TW201810705A - 太陽能電池片之氫鈍化處理方法及其處理裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種太陽能電池片之氫鈍化處理方法，包括設定一光源的光照強度懸空照射太陽能電池片，該光照強度並產生輻射熱加熱太陽能電池片，而且使用一致冷介質致冷該太陽能電池片維持在一恆定溫度；其中，照射、加熱及致冷該太陽能電池片是同時進行，藉此改善太陽能電池片在氫鈍化處理過程中的妥善率。為此，本發明還提供一種實現上述方法的氫鈍化處理裝置。

Description

太陽能電池片之氫鈍化處理方法及其處理裝置

本發明涉及太陽能電池片的製程，特別有關太陽能電池片中氫源的鈍化處理，更具體的說，本發明是提供一種太陽能電池片之氫鈍化處理方法及其裝置。

太陽能電池片是由含有矽晶格的半導體晶片構成，由於在半導體晶片的產製過程中，難免存在結晶質量較差或純度不佳的矽晶格，然此，是造成太陽能電池片在使用過程中產生光衰現象進而影響電池效率及使用壽命的主因。

為了防止太陽能電池片產生光衰現象，目前在太陽能電池片的生產過程中，已見有業者利用光源來照射並加熱太陽能電池片，以便對太陽能電池中片所含的氫源進行鈍化處理。所謂氫源的鈍化處理，係指利用光源所提供之光照強度來照射熱太陽能電池片，並且利用光照過程中產生的熱能(例如輻射)來輔助加熱太陽能電池片，以便在提供充足光照強度及熱源的環境下，將氫原子結合到太陽能電池片的矽晶格內，填補結晶質量較差或純度不佳的矽晶格，而防止太陽能電池片在使用過程中產生光衰。

由於可生成光照強度及熱能的光源種類繁多，對於氫源的鈍化處理，CN 104701419 A及CN 101405875 A專利已廣義地揭露了對太陽能電池片依序進行事前預熱、光照同時加熱，以及加熱後冷卻的氫源鈍化處理技術。然而，太陽能電池片為了能夠取得有利於氫源鈍化的充足光照強度，而於接受光照過程中所能承受的加熱溫度的高或低，乃是氫源 鈍化處理良率是否符合期待的重要技術關鍵。

上述專利所教示利用的光源，並沒有提供如何維持其光照強度或控制熱幅射溫度的具體技術，乃至於常因光照不足而使得太陽能電池片中的氫原子均勻的受光而填補到矽晶格內，或者為了取得有利於鈍化的較強的光照強度，迫使太陽能電池片承受過高溫度而事得其反。

為了防止太陽能電池片能於鈍化過程中取得有利於鈍化的較強光照強度，並且避免遭遇到過高熱幅射溫度而影響氫鈍化效果，上述專利教示於光照及加熱太陽能電池片之後，迅即地冷卻太陽能電池片。惟，此種後冷作法類似於金屬材料的回火處理，在太陽能電池片接受光照及其熱幅射加熱當下，雖能獲得充足的光照，但因溫度過高影響了氫鈍化效果，事後的冷卻製程，並無法充分回復氫鈍化的效果，乃至於太陽能電池片經氫鈍化處理後可減少發生光衰現象的效果仍顯不彰而有待加以改善。

有鑑於此，本發明之目的，旨在解決太陽能電池片在氫源鈍化(氫鈍化)處理過程中，特別是太陽能電池片依序進行事前預熱、光照同時加熱以及加熱後冷卻的製程之中，針對該光照同時加熱太陽能電池片之中段程序，改善太陽能電池片接受光源所施加的光照強度及受熱溫度難以兩全其美的問題。

為了解決該問題，本發明之一較佳實施方案是提供一種太陽能電池片之氫鈍化處理方法，包括：設定一光源的光照強度懸空照射太陽能電池片，該光照強度並產生輻射熱加熱太陽能電池片，而且使用一致冷介質致冷該太陽能電池片維持在一恆定溫度；其中，照射、加熱及致冷該太陽能電池片是同時進行。

