專利名稱：大面積薄膜沉積設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及ー種大面積薄膜沉積設(shè)備。
背景技術(shù)：
微晶硅薄膜電池沒有非晶硅薄膜電池的光致衰減效應(yīng)，而且相對(duì)于非晶硅薄膜電池，微晶硅薄膜電池具有更高的電池轉(zhuǎn)換效率。微晶硅薄膜電池具有非常小的光學(xué)帶隙(I. IeV)，作為薄膜雙結(jié)疊層電池或三結(jié)疊層電池的底電池，能夠明顯地提高薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率。如單結(jié)非晶硅薄膜電池的效率為7-8 %，而以微晶硅作為底電池的非晶硅/微晶硅雙結(jié)疊層電池的轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到9-10%，作為三結(jié)的非晶硅/非晶硅鍺/微晶硅疊層電池的轉(zhuǎn)換效率則可以提高到11-12%。然而，微晶硅薄膜和晶體硅一祥，都是屬于間接帶隙的半導(dǎo)體材料，吸收系數(shù)低于 非晶硅薄膜，因此為了實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光的完全吸收，需要制備厚度較薄的微晶硅膜層。在微晶硅薄膜的沉積技術(shù)當(dāng)中，即使采用目前最優(yōu)化的光陷阱技術(shù)，實(shí)際制備中微晶硅膜層的厚度也在lum。這在生產(chǎn)上大大增加了制備的時(shí)間，限制了生產(chǎn)規(guī)模的提高和成本的降低。因此，如何提高微晶硅薄膜電池的沉積速率，縮短沉積的過程和時(shí)間，是大規(guī)模低成本生產(chǎn)的前提。目前，常用的高速沉積微晶薄膜的制備方法主要是在高功率和高壓カ的條件下采用等離子體增強(qiáng)氣相化學(xué)沉積法。一方面這種制備方法的沉積速率提高有限，大規(guī)模的生產(chǎn)一般為O. 5nm/s ;另一方面，高的沉積壓力増大了氣體的氣相反應(yīng)的概率，容易形成聚合物的顆粒，導(dǎo)致薄膜沉積的不均勻性。同時(shí)，較高的沉積功率，増大了等離子體的弧電壓，從而使極板附近的離子加速轟擊已經(jīng)沉積好的膜層，増加了膜層的缺陷。甚高頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法，可以進(jìn)ー步提高微晶硅薄膜的沉積速率，同時(shí)能夠降低高能離子對(duì)膜層表面的轟擊的破壞，這是由于高的沉積頻率増加了電子的密度，同時(shí)減小了離子的能量。但是，由于隨著沉積頻率的升高和電極尺寸的増大，駐波效應(yīng)的產(chǎn)生會(huì)極大的降低電極板電壓分布的均勻性，從而降低微晶硅薄膜沉積的均勻性。另外在基板的邊緣處，由于電壓分布的不連續(xù)，降低了電極電壓，使沉積的膜層相對(duì)基板中間位置變薄。而在陰極周圍，由于腔室或盒體的內(nèi)壁與陰極更接近，且氣體在腔室的內(nèi)壁處流動(dòng)相對(duì)較慢，因此這一區(qū)域的氣體離解率較大，會(huì)導(dǎo)致沉積的膜層較厚。以上目前存在的問題都對(duì)高速沉積微晶硅薄膜的均勻性提出了挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供ー種大面積薄膜沉積設(shè)備，能夠提高快速沉積大面積微晶硅薄膜的均勻性。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的ー種大面積薄膜沉積設(shè)備，包括腔體和腔體內(nèi)部的平行放置的激勵(lì)電極板和接地電極板、射頻電源、進(jìn)氣管路以及排氣閥門，基板位于接地電極板表面，所述激勵(lì)電極板面向接地電極板的表面為具有高斯分布形狀的曲面。
所述射頻電源的饋入方式為在所述激勵(lì)電極板上面的中心位置單點(diǎn)饋入。所述接地電極板的接地方式為中心位置單點(diǎn)接地。所述激勵(lì)電極板的曲面弦處具有介質(zhì)薄板。所述基板的四周具有薄層的鋁框。所述基板的四周具有薄層的PET等介質(zhì)材料層，覆蓋在基板的邊緣表面。所述接地電極板與腔體內(nèi)壁的距離大于10cm。所述介質(zhì)薄板上具有優(yōu)化分布的氣孔。所述設(shè)備還包括連接于激勵(lì)電極板和接地電極板兩側(cè)邊緣的排氣孔柵。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的大面積薄膜沉積設(shè)備，通過優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、反應(yīng)氣體進(jìn)氣和排氣方式設(shè)計(jì)以及電源的饋入和接地方式設(shè)計(jì)等，能夠使1.4m2的大尺寸的微晶硅薄膜，在沉積速率為O. 