技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于制造
太阳能电池的大面积
等离子体增强化学气相沉积系统。尤其是，本发明涉及一种用于在
太阳能电池基板上实施等离子体增强化学气相沉积工艺的设备平台系统。本发明也可用于对具有较大尺寸的加工对象进行等离子体增强化学气相沉积工艺加工的设备，例如大型显示板制备设备，发光
半导体(light-emitting diode，LED)制备设备。
背景技术
[0002] 近年来，太阳能电池制造设备的经济性和有效性已经越来越受到重视。在太阳能电池制造领域中，太阳能电池制造设备的经济性和有效性一般以太阳能电池生产商的运行使用成本(Cost of Owner ship，CoO)来衡量。影响CoO的因素有很多，但是太阳能电池制造设备的产量，设备的价格和设备所需占地面积是最主要的影响因素。其中太阳能电池制造设备的产量是指设备每单位时间生产太阳能电池的数量，设备的价格主要取决于设备制造商的制造设备的材料成本，设备所需占地面积则包括设备的占地面积与设备维修所需的邻近区域。提高设备的产量，降低设备的造价和占地面积是降低设备运行使用成本的有效方法。
[0003] 在晶
硅太阳能电池生产工艺中，用于晶硅太阳能电池表面上制备氮化硅减反射膜的设备主要是大面积平板式等离子体增强化学气相沉积设备。大面积平板式等离子体增强化学气相沉积设备具备
薄膜厚度均匀性好，薄膜材料性能优越，薄膜沉积速度快，产量高，电池片基板装卸片容易，易于自动化集成等优点，已经成为制备晶硅太阳能电池减反射膜设备的主流，同时它也是晶硅太阳能电池生产工艺中技术含量最大的核心和关键设备。
[0004] 目前市场提供的大面积平板式氮化硅薄膜等离子体增强化学气相沉积设备系统主要由一个基板装载台，一个基板加热腔，一个薄膜沉积腔，一个基板冷却腔和一个基板卸载台等五个子系统组成。其中基板装载台用于将大量(几十至一百片)晶硅太阳能电池片装载至承载板上，基板加热腔用于对装载有晶硅太阳能电池片的承载板进行预加热，薄膜沉积腔用于对预加热后的电池片实施薄膜沉积，基板冷却腔用于对沉积后的电池片进行冷却，基板卸载台用于从承载板卸载下沉积后的电池片。上述步骤是
串联进行的，而且设备的上述各个子系统按1比1的比例构成。由于设备只包含一个薄膜沉积腔，因此产量有限，性价比不高。
[0005] 如果需要进一步提高设备的产量，必须加快薄膜的沉积速度，或者增大各个子系统的尺寸，也就是说增加各子系统的电池片处理量。但问题是，如果加快薄膜的沉积速度，将会影响薄膜的材料性能，造成太阳能电池整体性能和寿命的劣化。而如果将薄膜沉积腔的尺寸进一步增大，增加载片量，会造成薄膜厚度均匀性下降，最终会影响太阳能电池整体性能和成品合格率。
发明内容
[0006] 本发明的目的是为了解决上述技术问题，而提供一种结构合理，运行使用成本低，产量，生产效率和性价比高的用于制备晶硅太阳能电池减反射膜的大面积平板式等离子体增强化学气相沉积系统。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：系统具有两个薄膜沉积腔，两个薄膜沉积腔共同使用一个基板装载台，一个基板加热腔，一个基板冷却腔和一个基板卸载台；两个薄膜沉积腔在同时实施等离子体增强化学气相沉积时，共同使用一个沉积工艺气体源，一个气压控制系统，和一个
真空抽气系统；两个薄膜沉积腔还可以共同使用一个远程等离子体源同时对薄膜沉积腔实施化学清洗，从而达到维护薄膜沉积腔的工艺
