CN201853733U - 无卡匣的太阳能电池反应槽及化学水浴沉积系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示一种无卡匣的太阳能电池反应槽及一种无卡匣的太阳能电池化学水浴沉积系统，该反应槽包含多个本体，每一该本体包含一对第一槽壁、一对第二槽壁、一底面。该对第一槽壁相互对应，该对第二槽壁相互对应且该第二槽壁与该对第一槽壁连接，该第二槽壁宽度小于该第一槽壁宽度，该底面分别连接该第一槽壁及该第二槽壁而形成一凹槽。本实用新型可节省卡匣的成本及保养清洗时间及费用。此外亦可节省清洗卡匣的设备空间。

Description

无卡匣的太阳能电池反应槽及化学水浴沉积系统

技术领域

本实用新型涉及一种化学水浴沉积系统，尤其涉及一种无卡匣(cassette)的薄膜太阳能电池化学水浴沉积系统。

背景技术

关于薄膜太阳能的发展历史，最早在19世纪的时候科学家发现光照射到材料上所引起的“光电效应”。太阳能传送到地球大气层后，一部分被大气层吸收，一部分反射回太空中，另外一部分则会被地表接收，平均每平方米约有1000瓦特。

薄膜太阳能电池的种类繁多，若依材料的种类来区分有化合物半导体和硅晶系两大类。近年来，以化合物半导体材料的分层堆叠设计可具有远高于薄膜硅晶太阳能电池的转换效率。化合物半导体材料可区分为铜铟硒/铜铟镓硒(CIS/CIGS)、III-V族化合物(如：砷化镓)及碲化镉等。其中又以I-III-V族化合物材料铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池具有高效率、大面积及不衰退等特性，目前薄膜太阳能电池光电转换效率高，约13％～20％，且极具量产可行性。利用异质接面的I-III-V族铜铟镓硒的薄膜太阳能电池制作在玻璃基板上可以大幅缩减成本上的考量。

薄膜太阳能电池中，I-III-VI族太阳能电池的高光电效率和低材料成本，使它们被认为是最有潜力的薄膜太阳能电池。其中又以铜铟镓硒(Cuprum/Indium/Gallium/Seleium，CIGS)的效率表现最好，目前小面积元件效率已可达19％，大面积效率已达13％。

而在I-III-VI族薄膜太阳能元件结构中缓冲层(buffer layer)的制作，普遍使用化学沉浸沉积法(Chemical Bath Deposition，CBD)。利用化学沉浸沉积方法通常需要将一片片已完成光吸收层(如CIGS)的薄膜太阳能电池半成品基板安置于卡匣(cassette)中，再一起置入反应槽进行反应。故所需的反应槽体积大，反应溶液消耗量大。此外，由于需要利用强酸将反应槽及卡匣进行清洗，因此通常利用与强酸并不反应的贵重金属材质(如钛)，因此将使成本提高，再者，由于卡匣必须要等全部的太阳能电池半成品基板安置完成后，才浸润入反应槽中进行反应，因此造成工艺上并不具有弹性，也造成等待时间的浪费。而卡匣本身的重量再加上数十片太阳能电池半成品基板的重量，使得搬运的机械装置也需要相对庞大的体积与马力，是故传统的化学沉浸沉积系统所需的成本相当高。

如图1A所示公知反应系统的剖面图。在图1A中，反应系统10包含反应槽20及卡匣30，卡匣30在进行化学沉浸沉积反应时，容置于反应槽20内。由于反应槽20需要容置卡匣30，因此反应槽20的体积将比卡匣30的体积要大。卡匣30为了支撑数十片太阳能电池半成品基板的重量以及避免强酸腐蚀卡匣30。因此卡匣30通常由与强酸不产生反应的贵重金属材质(如钛)制成，此外对于清洗及搬运卡匣30的机台成本也相对提高，由于清洗卡匣30将增加成本且清洗后所产生的废液处理成本也会增加。卡匣30为了将每片太阳能电池半成品基板隔开，卡匣30还包含卡匣架31，卡匣架31可供用来隔开每片太阳能电池半成品基板以利进行反应。如图1B的反应系统10的俯视图所示，卡匣架31并无连接至卡匣30的对侧，因此太阳能电池半成品基板设置于卡匣30的过程必须小心以避免基板不对称的置于卡匣架31中。

