一种新型管式PECVD设备及其镀膜工艺的制作方法

一种新型管式pecvd设备及其镀膜工艺
技术领域
1.本发明涉及管式pecvd设备技术领域，尤其涉及一种新型管式pecvd设备及其镀膜工艺。


背景技术：

2.自20世纪80年代以来，光伏产业得以飞速发展，晶体硅太阳能电池居主导性地位，为了使清洁的太阳能成为更常用的能源，已经有了在以下三个方面正在进行的主要工作:(1)增加太阳能电池的能量转化效率，(2)提高长期稳定性(最大限度降低降解)，(3)降低制造成本。为了进一步提高工业规模生产的太阳能电池的功率转换效率和降低生产成本，国际上涌现了大量不同的制作工艺方法和电池结构。为了更好的利用太阳能，需要研发具有更高转换效率的太阳能电池。晶体硅太阳能电池凭靠其他制造技术成熟、材料成本上的优势、产品性能稳定、使用寿命长、光电转化效率较高和环保无毒等优势，在众多太阳能电池中，晶体硅太阳能电池始终是商业化太阳能电池的主流。为了制造出效率高的电池就要求将反射光和透射光的损失降到最小，因此常在晶体硅表面沉积一层或是多层氮氧化硅或二氧化硅或氮化硅减反射膜。利用等离子体增强化学气相沉积(pecvd)技术沉积钝化膜不仅能起到减反射膜的作用，也能起到表面钝化和体钝化的作用；目前所用采用pecvd是石英管式形式，石墨舟放在石英管中央，周边有很大的空间是空闲的，用于工艺的气体大部份是从周边空间中流走，没有参与工艺而造成损失。而且如果要增加单台的产量只能增加石英管的直径，增加石英管的直径则存在工艺问题，同时通过增加石英管的直径和石墨舟宽度来提高产量，石英管空间损失更大，同时需要增加相应的加热功率和更多的工艺气体来满足生产需求。


技术实现要素：

3.本发明公开了一种新型管式pecvd设备及其镀膜工艺，以解决上述技术问题以及现有技术中的其他技术问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种新型管式pecvd设备，该管式pecvd设备包括：
5.保温外壳体，用于安装内保温腔体，形成密闭的双层壳体结构，并实现保温和承载镀膜时压力；
6.主供气单元，设置在所述保温外壳体外部，用于提供工艺气体；
7.匀气单元，设置在所述保温外壳体和内保温腔体的进气端的端部之间，用于接收所述主供气单元提供的工艺气体并均匀导入到内保温腔体内部；
8.加热单元，设置在所述内保温腔体的内侧壁上，用于对所述内保温腔体内部的工艺气体、石墨舟和衬底进行加热；
9.内保温腔体，用于放置装载衬底的石墨舟，同时起到保温隔热作用；
10.对电极，设置在所述保温外壳体的两侧，且端部插入到所述内保温腔体的内部底
部，用于引入高频电源对所述内保温腔体中被加热后的工艺气体进行电离，所述电离后的气体对石墨舟内的衬底进行镀膜。
11.进一步，所述管式pecvd设备还包括用于延长工艺气体在所述内保温腔体的流动路径的气体隔板，若干矩形的所述气体隔板固设在所述内保温腔体的内部。
12.进一步，所述管式pecvd设备还包括辅助加气单元，若干所述辅助加气单元设置在所述保温外壳体的侧壁上，并与所述内保温腔体连通。
13.进一步，所述气体隔板的材质为石墨。
14.进一步，所述保温外壳体为不锈钢壳体，且所述不锈钢壳体的两端的端部分别设有密封门和排气法兰，且所述密封门上设有主进气口，排气法兰上设有排气口；
15.位于所述密封门内侧的不锈钢壳体内部设有前挡板，
16.位于排气法兰内侧的不锈钢壳体内部设有后挡板。
17.进一步，所述匀气单元包括均匀出气孔、均匀排气孔和匀气室；
18.其中，若干所述均匀排气孔均匀布置在所述后挡板的中心位置，若干所述均匀进气孔均匀布置在前挡板的中心位置；
19.所述保温外壳体前端、所述前挡板和密封门之间形成所述匀气室。
20.进一步，所述对电极为真空电极和石墨电极。
21.进一步，所述加热单元为红外加热器、陶瓷加热器或电阻式铠装加热器中一种。
