[实用新型]一种带有内加热器的PECVD系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种大面积、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。

背景技术

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(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305×915mm(12″×36″)。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(305×915mm)，所以产量低。