CN103103505A - 化学混浴沉积系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种化学混浴沉积系统，包括化学混浴槽、化学液纯化装置及添加装置。化学混浴槽用来存放缓冲层化学溶液，其阳离子及阴离子用以当背电极基板浸泡于其内时，反应生成缓冲层在背电极基板的光电转换层上。化学液纯化装置用来移除在阳离子及阴离子反应生成缓冲层后所剩余的阳离子以得到纯化后的溶液。添加装置用来根据纯化后的溶液的成分比例进行阳离子的补偿添加。本发明利用化学液纯化装置以对缓冲层化学溶液反应生成缓冲层后所剩余的阳离子进行纯化，以发挥化学溶液回收再利用的功效并同时达到确保后续缓冲层的形成质量的目的。

Description

化学混浴沉积系统
技术领域
本发明涉及一种化学混浴沉积系统，特别涉及一种使用化学液纯化装置以针对反应后的缓冲层化学溶液进行纯化处理的化学混浴沉积系统。
背景技术
在传统的太阳能电池制程中，常见用来形成缓冲层(如硫化镉、硫化锌等)在太阳能电池基板上的设计利用化学混浴沉积法(Chemical BathDeposition，CBD)，其将已形成有光电转换层的太阳能电池基板浸泡在具有可反应生成缓冲层的化学溶液的化学混浴槽中，在浸泡期间，缓冲层就可以通过化学溶液中的阳离子(如镉离子、锌离子等)及阴离子(如硫离子等)的反应结合而沉积形成在光电转换层上。
此外，为了进一步地确保上述缓冲层的形成质量，在此方法中，通常会在形成上述缓冲层之前后使用清洗液将太阳能电池基板冲洗干净，以清除残留在太阳能电池基板上的杂质，以确保缓冲层的形成质量及防止在后续制程中出现杂质掺杂在沉积材料与太阳能电池基板之间的情况发生。
然而，此方法会产生大量的清洗废液及化学废液，若无适当地回收，则会造成不必要的浪费及污染。美国专利公告号7541067揭露了额外配置具有分析化学溶液成分功能的溶液槽以连通化学混浴槽，借此，就可以利用常见的分析方法(如古典滴定分析等)分析出已反应的化学溶液的溶液成分比例，接着再根据分析所得的溶液成分比例，将已反应的化学溶液以溶液成分添加的方式还原至反应前的溶液成分比例，并将其再次导回化学混浴槽中，如此一来，就可以达到化学溶液回收再利用的目的。但是由于反应后的化学溶液仍然会处于持续反应状态，因此上述设计不能精准地分析出已反应的化学溶液的最终溶液成分比例，也就是说，即使通过溶液成分添加的方式，上述设计仍然无法将已反应的化学溶液准确地还原至反应前的化学溶液，如此就会影响到后续缓冲层的形成质量。
发明内容
本发明提供一种化学混浴沉积系统，用以在具有一光电转换层的至少一背电极基板上形成一缓冲层，所述缓冲层形成在所述光电转换层上，所述化学混浴沉积系统包括一化学混浴槽、一化学液纯化装置及一添加装置。所述化学混浴槽用来存放一缓冲层化学溶液，所述缓冲层化学溶液包括一阳离子及一阴离子，所述阳离子及所述阴离子用以当所述背电极基板进入所述化学混浴槽以浸泡在所述缓冲层化学溶液内时，反应生成所述缓冲层在所述光电转换层上。所述化学液纯化装置连通于所述化学混浴槽，用来移除在所述阳离子及所述阴离子反应生成所述缓冲层后所剩余的阳离子以得到一纯化后的溶液。所述添加装置用来根据所述纯化后的溶液的一成分比例进行所述阳离子的补偿添加。
所述化学混浴沉积系统可以还包括一分析装置，用来分析所述纯化后的溶液以产生所述成分比例。
所述分析装置可以选自由一古典滴定分析装置、一自动滴定装置、一氧化还原滴定装置、一酸碱滴定装置、一管柱层析装置、一原子吸收光谱分析装置，及一紫外线-可见光光谱分析装置所组成的群组的至少其中之一。