5nm/s的情況下，均勻性保持在15 %以內(nèi)，大大提高了高速沉積微晶硅薄膜的均勻性。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖I為現(xiàn)有的大面積薄膜沉積設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的大面積薄膜沉積設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。所述示圖只是說明性而非限制性的，在此不能過度限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。圖I為現(xiàn)有的大面積薄膜沉積設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，電極板11和12均為平板電極，玻璃基板13平方在電極板12表面。由RF電源14向電極板11上等距地接入4個(gè)電極饋入點(diǎn)15。電極板12采用兩邊對(duì)稱接地16，腔體進(jìn)行銅帶接地17。反應(yīng)氣體由腔體左側(cè)18進(jìn)入，由右側(cè)19排出。這種設(shè)備結(jié)構(gòu)，其問題在于電極板11電壓分布不均勻，同時(shí)多個(gè)電源饋入點(diǎn)15的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)增加電極板11電壓分布的復(fù)雜性；玻璃基板13的邊緣處電壓分布由玻璃基板13向邊緣降低；這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成的電壓不均導(dǎo)致成膜的不均勻。同樣，現(xiàn)有的平行玻璃基板13單側(cè)進(jìn)氣18和單側(cè)排氣19的結(jié)構(gòu)造成氣體分布的不均勻，從而產(chǎn)生鍍膜的不均勻。腔室的角落位置10也會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)粉塵，影響成膜的均勻性。本發(fā)明的大面積薄膜沉積設(shè)備，包括腔體和腔體內(nèi)部的平行放置的激勵(lì)電極板和接地電極板、射頻電源、進(jìn)氣管路以及排氣閥門，基板位于接地電極板表面，所述激勵(lì)電極板面向接地電極板的表面為具有高斯分布形狀的曲面。圖2為根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的大面積薄膜沉積設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本發(fā)明的大面積薄膜沉積設(shè)備，包括激勵(lì)電極板21和接地電極板22，RF電源24的饋入的方式選擇在激勵(lì)電極板21上面的中心位置35單點(diǎn)饋入，這樣能夠獲得最佳的電極板表面電壓分布的均勻性。但是在高速沉積微晶硅薄膜電池的甚高頻等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積中，由于頻率増大引起的駐波效應(yīng)，使通常的平板形的激勵(lì)電極板的表面電壓的分布呈現(xiàn)不均勻性，由中間饋入點(diǎn)位置向四周邊緣逐漸減小，尤其是電極板長(zhǎng)邊方向的邊緣中心位置，電壓下降最為明顯。因此，本發(fā)明大面積薄膜沉積設(shè)備的激勵(lì)電極板21相對(duì)于接地電極板22的表面是具有高斯分布形狀的曲面211。在激勵(lì)電極板21的曲面211弦處安裝一介質(zhì)薄板26。這樣的結(jié)構(gòu)可以消除平板電極中的由中心位置向四周邊緣電壓下降的分布不均勻。對(duì)承載基板23的接地電極板22也采用在電極板中心位置25單點(diǎn)接地的方式，配以反應(yīng)腔室的整體接地27，且接地均采用寬銅帶接地。通過對(duì)激勵(lì)電極板21的形狀改進(jìn)和射頻饋入以及接地電極板22接地方式的改進(jìn)可以保證甚高頻下基板23中間電壓分布的均勻性。由于基板23與接地電極板22在邊緣處的不連續(xù)性，以及腔室內(nèi)壁角落處氣體流動(dòng)相對(duì)較差，使得基板23邊緣處的薄膜均勻性較差，通常在邊緣10cm-15cm范圍內(nèi)?；?3與接地電極板22在邊緣處的不連續(xù)，會(huì)引起電壓在基板邊緣處下降，使得邊緣沉積的薄膜逐漸變薄。因此本發(fā)明通過在基板23的四周加ー薄層的鋁框28，消除這種邊緣突變引起 的電壓下降。