专利名称：化学气相沉积装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池制造设备领域，特别涉及一种用于制造薄膜太阳能电池的化学气相沉积装置。
背景技术：
在诸多的太阳能电池应用技术中，薄膜太阳能电池因无污染，能耗少，成本低廉， 可以大规模生产等一系列优点，被广泛应用于航空、航天以及人们的日常生活中。常见的薄膜太阳能电池包括非晶硅薄膜太阳电池，铜铟镓硒薄膜电池和碲化镉薄膜电池。在公开号为101027749和1012^967的中国发明专利文件中，可以发现更多上述的太阳能薄膜电池的形成方法。在薄膜太阳能电池的制造中，透明导电氧化物薄膜的沉积是重要的工艺环节，所述透明导电氧化物薄膜用于制作薄膜太阳能电池的电极，通常所述透明导电氧化物为氧化锌。所述薄膜太阳能电池的电极制造工艺具体包括采用化学气相沉积装置，以气态的二乙基锌(DEZ)与水蒸汽作为反应气体，在玻璃基板上沉积氧化锌薄膜。其中所述化学气相沉积装置包括反应腔、泵管以及真空泵。在进行薄膜沉积工艺时，所述真空泵通过所述泵管从反应腔中抽取气体以调节反应腔内的气压。未在反应腔中完全反应的二乙基锌气体以及水蒸汽将经由泵管抽入真空泵中。现有的化学气相沉积装置存在如下问题由于真空泵在工作时，泵体温度较高且压强较大，上述被抽出的二乙基锌气体与水蒸汽在真空泵内容易发生反应而生成氧化锌薄膜，所述氧化锌薄膜附着于真空泵的泵体以及转子上。随着氧化锌薄膜的厚度增加，所述泵体与转子之间的间距也逐渐缩小，最终将导致真空泵卡死，缩短真空泵的使用寿命。因此需要对真空泵进行频繁的停机维护，影响了设备的运行时间以及维护成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种化学气相沉积装置，能够提高真空泵的使用寿命。为解决上述问题，本发明提供了一种化学气相沉积装置，包括反应腔、泵管以及真空泵，所述真空泵通过所述泵管从所述反应腔抽取气体，所述泵管内设置有辐射加热装置， 用于对所述反应腔抽出的气体加热。可选的，所述辐射加热装置包括柱状、螺旋状或者回形管状的辐射加热灯管。具体的，所述辐射加热灯管为红外加热灯管。可选的，所述辐射加热灯管外设置有透明管套，所述透明管套的透射波段包括所述辐射加热装置发出的辐射波段。具体的，所述透明管套为石英管套。可选的，所述透明管套与辐射加热灯管之间为真空。可选的，所述透明管套与辐射加热灯管之间填充有惰性气体。可选的，所述辐射加热灯管与所述泵管构成同轴体。可选的，所述泵管的内表面形成有反射层。具体的，所述反射层为电镀抛光金属层。可选的，所述泵管的管壁内设置有加热电阻丝。所述泵管的管壁外设置有硅橡胶加热器。与现有技术相比，本发明装置具有以下优点(1)所述设置于泵管内的辐射加热装置，能够对流经的反应气体进行辐射加热， 使得所述反应气体在泵管内发生反应而耗尽，从而避免在真空泵中反应沉积对真空泵造成损害；同时，由于辐射加热以光的速度传递能量，能迅速将辐照能量均勻传播到整个泵管内部，因此可以对流经泵管的所有反应气体进行充分的加热。(2)所述设置于泵管内的辐射加热装置具体为辐射加热灯管；进一步的，所述辐射加热灯管的管径为5mm 30mm，所述泵管的管径为IOOmm 500mm，所述辐射加热灯管的横截面远小于泵管，因此在不影响气体流导的同时，能够对流经的反应气体进行辐射加热。(3)所述辐射加热以光的速度传递能量，且所述辐射加热灯管与泵管构成同轴体， 使得流经的反应气体能够充分吸收辐射能并被加热。(4)所述辐射加热灯管外还设置有透明管套，所述透明管套能够防止反应气体反应沉积于辐射加热灯管上；进一步的，所述透明管套的透射波段包括所述辐射加热装置发出的辐射波段，因此允许热辐射直接透过透明管套，避免反应气体反应沉积于透明管套的表面。(5)所述透明管套与辐射加热灯管之间可以为真空，也可以填充有惰性气体，对辐射加热灯管起到进一步保护作用，提高其使用寿命。(6)所述泵管的内表面可以形成有反射层，例如电镀抛光金属层，所述反射层能够反射未被反应气体吸收的热辐射，减少能量损耗，提高辐射加热的效率。(7)所述泵管的管壁内设置有加热电阻丝，所述泵管的管壁外设置有硅橡胶加热器，以进一步地增强加热效果，使得流经泵管的反应气体充分反应。
