专利名称：大面积薄膜沉积设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及ー种大面积薄膜沉积设备。
背景技术：
微晶硅薄膜电池没有非晶硅薄膜电池的光致衰减效应，而且相对于非晶硅薄膜电池，微晶硅薄膜电池具有更高的电池转换效率。微晶硅薄膜电池具有非常小的光学带隙(I. IeV)，作为薄膜双结叠层电池或三结叠层电池的底电池，能够明显地提高薄膜电池的转换效率。如单结非晶硅薄膜电池的效率为7-8 %，而以微晶硅作为底电池的非晶硅/微晶硅双结叠层电池的转换效率可以达到9-10%，作为三结的非晶硅/非晶硅锗/微晶硅叠层电池的转换效率则可以提高到11-12%。然而，微晶硅薄膜和晶体硅一祥，都是属于间接带隙的半导体材料，吸收系数低于 非晶硅薄膜，因此为了实现对太阳光的完全吸收，需要制备厚度较薄的微晶硅膜层。在微晶硅薄膜的沉积技术当中，即使采用目前最优化的光陷阱技术，实际制备中微晶硅膜层的厚度也在lum。这在生产上大大增加了制备的时间，限制了生产规模的提高和成本的降低。因此，如何提高微晶硅薄膜电池的沉积速率，缩短沉积的过程和时间，是大規模低成本生产的前提。目前，常用的高速沉积微晶薄膜的制备方法主要是在高功率和高压カ的条件下采用等离子体增强气相化学沉积法。一方面这种制备方法的沉积速率提高有限，大規模的生产一般为O. 5nm/s ;另一方面，高的沉积压力増大了气体的气相反应的概率，容易形成聚合物的颗粒，导致薄膜沉积的不均匀性。同时，较高的沉积功率，増大了等离子体的弧电压，从而使极板附近的离子加速轰击已经沉积好的膜层，増加了膜层的缺陷。甚高频等离子体增强化学气相沉积法，可以进ー步提高微晶硅薄膜的沉积速率，同时能够降低高能离子对膜层表面的轰击的破坏，这是由于高的沉积频率増加了电子的密度，同时减小了离子的能量。但是，由于随着沉积频率的升高和电极尺寸的増大，驻波效应的产生会极大的降低电极板电压分布的均匀性，从而降低微晶硅薄膜沉积的均匀性。另外在基板的边缘处，由于电压分布的不连续，降低了电极电压，使沉积的膜层相对基板中间位置变薄。而在阴极周围，由于腔室或盒体的内壁与阴极更接近，且气体在腔室的内壁处流动相对较慢，因此这一区域的气体离解率较大，会导致沉积的膜层较厚。以上目前存在的问题都对高速沉积微晶硅薄膜的均匀性提出了挑战。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供ー种大面积薄膜沉积设备，能够提高快速沉积大面积微晶硅薄膜的均匀性。为达到上述目的，本发明提供的ー种大面积薄膜沉积设备，包括腔体和腔体内部的平行放置的激励电极板和接地电极板、射频电源、进气管路以及排气阀门，基板位于接地电极板表面，所述激励电极板面向接地电极板的表面为具有高斯分布形状的曲面。
所述射频电源的馈入方式为在所述激励电极板上面的中心位置单点馈入。所述接地电极板的接地方式为中心位置单点接地。所述激励电极板的曲面弦处具有介质薄板。所述基板的四周具有薄层的铝框。所述基板的四周具有薄层的PET等介质材料层，覆盖在基板的边缘表面。所述接地电极板与腔体内壁的距离大于10cm。所述介质薄板上具有优化分布的气孔。所述设备还包括连接于激励电极板和接地电极板两侧边缘的排气孔柵。
本发明的优点本发明的大面积薄膜沉积设备，通过优化电极结构设计、反应气体进气和排气方式设计以及电源的馈入和接地方式设计等，能够使1.4m2的大尺寸的微晶硅薄膜，在沉积速率为O. 5nm/s的情况下，均匀性保持在15 %以内，大大提高了高速沉积微晶硅薄膜的均匀性。
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。图I为现有的大面积薄膜沉积设备结构示意图；图2为根据本发明较佳实施例的大面积薄膜沉积设备结构示意图。所述示图只是说明性而非限制性的，在此不能过度限制本发明的保护范围。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。图I为现有的大面积薄膜沉积设备结构示意图。如图I所示，电极板11和12均为平板电极，玻璃基板13平方在电极板12表面。由RF电源14向电极板11上等距地接入4个电极馈入点15。电极板12采用两边对称接地16，腔体进行铜带接地17。反应气体由腔体左侧18进入，由右侧19排出。这种设备结构，其问题在于电极板11电压分布不均匀，同时多个电源馈入点15的结构设计会增加电极板11电压分布的复杂性；玻璃基板13的边缘处电压分布由玻璃基板13向边缘降低；这种结构设计造成的电压不均导致成膜的不均匀。同样，现有的平行玻璃基板13单侧进气18和单侧排气19的结构造成气体分布的不均匀，从而产生镀膜的不均匀。腔室的角落位置10也会经常出现粉尘，影响成膜的均匀性。