CN105390567A - 卷对卷制程设备及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卷对卷制程设备，适用于在一基板上进行一化学反应。基板具有相对的第一板面及第二板面。卷对卷制程设备包括一反应槽、一收卷单元、一放卷单元及一加热装置。反应槽设有一开口，反应槽用以容置一化学药液。开口提供基板的第一板面与反应槽内的化学药液接触。收卷单元及放卷单元分别对应设置于反应槽的相对两侧。加热装置设置于收卷单元与放卷单元之间且对应开口。加热装置用以加热基板的第二板面，使基板升温并与化学药液产生化学反应。
Description
技术领域
本发明涉及一种卷对卷制程设备及其系统，尤其涉及一种制备太阳能电池缓冲层的卷对卷制造设备及其系统。
背景技术
随着人类文明的发展，全球面临严重的能源危机及环境污染等问题。为解决上述问题，目前已发展出可将太阳光光能直接转换成电能的太阳能电池。由于太阳能发电过程中不会产生二氧化碳，且具有洁净不生任何污染或噪音的特点，故逐渐成为再生环保能源供应装置。太阳能电池依材料不同可分为薄膜硅、非晶硅(amorphousrsSilicon，a-Si)、二六族化合物半导体材料CdTe、铜铟硒(CuInSe2，CIS)以及铜铟镓硒(CuInGaSe2，CIGS)等，其中CIGS具有吸收光波频率较广、稳定性、低价格和高效率等优点，因此CIGS被视为最有发展潜力的太阳能电池之一。
CIGS太阳电池包括背面电极、主吸收层、缓冲层、透明导电层以及正面电极。背面电极一般为具有金属钼的玻璃或不锈钢基板。主吸收层也称为CIGS吸收层，是整体CIGS太阳电池中最为关键的单元，对转换效率有决定性的影响。缓冲层通常为硫化镉(CdS)，用以形成pn接面（P-Njunctiondiode）。透明导电层的功能为透光及导电，而正面电极一般是网格状的金属，比如镍或铝，用以电气连接外部电路。由于CIGS可在大面积的软性基板上制作，因此制程可以使用卷对卷(roll-to-roll)方式进行。
现有CIGS太阳能薄膜制程中，大多采用化学水浴沉积(ChemicalBathDeposition，CBD)方式制造。以传统的CBD制程而言，主要是采用先加热化学药液，再将该药液喷洒或将主吸收层浸泡于化学药液中，而在主吸收层的表面上形成硫化镉(CdS)的缓冲层。然而由于大量的化学药液经过加热后会使酸碱值产生变化，无法进行回收再利用，因此对于环境以及生产成本均造成不利影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种卷对卷制程设备及其系统，以有效改善环境污染以及降低生产成本。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种卷对卷制程设备，适用于在一基板上进行一化学反应。基板具有相对的第一板面及第二板面。卷对卷制程设备包括一反应槽、一收卷单元、一放卷单元及一加热装置。反应槽设有一开口，反应槽用以容置一化学药液。开口提供基板的第一板面与反应槽内的化学药液接触。收卷单元及放卷单元分别对应设置于反应槽的相对两侧。收卷单元用以卷入基板，放卷单元用以卷出基板。加热装置设置于收卷单元与放卷单元之间且对应开口。加热装置用以加热基板之第二板面，使基板升温并与化学药液产生化学反应。
一种卷对卷制程系统，适用于在一基板上进行一化学反应。基板具有相对的第一板面及第二板面。卷对卷制程系统包括一反应槽、一收卷单元、一放卷单元、一加热装置、一清洗装置及一烘干装置。反应槽设有一开口，反应槽用以容置一化学药液。开口提供基板的第一板面与反应槽内的化学药液接触。收卷单元及放卷单元分别对应设置于反应槽的相对两侧。收卷单元用以卷入基板，放卷单元用以卷出基板。加热装置设置于收卷单元与放卷单元之间且对应开口。加热装置用以加热基板之第二板面，使基板升温并与化学药液产生化学反应。清洗装置设置于收卷单元及放卷单元之间，喷洒液体以清洗基板。烘干装置邻接于清洗装置，用以烘干基板。
附图说明
图1为绘示本发明卷对卷制程设备之实施例图。
图2为绘示本发明加压滚轮、压合块与反应槽相关位置的剖视图。
图3为绘示图2之部分立体图。
图4为绘示图2加压滚轮滚压基板，且基板两侧缘受压制于压合块之剖视图。
图5为绘示本发明卷对卷制程系统之第二实施例之示意图。
图6为绘示本发明卷对卷制程系统之示意图。
【主要组件符号说明】
100基板
104第一板面
106第二板面
110制程设备
200反应槽
202开口
210化学药液
220沟槽
250收卷单元
260加压滚轮
270放卷单元
300加热装置
310加热单元
320压合块
322连杆
330气压缸
500清洗装置
510水刀
700烘干装置
710风刀。
具体实施方式
下面结合附图及本发明的实施例对本发明的卷对卷制程设备及其系统作进一步详细的说明。
