TW201511317A - 製造太陽能電池的裝置與方法 - Google Patents

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Wen-Tsai Yen
Jyh-Lih Wu
Wei-Lun Xu
Chung-Hsien Wu
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Abstract

一種製造太陽能電池的方法大致上包括傳送一太陽能電池次結構至一腔室。利用結合至上述腔室之一造波裝置產生電磁輻射，使得上述造波裝置設置於鄰近上述太陽能電池次結構。施加上述電磁輻射於上述太陽能電池次結構之至少一部份，以促進至少一種金屬元素擴散到上述太陽能電池次結構之至少一部份，使得一半導體介面形成於上述太陽能電池次結構中至少兩種不同型態之半導體材料之間。

Description

製造太陽能電池的裝置與方法
本揭露係有關太陽能電池，且特別是有關於一種製造太陽能電池的裝置與方法。
光電電池或太陽能電池是一種藉由光直接產生電流的光電元件。由於對乾淨能源的需求不斷成長，近年來太陽能電池製造產業顯著擴增並不斷擴大。太陽能電池包括一基底；一後接觸層(back contact layler)於基底上；一吸收層(absorber layer)於後接觸層上；一緩衝層(buffer layer)於吸收層上；及一前接觸層(front contact layer)於緩衝層上。上述各層能透過沉積製程(例如利用濺鍍或共蒸鍍方法)形成於基底上。
半導體材料在一些已知的太陽能電池製造生產過程中，半導體材料作為上述吸收層之至少一部分。舉例來說，黃銅礦半導體材料，如銅銦鎵硫硒(copper indium gallium sulfur-selenide，CIGSS)(也稱為薄膜太陽能電池材料)在沉積製程後用來完成吸收層之形成。一些用於CIGSS或薄膜太陽能電池材料形成的技術，包括金屬前驅物的硒化製程與硒化製程後的硫化製程[整個製程又稱作硒化後硫化(sulfurization after selenization，SAS)]。
一種半導體介面[例如p/n接面(p/n junction)]形成 於太陽能電池次結構的兩種不同型態半導體材料之間。舉例來說，上述p/n接面形成於太陽能電池的兩層結構之間，使得上述p/n接面內埋於黃銅礦半導體材料。兩種方法用來強化及/或促進p/n接面在黃銅礦半導體材料中的形成。一種方法是在沉積製程中(例如在共蒸鍍製程的最後一個步驟)增加一步驟，以形成一表面層。而上述表面層將進行銅離子擴散製程，以形成下方之銅富有層以及於表面形成銅缺乏層。上述擴散製程使表面層得以擁有增加的陽離子空位，有利於後續陽離子擴散製程，以形成內埋的p/n接面。另一種方法包括在化學浴沉積(CBD)製程中，吸收層銅金屬成分的溶解與陽離子(例如鎘及/或鋅)的擴散。
在一些實施例中提供一種製造太陽能電池的方法，包括，傳送一太陽能電池次結構至一腔室；利用結合至上述腔室之一造波裝置產生電磁輻射，使得上述造波裝置設置於鄰近上述太陽能電池次結構；施加上述電磁輻射於上述太陽能電池次結構之至少一部份，以促進至少一種金屬元素擴散到上述太陽能電池次結構之至少一部份，使得一半導體介面形成於上述太陽能電池次結構中至少兩種不同型態之半導體材料之間。
在一些實施例提供一種製造太陽能電池的裝置，上述製造太陽能電池的裝置，包括，一腔室，配置成用以從至少另一腔室接收一太陽能電池次結構。一造波裝置，結合至上述腔室，使得當上述腔室接收到上述太陽能電池次結構時，上 述造波裝置設置於鄰近上述太陽能電池次結構。上述造波裝置配置成用以產生電磁輻射，及施加上述電磁輻射於上述太陽能電池次結構之至少一部份，以促進至少一種金屬元素擴散到上述太陽能電池次結構之至少一部份。
在一些實施例中提供一種製造太陽能電池的方法，包括傳送一太陽能電池次結構至一腔室，其中上述太陽能電池次結構包括一前驅層、一緩衝層及一前接觸層，其中上述緩衝層形成於至少一部分上述前驅層之上，上述正電層形成於至少一部分上述緩衝層之上。利用結合至上述腔室之一造波裝置產生電磁輻射，使得上述造波裝置設置於鄰近上述太陽能電池次結構。選擇性地施加上述電磁輻射於上述太陽能電池次結構之至少一部份，使得上述電磁輻射穿過上述前驅層、上述緩衝層及上述前接觸層之至少一部份，使至少一種金屬元素得以擴散到上述太陽能電池次結構之至少一部份。
100‧‧‧太陽能電池
110‧‧‧基底
120‧‧‧後接觸層
130‧‧‧吸收層
140‧‧‧緩衝層
