一种制备阻挡膜层的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种制备阻挡膜层的方法和设备。
【背景技术】
[0002]太阳能电池作为一种新能源电池越来越多的受到关注，而太阳能电池的输出性能参数在一定程度上受制备工艺的影响。
[0003]例如，在太阳能电池的衬底上沉积膜层之后，在后续的工艺过程中由于温度、湿度或者电场等的激发，导致衬底中含有的大量钠、铁、铬、氧等离子扩散进入薄膜内部，从而影响到太阳能电池器件长期运行性能的稳定。因此，在实际的薄膜电池生产过程中，在衬底和器件间一般采用非金属离子阻挡膜层用于绝缘、钝化及扩散阻隔等。
[0004]目前常见的离子阻挡膜层的制备方法主要是等离子体增强化学气相沉积，这种方法制备的膜层具有良好的性质，常被用作一些功能器件的表面钝化层和晶硅太阳能电池的减反射层，但是，这种方法存在沉积速率慢，膜层均匀性不易控制等问题。
[0005]此外，磁控溅射也可以用来制备离子阻挡膜层，但受到溅射电源和设备尺寸的限制，很难实现对于非金属膜层的大面积均匀制备。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种制备阻挡膜层的方法，以解决现有技术中存在的上述问题。
[0007]本发明另外提供一种制备阻挡膜层的设备。
[0008]本发明提供一种制备阻挡膜层的方法，包括:
[0009]提供掺有金属的陶瓷材料作为靶材，所述金属元素及金属化合物的特性与阻挡膜层的特性相同；所述靶材设置在反应腔室中；
[0010]将待镀膜的基片设置于所述反应腔室中；
[0011]向所述反应腔室中通入反应气体和溅射气体；
[0012]采用直流电源为所述靶材提供工作电压；
[0013]当所述直流电源开启时，通过反应溅射方式在所述基片上沉积阻挡膜层。
[0014]可选地，所述靶材中掺杂的金属元素为铝。
[0015]可选地，所述靶材中掺杂铝的浓度范围是大于0，且小于等于10%。
[0016]可选地，所述陶瓷材料采用高纯度硅单质。
[0017]可选地，所述靶材设置在反应腔室中具体是，将所述靶材设置在反应腔室的上端。
[0018]可选地，所述将所述靶材设置在反应腔室的上端步骤中，采用如下方式设置:
[0019]设置一个靶材，将所述靶材设置在所述反应腔室上端的水平方向的中间位置；或者；
[0020]设置两个或者两个以上靶材，将所述靶材以反应腔室水平方向的中间位置为中心对称设置在所述反应腔室的上端。
[0021]可选地，所述靶材采用平面靶的方式设置。
[0022]可选地，所述向所述反应腔室中通入反应气体和溅射气体具体是，将预设体积分数比的反应气体和溅射气体通入所述反应腔室，所述预设体积分数比的比例范围是大于等于1:8，且小于等于2:1。
[0023]可选地，所述反应气体为氮气。
[0024]可选地，所述溅射气体为氩气。
[0025]可选地，所述将待镀膜的基片设置于所述反应腔室中，具体是，
[0026]在所述反应腔室的下端设置传动轮；
[0027]将所述基片设置在所述传动轮上。
[0028]可选地，所述传动轮的传动速度为匀速传动。
[0029]可选地，所述传动轮的传动速率范围是大于等于5mm/s，且小于等于30mm/s。
[0030]可选地，所述直流电源的功率范围是大于等于6kW，且小于等于10kW。
[0031]本发明还提供一种制备阻挡膜层的设备，包括:直流电源、反应腔室、混合气体、靶材和基片，所述混合气体被通入至所述反应腔室中，所述靶材和基片设置在所述反应腔室中，所述直流电源为所述反应腔室的溅射反应提供动力。
[0032]可选地，还包括传动轮，所述传动轮设置在所述反应腔室的下端，所述基片设置在所述传动轮上；所述靶材设置在所述反应腔室的上端。
[0033]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0034]本发明提供一种制备阻挡膜层的方法，包括:提供掺有金属的陶瓷材料作为靶材，所述金属元素及金属化合物的特性与阻挡膜层的特性相同；所述靶材设置在反应腔室中；将待镀膜的基片设置于所述反应腔室中；向所述反应腔室中通入反应气体和溅射气体；采用直流电源为所述靶材提供工作电压；当所述直流电源开启时，通过反应溅射方式在所述基片上沉积阻挡膜层。该方法采用直流电源可制备非金属的离子阻挡膜层，所以该方法可应用在实际的生产中，并且采用该方法制成的膜层面积大且温度较低，膜层沉积速率可调，且膜层的均匀性可控。
【附图说明】
