[发明专利]非同步脉冲式制备功能薄膜的方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于真空镀膜领域，特别涉及到一种使用化学气相沉积法通过非连续性的脉冲式(pulsed)高频激发等离子体来制备功能薄膜的方法和系统。

背景技术

太阳能光伏发电是获得有利于环境的可再生能源的重要途径之一，薄膜太阳能电池代表着光伏技术的发展趋势。基于硅薄膜的太阳能电池具有低成本，便于大面积制造集成的优点。

其中多晶硅薄膜太阳能电池，成本较低，转换效率较高。因此，多晶硅薄膜电池将会在太阳能电池市场上占据重要地位。目前制备多晶硅薄膜电池的薄膜多采用化学气相沉积法。

而氢化非晶硅薄膜太阳能电池成本低，重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换效率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。纳米硅太阳能电池是新近发展的，优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。氢化非晶硅(hydrogenated amorphous silicon，a-Si)和纳米硅(nano-crystalline silicon，nc-Si)等的基于氢化硅的薄膜通常是用射频等离子体增强化学气相沉积法(RF-PECVD)在大面积基板上获得。

为了提高上述真空镀膜系统的生产量，在一个给定的等离子体反应箱中，一般同时在尽可能多的基板上进行沉积。在此提出了一个等离子体反应箱的概念，使得在等离子体反应箱中可以同时驱动多个电极，以在多个区域中产生等离子体，在多个电池基板(或用于生长其它功能薄膜的基板)上进行沉积。

图1显示了现有技术中的这类PECVD等离子体反应箱中电极的排列。在一个真空室(即，等离子体反应箱)内部，置有多个接地的板状正电极7 和多个用来产生等离子体的板状负电极(即，功率电极(power-electrode)或带电电极)8A、8B、8C、8D等等。这些板状正、负电极相互平行间隔放置且间距相等，这些平行板状电极的首尾均为正电极7。被镀膜的电池基板平行放在任一正电极7以及与其相邻的一个或两个负电极8A (8B、8C、8D、......)相对的两面之间。当外界提供的电力9A、9B、9C、9D等等分别施加于负电极8A、8B、8C、8D等等时，等离子体在相邻的正负电极之间的区域31中形成，并在电池基板上镀膜。

传统的生长工艺使用连续激发等离子体的镀膜过程，也就是说在平行的正电极和负电极之间的辉光放电是依靠连续地向负电极提供电能的方法维持的。这种方法的一个缺点是在使用大功率电能生长氢化硅薄膜时，等离子体中的离子和聚合化的硅颗粒密度随着氢化硅薄膜的生长速率的提高而增大，从而导致颗粒和粉末沉积于真空反应室的内表面上，并进入所镀薄膜而影响其光电质量。这种颗粒和粉末也往往造成大面积光电器材结构上的缺陷，比如分流短路。这个问题在广为采用的相对低温生产氢化硅太阳能电池时尤为明显。

另外一个严重的问题是，在同样的激发频率(例如13.56MHz)下，连续的RF(射频)功率同时供给到全部负电极。由于相邻的负电极间距较小(不超过8厘米)，使RF辐射泄漏并耦合到邻近的等离子体区和电极中，在等离子体形成区31中耗散的RF功率彼此互相作用产生干扰。RF干扰随功率的提高而更为严重。RF干扰导致的不均衡射频电场和不均匀薄膜沉积将严重地影响大面积沉积薄膜的性能和外观。对于这种功能薄膜部件的生产来说，性能和产量都受到不佳影响。

到目前为止，仍然没有找到简单有效的方案来解决在等离子体反应箱中的RF干扰(干涉)问题。因此企盼找到解决等离子体反应箱中的RF干扰问题的新方法和装置。

发明内容

基于上述考虑，申请人拟订了本发明的首要目的：提供一种非连续性的脉冲式(pulsed)高频激发等离子体的方法和系统，从而消除等离子体反应箱(plasma-box)中相邻激发(带电)电极同时以同一频率供电时所产生的干扰现象。