太陽能電池pecvd裝置設(shè)計-畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計</b></p><p>　　設(shè)計題目 太陽能電池PECVD裝置設(shè)計_______</p><p>　　學(xué)生姓名 王真 _</p><p>　　學(xué) 號 20090761 </p

2、><p>　　專業(yè)班級 機械設(shè)計制造及其自動化09-10班 </p><p>　　指導(dǎo)教師 干蜀毅 </p><p>　　院系名稱 機械與汽車工程學(xué)院 </p><p><b>　　2013年6月4日</b></

3、p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　中文摘要1</b></p><p><b>　　英文摘要2</b></p><p><b>　　1 緒論3</b></p><p>　　1.1 我國太陽能

4、電池的發(fā)展現(xiàn)狀及展望3</p><p>　　1.2 PECVD技術(shù)的最新進展與應(yīng)用4</p><p>　　2 PECVD原理及沉積工藝參數(shù)4</p><p>　　2.1 PECVD原理及沉積過程4</p><p>　　2.2 PECVD沉積技術(shù)工藝參數(shù)5</p><p>　　3 PECVD沉積鍍膜生產(chǎn)線

5、7</p><p>　　3.1 PECVD沉積鍍膜生產(chǎn)線的組成7</p><p>　　3.2 PECVD技術(shù)分類及優(yōu)缺點比較8</p><p>　　4 PECVD設(shè)備構(gòu)成及各部分功能.................................................................................10</p&

6、gt;<p>　　5 PECVD沉積鍍膜真空室的設(shè)計要求與原則10</p><p>　　5.1 設(shè)計參數(shù)10</p><p>　　5.2 PECVD沉積鍍膜真空室的主要設(shè)計原則11</p><p>　　5.3 PECVD沉積鍍膜室對抽氣系統(tǒng)的要求11</p><p>　　6 PECVD沉積鍍膜室主要部分的設(shè)計與計算

7、12</p><p>　　6.1 真空室殼體的設(shè)計與計算12</p><p>　　6.1.1 真空室殼體的類型選擇13</p><p>　　6.1.2 真空室殼體的計算與校核13</p><p>　　6.1.3 真空室的ANSYS分析...................................................

8、......................................14</p><p>　　6.2 抽氣系統(tǒng)的設(shè)計與計算18</p><p>　　6.2.1 選泵與配泵18</p><p>　　6.2.2 抽氣時間的計算19</p><p>　　6.3 布氣系統(tǒng)的設(shè)計..............................

9、...................................................................................21</p><p>　　6.3.1 布氣系統(tǒng)的作用...................................................................................................

10、.21</p><p>　　6.3.2布氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu).....................................................................................................22</p><p>　　6.4機架的設(shè)計與計算23</p><p>　　6.4.1 PECVD真空鍍膜室總重估

11、機架...........................................................................23</p><p>　　6.4.2 機架的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核.................................................................................24</p><p&

12、gt;<b>　　結(jié)論25</b></p><p><b>　　致謝26</b></p><p><b>　　參考文獻28</b></p><p>　　太陽能電池PECVD裝置設(shè)計</p><p>　　摘 要：世界能源消耗持續(xù)增加，全球范圍內(nèi)的能源危機形勢愈發(fā)明顯，緩解

13、能源危機、開發(fā)可再生能源已勢在必行，太陽能電池的應(yīng)用普及已經(jīng)成為一種趨勢。由于溫度低，效率高等一系列優(yōu)點，等離子體增強化學(xué)氣相沉積技術(shù)（PECVD）近年來在太陽能電池板鍍膜技術(shù)中得到了廣泛發(fā)展與應(yīng)用。文中在對等離子體增強化學(xué)氣相沉積技術(shù)（PECVD）的工作原理分析的基礎(chǔ)上，闡述了等離子體增強化學(xué)氣相沉積技術(shù)（PECVD）的主要工藝流程和影響參數(shù)，并介紹了PECVD鍍膜生產(chǎn)線的組成及工作過程，從而對PECVD鍍膜設(shè)備進行可行性的方案設(shè)計。

14、文中主要對真空沉積室、真空抽氣系統(tǒng)、布氣系統(tǒng)、以及機架進行了設(shè)計，方案中選用了分子泵作為主泵、機械泵作為前級泵，并設(shè)計了全新的布氣裝置，優(yōu)化了整個系統(tǒng)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：太陽能電池，等離子體增強化學(xué)氣相沉積技術(shù)，鍍膜，真空，布氣裝 置</p><p>　　The design of the solar cell PECVD device technique </p&g

15、t;<p>　　Abstract : With the energy consumption of the world continues to grow, global energy crisis situation becomes increasingly visible.Relieve the energy crisis and development of renewable energy have been im

16、perative.It is a trend to use of solar cells all over the word .Because of low temperature , higher efficiency higher and anather series of advantages.Plasma enhanced ehemical vapor deposition has been widely indeveloped

17、 and applied in coating technology of the solar panels. Based on the anal</p><p>　　Keywords:The solar cell,Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition , coating film,vacuum,The cloth device</p><p&

18、gt;<b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1我國太陽能電池的發(fā)展現(xiàn)狀及展望</p><p>　　由于世界能源消耗持續(xù)增加，全球范圍內(nèi)的能源危機形勢愈發(fā)明顯，緩解能源危機、開發(fā)可再生能源、實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展成為世界各國能源發(fā)展戰(zhàn)略的重大舉措。由于太陽能的可再生、分布廣、無污染的特性，使太陽能發(fā)電成為世界可再生能源發(fā)展的重要方向。自20世紀80年代以

19、來，光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為全世界增長速度最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，目前研究的太陽能電池有“硅太陽能電池，化合物半導(dǎo)體太陽能電池染料敏化太陽能電池”其中晶體硅太陽能電池技術(shù)更是占據(jù)了整個光伏技術(shù)的主導(dǎo)地位。截至09年的近10年間全球太陽能電池產(chǎn)量平均年增長率為48.5%;而最近5年，這一數(shù)據(jù)更是高達55.2%。2009年全球太陽電池產(chǎn)量達到10.5GWp，比上年增長33%。截止到2009年年底，全球太陽能電池累計安裝量已達到24.5GWp。目前，