所述分析装置可以用来以在线分析方式或离线取样分析方式进行所述纯化后的溶液的分析。
所述阳离子可以选自由锌离子、镉离子、汞离子、铝离子、镓离子、铟离子所组成的群组的至少其中之一。
所述阴离子可以选自由氧离子、硫离子、硒离子、氢氧根离子所组成的群组的至少其中之一。
所述化学液纯化装置可以是一加热处理装置、一酸碱处理装置，或一氧化还原处理装置的至少其中之一。
所述化学混浴沉积系统可以还包括一预清洗装置、一后清洗装置及一清洗液纯化装置。所述预清洗装置用来在所述背电极基板进入所述化学混浴槽前，清洗所述背电极基板。所述后清洗装置用来在所述背电极基板离开所述化学混浴槽后，清洗所述背电极基板。所述清洗液纯化装置连通于所述预清洗装置及所述后清洗装置，用来纯化所述预清洗装置及所述后清洗装置清洗所述背电极基板后所产生的清洗液，并将所述清洗液导回所述预清洗装置及所述后清洗装置。
所述清洗液纯化装置可以选自一离子交换树脂纯化装置、一逆渗透薄膜透析装置、一电解纯化装置，及一氧化还原处理装置所组成的群组的至少其中之一。
所述纯化后的溶液可以直接导入所述化学混浴槽内以进行所述阳离子的补偿添加。
根据上述技术方案，本发明相较于现有技术至少具有下列优点及有益效果：本发明使用以化学液纯化装置针对缓冲层化学溶液反应生成缓冲层后所剩余的阳离子进行纯化处理的方式，借此，无论是使用装置分析或理论计算的方式，由于通过纯化处理的缓冲层化学溶液已停止化学反应，因此本发明所提供的化学混浴沉积系统就可以更加精准地得知纯化后的溶液中的溶液成分比例，以使添加装置可利用溶液成分补偿添加的方式将已反应的缓冲层化学溶液准确地还原至未反应前的缓冲层化学溶液，从而使化学混浴沉积系统可直接使用回收的缓冲层化学溶液以继续进行在背电极基板上形成缓冲层的成型制程，如此就可以发挥化学溶液回收再利用的功效并同时达到确保后续缓冲层的形成质量的目的，进而降低太阳能电池在形成缓冲层上所需耗费的物料成本。
附图说明
图1为根据本发明一优选实施例的化学混浴沉积系统的功能方块示意图。
其中，附图标记说明如下：
1   背电极基板          3   光电转换层
10  化学混浴沉积系统    12  化学混浴槽
14  化学液纯化装置      16  分析装置
18  添加装置            20  预清洗装置
22  后清洗装置          24  清洗液纯化装置
具体实施方式
请参照图1，其为根据本发明一优选实施例的化学混浴沉积系统10的功能方块示意图，用以在至少一背电极基板1(在图1中显示一个)的光电转换层3上形成缓冲层，其中背电极基板1及在其上所形成的光电转换层3的设计常见于现有技术中，简单地说，背电极基板1的基板可由钠钙玻璃(soda-lime glass)所组成及背电极基板1的背电极可由钼、钽、钛、钒或锆的其中之一所组成，而光电转换层3可由铜铟镓硒(CIGS)化合物所组成，但不受此限，也就是说，化学混浴沉积系统10也可应用在由其它常见应用于太阳能电池上的材质所组成的背电极基板及光电转换层上。需注意的是，化学混浴沉积系统10也可以批次式浸泡的方式以同时在多片背电极基板上形成缓冲层，以进一步地提升制程产能。
