CN114351114A - 一种高效太阳能电池用大产能炉管式icp-cvd装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高效太阳能电池用大产能炉管式ICP‑CVD装置，包括反应腔体、载板、电感线圈和加热炉管，多个载板在反应腔体内平行布置，两两之间相隔一定距离，载板两面均可装载工件；电感线圈套在反应腔体外部，与腔体同轴并与腔体之间有一定间隙；加热炉管套在电感线圈外，与电感线圈及反应腔体同轴。本发明电感线圈内通入高频电源，激发反应腔内气体形成等离子体。等离子体放电与载板形状、位置等因素无关，载板结构和布局不再受限制，可采用多个载板叠加，两个载板的间距可以做的很小。反应腔体及加热炉管可上下多层布局，向空中发展，使整个设备占地面积小，单位占地面积内的产能大；电感线圈位于反应腔体外不会出现电极引入处放电问题。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池生产设备，尤其涉及一种高效太阳能电池用大产能炉管式ICP-CVD装置。
背景技术
目前高效太阳能电池主要膜系材料为单质硅，晶体结构为非晶或微晶状态。而且希望的是更多的微晶状态的单质硅材料。目前主要的生长方式是采用平行平板式PECVD设备(CCP-CVD)，在一定真空度和温度下，使用硅烷气体分解得到，此方式由于产生的等离子体密度低，生成的单质硅薄膜主要是非晶状态且氢含量偏高。较好的方法是采用高密度等离子体放电技术比如电感耦合等离子体、微波等离子体放电等技术。电感耦合等离子体由于具有辐射小、结构简单、电磁兼容性好等特点被广泛应用于半导体CVD设备中。但目前电感耦合PECVD设备(ICP-CVD)产能很小，主要应用于半导体芯片制造，满足不了太阳能电池行业需要大产能、低成本的要求。
现有技术的缺点：
1、对于链式平行平板PECVD设备：
(1)平面载板，提高产能的办法是采用大的载板，大载板将会使设备体积增大、占地面积增大，成本增高；(2)对于大产能设备，由于载板面积变大，带来放电均匀性、气流均匀性等难控制的问题。
2、对于管式平行平板PECVD设备：
(1)电极放在炉管中，电极板也是工件载板，还是平行极板之间放电。由于电极板间距不能太小，采用多层电极板的方式扩大产能，将会使炉管直径增大，而炉管壁强度有限不能太大，产能也会受限；(2)两个电极板都在真空腔体中，电极的引入存在漏电风险；(3)气流不能均匀喷在每对电极板之间，存在膜层不均匀的风险，导致影响产品成品率。
3、对于电感耦合PECVD设备：等离子体在基片上方的腔体内由电感放电产生，沉膜区域受到限制，导致不能实现大产能沉膜。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种电感线圈设在反应腔体外部，等离子体放电与载板无关，载板结构和布局不再受限制，加热炉管与反应腔体、线圈组成的部件可采用上下多层布置，放在一个机架内，占地面积小，单位面积内的产能大，反应腔体内不需要设置电极从而不会出现电极引入处放电问题，镀膜均匀性好的高效太阳能电池用大产能炉管式ICP-CVD装置。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种高效太阳能电池用大产能炉管式ICP-CVD装置，包括反应腔体、载板、电感线圈和加热炉管，所述载板设置多个，多个载板在反应腔体内平行布置，两两之间相隔一定距离，载板的两面均可装载工件；所述电感线圈套在反应腔体外部，与腔体同轴并与腔体之间有一定间隙；所述加热炉管套在电感线圈外部，与反应腔体同轴。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电感线圈为可通入冷却介质的空心铜管。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电感线圈包括多个独立的子线圈，每个子线圈的圈数设置至少三个。
作为上述技术方案的进一步改进，每个子线圈连接一个射频匹配器。
作为上述技术方案的进一步改进，所述加热炉管由电阻加热丝、炉体保温棉和炉体外壳构成的圆柱形管状，所述电阻加热丝嵌堪在炉体保温棉内，并与炉体保温棉及炉体外壳形成一个整体。
作为上述技术方案的进一步改，所述加热炉管套在电感线圈外部且二者同轴。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电感线圈的覆盖的长度不小于载板的长度。
作为上述技术方案的进一步改进，所述反应腔体设有进气口和排气口。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的高效太阳能电池用大产能炉管式ICP-CVD装置，电感线圈套在反应腔体外部，电感线圈内通入高频电源，由于电磁场的作用，在反应腔体内发生辉光放电使工艺气体电离形成等离子体，等离子体放电与载板形状、位置等因素无关，载板结构和布局不再受限制，可采用多层平行组装，两层载板的间距可以做的很小，同时电感线圈可做成几段，保证电源的匹配性。理论上可使反应腔体做的很长，因而，显著增大设备产能。另外，炉管式反应腔体整体可采用上下多层布局，放在一个机架内，向空中发展，占地面积小，使单位占地面积内的产能大；再次，电感线圈位于反应腔体外，反应腔体内不需要设置电极从而不会出现电极引入处放电问题；电感线圈沿着反应腔体长度方向多段布置，反应腔体全长度上等离子体浓度均匀性调节灵活，进而使镀膜均匀性好，产品良率高。