20、太陽能電池市場競爭激烈，歐洲和日本領(lǐng)先的格局已被打破。盡管主要的銷售市場在歐洲，但太陽能電池的生產(chǎn)重鎮(zhèn)已經(jīng)轉(zhuǎn)移到亞洲，近年來崛起的大陸和臺灣制造商，加起來的產(chǎn)能已達全球一半。中國已經(jīng)成為世界太陽能電池的最大生產(chǎn)國，2009年中國太陽能電池產(chǎn)量已經(jīng)達到了4.3GW，占全球份額已達到4成。2010年前 8個月</p><p>　　國內(nèi)外太陽能電池的研究正向著“高效化，薄片化”的方向發(fā)展，緊緊圍繞提高光電轉(zhuǎn)換效率和降低

21、生產(chǎn)成本兩大目標的各種新型太陽能電池的研究工作，一直在各發(fā)達國家及一些發(fā)展中國家積極進行 ，即用新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝制造的太陽能電池。目前晶體硅高效太陽能電池和各類薄膜太陽能電池是全球新型太陽能電池研究開發(fā)的兩大熱點和重點。 其中多晶硅薄膜電池的研究工作，自１９８７年以來發(fā)展迅速，目前實驗室效率已超過１７％，成為引起世界光伏界矚目的新熱點，前景看好。</p><p>　　1.2 PECVD技術(shù)的最新進展與應(yīng)用&

22、lt;/p><p>　　由于PECVD方法的特點在于等離子體中含有大量高能量的電子，它們可以提供化學(xué)氣相沉積過程所需的激活能。電子與氣相分子的碰撞可以促進氣體分子的分解、化合、激發(fā)和電離過程，生成活性很高的各種化學(xué)基團，因而顯著降低CVD薄膜沉積的溫度范圍，使得需要在高溫下才能進行的CVD過程得以在低溫實現(xiàn)。 因此可以節(jié)省能源，降低成本提高產(chǎn)能，減少了高溫導(dǎo)致的硅片中少子壽命衰減。</p><p&

23、gt;　　然而這種技術(shù)中也存在一定的缺陷，特別是在反應(yīng)濺射過程中存在著沉積速率低及工藝不穩(wěn)定等問題。目前市場上應(yīng)用較多的有直接法（樣品直接接觸等離子體）和間接法兩種方式。其中直接PECVD的等離子體直接作用于硅片表面，均勻性好，間接PECVD中形成生長成分擴散到襯底成膜，致密度差，基元和襯底附著力差，因此直接PECVD法是較為理想的選擇</p><p>　　2 PECVD原理及沉積工藝參數(shù)</p>

24、<p>　　2.1 PECVD原理及沉積過程</p><p>　　PECVD技術(shù)原理是利用低溫等離子體作能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電（或另加發(fā)熱體）使樣品升溫到預(yù)定的溫度，然后通入適量的反應(yīng)氣體，氣體經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng)，在樣品表面形成固態(tài)薄膜。PECVD方法區(qū)別于其它CVD方法的特點在于等離子體中含有大量高能量的電子，它們可以提供化學(xué)氣相沉積過程所需的激活能。電子

25、與氣相分子的碰撞可以促進氣體分子的分解、化合、激發(fā)和電離過程，生成活性很高的各種化學(xué)基團，因而顯著降低CVD薄膜沉積的溫度范圍，使得原來需要在高溫下才能進行的CVD過程得以在低溫實現(xiàn)。 PECVD的一個基本特征是實現(xiàn)了薄膜沉積工藝的低溫化（<450℃）。因此帶來的好處有：（1）節(jié)省能源（2）降低成本提高產(chǎn)能（3）減少了高溫導(dǎo)致的硅片中少子壽命衰減。</p><p>　　PECVD沉積過程分為以下三個步驟：（

26、1），在非平衡等離子體中，電子與反應(yīng)氣體發(fā)生初級反應(yīng)使氣體發(fā)生發(fā)生分解生成離子和活性基團（2），各活性基團向薄膜生長表面和室壁擴散運輸同時發(fā)生各反應(yīng)物間的次級反應(yīng)（3），到達生長表面的初級反應(yīng)和次級反應(yīng)產(chǎn)物被吸附并與表面發(fā)生反應(yīng)，同時伴隨氣相分子物的再放出</p><p>　　2.2 PECVD沉積技術(shù)工藝參數(shù)</p><p><b>　　頻率</b></p&g

27、t;<p>　　在高頻下沉積的薄膜具有張應(yīng)力，而在低頻下有壓應(yīng)力。絕大多數(shù)條件下，低頻氮化硅薄膜的沉積速率低于高頻率薄膜，而密度明顯高于高頻薄膜。所有條件下沉積的氮化硅薄膜都具有較好的均勻性，相對來說，高頻薄膜沉積的均勻性優(yōu)于低頻氮化硅薄膜。</p><p><b>　　功率</b></p><p>　　功率對薄膜沉積的影響為：一方面，在PECVD工藝中

28、，由于高能粒子的轟擊是界面態(tài)密度增加，引起基片特性發(fā)生變化或衰退，特別是在反應(yīng)初期，故希望功率越小越好。功率小一方面可以減輕高能粒子對基片的表面的損傷，另一方面可以降低沉淀速率，使得反應(yīng)易于控制，制備的薄膜致密，均勻。另一方面，功率太低時不利于沉積出高質(zhì)量的薄膜，由于功率太低，反應(yīng)物離解的不完全，容易造成反應(yīng)物浪費。</p><p><b>　　壓力</b></p><p

29、>　　等離子體產(chǎn)生的一個重要條件是：反應(yīng)氣體必須處于低真空下，而且其真空度只允許在一個較窄的范圍內(nèi)變動。形成等離子體時，氣體壓力過大自由電子的平均自由程很短，每次碰撞在高頻電場中得到加速而獲得的能量很小，削弱了電子激活反應(yīng)氣體分子的能力，甚至根本不足以激發(fā)形成等離子體;而真空度過高，電子密度太低同樣也無法產(chǎn)生輝光放電。工藝上：壓強太低，生長薄膜的沉積速度較慢，薄膜的折射率也較低；壓強太高，薄膜的沉積速率較快，偏見的均勻性較差，容易