本发明提供一种可使化学药液循环使用的卷对卷制程设备及其系统，适用于在一基板100上进行一化学反应。在此所述的基板100较佳是指可挠性金属基材，例如铜材或其合金。然而在不同实施例中，基板100亦可为玻璃基材或塑料基材。此外，在此所指的化学反应包含蚀刻制程、显影制程、脱膜制程或镀膜制程，根据不同的化学药液210而可产生相应的化学反应。然而，本发明关于镀膜制程较佳为化学水浴制程(CBD)，以于基板100其中的一板面上形成硫化镉(CdS)。
有关本发明的详细说明及技术内容，配合图式说明如下，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
如图1~图4所示，为绘示本发明卷对卷制程设备之第一实施例图。本发明提供一种卷对卷制程设备110，其中基板100具有相对的一第一板面104及一第二板面106。卷对卷制程设备110包括一反应槽200、一收卷单元250、一放卷单元270及一加热装置300。
如图1所示，反应槽200设有一开口(未标示)，反应槽200用以容置一化学药液210。开口(请参图3所示)提供基板100的第一板面104与反应槽200内的化学药液210接触。在此所述的制程及其所使用的化学药液210较佳是指以化学水浴制程(CBD)形成硫化镉的镀膜制程。在此制程中所生产的硫化镉薄膜较佳是应用在CIGS太阳电池中的缓冲层中。
收卷单元250及放卷单元270分别对应设置于反应槽200的相对两侧。收卷单元250用以卷入基板100，放卷单元270用以卷出基板100，使基板100于收卷单元250与放卷单元270之间具有一定张力。加热装置300设置于收卷单元250与放卷单元270之间且对应开口202上方。加热装置300包含多个加热单元310，各加热单元310沿基板100传动方向间隔排列设置。在此所述的加热单元310较佳包含红外线热管、微波振荡器或其他适合的装置，以热辐射方式均匀加热基板100的第二板面106。在本实施例中，加热装置300较佳加热基板100升温至摄氏70~90度间，使化学药液210产生化学反应。然而在另一实施例中，加热单元310亦可以通电方式直接加热基板100，视需要而改变。
在如图1所示的实施例中，本发明包含多个加压滚轮260，各加压滚轮260设置于收卷单元250及放卷单元270之间，以滚压基板100受热与化学药液210产生的生成物(CdS)均匀且致密地分布于基板100上。然而在不同的实施例中，基板100亦可因化学药液210的不同而去除某物质等，根据不同的制程而改变。在本实施例中，每一加压滚轮260较佳与各加热单元310交错设置，使加热装置300不因加压滚轮260的阻挡而影响基板100的加热情况。如图3所示，各加压滚轮260两端较佳是固定于本制程设备110上，藉由如马达(图未示)等传动装置带动加压滚轮260转动，以加压基板100。
如图2~图4所示，本发明包含两压合块320及两沟槽220。各压合块320分别设置于开口202两侧并邻近基板100侧缘。各沟槽220与压合块320相应设置，各压合块320用以压制基板100侧缘，并限定基板100于各压合块320内位移。在如图2~图4所示的实施例中，各压合块320较佳由气压缸330及连杆322带动。连杆322分别连接压合块320与气压缸330，用以控制压合块320在本制程设备110中压制基板100的相对高度。各沟槽220形成于反应槽200的两侧，具有容置并回收溢出于开口202的化学药液210，同时兼具有防止化学药液210向外溢出的效果。换言之，化学药液210控制在反应槽200的沟槽220内，而不会使化学药液210喷出污染基板100另一面及/或整个设备内部。
以下进一步说明压合块320的结构，如图4所示，两压合块320为L形剖面轮廓，一端朝沟槽220设置，另一端朝基板100方向设置。基板100两侧缘可抵触于各压合块320的内壁。当可挠性基板100在收卷单元250与放卷单元270间移动时，基板100两端缘被左右两侧的压合块320限制位移。也就是说，两压合块320在垂直本制程设备110的方向上有效压制可挠性基板100的位移，同时在基板100运行方向上具有限制基板100偏位/偏离制程设备110预设方向的效果。因此两压合块320的设置，使可挠性基板100不会因为本身材质或者是加压滚轮260压力不均等影响，可更稳定地于制程设备110中运行。
此外，在制成硫化镉的过程中，由于压合块320以及沟槽220的设置，使化学药液210不会向上喷出而污染基板100第二板面106及/或整个制程设备110内部。因此使化学药液210较能保持于基板100的第一板面104接触，减少溢出的风险，以利回收再利用。再者，基板100仅以第一板面104与化学药液210进行化学反应，限制了基板100与化学药液210的反应区域，因此可以减少化学药液210的消耗量(相较于整个基板100与化学药液210进行化学反应而言)。
如图5及图6所示，本发明另提供一种卷对卷制程系统。本实施例中的卷对卷制程系统与前述实施例的卷对卷制程设备主要的差异在于增加了一清洗装置500及一烘干装置700。因此在此仅进一步介绍增加的清洗装置500与烘干装置700，其余组件与装置请参考前述所陈的实施例，在此不再赘述。如图5所示，清洗装置500设置于收卷单元250及放卷单元270之间，用以喷洒液体，例如水或其他适合的液体，以清洗基板100。烘干装置700邻接于清洗装置500一侧，用以烘干已经过清洗的基板100。
