薄膜太陽能電池沉積夾具:專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明

《薄膜太陽能電池沉積夾具》是深圳市創益科技發展有限公司於2010年6月11日申請的專利，該專利的申請號為2010101987366，申請公布號為CN101882646A，公布日為2010年11月10日，發明人是李毅。

《薄膜太陽能電池沉積夾具》屬於太陽能電池技術領域。沉積夾具主要技術特點在於電極板組件具有禁止保護，由腰部呈扁平狀的信號饋入組件一矩形端面面接觸信號饋入口，位於陰極板背面中心區域內下凹矩形面內，饋入射頻/甚高頻功率電源信號，陽極板接地。陰極板禁止罩有通孔，陰極板與禁止罩之間絕緣。效果在於以電極板中心面饋入，克服了一點或多點饋入因饋線距離造成的損耗。以射頻/甚高頻功率電源驅動可獲得均勻電場大面積穩定放電，有效的消除駐波和趨膚效應，使產率提高，成本降低。

2013年10月，《薄膜太陽能電池沉積夾具》獲得第十五屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《薄膜太陽能電池沉積夾具》摘要附圖）

基本介紹

中文名：薄膜太陽能電池沉積夾具
類別：發明專利
公布號：CN101882646A
公布日：2010年11月10日
申請號：2010101987366
申請日：2010年6月11日
申請人：深圳市創益科技發展有限公司
地址：廣東省深圳市福田區八卦三路光纖小區
發明人：李毅
分類號：H01L31/18（2006.01）I、C23C16/505（2006.01）I、H01J37/04（2006.01）I、H05H1/46（2006.01）I
專利代理機構：深圳市毅穎專利商標事務所
代理人：張藝影、李奕暉

專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,

專利背景

截至2010年6月，矽基薄膜太陽能電池，採用電漿增強型化學氣相沉積（PECVD）獲取單結或多結的光電轉換P-I-N膜層，在薄膜太陽能電池製造行業通用這種射頻電容耦合平行電極板反應室。行業內通常把具有支撐框架的電極稱為“夾具”，並把裝在反應室內或腔內進行電漿化學氣相沉積的裝置稱為“沉積盒”。該夾具被廣泛套用於非晶矽、非晶矽鍺、碳化矽、氮化矽、氧化矽等材料薄膜的大面積沉積。矽基薄膜太陽能電池是太陽能行業的一個重要分支，夾具成為了該行業的核心設備之一。13.56兆赫茲射頻廣泛套用於非晶矽基薄膜材料的高速製備，生產效率高、工藝成本低。隨著太陽能市場對矽基薄膜技術要求不斷提高，微晶、納米晶矽基薄膜材料受到行業高度關注。但是在微晶環境下，13.56兆赫茲射頻波衍生的電漿濃度小，沉積速率低，沉積足夠厚度薄膜所需時間長，背景污染大，從而製備出的薄膜雜質含量高，光電學性能差，嚴重影響產品品質性能。如何高速沉積成為晶化矽基薄膜技術能夠成功服務於產業的關鍵。

甚高頻指頻率為13.56兆赫茲的兩倍或者更高的合法射頻。在行業內，套用較多的甚高頻一般為27.12～100兆赫茲的範圍。然而，在容性放電模式中，甚高頻引發的駐波效應和趨膚效應非常明顯，而且隨著驅動頻率的增加而增強。美國加州大學Berkeley分校的M.A.Lieberman教授對這兩種效應做了深入研究。研究結果表明，甚高頻PECVD沉積均勻薄膜的臨界條件在於激發頻率的自由空間波長（λ0）遠大於容性放電電極板腔室尺寸因子（X），趨膚深度（δ）遠大於容厚因子（η）o以放電面積1平方米為例，60兆赫茲的激發頻率下，λ0≈X，δ≈ηo因此在此激發頻率下，趨膚和駐波效應非常明顯，導致1平方米電極板上放電極不均勻。所以如何實現甚高頻驅動的均勻大面積放電是晶化矽基薄膜亟待解決的技術難題之一。

