專利名稱：一種硅基薄膜太陽能電池活動夾具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明公開一種太陽能電池技術，確切的說一種硅基薄膜太陽能電池可推入真空 室的活動夾具。
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，在薄膜太陽能電池制造行業(yè)通用這種射頻電容耦合平 行電極板反應室。由電極板組件或電極板構成電極陣列在反應室內(nèi)進行等離子體化學氣相 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)進行等離子 體化學氣相沉積的裝置又稱為“沉積盒”即所說的反應室。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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(nèi)，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(xiàn)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(xiàn)存在的問題是1)VHF-PECVD反應室電極設計結構復雜；2) 仍需要繼續(xù)改進的理由是生產(chǎn)中經(jīng)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(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)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(xiàn)有沉
4積夾具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夾具體系，也是一個發(fā)展趨勢。因此，對于能滿 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)和設計，對產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要 的實際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過以上對現(xiàn)有晶化硅基薄膜亟待解決的技術難題的分析，旨在解決甚高 頻電源驅動的高速沉積膜層的均勻性和一致性問題。所提出的技術解決方案包括平行電 極板和信號饋入組件，還包括支撐框架，其特征在于所說的支撐框架是一個具有側框架接 地的活動式框架及絕緣屏蔽裝置信號饋入組件由腰部和頭部形成一個圓柱面階梯狀的導電體，其一端面呈三角形 與電極板面接觸連接的饋入口 ；位于電極板的陰極板背平面中心區(qū)域下凹的三角形內(nèi)；及饋入射頻/甚高頻功率電源信號的電極板的屏蔽層接地。方案還包括活動式框架其側框架底部安裝滑動裝置，其支撐框架上安裝電極板 構成夾具，在夾具或夾具陣列之間設有防干擾的屏蔽裝置。所說屏蔽絕緣裝置是在電極板的陰極板上絕緣層的金屬外殼屏蔽罩接地；在其屏 蔽罩上開有通孔。所說的陰極板屏蔽是在金屬外殼的屏蔽罩與陰極板的背面之間有絕緣材料層。信 號饋入組件的屏蔽絕緣包括外表金屬屏蔽層和金屬饋入芯的絕緣層。陰極板的屏蔽罩包括陶瓷絕緣層、屏蔽層，屏蔽罩覆蓋整個陰極板背面和側面。方案的夾具陣列包括由多套電極板及支撐框架的組配形成的具有一定放電間距 的電極陣列或由該電極陣列形成的夾具陣列。信號饋入組件包括金屬饋入芯是射頻/甚高 頻饋線構成導電體，其腰部有耐高溫陶瓷絕緣層。本發(fā)明夾具面饋入模式的解決方案是由平行電極板和信號饋入組件構成電極板 裝在支撐框架上，信號饋入組件的一端面呈三角形，以面饋入模式將射頻/甚高頻功率電 源信號傳輸?shù)金伻肟谖挥陔姌O板平面中心區(qū)域下凹的三角形面內(nèi)放電，形成由支撐框架承 托的電極陣列放電；信號饋入組件由腰部和頭部形成一個階梯形導電體。所說的電極陣列，包括由安裝在支撐框架上的電極板和信號饋入組件構成夾具放 電，夾具陣列中夾具與夾具形成的腔室之間設有防干擾的金屬屏蔽網(wǎng)。所說夾具陣列由多套的饋入組件和配套電極板以面饋入方式連接配套使用的電 極板，形成具有一定放電間距的電極陣列。信號饋入組件腰部是圓柱狀饋入帶有耐高溫陶瓷絕緣層，金屬饋入芯是射頻/甚 高頻饋線構成導電體。本發(fā)明實施的積極效果主要是區(qū)別于插槽式陰極板側面饋入方式，能夠獲得更大 放電面積、更高均勻度的穩(wěn)定放電，接入電容小，夾具之間射頻干擾小，駐波和趨膚效應小。 本發(fā)明適用于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，提 高了生產(chǎn)率，降低了電池成本。
