[发明专利]用于薄膜太阳能电池的磁控溅射设备及其控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于薄膜太阳能电池的磁控溅射设备及其控制系统，属于磁控溅射镀膜技术领域。

背景技术

磁控溅射镀膜设备通过电场和磁场的作用，在等离子体真空腔体内对靶材进行溅射，沉积薄膜太阳能电池的背电极，如铝、掺铝氧化锌等膜层。而磁控溅射镀膜采用的靶结构基本可分为平面靶和旋转靶两种方式。平面靶结构简单，但靶材利用率相对较低，基本在15%-30%，随着技术的发展，可以通过增加磁铁移动装置提高平面靶的利用率，实现靶材轰击的均匀性，如中国专利201010121301.1《磁控溅射源及等离子体处理设备》是采用增加磁铁移动装置，调节磁场强度，以提高平面靶的利用率，但是其利用率仍然不高，需经特殊的技术处理后才能达到35%-40%。平面靶要求靶材厚度在6-14mm之间，若靶材太厚或太薄都会使利用率降低，导致靶材更换频繁，对于规模化生产会增加工序及不利于设备维护，影响产能。而旋转靶具有靶材利用率高，维护周期长，产能高的优点，避免了平面靶的这些缺点；但是旋转靶结构较复杂，制造要求高，靶材成本高，供货周期较长，对设备及工序的生产管控要求高。旋转靶的靶材利用高、消耗均匀，但在使用过程中，靶材会越来越薄，靶材溅射表面与靶筒内的磁铁之间的距离越来越小，使靶材溅射表面的磁场发生变化，所镀膜层越来越薄，无法达到膜层性能要求，使产品质量降低；因此在使用旋转靶生产时，随着靶材消耗、厚度减少，为了保证所镀膜层厚度，需采用频繁调整靶功率的方式，但靶起辉后靶材一直处于消耗状态，难以调整到合适的参数，导致所镀薄膜厚度不均匀，影响产品质量，尤其不适合对功率调整敏感的AZO等透明导电膜层，因为调整功率时会影响AZO膜层的致密程度，虽然膜层厚度一致，但是由于膜层疏松程度不一样，导致其电阻率变化较大，不能达到薄膜电池膜层的性能要求。基于上述问题，中国专利200910160063.3《真空溅镀设备的旋转靶装置》是通过旋转内部磁铁来保证镀膜厚度，但该技术需要多个相同的旋转靶才能实现，价格昂贵，成本高。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明的目的是设计一种结构简单、成本低的用于薄膜太阳能电池的磁控溅射设备及其控制系统，解决磁控溅射镀制薄膜电池膜层的厚度一致性等技术问题。

为了实现以上任务，本发明采用的技术方案：设计一种用于薄膜太阳能电池的磁控溅射设备，包括安装在真空腔室内的旋转靶，其特征在于所述旋转靶上装有可移动的磁体，该旋转靶呈筒状，其外壁上装有靶材，内部装磁体，靶轴贯穿靶筒，磁体的移动机构装在靶轴的一端，靶轴的另一端装有靶材旋转机构。

靶筒两端设有连接构件，该构件由端头、靶轴支承座和连接夹套组成，端头由连接夹套安装在靶筒的两端，且端头内装有靶轴支承座。

靶轴支承座内设有靶轴移动槽。

靶轴的两端设有平面台阶，该平面台阶插接在靶轴移动槽内。

磁体移动机构主要由电机、齿轮和齿条组成，电机的运动轴上装有齿轮，靶筒的端头装有齿条，齿轮与齿条啮合。

磁体包括固定块、封闭盒、靶靴和多组磁铁，磁铁安装在磁靴上，且置于封闭盒内，该封闭盒由固定块安装在靶轴上，磁体的封闭盒内装有冷却水。

本发明还提供一种用于薄膜太阳能电池的磁控溅射设备的控制系统，包括电脑、工控机、移动机构控制器，其主要技术特点是磁控溅射设备的靶电源，其一端与真空腔体内的阴极连接，另一端连接工控机，该工控机与移动机构控制器及移动机构相互连接，形成闭环控制系统，工控机从靶电源采集靶功率、靶电压及电流信号，反馈至电脑，由电脑程序控制磁体移动。

磁控溅射设备的靶材为金属靶，由工控机自动控制靶功率和靶材厚度，均匀镀制金属膜层，靶功率和靶材厚度的关系式为：y=-4.8ln(x)+22.04，其中y是靶功率，x是靶材厚度。

磁控溅射设备的靶材为AZO靶，由工控机自动控制靶面与磁铁之间的间距以及靶材厚度，其函数关系式：y=0.834x+11.5，y为靶材厚度，x为靶面与磁铁之间的间距。

本发明产生的积极效果是：对薄膜太阳能电池的磁控溅射设备中的旋转靶进行改进，在旋转靶的靶轴的两端安装端头及靶轴支承座，靶轴支承座上设有靶轴移动槽，靶轴可在移动槽内滑动，靶轴的一端安装有齿条，通过控制系统控制电机带动齿轮齿条移动，使得靶轴上的磁体在端头支承座的移动槽内移动，调整溅射靶材表面的磁场。通过闭环控制系统自动调节靶电源以及旋转靶上的磁铁和靶材之间距离，调整靶材表面的磁场，保证所镀膜层厚度的均匀性和致密度的一致性。

附图说明

图1：本发明的结构示意图。