一种带有内加热器的ＰＥＣＶＤ系统技术方案

本发明专利技术公开了一种带有内加热器的ＰＥＣＶＤ系统，包括真空室和置于真空室内的可移式等离子箱，所述真空室的外周四壁上设有加热板，所述可移式等离子箱至少为两个，各可移式等离子箱平行排列于真空室内，各可移式等离子箱之间设有用于使真空室内均匀受热的内加热器。此装置大大提高了单室沉积系统的产量，又避免传统加热方式造成的温度分布不均衡问题，本发明专利技术有效解决了在带有ＴＣＯ的玻璃衬底上沉积的硅基薄膜的厚度不均匀性，提高了大面积硅基薄膜太阳电池的性能，为研发大面积ＰＥＣＶＤ薄膜沉积系统奠定了基础，有力推动硅薄膜电池技术产业化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大面积、高速沉积硅基薄膜的真空镀膜装置，特别涉及一种带有 内加热器的PECVD系统。
技术介绍
围绕提高光电转换效率和降低生产成本两大目标的各种新型太阳能电池的研究 工作，一直在各发达国家及一些发展中国家积极进行。太阳电池薄膜化是降低成本的主要 发展方向，因此薄膜太阳能电池(非晶硅、非晶硅/微晶硅叠层电池等)成为全球新型太阳 能电池研究开发的一大热点。另外薄膜电池如何将新技术的突破和大规模产业化结合，生 产设备是制约薄膜电池发展的关键。现代的薄膜制备工艺，尤其是不断创新的PECVD技术 对设备的性能提出很高的要求。因此，先进的真空薄膜沉积设备构成了整个薄膜材料和器 件技术的重要环节。一般整套硅薄膜电池生产线包括超声清洗设备、等离子体增强化学气相沉积系 统(简称PECVD系统)、磁控溅射镀铝设备、激光刻划机、电池测试系统、烘烤系统和其他 辅助设备。其中PECVD系统为硅薄膜电池生产线的核心设备，制约着整条生产线的性能， PECVD系统即等离子体增强化学气相沉积系统，PECVD技术的原理是利用低温等离子体作 能量源，样品置于低压下射频放电的电极上，通入的工艺气体，在射频放电后形成等离子 体，等离子体中含有大量高能电子，它们可以提供化学气相沉积过程所需的激活能。电子与 气相分子的碰撞可以促进工艺气体分子的分解、化合、激发和电离过程，生成活性很高的各 种化学基团，这些化学基团再经一系列反应，在样品表面形成固态薄膜。硅基薄膜太阳电池是利用PECVD法在具有透明导电膜(TCO)的玻璃基板(玻璃基 片)上沉积p-i-n、p-i-n/p-i-n或者p-i-n/p-i-n/p-i-n结构的硅基薄膜光电转换层，然 后制作背电极而成。在薄膜太阳能电池整个生产制造过程中，硅基薄膜沉积至关重要，其中 的硅基材料可以是非晶硅、纳米硅、微晶硅、多晶硅以及非晶锗硅等硅合金材料等。薄膜电 池中光电转换层中每层膜的厚度只有十几 几百纳米，膜沉积的好坏将直接关系到太阳能 电池的电性能及外观质量，它的沉积过程除与工艺参数如温度、压力、流量、功率、工作气体 配比等因素有关系外，还与PECVD系统的结构有关。传统的硅基薄膜太阳电池制造的PECVD系统采用了单片沉积的电容耦合式PECVD 系统、具有多个线形相互耦合的镀膜室的内嵌(inline)PECVD系统，或者多个环绕转移室 的反应室的多室簇型PECVD系统(cluster)。单片沉积的电容耦合式PECVD系统中，激发电 极和接地电极只有一对，被用于镀膜的基板一般放置于接地电极上，接地电极的背面有一 加热器，给基板提供一预定温度，激发电极上凿有适当密度的孔穴，工艺气体通过这些孔穴 进入放电区，所以激发电极上不能放置基板，这种PECVD系统的生产力受到严重的限制。在 具有稍大生产能力的内嵌系统中，形成硅薄膜的基板必须不断从一个反应室移动到另一个 反应室来执行下一道工序，这意味着如果一个反应室出现故障，那么整个系统必须停止工 作，这种相互依赖性严重制约了它的稳定性和生产能力。同时对于簇型PECVD设备，基板是3通过中转室移进或移出周围的镀膜室，每个镀膜室和中转室之间由活动门连接，使单个镀 膜室处于密封状态，其中一个镀膜室出现故障，不会影响到其它镀膜室，克服了上述内嵌系 统的缺点，但是由几个镀膜室组成的簇型PECVD设备极其复杂并且昂贵，由于快捷可靠的 运行对其机械精确度要求极高，另外由于空间有限，只有少量镀膜室能与中转室连接，这意 味着无法通过增加镀膜室来增加生产量。因此上述PECVD系统不适合用于大型基板镀膜， 特别是硅基薄膜太阳电池的低成本高产量的生产。