專利名稱：在線制備太陽(yáng)能電池導(dǎo)電膜層的磁控濺射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種硅基薄膜太陽(yáng)能電池背電極或前電極在線連續(xù)鍍膜的磁控濺射裝置，屬于太陽(yáng)能技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，薄膜太陽(yáng)能電池的前電極和背電極的加工制造過(guò)程，均需要鍍制TCO膜層，TCO膜層為透明導(dǎo)電膜，作薄膜太陽(yáng)能電池芯片(電池板)的電極使用。同時(shí)，可以使光線透過(guò)，主要指標(biāo)為透過(guò)率和電導(dǎo)率，TCO膜層的透過(guò)率越高，光線進(jìn)入電池越多，電池的短路電流和開路電壓越大。提高TCO膜層的電導(dǎo)率，能減少TCO膜層的缺陷，降低電池內(nèi)的串聯(lián)電阻，提高并聯(lián)電阻，增大電池的填充因子，從而有效提高電池的轉(zhuǎn)化效率。硅基薄膜太陽(yáng)能電池一般應(yīng)用平衡磁控濺射鍍膜技術(shù)，特別是背電極(負(fù)極)的制作，在電池板(或芯片)PIN 結(jié)的背電極P層膜表面形成復(fù)合膜層，金屬氧化膜ΑΖ0、金屬膜銀Ag、鋁Al等金屬膜層作背電極導(dǎo)電用。磁控濺射鍍膜技術(shù)，對(duì)靶材施加負(fù)高壓，以靶材作為陰極，基片作為陽(yáng)極，在靶材與基片之間形成電場(chǎng)，并通過(guò)在靶材背面放置磁極提供磁場(chǎng)，利用磁場(chǎng)與電場(chǎng)交互作用，約束電子在靶表面附近螺旋狀運(yùn)行，不斷撞擊氬氣產(chǎn)生離子，所產(chǎn)生的離子在電場(chǎng)作用下撞向靶面濺射出靶材原子，沉積在基片上獲得所需的導(dǎo)電薄膜層。工業(yè)化的磁控濺射已發(fā)展成為連續(xù)磁控濺射鍍膜，即在一條磁控濺射設(shè)備上配備了多個(gè)磁控濺射陰極。如薄膜太陽(yáng)能電池的背電極連續(xù)鍍膜設(shè)備，當(dāng)電池板(以下稱基片)在生產(chǎn)線真空鍍膜區(qū)域移動(dòng)過(guò)程中連續(xù)經(jīng)過(guò)ΑΖ0、Ag、Al陰極靶，在電池芯板背電極表面形成所需的復(fù)合膜層。雖然磁體材料可以采用永磁鐵和電磁材料，但使用永磁鐵的缺點(diǎn)是磁體極性調(diào)節(jié)不方便。為此，采用電磁鐵，問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)忽略了電磁極性對(duì)磁場(chǎng)影響。特別是在線生產(chǎn)連續(xù)鍍膜時(shí)，對(duì)陰極靶要進(jìn)行排列組合，而每套磁控濺射陰極靶的結(jié)構(gòu)要相同一致，在此條件下必須考慮相鄰陰極裝置靶位之間的磁體極性的相互影響和磁場(chǎng)的分布及等立體分布，對(duì)膜層的光學(xué)和電學(xué)性能的影響。
發(fā)明內(nèi)容鑒于此，要解決以上所述現(xiàn)有磁控濺射連續(xù)鍍膜時(shí)，對(duì)多個(gè)陰極靶位排列，相鄰陰極靶位之間電磁極性會(huì)影響磁場(chǎng)分布，要加以認(rèn)真研究和合理的利用。本實(shí)用新型目的在于用陰極靶的電磁體調(diào)整磁場(chǎng)極性，調(diào)節(jié)和控制陰極靶位的極性，使其磁體極性相同或相反，以適應(yīng)在線太陽(yáng)能電池電極連續(xù)磁控濺射鍍復(fù)合透明導(dǎo)電膜和金屬膜。本實(shí)用新型的另一目的是通過(guò)對(duì)磁體的極性設(shè)定，使磁控濺射鍍膜不僅適合鍍電池背電極膜層，還能鍍前電極膜層及過(guò)渡膜層，膜層界面清晰、膜層性能好。