(2)本发明的高效太阳能电池用大产能炉管式ICP-CVD装置，电感线圈为可通入冷却介质的铜管，由于电感线圈本身通电会导致温度升高，再加上外围加热炉管的作用，导致电感线圈温度很高。铜管内通入冷却水，可以降低电感线圈的温度，防止线圈温度过高导致内部电流分布状态改变，而且铜管也不易损坏。
附图说明
图1是本发明的高效太阳能电池用大产能炉管式ICP-CVD装置的结构示意图。
图2是本发明的高效太阳能电池用大产能炉管式ICP-CVD装置的剖视图。
图中各标号表示：
1、反应腔体；2、载板；3、电感线圈；31、子线圈；4、加热炉管；5、射频匹配器；6、进气口；7、排气口。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，本实施例的高效太阳能电池用大产能炉管式ICP-CVD装置，包括反应腔体1、载板2、电感线圈3和加热炉管4，载板2设置多个，多个载板2在反应腔体1内平行布置，两两之间相隔一定距离，载板2的两面均可装载工件；电感线圈3套在反应腔体1外部，与反应腔体1同轴并与反应腔体1之间有一定间隙；加热炉管4套在电感线圈3外部，与反应腔体1同轴。
本实施例以五个载板2为例，五个载板2平行分层布置，载板2用来放基片(电池片)。加热炉管4用于对反应腔体1进行加热，电感线圈3外接射频匹配器5，通电后电感线圈放电，在反应腔体1内部产生等离子体，整个反应腔体1内充满了等离子体，而载板2放在反应腔体1内，整个载板2叠层都处在等离子体区域中，保证了各载板2上的基片的均匀沉膜。
该ICP-CVD装置，首先，电感线圈3套在反应腔体1外部，等离子体放电与载板2无关，载板2结构和布局不再受限制，可采用多层平行组装，两层载板2的间距可以做小，不再受限。另外，炉管式反应腔体整体可采用上下多层布局，放在一个机架内，向空中发展，占地面积小，单位面积内的产能大；其次，电感线圈3位于反应腔体1外，反应腔体1内不需要设置电极从而不会出现电极引入处放电问题；电感线圈3套在反应腔体1外部，可以沿着反应腔体1长度方向布置，等离子体浓度均匀性调节灵活，进而使镀膜均匀性好，产品良率高。
本实施例中，电感线圈3的覆盖的长度不小于载板2的长度，优选为电感线圈3的覆盖的长度与载板2的长度匹配，从而确保载板2上的基片覆盖在电感线圈3内，确保基片完全在等离子体区域中。
本实施例中，电感线圈3为可通入冷却介质的空心管，优选为铜管绕制而成，冷却介质优选为冷却水，由于电感线圈3本身通电会导致温度升高，再加上外围加热炉管4的作用，导致电感线圈3温度很高，通过将其设计成铜管，通入冷却水，可以降低电感线圈3的温度，从而耐温性好，不易损坏。
本实施例中，电感线圈3包括多个独立的子线圈31。本实施例以三个为例，各个子线圈31的圈数分别为6、7和5圈。每个子线圈31连接一个射频匹配器5，通过各线圈独立控制射频功率的方式，可以使得等离子体浓度均匀性调节更灵活，进而使镀膜均匀性更好。
本实施例中，加热炉管4由电阻加热丝、炉体保温棉和炉体外壳构成的圆柱形管状。所述电阻加热丝嵌堪在炉体保温棉内，并与炉体保温棉及炉体外壳形成一个整体。加热炉管4套在电感线圈3外部且二者同轴，电感线圈3套在反应腔体1外部且二者同轴。
本实施例中，反应腔体1设有进气口6和排气口7，进气口6用于向反应腔体1内通入工艺气体。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种高效太阳能电池用大产能炉管式ICP-CVD装置，其特征在于：包括反应腔体(1)、载板(2)、电感线圈(3)和加热炉管(4)，所述载板(2)设置多个，多个载板(2)在反应腔体(1)内平行布置，两两之间相隔一定距离，载板(2)的两面均可装载工件；所述电感线圈(3)套在反应腔体(1)外部，与反应腔体(1)同轴并与反应腔体(1)之间有一定间隙；所述加热炉管(4)套在电感线圈(3)外部，与反应腔体(1)同轴。
2.根据权利要求1所述的高效太阳能电池用大产能炉管式ICP-CVD装置，其特征在于：所述电感线圈(3)为可通入冷却介质的空心铜管。
3.根据权利要求1所述的高效太阳能电池用大产能炉管式ICP-CVD装置，其特征在于：所述电感线圈(3)包括多个独立的子线圈(31)，每个子线圈(31)的圈数设置至少三个。
4.根据权利要求3所述的高效太阳能电池用大产能炉管式ICP-CVD装置，其特征在于：每个子线圈(31)连接一个射频匹配器(5)。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的高效太阳能电池用大产能炉管式ICP-CVD装置，其特征在于：所述加热炉管(4)为由电阻加热丝、炉体保温棉和炉体外壳构成的圆柱形管状。所述电阻加热丝嵌堪在炉体保温棉内，并与炉体保温棉及炉体外壳形成一个整体。
6.根据权利要求1至4任意一项所述的高效太阳能电池用大产能炉管式ICP-CVD装置，其特征在于：所述加热炉管(4)套在电感线圈(3)外部且二者同轴。
7.根据权利要求1至4任意一项所述的高效太阳能电池用大产能炉管式ICP-CVD装置，其特征在于：所述电感线圈(3)的覆盖的长度不小于载板(2)的长度。
8.根据权利要求1至4任意一项所述的高效太阳能电池用大产能炉管式ICP-CVD装置，其特征在于：所述反应腔体(1)设有进气口(6)和排气口(7)。
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