這引起了行業的極大興趣。2003年，美國專利2003/0150562A1公開了平板電容耦合放電中利用磁鏡改善甚高頻造成的電場不均勻性。2007年，中國專利200710150227.4，200710150228.9，200710150229.3，公開了甚高頻電極的三種設計，通過甚高頻信號的不同饋入形式，獲得均勻電場。所存在的問題：（1）VHF-PECVD反應室電極設計結構複雜；（2）生產中經常要對反應室不斷的清洗、裝卸會造成異形電極變形；（3）專利中的多點饋入結構接觸面積較小，要求各個饋入點路徑對稱，饋入點之間的連線導體與陰極板之間不能有接觸，準確的說連線導體需要與陰極板之間隔離禁止才能實現有效放電。

這些結構設計的實際要求比較苛刻，決定放電均勻程度的因素太多，而且不能滿足生產中拆洗等實際需求。因此在行業設備中，單點饋入為主流結構設計，但是由於駐波和趨膚效應，單點饋入結構不能滿足饋入高頻頻率提升的要求。為此，需要對夾具的結構原理做實用性的開發研究製造，以面對當前市場需求，降低成本，並同時能處理或沉積多片玻璃的CVD夾具體系，是當前的一個發展趨勢。因此，引入有效甚高頻饋入模式以滿足大批量生產，使其進入工業化產。

發明內容

專利目的

《薄膜太陽能電池沉積夾具》通過以上對2010年6月以前晶化矽基薄膜亟待解決的技術難題的分析，旨在解決甚高頻電源驅動的高速沉積膜層的均勻性和一致性問題。

技術方案

《薄膜太陽能電池沉積夾具》的技術解決方案包括電極板組件、信號饋入組件及支撐框架，其特徵在於帶禁止罩的電極板組件安裝在支撐框架內形成放電的夾具陣列，信號饋入組件的一端面接觸連線電極板組件的饋入口，饋入射頻/甚高頻功率電源信號，該饋入口設定在帶禁止罩電極板組件的陰極板背面中心區域內凹的矩形面上。信號饋入組件是階梯形條狀的信號饋入帶，它還包括腰部和信號饋入面是矩形的頭部。信號饋入帶是射頻銅質導帶，其腰部外殼是帶陶瓷絕緣層的禁止層。

該發明的解決方案還包括帶禁止罩電極板組件的禁止罩覆蓋整個陰極板背面和側面，電極板組件的陰極板與禁止罩之間空置一定間隙或填充平板絕緣材料。在陰極板禁止罩上對應位於陰極板的饋入口開有通孔，避免信號饋入組件穿過該通孔接觸到陰極板禁止罩。

解決方案中的支撐框架包括上固定板、下固定板、側框架。陽極板還包括接地體，導槽及基片裝卸構件。陰極板與導槽之間絕緣。

該發明的解決方案還包括方法，由甚高頻27.12～100兆赫茲的合法頻率驅動的沉積室夾具的信號饋入模式，其特徵在於帶禁止罩的電極板組件安裝在支撐框架內形成放電的電極板組件陣列，信號饋入組件包括階梯形條狀的信號饋入帶，其一端以面接觸連線饋入口，饋入射頻/甚高頻功率電源信號至電極板組件帶禁止罩的陰極板背面的中心區域內凹的矩形面饋入口，在支撐框架內放電，形成具有一定放電空間的電極板組件陣列。夾具陣列包括電極板陣列。信號饋入組件腰部帶外殼禁止絕緣，頭部信號饋入端面是矩形，對應於陰極板背面中心區域饋入口是內凹的矩形面。

信號饋入的方法還包括在陰極板禁止罩上開有通孔，當信號饋入組件穿過通孔到饋入口時，避免與陰極板禁止罩接觸。

有益效果

《薄膜太陽能電池沉積夾具》區別於插槽式陰極板側面饋入方式，能夠獲得更大放電面積、更高均勻度的穩定放電，接入電容小，夾具之間射頻干擾小，駐波和趨膚效應小。該發明適用於27.12兆赫茲～200兆赫茲區間任何法定頻率的甚高頻電源的大面積均勻放電，提高了生產率，降低了電池成本。

