TW200911382A - Atomizer for atomizing a doping solution and a method for treating a substrate - Google Patents

Description

200911382 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於將處理基材用的摻雜用溶液加 以霧化之霧化器，其中該霧化器包含霧化元件。 【先前技術】 此霧化器爲已知並用於霧化摻雜用溶液（例如含磷或 硼之溶液，例如磷酸溶液），以將含磷或硼之溶液施加於 基材上。此溶液係關於水溶液。用於將摻雜用溶液施加在 基材上之已知的霧化器爲壓電式-霧化器（Piez〇-atomizer )且與提供基材的處理室呈流體相通連的狀態。摻雜用溶 液霧化後，從霧化器流入處理室中。該霧化的摻雜用溶液 沉澱在基材上，而在基材上形成一液體膜。 該已知的壓電式-霧化器係適合用於處理具有最大濃 度約3 0 %之磷酸溶液。較高濃度的磷酸溶液，因溶液的黏 度高而使得霧化器無法將此溶液霧化成液滴相當小的霧化 溶液，而此相當小的液滴係獲得品質良好的磷酸層所必須 。結果，將具有相當低黏度、十分稀的磷酸溶液供應至霧 化器中。如此一來，需要相當大量的磷酸溶液’其對霧化 處理之有效性爲不利的。 【發明內容】 因此，本發明之目的係提供不具有上述缺點之霧化器 。更特而言之’本發明係涵蓋能以有效方式霧化摻雜用溶 -4- 200911382 液之霧化器，以將品質良好的摻雜用液體層施於基材上。 爲此，本發明係提供一種用於將處理基材用的摻雜用 溶液加以霧化之霧化器，其中該霧化器包含一霧化元件， 此霧化元件帶有液體隔室供接收所欲霧化之摻雜用溶液， 其中該霧化元件爲一種基於空氣流而運作之霧化元件。 【實施方式】 由於霧化作用係在基於空氣流而運作的霧化元件之幫 助下發生，因此在高黏度下可以實現小的液滴，而使得可 處理的摻雜用溶液之最大濃度更高。例如，藉由本發明之 霧化器，可霧化具有至高達約85%濃度之摻雜用溶液（特 別是磷酸溶液）。以霧化器霧化的液體之液滴大小相當小 ，例如5 μ m之數量級或甚至更小。此液滴大小比2 0 μ m 之習知的液滴大小還更小，該習知之液滴大小係經由用於 磷酸霧化之已知的壓電式-霧化器霧化所得來的。由於本 發明使用具有約8 5 %濃度之摻雜用溶液（特別是磷酸溶液 )取代習知約30%濃度的可能性，所以對於所欲施加之相 同量的摻雜用液體，需要較少量的摻雜用溶液。經由上述 所提之優點，施加材料的有效方式可由此霧化器來達成。 已知霧化器的另一缺點爲其可能包含金屬部件。此等 金屬部件可由金屬原子污染基材，此污染對於以此基材所 生產的產品之最終品質爲不利的。因此，根據本發明之另 一實施態樣，當至少該霧化元件爲塑膠品時，特別有利。 又，已知的壓電式-霧化器具有複雜的結構且因此相 -5- 200911382 當昂貴。根據本發明另一實施態樣，此霧化元件爲一既有 的霧化元件，例如揭示於EP 0,627,266中之霧化元件，該 霧化元件爲一經由吸入方式而投予液體醫藥之霧化元件。 本發明之帶有霧化元件的霧化器比已知的霧化器更廉價。 相較於已知霧化器，本發明霧化器之成本價格可忽略，同 時，本發明霧化器之操作，如先前所述較已知霧化器完善 。EP 0,627,266之霧化元件爲基於文圖里效應（Venturi effect )之霧化器。