一种用于制造高性能太阳能电池的低损伤溅射镀膜设备

本发明涉及一种用于制造高性能太阳能电池的低损伤溅射镀膜设备。

背景技术：

1、磁控溅射装置是一种薄膜沉积的重要工具，在光学薄膜、电子器件、光伏电池等领域应用广泛。通过溅射不同材料，可以在样品表面形成特定的结构或改变其化学性质，也可用于表面改性、涂覆保护层等。

2、最早的磁控溅射装置主要由阴极、阳极和真空腔组成，通过电场来加速电子，从而产生溅射过程。这种装置简单但控制精度较低。随着对溅射过程控制要求的提高，进一步引入磁场来控制电子的运动轨迹，提高溅射的均匀性和效率。这一技术改进使得磁控溅射在微电子、光学等领域得到广泛应用。随着对材料组分复杂性和结构控制要求的增加，发展出了多靶溅射技术，可以在同一真空腔内同时溅射多种材料，实现复合薄膜的制备。为了获得更高的沉积速率和改善薄膜质量，还发展出了高能溅射技术，通过提高电子能量和溅射材料的温度来实现。进一步的，为了在薄膜中引入特定的化学元素或化合物，发展出了反应性溅射技术，可以在溅射过程中引入反应性气体，形成化合物薄膜。

3、自19世纪末20年代初提出磁控溅射这个概念，到1976年将其投入实际应用，磁控溅射装置经历了从简单结构到复杂控制、从单一材料到复合材料、从均匀沉积到反应性溅射的发展过程，多年来磁控溅射装置的结构均以目标材料(靶材)为阴极，金属基底为阳极并置于阴极靶的对面，样品放置于阳极的正上方或位于阴极和阳极之间，即处于电子束和溅射材料之间的区域。

4、对于惰性材料、高稳定性材料而言，采用传统的设计可以满足要求。但是，随着材料科学，尤其是太阳能电池的制备要求升级，传统的磁控溅射装置设计已不适用于钙钛矿太阳能电池、非晶硅太阳能电池、晶硅异质结太阳能电池等表界面易受损伤的材料制备。当上述易受损材料在阴阳极之间受到高能电子、离子轰击下，会使电池整体性能快速下降。

技术实现思路

1、发明目的：本发明目的旨在提供一种溅射镀膜设备，在制备高性能太阳能电池片过程中，采用该溅射镀膜设备能够有效避免对电池片上已沉积材料的损伤。

2、技术方案：本发明所述的溅射镀膜设备，包括真空腔以及设置在真空腔内的阴极靶、阳极和样品台；所述阴极靶、阳极和样品台同轴设置；所述阳极位于阴极靶和样品台之间；工作时，阳极与阴极之间产生等离子体，受气体离子轰击的靶材将目标原子/分子穿过阳极区形成的开口沉积到样品台表面的样品上。

3、其中，在500～1000v的电压范围内，样品台与阳极的垂直距离为不大于5cm；样品台与阳极的距离会随着电压的变化进行适应性调整。

4、其中，阴极靶可根据样品尺寸设计为不同形状，如圆形或矩形；阴极靶可以采用磁控靶，也可以采用非磁控靶。阳极的材料不限定于金属，可以是导电氧化物或导电高分子材料。

5、其中，在阳极和阴极靶之间设有用于在镀膜初期覆盖阳极区开口的可移动挡板。

6、其中，所述阳极呈环形；环形开口的面积不小于样品台上表面的面积；阳极通过连接支架固定在真空腔内。

7、其中，所述可移动挡板通过转动组件转动或通过拉杆组件横向移动。

8、其中，所述阳极包括多块导电板，多块导电板组成的阳极为中心对称结构，多块导电板形成的阳极区开口面积不小于样品台上表面的面积。

9、其中，所述多块导电板分别通过对应转动组件或拉杆组件带动移动，使多块导电板之间形成阳极区开口或使阳极区开口闭合。

10、其中，当样品台为金属制样品台时，样品台与外部电源连接使样品台接地或输入负电压。通过对样品台输入-50～0v的电压，进一步防止电子轰击样品表面；

11、其中，在样品台周围加入环形的磁约束线圈。在样品台周围还可以加入环形的磁约束线圈，当线圈中导入电流，在样品台上方形成外加磁场，以进一步控制等离子体区域。

12、其中，所述样品台为可转动样品台。样品台可以通过支座固定在真空腔内；也可以相对真空腔转动，转动的样品台能够增强镀膜的均匀性。

13、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著的优点：本发明通过对溅射镀膜设备中阴极靶、阳极和样品的相对位置进行调整，限制等离子体在阴阳极之间产生，不影响样品区域，从而能够有效避免溅射镀膜过程对电池片上已沉积材料的损伤，进而提高太阳能电池的性能。

技术特征：

1.一种用于制造高性能太阳能电池的低损伤溅射镀膜设备，包括真空腔(1)以及设置在真空腔(1)内的阴极靶(2)、阳极(10)和样品台(6)；其特征在于：所述阳极(10)位于阴极靶(2)和样品台(6)之间；工作时，阳极(10)与阴极之间产生等离子体，受气体离子轰击的靶材将目标原子/分子穿过阳极区形成的开口沉积到样品台(6)表面的样品上。

2.根据权利要求1所述的溅射镀膜设备，其特征在于：在500～1000v的电压范围内，样品台(6)与阳极(10)的距离为不大于5cm。

3.根据权利要求2所述的溅射镀膜设备，其特征在于：在阳极(10)和阴极靶(2)之间设有用于在镀膜初期覆盖阳极区开口的可移动挡板(13)。

4.根据权利要求3所述的溅射镀膜设备，其特征在于：所述阳极(10)呈环形，环形开口(101)的面积不小于样品台(6)上表面的面积。

5.根据权利要求3所述的溅射镀膜设备，其特征在于：所述可移动挡板(13)通过转动组件转动或通过拉杆组件横向移动。

6.根据权利要求1所述的溅射镀膜设备，其特征在于：所述阳极(10)包括多块导电板，多块导电板组成的阳极(10)为中心对称结构，多块导电板形成的阳极区开口面积不小于样品台(6)上表面的面积。

7.根据权利要求6所述的溅射镀膜设备，其特征在于：所述多块导电板分别通过对应的转动组件或拉杆组件带动移动，使多块导电板之间形成阳极区开口或使阳极区开口闭合。

8.根据权利要求1所述的溅射镀膜装置，其特征在于：当样品台(6)为金属制样品台时，样品台(6)与外部电源连接使样品台(6)接地或输入负电压。

9.根据权利要求8所述的溅射镀膜装置，其特征在于：在样品台(6)周围加入环形的磁约束线圈(14)。

10.根据权利要求1所述的溅射镀膜装置，其特征在于：所述样品台(6)为可转动样品台。

技术总结本发明公开了一种用于制造高性能太阳能电池的低损伤溅射镀膜设备，包括真空腔以及设置在真空腔内的阴极靶、阳极和样品台；所述阳极位于阴极靶和样品台之间；工作时，阳极与阴极之间产生等离子体，受气体离子轰击的靶材将目标原子/分子穿过阳极区形成的开口沉积到样品台表面的样品基底上。本发明通过对溅射镀膜设备中阴极靶、阳极和样品的相对位置进行调整，限制等离子体在阴阳极之间产生，不影响到样品区域，从而能够有效避免溅射镀膜过程对电池片表面以及已沉积材料表面的损伤，进而提高太阳能电池的性能。技术研发人员：李阳,叶永林,朱志宇,许俊华,郑雨荷,袁妍妍,聂宇婷受保护的技术使用者：江苏科技大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2