[發明專利]鈣鈦礦薄膜的低壓化學沉積的設備及其使用方法和應用

在審

• 申請號: 201610722840.8
• 申請日: 2016-08-25
• 公開（公告）號: CN107785488A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 姚冀眾;顏步一
• 申請（專利權）人: 杭州纖納光電科技有限公司
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;C23C16/44;C23C16/455;C23C16/458
• 代理公司: 浙江一墨律師事務所33252
• 代理人: 陳紅珊

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，特別涉及一種鈣鈦礦薄膜的低壓化學沉積的設備及其使用方法和應用。

背景技術

太陽能電池是一種利用半導體的光伏效應將太陽能轉化為電能的能量轉換器件。發展至今，太陽能發電已經成為除水力發電之外最重要的可再生能源。現用于商業化的太陽能電池組件材料包括單晶硅、多晶硅、非晶硅、碲化鎘、銅銦鎵硒等等，但大多能耗大、成本高。

近年來，一種鈣鈦礦太陽能電池受到廣泛關注，這種鈣鈦礦太陽能電池以有機金屬鹵化物為光吸收層。以此種材料制備薄膜太陽能電池的工藝簡便、生產成本低、穩定且轉化率高，自2009年至今，光電轉換效率從3.8%提升至22%以上，已高于商業化的晶硅太陽能電池且具有較大的成本優勢。

現有鈣鈦礦太陽能電池制備中的核心部分，鈣鈦礦層的制備，可以通過兩種途徑實現：溶液途徑和氣相途徑。其中溶液途徑對生產環境和設備要求低，操作簡便，在常溫常壓下就可制備成膜，但所形成的鈣鈦礦薄均一性差，在膜微觀結構中孔洞太多，漏電流大，嚴重影響太陽能電池的效率，且重復性差。因此此途徑不適合大規模、大尺寸生產。氣相途徑通過對環境和生產過程參數更精確的控制，可以克服上述困難，并且可以通過簡單的設備擴張實現大規模生產。氣相途徑的一種方法涉及用類似化學氣相沉積（CVD）的方法和設備制備鈣鈦礦層。在現有技術中，使用的CVD設備中的反應物蒸氣均是隨著載氣（carrier gas）單向流通到基底一側的表面再沉積、擴散并反應，基底的另一側為了確保透明，使用擋板遮掩，這樣就降低了鈣鈦礦層的制備效率，因為基底有擋板的那側完全沒有利用到，而更為重要的一點在于在光伏組件的實際生產應用中，組件的最終成本與產量密切相關，產量越高，組件成本越低。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種鈣鈦礦薄膜的低壓化學沉積的設備及其使用方法和應用，將現有的基底有擋板的那側換成另一片基底，兩片基底按照“背靠背”的模式直立在工位上時，同時改進了載氣和反應物蒸氣的流通形式，使得載氣和反應物蒸氣從CVD管的兩端同時向中間區域流動，中間區域為基底存放和反應區域，從而使得背靠背的兩片基底可以同時均勻地接受反應物蒸氣發生反應，則在同一個工位上可以同時對兩片基底進行制備，從而使制備鈣鈦礦層的效率加倍，也極大提升大規模生產時的產量。

本發明是這樣實現的，提供一種鈣鈦礦薄膜的低壓化學沉積的設備及其使用方法和應用，包括主腔體，在主腔體內分別設置有兩個前驅物加熱臺以及基底固定槽，兩個前驅物加熱臺分別靠近主腔體的左右兩端部，基底固定槽設置在兩個前驅物加熱臺之間，在前驅物加熱臺上分別設置有前驅物儲存盒，在基底固定槽上放置有若干組待沉積薄膜的基底，每組基底背靠背緊貼地放置有兩片基底，兩片基底的待沉積薄膜的表面各自朝向主腔體的一端；在主腔體的左右兩端分別連通帶有載氣進氣控制閥的載氣管道，在主腔體上還連通有抽真空裝置，在主腔體上還設置有給基底加熱的主腔體加熱裝置；在兩端的載氣管道上分別連通有溶劑蒸發裝置。

進一步地，主腔體加熱裝置用于對放置在基底固定槽上的若干組基底進行加熱，在前驅物加熱臺分別對放置其上的前驅物儲存盒進行加熱。把兩片待沉積薄膜的基底背靠背做為一組緊貼地放置在基底固定槽上，其待沉積薄膜的表面各自朝向主腔體的一端，同時從主腔體的兩端通過載氣管道通入反應氣體，反應氣體與溶劑蒸發裝置產生的溶劑蒸汽作用，然后一起沉積在基底的待沉積薄膜的表面，在主腔體內真空和加熱的環境條件下發生化學反應。采用該設計結構使得每組基底的兩側面同時進行沉積，提高鈣鈦礦層的制備效率。

進一步地，在主腔體內還設置有分流隔板，分流隔板分別設置在前驅物儲存盒與主腔體兩端部的載氣管道口之間，分流隔板分別通過分流隔板固定槽可拆卸地設置在主腔體的內壁上；在分流隔板上設置有多個通孔。

由載氣管道通入主腔體經過分流隔板的分流后可以有序且均勻地進入到后部的分流隔板固定槽區域，載氣攜帶的溶劑蒸汽的有機小分子均勻地沉積到基底表面上，提高基底表面沉積物資的化學反應效果得到更大粒徑晶體的鈣鈦礦層。通孔的形狀可以多種多樣，可以是圓形、三角形及其他多邊形中的至少任意一種。

進一步地，抽真空裝置包括真空泵和真空控制閥，抽真空裝置通過真空管路與主腔體相連通，真空泵和真空控制閥依次設置在真空管路上，真空控制閥更靠近主腔體。

抽真空裝置保證給主腔體提供適合的真空環境，便于沉積物質的化學反應。