不言而喻的，任何其他利用類似霧化 方式之既有的霧化元件，亦可用於本發明霧化器中。 施加含磷或硼之塗層可能爲製造太陽能電池所需的。 根據本發明之另一實施態樣，則此基材爲矽基材。藉由施 加含磷或硼之塗層，於矽基材內產生一 p-n接合，而該接 合爲於基材中得到電場所必需的。 在本發明另一實施態樣中，此霧化元件設有一空氣供 應器用於將空氣供應至摻雜用溶液中，其中該霧化元件係 加以安排以藉由流經摻雜用溶液的空氣流將摻雜用溶液霧 化。藉由所供應空氣流而霧化的摻雜用溶液，以該相同空 氣流的幫助輸送至基材。視需要，可使用由文圖里效應所 產生的額外的空氣流來輸送已霧化的摻雜用溶液。不需要 其他移動霧化摻雜用溶液之輸送方法，此對霧化器的簡單 結構爲有利的。 在本發明另一實施態樣中，該霧化器包含一液體容器 ，該容器係與霧化元件之液體隔室呈流體相通連狀態，其 中該霧化器係加以安排以恆定或連續地供應摻雜用溶液至 -6 - 200911382 此液體隔室。就使用霧化器處理基材的方法較佳爲連，續或 半連續方法之觀點而言，此方式特別有利。就此，胃@ 用溶液之液位太低時，就補充液體隔室之目的係希望此g 程不被打斷。藉由適時的補充液體容器，在霧化元;彳牛的'液 體隔室中就恆定地存有一定量的摻雜用溶液。 根據本發明另一實施態樣，該液體隔室至少部分設在 霧化器的液體容器中，同時此液體隔室包含一個位於液體 容器之液位以下的進料口，可達成液體隔室之自動補充。 摻雜用溶液係從液體容器經由液體隔室的進料口流入霧化 元件。在另一實施例中，霧化元件也可設在液體容器之外 部，並使液體容器及供應摻雜用溶液至霧化元件的液體隔 室之間相通連。恆定或連續的供應不應被理解爲完全是指 一致等同的供應。供應可隨時間而變。重要的是，液體隔 室中時時都存有液體並可用來霧化。 就連續供應摻雜用溶液至霧化元件中的液體隔室而言 ，根據本發明另一實施態樣，當液體容器的液位爲可調整 以使得液體隔室的進料口時時都保持在液位下時，特別有 利。藉由將液體容器的液位時時都保持在進料口之上，則 在液體隔室中將一直存有摻雜用溶液並供應摻雜用溶液。 液體容器的液位可例如藉由容器中的感應器來調整，該感 應器係加以設計，在液位太低的情況下，用以傳達控制器 要將摻雜用溶液供應至容器。此感應器亦可確保液體容器 內之液位不會過高，而使得霧化元件無法再運作。 在本發明另一實施例中，該霧化器可設有調整元件供 -7- 200911382 調整霧化元件之液體隔室中的液位。當液體隔室之液位有 降至所欲液位以下的威脅時，此霧化器中的調整元件確保 摻雜用溶液可供應至液體隔室。此功能可經由（例如）具 有第一端與液體隔室相連及第二端與摻雜用溶液供應器相 連之供應導管來進行。在此實施例中，霧化器中並不需要 另外的液體容器。 在本發明另一實施態樣中，用於讓霧化的摻雜用溶液 流出之霧化器出料口係以可分開的方式可連結至處理室之 進料口，其中於該處理室中可接收基材。藉由此霧化器之 構造，可將霧化器與處理室分開。若爲（暫時性）修改的 過程，該處理室可用於不同目的，此對於處理基材用之整 體裝置的靈活性及成本爲有利的。 本發明進一步係關於處理基材之方法，其中該方法包 括下列步驟： -提供一基材； -霧化摻雜用溶液； -將霧化的摻雜用溶液供應到基材上以處理此基材； 其特徵爲該摻雜用溶液係藉由將空氣流通過摻雜用溶 液而霧化。 以此法，可得到有關本發明霧化器該等上述之對應利 益。 