本发明的大面积薄膜沉积设备，包括腔体和腔体内部的平行放置的激励电极板和接地电极板、射频电源、进气管路以及排气阀门，基板位于接地电极板表面，所述激励电极板面向接地电极板的表面为具有高斯分布形状的曲面。图2为根据本发明较佳实施例的大面积薄膜沉积设备结构示意图。如图2所示，本发明的大面积薄膜沉积设备，包括激励电极板21和接地电极板22，RF电源24的馈入的方式选择在激励电极板21上面的中心位置35单点馈入，这样能够获得最佳的电极板表面电压分布的均匀性。但是在高速沉积微晶硅薄膜电池的甚高频等离子增强化学气相沉积中，由于频率増大引起的驻波效应，使通常的平板形的激励电极板的表面电压的分布呈现不均匀性，由中间馈入点位置向四周边缘逐渐减小，尤其是电极板长边方向的边缘中心位置，电压下降最为明显。因此，本发明大面积薄膜沉积设备的激励电极板21相对于接地电极板22的表面是具有高斯分布形状的曲面211。在激励电极板21的曲面211弦处安装一介质薄板26。这样的结构可以消除平板电极中的由中心位置向四周边缘电压下降的分布不均匀。对承载基板23的接地电极板22也采用在电极板中心位置25单点接地的方式，配以反应腔室的整体接地27，且接地均采用宽铜带接地。通过对激励电极板21的形状改进和射频馈入以及接地电极板22接地方式的改进可以保证甚高频下基板23中间电压分布的均匀性。由于基板23与接地电极板22在边缘处的不连续性，以及腔室内壁角落处气体流动相对较差，使得基板23边缘处的薄膜均匀性较差，通常在边缘10cm-15cm范围内。基板23与接地电极板22在边缘处的不连续，会引起电压在基板边缘处下降，使得边缘沉积的薄膜逐渐变薄。因此本发明通过在基板23的四周加ー薄层的铝框28，消除这种边缘突变引起 的电压下降。腔室内壁角落处气体流动速率相对较慢，这一区域的气体的气相反应的几率大，因此容易形成高聚物，产生粉末，这些粉末的形成会影响边缘电压的分布。因此本发明通过在基板23四周加上薄层的PET等介质材料层29，覆盖在基板23的边缘表面。同时使接地电极板22与腔体内壁的距离大于10cm，可以降低基板23边缘粉末的形成。反应气体经进气管路30通过激励电极板21的介质层26上的优化分布的气孔36进入反应腔室，同时尾气的排放通过在腔室两侧的阀门23同时抽气，以实现反应气体分布的均匀性，提高薄膜沉积的均匀性。此外，连接于激励电极板21和接地电极板22两侧边缘的排气孔栅32可以防止等离子向电极边缘的外侧泄露，消除边缘镀膜的不均匀性。在以上设备改造完成后，高速沉积微晶硅薄膜，采用高的沉积压力和小的电极间距，在配合甚高频沉积，可以在提高薄膜沉积速率的同时，减小粉末的形成，以及获得均匀的高性能的微晶硅薄膜材料。O. 5nm/s沉积的基板面积为I. 4m2的大尺寸的微晶硅薄膜的均匀性在15%以内。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述掲示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
权利要求
1.ー种大面积薄膜沉积设备，包括腔体和腔体内部的平行放置的激励电极板和接地电极板、射频电源、进气管路以及排气阀门，基板位于接地电极板表面，其特征在干所述激励电极板面向接地电极板的表面为具有高斯分布形状的曲面。
2.根据权利要求I所述的大面积薄膜沉积设备，其特征在于所述射频电源的馈入方式为在所述激励电极板上面的中心位置单点馈入。
3.根据权利要求I所述的大面积薄膜沉积设备，其特征在于所述接地电极板的接地方式为中心位置单点接地。
4.根据权利要求I所述的大面积薄膜沉积设备，其特征在于所述激励电极板的曲面弦处具有介质薄板。
5.根据权利要求I所述的大面积薄膜沉积设备，其特征在于所述基板的四周具有薄 层的铝框。
6.根据权利要求I所述的大面积薄膜沉积设备，其特征在于所述基板的四周具有薄层的PET等介质材料层，覆盖在基板的边缘表面。
7.根据权利要求I所述的大面积薄膜沉积设备，其特征在于所述接地电极板与腔体内壁的距离大于10cm。
8.根据权利要求4所述的大面积薄膜沉积设备，其特征在于所述介质薄板上具有优化分布的气孔。
9.根据权利要求I所述的大面积薄膜沉积设备，其特征在于所述设备还包括连接于激励电极板和接地电极板两侧边缘的排气孔柵。
全文摘要
本发明公开了一种大面积薄膜沉积设备，包括腔体和腔体内部的平行放置的激励电极板和接地电极板、射频电源、进气管路以及排气阀门，基板位于接地电极板表面，所述激励电极板面向接地电极板的表面为具有高斯分布形状的曲面。本发明大面积薄膜沉积设备能够提高快速沉积大面积微晶硅薄膜的均匀性。
文档编号C23C16/50GK102851653SQ20121033066
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月10日 优先权日2012年9月10日
发明者胡安红, 张津燕, 徐希翔, 李沅民, 单洪青 申请人:福建铂阳精工设备有限公司