22.进一步，所述保温外壳体的截面为类矩形、矩形或椭圆形；所述内保温腔体的材质为石墨，且所述内保温腔体的截面为类矩形、矩形或椭圆形。
23.本发明的另一目的提供一种采用上述的管式pecvd设备的镀膜工艺，该镀膜工艺具体包括以下步骤：
24.s1)将装有衬底的若干石墨舟置于内保温腔体内，进行抽真空至设定的本底真空；
25.s2)开启加热单元进行加热，并保持在工艺温度，同时通过主供气单元或主供气单元和辅助供气单元一起引入工艺气体，使工艺气体在内保温腔体流动，并被加热到工艺温度；
26.s3)启动对电极引入电流，激发受热的工艺气体形成等离子体，通过交变电流使等离子在极板间加速撞击气体，运动到衬底表面，对衬底进行镀膜；
27.s4)完成镀膜工艺后，反复充入氮气+抽真空，取出载有镀膜完成的衬底，完成整个工艺，即钝化膜或减反膜。
28.本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明采用双层壳体结构，形状相似的内保温腔体置于保温外壳体内部，形成密封空间的同时，还起到保温和保护内保温腔体作用，
29.双层壳体结构采用截面为非圆形的形状，减少了石墨舟的放置时的空间控制浪费，同时可以通过增加截面宽度来增加石墨舟的放置数量，减少了工艺气体的用量；
30.将加热单元设置在内保温腔体内部，降低了加热区体积，减少了所需的加热功率；
31.在内保温腔体的内侧壁上设置气体挡板，延长了石墨舟与内保温腔体之间的工艺气体流动路径，使通过石墨舟的工艺气体的气流量增加，与双层壳体的配合使工艺气体受热升温更快，能够充分与石墨舟内的衬底充分接触，使衬底上镀膜更加均匀，产品合格率更高，同时大幅度减少废气的排除；
32.采用石墨材质的内保温腔体，既延长了其使用寿命，又避免镀膜时对产品污染；
33.采用本发明的设备在相同工艺条件下产量提高了至少15％，能耗降低了至少25％。
附图说明
34.图1为本发明一种新型管式pecvd设备的腔室结构的整体结构示意图。
35.图2为本发明一种新型管式pecvd设备的腔室结构的炉尾部剖视结构示意图。
36.图3为本发明一种新型管式pecvd设备的腔室结构的轴向剖视结构示意图。
37.图中：
38.1.保温外壳体、2.主供气单元、3.匀气单元、3-1.均匀排气孔、3-2.均匀进气孔、3-3.匀气室、4.内保温腔体、5.加热单元、6.对电极、7.控制单元、8.气体隔板、9.辅助加气管、10.支撑座、11.后挡板、12.前挡板、13.密封门、14.石墨舟、15.排气法兰、16.排气口、17.内支撑柱、18.石墨电极座、19.电极绝缘支座。
具体实施方式
39.下面结合具体附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
40.如图1所示，本发明一种新型管式pecvd设备，该管式pecvd设备包括：
41.保温外壳体1，用于安装内保温腔体4，形成密闭的双层壳体结构，并实现保温和承载镀膜时压力；
42.主供气单元2，设置在所述保温外壳体1外部，用于提供工艺气体；
43.匀气单元3，设置在所述保温外壳体1前端进气端和内保温腔体4的前端部之间，用于接收所述主供气单元2提供的工艺气体并均匀导入到内保温腔体4内部；
44.加热单元5，设置在所述内保温腔体2的内侧壁上，用于对所述内保温腔体2内部的工艺气体进行加热；
45.内保温腔体4，用于放置装载衬底的石墨舟14，起到保温隔热作用；
46.对电极6，包括两对对电极，分别是为正电极与负电极，包括真空电极和石墨电极，设置在所述保温外壳体4的两侧，由端部插入到所述内保温腔体4的内部，与两对石墨电极座18分别相联，石墨舟14两端的舟脚放置在石墨电极座18上，一端为正电极另一端为负电极，石墨舟14两端的舟脚分别与两组石墨舟的舟片相联，两组舟片相互间隔平行放置，且互不导通，这样，在高频电源引入后，石墨舟14相邻的石墨舟片之间就产生高频变化的电场，使石墨舟片之间形成等粒子体，对所述内保温腔体4中被加热后的工艺气体进行电离，并产生定向移动，对放置在石墨舟14内的衬底进行镀膜。