上述方法在進一步實施中，還包括：

所述光源由LED燈組提供。所述設定的光照強度為至少20個太陽光強，並產生大於250℃的幅射熱。所述恆定溫度為250℃。

所述致冷介質為一常溫或低於常溫的氣體。所述低溫氣體係在光源與太陽能電池片之間形成冷房，進而接觸太陽能電池片進行熱交換。

或者說，所述低溫氣體係係形成於太陽能電池片的底部，而接觸太陽能電池片進行熱交換。

為了具體實施上述方法，本發明之另一較佳實施方案是提供一種太陽能電池片之氫鈍化處理裝置，包括：一光照區，配置多個能提供光照強度而產生輻射熱的光源；一致冷區，配置於光照區之一相對端，且該致冷區提供有一致冷介質；一熱交換區，配置於光照區與致冷區之間，所述光照強度產生之幅射熱及致冷介質同時彙集於熱交換區中進行熱交換；及一輸送線，穿伸通過熱交換區，該輸送線並載運太陽能電池片通過熱交換區，所述太陽能電池片同時接受光照強度的懸空照射、輻射熱的加熱及致冷介質的接觸而達到一恆定溫度。

上述裝置在進一步實施中，還包括：

所述熱交換區還可以替換成配置於致冷區的底部，或者形成於致冷區的內部。

所述致冷區為一充填有低溫氣體的致冷器。

當熱交換區配置於光照區與致冷區之間時，所述光照區的光源懸空設於輸送線的頂部，且所述致冷器介設於輸送線的底部。

另當熱交換區形成於致冷區的內部時，所述光照區的光源懸空設於輸送線的頂部，所述致冷區為一充填有低溫氣體的冷房，所述冷房的頂部由透光玻璃建構而成，該光照強度及熱輻射穿透冷房頂部之玻璃而照射並加熱太陽能電 池片，該輸送線載運太陽能電池片穿伸通過冷房內的熱交換區。

根據上述內容，本發明能使太陽能電池片在氫鈍化處理過程中接受充足的光照，且太陽能電池片接受光照過程所生成的受熱溫度也能維持於一避免對太陽能電池片造成傷害的恆定溫度；藉此，使得通過氫鈍化處理後的太陽能電池片在使用過程中能減少發生光衰。

以上所述之方法與裝置之技術手段及其產生效能的具體實施細節，請參照下列實施例及圖式加以說明。

10‧‧‧太陽能電池片

20‧‧‧光照區

21‧‧‧LED燈組

22‧‧‧幅射熱

30‧‧‧致冷區

31‧‧‧致冷介質

33‧‧‧上端面

40‧‧‧輸送線

50‧‧‧熱交換區

圖1是本發明氫鈍化處理方法的解說圖。

圖2是本發明氫鈍化處理裝置之第一種實施例的配置示意圖。

圖3是本發明氫鈍化處理裝置之第二種實施例的配置示意圖。

首先，請參閱圖1，揭露本發明太陽能電池片之氫鈍化處理方法的一較佳實施例解說圖，說明提供一足以產生光照強度及輻射熱的光源來懸空照射(即光照)及加熱一太陽能電池片(10)，在照射時該光源的光照強度必須被預先設定於一定值，以便提供穩定的照度及幅射熱來鈍化太陽能電池片(10)中的氫原子，使氫原子均勻的受光而填補到矽晶格內。

請配合圖2所示的配置架構，說明本發明可取用由複數個LED燈所組成的LED燈組(21)作為圖1所示的光源，來懸空光照及加熱太陽能電池片(10)。依現有LED燈組的發光技術，使LED燈組釋放出至少20個太陽光強(包括20個太陽光強及20個太陽光強以上)的光照強度，且該光照強度可產生輻射熱來加熱太陽能電池片(10)，是具體可行的。在本 實施中，舉例將LED燈組(21)設定成提供20個太陽光強(定值)，並且在適當的懸空間隔距離下來照射太陽能電池片(10)，同時使用致冷介質(31)對太陽能電池片(10)施予冷卻，並用溫度感測導線或探針等元件來量測及取得太陽能電池片(10)的片體溫度為250℃左右。在此條件下，得知可有效的使氫原子均勻的受光而填補到太陽能電池片(10)中的矽晶格內，以達到防止太陽能電池片產生光衰的目的。