在本發明另一實施態樣中，該方法包括下列步驟中的 至少一個步驟： -蝕刻該基材； 200911382 -使摻雜用原子從施加的摻雜用液體層擴散至基材內 ， -沈積塗膜於基材上； -將至少一層金屬層施於基材上； -雷射去除基材。 根據此方法之另一實施態樣，該基材可爲矽基材且該 方法係用於製造光伏電池。可用例如磷溶液或含硼之溶液 作爲摻雜用溶液。此等物質在矽中產生p-n接合。 本發明其他實施態樣係描述於申請專利範圍附屬項中 ’將參照附圖進一步於下文中說明，其中 圖1係顯示本發明一實施例之處理室及霧化器的斷面 槪圖； 圖2係顯示本發明一實施例之霧化器的斷面； 圖3係顯示本發明一實施例之基材處理程序之流程圖 〇 不同的圖中’相同的參照號碼係指相同的部件。 圖1中係表示本發明一實施例之霧化器1及處理室2 之斷面圖。該霧化器1係加以安排用於霧化摻雜用液體F ’以提供基材3 —摻雜用液體膜，例如含磷或硼之液體層 。基材3係於處理室2中所提供。

該霧化器1設有一霧化元件4。該霧化元件4爲基於 空氣流而運作之霧化元件且係部份置於液體容器5中。該 霧化兀件4爲塑膠品且較佳地係包括最小數量的射出成型 部件。該霧化元件4可爲一般市售的元件，例如EP -9- 200911382 0,62 7,266中所描述之霧化元件。該霧化元件4係根據文 圖里效應（Venturi effect)來運作。不言而喻的，其他實 質上基於相同運作原理之類似霧化元件亦可使用。 該霧化元件4係經由與霧化器1的出料口 7相連接之 連接元件6而與處理室2呈流體相通連狀態。出料口 7係 以可分開的方式經由連接元件6而與處理室2之處理室開 口 8相連接。霧化的摻雜用溶液在空氣流A的幫助下，經 由出料口 7通過連接元件6並經由處理室開口 8而被導入 處理室2中。基材3於處理室2中所處位置使得霧化的摻 雜用溶液可到達基材3之底側3 a及頂側3 b。如此一來， 可將例如磷酸膜施加於基材3之3a、3b側之至少一側上 。該基材3可爲製造例如太陽能電池所需之矽基材。 霧化器1之液體容器5係加以安排用於接受一定量之 摻雜用溶液F。較佳地，該摻雜用溶液爲溶液F，特別是 磷酸溶液F，具有至少30%至最大85%高濃度之摻雜用溶 液，而該霧化的摻雜用溶液之液滴大小相當小，例如5 μιη 或更小。 霧化元件4包含液體隔室9，該液體隔室9係部份設 於液體容器5中。該液體容器5及液體隔室9係經由進料 口 1 0呈液體相通連的狀態，而該進料口 1 〇係位於摻雜用 溶液F之液位1 1以下。 由於液位1 1爲可調整的，所以液位1 1可保持在使進 料口 1 0 —直都在液位1 1以下之位置。此對於液體隔室9 中連續存有摻雜用溶液F爲重要的。液位11可例如藉由 -10- 200911382 液體容器5中感應器（未顯示）之幫助來調整，該感應器 可加以安排用於偵測最低所欲液位的接近並，基於此，加 以控制讓額外的摻雜用溶液進入液體容器5中。以相同的 方式，此感應器可指出已達到最高液位，而使得液體隔室 9不會過滿，過滿可能會阻礙霧化元件4之運作。霧化元 件4另外設有空氣供應器1 2用於供應空氣至霧化元件4 中的摻雜用溶液。霧化元件4係加以安排以藉由流經摻雜 用溶液之空氣流S將摻雜用溶液霧化。霧化元件4及其運 作將參照圖2進一步描述。 圖2係顯示本發明一實施例之霧化器1的斷面。圖2 中明顯地可看到液體容器5與霧化元件4之液體隔室9呈 流體相通連的狀態。 