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(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽能電池技術(shù)，確切的說一種由甚高頻電源(27. 12MHz 100MHz)驅(qū)動(dòng)的硅基薄膜太陽能電池沉積室用電極。
背景技術(shù)：
目前，硅基薄膜太陽能電池，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)(PECVD)獲取 單結(jié)或多結(jié)的光電轉(zhuǎn)換P-I-N膜層。射頻電容耦合平行板電極反應(yīng)室廣泛應(yīng)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(gè)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(shù) 之一。13. 56MHz射頻廣泛應(yīng)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(chǎng)對(duì)硅基薄膜技術(shù)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(guān)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(shí)間長，背景污染大，從而制備出的薄膜雜質(zhì)含量高，光電學(xué)性能差，嚴(yán) 重影響產(chǎn)品品質(zhì)性能。如何高速沉積成為晶化硅基薄膜技術(shù)能夠成功服務(wù)于產(chǎn)業(yè)的關(guān)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(yīng)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(yīng)和趨膚效應(yīng)非常明顯，而且隨著驅(qū)動(dòng)頻率的增加而增強(qiáng)。美國加州大學(xué)Berkeley分校 的M. A. Lieberman教授對(duì)這兩種效應(yīng)做了深入研究。研究結(jié)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(yuǎn)大于容性放電電極板腔室尺寸因 子(X)，趨膚深度(δ )遠(yuǎn)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(yīng)非常明顯，導(dǎo)致Im2電極板上放 電極不均勻。所以如何實(shí)現(xiàn)甚高頻驅(qū)動(dòng)的均勻大面積放電是晶化硅基薄膜技術(shù)亟待解決 的技術(shù)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(chǎng)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(shè)計(jì)，通過甚高頻信號(hào)的不同 饋入形式，獲得均勻電場(chǎng)。但現(xiàn)存在的問題是1)VHF-PECVD反應(yīng)室電極設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜； 2)仍需要繼續(xù)改進(jìn)的理由是生產(chǎn)中經(jīng)常對(duì)反應(yīng)室及電極不斷的裝卸和清洗，都會(huì)造成異形 電極變形；3)現(xiàn)有專利中的多點(diǎn)饋入結(jié)構(gòu)接觸面積較小，要求各個(gè)饋入點(diǎn)路徑對(duì)稱，饋入 點(diǎn)之間的連接導(dǎo)體與陰極板之間不能有接觸，準(zhǔn)確的說連接導(dǎo)體需要與陰極板之間隔離屏 蔽才能實(shí)現(xiàn)有效放電。這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)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(shí)際需求。因此在行業(yè)設(shè)備中，單點(diǎn)饋入為主流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但是 由于駐波和趨膚效應(yīng)，單點(diǎn)饋入結(jié)構(gòu)不能滿足饋入高頻頻率提升的要求。為此，需要對(duì)現(xiàn)有 沉積夾具及電極和電極朝實(shí)用性方面作進(jìn)一步開發(fā)和改進(jìn)，面對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)需求，使質(zhì)量提 高，成本降低。同時(shí)，對(duì)于處理或沉積多片玻璃的CVD電極組件，也是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。因此， 對(duì)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(shè)計(jì)，對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展 具有重要的實(shí)際意義。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的旨在解決甚高頻電源驅(qū)動(dòng)的放電不均勻性問題，而提供一種可獲 得均勻電場(chǎng)的大面積VHF-PECVD沉積室使用一種全新概念設(shè)計(jì)的電極，以適用于產(chǎn)業(yè)化的 大面積VHF-PECVD電極板多片陣列。本實(shí)用新型為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出技術(shù)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(hào)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(nèi)，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(fù)極，饋入組件的圓形端面與電極板的信號(hào)饋入口面接觸連接，以面饋入 射頻或甚頻功率電源信號(hào)；電極板的陰極板上設(shè)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(gè)由腰部和頭部構(gòu) 成階梯形狀的導(dǎo)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(zhì)饋入芯、絕緣層和外殼屏蔽層構(gòu)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(gè)陰極板背面和側(cè)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(hào)饋入至陰極板背面的中心位置 及四周側(cè)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(shí)用新型所的積極有益效果是，區(qū)別于插槽式陰極板側(cè)面饋入方式，本實(shí)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(shí)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(diǎn)式饋入，接入電容小、駐波和趨 膚效應(yīng)小，可集成陣列式多室沉積，極大提高生產(chǎn)效率。因此，通過優(yōu)化甚高頻電源饋入形 式、電極板的結(jié)構(gòu)，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(shù)的前提。本實(shí)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(jié)構(gòu)能夠適用于多片沉積系統(tǒng)，大大提高產(chǎn)率和降低了 電池成本。該實(shí)用新型突破常規(guī)電極設(shè)計(jì)技術(shù)的限制，有效的消除了甚高頻引發(fā)的駐波和 趨膚效應(yīng)，達(dá)到適用于均勻放電的工業(yè)化應(yīng)用水平。

