TWI419351B - 化學浴沉積機台及分配支流結構 - Google Patents

Description

化學浴沉積機台及分配支流結構

本發明係關於一種化學浴沉積機台及分配支流結構，尤其關於一種能夠形成均勻流場的化學浴沉積機台及分配支流結構。

銅銦鎵硒太陽能電池中的銅銦鎵硒(copper indium gallium(di)selenide)層是屬於一種多晶薄膜形式的化合物半導體，其是由銅、銦、鎵以及硒所組成的一三六族化合物半導體材料。圖1顯示習知銅銦鎵硒太陽能電池的示意圖。圖2顯示習知銅銦鎵硒太陽能電池製造方法的流程圖。如圖1及圖2所示，習知銅銦鎵硒太陽能電池製造方法包含以下步驟。

步驟S02：形成一第一電極層112於一玻璃基板111上。例如，可以沉積一鉬金屬層作為第一電極層112。步驟S04：形成一銅銦鎵硒層113於第一電極層112上。步驟S06：形成一硫化鎘層114於銅銦鎵硒層113上。步驟S08：形成一第二電極層115於硫化鎘層114上。例如，可以沉積一氧化鋅(ZnO)或氧化銦錫(ITO)層作為第二電極層115。最後，即可以形成一銅銦鎵硒太陽能電池100。

步驟S06中，依據一標準參數，分別混入鎘鹽類化合物(Cd salt)、氨水(NH3)、有機硫化物(THS)及水作為一反應液，將反應液注入反應槽中，來將硫化鎘層114形成於銅銦鎵硒層113上。

於習知技術中，化學浴沉積(CBD)機台的反應槽分成水平式及直立式。圖3顯示習知具有直立式反應槽之化學浴沉積機台其正面及側面的示意圖，圖3(A)為正面示意圖，圖3(B)為側面示意圖。如圖3所示，化學浴沉積機台200包含一反應槽210及循環幫浦220。循環幫浦220透過多個管線而與反應槽210連通，並驅動反應液體流動，而形成一流體的循環流路。反應槽210的下側呈漏斗狀。於操作中，反應液自反應槽210上方的兩側邊注入於反應槽210內，流經漏斗狀的反應槽210的下側後，被循環幫浦220再傳送至反應槽210上方的兩側邊。

然而，依據習知技術所形成之硫化鎘層114，表面較為粗糙且膜厚較為不均，嚴重時會影響到製造良率，因此尚具有改良的空間，且需要一種能夠提高銅銦鎵硒太陽能電池之品質的化學浴沉積機台。

本發明一實施例之目的在於提供一種能夠形成均勻流場的化學浴沉積機台及分配支流結構。一實施例中，提供一種能夠形成較均勻膜厚之薄膜的化學浴沉積機台及分配支流結構。一實施例中，提供一種粒子較不易附著於基板表面的化學浴沉積機台及分配支流結構。

依據本發明一實施例，提供一種化學浴沉積機台，適於使一基板浸泡於一反應液中，藉以在該基板上形成一薄膜。化學浴沉積機台包含一反應槽、一分配支流結構、以及一循環幫浦。反應槽儲存有反應液，用於使基板浸泡於反應液。分配支流結構包含一輸入口、多個輸出口及多個流徑，該些流徑分別連通於輸入口及該些輸出口。循環幫浦透過分配支流結構連通於反應槽，並驅動反應液通過該些流徑，而流進反應槽，並且反應液在該些流徑內的流動阻力大致相同。

於一實施例中，反應槽包含一第一側及相對於第一側之一第二側，且該些輸出口連通於反應槽之第一側。化學浴沉積機台可以更包含一三角堰結構設於反應槽之第二側。且化學浴沉積機台可以更包含一準直結構，設置於反應槽之第一側上，供反應液自分配支流結構的該些輸出口流出後，預先流經準直結構後，再從第二側流出反應槽。