為了實(shí)現(xiàn)以上任務(wù)，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種在線制備太陽(yáng)能電池導(dǎo)電膜層的磁控濺射裝置，其陰極裝置裝在真空腔室內(nèi)，陰極裝置包括多個(gè)連續(xù)鍍膜的磁控濺射陰極靶,每個(gè)陰極靶的磁體由外環(huán)和中間電磁體組成,且外環(huán)和中間電磁體的勵(lì)磁線圈接直流電源正負(fù)極，調(diào)節(jié)陰極靶相鄰靶位的磁體極性，在太陽(yáng)能電池基片表面連續(xù)鍍制導(dǎo)電膜層。連續(xù)鍍膜的磁控濺射陰極靶雙側(cè)排布，每側(cè)配備三個(gè)平面陰極靶。連續(xù)鍍膜的磁控濺射陰極靶雙側(cè)排布，每側(cè)配備AZO靶材、銀靶材和鋁靶材，陰極接DC磁控濺射電源，在太陽(yáng)能電池基片表面連續(xù)鍍制背電極膜層。在AZO靶材和Ag靶材的相鄰交叉區(qū)域磁控濺射鍍膜獲得彼此獨(dú)立的AZO膜層和Ag I]旲層。在銀靶材和鋁靶材的相鄰交叉區(qū)域磁控濺射鍍膜，獲得銀和鋁的混合膜層。陰極裝置還包括組合式陰極靶位交叉區(qū)，相鄰或相對(duì)的陰極靶的磁體的極性相同或相反，連續(xù)磁控濺射鍍混合膜層?！0012]磁控濺射陰極靶是平面靶或旋轉(zhuǎn)靶，陰極靶兩側(cè)排布，對(duì)太陽(yáng)能電池基片雙側(cè)面鍍膜。磁控濺射陰極靶單側(cè)排布，配五個(gè)平面陰極靶位，依次為陶瓷靶Ti02、合金靶NiCr、金屬靶銀Ag、合金靶NiCr、陶瓷靶Ti02，陰極分別接DC磁控濺射電源。外環(huán)和中間電磁鐵，通過(guò)匹配勵(lì)磁線圈的匝數(shù)控制外環(huán)和中間電磁體端面的磁通
量相等。外環(huán)和中間電磁鐵，通過(guò)匹配外環(huán)和中間磁體的截面積調(diào)節(jié)磁通量，在太陽(yáng)能電池基片表面連續(xù)鍍制復(fù)合膜、金屬膜或金屬氧化物膜層。實(shí)施本實(shí)用新型的積極效果實(shí)現(xiàn)了本實(shí)用新型的目的，通過(guò)電磁體的極性設(shè)定，不僅應(yīng)用于在線生產(chǎn)硅基薄膜太陽(yáng)能電池背電極膜層也適應(yīng)前電極膜層。通過(guò)陰極靶裝置的設(shè)定，由單面鍍到雙面鍍，提高了產(chǎn)能，降低了生產(chǎn)成本。

圖I、是本實(shí)用新型的真空腔室剖面示意圖。圖2、是本實(shí)用新型的磁體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3、是本實(shí)用新型中相鄰陰極靶位磁體極性相同時(shí)，磁力線及等離子體分布示意圖。圖4、是本實(shí)用新型中相鄰陰極靶位磁體極性相反時(shí)，磁力線及等離子體分布示意圖。圖5、是本實(shí)用新型陰極祀位中相對(duì)磁極極性相反時(shí)的磁力線及等離子體分布示意圖。圖6、是本實(shí)用新型陰極靶位中相對(duì)磁極極性相同時(shí)的磁力線及等離子體分布示意圖。圖7、是本實(shí)用新型實(shí)施例I單側(cè)面鍍膜，陰極靶可以兩側(cè)排布，對(duì)基片雙側(cè)面鍍膜。圖8、是本實(shí)用新型實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的原理見圖1-2，本實(shí)用新型陰極裝置主要包括磁體、勵(lì)磁線圈、靶材4、水冷背板5和靶座10，磁體包括磁軛3、中間磁體6和外環(huán)磁體8，中間磁體6上繞有中間磁體勵(lì)磁線圈7，外環(huán)磁體8其上繞外環(huán)磁體勵(lì)磁線圈9，中間磁體勵(lì)磁線圈7和外環(huán)磁體勵(lì)磁線圈9外接直流電源，中間磁體6和外環(huán)磁體8安裝在磁軛3上，水冷背板5位于靶材4的背面，一起固定在靶托10上，形成陰極裝置，陰極裝置安裝在真空腔室I的維修門2上，便于安裝和檢修。靶座10，磁力線11，等離子體12，基片13是磁控濺鍍膜裝置的陽(yáng)極。為進(jìn)一步說(shuō)明相鄰陰極靶位間電磁體對(duì)極性的相互影響，見圖3，選擇單側(cè)鍍膜，兩組獨(dú)立的陰極靶位極性相同時(shí)，靶位間磁力線11不閉合，等離子體12分別在各自靶位形成一個(gè)閉合的等離子體區(qū)。