TW201611320A - 卷對卷製程設備及其系統 - Google Patents
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Abstract
本發明是一種卷對卷製程設備，適用於在一基板上進行一化學反應。基板具有相對的第一板面及第二板面。卷對卷製程設備包括一反應槽、一收捲單元、一放捲單元及一加熱裝置。反應槽設有一開口，反應槽用以容置一化學藥液。開口提供基板的第一板面與反應槽內的化學藥液接觸。收捲單元及放捲單元分別對應設置於反應槽的相對兩側。加熱裝置設置於收捲單元與放捲單元之間且對應開口。加熱裝置用以加熱基板之第二板面，使基板升溫並與化學藥液產生化學反應。
Description
本發明是有關一種捲對捲製程設備及其系統，尤指一種製備太陽能電池緩衝層的捲對卷製造設備及其系統。
隨著人類文明的發展，全球面臨嚴重的能源危機及環境污染等問題。為解決上述問題，目前已發展出可將太陽光光能直接轉換成電能之太陽能電池。由於太陽能發電過程中不會產生二氧化碳，且具有潔淨不生任何污染或噪音的特點，故逐漸成為再生環保能源供應裝置。太陽能電池依材料不同可分為薄膜矽、非晶矽(amorphousrs Silicon，a-Si)、二六族化合物半導體材料CdTe、銅銦硒(CuInSe 2，CIS)以及銅銦鎵硒(CuInGaSe 2，CIGS)等，其中CIGS具有吸收光波頻率較廣、穩定性、低價格和高效率等優點，因此CIGS被視為最有發展潛力的太陽能電池之一。
CIGS太陽電池包括背面電極、主吸收層、緩衝層、透明導電層以及正面電極。背面電極一般為具有金屬鉬的玻璃或不鏽鋼基板。主吸收層也稱為CIGS吸收層，是整體CIGS太陽電池中最為關鍵的單元，對轉換效率有決定性的影響。緩衝層通常為硫化鎘(CdS)，用以形成pn接面（P-N junction diode）。透明導電層的功能為透光及導電，而正面電極一般是網格狀的金屬，比如鎳或鋁，用以電氣連接外部電路。由於CIGS可在大面積的軟性基板上製作，因此製程可以使用卷對卷(roll-to-roll)方式進行。
現有CIGS太陽能薄膜製程中，大多採用化學水浴沉積(Chemical Bath Deposition，CBD)方式製造。以傳統的CBD製程而言，主要是採用先加熱化學藥液，再將該藥液噴灑或將主吸收層浸泡於化學藥液中，而在主吸收層的表面上形成硫化鎘(CdS)的緩衝層。然而由於大量的化學藥液經過加熱後會使酸鹼值產生變化，無法進行回收再利用，因此對於環境以及生產成本均造成不利影響。
有鑑於此，如何有效改善環境汙染以及降低生產成本等，乃為本案發明人以及從事此相關行業之技術領域者亟欲改善的課題。
本發明目的之一，在於提供一種卷對卷製程設備，適用於在一基板上進行一化學反應。基板具有相對的第一板面及第二板面。卷對卷製程設備包括一反應槽、一收捲單元、一放捲單元及一加熱裝置。反應槽設有一開口，反應槽用以容置一化學藥液。開口提供基板的第一板面與反應槽內的化學藥液接觸。收捲單元及放捲單元分別對應設置於反應槽的相對兩側。收捲單元用以捲入基板，放捲單元用以捲出基板。加熱裝置設置於收捲單元與放捲單元之間且對應開口。加熱裝置用以加熱基板之第二板面，使基板升溫並與化學藥液產生化學反應。
本發明的另一目的，在於提供一種卷對卷製程系統，適用於在一基板上進行一化學反應。基板具有相對的第一板面及第二板面。卷對卷製程系統包括一反應槽、一收捲單元、一放捲單元、一加熱裝置、一清洗裝置及一烘乾裝置。反應槽設有一開口，反應槽用以容置一化學藥液。開口提供基板的第一板面與反應槽內的化學藥液接觸。收捲單元及放捲單元分別對應設置於反應槽的相對兩側。收捲單元用以捲入基板，放捲單元用以捲出基板。加熱裝置設置於收捲單元與放捲單元之間且對應開口。加熱裝置用以加熱基板之第二板面，使基板升溫並與化學藥液產生化學反應。清洗裝置設置於收捲單元及放捲單元之間，噴灑液體以清洗基板。烘乾裝置鄰接於清洗裝置，用以烘乾基板。