由於當超過20個太陽光強的LED燈組(21)所產生的熱輻射，在加熱太陽能電池片(10)過程中，相對的會讓太陽能電池片(10)受熱達到至少300℃以上的溫度，對於太陽能電池片(10)來說，處於300℃甚至更高的高溫環境下於氫鈍化之效果是不利的，因此對受熱達300℃以上高溫的太陽能電池片(10)進行冷卻，是有其必要性的。因此在本實施中，必須控制太陽能電池片(10)的片體受熱溫度維持在一恆定溫度，上述經量測取得的太陽能電池片(10)的片體溫度為250℃即為本實施例所定義的恆定溫度。由此可知，致冷介質(31)能在鈍化處理過程中對太陽能電池片(10)施予冷卻，使太陽能電池片(10)在接受20個太陽光強的LED燈組(21)照射及加熱的過程中，能持續維持在250℃的恆定溫度。

更進一步的說，本發明該光源所提供的光照強度並非一定要設定在20個太陽光強，實質上，該光照強度可以設定在20個太陽光強以上的一特定值，進而產生超過300℃以上的熱幅射高溫，此時，致冷介質(31)的致冷流量愈高或是溫度相對調的更低(例如用液態氮低溫接觸太陽能電池片)以利於進行熱交換，同樣的能使得太陽能電池片(10)的片體溫度能夠維持在250℃的恆定溫度。

由於太陽能電池片(10)的受熱溫度與光照強度、光照時間有關；在本發明中，利用致冷手段維持太陽能電池片(10)受光照及加熱時的片體溫度為一定值(例如上述250℃ 的恆定溫度)時，該光源所提供的光照強度和光照時間互成反比關係；換句話說，當光照強度愈強時，可有效縮短太陽能電池片(10)的光照時間；且光照強度愈強，愈有利於氫源的鈍化。雖然光照強度愈強所產生的熱幅射溫度愈高，但本發明透過上述冷卻手段，可使太陽能電池片(10)維持在氫鈍化所需的的一恆定溫度(例如250℃)。

上述中，該致冷介質(31)可以是選用冷風、冷空氣或氮氣等低溫氣體，並在往復流動循環的環境下致冷該太陽能電池片(10)；且知，LED燈組(21)產生的熱輻射，是可穿透所述作為致冷介質(31)的氣體，進而光照該太陽能電池片(10)。

上述中，光照、加熱及致冷該太陽能電池片(10)必須是同時進行，使得該太陽能電池片(10)在加熱及致冷同行進行的過程中能維持在所述的恆定溫度，經該恆定溫度的作用下，能促進氫鈍化處理的良率，進而減少太陽能電池片(10)於使用過程中減少發生光衰現象。

此外，依通常知識不難理解，當太陽能電池片(10)處於光照、加熱及致冷環境中，應用溫度感測導線或探針等元件來檢知及管制該環境下太陽能電池片(10)能維持於250℃的恆定溫度，是具體可行的。進一步的說，當溫度感測器檢知太陽能電池片(10)的受熱溫度高於所述恆定溫度時，能增加致冷介質(31)所供應的冷卻溫度作用該太陽能電池片(10)；相反的，當溫度感測器檢知太陽能電池片(10)的受熱溫度低於所述恆定溫度時，能減少致冷介質(31)所供應的冷卻溫度，而使得維持該太陽能電池片(10)於250℃的恆定溫度容易被實施及達成。如此實施，不但使得太陽能電池片(10)能受到有利於氫鈍化的充足光照，同時還能避免光照過程中太陽能電池片因受幅射熱加熱的溫度過高而受損。

為了便於實施上述方法，如圖2所示，為本發明 提供之氫鈍化處理裝置的第一種實施例，包括：一光照區(20)、一致冷區(30)、一熱交換區(50)及一輸送線(40)。其中：