150‧‧‧前接觸層或透明導電氧化物層
151‧‧‧p/n接面
200‧‧‧製造太陽能電池的裝置
202‧‧‧第一腔室
204‧‧‧第二腔室
205‧‧‧循環輸送帶
206‧‧‧第三腔室
208‧‧‧造波裝置
214‧‧‧控制系統
219‧‧‧感測器
220‧‧‧控制器
230‧‧‧記憶裝置
232‧‧‧處理器
234‧‧‧系統匯排流
236‧‧‧控制介面
240‧‧‧感測介面
249‧‧‧網路
250‧‧‧使用者運算裝置
251‧‧‧通訊介面
252‧‧‧處理器
253‧‧‧通訊介面
254‧‧‧記憶裝置
256‧‧‧媒體輸出元件
260‧‧‧輸入介面
280、282、285、295‧‧‧表面
281、284、296‧‧‧箭號
290、291‧‧‧距離
300‧‧‧流程圖
301-309‧‧‧步驟
400‧‧‧流程圖
401-405，407‧‧‧步驟
500‧‧‧流程圖
501-507‧‧‧步驟
600‧‧‧流程圖
601-607‧‧‧步驟
P1-P3‧‧‧切割線
第1圖為一示範實施例之太陽能電池的剖面圖。
第2圖為一示範實施例之製造太陽能電池的裝置的電路方塊圖，其用於製造第1圖之太陽能電池。
第3圖為一示範實施例之製造太陽能電池的方法的流程圖，其利用第2圖之製造太陽能電池的裝置。
第4圖為另一示範實施例之製造太陽能電池的方法的流程圖，其利用第2圖之製造太陽能電池的裝置。
第5圖為另一示範實施例之製造太陽能電池的方法的流程 圖，其利用第2圖之製造太陽能電池的裝置。
第6圖為另一示範實施例之製造太陽能電池的方法的流程圖，其利用第2圖之製造太陽能電池的裝置。
在描述中，相對性詞彙例如”較低”，”較上”，”水平的”，”垂直的”，”之上”，”之下”，”上”，”下”，”頂部”，”底部”，以及其衍伸之詞彙(例如水平地，向下地，向上地等)應參考所討論圖示之描述或顯示的方向加以建構。上述之相對性詞彙是為方便描述起見，所描述的實施例製造太陽能電池的裝置無須依照特定方向建構或操作。關於附著、結合及其相似詞彙(例如”連結”與”互相連結”)指的是結構之間的關係是直接或間接地透過中間結構互相固定或附著，且兩者可以是可動的或堅著的連接關係，除非另有敘明。
示範實施例之描述是要與其關連的伴隨圖示來解讀，其視為全部文字描述的一部份。圖示並未按照比例繪示。在不同圖示中，類似的參考數字表示類似的物件，除非在內容中另有敘明。
如上所述，在太陽能電池製造過程中，兩種方法用來強化及/或促進半導體介面(例如p/n接面)形成於太陽能電池的兩層結構之間，使得上述介面內埋於部分黃銅礦半導體材料，例如，銅銦鎵硫硒(CIGSS)。一種方法是在沉積製程中增加一步驟，以促進一表面層之形成，其中上述表面層擁有增加的陽離子空位，有利於之後陽離子擴散製程，以形成內埋的p/n接面。然而，如此製程對大量製造並不具效率。另一種方 法包括吸收層銅金屬成分的溶解與陽離子(例如鎘及/或鋅)的擴散。然而，上述溶解不具效率且難以控制。
此處示範之製造太陽能電池的裝置與方法，係利用一可控制技術來促進一半導體介面(例如一p/n接面)之強化及/或形成，上述技術是有效率的且可應用於大量製造。舉例來說，上述製造太陽能電池的裝置與方法包括結合至第三腔室之造波裝置的使用。上述造波裝置產生電磁輻射(例如微波)，其能施加於太陽能電池次結構，以促進至少一金屬元素之擴散穿過次結構之至少一部份，使得上述半導體介面形成於上述次結構之至少兩種不同型態半導體材料之間。
在一些實施例中，上述電磁輻射可在緩衝層沉積於吸收層上之前，施加於次結構之一吸收層。另外，在一些實施例中，上述電磁輻射可在緩衝層沉積於吸收層上後，施加於次結構之一吸收層。在一些實施例中，上述製造太陽能電池的裝置與方法，利用一造波裝置來促進強化太陽能電池次結構之上述各層的退火步驟。舉例來說，在一些實施例中，上述造波裝置可在緩衝層沉積於吸收層上與前接觸層沉積於緩衝層上後，選擇性施加電磁輻射於次結構。
第1圖說明一太陽能電池100的剖面圖。太陽能電池100包括一基底110；一後接觸層120，形成於基底110上；一最終變成吸收層130的前驅層，形成於後接觸層120上；一緩衝層140，形成於吸收層130上；及一前接觸層或透明導電氧化物(TCO)層150，於緩衝層140之上。