依據本發明一實施例提供一種分配支流結構。於前述分配支流結構及前述化學浴沉積機台的分配支流結構的一實施例中，分配支流結構包含至少一支流結構，且至少一支流結構包含一接頭、一第一支流管及一第二支流管。接頭連通於輸入口，第一支流管連通於接頭及該些輸出口其中之一，第二支流管連通於接頭及該些輸出口其中之另一，且第一支流管大致上對應於第二支流管。較佳的情況是分配支流結構包含多數個支流結構，該些支流結構依據反應液的流過順序形成上下游的關係。

依據本發明一實施例提供一種分配支流結構。於前述分配支流結構及前述化學浴沉積機台的分配支流結構的一實施例中，分配支流結構包含第一級支流結構及二個第二級支流結構。第一級支流結構包含一第一級接頭、一第一級第一支流管及一第一級第二支流管。第一級接頭連通於輸入口。第一級第一支流管其一端連通於第一級接頭。第一級第二支流管其一端連通於第一級接頭。二個第二級支流結構分別包含一第二級接頭、一第二級第一支流管及一第二級第二支流管。第二級接頭分別連通於第一級第一支流管或第一級第二支流管的另一端。第二級第一支流管其一端連通於第二級接頭及其另一端該些輸出口其中之一。第二級第二支流管其一端分別連通於第二級接頭且其另一端該些輸出口其中之另一。第一級第一支流管對應於第一級第二支流管，且該些第二級第一支流管分別對應於該些第二級第二支流管。

依據本發明一實施例，反應液進入反應槽前預先通過分配支流結構，於分配支流結構中包含多個分支流路，且反應液於該些分支流路中的流動阻力大致相同，因此通過分配支流結構，反應液會得到較平均的流場。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖4顯示本發明一實施例之化學浴沉積機台其正面及側面的示意圖，圖4(A)為正面示意圖，圖4(B)為側面示意圖。如圖4所示，化學浴沉積(Chemical Bath Deposition；CBD)機台300包含一反應槽310、一輔助槽360、一分配支流(distribution branch)結構330及循環幫浦320。循環幫浦320透過分配支流結構330連通於反應槽310，並驅動反應液體流動，而形成一流體的循環流路。

更具體而言，分配支流結構330適於調整反應液的流場，使反應液流出分配支流結構330後具有較均勻的流場，其包含一輸入口501、多個輸出口502及多個流徑(請參照圖5及圖7)。流徑分別連通於輸入口501及該些輸出口502反應液自輸入口501流入分配支流結構330內，並流經分配支流結構330中的多個流徑後從多個輸出口502流出，該些輸出口502連通於反應槽310的底部，且大致上均勻地分配於反應槽310的底部，較佳的情況是反應液在該些流徑內的流動阻力大致相同，因此反應液經過分配支流結構330並流入反應槽310內後，會在反應槽310中形成較均勻的流場。反應液再從反應槽310底部流向頂部，溢出反應槽310後，進入輔助槽360。循環幫浦320再將反應液從輔助槽360傳送入分配支流結構330。

兩個銅銦鎵硒太陽能電池100的玻璃基板111，垂直地置於在反應槽310內部，兩玻璃基板111之正面互相對向，反應液流經兩玻璃基板111之正面，而於其上沈積硫化鎘層114。

再請參照圖3，於習知技術中，反應液自反應槽210上方的兩側邊注入於反應槽210內後，反應液會於反應槽210內中間部分；以及反應槽210內下方的兩側形成漩渦，造成流場不均勻的現象，使得硫化鎘層114的膜厚較為不均勻。相較於習知技術，依據本發明一實施例，反應液在反應槽310內部的流場較為均勻，因此所製得之硫化鎘層114的膜厚較習知技術均勻。因而能夠得到較高品質的銅銦鎵硒太陽能電池。此外，於習知技術中，由於較易形成漩渦，擾動反應槽中的粒子，使該些粒子形成巨大之顆粒附著於玻璃基板111的表面上，造成缺陷過多，而影響銅銦鎵硒太陽能電池100的品質。