見圖4，相鄰陰極靶位磁極極性相反，兩組靶位間磁力線11閉合，磁場(chǎng)合而為一，范圍得以擴(kuò)展，于是在兩組陰極靶位上方，形成一個(gè)敞開式、共同的等離子體區(qū)12。見圖5、是本實(shí)用新型陰極靶位中相對(duì)磁極極性相反時(shí)的磁力線及等離子體分布示意圖。雙側(cè)鍍膜時(shí)，當(dāng)相對(duì)陰極裝置的磁體極性相反時(shí)，外環(huán)部分磁力線相互吸引，等離子體區(qū)閉合。圖6、是本實(shí)用新型陰極靶位中相對(duì)磁極極性相同時(shí)的磁力線及等離子體分布示意圖，外環(huán)部分磁力線相互排斥，等離子體區(qū)域拉長(zhǎng)。·[0027]圖7是連續(xù)磁控濺射鍍膜，在同一真空腔室內(nèi)安裝多個(gè)不同靶材構(gòu)成磁控濺射陰極靶裝置，基片作為陽(yáng)極與磁控濺射陰極靶構(gòu)成鍍膜裝置，基片在真空鍍膜腔室內(nèi)可連續(xù)的在組合式排列陰極靶區(qū)域內(nèi)鍍單一膜層，在靶與靶交叉區(qū)域內(nèi)鍍過(guò)度膜層。在基片表面形成復(fù)合膜層，因此連續(xù)磁控濺射鍍膜設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、鍍膜效率高等優(yōu)點(diǎn)，但連續(xù)鍍膜設(shè)備必須考慮相鄰陰極裝置的磁體極性的相互影響對(duì)膜層性能的影響。單側(cè)鍍膜時(shí)，鄰陰極裝置的磁體極性相同時(shí)，磁力線在相鄰區(qū)域內(nèi)相互排斥，等離子體分別在各自靶位上形成閉合的等離子體區(qū)，在基片經(jīng)過(guò)兩組陰極靶相連接區(qū)域時(shí)，會(huì)在基片表面形成界限清晰的各自靶材的膜層，當(dāng)相鄰陰極裝置的磁體極性相反時(shí)，磁力線在相鄰區(qū)域內(nèi)相互吸引，磁場(chǎng)范圍合二為一，磁場(chǎng)范圍得以擴(kuò)展，于是形成一個(gè)敞開式、共同的等離子體區(qū)，在基片經(jīng)過(guò)兩組陰極連接區(qū)域時(shí)，會(huì)在基片表面形成兩種靶材的混合膜層。當(dāng)相對(duì)陰極裝置的磁體極性相同時(shí)I根據(jù)對(duì)膜層組合的要求不同，有些要求膜層界限清晰，有些要求膜層存在過(guò)渡的混合膜層，因此要根據(jù)膜層要求和多陰極的組合方式進(jìn)行磁體的極性設(shè)定，使得相鄰或相對(duì)的陰極裝置的磁體的極性相同或相反。圖8，配備五個(gè)平面陰極裝置離線連續(xù)磁控濺射鍍膜設(shè)備的陰極裝置單側(cè)排布，依次為NiCr合金靶402、Ag金屬靶4 '丨、NiCr合金靶402、Ti02陶瓷靶401。實(shí)施例I見圖6，本實(shí)施例制備硅基薄膜太陽(yáng)能電池組件的背電極制作，在線連續(xù)磁控濺射鍍膜的磁控濺射陰極靶雙側(cè)排布，每側(cè)配備三個(gè)平面陰極裝置，靶材4 '為ΑΖ0、Ag銀靶材4'丨，鋁Al靶材4'丨丨均為矩形，陰極接DC磁控濺射電源，實(shí)現(xiàn)理想穩(wěn)定的增反效果。清晰界定AZO膜層的光學(xué)、電學(xué)以及物理常數(shù)，如折射率η、電阻率P以及膜層厚度等。要求AZO膜層形成時(shí)膜層獨(dú)立，減少過(guò)渡層出現(xiàn)，因此，要求裝有靶材4 ' AZO與裝有Ag靶材4 ;丨的相鄰?fù)猸h(huán)磁體8的磁極極性相同。金屬背電極易于實(shí)現(xiàn)反射率，為增強(qiáng)兩種金屬膜層結(jié)合力，為形成兩種金屬膜層混合的過(guò)渡層，因此要求裝有靶材Ag4'丨與A14'丨丨的相鄰?fù)猸h(huán)磁體8極性相反，陰極接DC磁控濺射電源。為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的增反效果，清晰界定AZO膜層的光學(xué)、電學(xué)以及物理常數(shù)，折射率η、電阻率P以及膜層厚度等，防止AZO鍍膜時(shí)對(duì)金屬靶產(chǎn)生污染，要求AZO成膜層獨(dú)立，減少過(guò)渡層的出現(xiàn)，裝靶材AZ04 ’與裝有靶材銀Ag4'丨的相鄰?fù)猸h(huán)磁體8極性相同。