāi)口；位于電極底的中心位置開(kāi)有一進(jìn)氣口，進(jìn)氣口下連接有進(jìn)氣管。本發(fā)明通過(guò)改變初級(jí)氣體勻氣板與二級(jí)氣體勻氣板流導(dǎo)比實(shí)現(xiàn)噴淋效果。
文檔編號(hào)C23C16/50GK102978589SQ20121051403
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者刁宏偉, 王文靜, 趙雷, 周春蘭, 李海玲, 陳靜偉, 閆寶軍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所