专利名称：太阳能电池沉积用放电电极板阵列的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能电池技术，确切的说一种由甚高频电源、2 . 12MHz 100MHz)驱动的硅基薄膜太阳能电池沉积室用放电电极板阵列。
背景技术：
目前，硅基薄膜太阳能电池，采用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)获取单结或多结的光电转换P-I-N膜层，在薄膜太阳能电池制造行业通用这种射频电容耦合平行电极板反应室。由电极板组件构成电极板阵列在反应室内进行等离子体化学气相沉积。射频电容耦合平行板电极反应室广泛应用于非晶硅、非晶硅锗、碳化硅、氮化硅、氧化硅等材料薄膜的大面积沉积。硅基薄膜太阳能电池是太阳能行业的一个重要分支，所采用的平行电极板容性放电模式是太阳能电池行业的核心技术之一。13. 56MHz射频广泛应用于非晶硅基薄膜材料的高速制备，生产效率高、工艺成本低。随着太阳能市场对娃基薄膜技术要求不断提高，微晶、纳米晶硅基薄膜材料受到行业高度关注。但是在微晶工艺环境下， 13. 56MHz射频波衍生的等离子体浓度小，沉积速率低，沉积足够厚度薄膜所需时间长，背景污染大，从而制备出的薄膜杂质含量高，光电学性能差，严重影响产品品质性能。如何高速沉积成为晶化硅基薄膜技术能够成功服务于产业的关键。甚高频指频率为13. 56MHz的两倍或者更高倍的合法射频。在行业内，应用较多的甚高频一般为27. 12 200MHz的范围。然而，在容性放电模式中，甚高频引发的驻波效应和趋肤效应非常明显，而且随着驱动频率的增加而增强。美国加州大学Berkeley分校的M. A. Lieberman教授对这两种效应做了深入研究。研究结果表明，甚高频PECVD沉积均勻薄膜的临界条件在于激发频率的自由空间波长(Xtl)远大于容性放电电极板腔室尺寸因子(X)，趋肤深度(δ )远大于容厚因子(η。)以放电面积Im2为例，60MHz的激发频率下，δ ^ η。因此在此激发频率下，趋肤和驻波效应非常明显，导致Im2电极板上放电极不均勻。所以如何实现甚高频驱动的均勻大面积放电是晶化硅基薄膜技术亟待解决的技术难题之一，这引起了行业的极大兴趣。2003年，美国专利2003/0150562Α1公开了平板电容耦合放电中利用磁镜改善甚高频造成的电场不均勻性。中国专利200710150227. 4， 200710150228. 9,200710150229. 3，公开了甚高频电极的三种设计，通过甚高频信号的不同馈入形式，获得均勻电场。但现存在的问题是1)VHF-PECVD反应室电极设计结构复杂；2) 仍需要继续改进的理由是生产中要对反应室及电极经常装卸和不断的清洗，都会造成异形电极变形；幻现有专利中的多点馈入结构接触面积较小，要求各个馈入点路径对称，馈入点之间的连接导体与阴极板之间不能有接触，准确的说连接导体需要与阴极板之间隔离屏蔽才能实现有效放电。这些结构设计的实际要求比较苛刻，决定放电均勻程度的因素太多， 而且不能满足生产中拆洗等实际需求。因此在行业设备中，单点馈入为主流结构设计，但是由于驻波和趋肤效应，单点馈入结构不能满足馈入高频频率提升的要求。为此，需要对现有沉积夹具及电极朝实用性方面作进一步开发和改进，面对当前市场需求，使质量提高，成本降低。同时，对于处理或沉积多片玻璃的CVD夹具体系，也是一个发展趋势。因此，对于能满足大批量生产，采用有效甚高频馈入模式的工业化产品开发和设计，对产业发展具有重要的实际意义。
实用新型内容本实用新型目的旨在解决甚高频电源驱动的放电不均勻性问题，而提供一种可获得均勻电场的大面积VHF-PECVD沉积室使用一种全新概念设计的电极板组件构成的电极板阵列，以适用于产业化的大面积VHF-PECVD电极板多片阵列。本实用新型为实现以上任务提出的技术解决方案包括提供一种太阳能电池沉积用放电电极板阵列，包括至少一个电极板组件、信号馈入组件，其特征在于还包括由多个带屏蔽罩的电极板组件和信号馈入组件构成的电极板阵列，该电极板组件包括至少一对阴极板和一块阳极板，信号馈入组件的一个端面呈矩形，该矩形端面与电极板组件的馈入口面接触连接，馈入高频或甚高频功率电源信号至电极板组件的每块阴极板背面的中心区域下凹面内的馈入口。所述的电极组件的阳极板的两个面分别朝向对称放置的阴极板的有效放电工作所述的信号馈入组件包括由铜质馈入芯带和外表屏蔽层构成Z字形条状的信号馈入带。