金屬背電極易于實(shí)現(xiàn)反射率，為增強(qiáng)兩種金屬膜層結(jié)合力，可通過(guò)獲得過(guò)渡層實(shí)現(xiàn)，即形成兩種金屬膜層混合的過(guò)渡層，因此要求裝有銀靶材Ag4, ’與裝有靶材AW ’ '的相鄰?fù)猸h(huán)磁體8的磁極極性相反；同時(shí)考慮相對(duì)磁極極性影響，AZO^ >Ag4 ' ' >A14 '''側(cè)外環(huán)磁體8的磁極極性應(yīng)與AZO^ >Ag4 ''、AU'''相同。通過(guò)調(diào)整勵(lì)磁線圈電源，磁力線11分布和等離子體12分布如圖3所示，兩組獨(dú)立的陰極靶位極性相同時(shí)，靶位間磁力線11不閉合，等離子體12分別在各自靶位形成一個(gè)閉合的等離子體區(qū)。當(dāng)基片13經(jīng)過(guò)AZO和Ag的相鄰交叉區(qū)域磁力線11呈分離狀況，形成各自獨(dú)立的等離子體12區(qū)域，所鍍膜層材料互不混合，獲得彼此獨(dú)立的AZO膜層和Ag膜層；當(dāng)基片13經(jīng)過(guò)Ag和Al的相鄰交叉區(qū)域磁力線11呈融合狀況，形成共同的等離子體12區(qū)域，所鍍膜層材料發(fā)生混合，獲得Ag和Al的混合膜層，滿足工藝要求。實(shí)施例2見圖7本實(shí)施例為制作離線低輻射鍍膜單銀Low-E玻璃時(shí)，連續(xù)磁控濺射鍍膜設(shè) 備的陰極裝置單側(cè)排布，配備五個(gè)平面陰極裝置，依次為Ti02陶瓷靶(401)、NiCr合金靶(40 2 )、Ag金屬靶(40 3 )、Ni Cr合金靶(40 2 )、T i 02陶瓷靶(401 )，陰極分別接DC磁控濺射電源。Ti02/NiCr/Au-Ag/NiCr/Ti02復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，多層膜由于在層與層之間發(fā)生光的干涉現(xiàn)象，根據(jù)每層膜的光學(xué)及電學(xué)特性，形成具有較高的近紅外線反射，實(shí)現(xiàn)隔熱保溫的作用。所以在制作復(fù)合膜時(shí)，需清晰界定每個(gè)膜層的光學(xué)常數(shù)，如折射率η、電阻率P以及膜層厚度等，實(shí)現(xiàn)特定的光學(xué)要求，所以要求每個(gè)膜層形成時(shí)膜層獨(dú)立，因此要求五個(gè)平面陰極裝置相鄰?fù)猸h(huán)磁體8的磁極極性相同，根據(jù)要求通過(guò)調(diào)整勵(lì)磁線圈電源，如圖7，使得磁力線11分布線和等離子體12分布如圖3所示，當(dāng)基片13連續(xù)經(jīng)過(guò)所述的五個(gè)平面陰極裝置時(shí)，相鄰交叉區(qū)域磁力線11呈分離狀況，形成各自獨(dú)立的等離子體12區(qū)域，所鍍膜層材料互不混合。
權(quán)利要求1.一種在線制備太陽(yáng)能電池導(dǎo)電膜層的磁控濺射裝置，其陰極裝置裝在真空腔室內(nèi)，其特征在于所述陰極裝置包括多個(gè)連續(xù)鍍膜的磁控濺射陰極靶，每個(gè)陰極靶的磁體由外環(huán)和中間電磁體組成，且外環(huán)和中間電磁體的勵(lì)磁線圈接直流電源正負(fù)極，調(diào)節(jié)陰極靶相鄰靶位的磁體極性，在太陽(yáng)能電池基片表面連續(xù)鍍制導(dǎo)電膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在線制備太陽(yáng)能電池導(dǎo)電膜層的磁控濺射裝置，其特征在于所述連續(xù)鍍膜的磁控濺射陰極靶雙側(cè)排布，每側(cè)配備三個(gè)平面陰極靶。