[发明专利]薄膜太阳能电池沉积夹具

说明书

技术领域

本发明公开一种太阳能电池技术，确切的说一种硅基薄膜太阳能电池沉积夹具。

背景技术

目前，硅基薄膜太阳能电池，采用等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)获取单结或多结的光电转换P-I-N膜层，在薄膜太阳能电池制造行业通用这种射频电容耦合平行电极板反应室。行业内通常把具有支撑框架的电极称为“夹具”，并把装在反应室内或腔内进行等离子体化学气相沉积的装置称为“沉积盒”。该夹具被广泛应用于非晶硅、非晶硅锗、碳化硅、氮化硅、氧化硅等材料薄膜的大面积沉积。硅基薄膜太阳能电池是太阳能行业的一个重要分支，夹具成为了该行业的核心设备之一。13.56MHz射频广泛应用于非晶硅基薄膜材料的高速制备，生产效率高、工艺成本低。随着太阳能市场对硅基薄膜技术要求不断提高，微晶、纳米晶硅基薄膜材料受到行业高度关注。但是在微晶环境下，13.56MHz射频波衍生的等离子体浓度小，沉积速率低，沉积足够厚度薄膜所需时间长，背景污染大，从而制备出的薄膜杂质含量高，光电学性能差，严重影响产品品质性能。如何高速沉积成为晶化硅基薄膜技术能够成功服务于产业的关键。

甚高频指频率为13.56MHz的两倍或者更高的合法射频。在行业内，应用较多的甚高频一般为27.12～100MHz的范围。然而，在容性放电模式中，甚高频引发的驻波效应和趋肤效应非常明显，而且随着驱动频率的增加而增强。美国加州大学Berkeley分校的M.A.Lieberman教授对这两种效应做了深入研究。研究结果表明，甚高频PECVD沉积均匀薄膜的临界条件在于激发频率的自由空间波长(λ₀)远大于容性放电电极板腔室尺寸因子(X)，趋肤深度(δ)远大于容厚因子(η)_o以放电面积1m²为例，60MHz的激发频率下，λ₀≈X，δ≈η_o因此在此激发频率下，趋肤和驻波效应非常明显，导致1m²电极板上放电极不均匀。所以如何实现甚高频驱动的均匀大面积放电是晶化硅基薄膜亟待解决的技术难题之一。

这引起了行业的极大兴趣。2003年，美国专利2003/0150562A1公开了平板电容耦合放电中利用磁镜改善甚高频造成的电场不均匀性。2007年，中国专利200710150227.4，200710150228.9，200710150229.3，公开了甚高频电极的三种设计，通过甚高频信号的不同馈入形式，获得均匀电场。所存在的问题：1)VHF-PECVD反应室电极设计结构复杂；2)生产中经常要对反应室不断的清洗、装卸会造成异形电极变形；3)现有专利中的多点馈入结构接触面积较小，要求各个馈入点路径对称，馈入点之间的连接导体与阴极板之间不能有接触，准确的说连接导体需要与阴极板之间隔离屏蔽才能实现有效放电。这些结构设计的实际要求比较苛刻，决定放电均匀程度的因素太多，而且不能满足生产中拆洗等实际需求。因此在行业设备中，单点馈入为主流结构设计，但是由于驻波和趋肤效应，单点馈入结构不能满足馈入高频频率提升的要求。为此，需要对现有夹具的结构原理做实用性的开发研究制造，以面对当前市场需求，降低成本，并同时能处理或沉积多片玻璃的CVD夹具体系，是当前的一个发展趋势。因此，引入有效甚高频馈入模式以满足大批量生产，使其进入工业化产品阶段，对产业发展才会具有重要的实际意义。

发明内容

本发明通过以上对现有晶化硅基薄膜亟待解决的技术难题的分析，旨在解决甚高频电源驱动的高速沉积膜层的均匀性和一致性问题。所提出的技术解决方案包括电极板组件、信号馈入组件及支撑框架，其特征在于带屏蔽罩的电极板组件安装在支撑框架内形成放电的夹具阵列，信号馈入组件的一端面接触连接电极板组件的馈入口，馈入射频/甚高频功率电源信号，该馈入口设置在带屏蔽罩电极板组件的阴极板背面中心区域内凹的矩形面上。信号馈入组件是阶梯形条状的信号馈入带，它还包括腰部和信号馈入面是矩形的头部。信号馈入带是射频铜质导带，其腰部外壳是带陶瓷绝缘层的屏蔽层。

本发明的解决方案还包括带屏蔽罩电极板组件的屏蔽罩覆盖整个阴极板背面和侧面，电极板组件的阴极板与屏蔽罩之间空置一定间隙或填充平板绝缘材料。在阴极板屏蔽罩上对应位于阴极板的馈入口开有通孔，避免信号馈入组件穿过该通孔接触到阴极板屏蔽罩。

解决方案中的支撑框架包括上固定板、下固定板、侧框架。阳极板还包括接地体，导槽及基片装卸构件。阴极板与导槽之间绝缘。