由图1可知，化学混浴沉积系统10包括化学混浴槽12、化学液纯化装置14、分析装置16，及添加装置18。化学混浴槽12用来存放缓冲层化学溶液，缓冲层化学溶液可包括一阳离子及一阴离子，在此实施例中，阳离子选自由锌离子、镉离子、汞离子、铝离子、镓离子、铟离子所组成的群组的至少其中之一，而阴离子则是选自由氧离子、硫离子、硒离子、氢氧根离子所组成的群组的至少其中之一，借此，阳离子及阴离子就可以用来反应生成相对应的缓冲层(如硫化镉、硫化锌、氧化锌、硒化镉、硒化锌、氢氧化锌、氢氧化镉、硫化铟或硫化镉锌等)在光电转换层3上。化学液纯化装置14连通于化学混浴槽12，当完成缓冲层镀膜程序后，缓冲层化学溶液就可以自化学混浴槽12直接导入化学液纯化装置14内，化学液纯化装置14用来移除在阳离子及阴离子反应生成缓冲层后所剩余的阳离子以得到一纯化后的溶液，值得一提的是，此纯化后的溶液不含形成缓冲层所需的阳离子。分析装置16用来分析纯化后的溶液的一成分比例。添加装置18用来根据分析装置16分析所得的成分比例针对纯化后的溶液进行阳离子补偿添加，其中纯化后的溶液可直接导入化学混浴槽12内再进行补偿添加程序或可先在一混合槽(图未示)进行补偿添加程序再导回化学混浴槽12内而进行下一次的镀膜程序，以达到已反应过后的化学溶液可回收再利用的目的。
至于如何使化学混浴槽12所存放的化学溶液可反应生成相对应的化合物层的设计，其可使用传统化学混浴沉积方法来实现，简单地说，可将整个背电极基板1完全浸入含有金属阳离子(如锌离子、镉离子等)与如氧离子、硫离子、硒离子、氢氧根离子等阴离子的化学溶液中，通过控制化学溶液的温度及酸碱值，使金属阳离子与上述阴离子产生化学反应，进而使相对应的化合物层(即缓冲层)均匀地沉积在背电极基板1上。
此外，为了确保上述缓冲层的形成质量及使化学混浴沉积系统10可具有废水回收功能，如图1所示，化学混浴沉积系统10可还包括预清洗装置20、后清洗装置22，及清洗液纯化装置24。预清洗装置20用来在背电极基板1进入化学混浴槽12前，清洗背电极基板1，以清除在形成光电转换层3的过程所残留在背电极基板1上的杂质，以防止不必要的杂质掺杂在光电转换层3与后续所欲形成的缓冲层之间。后清洗装置22用来在背电极基板1离开化学混浴槽12后，清洗背电极基板1，以清除在形成缓冲层的过程所残留在背电极基板1上的杂质，以防止不必要的杂质影响到太阳能电池的后续制程质量。清洗液纯化装置24连通于预清洗装置20及后清洗装置22，用来纯化预清洗装置20及后清洗装置22清洗背电极基板1后所产生的清洗液，并将已纯化的清洗液导回预清洗装置20及后清洗装置22，以产生清洗液回收再利用的功效。
通过上述配置，化学混浴沉积系统10就可以同时具有化学溶液及清洗液回收再利用的功能，以下针对化学混浴沉积系统10的化学溶液及清洗液回收流程进行详细说明，在此先假设原本反应前的缓冲层化学溶液的阳离子、阴离子、缓冲剂与氨水的比例为1∶3∶5∶50且已反应过后的缓冲层化学溶液内的阳离子、阴离子、缓冲剂与氨水的比例为0.5∶2.5∶4.5∶40(但不以此为限)，以便后续的说明。
首先，在化学溶液回收方面，当将已清洗干净的背电极基板1浸泡在化学混浴槽12的缓冲层化学溶液内时，此时，缓冲层就会通过缓冲层化学溶液中所包括的阳离子及阴离子的反应结合而形成在背电极基板1的光电转换层3上，举例来说，若是阳离子为镉离子，阴离子为硫离子，则在背电极基板1浸泡在化学混浴槽12的缓冲层化学溶液内的期间，光电转换层3上就可以形成有由硫化镉所组成且分布均匀的缓冲层。
接下来，化学液纯化装置14会针对已反应过后的缓冲层化学溶液中的限量试剂(即阳离子)进行纯化处理，而由上述假设可知，此时，已反应过后的缓冲层化学溶液内的阳离子、阴离子、缓冲剂与氨水的比例为0.5∶2.5∶4.5∶40，因此，化学液纯化装置14就会利用化学纯化方式以将阳离子的比例从0.5降为0，以使缓冲层化学溶液不再持续进行反应以得到一纯化后的溶液。至于化学液纯化装置14所使用的化学纯化方式，其常见于现有技术中，如加热处理、酸碱处理、氧化还原处理等，故于此不再赘述。换句话说，在此实施例中，化学液纯化装置14可选用一加热处理装置、一酸碱处理装置，或一氧化还原处理装置的至少其中之一，以进行上述的化学纯化处理。