稳定性；其中一个薄膜沉积腔在进行化学清洗时，不影响其它另一个薄膜沉积腔的正常使用。
[0008] 本发明还可以用于对太阳能电池实施其它薄膜材料制备，例如
氧化硅，非晶硅，微晶硅等薄膜材料的等离子体增强化学气相沉积，和金属导电薄膜的化学气相沉积。
[0009] 本发明具有可搭载多个薄膜沉积腔，并且能够共同和同时使用一个基板传递腔的特点。本发明结构合理，具有产量大，占地面积相对较小，生产效率高，单位产量的设备材料成本低，和性价比高等优点，可以有效地降低太阳能电池生产商的运行使用成本，具有很好的市场推广前景。
附图说明
[0010] 图1是根据本发明的
实施例1的大面积等离子体增强化学气相薄膜沉积系统的结构示意图。
[0011] 图2是根据本发明的实施例1的薄膜沉积腔的截面示意图。
[0012] 图3是根据本发明的实施例1的薄膜沉积腔系统的结构示意图。
[0013] 图4是根据本发明的实施例1的基板加热腔的截面示意图。
[0014] 图5是根据本发明的实施例1的基板冷却腔的截面示意图。
[0015] 图6是根据本发明的实施例1的大面积等离子体增强化学气相薄膜沉积系统运行示意图。
[0016] 图7是根据本发明的实施例2的大面积等离子体增强化学气相薄膜沉积系统的结构示意图。
[0017] 图8是根据本发明的实施例2的大面积等离子体增强化学气相薄膜沉积系统运行示意图。
[0018] 其中：1基板装载台；2基板加热腔；3薄膜沉积腔；4：基板冷却腔；5基板卸载台；6基板；7承载板；8、9、10、11、12、13、14、15和16缝
阀；17基板传递机构；18转动轴；19转动轮；20气体源；21远程等离子体源；22气体管路
截止阀；23高
频率射频电源；24低频率射频电源；25匹配器；26闸
门阀；27气压计；28气压控制系统；29蝶阀；30闸门阀；31真空抽气系统；32转动器；201基板加热腔进气口；202基板加热腔上盖板；203基板加热腔腔体；204基板加热腔基板加热器；205基板加热腔抽气口；301薄膜沉积腔气体导入口；302射频导入
电极；303薄膜沉积腔气体导入机构；304薄膜沉积腔上盖板；305绝缘材；306细孔；307薄膜沉积腔腔体；308薄膜沉积腔基板支持台；309加
热机构；310薄膜沉积腔抽气口；311射频功率馈入线；401基板冷却腔进气口；402基板冷却腔上盖板；403基板冷却腔腔体；404基板冷却腔基板支持台；405基板支持台冷却机构；406基板冷却腔抽气口具体实施方式
[0019] 实施例1
[0020] 在本发明的第一种实施例中，大面积平板式等离子体增强化学气相沉积系统包含：一个基板装载台1，一个基板加热腔2，两个薄膜沉积腔3a和3b，一个基板冷却腔4和一个基板卸载台5。
[0021] 图1是根据本发明的第一种实施例的大面积平板式等离子体增强化学气相沉积系统的结构示意图。基板装载台1，基板加热腔2，薄膜沉积腔3a和3b，基板冷却腔4和基板卸载台5依次连接，其中两个薄膜沉积腔3a和3b平行排列，即其前端都与基板加热腔2连接，其后端都与基板冷却腔4连接。基板加热腔2可以实施加热的基板6数量与基板冷却腔4可以实施冷却的基板6数量相等，两者都是薄膜沉积腔3a或3b可以实施薄膜沉积的基板6数量的两倍。