30、產(chǎn)生干涉條紋。</p><p><b>　　溫度</b></p><p>　　基板從工藝上說，溫度低可避免由于水蒸氣造成的針孔，溫度太低，沉積的薄膜質(zhì)量沒有保證。高溫容易引起基板的變形和組織上的變化，會降低基板材料的機械性能；基板材料與膜層材料在高溫下會發(fā)生相互擴散，在界面出形成某些脆性相，從而削弱了兩者之間的結(jié)合力。一次在實際的生長過程中可綜合考慮上述兩個因素，選擇

31、合適的生長溫度，使薄膜的結(jié)晶溫度達到最佳?；鍦囟扰c膜應(yīng)力的關(guān)系：從低溫到高溫，應(yīng)力的變化趨勢是從壓應(yīng)力變?yōu)閺垜?yīng)力。</p><p><b>　　反應(yīng)氣體</b></p><p>　　在流量不變的情況下，氮化硅的折射率隨著流量的增加而增大，而沉積速率隨著流量的增加而下降，反應(yīng)生物中硅含量增加，氮化硅呈富硅特性，薄膜變得更加致密，折射率變大；另一方面，流量增大使得反應(yīng)室

32、內(nèi)氣體濃度增加，氣體分子的平均自由程變小，沉積到表面的反應(yīng)生成物減少，導(dǎo)致沉積速率隨著流量增加而減小。折射率的高低主要取決于膜中Si/N的比值，沉積溫度低時，薄膜富硅則折射率較高。隨著溫度升高，Si/N比值減少，薄膜折射率減??；沉積溫度升高，使得反應(yīng)室中存在的少量氧氣也參加反應(yīng)，由于氧的電負性大于氮，故氧可替代薄膜中的Si-N鍵中氮的位置，導(dǎo)致薄膜中氧的含量增加，使得薄膜的折射率下降。</p><p><b

33、>　　極板間距</b></p><p>　　極板間距對沉積成膜有著非常重要的影響，間距不能太大也不能太小。如果間距太大，大大影響沉積速度，造成局部問題，嚴重影響成膜質(zhì)量。如果間距太小，從Show head出來的強氣流直接噴到玻璃基板上，這樣會造成以下后果：強氣流直接沖擊玻璃板面，離子可能來不及沉積就被強氣流沖走，這樣就降低了成膜速率；因為間距太小，這樣使得離子反應(yīng)速度過快，即使離子沒有被強氣流帶

34、走而沉積到玻璃基板上，那么成膜質(zhì)量也是個很差的，因為間距太小可能引起氣相中的聚合反應(yīng)，從而引起顆粒的產(chǎn)生、成品率下降、組件可靠性降低等；極板過近會造成鍍膜過程中電弧放電擊穿基板和表面陽極膜，造成設(shè)備損傷。</p><p><b>　　抽氣速度</b></p><p>　　在氣體壓力維持在一定的情況下，抽氣速率越快氣體滯留的時間越短，如果抽速一定，則滯留時間不變。隨著沉

35、積次數(shù)的增加，機械泵的抽氣速率下降，維持規(guī)定的氣體流量反應(yīng)室氣體壓力會不斷增高；而要保持氣體的壓力不變則又必須不斷減少流量，這不僅造成工藝操作難以掌握，而且技術(shù)指標也難以保證，因此雖然壓力不變，但在低抽速小流量的情況下，氣體在反應(yīng)室中的滯留時間增加，造成沉淀速率上升，并且影響沉積均勻性。</p><p><b>　　沉積時間</b></p><p>　　沉積時間太短，

36、膜厚及折射率達不到要求。時間太長，會造成工藝氣體的浪費，增加工藝成本，同時也影響沉積膜的質(zhì)量。當膜厚過高時，薄膜會開裂，甚至脫落。因根據(jù)膜厚和沉積速率選擇合適的沉積時間</p><p>　　3 PECVD沉積鍍膜生產(chǎn)線</p><p>　　3.1 PECVD沉積鍍膜生產(chǎn)線的組成</p><p>　　任何類型的生產(chǎn)線，對于產(chǎn)品的產(chǎn)生過程都要遵守符合某種規(guī)律的生產(chǎn)流程

37、要求，圖3.1是該類生產(chǎn)線的典型流程圖：</p><p>　　圖3.1 太陽能電池PECVD沉積鍍膜玻璃產(chǎn)品生產(chǎn)流程圖</p><p>　　為了達到大面積太陽能電池板表面鍍膜流程要求，實現(xiàn)連續(xù)性生產(chǎn)，其總體設(shè)計構(gòu)思均采用串接積木組合方式（如圖3.2）形成機械化，自動化封閉環(huán)節(jié)的生產(chǎn)線。從圖中可以看出，生產(chǎn)線構(gòu)成可分三大功能段，即Ⅰ—前處理段，Ⅱ—真空鍍膜段，Ⅲ—后處理段。每個功能段，又有

38、各自獨立承擔(dān)鍍膜工藝中某一個單個工序的功能。通常設(shè)計這類生產(chǎn)線，應(yīng)考慮以下五個方面的問題做為設(shè)計依據(jù)[10]。</p><p>　?。?）對Ⅰ—前處理段應(yīng)滿足如下要求：</p><p>　　a．具有足夠的表面清洗能力；</p><p>　　b．具有可控的基片加熱溫度場；</p><p>　　c．對原片，發(fā)現(xiàn)疵病有在線篩選能力。</p&g

39、t;<p>　　圖3.2 典型的太陽能電池板PECVD沉積鍍膜玻璃生產(chǎn)線</p><p>　　A——進線工作臺 B——打霉機、玻璃洗滌機 C——防塵加熱烘烤裝置</p><p>　　D——膜層折射率檢查臺 E——膜層清洗后處理機 F、G——膜層物理外觀臺</p><p>　　1#——預(yù)儲室