基底110可包括任何適合基底的材料，例如玻璃。 在一些實施例中，基底110包括一玻璃基底，如蘇打石灰鈉玻璃(soda lime glass)，或者可饒式金屬箔或聚合物[例如聚酰亞胺(polyimide)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、二甲酸乙二醇酯(PEN)]。其他實施例中，亦可包括其他基底材料。後接觸層120包括任何適合後接觸的材料，例如金屬。在一些實施例中，後接觸層120可包括鉬(Mo)、鉑(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、鎳(Ni)、或銅(Cu)。其他實施例亦可包括其他後接觸材料。
在一些實施例中，吸收層130包括任何適合的吸收材料，例如p型半導體。在一些實施例中，上述吸收層130可包括一黃銅礦材料，包括例如銅銦鎵硒(CIGS)、碲化鎘(CdTe)、銅銦硒(CIS)、銅鎵硒(CGS)、銅銦鎵硒(CIGS)、銅銦鎵硫硒(CIGSS)、碲化鎘(CdTe)或非晶矽。其他實施例中，亦可包括其他吸收材料。
緩衝層140包括任何適合的緩衝材料，例如n型半導體。在一些實施例中，緩衝層140可包括硫化鎘(CdS)、硫化鋅(ZnS)、硒化鋅(ZnSe)、三硫化二銦(In2S3)、三硒化二銦(In2Se3)或氧化鋅鎂(Zn1-xMgxO)(例如ZnO)。其他實施例亦可包括其他緩衝材料。
在一些實施例中，前接觸層150包括一經退火的透明導電氧化物層。上述作為退火透明導電氧化物層之透明導電氧化物材料可包括任何適合的前接觸材料，例如金屬氧化物與金屬氧化物前驅物。在一些實施例中，上述透明導電氧化物材料可包括氧化鋅、氧化鎘(CdO)、三氧化二銦(In2O3)、二氧化錫(SnO2)、五氧化二鉭(Ta2O5)、三氧化銦鎵(GaInO3)、鎘三氧 化二銻(CdSb2O3)或氧化銦(ITO)。上述透明導電氧化物材料也能摻雜適合的摻質。在一些實施例中，氧化鋅能摻雜鋁(Al)、鎵(Ga)、硼(B)、銦(In)、釔(Y)、鈧(Sc)、氟(F)、釩(V)、矽(Si)、鍺(Ge)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鎂(Mg)、砷(As)、或氫(H)之一。在其他實施例中，二氧化錫能摻雜銻(Sb)、氟、砷、鈮(Nb)或鉭(Ta)。在其他實施例中，三氧化二銦可摻雜錫(Sn)、鉬、鉭、鎢(W)、鋯、氟、鍺、鈮、鉿或鎂。在其他實施例中，氧化鎘能參雜銦或錫。在其他實施例中，三氧化銦鎵能摻雜錫或鍺。在其他實施例中，鎘三氧化二銻(CdSb2O3)可摻雜釔。在其他實施例中，氧化銦能摻雜錫。其他實施例亦可包括其他透明導電氧化物材料與其對應之摻質。
太陽能電池100也包括相互連結之結構，其中相互連結之結構包括三個切割線，參照P1、P2和P3。上述切割線P1穿過上述後接觸層120，且填入上述吸收材料。上述切割線P2穿過上述緩衝層140和上述吸收層130，且填入上述前接觸層材料。上述切割線P3穿過上述前接觸層150、緩衝層140和吸收層130。
在緩衝層140和吸收層130之間形成一半導體介面(例如p/n接面151)，其中p/n接面151可以是一同質接面(homojunction)或一異質接面(heterojunction)。如下列對其餘圖示之詳述，藉由上述電磁輻射(例如微波)的使用，來強化及/或形成p/n接面151。上述電磁輻射也用來強化太陽能電池100之上述各層的退火步驟。
第2圖為一示範之製造太陽能電池的裝置200的電 路方塊圖，其中製造太陽能電池的裝置200用來製造太陽能電池100(示於第1圖)。在一些實施例中，製造太陽能電池的裝置200包括一第一腔室202，上述第一腔室202配置成用以接收一基底，例如基底110(示於第1圖)，並準備基底110以利後續製程。舉例來說，第一腔室202可包括一真空源(未繪示)、一加熱器(未繪示)及/或一熱交換器(未繪示)，用來促進提供熱能至基底110，使得基底加熱並準備進行後續製程。一第二腔室204結合至第一腔室202(例如透過一循環輸送帶205)第二腔室204配置成用以透過循環輸送帶205自第一腔室202接收基底110。
在一些實施例中，第二腔室204配置成用以基底110上沉積一層，例如，後接觸層120(示於第1圖)、緩衝層140(示於第1圖)或一吸收層130之一前驅層(示於第1圖)，以形成一太陽能電池100或太陽能電池100之一次結構。如此，第二腔室204可包括：例如一真空幫浦或真空口(未示於圖式)、一加熱器(未示於圖式)及/或熱交換器(未示於圖式)，用來促進上述不同沉積製程，例如，濺鍍及/或蒸鍍。在一些實施例中，第二腔室204是一濺鍍腔室。在另一些實施例中，第二腔室204包括化學浴沉積(CBD)設備或者是一有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)腔室。在一些實施例，第二腔室204不存在於製造太陽能電池的裝置200中。