[0022] 两个薄膜沉积腔3a和3b具有相同的结构和构成，图2是其截面示意图。薄膜沉积腔3由上盖板304和腔体307组成，其内部具有一个气体导入机构303，一个射频导入电极302，一个基板支持台308，一个抽气口310，和一个基板传递机构17。其中气体导入机构303由气体导入口301，上盖板304，射频导入电极302和设置在射频导入电极302与上盖板304之间的绝缘材305构成。气体导入口301与气体源20和远程等离子体源21连接。
射频导入电极302上开设有许多个上下贯通的细孔306。射频功率馈入线311通过绝缘材
305导入薄膜沉积腔3内并与射频导入电极302连接。基板支持台308内部设置有加热机构309，可以对所载的基板6实施加热。抽气口310与气压控制系统28和真空抽气系统31依次连接。基板传递机构17由转动器32、转动轴18和转动轮19组成，可以传递基板6进出薄膜沉积腔3。
[0023] 如图3的薄膜沉积腔系统的结构示意图所示，两个薄膜沉积腔3a和3b共同使用一个气体源20，一个远程等离子体源系统21，一个气压控制系统28，和一个真空抽气系统31。参照图2和图3所示，两个薄膜沉积腔3a和3b的气体导入口301分别通过气体管路截止阀22a和22b与同一个气体源20和远程等离子体源21连接。两个薄膜沉积腔3a和
3b的射频导入电极302分别通过射频功率馈入线311与由高频率射频电源23，低频率射频电源24和匹配器25组成的射频电源连接。两个薄膜沉积腔3a和3b的抽气口310分别与同一个真空抽气系统31连接，并且共同使用一个气压控制系统28。具体的设置方式是，两个薄膜沉积腔3a和3b的抽气口310分别与各自的抽气支管连接，各自的抽气支管上分别设置有闸门阀26a和26b，在通过闸门阀26a和26b后两个抽气支管与同一个抽气管连接，抽气管最后连接至真空系统31，在抽气管上设置有一个气压计27，一个蝶阀29和一个闸门阀30。
[0024] 如图4的基板加热腔2的截面示意图所示，基板加热腔2由上盖板202和腔体203组成，腔体内部的上方设置有一个基板加热器204，一个基板传递机构17，一个抽气口205和一个进气口201。其中基板支持台204内设置有加热机构205，可以对所载的基板6进行加热。抽气口206与真空抽气系统连接，从而可以使基板加热腔2保持真空状态。进气口201与气体源连接，通过向基板加热腔2提供保护气体(如氮气等)，从而可以使基板加热腔2从真空状态转为
大气压状态。基板传递机构17由转动器32、转动轴18和转动轮19组成，可以传递基板6进出基板加热腔2。
[0025] 如图5的基板冷却腔4的截面示意图所示，基板冷却腔4由上盖板402和腔体403组成，其内部具有一个基板支持台404，一个基板传递机构17，一个抽气口406和一个进气口401。其中基板支持台404内设置有冷却机构405，可以对所载的基板6进行冷却。抽气口406与真空抽气系统连接，从而使基板冷却腔4保持真空状态。进气口401与气体源连接，通过向基板冷却腔4提供保护气体(如氮气等)，从而可以使基板冷却腔4从真空状态转为大气压状态。基板传递机构17由转动器32、转动轴18和转动轮19组成，可以传递基板6进出基板冷却腔4。
[0026] 基板装载台1内设置有基板传递机构17(见图1)，基板传递机构17由转动器32、转动轴18和转动轮19组成，可以把基板6传递进基板加热腔2。在基板装载台1上可以实施把基板6装载至承载板7上。
[0027] 基板卸载台5内设置有基板传递机构17(见图1)，基板传递机构17由转动器32、转动轴18和转动轮19组成，可以把从基板冷却腔4中传递出来的基板6传递至其上。在基板卸载台5上可以实施把基板6从承载板7上卸载下来。