[0035]图1是本发明实施例提供的一种制备阻挡膜层的方法的流程图；
[0036]图2是本发明实施例中反应气体和溅射气体的总流量与氮化硅阻挡膜层厚度及折射率的关系图；
[0037]图3是本发明实施例中反应气体和溅射气体体积分数的变化对氮化硅阻挡膜层厚度及折射率的关系图；
[0038]图4是本发明实施例提供的一种制备阻挡膜层的设备的结构示意图。
【具体实施方式】
[0039]本发明提供一种制备阻挡膜层的方法，该方法主要应用于薄膜太阳能电池的制备过程中。由于薄膜太阳能电池一般是在衬底上生长不同的薄膜膜层，而衬底中可能含有钠、铁、氧等离子，这些离子可能会在后续的薄膜制备工艺中扩散至薄膜内部，因此，该方法可应用于在衬底上制备阻挡膜层的工艺中。
[0040]在薄膜太阳能电池制备工艺中，可采用溅射法或者化学气相沉积法等制备薄膜膜层，例如，采用直流溅射法可制备金属膜层等。但是，直流溅射法要求靶材能够将从离子轰击过程中得到的正电荷传递给与其紧密接触的阴极，从而该方法只能溅射导体材料，不适于绝缘材料，因为轰击绝缘靶材时表面的离子电荷无法中和，这将导致靶面电位升高，外加直流电压几乎都加在靶上，两极间的离子加速与电离的机会将变小，甚至不能电离，最终导致不能连续放电甚至放电停止，溅射停止，所以，对于绝缘靶材或导电性很差的非金属陶瓷靶材，采用直流溅射法是不合理的。
[0041]然而，本发明实施例提供的方法是应用在普遍的生产中的，而生产中常用到直流电源，而需要制备的阻挡膜层一般为氮化硅，其为非金属化合物膜层，因此，这些阻挡膜层的制备不可以简单的采用直流电源作为工作电压进行制备，而需要在对该直流溅射方法做进一步的改进，本发明实施例提供的方法即可采用直流电源制备非金属膜层或者非金属化合物膜层。
[0042]图1是本发明实施例提供的一种制备阻挡膜层的方法的流程图，请参照图1，该方法包括以下步骤:
[0043]步骤S101，提供掺有金属的陶瓷材料作为靶材，所述金属元素及金属化合物的特性与阻挡膜层的特性相同；所述靶材设置在反应腔室中。
[0044]所述靶材的主要材料为高纯度的非金属陶瓷材料，如单质硅，所述非金属陶瓷材料的特性是，在常态下，其导电性能介于导体与绝缘体之间，具有导电特性，但是导电性能却低于导体。因此，在所述陶瓷材料中掺杂一定浓度的金属，金属的导电性好，通过在陶瓷材料中掺入一定量的金属作为靶材以提高所述靶材的导电性能。
[0045]由于在陶瓷材料中掺杂了一定浓度的金属材料，以提高靶材的导电能力，在靶材溅射过程中，从离子轰击中得到的正电荷传递给阴极，因此，不会出现直流溅射法中存在的靶材电位升高导致溅射停止的问题。
[0046]所述非金属陶瓷材料一般选用单质硅，该单质硅可与氮气反应生成氮化硅，将所述氮化硅作为离子阻挡膜层效果较好，并且硅单质在薄膜太阳能电池制备中是常用材料，因此，可选用单质硅为靶材的主要材料。
[0047]对于在所述陶瓷材料中掺杂的金属材料的选用，由于氮化铝膜层在一定程度上也可以具有阻挡离子扩散的功能，其与阻挡膜层的特性一致或相同，因此，掺杂的金属材料可以选用铝，即在陶瓷材料中掺杂一定浓度的铝作为靶材。
[0048]由于该阻挡膜层的主要成分为硅的化合物，因此，在硅中掺杂的铝的浓度不能太高，但是，如果掺杂浓度太低，又不能使靶材的导电率达到预定程度，因此，在硅单质中铝的掺杂浓度需要进行精密的计算获得。
[0049]当铝的掺杂浓度低于10%时，该靶材的导电率足以达到高溅射率的效果，并且，掺杂的铝也不会影响阻挡膜层的特性。
[0050]在步骤SlOl中，将所述靶材设置在反应腔室中具体在本实施例中可将所述靶材设置在所述反应腔室的上端，虽然将靶材设置在反应腔室中的任何一处均可实现该方案，但是，将所述靶材设置在反应腔室的上端，并且将待镀膜的基片设置在所述反应腔室的下端，采用上述方法设置可使在基片上镀制的膜层更均匀。
[0051]在本发明实施例中，可以选择在所述反应腔室的上端设置一个靶材，但是，为了使得制备的阻挡膜层的厚度具有可控性，可在所述反应腔室的上端设置多个靶材，所述靶材的设置方式如下:
[0052]当设置一个靶材时，将所述靶材设置在所述反应腔室上端的水平方向的中间位置。
[0053]当设置多个(两个或者两个以上)靶材时，可将所述靶材以反应腔室水平方向的中间位置为中心对称设置在所述反应腔室的上端。并且，可以根据设置靶材的数量的多少控制制备的阻挡膜层的厚度。当待镀膜基片以相同速度在反应腔室水平移动时，靶材数量越多，则在所述待镀膜的基片上形成的阻挡膜层的厚度越大，反之，阻挡膜层的