所述的电极板组件包括单面放电的阴极板、陶瓷绝缘层、屏蔽罩，所述的屏蔽罩覆盖整个阴极板背面和侧面。所述的电极板阵列由多套带屏蔽罩的阴极板与多套接地的阳极板，构成具有放电间距的电极板腔室阵列。所述的阴极板屏蔽罩，还包括射频或甚高频功率电源信号馈入至阴极板背面的中心位置及四周侧面的屏蔽。所述的信号馈入组件的另一端接包括高频或甚高频功率电源信号在内的阴极输出口和功率电源匹配器。本实用新型所产生的积极有益效果是，区别于插槽式阴极板侧面馈入方式，本实用新型能够获得更高均勻度和更大放电面积的稳定放电，接入电容小，实际放电功率大，电极板阵列之间射频干扰小。也区别于单室沉积系统的阴极板中心点式馈入，接入电容小、驻波和趋肤效应小，可集成阵列式多室沉积，极大提高生产效率。因此，通过优化甚高频电源馈入形式、电极板的结构，解决射频/甚高频大面积放电均勻性问题，也是晶化硅基薄膜高速高效制备技术的前提。本实用新型适用于任何功率、27. 12MHz 200MHz区间任何法定频率的甚高频电源的大面积均勻放电。这种结构能够适用于多片沉积系统，大大提高产率和降低了电池成本。该实用新型突破常规电极设计技术的限制，有效的消除了甚高频引发的驻波和趋肤效应，达到适用于均勻放电的工业化应用水平。
图1是本实用新型电极板阵列示意图。图2是图1中信号馈入组件201结构示意图。图3是图1中203阴极板结构示意图。[0016]图4是图1中204阴极板屏蔽罩结构示意图。图5是本实用新型实施例2的示意图。图6是本实用新型实施例3的示意图。图7是实施案例中膜厚测试取样点分布图。图8是本实用新型的实施例2示意图，4个不同电极玻璃在电极板中沉积的微晶硅薄膜厚度分布。图9是本实用新型实施例2中典型的微晶硅拉曼谱。本实用新型贡献还在于基本解决了甚高频电源驱动的高速沉积膜层的均勻性和一致性问题。
以下结合附图进一步说明本实用新型内容图1-4中，真空室01，气体系统接入口 101，真空系统接入口 105，阴极板203的陶瓷绝缘层207，接地金属导槽209，信号馈入组件201，馈入口 203-1的馈入面201-1，外表绝缘屏蔽层202，放置在阴极板和阳极板上待沉积的基片206。由阳极板208，阴极板203，阴极板屏蔽罩204，信号馈入组件201组成的电极阵列安装在真空室01内，阴极板203中心区域的馈入口 203-1是矩形。配套使用的信号馈入组件201的馈入端面201-1矩形，馈入组件201呈Z字形，其腰部扁平便于安装，信号馈入损耗少。克服了现有多点馈入对晶化硅基薄膜VHF-PECVD沉积技术难以克服的诸多问题，如反应室电极结构复杂；电极易变形、接触面积较小；各馈入点之间路径距离要求完全对称以及完全屏蔽等。而本实用新型的面馈入设计不存在这些问题，解决了能够获取均勻电场大面积腔室放电。尤其高效利用阳极板双工作面，对于处理或沉积多片玻璃基片的CVD电极板阵列体系，采用有效甚高频面馈入模式，取得了工业化生产可操作工艺，能够满足硅基薄膜太阳能电池大批量生产的需要。
具体实施方式
实施例1 结合图1-4说明本实施例工作原理。两个阴极板203共用一个阳极板208，组成两对电极，可同时镀膜四片基片206，依次可以构成阵列，以提高本实用新型阵列的工作效率， 从而提高电池芯片产率。气相沉积系统主要由气相沉积室、气体系统、电源系统、真空系统、 加热系统、控制系统等组成，气体系统主要是提供气相沉积的各种所需气体和气体管路，电源系统主要是提供沉积时所需要的电离成等离子体状态的射频或甚高频电源，真空系统主要是提供沉积时抽取真空状态用设备及管路，加热系统主要是给气相沉积室加热，控制系统主要是对沉积过程及参数进行控制，而气相沉积室是实现将气体沉积在基片206上并完成镀膜的装置。气相沉积室主要由真空室01、电极板阵列组成。真空室01用来实现真空状态，电极板阵列用来实现等离子放电，将气体沉积在基片206上。电极板阵列主要由阴极板203、阴极板屏蔽罩204、陶瓷绝缘层207、阳极板208、信号馈入组件201、外表绝缘屏蔽层 202组成。真空室01上连接有接地金属导槽209，用来固定阳极板208、阴极板203、阴极屏蔽罩204，阳极板208直接插入金属导槽209内并与槽接触，并使阴极板屏蔽罩204与金属导槽209接触，阴极板203与阴极屏蔽罩204之间加装陶瓷绝缘层207使其不能接触。阳极板208和阴极屏蔽罩204通过与金属导槽209接触再与真空室01接触实现接地。