TWI385266B - Atomization coating device - Google Patents

Description

霧化鍍膜裝置

本發明係關於一種鍍膜裝置，特別是一種霧化鍍膜裝置。

濺鍍裝置廣泛應用於薄膜太陽能電池的製程上，如中華民國公告第M322057號「薄膜太陽能濺鍍裝置」新型專利，請參閱第1圖所示，該濺鍍裝置9包含一反應腔體91、一電源92、一靶材93、一承座94、一第一通道95及一第二通道96。其中，該電源92正極耦接該反應腔體91，且電源92負極耦接該靶材93及該承座94。該承座94係用以置放一基板8。

在進行濺鍍之前，必須設置一真空幫浦透過該第一通道95將該反應腔體91內的氣體抽離。接著，設置一反應氣體供應裝置，以提供一反應氣體(通常為氬氣)由該第二通道96注入該反應腔體91內，將該電源92通電，使該反應氣體化為電漿的離子轟擊(Ion Bombardment)該靶材93，該靶材93噴濺出一靶材原子並鍍於該基板8上形成一薄膜81。

惟，將該濺鍍裝置9應用於薄膜太陽能電池的製程上存在下列幾個缺點：第一、該濺鍍裝置9若選擇導電性佳的金屬材質作為該基板8，則濺鍍於該基板8表面之該薄膜81存在附著性不佳的問題。第二、該濺鍍裝置9受限於該基板8及靶材93相互之間的配置問題，所形成之該薄膜81無法均勻且以立體結構全面覆蓋該基板8表面。第三、該濺鍍裝置9於該基板8表面形成該薄膜81後，仍須經過一道熱退火的步驟以完成薄膜太陽能電池的製程，於此生產的過程需耗費較高的成本。

本發明主要目的係提供一種霧化鍍膜裝置，該霧化鍍膜設置一導熱座，藉由該導熱座於基板上進行該薄膜的熱處理，以改善附著性不佳之問題者。

本發明次一目的係提供一種霧化鍍膜裝置，該霧化鍍膜設置一導熱座，藉由該導熱座挾持該基板，使該薄膜可以均勻且以立體的結構全面覆蓋該基板表面。

本發明再一目的係提供一種霧化鍍膜裝置，該霧化鍍膜設置一導熱座，藉由該導熱座於基板上進行熱退火處理，以減少製程步驟並且降低生產成本。

本發明係提供一種霧化鍍膜裝置係包含一造霧腔體、一鍍膜腔體及一連通管。該造霧腔體以供容納一欲鍍物溶液，於該造霧腔體內設置一造霧元件。該鍍膜腔體內部具有互相對應的兩側，分別為一第一側及一第二側，該第一側設置一導熱座，且該導熱座與一加熱元件電性耦合。該連通管兩端分別連接該造霧腔體及該鍍膜腔體。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第2圖所示，本發明第一實施例之霧化鍍膜裝置1係包含一造霧腔體11、一鍍膜腔體12及一連通管13。其中，該連通管13兩端分別連結該造霧腔體11及該鍍膜腔體12。

該造霧腔體11以供容納一欲鍍物溶液111，於該造霧腔體內11設置一造霧元件112。其中該欲鍍物溶液111較佳的選擇為二氧化鈦溶液，該造霧元件112較佳的選擇為超音波霧化器。該造霧腔體11更包含一上蓋113，該上蓋113設置於該造霧腔體11之頂部，該上蓋113包含一孔洞1131及一入口1132，該孔洞1131及該入口1132各別貫穿該上蓋113之相對兩個表面。其中，該孔洞1131設置一風扇114。

該鍍膜腔體12內部具有互相對應的兩側分別為一第一側121及一第二側122，該第一側121設置一導熱座123，該導熱座123與一加熱元件124電性耦合。該第二側122包含一出口1221及一排氣口1222。藉由該排氣口1222的設置，使該鍍膜腔體12內的壓力維持一定值。該導熱座123包含一第一挾持部1231及一第二挾持部1232，該一第一挾持部1231及該一第二挾持部1232分別設置於該導熱座123兩端。該第一挾持部1231及該第二挾持部1232皆為導熱性材質。設置於該導熱座123兩端之該第一挾持部1231或該第二挾持部1232可以依使用者選擇所欲設置的數量，較佳的數量係該第一挾持部1231及該第二挾持部1232各為兩個。