在完成上述缓冲层化学溶液的纯化后，分析装置16就会针对纯化后的溶液进行化学分析，此时，由上述可知，由于纯化后的溶液已停止化学反应，因此，分析装置16就可以准确地分析出纯化后的溶液内的阳离子、阴离子、缓冲剂与氨水的比例为0∶2.5∶4.5∶40。接着，添加装置18就可以根据上述分析装置16分析所得的溶液成分比例，针对纯化后的溶液进行阳离子的补偿添加，以使纯化后的溶液内的阳离子、阴离子、缓冲剂与氨水的比例可从0∶2.5∶4.5∶40还原至未反应前的1∶3∶5∶50以进行下一次的镀膜程序。化学混浴沉积系统10可以通过纯化、分析及阳离子添加处理而可不需额外使用新的缓冲层化学溶液的情况下，继续进行在背电极基板上形成缓冲层的成型制程，如此一来，就可以达到化学溶液回收再利用的目的，从而降低太阳能电池在形成缓冲层上所需耗费的物料成本。
至于上述分析装置16所使用的化学分析方式，其常见于现有技术中，如古典滴定分析、自动滴定、氧化还原滴定、酸碱滴定、管柱层析、原子吸收光谱分析、紫外线-可见光光谱分析等，故于此不再赘述。换句话说，在此实施例中，分析装置16可选用一古典滴定分析装置、一自动滴定装置、一氧化还原滴定装置、一酸碱滴定装置、一管柱层析装置、一原子吸收光谱分析装置，及一紫外线-可见光光谱分析装置所组成的群组的至少其中之一，以进行上述的化学分析。需注意的是，分析装置16可选择性地以在线分析方式或离线取样分析方式进行缓冲层化学溶液的分析。
在清洗液回收方面，在预清洗装置20或后清洗装置22完成清洗背电极基板1的流程后，其所产生的清洗液可导流至清洗液纯化装置24以开始进行纯化处理，此时，清洗液纯化装置24可利用常见于现有技术中的清洗液纯化处理方式，如离子交换树脂纯化、逆渗透薄膜透析、电解纯化、氧化还原处理等，也就是说清洗液纯化装置24可选用一离子交换树脂纯化装置、一逆渗透薄膜透析装置、一电解纯化装置，及一氧化还原处理装置所组成的群组的至少其中之一，以进行上述的清洗液纯化处理。
举例来说，若是清洗液纯化装置24为一离子交换树脂纯化装置，则预清洗装置20及后清洗装置22清洗背电极基板1后所产生的清洗液就会通过清洗液纯化装置24的树脂床(其可为酸床与碱床的组合或是为酸碱混合床)，以产生残留在清洗液中的阴离子(如硫离子等)及阳离子(如镉离子、铵离子等)可被树脂床吸附去除的效果。另外，在清洗液通过树脂床之前，也可选择性配置有可过滤掉不溶物的过滤设备，其具有阻挡不溶物通过的作用。最后在通过导电度测试以确定残留在清洗液中的阴/阳离子已去除干净后，就可以将清洗液导回预清洗装置20及后清洗装置22，借此，化学混浴沉积系统10就可以再直接使用经过纯化处理的清洗液而可不需额外使用新的清洗液的情况下，进行后续背电极基板的清洗流程，如此一来，就可以达到清洗液回收再利用的目的，从而产生降低太阳能电池在清洗背电极基板上上所需耗费的清洗液成本。
值得一提的是，上述分析装置16可为一可省略的配置，以简化化学混浴沉积系统10的设计，也就是说，上述纯化后的溶液的成分比例可不限于使用分析装置16的仪器分析方式而产生，其亦可改使用用理论计算方式计算而得。至于使用何种方式，其端视化学混浴沉积系统10的实际应用需求而定。
