大面積薄膜沉積pecvd電極結(jié)構(gòu)及設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及PECVD鍍膜【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種大面積薄膜沉積PECVD電極結(jié)構(gòu)；包括陽極和陰極，其特征在于：所述陽極和所述陰極平行相對設(shè)置，所述陽極和所述陰極豎直設(shè)置在設(shè)備的真空腔體內(nèi)，所述陰極上設(shè)置有復(fù)數(shù)個供氣孔和2個以上的排氣孔，基板放置在所述陽極的正反兩面附近；本發(fā)明同時還提供了一種大面積薄膜沉積PECVD設(shè)備；通過采用本發(fā)明的技術(shù)方案能夠防止高階硅烷的生成，并提高薄膜的沉積速度、提高薄膜的質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。
【專利說明】大面積薄膜沉積PECVD電極結(jié)構(gòu)及設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及PECVD鍍膜【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種大面積薄膜沉積PECVD電極結(jié)構(gòu)及設(shè)備。 【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著平板顯示器(FPD)以及太陽能電池的發(fā)展，產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度在不斷地提升，其尺寸在不斷地加大、其性能不斷地在提高。由于產(chǎn)品尺寸的加大，因此以往生產(chǎn)小尺寸產(chǎn)品所使用的設(shè)備以及技術(shù)，不能應(yīng)用于大尺寸產(chǎn)品。
[0003]如果利用以往小型基板中使用的設(shè)備的設(shè)計理念生產(chǎn)大尺寸產(chǎn)品，就會出現(xiàn)沉積速率慢、膜厚不均、缺陷增多、轉(zhuǎn)換效率低、良品率低等問題。例如:在薄膜太陽能電池的生產(chǎn)中，以往的非晶半導體電池是單結(jié)的電池，制造相對容易，但是，光電轉(zhuǎn)換效率在10%以下，近年來，隨著科學技術(shù)的進步，新型太陽能電池在不斷地開發(fā)，轉(zhuǎn)換效率在不斷地提高，薄膜硅太陽能電池也是如此，由于以往單結(jié)太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率相對低，開發(fā)的雙結(jié)或多結(jié)太陽能電池轉(zhuǎn)換效率相對高，多數(shù)廠家都向多結(jié)太陽能電池(也稱之為疊層太陽能電池)轉(zhuǎn)型升級。
[0004]一般非晶硅薄膜太陽能電池是在基板上形成透明電極后，再形成p(n)層、i層、η(p)層、背面電極，然后，根據(jù)需要在背面貼合保護層，再加一片玻璃等保護起來并引出電極。當然，不排除各層利用晶硅和非晶的結(jié)合型單結(jié)太陽能電池。
[0005]多結(jié)硅基薄膜太陽能電池與單結(jié)硅基薄膜太陽能電池相同，它是在原來的非晶硅P (η)層、i層、η(ρ)層的p(n)-1-n(p)結(jié)構(gòu)(一般稱為頂層或上層電池)上，再形成微晶或多晶構(gòu)成的P(n)層、i層、n(p)層的p(n)-1-n(p)結(jié)構(gòu)(一般稱之為上層或底層電池)、然后，再形成背面電極，在背面貼合保護層，再加一片玻璃保護起來，形成疊層電池。根據(jù)情況需要，在底層和上層之間有時還增加一層透明導電層。