40、 2#——過渡室 3#——鍍膜室</p><p>　　4#——鍍膜室 5#——鍍膜室 6#——過渡室</p><p>　　7#——輸出室 V1～V4——門式閘板閥 K1～K4——隔離腔</p><p><b>　　Z——射頻電源陰

41、極</b></p><p>　　（2）對Ⅱ—真空鍍膜段應(yīng)滿足如下要求：</p><p>　　a．全段有較強的抽氣能力，創(chuàng)造穩(wěn)定的真空環(huán)境，有良好的氣密性，充入介質(zhì)氣體的可控性，確保PECVD真空室的射頻電源陰極穩(wěn)定工作。</p><p>　　b．真空鍍膜段兩端的真空室的工作周期，即實現(xiàn)由真空到破壞真空，或從大氣下抽真空，達到要求的真空度所經(jīng)歷的時間要短，

42、故一般設(shè)計要遵循的條件：a真空室空間體積要??；b配置的真空機組要大，確保限定的循環(huán)周期時間，即生產(chǎn)節(jié)拍（每片太陽能電池板所用的鍍制時間）短。</p><p>　　c．全程清潔處理方便。</p><p>　?。?）對Ⅲ—后處理段應(yīng)滿足如下要求：</p><p>　　a．具有在線檢測玻璃鍍膜后的光學(xué)性能的能力。</p><p>　　b．提供物理外

43、觀表面檢查能力。</p><p>　?。?）滿足設(shè)定的產(chǎn)量要求。</p><p>　　（5）滿足設(shè)定的產(chǎn)品品種要求，且具有一定開發(fā)膜層膜系的潛在能力。</p><p>　　3.2 PECVD技術(shù)分類及優(yōu)缺點比較</p><p>　　PECVD法按沉積腔室等離子源與樣品的關(guān)系上可以分成兩種類型：</p><p>　?。?

44、）直接法：樣品直接接觸等離子體，樣品或樣品的支撐體就是電極的一部分。直接法又分成兩種：</p><p>　　1），管式PECVD系統(tǒng)：即使用像擴散爐管一樣的石英管作為沉積腔室，使用電阻爐作為加熱體，將一個可以放置多片硅片的石墨舟插進石英管中進行沉積。這種設(shè)備的主要制造商為德國的Centrotherm公司、中國的第四十八研究所、七星華創(chuàng)公司。</p><p>　　2），板式PECVD系統(tǒng)：即

45、將多片硅片放置在一個石墨或碳纖維支架上，放入一個金屬的沉積腔室中，腔室中有平板型的電極，與樣品支架形成一個放電回路，在腔室中的工藝氣體在兩個極板之間的交流電場的作用下在空間形成等離子體，分解SiH4中的Si和H，以及NH3種的N形成SiNx沉積到硅表面。這種沉積系統(tǒng)目前主要是日本島津公司在進行生產(chǎn)。</p><p>　?。?）間接法：或稱離域法。待沉積的樣品在等離子區(qū)域之外，等離子體不直接打到樣表面，樣品或其支撐

46、體也不是電極的一部分。間接法又分成兩種：</p><p>　　1），微波法：使用微波作為激發(fā)等離子體的頻段。微波源置于樣品區(qū)域之外，先將氨氣離化，再轟擊硅烷氣，產(chǎn)生SiNx分子沉積在樣品表面。這種設(shè)備目前的主要制造商為德國的Roth&Rau公司。</p><p>　　2），直流法：使用直流源激發(fā)等離子體，進一步離化氨氣和硅烷氣。樣品也不與等離子體接觸。這種設(shè)備由荷蘭的OTB公司生產(chǎn)

47、。</p><p>　　目前，在中國微波法PECVD系統(tǒng)占據(jù)市場的主流，而管式PECVD系統(tǒng)也占據(jù)不少份額，而島津的板式系統(tǒng)只有5~6條生產(chǎn)線在使用。直流法PECVD系統(tǒng)還沒有進入中國市場。除了上述幾種模式的PECVD系統(tǒng)外，美國的Applied Material公司還開發(fā)了磁控濺射PECVD系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用磁控濺射源轟擊高純硅靶，在氨氣的氣氛中反應(yīng)濺射，形成SiNx分子沉積到樣品表面。這種技術(shù)的優(yōu)點是不使用易爆

48、的硅烷氣，安全性提高很多，另外沉積速率很高。</p><p>　　各種方法都有其有缺點：直接PECVD法對樣品表面有損傷，會增加表面少子的復(fù)合，但是也正是由于其對表面的轟擊作用，可以去除表面的一些自然氧化層，使得表面的雜質(zhì)原子得到抑制，另外直接法可以使得氫原子或氫離子更深入地進入到多晶硅晶界中，使得晶界鈍化更充分。管式PECVD的氣流是從石英管一端引入，這樣也會造成工藝氣體分布的不均勻；板式PECVD系統(tǒng)由于襯底

49、板在長期加熱后會有稍微的翹曲，從而造成平行板電極間距的不一致，也會造成片間不均勻。各種方法制備的薄膜的質(zhì)量也略有不同，原則上講，由于直接法中的等離子體直接作用于硅片表面，因此均勻性要好一些，而間接法等離子體是離子離化后形成SiNx擴散到硅片表面的，薄膜的質(zhì)量較為酥松，而磁控濺射由于其工作方式的原因，薄膜最為酥松。對于致密的薄膜，其鈍化特性和減反射特性都要優(yōu)越得多。</p><p>　　4 PECVD設(shè)備構(gòu)成及各

50、部分功能</p><p>　　PECVD設(shè)備由粗抽真空泵（主要是機械泵），高真空組合泵組，真空沉積室，連接管道，閥門，加熱裝置，射頻電源，控制系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，供特氣系統(tǒng)等組成。各部分的作用如下：</p><p>　?。?）機械泵：作為預(yù)抽泵，用來抽大氣</p><p>　?。?）真空室：提供鍍膜所需的環(huán)境（維持高真空，恒溫工作環(huán)境）</p><p