[0028] 图6是根据本发明的实施例1的大面积等离子体增强化学气相薄膜沉积系统运行示意图。在此实施方式中，一般操作时，[a]先将基板6装载在基板装载台1上放置的两个承载板7a和7b上，通常在每个承载板7上装载几十至一百片基板6。[b]然后，通过打开的设置在基板装载台1和基板加热腔2之间的缝阀8，由基板传递机构17把装载着基板6的两个承载板7a和7b同时传送至处于大气压状态的基板加热腔2内。[c]在关闭缝阀8后，基板加热腔2被抽至真空状态，同时基板加热器204对基板6实施加热。[d]在对基板6实施一定时间的加热后，分别打开基板加热腔2与薄膜沉积腔3a，3b之间的缝阀9a，9b，由基板传递机构17同时把两个承载板7a和7b分别传送至薄膜沉积腔3a和3b内。[e]在关闭缝阀9a和9b后，由一个气体源20同时向薄膜沉积腔3a和3b内供应薄膜沉积工艺气体，由一个气压控制系统28同时控制薄膜沉积腔3a和3b的气压，由一个抽气系统31同时实施对薄膜沉积腔3a和3b的真空抽气，由基板支持台308对基板6实施加热，并使用各自的射频电源系统(由高频率射频电源23，低频率射频电源24和匹配器25组成)分别向薄膜沉积腔3a和3b提供射频功率，同时对薄膜沉积腔3a和3b内的基板6实施薄膜沉积工艺。[f]与此同时，通过流入氮气把基板加热腔2从真空状态转为大气压状态，然后通过重复实施上述步骤[a]，[b]和[c]，把下一批次的基板传送至基板加热腔2实施加热。[g]在完成薄膜沉积后，分别打开基板冷却腔4与薄膜沉积腔3a，3b之间的缝阀10a，10b，由基板传递机构17同时把两个承载板7a和7b传送至处于真空状态的基板冷却腔4内。[h]在关闭缝阀10a，10b后，基板冷却腔4内的基板冷却机构405对沉积过的基板6实施冷却，同时通过氮气流入把基板冷却腔4从真空状态转为大气压状态。[i]与此同时，通过重复实施上述步骤[d]和[e]，在薄膜沉积腔3a和3b内分别对下一批次的两个承载板7a和7b上装载的基板6同时实施薄膜沉积。[j]在基板冷却腔4内对沉积过的基板6实施一定时间的冷却，并且基板冷却腔4达到大气压状态后，打开基板冷却腔4与基板卸载台5之间的缝阀
11，然后由基板传递机构17同时把装载着沉积过的基板6的两个承载板7a和7b传送至基板卸载台5上。[k]在关闭缝阀11后，开始对基板冷却腔4进行抽真空，同时在基板卸载台
5上从两个承载板7a和7b上卸载沉积过的基板6。至此，系统完成了一次同时使用两个薄膜沉积腔3a和3b对基板实施薄膜沉积工艺加工。在本系统上重复上述[a]-[k]的过程，可以连续对大量的基板实施薄膜沉积工艺加工。
[0029] 实施例2
[0030] 在本发明的第二种实施例中，大面积平板式等离子体增强化学气相沉积系统包含：一个基板装载台1，一个基板加热腔2，两个薄膜沉积腔3a和3b，一个基板冷却腔4和一个基板卸载台5。
[0031] 图7是根据本发明的第二种实施例的大面积平板式等离子体增强化学气相沉积系统的结构示意图。基板装载台1，基板加热腔2，薄膜沉积腔3，基板冷却腔4和基板卸载台5依次连接，其中两个薄膜沉积腔3a和3b前后依次排列，即薄膜沉积腔3a的前端与基板加热腔2连接，其后端与薄膜沉积腔3b的前端连接，薄膜沉积腔3b的后端与基板冷却腔4连接。基板加热腔2可以实施加热的基板6数量与基板冷却腔4可以实施冷却的基板6数量相等，两者都是薄膜沉积腔3a或3b可以实施薄膜沉积的基板6数量的两倍。