[0006]多結(jié)硅基薄膜太陽能電池是在原來的由非晶半導體薄膜如非晶硅(a-Si)薄膜組成的太陽能電池基礎(chǔ)上，又增加了微晶或結(jié)晶半導體薄膜的多層疊加結(jié)構(gòu)。如:在原有非晶硅電池的基礎(chǔ)上疊加微晶硅(uc-Si)或多晶層(C-Si)，利用不同半導體薄膜吸收不同波長的太陽光，能夠提高產(chǎn)品的光電轉(zhuǎn)換能力。然而，在太陽能電池的生產(chǎn)過程中，即使在非晶薄膜太陽能電池生產(chǎn)中能夠滿足生產(chǎn)需要的設(shè)備和技術(shù)，如果用于生產(chǎn)微晶(結(jié)晶)或非晶半導體與非晶半導體疊層薄膜太陽能電池中，就不能滿足生產(chǎn)的需要了，因此，設(shè)備需要進行不斷地改進、技術(shù)需要不斷地創(chuàng)新。
[0007]另外，除了上述疊加太陽能電池外，還有三層或多層的太陽能電池。也就是需要繼續(xù)在疊層太陽能電池上疊加類似的結(jié)構(gòu)。
[0008]利用傳統(tǒng)的平板電極在1400mmX IlOOmm以上大型基板形成薄膜時，由于面積的增大，難以形成均勻厚度、均勻膜質(zhì)，特別是微晶硅薄膜的形成過程中，沉積速率更慢。
[0009]反應(yīng)后氣體難以排出，會在基板上繼續(xù)與硅烷氣體等繼續(xù)反應(yīng)，形成高階氣體，特別是在基板的中間部位的氣體，反應(yīng)后氣體距離兩端的排放口比較遠，反應(yīng)后氣體，如果從基板兩端排氣時，由于基板面積大，氣體在排氣過程中，流動行程長，很難避免在排氣中反應(yīng)過后氣體會繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，生成新的物質(zhì)。特別是反應(yīng)生成的高階硅烷，在沒有及時排出的情況下，會繼續(xù)反應(yīng)，由于在反應(yīng)中會產(chǎn)生微粒子，因為微粒子重力的原因，沉積在薄膜中。此時，如果水平設(shè)置在下面電極的基板，就會構(gòu)成薄膜缺陷，降低薄膜質(zhì)量和成品率，特別是會引起上述的光致衰減和失效衰減問題。
[0010]另外，水平設(shè)置基板的PECVD設(shè)備一般只能設(shè)置一片基板進行薄膜沉積，如果要同時沉積多片基板的話，只能橫向加大沉積電極的面積，對于本來就很大的5代設(shè)備而言，繼續(xù)加大設(shè)備顯然是不現(xiàn)實的問題。只有改變設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)才能有更高的生產(chǎn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]本發(fā)明為了解決目前傳統(tǒng)的PECVD設(shè)備生產(chǎn)大尺寸的產(chǎn)品時存在上述的問題而提供的能加快成膜過程中的排氣速度，降低二次反應(yīng)生成的高階硅烷，降低薄膜表面的缺陷，提高薄膜質(zhì)量，同時提高微晶硅或多晶硅的成膜速度，形成高質(zhì)量的薄膜，提高薄膜硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率的一種大面積薄膜沉積PECVD電極結(jié)構(gòu)及設(shè)備。
[0012]為達到上述功能，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:
[0013]一種大面積薄膜沉積PECVD電極結(jié)構(gòu)，包括陽極和陰極，其特征在于:所述陽極和所述陰極平行相對設(shè)置，所述陽極和所述陰極豎直設(shè)置在設(shè)備的真空腔體內(nèi)，所述陰極上設(shè)置有復(fù)數(shù)個供氣孔和2個以上的排氣孔，基板放置在所述陽極的正反兩面附近。
[0014]優(yōu)選地，所述供氣孔距離所述基板的距離小于所述排氣孔距離所述基板的距離。
[0015]優(yōu)選地，復(fù)數(shù)個所述的供氣孔均勻地設(shè)置在所述陰極上，兩個相鄰的供氣孔之間的距離不大于10mm。
[0016]優(yōu)選地，所述供氣孔的氣體總流量大于所述排氣孔的氣體總流量。