最早用于工业化生产硅基薄膜太阳电池的PECVD系统是美国Chronar公司设计的 内联式非晶硅太阳能电池的PECVD系统，见图1，整个PECVD系统有6个真空室1-1，真空室 外置加热器1-2，每个真空室装1个可移式等离子箱1-3，可移式等离子箱采用单激发电极 1-4，每个可移式等离子箱装4片基板1-5，即生产线一批次沉积24片基板。基板的面积是 305X915^(12" X36")。它的不足之处为采用六个真空室，真空室多，整个真空系统复 杂；6个分立可移式等离子箱，所以装卸过程往往是费时的、繁琐的，效率低；每批所装的基 板少，只有24片，且基板的面积小(305 X 915mm)，所以产量低。针对上述问题，上世纪八十年代，美国APS和EPV公司在美国Chrona公司的六个 真空室、单激发电极的设备基础上进行了改进，采用单真空室2-1，真空室2-1装一个可移 式等离子箱2-2，每个可移式等离子箱内置12个激发电极2-3，可装12 X 4 = 48片基板2_4， 即生产线一批次沉积48片基板，基板的面积为635 X 1245mm、760 X 1250mm，见图2。该系 统相对于Chrona公司的系统相比，简化了设备，优化了真空系统，产量也相应增大，并降低 了生产成本，更适合大面积高速的基于硅基薄膜的太阳能电池的生产，但仍然存在下述问 题一方面，由于这样的可移动式等离子箱体积很大，而所有的PECVD系统采用的加 热方式为外加热方式，即加热管紧靠真空室壁面的外侧，所以靠近四周壁面的温度高，可移 式等离子箱中间的温度相对较低，而在薄膜沉积的PECVD系统的真空环境中不可能用传统 的方法通过鼓风机来解决上述问题。因此大型可移式等离子箱中温度的分布很难达到理想 的均勻度，由于温度不均勻性导致基板之间以及同一基板不同位置所沉积膜的厚度不均勻 性十分明显，这对硅薄膜材料的物理及电学参数影响很大，进一步影响太阳能电池的电性 能及外观质量。另一方面，可移式等离子箱多采用的是12个激发电极并联。可移式等离子箱中电 极的大小略高于基板的大小，例如要制备635 X 1245mm的硅薄膜太阳电池，电极的大小一 般大于650 X 1270mm。可移式等离子箱主要使用不锈钢材料，这样一个可移式等离子箱的重 量可达到500Kg以上，由于自身过重，对于非自动连续生产，要靠手动操作，这使得可移式 等离子箱在移进、移出时工人操作不方便、并存在安全隐患。鉴于上述PECVD系统存在的问题，我们在单个真空室内，加上数个内加热器，厚度 为10 30mm，将单真空室内腔变1为2或3个，但仍为同一集成真空室，一个真空室内腔装 一个可移式等离子箱，所以整个真空室可装2个或3个可移式等离子箱，而1个可移式等离 子箱可以装5 10个电极，即每1个可移式等离子箱可装20 40片基片，那么如装两个 等离子箱，整个真空室一次可装40 80片基片，如装3个等离子箱，整个真空室一次可装 60 120片基片。专门为低成本硅基薄膜太阳电池的可靠高质量生产而设计的新型PECVD 系统实现了大面积、高产量、高质量、降低了生产成本。
技术实现思路
为了克服现有技术中的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种结构紧凑，易操作，工作 稳定，效率、质量高的可用于生产大面积硅基薄膜太阳能电池制作的带有内加热器的PECVD 系统。为此，本专利技术提供了一种带有内加热器的PECVD系统，包括带有进、出气口的真空 室和置于真空室内用于镀膜的可移式等离子箱，所述真空室的外周四壁上设有用于给真空 室整体进行加热的加热板，其特征在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有内加热器的ＰＥＣＶＤ系统，该系统包括带有进、出气口（２０、７）的真空室（１）和置于真空室内可移式等离子箱（２），所述真空室的外周四壁上设有加热板（５），其特征在于：该系统中的可移式等离子箱（２）至少为两个，各可移式等离子箱（２）平行排列于真空室内，各可移式等离子箱之间设有用于使真空室内均匀受热的内加热器（３）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文基，郑泽文，刘丽娟，
申请(专利权)人：深圳市宇光高科新能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]