克服了現(xiàn)有技術多點饋入結構接觸面積較小，要求各個饋入點路徑對稱，本發(fā)明 的面饋入實現(xiàn)了完全隔離屏蔽，避免了饋入信號的連接導體與陰極板之間不能有接觸。只 有各放電體和信號饋入組件帶完全隔離屏蔽，防止信號干擾完全隔離屏蔽才能實現(xiàn)有效放 H1^ ο雖然，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。對于多點式饋入，因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，難以滿足生產(chǎn)中拆洗等實際需求。


圖1、是本發(fā)明的活動夾具原理的剖視圖。圖2、是支撐框架結構示意圖。圖3、是圓柱體信號饋入組件(以下簡稱饋入組件或饋入帶)201結構示意圖。圖4、是陰極板203結構示意圖。圖5、陰極板屏蔽罩204結構示意圖。圖6、是本發(fā)明實施例1電極板立式結構示意圖。圖7、是本發(fā)明實施例2基片為24片，12個陰極板，6個陽極板。圖8、是本發(fā)明實施例3夾具陣列結構示意圖。圖1-8中，夾具02包括電極板和支撐框架，電極板包括陽極板208，陰極板203與 陰極板屏蔽罩204之間有絕緣條207，饋入帶201三角形端面201-1面接觸位于陰極板背面 中心區(qū)域下凹三角形面內(nèi)的饋入口 203-1，饋入射頻/甚高頻功率電源信號，饋入帶201腰 部帶有陶瓷絕緣套202。支撐框架由上固定板214，下固定板221，側框架216底部安裝有接 地金屬滾輪218構成，上固定板214和下固定板221上均有接地金屬導槽209。夾具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上有氣體系統(tǒng)接入口 101， 電源系統(tǒng)接入口 102，真空系統(tǒng)接入口 105，軌道104。本發(fā)明面饋入的夾具設計實現(xiàn)了以上提出的發(fā)明任務?？朔爽F(xiàn)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??；各饋入點之間路徑距離要求完全對稱以及完全屏蔽等。而本發(fā)明的面 饋入夾具設計不存在這些問題，尤其高效利用陽極板雙工作面，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夾具體系，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。夾具02放置在真空室01內(nèi)，夾具02包括平行電極板和屏蔽裝置，平行電極板的 陰極板203和陽極板208，饋入口 203-1是三角形，信號饋入組件201的一端面201-1是三 角形，饋入組件201呈階梯狀包括腰部圓柱體和一端面201-1是三角形與饋入口 203-1位 于具有屏蔽罩204的陰極板203中間區(qū)域下凹的三角面對應，腰部采用圓柱體結構便于屏 蔽。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)，其一端面 呈三角形與電極板面接觸連接的饋入口構成電極板在側框架接地的活動式框架內(nèi)，均具有 有絕緣屏蔽保護裝置(未畫出)。接地金屬導槽209具有導電接地和固定作用。
具體實施例方式以下結合附圖1-8進一步說明本發(fā)明夾具02的工作原理。夾具02由支撐框架及 電極板構成，支撐框架包括下固定板221，上固定板214，側框架216底部安裝接地金屬活動 輪218，上固定板214和下固定板221上均有接地金屬導槽209。電極板包括陽極板208，陰 極板203與陰極板屏蔽罩204之間有絕緣條207，陰極板203的背面中心區(qū)域下凹三角形 面內(nèi)有射頻/甚高頻功率電源信號饋入口 203-1，饋入帶201由腰部和頭部形成一個圓柱 面階梯狀的導電體，其一端面201-1呈三角形與饋入口 203-1面接觸；其腰部帶有陶瓷絕緣 層202。多套電極板及支撐框架的組配形成的具有一定間距放電的電極陣列或由該電極陣 列形成的夾具陣列，夾具陣列中夾具之間設有防干擾的金屬屏蔽網(wǎng)。夾具或夾具陣列在真 空室01內(nèi)放電，真空室01上有氣體系統(tǒng)接入口 101，電源系統(tǒng)接入口 102，真空系統(tǒng)接入口 105，真空室01前面安裝有可以打開的活動門，真空室01內(nèi)安裝有軌道104。實施例1 電極板為立式，陰極板饋入口為三角形，饋入組件為圓柱體。以下結合附圖1-6進一步說明本發(fā)明的具體實施方式