[0017]優(yōu)選地，所述排氣孔呈喇叭狀。
[0018]優(yōu)選地，兩個相鄰的所述供氣孔之間的距離不大于7_。
[0019]本發(fā)明還提供一種大面積薄膜沉積PECVD設(shè)備，包括一個以上的真空腔體和上述述的大面積薄膜沉積PECVD電極結(jié)構(gòu)。
[0020]優(yōu)選地，所述陰極和所述陽極之間設(shè)置有移動機構(gòu)，所述移動機構(gòu)驅(qū)動所述陽極相對于所述陰極往返移動，移動距離小于相鄰兩個所述供氣口之間的距離。
[0021]優(yōu)選地，所述陰極固定安裝在所述真空腔體內(nèi)，所述陽極固定在小車上，所述小車上設(shè)置有在所述真空腔體內(nèi)外移動的運動機構(gòu)。
[0022]優(yōu)選地，所述真空腔體內(nèi)并列設(shè)置有多個PECVD電極結(jié)構(gòu)，所述陰極的背面設(shè)置有排氣空間，所述排氣孔與所述排氣空間連通。
[0023]本發(fā)明的有益效果在于:
[0024]1、基板立式放置，有利于防止基板彎曲，另外與水平放置的方式相比，有利于大幅度提高生產(chǎn)效率；
[0025]2、由于陰極上均勻設(shè)置有多個供氣孔，因此有利于在大面積基板上形成膜厚均勻的薄膜；
[0026]3、通過設(shè)置多個排氣孔，能快速排走反應(yīng)后的氣體，避免高階硅烷等的生成，提高薄膜的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為陰極中省略供氣氣路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為陰極中省略排氣氣路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4為實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖1至附圖4對本發(fā)明作進一步闡述:
[0032]實施例一:
[0033]如圖1所示的一種大面積薄膜沉積PECVD電極結(jié)構(gòu)，包括陽極101和陰極102，陽極101和陰極102 平行相對設(shè)置，陽極101和陰極102豎直設(shè)置在設(shè)備的真空腔體100內(nèi)，陰極102上設(shè)置有復(fù)數(shù)個供氣孔105和2個以上的排氣孔107，基板103放置在陽極101的正反兩面附近。
[0034]為了便于敘述，我們把本發(fā)明的大面積薄膜沉積PECVD電極結(jié)構(gòu)和采用這種電極結(jié)構(gòu)的設(shè)備結(jié)合在一起進行描述說明。
[0035]本發(fā)明的設(shè)備含有多個真空腔體009，在本實施例中，至少有兩個真空腔體009內(nèi)設(shè)置有本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)，如圖1所示，在真空腔體009內(nèi)豎直且平行設(shè)置兩個陽極101和4個陰極102,每個陽極101的正反兩面分別相對設(shè)置有一個陰極102,在本實施例中，陽極101固定安裝在小車009上，小車009可在真空腔體009內(nèi)外運動。
[0036]在小車009內(nèi)上陽極101的正反兩面附近分別豎直固定有基板103，基板103與陽極101相對平行，在本實施例中，基板103使用玻璃基板。陰極102內(nèi)均勻設(shè)有若干個供氣口 105和2個以上的排氣口 107。盡管利用2個排氣口 107能夠排除掉反應(yīng)后氣體，但是，為了盡可能地提高基板103表面存在均勻的氣體質(zhì)量，或均勻的氣體分布，均勻地將反應(yīng)后氣體及時排除，因此，最好在陰極102上均勻地設(shè)置多個排氣口 107，為了便于排氣，排氣口 107可以做成喇叭狀以提高排氣效率。