圖5顯示本發明一實施例之分配支流結構的示意圖。如圖5所示，分配支流結構330可以僅包含一個支流結構331，支流結構331包含一T型接頭510、以及連通於T型接頭510的一第一支流管511與一第二支流管512。圖6顯示本發明一實施例之T型接頭的示意圖。如圖6所示，反應液自T型接頭510的一端進入T型接頭510後，受到行進方向之前方的壁面阻檔，而轉向側邊的兩端出口，再分別進入第一支流管511及第二支流管512。因此，於T型接頭510中，反應液轉向側邊兩端之流動的阻力大致相同。甚者，第一支流管511大致上對應於第二支流管512藉以使反應液在第一支流管511及第二支流管512內流動的阻力大致相同。較佳的情況是第一支流管511的口徑及長度大致上等於第二支流管512的口徑及長度。於一實施例中，第一支流管511可以大致上對稱於第二支流管512。藉由如上設計，能夠使反應液在T型接頭510與第一支流管511的路徑內；及T型接頭510與第二支流管512的路徑內的流動阻力大致相同。

圖7顯示本發明一實施例之分配支流結構的示意圖。圖7實施例之分配支流結構與圖5實施例之分配支流結構大致相同，因此相同的結構使用相同的符號並省略其相關說明，以下進一步說明兩者間的相異處。分配支流結構330包含多個支流結構，且該些支流結構依據其上下游的關係區分成多數個級別。於圖7實施例中，分配支流結構330包含一第一級支流結構331；分別位於第一級支流結構331下游的兩個第二級支流結構332；分別位於該些第二級支流結構332下游的四個第三級支流結構333；以及分別位於第三級支流結構333下游的八個第四級支流結構334。

更具體而言，以下以分配支流結構330包含第一級支流結構331及二個第二級支流結構332作為示例加以說明。第一級支流結構331包含一第一級接頭510、一第一級第一支流管511及一第一級第二支流管512。第一級接頭510連通於輸入口501。第一級第一支流管511其一端連通於第一級接頭510。第一級第二支流管512其一端連通於第一級接頭510。二個第二級支流結構332分別包含一第二級接頭510a或510b、一第二級第一支流管511a或511b及一第二級第二支流管512a或512b。第二級接頭510a或510b分別連通於第一級第一支流管511或第一級第二支流管512的另一端。第二級第一支流管511a或511b其一端連通於第二級接頭510a或510b及其另一端該些輸出口502其中之一。第二級第二支流管512a或512b其一端分別連通於第二級接頭510a或510b且其另一端該些輸出口502其中之另一。第一級第一支流管511對應於第一級第二支流管512，且該些第二級第一支流管511a及511b分別對應於該些第二級第二支流管512a及512b。

應了解的是，於本發明中使用“A元件連通B元件”的用語，係指流體能夠流過B元件後再流過A元件；或者流體能夠流過A元件後再流過B元件。因此，如圖7所示，第二級第二支流管512a或512b其另一端雖然沒有直接連接於該些輸出口502，但流體能夠流過第二級第二支流管512a或512b其另一端再流過該些輸出口502其中之一。

藉由如上設計，能夠使反應液在該些支流結構331~334內之流動路徑內的流動阻力大致相同。再者，由於每一流動路徑皆會經過相同級別的支流結構，因此能夠達到均勻分配反應液之流場的效果，反應液流出該些輸出口502後，流場會較為均勻。此外較佳的情況是，兩相鄰之輸出口502間的距離大致相同，藉以使反應液流進反應槽310內後，在反應槽310內的流場較為均勻。

此外，雖然上述實施例中，僅以T型接頭510包含兩個側邊的輸出口作為示例加以說明，本發明不限定於此。T型接頭510為市售常見的接頭，具有製造方便以及容易取得的優點，然而於一實施例中，亦能夠使用包含兩個以上之側邊輸出口的接頭。

