[發明專利]非同步脈沖式制備功能薄膜的方法和系統

有效

• 申請號: 200810091187.5
• 申請日: 2008-04-09
• 公開（公告）號: CN101555593A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 李沅民;楊與勝
• 申請（專利權）人: 福建鈞石能源有限公司
• 主分類號: C23C16/513
• 分類號: C23C16/513;C23C16/54
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 黃小臨;錢大勇

技術領域

本發明屬于真空鍍膜領域，特別涉及到一種使用化學氣相沉積法通過非連續性的脈沖式(pulsed)高頻激發等離子體來制備功能薄膜的方法和系統。

背景技術

太陽能光伏發電是獲得有利于環境的可再生能源的重要途徑之一，薄膜太陽能電池代表著光伏技術的發展趨勢。基于硅薄膜的太陽能電池具有低成本，便于大面積制造集成的優點。

其中多晶硅薄膜太陽能電池，成本較低，轉換效率較高。因此，多晶硅薄膜電池將會在太陽能電池市場上占據重要地位。目前制備多晶硅薄膜電池的薄膜多采用化學氣相沉積法。

而氫化非晶硅薄膜太陽能電池成本低，重量輕，轉換效率較高，便于大規模生產，有極大的潛力。但受制于其材料引發的光電效率衰退效應，穩定性不高。如果能進一步解決穩定性問題及提高轉換效率問題，那么，非晶硅太陽能電池無疑是太陽能電池的主要發展產品之一。納米硅太陽能電池是新近發展的，優點在于它廉價的成本和簡單的工藝及穩定的性能。氫化非晶硅(hydrogenated?amorphous?silicon，a-Si)和納米硅(nano-crystalline?silicon，nc-Si)等的基于氫化硅的薄膜通常是用射頻等離子體增強化學氣相沉積法(RF-PECVD)在大面積基板上獲得。

為了提高上述真空鍍膜系統的生產量，在一個給定的等離子體反應箱中，一般同時在盡可能多的基板上進行沉積。在此提出了一個等離子體反應箱的概念，使得在等離子體反應箱中可以同時驅動多個電極，以在多個區域中產生等離子體，在多個電池基板(或用于生長其它功能薄膜的基板)上進行沉積。

圖1顯示了現有技術中的這類PECVD等離子體反應箱中電極的排列。在一個真空室(即，等離子體反應箱)內部，置有多個接地的板狀正電極7?和多個用來產生等離子體的板狀負電極(即，功率電極(power-electrode)或帶電電極)8A、8B、8C、8D等等。這些板狀正、負電極相互平行間隔放置且間距相等，這些平行板狀電極的首尾均為正電極7。被鍍膜的電池基板平行放在任一正電極7以及與其相鄰的一個或兩個負電極8A?(8B、8C、8D、......)相對的兩面之間。當外界提供的電力9A、9B、9C、9D等等分別施加于負電極8A、8B、8C、8D等等時，等離子體在相鄰的正負電極之間的區域31中形成，并在電池基板上鍍膜。

傳統的生長工藝使用連續激發等離子體的鍍膜過程，也就是說在平行的正電極和負電極之間的輝光放電是依靠連續地向負電極提供電能的方法維持的。這種方法的一個缺點是在使用大功率電能生長氫化硅薄膜時，等離子體中的離子和聚合化的硅顆粒密度隨著氫化硅薄膜的生長速率的提高而增大，從而導致顆粒和粉末沉積于真空反應室的內表面上，并進入所鍍薄膜而影響其光電質量。這種顆粒和粉末也往往造成大面積光電器材結構上的缺陷，比如分流短路。這個問題在廣為采用的相對低溫生產氫化硅太陽能電池時尤為明顯。

另外一個嚴重的問題是，在同樣的激發頻率(例如13.56MHz)下，連續的RF(射頻)功率同時供給到全部負電極。由于相鄰的負電極間距較小(不超過8厘米)，使RF輻射泄漏并耦合到鄰近的等離子體區和電極中，在等離子體形成區31中耗散的RF功率彼此互相作用產生干擾。RF干擾隨功率的提高而更為嚴重。RF干擾導致的不均衡射頻電場和不均勻薄膜沉積將嚴重地影響大面積沉積薄膜的性能和外觀。對于這種功能薄膜部件的生產來說，性能和產量都受到不佳影響。

到目前為止，仍然沒有找到簡單有效的方案來解決在等離子體反應箱中的RF干擾(干涉)問題。因此企盼找到解決等離子體反應箱中的RF干擾問題的新方法和裝置。

發明內容

基于上述考慮，申請人擬訂了本發明的首要目的：提供一種非連續性的脈沖式(pulsed)高頻激發等離子體的方法和系統，從而消除等離子體反應箱(plasma-box)中相鄰激發(帶電)電極同時以同一頻率供電時所產生的干擾現象。