該光照區(20)包含由多個LED燈組(21)串列組成光源，每個LED燈組(21)能提供至少20個太陽光強的光照強度(即照度)，該光照強度下並能生成輻射熱(22)來加熱太陽能電池片(10)；換句話說，光照區(20)的光源係懸空設於輸送線(40)的頂部。

該致冷區(30)可以是一致冷器，以提供冷風、冷空氣或氮氣等低溫氣體作為致冷介質(31)，並憑藉致冷介質(31)來冷卻太陽能電池片(10)。該致冷區(30)可以配置於光照區(20)之一相對端；如圖2所示實施中，所述相對端位於太陽能電池片(10)或輸送線(40)的底端。

該熱交換區(50)是由隧道式腔室所建構而成的一空間，配置於光照區(20)與致冷區(30)之間，所述光照強度及其產生之幅射熱(22)能穿透至熱交換區(50)，同時致冷介質(31)也能彙集於熱交換區中進行熱交換。

該輸送線(40)可以是由具網狀皮帶、滾輪或移動式夾爪等建構而成，且具有直線傳輸面穿伸通過熱交換區(50)，該輸送線(40)用以載運或夾持多個太陽能電池片(10)逐一通過熱交換區(50)，使所述太陽能電池片(10)同時接受光照強度的懸空照射、輻射熱(22)的加熱以及致冷介質(31)的接觸，而維持在所述恆定溫度。

其中，輸送線(40)載運太陽能電池片(10)通過熱交換區(50)的速度可以和上述光照區(20)提供至熱交換區(50)的幅射熱的溫度相互配合；換言之，通常知識者應不難理解當幅射熱的加熱溫度愈高時，輸送線(40)載運太陽能電池片(10)通過熱交換區(50)就愈快，反之則愈慢，以利於控制太陽能電池片(10)維持在所述恆定溫度。

請另參閱圖3，揭露本發明所提供之氫鈍化處理 裝置的第二種實施例，其與上述圖2實施例不同之處在於：該熱交換區(50)係形成於致冷區(30)的內部。如此實施時，該致冷區(30)的致冷器實質為一充填有低溫氣體的冷房，該冷房的上端面(33)，至少必須由透光玻璃框圍而成，且該熱交換區(50)實質為由該冷房內部的腔室構成，以便於光照區(20)產生之光照即其輻射熱能夠穿透致冷區(30)之上端面(33)的透光玻璃而進入熱交換區(50)，且致冷區(30)中的致冷介質(31)也能在冷房腔室內的熱交換區(50)中對流，而同時對輸送線(40)所載運的太陽能電池片(10)進行熱交換。如此實施，也能使得所述太陽能電池片(10)同時接受光照強度的懸空照射、輻射熱(22)的加熱以及致冷介質(31)的接觸，而維持在所述恆定溫度。

上述實施中，相關溫度的說明，是依申請人實驗所得而據實陳述，但由於LED燈組可產生的照度會隨著科技進步而與日俱增(高於20照度)，伴隨而來的，該LED燈組或其他光源所能產生的熱幅射溫度也會愈高(高於400℃)，因此在對太陽能電池片進行光照及加熱過程中同時施予冷卻，乃是本發明的技術重點，至於太陽能電池片之最佳氫鈍化處理的恆定溫度(250℃)也可能隨著太陽能電池片中矽晶體材料技術的精進而有所改變，因此在本發明中並不受限於所述相關溫度的拘束；相對的，只要在氫鈍化處理過程中，依循本發明上述實施例之方法，或使用本發明上述實施例之裝置，皆應歸屬本發明所思及概括的技術範疇。

換言之，以上實施例僅為表達了本發明的較佳實施方式，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。因此，本發明應以申請專利範圍中限定的請求項內容為準。

10‧‧‧太陽能電池片

Claims (19)