製造太陽能電池的裝置200也包括一第三腔室206，上述第三腔室206藉由循環輸送帶205與第二腔室204結合。在一些實施例中，第三腔室206配置成用以對上述已形成之次結構執行一後處理步驟，例如，完成前驅層之形成。舉例 來說，第三腔室206也可包括惰性氣體(例如氮氣、氬氣、氦氣以及硒化氫與硫化氫)，使得第三腔室206能執行一硒化後硫化製程(SAS)。在一些實施例中，舉例來說，當第二腔室204不存在製造太陽能電池的裝置200中時，第三腔室206是一硒化後硫化製程腔室。
一造波裝置208結合至第三腔室206，使得當第三腔室206接收到上述太陽能電池100之一次結構時，上述造波裝置208設置於鄰近上述次結構。在一些實施例中，造波裝置208是一隔離器或微波源，其配置成用以產生電磁輻射，例如，具有頻率範圍約30MHz至約30GHz之波長的無線電波。適合的微波源範例可包括一磁控管(magnetron)、調速管(klystron)、行波管(traveling-wave tube，TWT)、迴旋管(gyrotron)、場效電晶體(field-effect transistor)、穿隧二極體(tunnel diodes)、甘恩二極體(Gunn diodes)及崩渡二極體(IMPATT diodes)。當第三腔室206接收到太陽能電池100之一次結構時，造波裝置208也配置成用以施加電磁輻射於上述次結構。
在一些實施例中，一控制系統214結合至製造太陽能電池的裝置200中的上述每一腔室，並且控制系統214配置成用以控制每一腔室之不同操作參數，例如，溫度與壓力。在一些實施例中，控制系統214包括一控制器220，其中上述控制器220操作性地結合至上述製造太陽能電池的裝置200，具有依照可程式控制方案或演算法，自各參數反應感測器所判定的數值，例如，溫度與壓力，以及上述參數之變化速率來改變製造太陽能電池的裝置200之操作。舉例來說，在一些實施例中， 控制器220結合控制第一腔室202之至少一閥(valve)(未繪示)、第二腔室204之至少一閥(未繪示)及第三腔室206之至少一閥(未繪示)。控制系統214也配置成用以控製造波裝置208。舉例來說，在一些實施例中，控制器220結合至造波裝置208之一開閉開關(on/off switch)(未繪示)。如此，造波裝置208藉由控制器220選擇性地施加電磁輻射於太陽能電磁100之次結構。在一些實施例中，控制器220可藉由下列特徵促進上述每一閥及/或上述開關之操作特徵，包括但不限於：接收輸入、傳送輸出以及傳送開啟(opening)與關閉(closing)指令和開(on)與閉(off)指令。
在一些實施例中，控制器220可以是一即時(real-time)控制器且可包括任何適合作為處理器或微波處理器基礎的系統，例如，一電腦系統包括微控制器、精簡指令及電腦(RISC)、一植入式微控制器(embedded microprocessor)、應用特定積體電路(ASICs)、邏輯迴路(logic circuit)及/或任何其他迴路或能執行上述功能之處理器。在一實施例中，控制器120可以是一微控制器，上述微控制器包括唯讀記憶體(ROM)及/或隨機存取記憶體(RAM)，例如，一32位元微電腦(microcomputer)，其具有2百萬位元唯讀記憶體與64千位元隨機存取記憶體。如這裡所應用的，此”即時”一詞是參考在上述影響結果之輸入的一變化後，其結果可在一實質上短的期間內產生，而上述期間是一個可設計的參數，其能依照結果的重要性及/或上述系統處理輸入至產出結果的能力來選擇。
在一些實施例中，控制器220包括一記憶裝置 230，上述記憶裝置230儲存可執行的指令及/或一或多個操作參數呈，此操作參數代表及/或指示第一腔室202、第二腔室204、第三腔室206及/或造波裝置208之操作條件。控制器220也包括處理器232，上述處理器232透過一系統匯流排(system bus)234結合至記憶裝置230。在一些實施例中，處理器232可包括一處理單元(processing unit)，例如但不限於一積體電路(IC)、一應用特定積體電路、一微電腦、一可程式邏輯迴路(PLC)及/或任何其他可程式迴路。另外，處理器232可包括多重處理單元(multiple processing units)(例如在一多核心組態)。上述實施例僅為範例，而非以任何方式限制”處理器”一詞之定義及/或意義。