如图6所示，在本实施例中，清洗装置500较佳为一水刀510或其他适合的装置。烘干装置700则为一风刀710、一红外线加热槽或是其他适合的装置。在如图6所示的实施例中，广义而言，更包含了基板100初始进入的卷出单元270及完成烘干作业并将基板100卷入的卷入单元250，其中卷对卷制程设备110、清洗装置500及烘干装置700则设置于收卷单元250与放卷单元270之间。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种卷对卷制程设备(110)，适用于在一基板(100)上进行一化学反应，该基板(100)具有相对的一第一板面(104)及一第二板面(106)，其特征在于，该卷对卷制程设备(110)包括:
一反应槽(200)，设有一开口(202)，该反应槽(200)用以容置一化学药液(210)，该开口(202)提供该基板(100)的该第一板面(104)与该反应槽(200)内的该化学药液(210)接触；
一收卷单元(250)及一放卷单元(270)，分别对应设置于该反应槽(200)的相对两侧，该收卷单元(250)用以卷入该基板(100)，该放卷单元(270)用以卷出该基板(100)；以及
一加热装置(300)，设置于该收卷单元(250)与该放卷单元(270)之间且对应该反应槽(200)的该开口(202)，该加热装置(300)用以加热该基板(100)的该第二板面(106)，使该基板(100)升温并与该化学药液(210)产生该化学反应。
2.如权利要求1所述的制程设备，其特征在于，包含多个加压滚轮(260)，设置于该收卷单元(250)及该放卷单元(270)之间，以滚压该基板(100)。
3.如权利要求1所述的制程设备，其特征在于，包含两压合块(320)，分别设置于该反应槽(200)的该开口(202)两侧并邻近该基板(100)侧缘，该反应槽(200)两侧则包含与该压合块(320)相应设置的一沟槽(220)，该压合块(320)用以压制该基板(100)侧缘。
4.如权利要求1所述的制程设备，其特征在于，其中该加热装置(300)包含多个加热单元(310)，各加热单元(310)沿该基板(100)传动方向间隔排列设置。
5.如权利要求1所述的制程设备，其特征在于，其中该加热装置(300)包含红外线热管或微波振荡器，以热辐射方式均匀加热该基板(100)的该第二板面(106)。
6.如权利要求1所述的制程设备，其特征在于，其中该基板(100)包含可挠性金属基材、玻璃基材或塑料基材。
7.如权利要求1所述的制程设备，其特征在于，其中该化学反应为蚀刻制程、显影制程、脱膜制程或镀膜制程。
8.如权利要求7所述的制程设备，其特征在于，其中该镀膜制程为化学水浴制程。
9.一种卷对卷制程系统，适用于在一基板(100)上进行一化学反应，该基板(100)具有相对的一第一板面(104)及一第二板面(106)，其特征在于，该卷对卷制程系统包括:
一反应槽(200)，设有一开口(202)，该反应槽(200)用以容置一化学药液(210)，该开口(202)提供该基板(100)的该第一板面(104)与该反应槽(200)内的该化学药液(210)接触；
一收卷单元(250)及一放卷单元(270)，分别对应设置于该反应槽(200)的相对两侧，该收卷单元(250)用以卷入该基板(100)，该放卷单元(270)用以卷出该基板(100)；
一加热装置(300)，设置于该收卷单元(250)与该放卷单元(270)之间且对应该反应槽(200)的该开口(202)，该加热装置(300)用以加热该基板(100)的该第二板面(106)，使该基板(100)升温并与该化学药液(210)产生该化学反应；
一清洗装置(500)，设置在该收卷单元(250)及该放卷单元(270)之间，喷洒液体以清洗该基板(100)；以及
一烘干装置(700)，邻接于该清洗装置(500)，用以烘干该基板(100)。
10.如权利要求9所述的制程系统，其特征在于，包含两压合块(320)，分别设置于该反应槽(200)两侧并邻近该基板(100)侧缘，使该压合块(320)施压至该基板(100)侧缘，该反应槽(200)两侧则包含与该压合块(320)相应设置的一沟槽(220)。
11.如权利要求9所述的制程系统，其特征在于，其中该加热装置(300)包含多个加热单元(310)，各加热单元(310)沿该基板(100)传动方向间隔排列设置。
12.如权利要求9所述的制程系统，其特征在于，其中该化学反应为蚀刻制程、显影制程、脱膜制程或镀膜制程。
13.如权利要求9所述的制程系统，其特征在于，其中该清洗装置(500)为一水刀(510)。
14.如权利要求9所述的制程系统，其特征在于，其中该烘干装置(700)为一风刀(710)或一红外线加热槽。
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