1. 一種太陽能電池片之氫鈍化處理方法，包括：設定一光源的光照強度懸空照射太陽能電池片，該光照強度並產生輻射熱加熱太陽能電池片，而且使用一致冷介質致冷該太陽能電池片維持在一恆定溫度；其中，照射、加熱及致冷該太陽能電池片是同時進行。
2. 如申請專利範圍第1項所述太陽能電池片之氫鈍化處理方法，其中所述光源由LED燈組提供。
3. 如申請專利範圍第2項所述太陽能電池片之氫鈍化處理方法，其中所述設定的光照強度為至少20太陽光強，並產生大於250℃的幅射熱。
4. 如申請專利範圍第1、2或3項所述太陽能電池片之氫鈍化處理方法，其中所述恆定溫度為250℃。
5. 如申請專利範圍第1、2或3項所述太陽能電池片之氫鈍化處理方法，其中所述致冷介質為一常溫或低於常溫的氣體。
6. 如申請專利範圍第5項所述太陽能電池片之氫鈍化處理方法，其中所述低溫氣體係在光源與太陽能電池片之間形成冷房，進而接觸太陽能電池片進行熱交換。
7. 如申請專利範圍第5項所述太陽能電池片之氫鈍化處理方法，其中所述低溫氣體係係形成於太陽能電池片的底部，而接觸太陽能電池片進行熱交換。
8. 一種太陽能電池片之氫鈍化處理裝置，包括：一光照區，配置多個能提供光照強度而產生輻射熱的光源；一致冷區，配置於光照區之一相對端，且該致冷區提供有一致冷介質；一熱交換區，配置於光照區與致冷區之間，所述光照 強度產生之幅射熱及致冷介質同時彙集於熱交換區中進行熱交換；及一輸送線，穿伸通過熱交換區，該輸送線並載運太陽能電池片通過熱交換區，所述太陽能電池片同時接受光照強度的懸空照射、輻射熱的加熱及致冷介質的接觸而達到一恆定溫度。
9. 如申請專利範圍第8項所述太陽能電池片之氫鈍化處理裝置，其中所述光源由LED燈組產生。
10. 如申請專利範圍第9項所述太陽能電池片之氫鈍化處理裝置，其中所述光照強度為至少20個太陽光強，並產生大於250℃的幅射熱。
11. 如申請專利範圍第8、9或10項所述太陽能電池片之氫鈍化處理方法，其中所述恆定溫度為250℃。
12. 如申請專利範圍第8、9或10項所述太陽能電池片之氫鈍化處理裝置，其中所述致冷介質為一常溫或低於常溫的氣體。
13. 如申請專利範圍第12項所述太陽能電池片之氫鈍化處理裝置，其中所述光照區的光源懸空設於輸送線的頂部，所述致冷區為一充填有低溫氣體的致冷器，所述致冷器設於輸送線的底部。
14. 一種太陽能電池片之氫鈍化處理裝置，包括：一光照區，配置多個能提供光照強度而產生輻射熱的光源；一致冷區，配置於光照區之一相對端，且該致冷區提供有一致冷介質；一熱交換區，形成於致冷區的內部，所述光照強度穿透致冷區而照射至熱交換區，所述光照強度產生之幅射熱及致冷介質同時彙集於熱交換區中進行熱交換；及一輸送線，穿伸通過致冷區內部的熱交換區，該輸送 線並載運太陽能電池片通過熱交換區，所述太陽能電池片同時接受光照強度的懸空照射、輻射熱的加熱及致冷介質的接觸而達到一恆定溫度。
15. 如申請專利範圍第14項所述太陽能電池片之氫鈍化處理裝置，其中所述光源由LED燈組產生。
16. 如申請專利範圍第15項所述太陽能電池片之氫鈍化處理裝置，其中所述光照強度為至少20個太陽光強，並產生大於250℃的幅射熱。
17. 如申請專利範圍第14、15或16項所述太陽能電池片之氫鈍化處理裝置，其中所述恆定溫度為250℃。
18. 如申請專利範圍第14、15或16項所述太陽能電池片之氫鈍化處理裝置，其中所述致冷介質為一常溫或低於常溫的氣體。
19. 如申請專利範圍第18項所述太陽能電池片之氫鈍化處理裝置，其中所述光照區的光源懸空設於輸送線的頂部，所述致冷區為一充填有低溫氣體的冷房，所述冷房之一上端面由透光玻璃框圍而成，該光照強度及輻射熱穿透該透光玻璃而進入冷房，而與致冷介質一起對太陽能電池片進行熱交換。