在一些實施例中，控制器220包括一控制介面236，上述控制介面236結合至第一腔室202、第二腔室204、第三腔室206及/或造波裝置208。舉例來說，控制介面236結合至元件，例如，第一腔室202、第二腔室204與第三腔室206之閥及/或造波裝置208之開閉開關。控制介面236也配置成用以控制上述閥及開閉開關之操作。舉例來說，處理器232可程式化以產生一或多個傳送至控制介面236的控制參數。然後，控制介面236會傳送一控制參數來調控、開啟或關閉上述閥啟或關閉)，或例如調控造波裝置208的開關。
不同的連結協定可供控制介面236與第一腔室202、第二腔室204、第三腔室206之閥及/或造波裝置208之間採用。上述之連結協定可包括但不限定於一電導體、一低階資料連結(例如RS-232標準和RS-485標準)、一高階連續資料連結 [例如USB、一現場總線(Field bus)、一”PROFIBUS®”或電機電子工程師學會(IEEE)1394(a/k/a FIREWIRE)]、一平行資料連結(例如IEEE1284或IEEE488)、一小範圍無限通訊頻道(個人區域網路)(例如”BLUETOOTH”)及/或有線或無線私人網路連結(例如不可進入之外部系統)。”PROFIBUS”是屬於美國亞利桑那州斯科茨代爾市Profibus Trade Organization組織的一個註冊商標。IEEE是美國紐約州紐約市電機電子工程師學會公司的一個註冊商標。”BLUETOOTH”是美國華盛頓州柯克蘭市Bluetooth SIG公司的一個註冊商標。
在一些實施例中，控制系統214也包括感測器219，上述感測器結合至第一腔室202、第二腔室204、第三腔室206及造波裝置208。舉例來說，在一些實施例中，控制器220包括一感測介面240，其中感測介面240通訊地與感測器219結合。在一些實施例中，感測器219配置成用以偵測在第一腔室202、第二腔室204與第三腔室206之不同的操作參數，例如，溫度及/或壓力。感測器219也能偵測造波裝置208是否正在放射電磁輻射。感測器219將被偵側到的參數藉由相對應的一訊號傳至控制器220。感測器219能傳送一訊號(例如連續地、週期地或僅單次地)。在其他實施例中，計時信號使用不同基礎。此外，感測器219能以類比形式或數位形式傳送一訊號。不同的連結供感測介面240與感測器219之間採用。上述之連結可包括但不限定於一電導體、一低階資料連結(例如RS-232標準和RS-485標準)、一高階連續資料連結(例如USB或IEEE1394)、一平行資料連結(例如IEEE1284或IEEE488)、一小範圍無限通訊 頻道(例如”BLUETOOTH®”)及/或有線或無線私人網路連結(例如不可進入之外部系統)。
控制系統214可包括一使用者運算裝置250，上述使用者運算裝置250透過一網路249結合至控制器220。舉例來說，運算裝置250包括一通訊介面251，上述通訊介面結合至控制器220中的一通訊介面253。使用者通訊裝置250包括一執行指令用處理器252。在一些實施例中，可執行的指令儲存在記憶體裝置254。處理器252可包括一或多個處理單元(例如在一多核心組態)。記憶體裝置254係任一能讓資訊(例如可執行的指令及/或其他資料)儲存或檢索之裝置。使用者運算裝置250也包括至少一媒體輸出元件256，其用來呈現資訊給一使用者。媒體輸出元件256係任一能傳遞資訊給一使用者之元件。媒體輸出元件256可包括但不限於一顯示裝置(未繪示)[例如一液晶顯示器(LCD)]、一有機發光二極體(OLED)顯示器或一音訊輸出裝置(例如一揚聲器或耳機)。
在一些實施例中，使用者運算裝置250包括一用於自使用者接收輸入的輸入介面260。輸入介面260可包括例如一鍵盤、一指向裝置(pointing device)、一滑鼠、一畫針(stylus)、一感觸裝置(例如觸控面板或觸控螢幕)、一迴轉儀(gyroscope)、一加速計(accelerometer)、一位置偵測器及/或一音訊輸入裝置。一單一元件(例如觸控螢幕)能作為媒體輸出元件256與輸入介面260二者之一輸出裝置。
在操作裝置200過程中，基底110透過循環輸送帶205傳送至第一腔室202，其中加熱基底110以準備進一步處 理。基底110於循環輸送帶205上自第一腔室202傳送至第二腔室204，其中膜層可透過製程(例如濺鍍及/或蒸鍍)沉積於基底110上。舉例來說，後接觸層120可被濺鍍於基底110上，以及前驅層可被濺鍍及/或共蒸鍍形成於後接觸層120上。上述形成於第二腔室204之次結構於循環輸送帶205上自第二腔室204傳送至第三腔室206，其中於第三腔室206，藉由進行硒化後硫化製程完成吸收層之形成。