发明内容

本实用新型的一目的是提供一种无卡匣(cassette)的太阳能电池反应槽，此太阳能电池反应槽包含多个本体，每一该本体包含一对第一槽壁、一对第二槽壁以及一底面。该对第一槽壁相互对应，相同地该对第二槽壁相互对应且该第二槽壁与该对第一槽壁连接，而该第二槽壁宽度小于该第一槽壁宽度。底面分别连接该第一槽壁及该第二槽壁而形成一凹槽，此凹槽可供太阳能电池半成品基板进行化学沉浸沉积反应。

本实用新型的太阳能电池反应槽，优选的，该底面包含一斜面及一液体输送孔，该斜面底部连通于该液体输送孔。

本实用新型的太阳能电池反应槽，优选的，该底面形成漏斗状。

本实用新型的太阳能电池反应槽，优选的，该太阳能电池反应槽进一步包含一液体循环通道，该液体循环通道连通该液体输送孔。

本实用新型的太阳能电池反应槽，优选的，该太阳能电池反应槽还进一步包含用以控制该液体循环通道中的液体含量的一液体排出阀。

本实用新型的太阳能电池反应槽，优选的，该太阳能电池反应槽进一步包含用以感测该凹槽容置液体的pH值的一pH值传感器。

本实用新型的太阳能电池反应槽，优选的，该太阳能电池反应槽进一步包含用以加热该凹槽容置液体的一加热器。

本实用新型的太阳能电池反应槽，优选的，该太阳能电池反应槽进一步包含用以量测该凹槽容置液体的流量的一流量计。

本实用新型的另一目的是提供一种无卡匣(cassette)的太阳能电池的化学水浴沉积系统，此化学水浴沉积系统包含一太阳能电池反应槽及一清除装置。太阳能电池反应槽用以化学沉积反应物质于太阳能电池半成品基板的第一面及第二面，此太阳能电池反应槽包含多个本体，每一该本体包含一对第一槽壁、一对第二槽壁以及一底面。该对第一槽壁相互对应，该对第二槽壁也相互对应且该第二槽壁与该对第一槽壁连接，而该第二槽壁宽度小于该第一槽壁宽度。底面分别连接该第一槽壁及该第二槽壁而形成一凹槽，此凹槽可供太阳能电池半成品基板进行化学沉浸沉积反应。而此化学水浴沉积系统的清除装置用以除去第二面的反应物质，以避免第二面的反应物质污染化学水浴沉积系统中的其他元件。

本实用新型的化学水浴沉积系统，优选的，该底面包含一斜面及一液体输送孔，该斜面底部连通于该液体输送孔。

本实用新型的化学水浴沉积系统，优选的，该底面形成漏斗状。

本实用新型的化学水浴沉积系统，优选的，该化学水浴沉积系统进一步包含一液体循环通道，该液体循环通道连通该液体输送孔。

本实用新型的化学水浴沉积系统，优选的，该化学水浴沉积系统还进一步包含用以控制该液体循环通道中的液体含量的一液体排出阀。

本实用新型的化学水浴沉积系统，优选的，该化学水浴沉积系统进一步包含用以感测该凹槽容置液体的pH值的一pH值传感器。

本实用新型的化学水浴沉积系统，优选的，该化学水浴沉积系统进一步包含用以加热该凹槽容置液体的一加热器。

本实用新型的化学水浴沉积系统，优选的，该化学水浴沉积系统进一步包含用以量测该凹槽容置液体的流量的一流量计。

本实用新型的化学水浴沉积系统，优选的，该清除装置包含一毛刷装置。

本实用新型的有益效果在于，由于本实用新型不需使用卡匣，因此可节省卡匣的成本及保养清洗时间及费用。此外亦可节省清洗卡匣的设备空间。再者，由于本实用新型的太阳能电池反应槽不需要卡匣且反应槽体的体积相对较小，可以节省工作液体使用量并减少废液的排放。