100‧‧‧基板
104‧‧‧第一板面
106‧‧‧第二板面
110‧‧‧製程設備
200‧‧‧反應槽
202‧‧‧開口
210‧‧‧化學藥液
220‧‧‧溝槽
250‧‧‧收捲單元
260‧‧‧加壓滾輪
270‧‧‧放捲單元
300‧‧‧加熱裝置
310‧‧‧加熱單元
320‧‧‧壓合塊
322‧‧‧連桿
330‧‧‧氣壓缸
500‧‧‧清洗裝置
510‧‧‧水刀
700‧‧‧烘乾裝置
710‧‧‧風刀
圖1為繪示本發明卷對卷製程設備之實施例圖。
圖2為繪示本發明加壓滾輪、壓合塊與反應槽相關位置的剖視圖。
圖3為繪示圖2之部分立體圖。
圖4為繪示圖2加壓滾輪滾壓基板，且基板兩側緣受壓制於壓合塊之剖視圖。
圖5為繪示本發明卷對卷製程系統之第二實施例之示意圖。
圖6為繪示本發明卷對卷製程系統之示意圖。
本發明提供一種可使化學藥液循環使用的卷對卷製程設備及其系統，適用於在一基板100上進行一化學反應。在此所述之基板100較佳是指可撓性金屬基材，例如銅材或其合金。然而在不同實施例中，基板100亦可為玻璃基材或塑膠基材。此外，在此所指之化學反應包含蝕刻製程、顯影製程、脫膜製程或鍍膜製程，根據不同的化學藥液210而可產生相應的化學反應。然而，本發明關於鍍膜製程較佳為化學水浴製程(CBD)，以於基板100其中之一板面上形成硫化鎘(CdS)。有關本發明之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
如圖1~圖4所示，為繪示本發明卷對卷製程設備之第一實施例圖。本發明提供一種卷對卷製程設備110，其中基板100具有相對的一第一板面104及一第二板面106。卷對卷製程設備110包括一反應槽200、一收捲單元250、一放捲單元270及一加熱裝置300。如圖1所示，反應槽200設有一開口(未標示)，反應槽200用以容置一化學藥液210。開口(請參圖3所示)提供基板100的第一板面104與反應槽200內的化學藥液210接觸。在此所述之製程及其所使用的化學藥液210較佳是指以化學水浴製程(CBD)形成硫化鎘的鍍膜製程。在此製程中所生產的硫化鎘薄膜較佳是應用在CIGS太陽電池中的緩衝層中。
收捲單元250及放捲單元270分別對應設置於反應槽200的相對兩側。收捲單元250用以捲入基板100，放捲單元270用以捲出基板100，使基板100於收捲單元250與放捲單元270之間具有一定張力。加熱裝置300設置於收捲單元250與放捲單元270之間且對應開口202上方。加熱裝置300包含複數加熱單元310，各加熱單元310沿基板100傳動方向間隔排列設置。在此所述之加熱單元310較佳包含紅外線熱管、微波振盪器或其他適合的裝置，以熱輻射方式均勻加熱基板100之第二板面106。在本實施例中，加熱裝置300較佳加熱基板100升溫至攝氏70~90度間，使化學藥液210產生化學反應。然而在另一實施例中，加熱單元310亦可以通電方式直接加熱基板100，視需要而改變。
在如圖1所示之實施例中，本發明包含複數加壓滾輪260，各加壓滾輪260設置於收捲單元250及放捲單元270之間，以滾壓基板100受熱與化學藥液210產生的生成物(CdS)均勻且緻密地分布於基板100上。然而在不同的實施例中，基板100亦可因化學藥液210的不同而去除某物質等，根據不同的製程而改變。在本實施例中，每一加壓滾輪260較佳與各加熱單元310交錯設置，使加熱裝置300不因加壓滾輪260的阻擋而影響基板100的加熱情況。如圖3所示，各加壓滾輪260兩端較佳是固定於本製程設備110上，藉由如馬達(圖未示)等傳動裝置帶動加壓滾輪260轉動，以加壓基板100。