图1是本发明所述化学气相沉积装置的装置示意图；图2是本发明实施例的泵管的示意图；图3是图2沿A-A剖线的剖面示意图；图4是图2中B区域的放大示意图。
具体实施例方式现有的化学气相沉积装置中，真空泵通过泵管对反应腔抽气，反应腔中未完全反应的反应气体进入真空泵后，容易反应沉积于真空泵的泵体以及转子上，形成薄膜，最终导致真空泵卡死，影响真空泵的使用寿命。本发明通过在泵管内设置加热装置，先对流经的反应气体进行加热，使得所述反应气体在泵管内发生反应而耗尽，从而避免其进入真空泵中发生反应而造成损害。图1是本发明化学气相沉积装置的装置示意图。如图1所示，本发明所述的化学气相沉积装置包括反应腔101、真空泵103以及连接所述反应腔101与真空泵103的泵管 102。在进行化学气相沉积工艺时，所述真空泵103通过所述泵管102从所述反应腔101抽
4取气体，以调节反应腔101内的气体压强。其中，所述泵管102内设置有辐射加热装置(图未示)，用于对从所述反应腔101抽出的气体进行加热。由于辐射加热以光的速度传递能量，能迅速将辐照能量均勻传播到整个泵管内部。作为优选的方案，所述辐射加热装置可以为柱状、螺旋状或者回形管状的辐射加热灯管，管径为5mm 30mm，具有体积小、易于安装的特点；所述泵管102的管径为IOOmm 500mm，上述辐射加热灯管的横截面远小于泵管102，因此设置于泵管102内时，并不影响气体的流导，避免了对反应腔101内的气体压强调节造成影响。作为进一步优选的方案，所述辐射加热灯管具体为红外加热灯管。红外线具有较广的加热波段(1 μ m 100 μ m)，因此辐射加热的效率较高。红外加热灯管还具有成本低廉，易于维护等优点。当然，所述辐射加热灯管还可以采用紫外线、微波、射频等辐射加热方式，以满足对不同应用场合以及不同反应气体的加热需要。需要指出的是，受到设备安装以及生产车间条件的限制，在实际的化学气相沉积装置中，连接反应腔101与真空泵103的泵管102，其管路的长度以及管路的铺设较为复杂， 因此在整条管路中设置辐射加热装置是不现实，也是不必要的。可以在所述泵管102的其中一段管路设置所述辐射加热装置，其长度保证能够对反应气体进行充分加热即可，具体根据实际需求进行选择。图2为本发明所述泵管的一个具体实施例的示意图，仅示出了所述泵管中具有辐射加热装置的一段管路。图3为图2中沿A-A剖线的剖面示意图；图4为图2中B区域的放大示意图，示出了本实施例的红外加热灯管。结合图2、图3以及图4对本发明所述的化学气相沉积装置的特点进行介绍。首先如图2所示，该段泵管的管体呈圆柱形，其一端接收从反应腔抽取的气体，另一端与柱状红外加热灯管201连接，作为红外加热灯管201的固定端；且邻近所述固定端的管壁202上还设置有出气口，用于连接真空泵。所述红外加热灯管201的一端与泵管固定连接，其余部分则悬置于泵管内。当然本发明所述的设置于泵管内的红外加热灯管201并不局限于上述设置方式， 例如所述红外加热灯管201还可以通过支架固定于泵管的管壁202上，悬置于泵管中；或者将多根红外加热灯管201设置于泵管管体内，并围绕管体的轴心均勻排列。再如图3所示，本实施例中，上述红外加热灯管201与所述泵管管体的轴心相重合，与泵管构成同轴体。这样设置的好处在于，所述红外加热灯管201与管壁202之间的间距保持一致，当气体流经此段泵管时，易于受到均勻充分的红外线照射，所述红外加热灯管 201能够在该段泵管的容积范围内进行辐射加热。如图4所示，本实施例所述红外加热灯管201外还设置有透明管套203，所述透明管套203可以允许红外加热灯管201所产生的红外线透过，用于防止泵管中流经的气体在受热反应时沉积于红外加热灯管201上，以提高红外加热灯管201的使用寿命。