該連通管13兩端分別連接該入口1132及該出口1221，使得該造霧腔體11及該鍍膜腔體12藉由該連通管13相互連結。

本發明之霧化鍍膜裝置1於實際使用時，主要係利用該造霧元件112於該造霧腔體11內產生微米級之數個霧滴115。另外，於該鍍膜腔體12內設置一基板14，如第2圖及第3圖所示，該基板14較佳的結構選擇為金屬網狀或金屬線狀。該基板14被挾持於該導熱座123上，該導熱座123可以藉由該加熱元件124對該基板14加熱。當該霧滴115通過該連通管13至該鍍膜腔體12並且附著於該基板14表面時，透過對該基板14加熱以乾燥或以熱裂解反應的方式於該基板14上形成一薄膜141。本發明之霧化鍍膜裝置1若選擇金屬網狀之該基板14並不會產生堵塞網眼而無法順利鍍膜之問題，因該霧滴115的粒徑遠小於網眼的孔徑。

該造霧元件112的機械振動傳給該欲鍍物溶液111，靠近該欲鍍物溶液111表面處以超音波高頻震盪在液面上形成空化作用。由於該欲鍍物溶液111表面處，有強烈超音波束的聚焦作用，而使液體形成有限振幅的毛細表面波，同時由於液體氣穴現象影響而使毛細表面的液體脫離形成霧氣(aerosol)。藉由此種方法，可造出微米級之該霧滴115，該霧滴115之粒徑範圍介於1μm到1mm之間，較佳的範圍介於5到10μm之間。其中該欲鍍物溶液111的黏滯係數、表面張力、密度都會影響由該造霧元件112形成之該霧滴115的體積大小，且該造霧元件112的震動速度越快，該霧滴115的體積越小。

藉由該風扇114推動該霧滴115通過該連通管13至該鍍膜腔體12，可利用該風扇114轉速的快慢控制送至該鍍膜腔體12之該霧滴115的大小，使得附著於該基板14上之該霧滴115的大小可以得以篩選。該連通管13可以隔絕該造霧元件112造霧時產生水花四濺的干擾，進而提升該薄膜141的品質。

當該霧滴115附著於該基板14表面時，透過對該基板14加熱使該霧滴115迅速汽化並穩固附著於該基板14上，以便形成該薄膜141。於此，該導熱座123除了負責固定該基板14外，同時與該加熱元件124耦接，藉由該加熱元件124控制電流的大小達到對該基板14溫度控制的目的，該導熱座123可同時於該基板14上進行該薄膜141的熱處理及熱退火等動作。

該霧化鍍膜裝置1係用以製作染料敏化太陽能電池之工作電極。染料敏化太陽能電池之工作電極主要由該基材14表面形成奈米二氧化鈦(TiO2)之該薄膜141，二氧化鈦為一具有高介電常數、高折射率、化學性質穩定及硬度高等性質。影響染料敏化太陽能電池的效率有兩個重要因素，分別為光子的吸收效率和載子轉移效率。光子的吸收和染料有很大的關聯性，若依附在二氧化鈦表面的染料分子越多，則光子的吸收效率越高，尤其是會改善內部量子效應，因此提高該基板14上該薄膜141(二氧化鈦薄膜)的表面積可以提升染料敏化太陽能電池的效率。

本發明之該霧化鍍膜裝置1係利用該第一挾持部1231及該第二挾持部1232挾持該基板14兩端，該基板14於立體空間上並無任何障礙，再加上該霧滴115充滿於該鍍膜腔體12內部，當該霧滴115接觸該基板14會迅速汽化而形成該薄膜141，該薄膜141可以均勻且以立體結構全面覆蓋該基板14表面，因此本發明之該霧化鍍膜裝置1相較習知該濺鍍裝置9於製造出來的染料敏化太陽能電池中工作電極的光子的吸收效率較高。