附圖說明

圖1是《薄膜太陽能電池沉積夾具》的夾具剖視示意圖。

圖2是支撐框架結構示意圖。

圖3是信號饋入組件（以下簡稱饋入帶）201結構示意圖。

圖4是陰極板203結構示意圖。

圖5陰極板禁止罩204結構示意圖。

圖6是該發明實施例1結構示意圖。

圖7是該發明實施例2結構示意圖。

圖8是該發明實施例3結構示意圖。

圖中標記說明：圖1-7中，夾具02包括電極板組件、信號饋入組件及支撐框架。電極板組件包括陽極板208，陰極板203與陰極板禁止罩204之間有絕緣條207。信號饋入組件包括腰部和信號饋入面201-1是矩形的頭部，其腰部扁平帶有陶瓷絕緣套202，其矩形饋入面201-1面接觸位於陰極板背面中心區域內下凹矩形面內的饋入口203-1，饋入射頻/甚高頻功率電源信號。支撐框架由上固定板214，下固定板221，側框架216構成，上固定板214和下固定板221上均有接地金屬導槽209。夾具02在真空室01內放電，將P-I-N膜層沉積在基片206上。真空室01上有氣體系統接入口101，電源系統接入口102，真空室活動門103，真空系統接入口105。

權利要求

1.一種薄膜太陽能電池沉積夾具，包括電極板組件、信號饋入組件及支撐框架，其特徵在於帶禁止罩的電極板組件安裝在支撐框架內形成放電的夾具陣列，信號饋入組件的一端面接觸連線電極板組件的饋入口，饋入射頻/甚高頻功率電源信號，該饋入口設定在帶禁止罩電極板組件的陰極板背面中心區域內凹的矩形面上，所說的信號饋入組件是階梯形條狀的信號饋入帶，它還包括帶有陶瓷絕緣層的腰部和信號饋入面是矩形的頭部。

2.根據權利要求1所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具，其特徵在於所說的信號饋入組件是一個腰部帶外殼禁止絕緣的信號饋入帶，其一端頭部是矩形的饋入面。

3.根據權利要求1或2所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具，其特徵在於所說的信號饋入帶是射頻銅質導帶，其腰部外殼是帶陶瓷絕緣層的禁止層。

4.根據權利要求1所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具，其特徵在於所說的饋入口，位於完全螢幕蔽的陰極板背面中心區域內凹的矩形面上，在陰極板與禁止罩之間空置一定間隙或填充平板絕緣材料。

5.根據權利要求1所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具，其特徵在於所說帶禁止罩電極板組件的禁止罩覆蓋整個陰極板背面和側面，電極板組件的陰極板與禁止罩之間空置一定間隙或填充平板絕緣材料。

6.根據權利要求1所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具，特徵在於所說的陰極板，在其禁止罩上對應位於陰極板的饋入口開有通孔，避免信號饋入組件穿過該通孔接觸到陰極板禁止罩。

7.根據權利要求6所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具，特徵在於所說禁止罩的外層為金屬殼與陰極板背面之間的絕緣層是陶瓷絕緣層。

8.根據權利要求1所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具，特徵在於所說的電極板組件包括陽極板，該陽極板還包括接地體，導槽及基片裝卸構件。

9.根據權利要求1所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具，特徵在於所說的支撐框架包括上固定板、下固定板、側框架。

10.一種薄膜太陽能電池沉積夾具的功率電源信號饋入方法，所說夾具包括電極板組件、信號饋入組件及支撐框架構成，其特徵在於帶禁止罩的電極板組件安裝在支撐框架內形成放電的電極板組件陣列，信號饋入組件包括階梯形條狀的信號饋入帶，信號饋入組件包括帶有陶瓷絕緣層的扁平腰部和信號饋入面是矩形的頭部，信號饋入帶的一端以面接觸連線饋入口，饋入射頻/甚高頻功率電源信號至電極板組件帶禁止罩的陰極板背面的中心區域內凹的矩形面饋入口，在支撐框架內放電，形成具有一定放電空間的電極板組件陣列。

11.根據權利要求10所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具的功率電源信號饋入方法，其特徵在於所說的夾具包括電極板陣列。

12.根據權利要求10所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具的功率電源信號饋入方法，其特徵在於所說信號饋入組件是一個腰部帶外殼禁止絕緣的，腰部和頭部構成彎曲形條狀饋入帶，其頭部信號饋入端面是矩形。