腔室內(nèi)壁角落處氣體流動(dòng)速率相對(duì)較慢，這一區(qū)域的氣體的氣相反應(yīng)的幾率大，因此容易形成高聚物，產(chǎn)生粉末，這些粉末的形成會(huì)影響邊緣電壓的分布。因此本發(fā)明通過在基板23四周加上薄層的PET等介質(zhì)材料層29，覆蓋在基板23的邊緣表面。同時(shí)使接地電極板22與腔體內(nèi)壁的距離大于10cm，可以降低基板23邊緣粉末的形成。反應(yīng)氣體經(jīng)進(jìn)氣管路30通過激勵(lì)電極板21的介質(zhì)層26上的優(yōu)化分布的氣孔36進(jìn)入反應(yīng)腔室，同時(shí)尾氣的排放通過在腔室兩側(cè)的閥門23同時(shí)抽氣，以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)氣體分布的均勻性，提高薄膜沉積的均勻性。此外，連接于激勵(lì)電極板21和接地電極板22兩側(cè)邊緣的排氣孔柵32可以防止等離子向電極邊緣的外側(cè)泄露，消除邊緣鍍膜的不均勻性。在以上設(shè)備改造完成后，高速沉積微晶硅薄膜，采用高的沉積壓力和小的電極間距，在配合甚高頻沉積，可以在提高薄膜沉積速率的同時(shí)，減小粉末的形成，以及獲得均勻的高性能的微晶硅薄膜材料。O. 5nm/s沉積的基板面積為I. 4m2的大尺寸的微晶硅薄膜的均勻性在15%以內(nèi)。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述掲示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種大面積薄膜沉積設(shè)備，包括腔體和腔體內(nèi)部的平行放置的激勵(lì)電極板和接地電極板、射頻電源、進(jìn)氣管路以及排氣閥門，基板位于接地電極板表面，其特征在干所述激勵(lì)電極板面向接地電極板的表面為具有高斯分布形狀的曲面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大面積薄膜沉積設(shè)備，其特征在于所述射頻電源的饋入方式為在所述激勵(lì)電極板上面的中心位置單點(diǎn)饋入。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大面積薄膜沉積設(shè)備，其特征在于所述接地電極板的接地方式為中心位置單點(diǎn)接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大面積薄膜沉積設(shè)備，其特征在于所述激勵(lì)電極板的曲面弦處具有介質(zhì)薄板。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大面積薄膜沉積設(shè)備，其特征在于所述基板的四周具有薄 層的鋁框。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大面積薄膜沉積設(shè)備，其特征在于所述基板的四周具有薄層的PET等介質(zhì)材料層，覆蓋在基板的邊緣表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大面積薄膜沉積設(shè)備，其特征在于所述接地電極板與腔體內(nèi)壁的距離大于10cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大面積薄膜沉積設(shè)備，其特征在于所述介質(zhì)薄板上具有優(yōu)化分布的氣孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大面積薄膜沉積設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備還包括連接于激勵(lì)電極板和接地電極板兩側(cè)邊緣的排氣孔柵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大面積薄膜沉積設(shè)備，包括腔體和腔體內(nèi)部的平行放置的激勵(lì)電極板和接地電極板、射頻電源、進(jìn)氣管路以及排氣閥門，基板位于接地電極板表面，所述激勵(lì)電極板面向接地電極板的表面為具有高斯分布形狀的曲面。本發(fā)明大面積薄膜沉積設(shè)備能夠提高快速沉積大面積微晶硅薄膜的均勻性。
文檔編號(hào)C23C16/50GK102851653SQ20121033066
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月10日
發(fā)明者胡安紅, 張津燕, 徐希翔, 李沅民, 單洪青 申請(qǐng)人:福建鉑陽(yáng)精工設(shè)備有限公司