相较于现有技术，本发明采用以化学液纯化装置针对缓冲层化学溶液反应生成缓冲层后所剩余的阳离子进行纯化处理的方式，借此，无论是使用装置分析或理论计算的方式，由于通过纯化处理的缓冲层化学溶液已停止化学反应，因此本发明所提供的化学混浴沉积系统就可以更加精准地得知纯化后的溶液中的溶液成分比例，以使添加装置可利用溶液成分补偿添加的方式将纯化后的溶液准确地还原至未反应前的缓冲层化学溶液，从而使化学混浴沉积系统可直接使用回收的缓冲层化学溶液以继续进行在背电极基板上形成缓冲层的成型制程，如此就可以发挥化学溶液回收再利用的功效并同时达到确保后续缓冲层的形成质量的目的，进而降低太阳能电池在形成缓冲层上所需耗费的物料成本。另外，由上述可知，本发明也可额外配置有清洗液纯化装置，以使化学混浴沉积系统可直接使用经过纯化处理的清洗液进行后续背电极基板的清洗流程，借此，可达到清洗液回收再利用的目的，从而降低太阳能电池在清洗背电极基板上所需耗费的清洗液成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种化学混浴沉积系统，其特征在于，所述化学混浴沉积系统用以在具有一光电转换层的至少一背电极基板上形成一缓冲层，所述缓冲层形成在所述光电转换层上，所述化学混浴沉积系统包括：
一化学混浴槽，用来存放一缓冲层化学溶液，所述缓冲层化学溶液包括一阳离子及一阴离子，所述阳离子及所述阴离子用以当所述背电极基板进入所述化学混浴槽以浸泡在所述缓冲层化学溶液内时，反应生成所述缓冲层在所述光电转换层上；
一化学液纯化装置，连通于所述化学混浴槽，用来移除在所述阳离子及所述阴离子反应生成所述缓冲层后所剩余的阳离子以得到一纯化后的溶液；及
一添加装置，用来根据所述纯化后的溶液的一成分比例进行所述阳离子的补偿添加。
2.如权利要求1所述的化学混浴沉积系统，其特征在于，所述化学混浴沉积系统还包括：
一分析装置，用来分析所述纯化后的溶液以产生所述成分比例。
3.如权利要求2所述的化学混浴沉积系统，其特征在于，所述分析装置选自由一古典滴定分析装置、一自动滴定装置、一氧化还原滴定装置、一酸碱滴定装置、一管柱层析装置、一原子吸收光谱分析装置，及一紫外线-可见光光谱分析装置所组成的群组的至少其中之一。
4.如权利要求2所述的化学混浴沉积系统，其特征在于，所述分析装置用来以在线分析方式或离线取样分析方式进行所述纯化后的溶液的分析。
5.如权利要求1所述的化学混浴沉积系统，其特征在于，所述阳离子选自由锌离子、镉离子、汞离子、铝离子、镓离子、铟离子所组成的群组的至少其中之一。
6.如权利要求1所述的化学混浴沉积系统，其特征在于，所述阴离子选自由氧离子、硫离子、硒离子、氢氧根离子所组成的群组的至少其中之一。
7.如权利要求1所述的化学混浴沉积系统，其特征在于，所述化学液纯化装置为一加热处理装置、一酸碱处理装置，或一氧化还原处理装置的至少其中之一。
8.如权利要求1所述的化学混浴沉积系统，其特征在于，所述化学混浴沉积系统还包括：
一预清洗装置，用来在所述背电极基板进入所述化学混浴槽前，清洗所述背电极基板；
一后清洗装置，用来在所述背电极基板离开所述化学混浴槽后，清洗所述背电极基板；及
一清洗液纯化装置，连通于所述预清洗装置及所述后清洗装置，用来纯化所述预清洗装置及所述后清洗装置清洗所述背电极基板后所产生的清洗液，并将所述清洗液导回所述预清洗装置及所述后清洗装置。
9.如权利要求1所述的化学混浴沉积系统，其特征在于，所述清洗液纯化装置选自一离子交换树脂纯化装置、一逆渗透薄膜透析装置、一电解纯化装置，及一氧化还原处理装置所组成的群组的至少其中之一。
10.如权利要求1所述的化学混浴沉积系统，其特征在于，所述纯化后的溶液直接导入所述化学混浴槽内以进行所述阳离子的补偿添加。
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