51、>　?。?）維持泵：位于分子泵前端，維持分子泵前端的壓力，達到安全使用分子泵的前提</p><p>　　（4）羅茨泵：加速抽真空的速度提高工作效率（在它的前級需要一個前級真空泵，為它提供一定的前級真空度，一般為500Pa）</p><p>　?。?）分子泵：使腔體獲得本底真空，相對減少氣體殘余成分（只有前級管道壓強達10Pa下才能開啟分子泵，一般使用分子泵抽本底真空的時間約為30mi

52、n）</p><p>　?。?）射頻電源：輸出功率通過連線加在極板上，使氣體離子化</p><p>　?。?）PLC：實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號和模擬信號之間的轉(zhuǎn)化</p><p>　?。?）變通導(dǎo)閥：主要起切斷和節(jié)流作用，能精確可控的控制壓力，控制與調(diào)節(jié)工藝過程中的沉積壓力</p><p>　　（9）用水系統(tǒng)：系統(tǒng)上的機械泵，羅茨泵，分子泵等都需要進行冷

53、卻</p><p>　?。?0）供氣系統(tǒng)：PECVD中的供氣源幾乎都是各種鋼瓶，里面裝著各種高純氣體，通過氣路柜中的控制面板，管道輸送給PECVD裝置</p><p>　　5 PECVD沉積鍍膜真空室的設(shè)計要求與原則</p><p><b>　　5.1 設(shè)計參數(shù)</b></p><p>　　要求設(shè)計的真空室的尺寸為“

54、長1300mm寬1045mm高810mm”,真空沉積鍍膜室采用不銹鋼盒形殼體，使用分子泵和羅茨泵機組抽氣，對于分子泵和羅茨泵泵進行選配，射頻頻率13.56MHz，基片溫度300-450 ℃，工作壓力0.1-1Pa。</p><p>　　5.2 PECVD沉積鍍膜真空室的主要設(shè)計原則</p><p>　?。?）創(chuàng)造良好的安裝射頻電極位置，提供良好的電場條件，維持穩(wěn)定的輝光放電。</p

55、><p>　　（2）有良好的密封性能，漏氣，材料出氣小，應(yīng)方便開啟裝料</p><p>　?。?）殼體結(jié)構(gòu)，普通鋼結(jié)構(gòu)要滿足真空容器要求的強度、剛度條件</p><p>　?。?）提供充足的充氣源裝置（可通入si、N2）達到均勻彌散</p><p>　?。?）備有觀察、檢測、發(fā)訊等裝置。</p><p>　　5.3 PEC

56、VD沉積鍍膜室對抽氣系統(tǒng)的要求</p><p>　?。?）鍍膜機抽氣系統(tǒng)應(yīng)有足夠大的抽氣速率，該抽速即應(yīng)迅速抽走鍍膜過程中基片及真空室內(nèi)其他構(gòu)件所放出的氣體，也應(yīng)對鍍膜過程中滲氣及系統(tǒng)的泄漏等氣體量迅速地抽出。</p><p>　?。?）PECVD鍍膜機抽氣系統(tǒng)的極限壓強應(yīng)根據(jù)不同膜的要求，而有所不同。目前箱式PECVD鍍膜機的極限壓強可在1.3～2.6×10-3Pa范圍內(nèi)選擇

57、。</p><p>　?。?）在油擴散泵為主泵的抽氣系統(tǒng)中，要求泵的返油率越小越好，否則返流的油蒸汽將會污染被鍍的玻璃表面，使膜層易于脫落。</p><p>　?。?）鍍膜室及抽氣系統(tǒng)的漏氣率要小。即或是微量氣體的漏入，也易影響膜的質(zhì)量，為了保證系統(tǒng)的密封性能，必須把系統(tǒng)的總漏率限制在一定的范圍之內(nèi)。目前這一范圍國內(nèi)尚無標準，設(shè)計時可根據(jù)工藝要求而定。</p><p&g

58、t;　?。?）真空系統(tǒng)的操作，使用及檢修維護應(yīng)方便，系統(tǒng)的抽氣性能應(yīng)穩(wěn)定可靠。</p><p>　　6 PECVD沉積鍍膜室主要部分的設(shè)計與計算</p><p>　　6.1 真空室殼體的設(shè)計與計算</p><p>　　6.1.1 真空室殼體的類型選擇</p><p>　　真空容器是構(gòu)成真空室的基本部件。在真空工程中，各種真空應(yīng)用對真空室的功

59、能要求不同，構(gòu)成真空室的真空容器形狀和大小就不相同。真空容器殼體主要有圓筒形殼體、球形殼體、圓錐形殼體、盒形殼體、橢圓球形殼體和圓環(huán)形殼體。</p><p>　　圓筒形殼體制造容易、強度好。球形殼體從穩(wěn)定性和節(jié)省材料上來說是最好的，但球形制造困難，內(nèi)部有效利用空間小，因此應(yīng)用不多。盒形殼體制造復(fù)雜，耗費金屬材料多。但其內(nèi)部可利用的空間大。為減少板材厚度，在盒形殼體上通常都使用了加強筋?？紤]到玻璃制造時的形狀以及實

60、際應(yīng)用結(jié)果，盒形殼體對此鍍膜生產(chǎn)線最適合。</p><p>　　因此，本設(shè)計真空鍍膜室的形狀采用盒形殼體。</p><p>　　6.1.2 真空室殼體的計算與校核</p><p>　　本設(shè)計采用1Cr18Ni9Ti作為真空室殼體材料，其，。為了減少盒形殼體的厚度，采用矩形截面的豎向加強筋，其中。真空室長1300，寬1045，高810。</p><

61、p>　?。?）按強度極限確定許用應(yīng)力</p><p>　?。?）按屈服極限確定許用應(yīng)力</p><p><b>　　確定最小厚度</b></p><p><b>　?。?）確定實際厚度</b></p><p>　　壁厚附加量，：鋼板的最大負公差附加量，取0.5；：腐蝕裕度，取2；：封頭沖壓時的

62、拉伸減薄量，取0.4。故壁厚附加量為2.9。</p><p><b>　　所以實際厚度</b></p><p>　　圓整為7。又因為鋼板厚度中沒有此規(guī)格，故取實際壁厚為8。</p><p>　　（5）校核水壓試驗應(yīng)力</p><p><b>　　水的試驗壓力</b></p><p