[0037]如圖2所示，在本實施例中，在陰極102上均勻設(shè)置了多個供氣口 105和排氣口107，為了便于理解，圖2中省略了供氣氣路106，排氣口 107設(shè)置在周圍4相鄰的供氣孔105的正中間。供氣口 105之間的距離最好在IOcm以內(nèi)。更希望在7cm以內(nèi)。由于陰極102上連接著高頻電源，在陰極102表面、特別是在供氣口 105端部會形成電場集中，等離子強度也相對強，從供氣口 105噴出的氣體會被加熱、激勵，形成游離基，最后沉積為薄膜。但是，由于局部電場，等離子空間相對小，如果供氣口 105之間的距離大于IOcm的話，兩個供氣口105中間形成的等離子密度相對較小，會降低在基板103上形成薄膜的厚度，最后導致基板上的薄膜會厚度不均，因此，要在IOmm之內(nèi)，最好在7cm之內(nèi)，這樣會形成更加均勻的薄膜。
[0038]排氣氣路108和供氣氣路106分別與排氣孔107和供氣孔105相連通。由于排氣氣路108和供氣氣路106在加工方面的比較耗費工時，也可以利用不銹鋼管和不銹鋼板焊接形成陰極102。
[0039]為了防止在沉積過程中，產(chǎn)生粉末，小車009定位后，電極面和重力方向大致平行，電極成豎立方向。當基板103使用玻璃基板時，由于玻璃基板可以在站立的狀況下進行搬運，不僅不會產(chǎn)生玻璃基板的下彎現(xiàn)象，而且還具有便于操作的優(yōu)點。
[0040]由于本發(fā)明的陽極101和陰極102采用立式設(shè)置，因此一個陽極101上可以設(shè)置兩個基板103，是傳統(tǒng)的水平設(shè)置數(shù)目的2倍，設(shè)置2個陽極101就能夠設(shè)置4片基板103，隨著陽極101設(shè)置數(shù)目的增多，基板101的數(shù)量與水平設(shè)置基板的數(shù)目相比，會成倍地提聞，因此，站立設(shè)置基板方式能夠大幅度地提聞生廣效率。
[0041]陽極101內(nèi)設(shè)置有加熱器104，能夠?qū)⒃O(shè)置在陽極101的附近的基板103利用輻射加熱，使基板103保持恒定的溫度，陽極101內(nèi)設(shè)置的加熱器104利用溫度控制器進行控制(圖中未示出)，溫度控制器根據(jù)對基板103檢測溫度，對加熱器104的溫度進行控制，使基板103的溫度保持在一定溫度范圍內(nèi)，這樣能夠確保成膜溫度的穩(wěn)定，有利于形成均勻膜厚和均勻膜質(zhì)。在使用過程中，利用基板夾具109將基板103固定。
[0042]在本實施例中，供氣口 105距離基板103的距離小于排氣口 107距離基板103的距離。由于成膜氣體要在真空腔體100內(nèi)的氣體之間進行反應(yīng)然后在基板103上生成薄膜，因此，供氣口 105的氣體流量要大于排氣口 107的流量，供氣口 105端面要盡量小，另外，供氣口 105的面積要大于左右排氣口 107的面積，這樣才能保持穩(wěn)定的氣體反應(yīng)，合理地配置排氣泵，避免能源浪費。
[0043]供氣孔105氣體總流量要大于排氣口 107的氣體總流量是因為原料氣體進入腔體后要進行相應(yīng)的反應(yīng)，如果排氣量大于供氣量的話，原料氣體在腔體內(nèi)的反應(yīng)時間會很短，不利于氣體的分解與沉積，在一定程度上會造成氣體的浪費，更重要地是會降低腔體內(nèi)薄膜的沉積速度。[0044]當本發(fā)明的設(shè)備利用真空泵(圖中未標出)將真空腔體100抽真空后，在高真空壓力下，在陰極102和陽極101之間施加高頻電源，形成了電場，在陰極102的供氣口 105的端部會形成電場集中現(xiàn)象效應(yīng)，在電場作用下，電子和氣體分子碰撞，氣體分離成等離子，供氣口 105形成產(chǎn)生等離子的起點，送進的氣體被加熱激勵，在等離子空間111中，產(chǎn)生輝光放電，在基板103上沉積一層薄膜。