另一重要的因素就是載子轉移效率的部份。無機的太陽能電池，如單晶矽太陽能電池，因為載子分離成電子電洞後，電子的傳輸都是在單晶的材料中傳輸，因此無機太陽能電池的載子轉移效率幾乎是100%，但是染料敏化太陽能電池的電荷傳輸層是由多孔洞的所構成。當電荷要跨過兩個不同的二氧化鈦粒子的介面時，會利用不同的傳輸機制例如：量子穿遂或是擴散效應，這些不同的傳輸方式都會使載子轉移的效率降低。若染料敏化太陽能電池的外部電極可以即時的將二氧化鈦接收到之電子傳輸至外部負載，亦可相對提高染料敏化太陽能電池的效率。因此電極較佳的選擇為導電性佳的金屬材質。

本發明之該霧化鍍膜裝置1係選用導電性佳的金屬材質作為該基板14，藉由該導熱座123可於該基板14上進行該薄膜141的熱處理動作，改善附著性不佳的問題，因此本發明之該霧化鍍膜裝置1相較習知該濺鍍裝置9於製造出的染料敏化太陽能電池中工作電極的載子轉移效率較高。另外，習知的基板材料選用氧化銦錫(ITO)或氟錫氧化物(FTO)透明導電玻璃，本發明以金屬材質作為該基板14，其串聯電阻較低所以可以大面積製作染料敏化太陽能電池的工作電極。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

[本發明]

1．．．霧化鍍膜裝置

11．．．造霧腔體

111．．．欲鍍物溶液

112．．．造霧元件

113．．．上蓋

1131．．．孔洞

1132．．．入口

114．．．風扇

115．．．霧滴

12．．．鍍膜腔體

121．．．第一側

122．．．第二側

1221．．．出口

1222．．．排氣口

123．．．導熱座

1231．．．第一挾持部

1232．．．第二挾持部

124．．．加熱元件

13．．．連通管

14．．．基板

141．．．薄膜

[習知]

8．．．基板

81．．．薄膜

9．．．濺鍍裝置

91．．．反應腔體

92．．．電源

93．．．靶材

94．．．承座

95．．．第一通道

96．．．第二通道

第1圖：習知薄膜太陽能濺鍍裝置之側視剖面圖。

第2圖：本發明第一實例霧化鍍膜裝置之側視剖面圖。

第3圖：本發明基板之結構外觀圖。

1．．．霧化鍍膜裝置

11．．．造霧腔體

111．．．欲鍍物溶液

112．．．造霧元件

113．．．上蓋

1131．．．孔洞

1132．．．入口

114．．．風扇

115．．．霧滴

12．．．鍍膜腔體

121．．．第一側

122．．．第二側

1221．．．出口

1222．．．排氣口

123．．．導熱座

1231．．．第一挾持部

1232．．．第二挾持部

124．．．加熱元件

13．．．連通管

14．．．基板

141．．．薄膜

Claims (6)

1. 一種霧化鍍膜裝置，包含：一造霧腔體，該造霧腔體以供容納一欲鍍物溶液，於該造霧腔體內設置一造霧元件；一鍍膜腔體，該鍍膜腔體內部具有互相對應的兩側分別為一第一側及一第二側，該第一側設置一導熱座，且該導熱座與一加熱元件電性耦合；一連通管，該連通管兩端分別連接該造霧腔體及該鍍膜腔體。
2. 依申請專利範圍第1項所述之霧化鍍膜裝置，更包含一上蓋，該上蓋設置於該造霧腔體之頂部，該上蓋包含一孔洞及一入口，該孔洞及該入口各別貫穿該上蓋之相對兩個表面。
3. 依申請專利範圍第2項所述之霧化鍍膜裝置，其中該孔洞設置一風扇。
4. 依申請專利範圍第2項所述之霧化鍍膜裝置，其中該第二側包含一出口，該連通管兩端分別連接該入口及該出口。
5. 依申請專利範圍第1項所述之霧化鍍膜裝置，其中該導熱座包含至少一第一挾持部及至少一第二挾持部，該至少一第一挾持部及該至少一第二挾持部分別設置於該導熱座兩端。
6. 依申請專利範圍第1項所述之霧化鍍膜裝置，其中該霧化鍍膜裝置係用以製作染料敏化太陽能電池之工作電極。