[0032] 两个薄膜沉积腔3a和3b具有相同的结构和构成，图2是其截面示意图，详细结构和构成在实施方式1中已有描述。
[0033] 两个薄膜沉积腔3a和3b共同使用一个气体源20，一个远程等离子体源系统21，一个气压控制系统28，和一个真空抽气系统31，其结构示意图如图3所示，详细结构在实施方式1中已有描述。
[0034] 基板加热腔2和基板冷却腔4的结构和构成分别如图4和图5所示，基板装载台1和基板卸载台5的结构和构成如图7所示，其详细结构在实施方式1中已有描述。
[0035] 在此实施方式中，一般操作时，[a]通常先将装载有几十至一百片基板6b的第一个承载板7b放置在基板装载台1上，然后通过打开的基板装载台1与基板加热腔2之间的缝阀12，由基板传递机构17把第一个承载板7b传送至基板加热腔2内，接着再用同样的方式把装载有几十至一百片基板6a的第二个承载板7a也传送至基板加热腔2内。[b]在关闭缝阀12后，基板加热腔2被抽至真空状态，同时基板加热器204对基板6a和6b实施加热。[c]在对基板6a和6b实施一定时间的加热后，打开基板加热腔2与薄膜沉积腔3a之间的缝阀13，和薄膜沉积腔3a与薄膜沉积腔3b之间的缝阀14，由基板传递机构17先把第一个承载板7b经薄膜沉积腔3a传送至薄膜沉积腔3b内，然后由基板传递机构17再把第二个承载板7a传送至薄膜沉积腔3a内。[d]在关闭缝阀13和14后，由一个气体源20同时向薄膜沉积腔3a和3b内供应薄膜沉积工艺气体，由一个气压控制系统28同时控制薄膜沉积腔3a和3b的气压，由一个抽气系统31同时实施对薄膜沉积腔3a和3b的真空抽气，由基板支持台308对基板6实施加热，并使用各自的射频电源系统(由高频率射频电源23，低频率射频电源24和匹配器25组成)分别向薄膜沉积腔3a和3b提供射频功率，同时对薄膜沉积腔3a内的基板6a和薄膜沉积腔3b内的基板6b实施薄膜沉积工艺。[e]与此同时，在通过流入氮气把基板加热腔2从真空状态转为大气压状态后，通过重复实施上述步骤[a]和[b]把下一批基板6a和6b传送至基板加热腔2进行预加热。[f]在完成薄膜沉积后，打开缝阀14和15，由基板传递机构17先把第一个承载板7b从薄膜沉积腔3b传送至基板冷却腔4内，再把第二个承载板7a从薄膜沉积腔3a经由薄膜沉积腔3b传送至基板冷却腔4内。[g]在关闭缝阀14和15后，在基板冷却腔4内的冷却机构405对沉积过的基板6a和6b同时实施冷却，同时通过氮气流入把基板冷却腔4从真空状态转为大气压状态。[h]与此同时，通过重复实施上述步骤[c]和[d]把下一批次的基板6a和6b传送至薄膜沉积腔
3a和3b内进行薄膜沉积工艺。[i]在基板冷却腔4内对沉积过的基板6a和6b实施一定时间的冷却，并且在基板冷却腔4达到大气压状态后，打开基板冷却腔4与基板卸载台5之间的缝阀16，由自动传输系统把装载着沉积过的基板6a和6b的两个承载板7a和7b传送至基板卸载台5上。[j]在关闭缝阀16后，开始对基板冷却腔4进行抽真空，同时在基板卸载台5上从承载板7上卸载沉积过的基板6。至此，系统完成了一次同时使用两个薄膜沉积腔3a和3b对基板实施薄膜沉积工艺加工。在本系统上重复上述[a]-[j]的过程，可以连续对大量的基板实施薄膜沉积工艺加工。图8是根据本发明的实施方式2的大面积等离子体增强化学气相薄膜沉积系统运行示意图。
[0036] 上述实施例1和2，其中薄膜沉积腔3a和3b可以对基板6实施氮化硅，氧化硅，非晶硅，微晶硅等薄膜的等离子体增强化学气相沉积，以及金属导电薄膜的化学气相沉积。