47.所述管式pecvd设备还包括用于延长工艺气体在所述内保温腔体4的流动路径的气体隔板8，若干矩形的所述气体隔板8设置在所述内保温腔体4的内部，且一端与所述内保温腔体4的内侧壁固接。当工艺气体在内保温腔体4内流动时，遇到气体隔板8阻挡，气体不在向前流动，而是转向产生涡流，均匀的包覆在石墨舟14周围，并使工艺气体均匀受热。
48.所述管式pecvd设备还包括辅助加气单元9，若干所述辅助加单元9设置在所述保温外壳体4的侧壁上，并与设置在所述保温外壳体1内部的所述内保温腔体4连通。在镀膜过程中，尾端的工艺气体会因消耗而浓度降低，通过辅助加气单元9向内保温腔体2内部补充
气体，从而使前后端的工艺气体的浓度一致，使镀膜更均匀。
49.所述保温外壳体1为不锈钢壳体，且所述不锈钢壳体的两端的端部分别设有密封门13和排气法兰，且所述密封门上设有主进气口，排气法兰上设有排气口；
50.位于所述密封门13内侧的不锈钢壳体内部设有前挡板12，
51.位于排气法兰内侧的不锈钢壳体内部设有后挡板11。
52.所述匀气单元3包括均匀出气孔3-1、均匀排气孔3-2和匀气室3-3；
53.其中，若干所述均匀排气孔3-1均匀布置在所述后挡板11的中心位置，若干所述均匀出气孔3-2均匀布置在前挡板12的中心位置；
54.所述保温外壳体4内部、所述前挡板12和密封门13之间的形成空间构成所述匀气室3-3，所述后挡板11和前挡板12上的气孔数量相等。
55.所述对电极6包括真空电极和石墨电极。
56.所述加热单元5为红外加热器、陶瓷加热器或电阻式铠装加热器中一种。
57.所述保温外壳体1的截面为类矩形、矩形或椭圆形；所述内保温腔体4的材质为石墨，且所述内保温腔体4的截面为类矩形、矩形或椭圆形
58.本发明的另一目的是提供一种采用上述的管式pecvd设备的镀膜工艺，该镀膜工艺具体包括以下步骤：
59.所述镀膜工艺具体包括以下步骤：
60.s1)将装有衬底的若干石墨舟14置于内保温腔体4内，进行抽真空至设定的本底真空；
61.s2)通过控制单元7开启加热单元5进行加热，并保持在工艺温度，同时通过主供气单元9或主供气单元2和辅助供气单元9一起引入工艺气体，使工艺气体在内保温腔体4流动，并被加热到工艺温度；
62.s3)启动对电极6引入电流，激发受热的工艺气体形成等离子体，通过交变电流使等离子在极板间加速撞击气体，运动到衬底表面，对衬底进行镀膜；
63.s4)完成镀膜工艺后，反复充入氮气+抽真空，取出载有镀膜完成的衬底，完成整个工艺。
64.实施例1：
65.将不锈钢的保温外壳体1和石墨材质的内保温腔体4的截面均矩形，内保温腔体4截面尺寸为不锈钢外的保温外壳体1截面尺寸的3/4；采用红外灯管为加热单元，若干红外灯管等距设置在所述内保温腔体4的内侧壁上，且内保温腔体4内侧壁上等距设有若干气体挡板8，镀膜时，将装有衬底的若干石墨舟14置于内保温腔体4内，对保温外壳体1进行抽真空至设定的本底真空；开启加热单元5进行加热，加热5分钟，即可达到工艺温度，并保持在工艺温度，同时通过主供气单元2通入工艺气体，工艺气体通过匀气单元3在气体挡板8的作用下形成涡流，均匀的包覆在产品表面；将脉冲射频电源通过对电极6引入，通过对相邻两片石墨舟片加极性相反的高频电压，脉冲射频激发受热的稀薄工艺气体进行辉光放电形成等离子体，使离子在极板间形成定向移动，运动到衬底表面完成镀膜过程。
66.s4)完成镀膜工艺后，关闭脉冲射频电源、停止供气，抽残余工艺气体，反复充入氮气+抽真空，通入氮气破真空，开启不锈钢的密封门13取出石墨舟14，完成整个工艺，得到钝化膜。与采用石英管作为反应室，比相同时间下产量提高了18％，能耗降低了25％。