如以下對第3與4圖之詳述，當在第三腔室206進行硒化後硫化製程時，太陽能電池100之上述次結構能收到來自造波裝置208之電磁輻射。舉例來說，在一些實施例中，在緩衝層140沉積於上述前驅層之前，電磁輻射可施加於上述前驅層。另外，在一些實施例中，於緩衝層140沉積於上述前驅層上之後，上述電磁輻射可施加於太陽能電池100之上述次結構。
如下對第5圖之詳述，在一些實施例中，於緩衝層140沉積於上述前驅層上之後與前接觸層150(示於第1圖)沉積於緩衝層140上之後，電磁輻射選擇性地施加於上述太陽能電池100之次結構，以促進太陽能電池100之上述次結構之上述各層的退火步驟。因此，施加上述電磁輻射於太陽能電池100之上述次結構是一可控制且有效率的技術，其用來促進一半導體介面[例如p/n接面(示於第1圖)]強化及/或形成於太陽能電池100，及/或促進退火步驟。此外，此技術能應用於大量製造。
第3圖為一示範之製造太陽能電池的方法的流程圖300，其中製造太陽能電池的方法利用第2圖之製造太陽能電池的裝置(示於第2圖)來製造太陽能電池100(示於第1圖)。步驟 301中，基底110(示於第1圖)藉由循環輸送帶205(示於第2圖)傳送至第一腔室202(示於第2圖)，其中加熱基底110以準備步驟302之進一步處理。在一些實施例中，步驟301與步驟302是選擇性的(optional)且能排除於製造太陽能電池的方法之外。
步驟303中，基底110於循環輸送帶205上自第一腔室202傳送至第二腔室204(示於第2圖)，例如一濺鍍腔室。步驟303中，一前驅層透過製程(例如濺鍍及/或蒸鍍)能沉積於基底110或先前堆疊於基底110上之膜層上，以致形成一次結構。
步驟305中，上述次結構於循環輸送帶205上自第二腔室204傳送至第三腔室206(示於第2圖)，例如一硒化後硫化製程腔室，其中於第三腔室206，藉由進行步驟306之硒化後硫化製程來完成吸收層之形成，使得黃銅礦半導體材料[例如銅銦鎵硫硒(CIGSS)]得以形成為前驅層的一部份。舉例來說，金屬元素(例如鎘、銦及/或銅)透過濺鍍及/或蒸鍍及/或化學浴沉積製程，能伴隨著硒及/或硫沉積於前驅層。
步驟307之硒化後硫化製程中，電磁輻射(例如微波)藉由造波裝置208(示於第2圖)施加於上述前驅層之一表面280，使得微波自上述前驅層之表面280穿過上述前驅層之至少一部份，如箭號281所示(示於第1圖)。上述電磁輻射在硒化後硫化製程中，促進金屬元素在上述前驅層之至少一部份中的擴散。舉例來說，在一些實施例中，鎘自前驅層之表面280擴散於上述前驅層之中達約5nm至約30nm之間的距離290(示於第1圖)。此外，上述電磁輻射因銅原子的與擴散，以致能促進銅缺乏相於銅銦鎵硫硒表面形成。如此，p/n接面151(示於第1圖) 形成及/或強化於上述前驅層頂部。
步驟308中，上述前驅層頂部具有p/n接面151的太陽能電池100之次結構傳送回第二腔室204或至不同的第二腔室(未繪示)。步驟309中，緩衝層140(示於第1圖)藉由製程(例如一化學浴沉積製程)沉積於p/n接面151之上。
在一些實施例中，上述自造波裝置208放射之電磁輻射能被一使用者控制。舉例來說，一使用者能初始地輸入指令，以令造波裝置208放射上述之電磁輻射。上述指令能藉由使用者運算裝置250(示於第2圖)及/或控制器220(示於第2圖)編程。然後，控制器220將會傳送一控制參數至例如上述造波裝置208之開閉開關，使得上述微波能放射於上述前驅層。此相同機制能用於關閉造波裝置208。另外，造波裝置208能自動地放射電磁輻射。舉例來說，設置於第三腔室206上的感測器219(示於第2圖)，能偵測何時第三腔室206接收到一次結構，以及傳送至少一代表被偵測之次結構的訊號至控制器220。控制器220能傳送一控制參數至造波裝置308，使得電磁輻射放射於上述次結構。
第4圖為另一示範之製造太陽能電池的方法的流程圖400，其中製造太陽能電池的方法利用第2圖之製造太陽能電池的裝置(示於第2圖)來製造太陽能電池100(示於第1圖)，其能用來取代示於流程圖300(示於第3圖)之製造太陽能電池的方法。步驟401中，基底110(示於第1圖)藉由循環輸送帶205(示於第2圖)傳送至第一腔室202(示於第2圖)，其中加熱基底110以準備步驟402之進一步處理。一些實施例中，步驟401與步驟402 是選擇性的(optional)且能排除於製造太陽能電池的方法之外。