如圖2~圖4所示，本發明包含兩壓合塊320及兩溝槽220。各壓合塊320分別設置於開口202兩側並鄰近基板100側緣。各溝槽220與壓合塊320相應設置，各壓合塊320用以壓制基板100側緣，並限定基板100於各壓合塊320內位移。在如圖2~圖4所示之實施例中，各壓合塊320較佳由氣壓缸330及連桿322帶動。連桿322分別連接壓合塊320與氣壓缸330，用以控制壓合塊320在本製程設備110中壓制基板100的相對高度。各溝槽220形成於反應槽200之兩側，具有容置並回收溢出於開口202的化學藥液210，同時兼具有防止化學藥液210向外溢出的效果。換言之，化學藥液210控制在反應槽200之溝槽220內，而不會使化學藥液210噴出汙染基板100另一面及/或整個設備內部。
以下進一步說明壓合塊320之結構，如圖4所示，兩壓合塊320為L形剖面輪廓，一端朝溝槽220設置，另一端朝基板100方向設置。基板100兩側緣可抵觸於各壓合塊320的內壁。當可撓性基板100在收捲單元250與放捲單元270間移動時，基板100兩端緣被左右兩側的壓合塊320限制位移。也就是說，兩壓合塊320在垂直本製程設備110的方向上有效壓制可撓性基板100之位移，同時在基板100運行方向上具有限制基板100偏位/偏離製程設備110預設方向的效果。因此兩壓合塊320的設置，使可撓性基板100不會因為本身材質或者是加壓滾輪260壓力不均等影響，可更穩定地於製程設備110中運行。
此外，在製成硫化鎘的過程中，由於壓合塊320以及溝槽220的設置，使化學藥液210不會向上噴出而汙染基板100第二板面106及/或整個製程設備110內部。因此使化學藥液210較能保持於基板100的第一板面104接觸，減少溢出的風險，以利回收再利用。再者，基板100僅以第一板面104與化學藥液210進行化學反應，限制了基板100與化學藥液210的反應區域，因此可以減少化學藥液210的消耗量(相較於整個基板100與化學藥液210進行化學反應而言)。
如圖5及圖6所示，本發明另提供一種卷對卷製程系統。本實施例中之卷對卷製程系統與前述實施例之卷對卷製程設備主要的差異在於增加了一清洗裝置500及一烘乾裝置700。因此在此僅進一步介紹增加的清洗裝置500與烘乾裝置700，其餘元件與裝置請參考前述所陳之實施例，在此不再贅述。如圖5所示，清洗裝置500設置於收捲單元250及放捲單元270之間，用以噴灑液體，例如水或其他適合的液體，以清洗基板100。烘乾裝置700鄰接於清洗裝置500一側，用以烘乾已經過清洗的基板100。
如圖6所示，在本實施例中，清洗裝置500較佳為一水刀510或其他適合的裝置。烘乾裝置700則為一風刀710、一紅外線加熱槽或是其他適合的裝置。在如圖6所示之實施例中，廣義而言，更包含了基板100初始進入的捲出單元270及完成烘乾作業並將基板100捲入的捲入單元250，其中卷對卷製程設備110、清洗裝置500及烘乾裝置700則設置於收捲單元250與放捲單元270之間。
綜上所述，本發明儘管已將相關特定細節描述如上，但並不意味此等細節視為對本發明之範疇的限制。本發明的範圍應由後附申請專利範圍所界定，並涵蓋其合法均等物，並不限於先前的描述。
100‧‧‧基板
104‧‧‧第一板面
106‧‧‧第二板面
110‧‧‧製程設備
200‧‧‧反應槽
210‧‧‧化學藥液
250‧‧‧收捲單元
260‧‧‧加壓滾輪
270‧‧‧放捲單元
300‧‧‧加熱裝置
310‧‧‧加熱單元
Claims (14)
- 【第1項】一種卷對卷製程設備(110)，適用於在一基板(100)上進行一化學反應，該基板(100)具有相對的一第一板面(104)及一第二板面(106)，該卷對卷製程設備(110)包括:
一反應槽(200)，設有一開口(202)，該反應槽(200)用以容置一化學藥液(210)，該開口(202)提供該基板(100)的該第一板面(104)與該反應槽(200)內的該化學藥液(210)接觸；