67.实施例2：
68.将不锈钢的保温外壳体1和石墨材质的内保温腔体4的截面为椭圆形，内保温腔体4截面尺寸为不锈钢的保温外壳体1截面尺寸的4/5；采用陶瓷加热器为加热单元5，若干陶瓷加热器等距设置在所述内保温腔体2的内侧壁上，且内保温腔体4内侧壁上等距设有若干气体挡板8，镀膜时，将装有衬底的若干石墨舟置于内保温腔体4内，对不锈钢腔体进行抽真空至设定的本底真空；开启加热单元进行加热，加热10分钟即可到达工艺温度，并保持在工艺温度，同时通过主供气单元2通入工艺气体，工艺气体通过匀气单元3在气体挡板8的作用下形成涡流，均匀的包覆在产品表面；将脉冲射频电源通过对电极引入，脉冲射频激发受热的稀薄工艺气体进行辉光放电形成等离子体，通过两片相对应的石墨片加相反的交变电压使等离子在极板间加速撞击气体，运动到衬底表面完成镀膜过程。完成镀膜工艺后，关闭脉冲射频电源、停止供气，抽残余工艺气体，反复充入氮气+抽真空，通入氮气破真空，开启不锈钢的密封门13取出石墨舟，完成整个工艺，得到减反膜；与采用石英管作为反应室比相同时间下产量提高了20％，能耗降低了29％。
69.实施例3：
70.将不锈钢的保温外壳体1和石墨材质的内保温腔体4的截面均设置为类矩形，内保温腔体4截面尺寸为不锈钢的保温外壳体1截面尺寸的2/3；采用电阻式铠装加热器为加热单元5，若干电阻式铠装加热器等距设置在所述内保温腔体4的内侧壁上，且内保温腔体4内侧壁上等距设有若干气体挡板8，镀膜时，将装有衬底的若干石墨舟14置于内保温腔体4内，对保温外壳体1进行抽真空至设定的本底真空；开启加热单元5进行加热，加热25分钟即可到达工艺温度，并保持在工艺温度，同时通过主供气单元2通入工艺气体，工艺气体通过匀气单元3在气体挡板8的作用下形成涡流，均匀的包覆在产品表面；将脉冲射频电源通过对电极6引入，脉冲射频激发受热的稀薄工艺气体进行辉光放电形成等离子体，通过两片相对应的石墨片加相反的交变电压使等离子在极板间加速撞击气体，运动到衬底表面完成镀膜过程。完成镀膜工艺后，关闭脉冲射频电源、停止供气，抽残余工艺气体，反复充入氮气+抽真空，通入氮气破真空，开启不锈钢的密封门13取出石墨舟，完成整个工艺，得到减反膜，与采用石英管作为反应室比相同时间下产量提高了20％，能耗降低了30％。
71.以上对本技术实施例所提供的一种新型管式pecvd设备及其镀膜工艺，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。
72.如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本技术的一般原则为目的，并非用以限定本技术的范围。本技术的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
73.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的
包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
74.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
75.上述说明示出并描述了本技术的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本技术并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本技术的精神和范围，则都应在本技术所附权利要求书的保护范围内。

技术特征：
