[发明专利]用于沉积多层式层和/或梯度层的方法

说明书

本发明涉及在直列式等离子体涂覆设备中借助等离子体增强的化学气相沉积（PECVD）将多层式层和/或梯度层沉积到至少一个基底上的方法，该直列式等离子体涂覆设备包括至少一个加工室，其中在这些基底的输送方向上依次安排了至少两个单独的等离子体源。

现在多层式层是例如被用于改进绝热性、增大反射或减小反射或另外用于不同载体材料上的热吸收。所用的载体主要是由不同材料构成的板或膜，并且这些在此情况下可以具有不同的尺寸和厚度。应用包括例如建筑玻璃的表面精整、在照明技术或太阳热能技术中改进反射器或反射器膜的光反射以增加光吸收。

然而，多层式层和/或梯度层也正日益被用于光伏行业中。这些层既在薄膜太阳能电池的概念下使用也在基于晶片的太阳能电池的概念下使用。其实例包括用于太阳能电池表面减反射的薄膜或用于太阳能电池的正面和背面钝化的不同钝化层。在晶体硅太阳能电池的情况下，通常使用非晶的含氢的氮化硅层作为减反射层。热解氧化硅通常用于背面钝化。在等离子涂覆方法的辅助下生产的、由氧化硅和氮化硅或氧化硅和碳化硅构成的堆叠层最近也被用于背面钝化。然而，各种铝的氧化物也在背面钝化的重要性方面获得进展。

在一些情况下，对这些不同的层做出了关于其功能特性而言的非常不同的并且有时非常复杂的要求。举例而言，现在用于晶体硅太阳能电池的减反射层必须不仅满足光学要求而且同时要满足对钝化特性做出的要求。除此之外，这样的层还旨在尽可能地在更复杂的表面上产生封闭的并且强力粘附的层，例如像在具有纹理的太阳能电池的表面上。这些层必须具有关于进一步的加载（例如像烧制步骤）而言必要的稳定性。对于有成本效益的大量生产，还必须满足高涂覆速率的要求。在此情况下，通常存在矛盾，并且高的涂覆速率只有以层特性的受损为代价才能获得。

这个矛盾是可以解决的，例如通过由多个单独的层构成的层堆叠。在此情况下，具有优化的层特性但低的涂覆速率的薄层可以例如与具有降低的品质但回报有高涂覆速率的层进行组合。

一种多层式层安排的这些单独的层要么在包括多个分离的加工室的直列式涂覆设备中连续地施加、要么在一个加工室中以不连续的分批方法来依次施加。这个程序是非常费时的并且要求非常高的技术费用。

通过这样的方法只能以非常大的难度来生产梯度层。特别是当一个层堆叠的这些单独层仅要求彼此在层特性上的小变化时，在不同的加工室之中分离这些不同的单独层的加工是非常复杂的。

举例而言，文件WO 2007/051457描述了上述属类的一种用于在硅太阳能电池上生产减反射层的方法，其中在一个示例性实施方案中，在一个加工室中首先进行一个Si_xN_y:H层的等离子体CVD沉积并然后在该真空室的第二部分中通过溅射方法（PVD）来生产一个TiO₂层。在这个CVD沉积过程中使用的气体与在该PVD沉积过程中使用的气体完全不同。因此，该CVD等离子体源和PVD等离子体源不能同时工作，而是在CVD源工作之后，必须在一个漫长的工作步骤中去除这些CVD工作气体，然后才能将PVD工作气体引入这个室中并且才能开始PVD沉积。为此原因，CVD等离子体源与PVD等离子体源在一个设备中的组合几乎没有提供任何优点。相反，不得不预计这两种沉积的组合相互有害地影响了过程稳定性。

相比之下，在高度发展的涂覆设备中，例如用在微电子设备中的，例如多个层是在所谓的聚簇设备中生产的，在这些聚簇设备中一个中央输送模块将多个基底依次输送到多个专门的加工室中，在这里在各自的情况下沉积一个单独的层。然而，这种类型的设备太复杂而不能以非常低的成本来生产太阳能电池。

现有技术还披露了以下方法：其中在一个加工室中依次沉积不同的层。举例而言，文件WO 2008/127920A2描述了这样的方法，其中在一个室中依次沉积两个不同的氮化硅层。在第一步骤中，使用一个第一加工气体混合物来沉积一个缺乏氢的氮化硅层。之后，使用一个第二加工气体混合物和同一个等离子体源来沉积一个富含氢的氮化硅层。然而，这种类型的方法并不允许在连续的设备中进行连续的基底输送。

此外，现有技术披露了直列式等离子体涂覆设备，其中在基底的输送方向上安排了用于生产一个层的多个等离子体源。举例而言，文件US 2008/0302653A1描述了这样的设备，其中为了在太阳能电池上生产一个减反射涂层，安排了彼此并排的两个溅射源作为一个双重磁控管。