63、><b>　　水的靜壓力</b></p><p><b>　　總的壓力</b></p><p>　　當做水壓試驗時，矩形板的應(yīng)力為：</p><p>　　滿足水壓試驗要求，故可取壁厚為8。</p><p>　?。?）加強筋尺寸計算</p><p>　　選取矩形截面豎向加

64、強筋，寬與高之比為，其截面模量為</p><p><b>　　則其加強筋的寬度為</b></p><p>　　取整為18即1.8。</p><p><b>　　則其高度為即</b></p><p>　?。?）計算加強筋和壁聯(lián)合的截面模數(shù)</p><p><b>　　

65、加強筋截面積</b></p><p><b>　　壁部分的截面積</b></p><p><b>　　加強筋截面的慣性矩</b></p><p>　　壁部分截面積的慣性矩</p><p>　　由壁到聯(lián)合重心的距離</p><p>　　加強筋與壁聯(lián)合作用的界面模量&

66、lt;/p><p>　　（8）校核水壓試驗應(yīng)力</p><p>　　可見滿足水壓實驗要求。</p><p>　　6.1.3 真空室的ANSYS分析</p><p>　?。?）真空室的外觀（三維圖截圖）</p><p><b>　　圖（1） </b></p><p><

67、;b>　　圖（2）</b></p><p>　　真空室的ANSYS分析</p><p><b>　　1）應(yīng)力圖</b></p><p><b>　　圖（3）</b></p><p><b>　　圖（4）</b></p><p>　　由圖

68、（3），圖（4）可知應(yīng)力最大處在箱體的邊角焊接處，尤其是焊縫交合處，采取調(diào)制熱處理可顯著降低并消除應(yīng)力</p><p><b>　　2）變形圖</b></p><p><b>　　圖（5）</b></p><p>　　施加極限壓強時，箱體發(fā)生的變形主要集中在箱體上板，其他面由于加強筋的作用產(chǎn)生的變形基本可以忽略。由ANYS

69、圖分析可知，箱體的最大變形為1.8mm,在允許的變形范圍內(nèi)，為安全起見我們將上板的厚度增加兩個毫米（由于上板可能要放置其他部件，故不便布置加強筋）</p><p>　　6.2 抽氣系統(tǒng)的設(shè)計與計算</p><p>　　6.2.1 選泵與配泵</p><p>　　本系統(tǒng)采用分子泵和羅茨泵作為主泵，選用旋片泵作為預(yù)抽泵和前級泵。主泵可以利用下面的經(jīng)驗公式計算。</

70、p><p>　　式中：V—鍍膜室的體積，L。</p><p>　　所以，分子泵的抽速為：</p><p>　　選用10臺抽速為3500的F—400/3500型渦輪分子泵。</p><p>　　羅茨泵的抽速可由下式算出：</p><p>　　因此，選用ZJP—70的羅茨泵作為分子泵的前級泵。</p><p

71、>　　通常，羅茨泵所配前級泵抽速根據(jù)經(jīng)驗公式計算，旋片泵的抽速為：</p><p>　　選用2XZ—15的旋片泵作為羅茨泵的前級泵及真空系統(tǒng)的預(yù)抽泵。</p><p>　　6.2.2 抽氣時間的計算</p><p>　?。?）鍍膜機抽氣系統(tǒng)的氣體來源</p><p>　　真空鍍膜機的鍍膜室中，主要有如下幾種氣源：</p>

72、<p>　　抽空前真空室、管道、閥門、阱等元件中所含有的空氣；</p><p>　　原片玻璃所放出的氣體量；</p><p>　　真空室內(nèi)壁及室內(nèi)所有構(gòu)件表面因壓強降低和溫度升高所釋放出來的氣體量；</p><p>　　從真空室外漏入到系統(tǒng)內(nèi)的氣體量。</p><p>　　上述五項氣源中，第一項對計算高真空泵而言，這部分氣體主要在抽

73、氣系統(tǒng)預(yù)抽真空時被預(yù)抽真空泵抽走，因而它只是作為選擇預(yù)抽真空泵縮短預(yù)抽時間的依據(jù)。由于各種材料的放氣量不但數(shù)字差別很大，而且也不完整。因此，高真空的抽氣時間的計算結(jié)果與實際就有一定的出入。</p><p><b>　　（1）預(yù)抽時間計算</b></p><p>　　分子泵啟動前先用選片泵預(yù)抽至10Pa，預(yù)抽管道大小和選片泵進氣口徑一致。則選片泵從大氣壓抽到10Pa的抽

74、氣時間為：</p><p>　?。?）分子泵抽氣時間計算</p><p>　　分子泵抽氣范圍為，抽氣管道直徑為200mm，管道長1000mm。</p><p>　　由于過渡態(tài)流導(dǎo)的計算比較復(fù)雜，工程上允許用分子流導(dǎo)計算代替。這樣不但計算簡單而且設(shè)計偏于安全，因此可以將這個過程全部當做高真空抽氣來計算。</p><p>　　對于高真空抽氣，有一

75、些特殊的地方要考慮。這時容器中空間的氣體已經(jīng)大大減少了，而其他氣源越來越成為主要的氣體負荷。其中有：微漏，滲漏，蒸發(fā)，表面解吸。高真空領(lǐng)域的抽氣，實際上是對伴隨排氣過程的變化所產(chǎn)生的放氣流量的排除。常用的近似計算高真空抽氣時間的方法有解析法和圖表法。本設(shè)計采用的是解析法。</p><p>　　真空室的主要表面放氣的對象及放氣率分別如下：</p><p>　　真空室內(nèi)表面： </p

76、><p>　　加熱片： </p><p>　　組合布氣盒表面： </p><p><b>　　解析法的求解方程：</b></p><p>　　分別在壓強為10Pa和壓強為時的時間t，二者相減可以得到高真空的抽氣時間</p><p>　　所以，總的抽氣時間為23min，再

77、加上分子泵啟動時間，仍然滿足要求。</p><p>　　6.2 布氣系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　6.2.1 布氣系統(tǒng)的作用</p><p>　　由于PECVD鍍膜是靠氣體的沉積形成薄膜，因此氣流的均勻性對薄膜的質(zhì)量有著非常重要的作用，布氣裝置的作用便是使高流速的反應(yīng)氣體減速形成流速慢分布均勻，沖擊性小的氣流。其原理便是層層阻攔或者層層分離，使氣流盡量均勻，已達到