。本發(fā)明薄膜太陽能電池的活動夾具，使用甚高頻功率電源，工作頻率(27. 12 100MHz)。真空室01用來實現(xiàn)真空狀態(tài)，其上有氣體系統(tǒng)接入口 101，電源系統(tǒng)接入口 102， 真空系統(tǒng)接入口 105，真空室01前面安裝有可以打開的活動門。夾具02是在真空環(huán)境下放 電，基片206在大面積均勻電場腔室內(nèi)，沉積p-i-n異質結疊層膜，形成薄膜太陽能電池芯 板或稱芯片，適合投入大批量生產(chǎn)。夾具02上固定的氣體管道上入口與真空室01上的氣 體系統(tǒng)接入口 101伸入真空室01內(nèi)部的管口對接，電源線一端與夾具02的電源接頭相連， 另一端電源線接甚高頻電源系統(tǒng)的接入口 102。陰極板203與陰極板屏蔽罩204之間有絕 緣條207，饋入帶201的頭部三角形饋入面201-1與陰極板203背面饋入口 203-1面接觸 連接，饋入射頻/甚高頻功率電源信號，饋入帶另一端上的通孔201-3與電源接頭相連接， 饋入帶201腰部外殼是陶瓷絕緣層202，以防與陰極板屏蔽罩204接觸。陰極板屏蔽罩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 與陰極板屏蔽罩204接觸，饋入帶201為導電性良好的金屬片銅，陰極板屏蔽罩204和陽極 板208接地。將前工序鍍制的基片206放置在夾具02的支撐框架內(nèi)，將夾具02沿軌道104 推入真空室01內(nèi)，關好真空室01上的活動門，通過真空系統(tǒng)先抽真空到理想狀態(tài)，通入氬 氣，當腔內(nèi)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。實施例2 陰極板饋入口為三角形，饋入組件為圓柱體。圖7使用的夾具同實施例1。本實施例采用立式沉積室，由6個陽極板208與12 個陰極板203組成12對電極，兩個陰極板203共用一個陽極板208?？赏瑫r鍍膜24片基片 206。具體步驟如下a)將24塊帶有600nm厚透明導電膜的玻璃基片206 (1640mmX 707mmX 3mm)放置 于夾具02中的24個基片位置，膜面朝外，玻璃面朝電極板。b)打開真空室的活動門，將夾具02沿軌道104推入真空室01內(nèi)，關好活動門。
c)真空抽到5. OX ICT4Pa之后，通入氬氣，當腔內(nèi)壓力達到60Pa時，打開40. 68MHz 甚高頻電源，以400W功率放電清洗腔室2分鐘，關閉電源。d)之后抽高真空至5. OX 10_4Pa左右，用氬氣清洗兩次。e)按照5slpm通入混和氣(硅烷加氫氣)，當腔內(nèi)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。f)關閉電源，抽高真空。g)充入氮氣至大氣壓，打開真空室的活動門，推出夾具02，在室溫中冷卻TCO玻
璃ο實施例3 電極板為立式，陰極板饋入口為三角形，饋入組件為圓柱體，夾具之間設有防干擾 屏蔽裝置(未畫出)。圖8使用夾具同實施例1。本實施例采用6個夾具02，可同時鍍24片基片。每個 夾具02中2個陰極板203共用1個陽極板208組成2對電極，可同時鍍膜4片基片206。a)將24塊帶有600nm厚透明導電膜的玻璃基片206 (1640mmX 707mmX 3mm)放置 于6個夾具02中的基片位置，膜面朝外，玻璃面朝電極板。b)打開真空室的活動門，將夾具02沿軌道104推入真空室01內(nèi)，關好真空室活動 門。c)真空抽到5. OX ICT4Pa之后，通入氬氣，當腔內(nèi)壓力達到60Pa時，打開40. 68MHz 甚高頻電源，以400W功率放電清洗腔室2分鐘，關閉電源。d)之后抽高真空至5. OX 10_4Pa左右，用氬氣清洗兩次。e)按照5slpm通入混和氣(硅烷加氫氣)，當腔內(nèi)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。f)關閉電源，抽高真空。g)充入氮氣至大氣壓，打開真空室活的動門，推出夾具02，在室溫中冷卻TCO玻
璃 ο以上結合附圖對本發(fā)明的實施例作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施 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(nèi)，還可以 在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
權利要求