附图说明

图1A显示为公知反应系统的剖面图；

图1B显示为公知反应系统的俯视图；

图2显示太阳能电池结构的剖面图；

图3显示本实用新型的无卡匣的太阳能电池反应槽的示意图；

图4显示本实用新型的无卡匣的太阳能电池反应槽的示意图；

图5A显示本实用新型化学水浴沉积系统的清除装置的一实施例示意图；

图5B显示本实用新型化学水浴沉积系统的清除装置的另一实施例示意图；以及

图5C显示本实用新型化学水浴沉积系统的清除装置的又一实施例示意图。

其中，附图标记说明如下：

100太阳能电池结构

110基板

120金属层

130光吸收层

140缓冲层

150电极层

200太阳能电池反应槽

210本体

211第一槽壁

212第二槽壁

213底面

2131斜面

2132液体输送孔

220凹槽

300液体循环通道

400pH值传感器

500加热器

600流量计

700太阳能电池半成品基板

701第一面

800清除装置

810毛刷

具体实施方式

图2揭示一太阳能电池结构100，其为层叠结构且包含一基板110、一金属层120、一光吸收层130(如CIGS层)、一缓冲层140以及一透明电极层150。基板110一般为玻璃基板，金属层120可以钼(Mo)金属层组成，以配合光吸收层的化学性质及可承受沉积光吸收层130时的相对高温。光吸收层130属p型半导体层。缓冲层140可为硫化镉(CdS)、硫化锌(ZnS)及硫化铟(In2S3)等，其为n型半导体层，且与光吸收层130形成p-n接合面。透明导电层150可为掺铝氧化锌(AZO)或其他透明导电材料。导电层150亦有称为视窗层(window layer)，其可让上方的光线通过而至其下的光吸收层130。本实用新型的无卡匣(cassette)的太阳能电池反应槽可供光吸收层130、缓冲层140或透明导电层150化学沉积反应之用，但较佳是用于缓冲层140的化学沉浸沉积反应。如图3及图4的无卡匣的太阳能电池反应槽200所示，太阳能电池反应槽200包含多个本体210，每一本体210包含一对第一槽壁211、一对第二槽壁212以及一底面213。该对第一槽壁211相互对应。此处所言的对应关系是指第一槽壁211相互朝向对方的方向，因此该对第一槽壁211之间包含但不限于平行或夹一特定角度。第二槽壁212也相互对应，此处所言的对应关系是指第二槽壁212相互朝向对方的方向，因此该对第二槽壁212之间包含但不限于平行或夹一特定角度。在此实施例中，第二槽壁212宽度小于第一槽壁211的宽度；然而在其他实施例(图中未示出)中，第二槽壁212宽度亦可大于或等于第一槽壁211的宽度。

如图3及图4的实施例所示，底面213分别连接第一槽壁211及第二槽壁212而形成一凹槽220。在此实施例中，底面213包含斜面2131及液体输送孔2132，斜面2131底部连通于液体输送孔2312，液体输送孔2312可提供排出液体或输入液体的功能。在此实施例中，底面213包含但不限于形成漏斗状，亦可以其他形状如平面状、阶梯状、棋盘状等形状实施；然而在其他实施例(图中未示出)中，底面213亦可只包含单侧斜面2131，而使液体可以顺着斜面2131将液体充分排出凹槽220。如图3所示，太阳能电池反应槽200进一步包含液体循环通道300，液体循环通道300连通至液体输送孔2132，以便将工作液体通过液体循环通道300充分循环于太阳能电池反应槽200所形成的凹槽220内。如图3所示，太阳能电池反应槽200进一步包含液体排出阀，可控制工作液体于浓度不足时或其他特定条件下将工作液体排出太阳能电池反应槽200。如图3所示的实施例中，太阳能电池反应槽200进一步包含pH值传感器400、加热器500以及流量计600。pH值传感器400用以感测凹槽220容置液体的pH值。而加热器500用以加热凹槽220容置液体的温度，当反应速率下降时，可通过加热器500提高温度而增加反应速率。太阳能电池反应槽200的设计着重于温度稳定控制及温度均匀性，此设计可稳定控制温度，并借此达到良好成膜均匀性。此外，在反应过程中，可监控PH值使其在工艺过程中稳定，使量产时膜厚变异降低。通过控制流速及循环方式，可控制成膜速度、品质及膜厚均匀性。由于本实用新型不需使用卡匣，因此可节省卡匣的成本及保养清洗时间及费用。此外亦可节省清洗卡匣的设备空间。再者，由于本实用新型的太阳能电池反应槽不需要卡匣且反应槽体的体积相对较小，可以节省工作液体使用量并减少废液的排放。