步驟403中，基底110於循環輸送帶205上自第一腔室202傳送至第二腔室204(示於第2圖)。其中前驅層於步驟404中，可透過製程(例如濺鍍及/或蒸鍍及/或化學浴沉積製程)能沉積於基底110之上，以形成一次結構。
步驟405中，上述次結構於循環輸送帶205上自第二腔室204傳送至第三腔室206(示於第2圖)，其中上述各層之形成經由步驟406中之進一步處理來完成。
步驟407中，當上述次結構正進行進一步處理時，電磁輻射(例如微波)藉由造波裝置208(示於第2圖)施加於上述前驅層，如箭號284所示(示於第1圖)，以強化混合。上述電磁輻射促進金屬元素在緩衝層140之至少一部份與前驅層之至少一部份中的擴散。舉例來說，在一些實施例中，鎘在緩衝層140之至少一部份與前驅層之至少一部份中的擴散達約5nm至約50nm之間的距離291(示於第1圖)。此外，上述電磁輻射促進鎘或鋅擴散進入GIGSS膜層，以形成p/n接面151(示於第1圖)，其中鎘或鋅來自緩衝層140之硫化鎘與硫化鋅。
第5圖為另一示範之製造太陽能電池的方法的流程圖500，其中製造太陽能電池的方法利用第2圖之製造太陽能電池的裝置(示於第2圖)來製造太陽能電池100(示於第1圖)，其能用來取代流程圖300(示於第3圖)所示之製造太陽能電池的方法。步驟501中，基底110於循環輸送帶205(示於第2圖)上傳送至第一腔室202(示於第2圖)，其中加熱基底110以準備步驟502之進一步處理。在一些實施例中，步驟501與步驟502是選擇性 的(optional)且能排除於上述製造太陽能電池的方法之外。
步驟503中，基底110於循環輸送帶205上自第一腔室202傳送至第二腔室204(示於第2圖)，例如至上述之化學浴沉積設備，其中緩衝層於步驟504中，可透過製程(例如化學浴沉積製程)沉積於先前堆疊於基底110上之膜層上，以形成一次結構。
步驟505中，上述次結構於循環輸送帶205上自第二腔室204傳送至第三腔室206(示於第2圖)，其中上述各層層之形成經由步驟506之退火製程來完成。步驟507之退火製程中，電磁輻射(例如微波)藉由造波裝置208(示於第2圖)施加於上述次結構以強化p/n接面。舉例來說，上述電磁輻射能施加於基底110之一表面295(示於第1圖)，使得波穿過基底110與前接觸層150之一表面285(示於第1圖)，如箭號296所示(示於第1圖)。當微波穿過各層時，所欲的膜層可受微波加熱。舉例來說，在一些實施例中，當微波穿過每一層時，熱施加於每一層。由於所欲的膜層被加熱，在退火製程中的電磁輻射可導致相對較高品質的退火終產物。此外，藉由選擇性施加熱，鎵能擴散至GIGSS吸收層之頂部，例如前驅層之表面280(示於第1圖)，以達到鎵之均質化(例如快速鎵內部擴散)。
第6圖為另一示範之製造太陽能電池的方法的流程圖600，其中製造太陽能電池的方法利用第2圖之製造太陽能電池的裝置(示於第2圖)來製造太陽能電池100(示於第1圖)，其能用來取代流程圖300(示於第3圖)所示之製造太陽能電池的方法。步驟601中，基底110於循環輸送帶205(示於第2圖)上傳送 至第一腔室202(示於第2圖)，其中加熱基底110以準備步驟602之進一步處理。在一些實施例中，步驟601與步驟602是選擇性的(optional)且能排除於上述製造太陽能電池的方法之外。
步驟603中，基底110於循環輸送帶205上自第一腔室202傳送至第二腔室204(示於第2圖)，例如至上述之有機金屬化學氣相沉積腔室，其中一前接觸層或透明導電氧化物層(示於第1圖)於步驟604中，可透過習知製程沉積於先前堆疊於基底110上之膜層上，以形成一次結構。
步驟605中，上述次結構於循環輸送帶205上自第二腔室204傳送至第三腔室(示於第2圖)，其中上述各層之形成經由步驟606之退火製程來完成。步驟607之退火製程中，電磁輻射(例如微波)藉由造波裝置208(示於第2圖)施加於上述次結構以達成層選擇性退火。
於此所描述的一些實施例，提供利用一種可控制技術來促進一半導體介面(例如一p/n接面)之強化及/或形成，其中上述可控制技術是有效率的且可應用於大量製造。舉例來說，於此所述之製造太陽能電池的裝置與方法包括結合至第三腔室之造波裝置的使用。上述造波裝置產生電磁輻射(例如微波)，其能施加於太陽能電池次結構，以促進至少一金屬元素之擴散穿過次結構之至少一部份，使得上述半導體介面形成於上述次結構之至少兩種不同型態半導體材料之間。在一些實施例中，上述電磁輻射能於一緩衝層沉積於上述次結構之一前驅層之前，施加於上述前驅層。另外，在一些實施例中，上述電磁輻射能於一緩衝層形成於一緩衝層之後，施加於上述次 結構。在一些實施例中，於此所述之製造太陽能電池的裝置與方法利用造波裝置來促進強化太陽能電池次結構之上述各層的退火製程。舉例來說，在一些實施例中，上述造波裝置用來於上述緩衝層沉積於上述前驅層之後與一前接觸層沉積於上述緩衝層之後，選擇性地施加電磁輻射(例如微波)於上述次結構。