作为优选的方案，所述透明管套203与红外加热灯管201之间应当避免直接接触， 以防止红外加热灯管201通过热传递对透明管套加热，而使得泵管中流经的气体受热反应时沉积于透明管套203上，影响透明管套203的红外线透过率。作为可选的方案，所述透明管套203与红外加热灯管201之间可以填充有惰性气体作为保护气体，防止泵管中流经的气体接触红外加热灯管201。作为另一个可选方案，所述透明管套203将红外加热灯管201与外部完全隔绝，两者之间为真空。所述透明管套203的透射波段包括所述红外加热灯管201发出的辐射波段，以避免透明管套203受到辐射加热，而使得泵管中流经的气体受热反应时沉积于透明管套203 上。作为可选的方案，所述透明管套203可以为石英管套。需要指出的是，虽然上述优选实施例可以使得透明管套203不易于受热升温，但流经泵管的气体在受热反应并沉积时，总是会附着于接触物表面，因此泵管的管壁202以及透明管套203的表面总是会形成薄膜。在本发明实施例的化学气相沉积装置的使用以及维护过程中，大部分情况下仅需更换透明管套203以及泵管的部分管壁202即可，而无需频繁更换红外加热灯管201，提高了红外加热灯管201的使用寿命。作为优选的方案，为了进一步提高对流经气体的辐射加热的效果，所述管壁202 的表面还可以形成有反射层。所述反射层能够反射未被气体吸收的红外线，减少能量损耗， 从而提高红外加热灯管201所产生的红外线的辐射加热效率。具体的，所述反射层可以为电镀抛光金属层，所述电镀抛光金属层不但对红外线具有较高的反射率，另一方面对气体反应所形成的沉积物薄膜具有较强的附着力。作为可选的方案，为了进一步提高对流经气体的加热效果，所述泵管的管壁202 上还可以设置辅助的加热装置。例如，在所述管壁202内设置加热电阻丝，或在管壁202外设置硅橡胶加热器。上述辅助的加热装置，提高了管壁202的温度，并通过热传递的方式对与管壁202接触的气体进行加热，促进了所述气体反应充分反应并沉积于管壁202上。以下结合薄膜沉积工艺，对本发明所述化学气相沉积装置的优点作详细介绍。具体的，本发明所述化学气相沉积装置用于制作薄膜太阳能电池的电极；进一步的，所述化学气相沉积装置用于在薄膜太阳能电池的玻璃基板上沉积氧化锌薄膜。在氧化锌薄膜沉积工艺中，使用的反应气体为气态二乙基锌以及水蒸汽。如图1 所示，向化学气相沉积装置的反应腔101中通入所述二乙基锌气体以及水蒸汽；开启真空泵103对反应腔101进行抽气，调节反应腔101内的气体压强至薄膜沉积工艺所需的压强。所述二乙基锌气体与水蒸汽在反应腔101内充分混合，受热后进行反应生成氧化锌，并在所述玻璃基板上沉积，形成氧化锌薄膜。同时，未充分反应的二乙基锌气体与水蒸汽，随着真空泵抽气所产生的气流，从反应腔101中被抽出。上述被抽出的二乙基锌气体与水蒸汽，首先进入泵管102。在经过图2所示泵管管路时，所述红外加热灯管201产生的红外线透过所述透明管套203，照射于流经的的二乙基锌气体以及水蒸汽；所述二乙基锌气体与水蒸汽吸收红外线的辐射能并被加热，而未被充分吸收的红外线在照射于具有电镀抛光金属层的管壁202时又被反射，并不会被管壁202 所吸收。由于二乙基锌与水的辐射吸收带位于红外加热等发出的辐射波段内，因此上述红外线能够将二乙基锌气体与水蒸汽迅速加热升温。同时设置于管壁202上的辅助加热装置，例如设置于管壁202内的电阻加热丝或设置于管壁202外的硅橡胶加热器，将管壁202 升至较高温度，因此与所述管壁202接触的二乙基锌气体与水蒸汽，还通过热传递作用被加热。所述已充分混合的二乙基锌气体与水蒸汽在上述加热作用下升至反应温度，进行充分快速的反应而生成氧化锌。所述氧化锌绝大多数将附着于泵管的管壁202上，还有一部分则附着于保护红外加热灯管202的透明管套203上，在管壁202的内表面以及透明管套203的表面形成氧化锌薄膜。经过上述加热消耗处理后，最终进入真空泵的气体中，二乙基锌以及水蒸汽的含量大幅减少，最大限度地降低了对真空泵的损害。