圖8顯示本發明一實施例之化學浴沉積機台其正面及側面的示意圖，圖8(A)為正面示意圖，圖8(B)為側面示意圖。圖9顯示圖8之三角堰結構之一缺口的示意圖。圖8實施例之化學浴沉積機台與圖4實施例之化學浴沉積機台大致相同，因此相同的結構使用相同的符號並省略其相關說明，以下說明兩者間的相異處。如圖8所示，於反應槽310的頂側，設有一個三角堰(triangular weir)結構340。如圖9所示，反應液從三角形的缺口341之底端流至輔助槽360中，最後循環幫浦320再抽取輔助槽360中的反應液至分配支流結構330中。

在未設置三角堰結構340的實施例中，當反應液溢出反應槽310時，會從反應槽310之頂側的壁面頂端溢出，若壁面頂端為傾斜時，反應液溢出時也是傾斜地溢出至輔助槽360中，而導致流場不均勻。於圖8實施例中，反應液從反應槽310之頂側的三角堰結構340的缺口341之底端流出時，反應液的頂面還能夠維持一水平面，因此可以使反應槽310中的流場較為均勻。

圖10顯示本發明一實施例之化學浴沉積機台其正面及側面的示意圖，圖10(A)為正面示意圖，圖10(B)為側面示意圖。圖10實施例之化學浴沉積機台與圖8實施例之化學浴沉積機台大致相同，因此相同的結構使用相同的符號並省略其相關說明。如圖10所示，化學浴沉積機台300更包含一準直結構(collimator)350。於本實施例中，準直結構350置於反應槽310的底部，反應液自分配支流結構330的該些輸出口502流出後，預先流經準直結構350後，再流過玻璃基板111，最後從反應槽310的頂部流出。準直結構350包含有多個垂直管，該些垂直管的延伸方向大致平行反應槽310的壁面，且大致上平行反應液的於反應槽310中的流動方向，該些垂直管能夠使反應液的流場更為均勻，因此經反應後沈積於玻璃基板111上之硫化鎘層114的膜厚，相較於圖8實施例，會更為均勻。

依據本發明一實施例，反應液進入反應槽310前預先通過分配支流結構330，於分配支流結構330中包含多個分支流路，且反應液於該些分支流路中的流動阻力大致相同，因此通過分配支流結構330，反應液會得到較平均的流場。於一實施例中，於分配支流結構330包含至少一支流結構331，支流結構331的T型接頭510均勻地將反應液導向T型接頭510的輸出端，且T型接頭510的第一支流管511與一第二支流管512兩者之長度大致相同，藉此使反應液在支流結構331中的多個路徑的流動阻力大致相同，而能夠得到較均勻的流場。依據本發明一實施例，由於反應液在反應槽中的流場較為均勻，因此所製得之硫化鎘層114的膜厚較為均勻，而能夠得到品質較佳的銅銦鎵硒太陽能電池100。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，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內，當可作些許之更動與潤飾，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。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