圖1、是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2、圖1中201信號(hào)饋入組件結(jié)構(gòu)示意圖。圖3、是本實(shí)用新型陰極板203結(jié)構(gòu)示意圖。圖4、是本實(shí)用新型屏蔽罩204結(jié)構(gòu)示意圖。圖5、是本實(shí)用新型實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖。圖6、是本實(shí)用新型實(shí)施例2結(jié)構(gòu)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(dòng)門103，真空系統(tǒng)接入口 105，信號(hào)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(dǎo)槽209，氣體腔214，側(cè)框架216，氣體管 道220，下底板221。本實(shí)用新型貢獻(xiàn)還在于基本解決了甚高頻電源驅(qū)動(dòng)的高速沉積膜層的均勻性和 一致性問題。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的面饋入的放電電極組件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了以上提出的實(shí)用新型任務(wù)。克服 了現(xiàn)有多點(diǎn)饋入對(duì)晶化硅基薄膜VHF-PECVD沉積技術(shù)難以克服的諸多問題，如反應(yīng)室電極 結(jié)構(gòu)復(fù)雜；電極易變形、接觸面積較??；各饋入點(diǎn)之間路徑距離要求完全對(duì)稱以及完全屏 蔽等。而本實(shí)用新型的面饋入放電電極組件設(shè)計(jì)不存在這些問題，能獲取均勻電場(chǎng)大面積 腔室放電等問題，同時(shí)，對(duì)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(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。腔室02放置在真空室01內(nèi)，腔室02包括包括下后門板，上后門板，前門板，側(cè)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(hào)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(duì)應(yīng)，腰部扁平 便于安裝，信號(hào)饋入損耗少。另一個(gè)頭是201-3連接射頻/甚高頻功率電源負(fù)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(gòu)成電極板組件 在接地裝置的腔室內(nèi)，均具有有絕緣屏蔽保護(hù)裝置(未畫出)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 結(jié)合圖1-4說明本實(shí)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(shí)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(shí)抽取真空狀態(tài)用設(shè)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(duì)沉積過程及參數(shù)進(jìn)行控制，而氣相沉積室是實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)真空狀態(tài)，腔室02 用來實(shí)現(xiàn)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(cè)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(hào) 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(nèi)饋入口 203-1面接觸連接，饋入射頻/甚高頻功率電源信號(hào)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(hào)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(duì)應(yīng)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(shí)不與屏蔽罩204接觸，饋入帶201為導(dǎo)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(nèi)，將腔室02放置在 真空室01內(nèi)，關(guān)好真空室活動(dòng)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(nèi)部的管口對(duì)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(dāng)腔內(nèi)壓力達(dá)到60Pa時(shí)，打開甚高頻電源，放電清洗腔室，關(guān)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(jìn)行沉積工藝，完 成氣相沉積鍍膜。陰極板饋入口為圓形，信號(hào)饋入組件腰部扁平。見圖5，本實(shí)施例采用立式沉積室。由1個(gè)陽極板208與1個(gè)陰極板203組成1對(duì) 電極，可同時(shí)鍍膜2片基片206。具體步驟如下a)將2塊帶有600nm厚透明導(dǎo)電膜的基片206 (1640mm X 707mm X 3mm)放置于腔室 02中的2個(gè)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(dāng)腔內(nèi)壓力達(dá)到60Pa時(shí)，打開40. 68MHz 甚高頻電源，以400W功率放電清洗真空室2分鐘，關(guān)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(dāng)腔內(nèi)氣壓達(dá)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(guān)閉電源，抽高真空。f)充入氮?dú)庵链髿鈮?，打開真空室活動(dòng)門103，移出腔室02，在室溫中冷卻TCO玻
^^ ο實(shí)施例2 陰極板饋入口為圓形，信號(hào)饋入組件腰部扁平。見圖6，本實(shí)施例采用臥式沉積室，由8個(gè)陽極板208與8個(gè)陰極板203組成8對(duì) 電極，可同時(shí)鍍膜16片基片206。具體步驟如下a)將16塊帶有600nm厚透明導(dǎo)電膜的基片206 (1640mmX 707mmX 3mm)放置于腔 室02中的16個(gè)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(dāng)腔內(nèi)壓力達(dá)到60Pa時(shí)，打開40. 68MHz 甚高頻電源，以400W功率放電清洗真空室2分鐘，關(guān)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(dāng)腔內(nèi)氣壓達(dá)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(guān)閉電源，抽高真空。f)充入氮?dú)庵链髿鈮?，打開真空室活動(dòng)門103，移出腔室02，在室溫中冷卻TCO玻璃。以上結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作了詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型并不限于上 述實(shí)施例，尤其是饋入組件及陰極板的形狀，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)， 還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下作出各種變化。
權(quán)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(hào)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(nèi)，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(fù)極，饋入組件的圓形端面與電極板的信號(hào)饋入口面接觸連接，以面饋入射頻或甚頻功率電源信號(hào)；電極板的陰極板上設(shè)有接地的屏蔽罩，該屏蔽罩上開有通孔。
2.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(gè)由腰部和頭部構(gòu)成階梯形狀的導(dǎo)電體。
4.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(zhì)饋入芯、絕緣層和外殼屏蔽層構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(gè)陰極板背面和側(cè)面。
8.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(hào)饋入至陰極板背面的中心位置及四周側(cè)面的屏蔽。
10.根據(jù)權(quán)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(shí)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(shù)領(lǐng)域。沉積用放電電極組件包括電極板和其上的信號(hào)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(nèi)，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(fù)極，饋入組件的圓形端面與電極板的信號(hào)饋入口面接觸連接，電極板的陰極板上設(shè)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(diǎn)或多點(diǎn)饋入因饋線距離造成的損耗，在射頻或甚高頻功率電源驅(qū)動(dòng)下可獲得均勻電場(chǎng)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(yīng)，能夠提高產(chǎn)率，降低成本。
文檔編號(hào)C23C16/505GK201756584SQ20102022359
公開日2011年3月9日 申請(qǐng)日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者何祝兵, 周建華, 李志堅(jiān), 李毅, 王春柱, 胡盛明 申請(qǐng)人:深圳市創(chuàng)益科技發(fā)展有限公司