[發明專利]薄膜沉積設備

無效

• 申請號: 201010197749.1
• 申請日: 2010-06-11
• 公開（公告）號: CN102021537A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 單洪青;張迎春;李沅民
• 申請（專利權）人: 福建鈞石能源有限公司
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及薄膜沉積技術領域，特別涉及一種沉積硅基薄膜和硅基合金薄膜的薄膜沉積設備。

背景技術

隨著能源的日益短缺人們對太陽能的開發和利用日趨重視。市場對更大面積、更輕更薄且生產成本更低的新型太陽能電池的需求日益增加。新型太陽能電池中的基于硅材料的合金薄膜太陽能電池(以下簡稱薄膜太陽能電池)、特別是大面積薄膜太陽能電池的開發已受到世界范圍的廣泛關注。薄膜太陽能電池用硅量極少，便于大規模集成制造，更容易降低成本。在可再生能源必須與傳統化石能源競爭的情況下，薄膜太陽電池已成為太陽能電池應用的趨勢。

薄膜太陽能電池是多層器件，典型的薄膜太陽能電池通常包括玻璃基板、透明導電前電極、p-i-n疊層結構，以及背電極和背保護板等。其中p-i-n疊層結構的p層為p型摻雜的薄膜硅層、i層非摻雜或本征的薄膜硅層、n層為n型摻雜的薄膜硅層。p層和n層在i層兩側之間建立內部電場，收集i層中的由入射光能產生的光致載流子。這個p-i-n疊層組合稱為一個光電單元，或一個“結”。單結薄膜太陽能電池含有單一的光電單元，而多結薄膜太陽能電池則含有兩個或多個疊加在一起的光電單元。

大面積薄膜太陽能電池的p-i-n疊層結構的各層是利用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)工藝在大型PECVD沉積設備中沉積而成的。優選的沉積設備是例如專利號為200820008274.5的中國專利中所描述的可在大面積基板上、大批量沉積薄膜的大型PECVD沉積設備。圖1為該設備簡化結構示意圖，圖2和圖3為圖1所示設備的工件架的正面和立體簡化結構示意圖。如圖1所示，并參照圖2和圖3，薄膜沉積設備包括一真空箱體50，其內部放置工件架101。工件架101的上橫梁112和下橫梁111之間具有等距、相互平行、間隔交替排列的激勵電極板104和接地電極板106。(為簡便起見，圖1中未示出上橫梁)。激勵電極板104和接地電極板106的數量可以根據生產要求而定。激勵電極板104和接地電極板106的兩側表面均為平坦表面，可放置需要沉積薄膜的基板121(如玻璃基板)。薄膜沉積設備的箱體50具有進氣口51和排氣口52。工件架101頂部具有噴淋板110，其上均勻密布通氣孔115，噴淋板110上方為布氣盒70。在薄膜沉積的過程中，反應氣體由進氣口51進入布氣盒70，通過噴淋板110上的眾多的通氣孔115后均勻地進入激勵電極板104和接地電極板106之間的反應空間，也就是基板121之間的反應空間，沿箭頭所指方向自上而下流動，激勵電源向激勵電極板104提供射頻能量，將反應氣體電離為等離子體在基板表面沉積薄膜，剩余的反應氣體從工件架101底部的下橫梁111間的電極板下方的空間(見圖3所示)流出，沿箭頭方向由排氣口52排出。該設備不同于大多數廠家使用的帶噴淋電極的、且一個電極只對應一個鍍膜表面的多室沉積設備，該設備能夠同時對很多片大面積基板(例如玻璃基板)進行鍍膜，因此生產效率極高。

由于薄膜沉積設備的真空箱體50和工件架101的整體體積較大，反應氣體在反應空間中流動時，進入到反應空間上部的反應氣體首先被電離，然后剩余的反應氣體再流到反應空間的下部被電離。當使用混合氣體沉積合金薄膜時，例如用硅烷和鍺烷沉積多結電池的第二結電池的非晶硅鍺i層時，由于鍺烷的分解速率要高于硅烷，而現有的沉積工藝大多是利用連續輸出的射頻功率電離反應氣體，在連續功率激發的情況下鍺烷在進入反應空間后會先于硅烷分解，隨著氣體的流動，鍺烷逐漸減少，而硅烷的消耗相對穩定，從而使整片基板上明顯呈現薄膜從上到下鍺含量的遞減，厚度和帶隙(成分)都呈現出從上到下遞減的非均勻性，特別是制造硅鍺合金大面積光伏電池板時問題更為嚴重。原則上講，加大氣體流量可以改善上述問題，但由于鍺烷氣體很昂貴，不利于低成本低污染產業化生產。而且如果流速過快，還會造成沉積薄膜的前期物質上下分布不均勻的問題。