[0045]在沉積薄膜時，供氣口 105的壓強大于等離子空間111的壓強，同時，距離基板103較遠的排氣口 107與排氣真空泵(圖中未示出)相連，因此，反應(yīng)后的氣體會及時地被新送入的氣體排擠到距離基板103較遠的一側(cè)，也就是說反應(yīng)過后的氣體會被及時地排擠到排氣口 107的附近，然后通過排氣氣路108將反應(yīng)后的氣體從排出口 202排除設(shè)備外，進行相應(yīng)的處理。這種電極結(jié)構(gòu)能夠避免了反應(yīng)后氣體如SiH2等與硅烷氣體的再次反應(yīng)，生成高階硅烷(SinHm)氣體。抑制了反應(yīng)后氣體的反復(fù)反應(yīng)，減少或排除了生成薄膜中不希望出現(xiàn)的聞階硅烷等，降低了由于聞階硅烷等生成的粉末或薄I旲，提聞的薄I旲的質(zhì)量，避免了由于聞階硅烷等造成的光致裳減現(xiàn)象，從而能夠進一步提聞光電轉(zhuǎn)換器件的轉(zhuǎn)換效率。
[0046]一般地，陰極102上有多個供氣口 105和至少2個排氣口 107，為了實現(xiàn)均勻的薄膜厚度和均勻的薄膜質(zhì)量，能夠高效率低生產(chǎn)，在平板陰極102上，設(shè)置了多個高出陰極102、均勻分布的供氣口 105，同時在平面陰極102上也設(shè)置了排氣口 107，排氣口 107是為了排除反應(yīng)后的氣體，避免了反應(yīng)生成的SiH2等氣體繼續(xù)與硅烷氣體反應(yīng)，生成薄膜中不希望的高階硅烷等，高階硅烷除了會生成粉末狀缺陷外，還是導致光致衰減的原因之一，因此，在基板103上設(shè)置至少2個排氣口 107，這樣能夠加快反應(yīng)后氣體的即及時排除，能夠抑制聞階硅烷氣體等的出現(xiàn)。[0047]由于產(chǎn)品的大型化，不利于基板103的單獨搬運，為了能夠方便的將基板103設(shè)置在電極101附近，在本實施例中，陽極101固定安裝在小車009上，與小車009成為一體，陰極102固定設(shè)置在真空腔體100內(nèi)，小車009的底部設(shè)置有運動機構(gòu)112使小車009能夠在真空腔體100內(nèi)外之間移動，在本實施例中，運動機構(gòu)112采用滾輪。這樣便于從真空腔體009外部將基板103設(shè)置陽極101附近，在生產(chǎn)過程中，一般通過機械手、或?qū)Ｓ玫难b載機械將基板103送入小車009。為了防止給基板103表面或基板103表面的薄膜帶來損傷，本發(fā)明中，基板103和陽極101之間沒有直接接觸，而是利用陽極101上下部分設(shè)置的基板夾具109固定基板103，減少了一些不必要的接觸，防止了產(chǎn)品的劃傷等缺陷。
[0048]真空腔體100內(nèi)部固定著陰極102，陰極102上的供氣氣路106和排氣氣路108分別與設(shè)備外的相應(yīng)氣路連接，排氣氣路108與排氣真空閥相連接，小車009進入真空腔體100內(nèi)后，基板103和陰極102處于相對且平行狀態(tài)，利用陽極101內(nèi)設(shè)置的加熱器104輻射，使基板103均勻地受熱，陽極101、陰極102分別連接著高頻電源，在抽真空狀態(tài)下，進行薄膜沉積。
[0049]如圖3所示，為了便于理解，圖3中省略了排氣氣路108，陰極102的供氣氣路106的供氣口 302上，設(shè)置有多個氣體入口，連接著至少2個導氣管(圖中未示出)，導氣管將成膜所需氣體送至陰極102，在陰極102的供氣氣路106中一邊流動一邊混合，最后從供氣口105噴出。
[0050]在本實施例中，供氣氣路106與排氣氣路108大致相同，供氣氣路106與排氣氣路108分別布置在陰極102的厚度方向的上下部分。
[0051]為了能使沉積的薄膜更加均勻，陰極102和陽極101之間設(shè)置有移動機構(gòu)(圖中未示出)，移動機構(gòu)驅(qū)動陽極101相對于陰極102循環(huán)往返相對運動，移動距離小于相鄰兩個供氣口 105之間的距離。在本實施例中，移動機構(gòu)為設(shè)置在小車009底部的凸輪，凸輪轉(zhuǎn)動時驅(qū)動小車009進行上下緩慢運動，因此能夠使薄膜膜厚更加均勻，薄膜質(zhì)量更加穩(wěn)定。
[0052]實施例二:
[0053]在本實施例中，與實施例一相同的部分使用相同的標號，在本實施例中主要圍繞與實施例一不同的部分進行詳細的說明。
[0054]本實施例通過排氣空間108a與排氣孔107連通進行排氣。
[0055]如圖4所示，在本實施例中，排氣空間108a通過如下方式形成:靠近真空腔體100側(cè)壁的排氣空間108a是利用陰極102背面與真空腔體100側(cè)壁之間的空間形成排氣空間108a ;中間部分的排氣空間108a是通過位于中間的兩陰極102背面構(gòu)成的。與實施事例I相比較，實施事例2的設(shè)備雖然占用的真空腔體100空間較大但是陰極102加工較為容易。
[0056] 以上所述實施例，只是本發(fā)明的較佳實例，并非來限制本發(fā)明的實施范圍，故凡依本發(fā)明申請專利范圍所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明專利申請范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種大面積薄膜沉積PECVD電極結(jié)構(gòu)，包括陽極和陰極，其特征在于:所述陽極和所述陰極平行相對設(shè)置，所述陽極和所述陰極豎直設(shè)置在設(shè)備的真空腔體內(nèi)，所述陰極上設(shè)置有復(fù)數(shù)個供氣孔和2個以上的排氣孔，基板放置在所述陽極的正反兩面附近。
2.如權(quán)利要求1所述的大面積薄膜沉積PECVD電極結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述供氣孔距離所述基板的距離小于所述排氣孔距離所述基板的距離。
3.如權(quán)利要求1所述的大面積薄膜沉積PECVD電極結(jié)構(gòu)，其特征在于:復(fù)數(shù)個所述的供氣孔均勻地設(shè)置在所述陰極上，兩個相鄰的供氣孔之間的距離不大于10mm。
4.如權(quán)利要求1所述的大面積薄膜沉積PECVD電極結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述供氣孔的氣體總流量大于所述排氣孔的氣體總流量。
5.如權(quán)利要求1所述的大面積薄膜沉積PECVD電極結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述排氣孔呈喇叭狀。
6.如權(quán)利要求3所述的大面積薄膜沉積PECVD電極結(jié)構(gòu)，其特征在于:兩個相鄰的所述供氣孔之間的距離不大于7mm。
7.一種大面積薄膜沉積PECVD設(shè)備，包括一個以上的真空腔體，其特征在于:所述的大面積薄膜沉積PECVD設(shè)備還包括如權(quán)利要求1至6任意一項所述的大面積薄膜沉積PECVD電極結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的大面積薄膜沉積PECVD設(shè)備，其特征在于:所述陰極和所述陽極之間設(shè)置有移動機構(gòu)，所述移動機構(gòu)驅(qū)動所述陽極相對于所述陰極往返移動，移動距離小于相鄰兩個所述供氣口之間的距離。
9.如權(quán)利要求7所述的大面積薄膜沉積PECVD設(shè)備，其特征在于:所述陰極固定安裝在所述真空腔體內(nèi)，所述陽極固定在小車上，所述小車上設(shè)置有在所述真空腔體內(nèi)外移動的運動機構(gòu)。
10.如權(quán)利要求7至9任意一項所述的大面積薄膜沉積PECVD設(shè)備，其特征在于:所述真空腔體內(nèi)并列設(shè)置有多個PECVD電極結(jié)構(gòu)，所述陰極的背面設(shè)置有排氣空間，所述排氣孔與所述排氣空間連通。
【文檔編號】C23C16/50GK103938187SQ201410178674
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】范四立, 李龍根, 熊長煒, 李柳強 申請人:東莞職業(yè)技術(shù)學院