78、鍍膜時對氣體的要求。</p><p>　　6.2.1布氣系統(tǒng)的機構(gòu)</p><p>　　原理是讓氣體通過不斷分離的管道（口徑不斷變化）最后再在一定空間內(nèi)混合后一次通過布滿細孔的兩層板最后達到均勻性較好的氣流。一般的布氣裝置就是氣流通過布滿細孔的管道，由此出來的氣體流速依然較強，并不能達到比較理想的效果。采用本結(jié)構(gòu)的布氣系統(tǒng)能實現(xiàn)氣體較好的均勻混合.</p><p>

79、<b>　　圖（6）</b></p><p><b>　　圖（7）</b></p><p><b>　　圖（8）</b></p><p><b>　　圖（9）</b></p><p>　　上圖是用Edrawing分解開的組合布氣系統(tǒng)的三維圖紙，在結(jié)構(gòu)上由上

80、下，左右，前后以及中間板，還有通氣管道組合而成。首先氣體通過管道進入反置于上板內(nèi)壁的分離管路系統(tǒng)，此時氣體被分流成很多細束。隨后這些細束氣流再反向通過布滿細孔的中板，最后再通過布有更細孔的下板，此時進來時的強氣流已成為流速較低，均勻性較好的工藝氣體，可以滿足鍍膜時對氣體的要求。</p><p>　　6.4機架的設(shè)計與計算</p><p>　　6.4.1 PECVD真空鍍膜室總重估計<

81、/p><p>　　真空室：六塊鋼板組成，鋼的密度為7.85g/cm3，則真空室殼體總重約2072Kg；</p><p>　　玻璃（電池板）：玻璃最大尺寸為360mm×254mm×10mm，密度為2.6g/cm3，質(zhì)量為24.7Kg；</p><p>　　布氣盒：總重為24.6Kg；</p><p>　　加強筋：每個0.5Kg，

82、總重110.5Kg；</p><p>　　加熱片：總重40Kg；</p><p>　　因此，磁控濺射真空鍍膜室總重約為2271.8Kg。</p><p>　　6.4.2 機架的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核</p><p>　　機架采用槽鋼構(gòu)成，根據(jù)《機械設(shè)計手冊》選擇槽鋼型號為10#。（10＃槽鋼在平放時一米跨度能承受集中力為13.4KN，立放時一米跨度能

83、承受集中力為34.1KN[17]）。機架的結(jié)構(gòu)如上圖所示。</p><p>　　通過ANSYS的模擬分析，得到了圖所示的機架應(yīng)力分布圖。從圖中可以看出，機架的最大內(nèi)應(yīng)力為11.9MPa，小于槽鋼的屈服極限60MPa；機架的最大偏移量為0.08mm，滿足設(shè)計要求。</p><p>　　因此，所設(shè)計的機架滿足要求，可以使用。</p><p><b>　　結(jié)論&

84、lt;/b></p><p>　　本設(shè)計將等離子體增強化學(xué)氣相沉積技術(shù)（PECVD技術(shù)）應(yīng)用到太陽能電池板的研究和開發(fā)之中，設(shè)計出相應(yīng)的生產(chǎn)裝置和系統(tǒng)，并進行一系列的基礎(chǔ)理論研究和成膜工藝研究以優(yōu)化工藝的流程和薄膜的性能，從而提高太陽能電池板的成膜質(zhì)量和生產(chǎn)效率。本文介紹了PECVD鍍膜原理以PECVD鍍膜生產(chǎn)線的組成與各部分作用。PECVD技術(shù)原理是利用低溫等離子體作能量源，克服了傳統(tǒng)鍍膜工藝對高溫的依賴

85、，保證了低溫下能獲得較高的沉積速率和維持穩(wěn)定的鍍膜狀態(tài)，因而能夠很好的適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。在闡述PECVD技術(shù)原理的基礎(chǔ)上對PECVD鍍膜裝置的主體進行設(shè)計，同時設(shè)計了布氣系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)、真空室殼體以及機架，完成了PECVD鍍膜裝置的總體設(shè)計。通過這一系列的訓(xùn)練，不僅鍛煉了自己的獨立思考能力以及學(xué)會了作為一名合格工科院校畢業(yè)生應(yīng)具備的分析處理問題的方法，而且在學(xué)習(xí)的過程中也與老師和同學(xué)建立了深厚的友誼。</p><

86、;p><b>　　謝辭</b></p><p>　　為期三個月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，在諸位老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助指導(dǎo)之下，本人對于機械設(shè)計有了更多新的認知，對機械設(shè)計的整體脈絡(luò)了解得更加的清晰透徹。通過畢業(yè)設(shè)計，使自己對自己大學(xué)四年以來所學(xué)的知識有更多的認識，并且將這些理論知識應(yīng)用到實際設(shè)計當中。 </p><p>　　通過畢業(yè)設(shè)計，幫助我們總結(jié)大學(xué)四年

87、收獲、提升自我。檢驗我們大學(xué)所學(xué)的機械和真空方面的知識。同時，還幫助我們改變一些處理事情時不嚴謹?shù)牧?xí)慣。從最開始時的搜集資料，整理資料，到方案比選，確定方案，再到著手開始進行PECVD裝置真空室、布氣系統(tǒng)和抽氣系統(tǒng)的設(shè)計，每一步都是環(huán)環(huán)相扣，銜接緊密，其中任何一個步驟產(chǎn)生遺漏或者疏忽，就會對以后的設(shè)計帶來很多的不便。學(xué)生的動手能力和資料搜集能力在設(shè)計中也得到提升。同時也激發(fā)了我們對于設(shè)計的熱愛，激發(fā)了我們的創(chuàng)新精神。畢業(yè)設(shè)計中很多數(shù)值、

