[发明专利]用于制备薄膜太阳能电池透明导电膜的设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造薄膜太阳能电池透明导电膜的设备及方法，尤其是用于沉积非晶硅薄膜太阳能电池透明导电膜的制造设备和工艺，属于太阳能薄膜电池技术领域。

背景技术

薄膜太阳能电池的前电极和背电极的加工制造过程均需要镀制TCO膜层，TCO膜层为透明导电膜，其作用是作为导电电极使用，同时可以使光线透过，其主要指标为透过率和电导率，TCO膜层的透过率越高，光线进入电池越多，电池的短路电流和开路电压越大，即提高TCO膜层的电导率，能减少TCO膜层的缺陷，降低电池内的串联电阻，提高并联电阻，增大电池的填充因子，从而有效提高电池的转化效率，因此如何制备高透过率和高电导率的TCO膜层成为亟待解决的技术难题。

制备TCO膜层方法主要有以下几种：CVD（化学气相沉积）镀制FTO（掺氟的氧化锡）、PVD（物理气相沉积）镀制ITO（氧化铟锡）和AZO（掺铝的氧化锌）等膜层。由于FTO膜层需要在高温条件下制备，设备投入大，生产受局限；ITO膜层的制备需采用稀有贵重金属，成本高，因此成本较低的AZO膜层备受亲睐。

目前，AZO膜层一般是在高温条件下用PVD设备磁控溅射镀膜，因为基片上的膜层要在高温情形下才能形成结晶，设备投入和维护成本高，且设备状态难以稳定；再者，高温条件下用PVD设备磁控溅射镀制的AZO膜，其电阻率通常在10^-3Ω.cm数量级，无法达到电极所需要的10^-4Ω.cm数量级。因此，如何在低温条件下制备具有高电导率的AZO膜层成为急需解决的技术问题。中国专利200910112948.5《一种提高掺铝ZnO透明导电膜AZO导电性和稳定性的方法》离线制备导电膜，对溅射好的掺铝ZnO用专门的退火设备进行退火处理，以获得稳低阻AZO膜层，这种方法设备投入大，制造时间长，生产成本高；而中国专利200910089144.8《一种透明导电薄膜的制备方法》公开了一种在线连续低温溅射制备透明导电膜的方法，但仍然存在设备复杂、成本高、制造工艺繁琐、沉积时间长等缺点，不适合工业化生产。而且现有技术中由于在真空磁控溅射AZO靶材过程中，当氩离子等正离子轰击靶材的过程中会轰击出Al、Zn、O等中性原子，这些中性原子运动到基片表面相互结合沉积下来形成膜层；同时在溅射靶材的过程中还会产生一定量的氧负离子，这些氧负离子在阴极靶材的加速下直接轰击沉积膜层，会对膜层造成大量的损伤，形成错位、空穴等缺陷，从而降低膜层的电导率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在解决如何实现在低温沉积条件下制备具有高电导率的透明导电膜层。

为了实现以上任务，本发明采用的技术方案是：用于制造薄膜太阳能电池透明导电膜的设备，包括真空腔室、溅射靶、基片架、电源，溅射靶和基片架安装在真空腔室内，其特征是溅射靶和基片架之间设有阳极装置，该阳极装置的电位大于或等于基片架的电位。

阳极装置包括阳极棒和气流分散器。阳极棒为一空心管，其一端与氩气相通，另一端封堵。阳极棒的壁上设有与气流分散器连接的孔。气流分散器包括头部和柄部，头部设有多个通气孔，柄部插紧在阳极棒壁上的孔内。

阳极装置包括多个间隔排列的阳极棒，该阳极棒是圆管、方管或扁管。阳极棒处于悬浮状态或与真空腔室连接。阳极棒壁上的孔是光滑孔或螺纹孔。气流分散器的柄部的外表面是光滑面或螺纹面，气流分散器的柄部外表面与阳极棒壁上的孔的内表面紧配合安装。

基片架的电位为-5V～-20V,溅射靶的电位为-100V～-600V。

本发明在传统溅射沉积设备中的基片架和溅射靶之间安装具有某一电位的阳极装置，该阳极装置会中和溅射靶材时等离子轰击靶材表面在真空氛围当中形成的氧负离子，解决了基片上膜层错位、有空穴等缺陷，使得膜层的电阻率降低到10^-4Ω.cm数量级，实现低温沉积高电导率的透明导电膜层。

本发明用于制造薄膜太阳能电池透明导电膜的方法是：装有基片的基片架传送至真空腔室，其特征是将阳极装置安装在溅射靶和基片架之间，且阳极装置的电位大于或等于基片架的电位，

往真空腔室通入氩气或氩/氧混合气，

阳极装置中通入氩气或氩/氧混合气， 

启动溅射靶的电源，在基片上溅射镀制透明导电膜。

阳极装置包括阳极棒和气流分散器，该阳极棒的壁上设有与气流分散器连接的孔。阳极棒处于悬浮状态或与真空腔室连接，且阳极棒的一端与氩气相通，另一端封堵。本发明优选制备AZO透明导电膜。