1.一种新型管式pecvd设备，其特征在于，所述管式pecvd设备包括：保温外壳体，用于安装内保温腔体，形成密闭的双层壳体结构，并实现保温和承载镀膜时压力；主供气单元，设置在所述保温外壳体外部，用于提供工艺气体；匀气单元，设置在所述保温外壳体和内保温腔体的进气端的端部之间，用于接收所述主供气单元提供的工艺气体并均匀导入到内保温腔体内部；加热单元，设置在所述内保温腔体的内侧壁上，用于对所述内保温腔体内部的工艺气体、石墨舟和衬底进行加热；内保温腔体，用于放置装载衬底的石墨舟，同时起到保温隔热作用；对电极，设置在所述保温外壳体的两侧，且端部插入到所述内保温腔体的内部底部，用于引入高频电源对所述内保温腔体中被加热后的工艺气体进行电离，所述电离后的气体对石墨舟内的衬底进行镀膜。2.根据权利要求1所述的管式pecvd设备，其特征在于，所述管式pecvd设备还包括用于延长工艺气体在所述内保温腔体的流动路径的气体隔板，若干矩形的所述气体隔板固设在所述内保温腔体的内部。3.根据权利要求1或2所述的管式pecvd设备，其特征在于，所述管式pecvd设备还包括辅助加气单元，若干所述辅助加气单元设置在所述保温外壳体的侧壁上，并与所述内保温腔体连通。4.根据权利要求2所述的管式pecvd设备，其特征在于，所述气体隔板的材质为石墨。5.根据权利要求1所述的管式pecvd设备，其特征在于，所述保温外壳体为不锈钢壳体，且所述不锈钢壳体的两端的端部分别设有密封门和排气法兰，且所述密封门上设有主进气口，排气法兰上设有排气口；位于所述密封门内侧的不锈钢壳体内部设有前挡板，位于排气法兰内侧的不锈钢壳体内部设有后挡板。6.根据权利要求5所述的管式pecvd设备，其特征在于，所述匀气单元包括均匀出气孔、均匀排气孔和匀气室；其中，若干所述均匀排气孔均匀布置在所述后挡板的中心位置，若干所述均匀进气孔均匀布置在前挡板的中心位置；所述保温外壳体前端、所述前挡板和密封门之间形成所述匀气室。7.根据权利要求1所述的管式pecvd设备，其特征在于，所述对电极包括真空电极和石墨电极。8.根据权利要求1所述的管式pecvd设备，其特征在于，所述加热单元为红外加热器、陶瓷加热器或电阻式铠装加热器中一种。9.根据权利要求1所述的管式pecvd设备，其特征在于，所述保温外壳体的截面为类矩形、矩形或椭圆形；所述内保温腔体的材质为石墨，且所述内保温腔体的截面为类矩形、矩形或椭圆形。10.一种采用如权利要求1-9任意一项所述的管式pecvd设备的镀膜工艺，其特征在于，所述镀膜工艺具体包括以下步骤：s1)将装有衬底的若干石墨舟置于内保温腔体内，进行抽真空至设定的本底真空；
s2)开启加热单元进行加热，并保持在工艺温度，同时通过主供气单元或主供气单元和辅助供气单元一起引入工艺气体，使工艺气体在内保温腔体流动，并被加热到工艺温度；s3)启动对电极引入电流，激发受热的工艺气体形成等离子体，通过交变电流使等离子在极板间加速撞击气体，运动到衬底表面，对衬底进行镀膜；s4)完成镀膜工艺后，反复充入氮气+抽真空，取出载有镀膜完成的衬底，完成整个工艺。

技术总结
本发明涉公开了一种新型管式PECVD设备及镀膜工艺。该管式PECVD设备包括保温外壳体、主供气单元、匀气单元、内保温腔体、加热单元、对电极和控制单元。本发明的双层壳体结构采用截面为非圆形的形状，减少了放置石墨舟时的空间浪费，能够通过增加截面宽度来增加石墨舟的放置数量；将加热单元设置在内保温腔体内部，降低了加热区体积，减少了所需的加热功率；通过设置气体挡板，延长了石墨舟与内保温腔体之间的工艺气体流动路径，使通过石墨舟的工艺气体的气流量增加且更加均匀，降低了废气的排除；采用石墨材质的内保温腔体不仅起到保温隔热作用，同时延长了其使用寿命，又避免镀膜时对产品污染；相同工艺时间下产量提高了至少15％，能耗降低了至少25％。能耗降低了至少25％。能耗降低了至少25％。


技术研发人员：宋长钰 钱锋 姚飞 梁锦东 黄冠
受保护的技术使用者：东莞嘉拓日晟智能科技有限公司
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/24