雖然本揭露已以數個示範實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。任何屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧太陽能電池
110‧‧‧基底
120‧‧‧後接觸層
130‧‧‧吸收層
140‧‧‧緩衝層
150‧‧‧前接觸層或透明導電氧化物層
151‧‧‧p/n接面
280、282、285、295‧‧‧表面
281、284、296‧‧‧箭號
290、291‧‧‧距離
P1-P3‧‧‧切割線

Claims (10)

  1. 一種製造太陽能電池的方法，該方法包括：傳送一太陽能電池次結構至一腔室；利用結合至該腔室之一造波置產生電磁輻射，使得該造波裝置設置於鄰近該太陽能電池次結構；以及施加該電磁輻射於該太陽能電池次結構之至少一部份，以促進至少一種金屬元素擴散到該太陽能電池次結構之至少一部份，使得一半導體介面形成於該太陽能電池次結構之至少兩種不同型態的半導體材料之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之製造太陽能電池的方法，其中產生之電磁輻射包括產生一具有頻率範圍約30MHz至約30GHz之波長的電磁輻射。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之製造太陽能電池的方法，其中施加該電磁輻射包括施加該電磁輻射於該太陽能電池次結構之至少一部份，使得該至少一種金屬元素擴散到該太陽能電池次結構之至少一部份達約5nm至約50nm的距離。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之製造太陽能電池的方法，其中傳送一太陽能電池次結構包括傳送一具有一前驅層之太陽能電池次結構，其中施加該電磁輻射包括施加該電磁輻射於該太陽能電池次結構之至少一部份，使得該電磁輻射穿過該前驅層之至少一部份。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之製造太陽能電池的方法，其中傳送一太陽能電池次結構包括傳送一具有一前驅層及一緩衝層之太陽能電池次結構，其中該緩衝層形成於至少該 前驅層之一部分之上，其中施加該電磁輻射包括施加該電磁輻射於該太陽能電池次結構之至少一部份，使得該電磁輻射穿過該前驅層及該緩衝層之至少一部份。
  6. 一種製造太陽能電池的裝置，包括：一腔室，配置成用以從至少另一腔室接收一太陽能電池次結構；以及一造波裝置，結合至該腔室，使得當該腔室接收到該太陽能電池次結構時，該造波裝置設置於鄰近該太陽能電池次結構，其中該造波裝置配置成用以產生電磁輻射，及施加該電磁輻射於該太陽能電池次結構之至少一部份，以促進至少一種金屬元素擴散到該太陽能電池次結構之至少一部份。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之製造太陽能電池的裝置，其中該造波裝置配置成用以產生電磁輻射包括產生一具有頻率範圍約30MHz至約30GHz之波長的電磁輻射。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之製造太陽能電池的裝置，其中該至少一種金屬元素擴散到該太陽能電池次結構之至少一部份達約5nm至約50nm的距離。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之製造太陽能電池的裝置，其中該太陽能電池次結構包括一前驅層，該造波裝置配置成用以施加該電磁輻射於該太陽能電池次結構之至少一部份，使得該電磁輻射穿過該前驅層之至少一部份。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之製造太陽能電池的裝置，其中該太陽能電池次結構包括一前驅層及一緩衝層，其中該 緩衝層形成於至少該前驅層之一部分之上，該造波裝置配置成用以施加該電磁輻射於該太陽能電池次結構之至少一部份，使得該電磁輻射穿過該前驅層及該緩衝層之至少一部份。
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