霧化器之運作係以流經霧化元件4之空氣流S爲基礎 。經由空氣供應器1 2，將空氣供應至霧化元件4中。空氣 係藉由空氣供應器12中之壓縮室13來擠壓，由此使得霧 化元件4中空氣流S之速度增加。空氣係藉由空氣開口 1 5離開壓縮室1 3，然後衝撞阻隔體1 6，由此使得空氣流 改變方向。結果，空氣沿著儲液室1 4流動，液體藉由流 動的空氣在儲液室上方所產生的降壓而被從液體隔室9抽 入儲液室1 4 (以箭頭V的方向）。同時，部份的摻雜用 溶液從儲液室1 4被引入空氣流S中。霧化的摻雜用溶液 經由分離元件1 7 (以箭頭B及C的方向）離開霧化元件4 ，以方向A進入處理室（參見圖1)。爲了將霧化的摻雜 用溶液輸送至處理室2中，係使用供應的第一空氣流S。 -11 - 200911382 此外，可產生第二空氣流P供應至第一空氣流S。空氣流 P係藉由文圖里效應之幫助所產生。因爲第一空氣流S， 在霧化元件4中降壓產生，所以將空氣從外面經由入口 1 8 引入。此額外的空氣流P使霧化的摻雜用溶液更易於供應 至基材。 分離元件1 7係加以安排以捕捉霧化的摻雜用溶液中 相對大而非所要的液滴。被捕捉的液滴沿著分離元件17 往下流且最後落回液體隔室9中。如此一來，避免大的液 滴落在處理室中及不利地影響基材3上摻雜用液體層之品 質。 對於霧化元件進一步之詳細說明，請參照 EP 0,62 7,2 6 6之說明，該文之全文係以引用的方式倂入本文 中〇 圖3係表不基材3處理方法之流程圖，其中處理步驟 之一爲利用霧化器1將材料施於基材3上。所表示的處理 方法係顯示由矽基材3製造太陽能電池之處理步驟。 此時，將依續描述不同的處理步驟。 提供基材，例如經由閘閥（load lock)，至第一處理 室。在處理室中，首先將基材於處理步驟S100蝕刻，例 如去除因將基材鋸至一定大小時所造成的基材3之損傷， 以及基材3之3a、3b表面的雜質。同時，可在基材表面 提供表面紋理。之後，將基材3例如於下個處理室中進行: 下個處理步驟S110，處理步驟S110係表示將含磷或硼之 層施加於基材3上。藉由本發明之霧化器1的幫助完成施 -12 - 200911382 加摻雜用液體層，藉以使該霧化的摻雜用溶液藉由空氣流 的幫助供應至基材3。在下個處理步驟S120中，將基材3 置於擴散爐中使摻雜用原子從施加的摻雜用液體層擴散至 矽中。在處理步驟S 1 3 0中，藉由蝕刻從基材3移除玻璃 層。該玻璃層係在處理步驟S 1 20中於擴散期間所形成。 然後將矽基材3移至下個處理室，在此處理室中，係於基 材表面上沉積出SiNx抗反射塗層（處理步驟140)，例 如藉由PECVD。在下個處理步驟S150中，藉由網版印刷 將金屬膜施於基材表面3a、3b上。然後於處理步驟S1 60 中，將此金屬層燒入基材中。最後，於處理步驟S170中 ，對基材進行雷射剝離以將基材3邊緣的射極和集極電絕 緣。 應了解，本發明不限於所述例示性的實施例’而可能 在申請專利範圍所定義的本發明範圍內作各種修飾或變更 。因此，任何一般市售的霧化元件皆可用於本發明之霧化 器中，只要該霧化元件爲基於空氣之元件。再者’液體容 器及液體隔室可設在不同的相對位置’且二者間的連接亦 可以不同的方式實現。又’霧化元件之液體隔室中爲連續 存有摻雜用溶液所做的安排可用不同的方式來實現。此處 所要考量的，舉例而言’是對液體隔室供應摻雜用溶液中 提供的感應器。在此種結構中’本發明之液體容器並非都 是必要的。 