本发明所述的化学气相沉积装置还可以应用于其他化学气相沉积工艺中，所述泵管中设置的辐射加热装置，对残留的反应气体进行加热，使其反应耗尽，避免所述反应气体进入真空泵中。且上述反应气体在泵管中反应产生的生成物，主要沉积于泵管的管壁202 以及红外加热灯管201外的透明管套203上。在进行设备的使用维护时，可以仅更换泵管部分管路的管壁202，即与所述红外加热灯管201相对应的管壁202以及透明管套203，而无需频繁更换红外加热灯管201，提高红外加热灯管201的利用率，更无需对真空泵进行频繁的停机维护。能够大幅延长了设备的维护周期，提高设备的使用寿命。虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种化学气相沉积装置，包括反应腔、泵管以及真空泵，所述真空泵通过所述泵管从所述反应腔抽取气体，其特征在于，所述泵管内设置有辐射加热装置，用于对所述反应腔抽出的气体加热。
2.如权利要求1所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述辐射加热装置包括柱状、 螺旋状或者回形管状的辐射加热灯管。
3.如权利要求2所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述辐射加热灯管为红外加热灯管。
4.如权利要求2或3任一项所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述辐射加热灯管外设置有透明管套，所述透明管套的透射波段包括所述辐射加热装置发出的辐射波段。
5.如权利要求4所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述透明管套为石英管套。
6.如权利要求4所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述透明管套与辐射加热灯管之间为真空。
7.如权利要求4所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述透明管套与辐射加热灯管之间填充有惰性气体。
8.如权利要求2所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述辐射加热灯管与所述泵管构成同轴体。
9.如权利要求2所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述辐射加热灯管的管径为 5mm 30mm，所述泵管的管径为IOOmm 500mm。
10.如权利要求1所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述泵管的内表面形成有反射层。
11.如权利要求10所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述反射层为电镀抛光金属层。
12.如权利要求1所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述泵管的管壁内设置有加热电阻丝。
13.如权利要求1所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述泵管的管壁外设置有硅橡胶加热器。
全文摘要
本发明提供了一种化学气相沉积装置，包括反应腔、泵管以及真空泵，所述真空泵通过所述泵管从所述反应腔抽取气体，所述泵管内设置有辐射加热装置，用于对所述反应腔抽出的气体加热。本发明在泵管内设置的辐射加热装置，对流经的反应气体进行辐射加热，具有较高的加热效率，使得所述反应气体在泵管内发生反应而耗尽，从而避免其进入真空泵中发生反应而造成损害。
文档编号C23C16/44GK102560418SQ20101061337
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者李一成, 汪宇澄, 许国青, 陈亮 申请人:理想能源设备有限公司