13.根據權利要求10或11所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具的功率電源信號饋入方法，其特徵在於所說的信號饋入組件的面饋入的矩形頭所對應的電極板組件的饋入口是內凹的矩形面。

14.根據權利要求10所述的一種薄膜太陽能電池沉積夾具的功率電源信號饋入方法，其特徵在於所說的陰極板的禁止罩，在其上開有通孔，當信號饋入組件穿過其通孔時，避免與陰極禁止罩接觸。

實施方式

實施例1

電極板為立式，陰極板矩形饋入口設定在帶禁止罩電極板組件的陰極板背面中心區域內凹的矩形面上，信號饋入組件包括扁平腰部和信號饋入面是矩形的頭部。以下結合附圖1-6進一步說明《薄膜太陽能電池沉積夾具》的具體實施方式。

《薄膜太陽能電池沉積夾具》使用甚高頻功率電源，工作頻率（27.12～100兆赫茲）。真空室01用來實現真空狀態，其上有氣體系統接入口101，電源系統接入口102，真空系統接入口105，真空室01前面安裝有可以打開的真空活動門103。夾具02是在真空環境下放電，基片206在大面積均勻電場腔室內，沉積p-i-n異質結疊層膜，形成薄膜太陽能電池芯板或稱晶片，適合投入大批量生產。夾具02上固定的氣體管道220上入口與真空室01上的氣體系統接入口101伸入真空室01內部的管口對接，電源線一端與夾具的電源接頭205相連，另一端電源線接甚高頻電源系統的接入口102。陰極板203與陰極板禁止罩204之間有絕緣條207，信號饋入組件201的頭部矩形饋入面201-1與陰極板203背面饋入口203-1面接觸連線，饋入射頻/甚高頻功率電源信號，饋入帶另一端上的通孔201-3與電源接頭205相連線，信號饋入組件201腰部外殼是陶瓷絕緣層202，以防與陰極板禁止罩204接觸。陰極板禁止罩204上對應位於陰極板的饋入口203-1開有通孔204-1，使得信號饋入組件201從陰極板203引出時不與陰極板禁止罩204接觸，饋入帶201為導電性良好的金屬片銅，陰極板禁止罩204和陽極板208接地。將前工序鍍制的基片206放置在夾具02的腔室內，將夾具02放置在真空室01內，關好真空室01上的真空室活動門103，通過真空系統先抽真空到理想狀態，通入氬氣，當腔內壓力達到60帕時，打開甚高頻電源，放電清洗腔室，關閉電源。之後抽高真空至5.0×10帕左右，通入氬氣清洗腔室。按照5slpm通入工藝氣體，進行沉積工藝，完成氣相沉積鍍膜。

實施例2

陰極板矩形饋入口設定在帶禁止罩電極板組件的陰極板背面中心區域內凹的矩形面上，信號饋入組件包括扁平腰部和信號饋入面是矩形的頭部。

圖7使用的夾具同實施例1。該實施例採用立式沉積室，由12個陽極板208與12個陰極板203組成12對電極，可同時鍍膜24片基片206。具體步驟如下：

a）將24塊帶有600納米厚透明導電膜的玻璃基片206（1640毫米×707毫米×3毫米）放置於夾具02中的24個基片位置，膜面朝外，玻璃面朝電極板。

b）打開真空室活動門103，將夾具02放置在真空室01內，關好真空室01的真空室活動門103。

c）真空抽到5.0×10帕之後，通入氬氣，當腔內壓力達到60帕時，打開40.68兆赫茲甚高頻電源，以400瓦功率放電清洗腔室2分鐘，關閉電源。

d）之後抽高真空至5.0×10帕左右，用氬氣清洗兩次。

e）按照5slpm通入混和氣（矽烷加氫氣），當腔內氣壓達到60帕，打開40.68兆赫茲甚高頻電源，以400瓦功率放電，沉積微晶矽本徵層40分鐘。

f）關閉電源，抽高真空。

g）充入氮氣至大氣壓，打開真空室活動門103，移出夾具02，在室溫中冷卻TCO玻璃。

實施例3