100．．．銅銦鎵硒太陽能電池

111．．．玻璃基板

112．．．第一電極層

113．．．銅銦鎵硒層

114．．．硫化鎘層

115．．．第二電極層

200．．．化學浴沉積機台

210．．．反應槽

220．．．循環幫浦

300．．．化學浴沉積機台

310．．．反應槽

320．．．循環幫浦

330．．．分配支流結構

331．．．第一級支流結構

332．．．第二級支流結構

333．．．第三級支流結構

334．．．第四級支流結構

340．．．三角堰結構

341．．．三角堰結構的缺口

350．．．準直結構

360．．．輔助槽

501．．．輸入口

502．．．輸出口

510．．．第一接頭

510a．．．第二級接頭

510b．．．第二級接頭

511．．．第一級第一支流管

511a．．．第二級第一支流管

511b．．．第二級第一支流管

512．．．第一級第二支流管

512a．．．第二級第二支流管

512b．．．第二級第二支流管

圖1顯示習知銅銦鎵硒太陽能電池的示意圖。

圖2顯示習知銅銦鎵硒太陽能電池製造方法的流程圖。

圖3顯示習知具有直立式反應槽之化學浴沉積機台其正面及側面的示意圖。

圖4顯示本發明一實施例之化學浴沉積機台其正面及側面的示意圖。

圖5顯示本發明一實施例之分配支流結構的示意圖。

圖6顯示本發明一實施例之T型接頭的示意圖。

圖7顯示本發明一實施例之分配支流結構的示意圖。

圖8顯示本發明一實施例之化學浴沉積機台其正面及側面的示意圖。

圖9顯示圖8之三角堰結構之一缺口的示意圖。

圖10顯示本發明一實施例之化學浴沉積機台其正面及側面的示意圖。

330‧‧‧分配支流結構

331．．．第一級支流結構

332．．．第二級支流結構

333．．．第三級支流結構

334．．．第四級支流結構

501．．．輸入口

502．．．輸出口

510．．．第一接頭

510a．．．第二級接頭

510b．．．第二級接頭

511．．．第一級第一支流管

511a．．．第二級第一支流管

511b．．．第二級第一支流管

512．．．第一級第二支流管

512a．．．第二級第二支流管

512b．．．第二級第二支流管

Claims (7)

1. 一種化學浴沉積機台，適於使一基板浸泡於一反應液中，藉以在該基板上形成一薄膜，該化學浴沉積機台包含：一反應槽，儲存有該反應液，用於使該基板浸泡於該反應液；一分配支流結構，包含一輸入口、多個輸出口及多個流徑，該些流徑分別連通於該輸入口及該些輸出口；以及一循環幫浦，透過該分配支流結構連通於該反應槽，並驅動該反應液通過該些流徑，而流進該反應槽，其中該反應液在該些流徑內的流動阻力大致相同。
2. 如申請專利範圍第1項所述之化學浴沉積機台，其中該分配支流結構包含至少一支流結構，該至少一支流結構包含：一接頭，連通於該輸入口；一第一支流管，連通於該接頭及該些輸出口其中之一；以及一第二支流管，連通於該接頭及該些輸出口其中之另一，其中該第一支流管大致上對應於該第二支流管。
3. 如申請專利範圍第2項所述之化學浴沉積機台，其中該分配支流結構包含多數個支流結構，該些支流結構依據該 反應液的流過順序形成上下游的關係。
4. 如申請專利範圍第1項所述之化學浴沉積機台，其中該分配支流結構包含：一第一級支流結構包含：一第一級接頭，連通於該輸入口；一第一級第一支流管，其一端連通於該第一級接頭；以及一第一級第二支流管，其一端連通於該第一級接頭，二個第二級支流結構分別包含：一第二級接頭，分別連通於該第一級第一支流管或該第一級第二支流管的另一端；一第二級第一支流管，其一端連通於該第二級接頭且其另一端該些輸出口其中之一；以及一第二級第二支流管，其一端連通於該第二級接頭且其另一端該些輸出口其中之另一，其中該第一級第一支流管的口徑及長度大致上相同於該第一級第二支流管的口徑及長度，且該些第二級第一支流管的口徑及長度大致上相同於該些第二級第二支流管的口徑及長度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之化學浴沉積機台，其中，該反應槽包含一第一側及相對於該第一側之一第二側， 且該些輸出口連通於該反應槽之該第一側，該化學浴沉積機台更包含一三角堰結構設於該反應槽之該第二側。
6. 如申請專利範圍第5項所述之化學浴沉積機台，更包含一輔助槽，用以儲存從該三角堰結構流出該反應槽後的該反應液，供該循環幫浦抽取該輔助槽中的該反應液至該分配支流結構中。
7. 如申請專利範圍第1項所述之化學浴沉積機台，其中，該反應槽包含一第一側及相對於該第一側之一第二側，且該些輸出口連通於該反應槽之該第一側，該化學浴沉積機台更包含一準直結構，設置於該反應槽之該第一側上，供該反應液自該分配支流結構的該些輸出口流出後，預先流經該準直結構後，再從該第二側流出該反應槽。