[发明专利]薄膜沉积设备

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜沉积技术领域，特别涉及一种沉积硅基薄膜和硅基合金薄膜的薄膜沉积设备。

背景技术

随着能源的日益短缺人们对太阳能的开发和利用日趋重视。市场对更大面积、更轻更薄且生产成本更低的新型太阳能电池的需求日益增加。新型太阳能电池中的基于硅材料的合金薄膜太阳能电池(以下简称薄膜太阳能电池)、特别是大面积薄膜太阳能电池的开发已受到世界范围的广泛关注。薄膜太阳能电池用硅量极少，便于大规模集成制造，更容易降低成本。在可再生能源必须与传统化石能源竞争的情况下，薄膜太阳电池已成为太阳能电池应用的趋势。

薄膜太阳能电池是多层器件，典型的薄膜太阳能电池通常包括玻璃基板、透明导电前电极、p-i-n叠层结构，以及背电极和背保护板等。其中p-i-n叠层结构的p层为p型掺杂的薄膜硅层、i层非掺杂或本征的薄膜硅层、n层为n型掺杂的薄膜硅层。p层和n层在i层两侧之间建立内部电场，收集i层中的由入射光能产生的光致载流子。这个p-i-n叠层组合称为一个光电单元，或一个“结”。单结薄膜太阳能电池含有单一的光电单元，而多结薄膜太阳能电池则含有两个或多个叠加在一起的光电单元。

大面积薄膜太阳能电池的p-i-n叠层结构的各层是利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺在大型PECVD沉积设备中沉积而成的。优选的沉积设备是例如专利号为200820008274.5的中国专利中所描述的可在大面积基板上、大批量沉积薄膜的大型PECVD沉积设备。图1为该设备简化结构示意图，图2和图3为图1所示设备的工件架的正面和立体简化结构示意图。如图1所示，并参照图2和图3，薄膜沉积设备包括一真空箱体50，其内部放置工件架101。工件架101的上横梁112和下横梁111之间具有等距、相互平行、间隔交替排列的激励电极板104和接地电极板106。(为简便起见，图1中未示出上横梁)。激励电极板104和接地电极板106的数量可以根据生产要求而定。激励电极板104和接地电极板106的两侧表面均为平坦表面，可放置需要沉积薄膜的基板121(如玻璃基板)。薄膜沉积设备的箱体50具有进气口51和排气口52。工件架101顶部具有喷淋板110，其上均匀密布通气孔115，喷淋板110上方为布气盒70。在薄膜沉积的过程中，反应气体由进气口51进入布气盒70，通过喷淋板110上的众多的通气孔115后均匀地进入激励电极板104和接地电极板106之间的反应空间，也就是基板121之间的反应空间，沿箭头所指方向自上而下流动，激励电源向激励电极板104提供射频能量，将反应气体电离为等离子体在基板表面沉积薄膜，剩余的反应气体从工件架101底部的下横梁111间的电极板下方的空间(见图3所示)流出，沿箭头方向由排气口52排出。该设备不同于大多数厂家使用的带喷淋电极的、且一个电极只对应一个镀膜表面的多室沉积设备，该设备能够同时对很多片大面积基板(例如玻璃基板)进行镀膜，因此生产效率极高。

由于薄膜沉积设备的真空箱体50和工件架101的整体体积较大，反应气体在反应空间中流动时，进入到反应空间上部的反应气体首先被电离，然后剩余的反应气体再流到反应空间的下部被电离。当使用混合气体沉积合金薄膜时，例如用硅烷和锗烷沉积多结电池的第二结电池的非晶硅锗i层时，由于锗烷的分解速率要高于硅烷，而现有的沉积工艺大多是利用连续输出的射频功率电离反应气体，在连续功率激发的情况下锗烷在进入反应空间后会先于硅烷分解，随着气体的流动，锗烷逐渐减少，而硅烷的消耗相对稳定，从而使整片基板上明显呈现薄膜从上到下锗含量的递减，厚度和带隙(成分)都呈现出从上到下递减的非均匀性，特别是制造硅锗合金大面积光伏电池板时问题更为严重。原则上讲，加大气体流量可以改善上述问题，但由于锗烷气体很昂贵，不利于低成本低污染产业化生产。而且如果流速过快，还会造成沉积薄膜的前期物质上下分布不均匀的问题。