88、公式、計算方法以及一些常用的標準都需要我們?nèi)ツ托牡夭殚啎?，瀏覽資料，設(shè)計中需要用到輔助設(shè)計軟件（CAD,solidworks，ANSYS）的地方，也需要我們耐心的學(xué)習(xí)。掌握其使用的要領(lǐng)，運用到設(shè)計當中去。最后總結(jié)的階段，需要將前期各個階段的資料進行歸類整理并不斷修改。 </p><p>　　經(jīng)過了兩個多月的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了《太陽能電池PECVD裝置設(shè)計》的全部設(shè)計工作。從開始接到論文題目的不知

89、所措，再到進行系統(tǒng)的設(shè)計，最后到論文文章的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在整個大學(xué)期間獨立完成的最艱難的項目。在這段時間里，我學(xué)到了很多新的知識也有很多感觸，從對PECVD技術(shù)的一無所知，對CAD，ANSYS等軟件的很不了解狀，我開始了獨立的學(xué)習(xí)和試驗，查看相關(guān)的技術(shù)資料和文獻，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己不完美的作品一步步完善起來，使自己懶散的思維逐漸嚴謹起來，每一次改進都是我最大的收獲，每一次嘗試的成功

90、都會讓我興奮不已。從中我也充分認識到了系統(tǒng)性思維方式方式給我?guī)淼暮锰帯?lt;/p><p>　　雖然我的設(shè)計作品不是完美，還有很多不足之處，但我還是可以自豪的說，每張圖紙，每一段計算，每一個細微的部分都有我的辛苦的勞動。當看著自己的最終設(shè)計，最終的努力成果，對自己而言真是莫大的欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最終都會化為甜美的甘泉。</p><p>　　這次做論文的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到做

91、設(shè)計是要真真正正用心去做的一件事情，希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵我繼續(xù)進步。畢業(yè)設(shè)計結(jié)束了，通過設(shè)計，學(xué)生深刻領(lǐng)會到基礎(chǔ)的重要性，畢業(yè)設(shè)計不僅僅能幫助學(xué)生檢驗大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果，更多的是畢業(yè)設(shè)計可以幫助我們更加清楚的認識自我，磨練學(xué)生的意志與耐性，這會為學(xué)生日后的工作和生活帶來很大的幫助。</p><p>　　在此衷心地感謝干蜀毅老師在設(shè)計過程中給我的精心指導(dǎo)和幫助，以及同學(xué)們給予的幫助，無論從資料的收集

92、還是工程圖的改進，都使我在畢業(yè)設(shè)計的兩個月里受益匪淺。他們都給了我很多的幫助和啟示，使我認識到了自己的不足，這次畢業(yè)設(shè)計一定會對我今后的學(xué)習(xí)和發(fā)展起到重要的作用。然后感謝真空教研組老師對學(xué)生的深切關(guān)心。感謝學(xué)校提供的教室，以便我們有足夠安靜的環(huán)境進行畢業(yè)設(shè)計，使得我們每個星期都能夠與老師討論。</p><p>　　至此論文完成之際，再次向我的導(dǎo)師表示衷心的感謝和崇高的敬意！再次向指導(dǎo)我的學(xué)長及幫助過我的同學(xué)致以誠

93、摯的謝意！謝謝！</p><p><b>　　[參考文獻]</b></p><p>　　[1] 何建坤．中國“十一五”節(jié)能評估及“十二五”節(jié)能工作的建議．中國可持續(xù)能源項目網(wǎng)站，2009.11.27．</p><p>　　[2] 于萍，張雨絲．太陽能電池的生產(chǎn)與發(fā)展[J] ．太陽能電池，2011，（4）：30-34．</p>

94、<p>　　[3] 施正榮，晶體硅太陽能電池的現(xiàn)狀和發(fā)展，中國第七屆光伏會議論文集，杭州，2002.</p><p>　　[4] 李芬，朱穎，李劉合，等．等離子體增強化學(xué)氣相沉積技術(shù)及其發(fā)展[J]．真空電子技術(shù)，2011,（3）：49-54．</p><p>　　[5] Heister U，Krempel-Hesse J，Szczyrbowski J，et al．TwinM

95、ag Ⅱ:Impro-ving an Advanced Sputtering Tool[J]．Vacuum，2000，59：424-430．</p><p>　　[6] Belkind，F(xiàn)reilich A，Song G，et al．Mid-Frequency Reactive Sputteri-ng of Dielectrics：Al2O3[J]．Surface and Coatings Technology

96、，2003,174-175:88-93．</p><p>　　[7] 李芮．化學(xué)氣相沉積技術(shù)[J]．印染，2008,34（5）：6-6．</p><p>　　[8] 張以忱．真空鍍膜技術(shù)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2009．9．</p><p>　　[9] 楊乃恒．太陽能電池板與真空鍍膜技術(shù)[M]．沈陽：東北大學(xué)出版社，1994．11．</p>

97、<p>　　[10] 馬元遠，王德苗，金浩，等．工藝參數(shù)對化學(xué)氣相沉積薄膜性能的影響[J]．</p><p>　　真空，2008，45（4）:70-74．</p><p>　　[11] Yu Senjiang，Zhang Yongju，Cai Pinggen，et al．Growth mechanism of ordered stress induced patterns

98、in Al films deposited on silicone oil s-urfaces[J]．Physics Letter A，2003,318:457-462．</p><p>　　[12] Zhang Yang，He Xiuli，Gao Xiaoguang，et al．Growth of Nano-Particu-lated SnO2 Film by Rheotaxial Growth &

99、Thermal Oxidation and Its Gas Sen-sing Properties[J]．Journal of Vacuum Science and Technology，2007,27（2）：118-122．</p><p>　　[13] 徐成海．真空工程技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006．5．</p><p>　　[14] 達道安．真空設(shè)計手冊（第3版）[M

100、]．北京：國防工業(yè)出版社，2004．7．</p><p>　　[15] 成大先．機械設(shè)計手冊（第5版）：第3卷[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008．1．</p><p>　　[16] 濮良貴，紀名剛．機械設(shè)計（第八版）[M]．北京：高等教育出版社，2005．5．</p><p>　　[17] 核工業(yè)西南物理研究院．大面積化學(xué)氣相沉積鍍工藝研究[P]．中國：C