【圖式簡單說明】 -13- 200911382 圖1係顯示本發明一實施例之處理室及霧化器的斷面 槪圖； 圖2係顯示本發明一實施例之霧化器的斷面； 圖3係顯示本發明一實施例之基材處理程序之流程圖 【主要元件符號說明】 1 :霧化器 2 :處理室 3 :基材 4 :霧化元件 5 :液體容器 6 :連接元件 7 :出料口 8 :處理室開口 9 :液體隔室 1 0 :進料口 1 1 :液位 1 2 :空氣供應器 1 3 :壓縮室 1 4 :儲液室 1 5 :空氣開口 1 6 :阻隔體 1 7 :分離元件 -14- 200911382 1 8 :入口 F :摻雜用液體 3 a :底側 3b :頂側 S :空氣流 P :第二空氣流 A :空氣流方向 -15

Claims (1)

1. 200911382 十、申請專利範圍 1. 一種用於將處理基材用的摻雜用溶液加以霧化之霧 化器，其中該霧化器包含一霧化元件，此霧化元件帶有液 體隔室供接收所欲霧化之摻雜用溶液，其中該霧化元件爲 基於空氣流而運作之霧化元件。 2 .如申請專利範圍第1項之霧化器，其中至少該霧化 元件爲塑膠品。 3 .如申請專利範圍第1項之霧化器，其中該霧化元件 爲既有的霧化元件，例如EP 0,627,266中所揭示之霧化元 件。 4 .如申請專利範圍第1項之霧化器，其中該霧化元件 設有一空氣供應器以供應空氣至該摻雜用溶液中，其中該 霧化元件係加以安排以藉由流經摻雜用溶液的空氣流將摻 雜用溶液霧化。 5 .如申請專利範圍第1項之霧化器，其中該霧化器包 含一液體容器，該容器係與霧化器之霧化元件的液體隔室 呈流體相通連的狀態，其中該霧化器係加以安排以恆定或 連續地供應摻雜用溶液至此液體隔室。 6 .如申請專利範圍第5項之霧化器，其中該液體隔室 係至少部分設置於霧化器之液體容器中，其中該液體隔室 包含一進料口係位於液體容器之液位下。 7.如申請專利範圍第5或6項之霧化器，其中該液體 容器之液位爲可調整的以使液體隔室之進料口隨時都保持 在液位下。 -16- 200911382 8 如申請專利範圍第1 -4項中任一項之霧化器，其中 該霧化器設有一調節元件供調節霧化元件中液體隔室裡之 液位。 9. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之霧化器，其 中用於讓霧化的摻雜用溶液流出之霧化器出料口係以可分 開的方式可連結至處理室的進料口，其中於該處理室可接 收基材。 10. —種處理基材之方法，其中該方法包括下列步驟 -提供一基材； -霧化摻雜用溶液； -將霧化的摻雜用溶液供應到基材上以處理此基材， 其特徵爲該摻雜用溶液係藉由將空氣流通過摻雜用溶 液而霧化。 1 1 ·如申請專利範圍第1 0項之方法，其中該方法包括 至少下列步驟之一： -蝕刻該基材； -使摻雜用原子從施加的摻雜用液體層擴散至基材內 » -沈積塗膜於基材上； -將至少一層金屬層施於基材上； -雷射去除基材。 1 2 .如申請專利範圍第1 0項之方法，其中所要提供之 基材爲砍基材。 -17- 200911382 1 3 .如申請專利範圍第 係以該方法製造光伏電池 1 4 .如申請專利範圍第 該摻雜用溶液爲磷溶液。 1 5 .如申請專利範圍_ 該摻雜用溶液爲含硼之溶: 1 0 -1 2項中任一項之方法，其中 1 0 -1 2項中任一項之方法，其中 10-12項中任一項之方法，其中 -18 -