如图3的实施例所示，太阳能电池半成品基板700于太阳能电池反应槽200内进行化学沉积。具体而言，太阳能电池反应槽200用以化学沉浸沉积反应物质(如硫化镉、硫化锌及硫化铟)于太阳能电池半成品基板700的第一面701及第二面(第一面701的背面，图中未示出)。由于太阳能电池反应槽200已于上述实施例描述，于无卡匣的太阳能电池的工艺系统中的太阳能电池反应槽与上述实施例的太阳能电池反应槽200是相同的，因此不再赘述。此工艺系统包含如图5A、图5B及图5C所示的清除装置800。具体而言，清除装置800包含毛刷810。如图5A所示，清除装置800为单一毛刷810。如图5B所示，清除装置800为不连续毛刷810。如图5C所示，清除装置800为不连续分岔毛刷810。上述清除装置800可用以除去第二面(第一面701的背面，图中未示出)的反应物质，而达成去除无效边及第二面上不需要的反应物质(如缓冲层物质：硫化镉)。

本实用新型的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域技术人员仍可能基于本实用新型的教示及揭示而作种种不背离本实用新型精神的替换及修饰。因此，本实用新型的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不背离本实用新型的替换及修饰，并为权利要求所涵盖。

Claims (17)

1.一种无卡匣的太阳能电池反应槽，包含：

多个本体，每一该本体包含：

一对第一槽壁，该对第一槽壁相互对应；

一对第二槽壁，该对第二槽壁相互对应且该第二槽壁与该对第一槽壁连接，该第二槽壁宽度小于该第一槽壁宽度；以及

一底面，该底面分别连接该第一槽壁及该第二槽壁而形成一凹槽。

2.如权利要求1所述的太阳能电池反应槽，其特征在于，该底面包含一斜面及一液体输送孔，该斜面底部连通于该液体输送孔。

3.如权利要求1所述的太阳能电池反应槽，其特征在于，该底面形成漏斗状。

4.如权利要求2所述的太阳能电池反应槽，其特征在于，该太阳能电池反应槽进一步包含一液体循环通道，该液体循环通道连通该液体输送孔。

5.如权利要求4所述的太阳能电池反应槽，其特征在于，该太阳能电池反应槽还进一步包含用以控制该液体循环通道中的液体含量的一液体排出阀。

6.如权利要求1所述的太阳能电池反应槽，其特征在于，该太阳能电池反应槽进一步包含用以感测该凹槽容置液体的pH值的一pH值传感器。

7.如权利要求1所述的太阳能电池反应槽，其特征在于，该太阳能电池反应槽进一步包含用以加热该凹槽容置液体的一加热器。

8.如权利要求1所述的太阳能电池反应槽，其特征在于，该太阳能电池反应槽进一步包含用以量测该凹槽容置液体的流量的一流量计。

9.一种无卡匣的太阳能电池的化学水浴沉积系统，该化学水浴沉积系统包含：

一太阳能电池反应槽，用以化学沉积一反应物质于一太阳能电池半成品基板的一第一面及一第二面，该太阳能电池反应槽包含：

多个本体，每一该本体包含：

一对第一槽壁，该对第一槽壁相互对应；

一对第二槽壁，该对第二槽壁相互对应且该第二槽壁与该对第一槽壁连接，该第二槽壁宽度小于该第一槽壁宽度；以及

一底面，该底面分别连接该第一槽壁及该第二槽壁而形成一凹槽；以及

一清除装置，用以除去该第二面的该反应物质。

10.如权利要求9所述的化学水浴沉积系统，其特征在于，该底面包含一斜面及一液体输送孔，该斜面底部连通于该液体输送孔。

11.如权利要求9所述的化学水浴沉积系统，其特征在于，该底面形成漏斗状。

12.如权利要求10所述的化学水浴沉积系统，其特征在于，该化学水浴沉积系统进一步包含一液体循环通道，该液体循环通道连通该液体输送孔。

13.如权利要求12所述的化学水浴沉积系统，其特征在于，该化学水浴沉积系统还进一步包含用以控制该液体循环通道中的液体含量的一液体排出阀。

14.如权利要求9所述的化学水浴沉积系统，其特征在于，该化学水浴沉积系统进一步包含用以感测该凹槽容置液体的pH值的一pH值传感器。

15.如权利要求9所述的化学水浴沉积系统，其特征在于，该化学水浴沉积系统进一步包含用以加热该凹槽容置液体的一加热器。

16.如权利要求9所述的化学水浴沉积系统，其特征在于，该化学水浴沉积系统进一步包含用以量测该凹槽容置液体的流量的一流量计。

17.如权利要求9所述的化学水浴沉积系统，其特征在于，该清除装置包含一毛刷装置。

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