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在線制備太陽(yáng)能電池導(dǎo)電膜層的磁控濺射裝置，其特征在于所述連續(xù)鍍膜的磁控濺射陰極靶雙側(cè)排布，每側(cè)配備AZO靶材、銀靶材和鋁靶材，陰極接DC磁控濺射電源，在太陽(yáng)能電池基片表面連續(xù)鍍制背電極膜層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在線制備太陽(yáng)能電池導(dǎo)電膜層的磁控濺射裝置，其特征在于在AZO靶材和Ag靶材的相鄰交叉區(qū)域磁控濺射鍍膜獲得彼此獨(dú)立的AZO膜層和Ag膜層。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在線制備太陽(yáng)能電池導(dǎo)電膜層的磁控濺射裝置，其特征在于在銀靶材和鋁靶材的相鄰交叉區(qū)域磁控濺射鍍膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在線制備太陽(yáng)能電池導(dǎo)電膜層的磁控濺射裝置，其特征在于所述陰極裝置還包括組合式陰極靶位交叉區(qū)，相鄰或相對(duì)的陰極靶的磁體的極性相同或相反，連續(xù)磁控濺射鍍混合膜層。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在線制備太陽(yáng)能電池導(dǎo)電膜層的磁控濺射裝置，其特征在于所述磁控濺射陰極靶是平面靶或旋轉(zhuǎn)靶，陰極靶兩側(cè)排布，對(duì)太陽(yáng)能電池基片雙側(cè)面鍍膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在線制備太陽(yáng)能電池導(dǎo)電膜層的磁控濺射裝置，其特征在于所述磁控濺射陰極靶單側(cè)排布，配五個(gè)平面陰極靶位，依次為陶瓷靶Ti02、合金靶NiCr、金屬靶銀Ag、合金靶NiCr、陶瓷靶Ti02，陰極分別接DC磁控濺射電源。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在線制備太陽(yáng)能電池導(dǎo)電膜層的磁控濺射裝置，其特征在于所述外環(huán)和中間電磁鐵,通過(guò)匹配勵(lì)磁線圈的匝數(shù)控制外環(huán)和中間電磁體端面的磁通量相
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在線制備太陽(yáng)能電池導(dǎo)電膜層的磁控濺射裝置，其特征在于所述外環(huán)和中間電磁鐵，通過(guò)匹配外環(huán)和中間磁體的截面積調(diào)節(jié)磁通量，在太陽(yáng)能電池基片表面連續(xù)鍍制復(fù)合膜、金屬膜或金屬氧化物膜層。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種在線制備太陽(yáng)能電池導(dǎo)電膜層的磁控濺射裝置，屬于太陽(yáng)能技術(shù)領(lǐng)域，解決連續(xù)鍍膜中相鄰陰極靶位之間電磁極性影響磁場(chǎng)分布等技術(shù)問(wèn)題。本實(shí)用新型磁控濺射裝置的陰極裝置包括多個(gè)連續(xù)鍍膜的磁控濺射陰極靶，每個(gè)陰極靶的磁體由外環(huán)和中間電磁體組成，且外環(huán)和中間電磁體的勵(lì)磁線圈接直流電源正負(fù)極，調(diào)節(jié)陰極靶相鄰靶位的磁體極性，在太陽(yáng)能電池基板表面連續(xù)鍍制導(dǎo)電膜層。本實(shí)用新型通過(guò)電磁體的極性設(shè)定，由單面鍍到雙面鍍，提高了產(chǎn)能，降低了生產(chǎn)成本，不僅應(yīng)用于在線生產(chǎn)硅基薄膜太陽(yáng)能電池背電極膜層也適應(yīng)前電極膜層。
文檔編號(hào)C23C14/35GK202705456SQ201220214419
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者翟宇寧, 李毅, 劉志斌, 宋光耀 申請(qǐng)人:深圳市創(chuàng)益科技發(fā)展有限公司