一種硅基薄膜太陽能電池活動夾具，包括由平行電極板和信號饋入組件及支撐框架，其特征在于支撐框架是一個具有側框架接地的活動式框架，還包括絕緣屏蔽裝置信號饋入組件由腰部和頭部形成一個圓柱體階梯狀的導電體，其一端面呈三角形與電極板面接觸連接的饋入口；位于電極板的陰極板背平面中心區(qū)域下凹的三角形內(nèi)；及饋入射頻/甚高頻功率電源信號的電極板的屏蔽層接地。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種硅基薄膜太陽能電池活動夾具，其特征在于所說的支撐 框架上安裝電極板所構成的夾具；在夾具或夾具陣列之間設有防干擾的屏蔽裝置。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種硅基薄膜太陽能電池活動夾具，其特征在于所說屏蔽絕 緣裝置包括在所說電極板的陰極板上絕緣層的金屬外殼屏蔽罩接地；在其屏蔽罩上開有通孔。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種硅基薄膜太陽能電池活動夾具，其特征在于所說的陰極 板屏蔽是在金屬外殼的屏蔽罩與陰極板的背面之間有絕緣材料層。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種硅基薄膜太陽能電池活動夾具，其特征在于所說信號饋 入組件的屏蔽絕緣包括外表金屬屏蔽層和金屬饋入芯的絕緣層。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種硅基薄膜太陽能電池活動夾具，其特征在于所說陰極板 的屏蔽罩包括陶瓷絕緣層、屏蔽層，屏蔽罩覆蓋整個陰極板背面和側面。
7.根據(jù)權利要求2所述的一種硅基薄膜太陽能電池活動夾具，其特征在于所說的夾具 陣列包括由多套電極板及支撐框架的組配形成的具有一定間距放電的電極陣列或由該電 極陣列形成的夾具陣列。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種硅基薄膜太陽能電池活動夾具，其特征在于所說的信號 饋入組件包括金屬饋入芯是射頻/甚高頻饋線構成導電體，其腰部有陶瓷絕緣層。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種硅基薄膜太陽能電池活動夾具，其特征在于所說信號饋 入組件的另一端接射頻/甚高頻功率電源信號的陰極輸出口和功率電源匹配器。
10.一種硅基薄膜太陽能電池活動夾具電源饋入方法，包括平行電極板和信號饋入組件，其特征在于支撐框架上安裝電極板的放電模式，所 說的信號饋入組件的一端面呈三角形，以面饋入模式將射頻/甚高頻功率電源信號傳輸?shù)?饋入口位于電極板的陰極板背平面中心區(qū)域下凹的三角形內(nèi)，并形成支撐框架內(nèi)電極陣列 放電；信號饋入組件由腰部和頭部形成一個階梯形導電體。
11.根據(jù)權利要求10所述的一種硅基薄膜太陽能電池活動夾具電源饋入方法，其特征 在于所說的電極陣列，包括由安裝在支撐框架內(nèi)的電極板和信號饋入組件構成夾具放電， 夾具陣列中夾具與夾具形成的腔室之間設有防干擾的金屬屏蔽網(wǎng)。
12.根據(jù)權利要求11所述的一種硅基薄膜太陽能電池活動夾具電源饋入方法，其特征 在于所說的其特征在于所說夾具陣列由多套的饋入組件和配套電極板以面饋入方式連接 配套使用的電極板，形成具有一定放電間距的電極陣列。
13.根據(jù)權利要求11所述的一種硅基薄膜太陽能電池活動夾具電源饋入方法，其特征 在于所說的信號饋入組件腰部是圓柱體饋入帶有陶瓷絕緣層，金屬饋入芯是射頻/甚高頻饋線構成導電體。
14.根據(jù)權利要求11所述的一種硅基薄膜太陽能電池活動夾具電源饋入方法，其特征 在于所說的饋入組件的導電體另一端接高頻/甚高頻功率電源信號的陰極輸出口和功率 電源匹配器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅基薄膜太陽能電池活動夾具，屬于太陽能電池技術領域?；顒訆A具主要技術特點在于支撐框架是一個具有側框架接地的活動式框架，支撐框架上安裝電極板所構成夾具，在夾具或夾具陣列之間設有防干擾的屏蔽裝置。由腰部呈圓柱面的信號饋入組件三角形端面接觸信號饋入口，位于陰極板背平面中心區(qū)域內(nèi)下凹三角形面內(nèi)，饋入射頻/甚高頻功率電源信號，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，克服了一點或多點饋入因饋線距離造成的損耗。以射頻/甚高頻功率電源驅動可獲得均勻電場大面積穩(wěn)定放電，有效的消除駐波和趨膚效應，使產(chǎn)率提高，成本降低。
文檔編號H01L31/18GK101882647SQ201010198739
公開日2010年11月10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