在阴极板203背面中心区域下凹面内有馈入口 203-1，信号馈入组件201为一 Z字形条状的信号馈入带，其信号馈入带的一个端面呈矩形与阴极板馈入口 203-1面接触，将射频/甚高频功率电源信号馈入至阴极板203，阴极板屏蔽罩204覆盖整个阴极板背面和侧面，在阴极板屏蔽罩204中间相应于馈入口 203-1位置开有孔204-1，使得信号馈入组件201从阴极板203 引出时不与阴极板屏蔽罩204接触，信号馈入组件201上套有外表绝缘屏蔽层202，以防与阴极板屏蔽罩204接触。将基片206固定在电极板上，将电极板阵列置于真空室01中，通过真空系统先抽真空到理想状态，再进行通气沉积工艺，完成气相沉积镀膜。阴极板馈入口为矩形，信号馈入组件为腰部扁平。图5，本实施例采用立式沉积室，两个阴极板203共用一个阳极板208，组成两对电极，可同时镀膜四片基片206。具体步骤如下a)将4块带有600nm厚透明导电膜的玻璃基片206 (1640mmX 707mmX 3mm)放置于真空室01中的四个基片位置，膜面朝外，玻璃面朝电极板。b)真空抽到5. OX KT4Pa之后，通入氩气，当腔内压力达到601 时，打开40. 68MHz 甚高频电源，以400W功率放电清洗真空室2分钟，关闭电源。c)之后抽高真空至5.0 X 左右，用氩气清洗两次。d)按照5slpm通入混和气(硅烷加氢气)，当腔内气压达到60Pa，打开40. 68MHz 甚高频电源，以400W功率放电，沉积微晶硅本征层40分钟。e)关闭电源，抽高真空。f)充入氮气至大气压，打开真空室炉门，在室温中冷却TCO玻璃。镀膜过程结束之后在该玻璃上取样40个点(如图7所示)，检测各点膜厚。其中一块基片206上沉积的微晶硅膜厚测试结果如表1所示
权利要求1.一种太阳能电池沉积用放电电极板阵列，包括至少一个电极板组件、信号馈入组件， 其特征在于还包括由多个带屏蔽罩的电极板组件和信号馈入组件构成的电极板阵列，该电极板组件包括至少一对阴极板和一块阳极板，信号馈入组件的一个端面呈矩形，该矩形端面与电极板组件的馈入口面接触连接，馈入高频或甚高频功率电源信号至电极板组件的每块阴极板背面的中心区域下凹面内的馈入口。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池沉积用放电电极板阵列，其特征在于所述的电极组件的阳极板的两个面分别朝向对称放置的阴极板的有效放电工作面。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池沉积用放电电极板阵列，其特征在于所述的信号馈入组件包括由铜质馈入芯带和外表屏蔽层构成Z字形条状的信号馈入带。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池沉积用放电电极板阵列，其特征在于所述的电极板组件包括单面放电的阴极板、陶瓷绝缘层、屏蔽罩，所述的屏蔽罩覆盖整个阴极板背面和侧面。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能电池沉积用放电电极板阵列，其特征在于所述的电极板阵列由多套带屏蔽罩的阴极板与多套接地的阳极板，构成具有放电间距的电极板腔室阵列。
6.根据权利要求1或5所述的一种薄膜太阳能电池沉积用放电电极板阵列，其特征在于所述的阴极板屏蔽罩，还包括射频或甚高频功率电源信号馈入至阴极板背面的中心位置及四周侧面的屏蔽。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池沉积用放电电极板阵列，其特征在于所述的信号馈入组件的另一端接包括高频或甚高频功率电源信号在内的阴极输出口和功率电源匹配
专利摘要本实用新型涉及一种太阳能电池沉积用放电电极板阵列，属于太阳能电池技术领域。太阳能电池沉积用放电电极板阵列包括由多个带屏蔽罩的电极板组件和信号馈入组件构成的电极板阵列，该电极板组件包括至少一对阴极板和一块阳极板，信号馈入组件的一个端面呈矩形，该矩形端面与电极板组件的馈入口面接触连接，馈入高频或甚高频功率电源信号至电极板组件的每块阴极板背面的中心区域下凹面内的馈入口。积极效果是克服了一点或多点馈入因馈线距离造成的损耗，在射频或甚高频功率电源驱动下可获得均匀电场大面积稳定放电，有效的消除了甚高频引发的驻波和趋肤效应，能够提高产率，降低成本。
文档编号H05H1/46GK201994322SQ20102022357
公开日2011年9月28日 申请日期2010年6月11日 优先权日2010年6月11日
发明者何祝兵, 周建华, 李志坚, 李毅, 王春柱, 胡盛明 申请人:深圳市创益科技发展有限公司