一收捲單元(250)及一放捲單元(270)，分別對應設置於該反應槽(200)的相對兩側，該收捲單元(250)用以捲入該基板(100)，該放捲單元(270)用以捲出該基板(100)；以及
一加熱裝置(300)，設置於該收捲單元(250)與該放捲單元(270)之間且對應該反應槽(200)之該開口(202)，該加熱裝置(300)用以加熱該基板(100)之該第二板面(106)，使該基板(100)升溫並與該化學藥液(210)產生該化學反應。 - 【第2項】如請求項1所述之製程設備，包含複數加壓滾輪(260)，設置於該收捲單元(250)及該放捲單元(270)之間，以滾壓該基板(100)。
- 【第3項】如請求項1所述之製程設備，包含兩壓合塊(320)，分別設置於該反應槽(200)之該開口(202)兩側並鄰近該基板(100)側緣，該反應槽(200)兩側則包含與該壓合塊(320)相應設置的一溝槽(220)，該壓合塊(320)用以壓制該基板(100)側緣。
- 【第4項】如請求項1所述之製程設備，其中該加熱裝置(300)包含複數加熱單元(310)，各加熱單元(310)沿該基板(100)傳動方向間隔排列設置。
- 【第5項】如請求項1所述之製程設備，其中該加熱裝置(300)包含紅外線熱管或微波振盪器，以熱輻射方式均勻加熱該基板(100)之該第二板面(106)。
- 【第6項】如請求項1所述之製程設備，其中該基板(100)包含可撓性金屬基材、玻璃基材或塑膠基材。
- 【第7項】如請求項1所述之製程設備，其中該化學反應可為蝕刻製程、顯影製程、脫膜製程或鍍膜製程。
- 【第8項】如請求項7所述之製程設備，其中該鍍膜製程為化學水浴製程(Chemical Bath Deposition;CBD)。
- 【第9項】一種卷對卷製程系統，適用於在一基板(100)上進行一化學反應，該基板(100)具有相對的一第一板面(104)及一第二板面(106)，該卷對卷製程系統包括:
一反應槽(200)，設有一開口(202)，該反應槽(200)用以容置一化學藥液(210)，該開口(202)提供該基板(100)的該第一板面(104)與該反應槽(200)內的該化學藥液(210)接觸；
一收捲單元(250)及一放捲單元(270)，分別對應設置於該反應槽(200)的相對兩側，該收捲單元(250)用以捲入該基板(100)，該放捲單元(270)用以捲出該基板(100)；
一加熱裝置(300)，設置於該收捲單元(250)與該放捲單元(270)之間且對應該反應槽(200)之該開口(202)，該加熱裝置(300)用以加熱該基板(100)之該第二板面(106)，使該基板(100)升溫並與該化學藥液(210)產生該化學反應；
一清洗裝置(500)，設置在該收捲單元(250)及該放捲單元(270)之間，噴灑液體以清洗該基板(100)；以及
一烘乾裝置(700)，鄰接於該清洗裝置(500)，用以烘乾該基板(100)。 - 【第10項】如請求項9所述之製程系統，包含兩壓合塊(320)，分別設置於該反應槽(200)兩側並鄰近該基板(100)側緣，使該壓合塊(320)施壓至該基板(100)側緣，該反應槽(200)兩側則包含與該壓合塊(320)相應設置的一溝槽(220)。
- 【第11項】如請求項9所述之製程系統，其中該加熱裝置(300)包含複數加熱單元(310)，各加熱單元(310)沿該基板(100)傳動方向間隔排列設置。
- 【第12項】如請求項9所述之製程系統，其中該化學反應可為蝕刻製程、顯影製程、脫膜製程或鍍膜製程。
- 【第13項】如請求項9所述之製程系統，其中該清洗裝置(500)為一水刀(water jet) (510)。
- 【第14項】如請求項9所述之製程系統，其中該烘乾裝置(700)為一風刀(air knife) (710)或一紅外線加熱槽。
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