TWI423464B - 薄膜太陽能電池的退火裝置及其退火方法 - Google Patents

Description

薄膜太陽能電池的退火裝置及其退火方法

本發明係關於一種薄膜太陽能電池的退火裝置及退火方法，尤其關於一種改善薄膜太陽能電池之受熱不均現象的薄膜太陽能電池的退火裝置及退火方法。

薄膜太陽能電池中的CIGS(copper indium gallium(di)selenide)是屬於化合物半導體。CIGS屬於多晶薄膜的形式，它是由銅、銦、鎵以及硒所組成的一三五族化合物半導體材料。圖1A顯示CIGS薄膜太陽能電池製造過程之一步驟的示意圖。圖1B顯示CIGS薄膜太陽能電池製造過程之一步驟的示意圖。如圖1A所示，CIGS薄膜太陽能電池10包含一玻璃基板11。於玻璃基板11上依序沉積鉬金屬層12、銅鎵金屬層13、銦金屬層14及硒層15。如圖1B所示，對圖1A步驟的CIGS薄膜太陽能電池10，進行退火(annealing)處理，退火主要是指一種使材料曝露於高溫一段時間後，然後再慢慢冷卻的製程，退火處理後，銅鎵金屬層13、銦金屬層14及硒層15會形成一CIGSe金屬層16。

圖2A顯示一習知薄膜太陽能電池的退火裝置之外部結構的示意圖。習知薄膜太陽能電池的退火裝置20，包含互相連通的5個退火室21~25、及2個儲存室31~32。進行退火處理時，從退火裝置20的入口35將圖1A步驟的CIGS薄膜太陽能電池10，送入至退火室21進行預熱，再藉由傳送裝置(未圖示)送至退火室22快速加熱至高溫狀態，例如500℃~600℃。於退火室23及24中使CIGS薄膜太陽能電池10保持在高溫狀態下一段時間。在退火室25中使CIGS薄膜太陽能電池10預先降溫，最後再使CIGS薄膜太陽能電池10於儲存室31~32中緩慢降溫至低溫狀態後，從出口36送出。

圖2B顯示一習知薄膜太陽能電池的退火裝置之各退火室之內部結構的示意圖。如圖2B所示，退火室21中設有一底板26。CIGS薄膜太陽能電池10靜置於底板26上。一加熱器50隔著一石墨板60對CIGS薄膜太陽能電池10進行加熱。

圖3顯示一習知薄膜太陽能電池退火裝置之傳送裝置的示意圖。如圖3所示，習知薄膜太陽能電池退火裝置之傳送裝置40設於退火室21~25的底板26，用以傳送CIGS薄膜太陽能電池10(亦即其玻璃基板11)。習知薄膜太陽能電池退火裝置之傳送裝置40包含至少一滾輪41、至少一推動桿42及至一抵靠桿43。滾輪41設置於各退火室21~25的底板26，較佳的情況是大部分設於底板26背側，並露出一小部分，此部分突出於底板26，使CIGS薄膜太陽能電池10的玻璃基板11其背面，不接觸於底板26，而能於滾輪41上移動。

圖3習知例中，採用兩個為圓柱狀的推動桿42，分別位於底板26的右半部及左半部，並且大致不突出於底板26。抵靠桿43設於推動桿42。在傳送裝置40的靜止狀態(未圖示)下，抵靠桿43位於凹槽27內，且呈不突出於底板26的狀態。在傳送裝置40的傳送狀態下，如圖3所示，推動桿42逆時鐘旋轉一預定角度，例如90度，使抵靠桿43突出於底板26。推動桿42往下個退火室移動時，CIGS薄膜太陽能電池10的玻璃基板11會抵靠在抵靠桿43，並隨著推動桿42在滾輪41上移動。當推動桿42及玻璃基板11均移動到下個退火室後，推動桿42再順時鐘旋轉(未圖示)，使抵靠桿43處於另一凹槽27內，再次回到不突出於底板26的狀態，推動桿42退回當前退火室後，即完成CIGS薄膜太陽能電池10在各退火室21~25間的傳送操作。

然而，習知退火裝置20所形成的CIGS薄膜太陽能電池10a，會因受熱不均勻的現象，而降低了CIGS薄膜太陽能電池10a的品質及良率。因此習知退火裝置20還有進一步改善的空間。

本發明一實施例之目的在於提供一種改善薄膜太陽能電池之受熱不均現象的薄膜太陽能電池的退火裝置。

依據本發明一實施例，提供一種薄膜太陽能電池退火裝置，其適於對一薄膜太陽能電池進行退火製程。薄膜太陽能電池退火裝置包含至少一退火室、一加熱器及一傳送裝置。退火室包含一底板，用以放置薄膜太陽能電池。加熱器設於退火室，用以對薄膜太陽能電池加熱，傳送裝置設於退火室，用以傳送薄膜太陽能電池。底板包含一平整的表面，且該表面皆以相同的材質所製成，藉以使薄膜太陽能電池均勻地受熱。

依據本發明一實施例，提供一種薄膜太陽能電池退火裝置，其適於對一薄膜太陽能電池進行退火製程。薄膜太陽能電池退火裝置包含至少一退火室、一加熱器及一傳送裝置。退火室包含一底板，用以放置薄膜太陽能電池。加熱器設於退火室，用以對薄膜太陽能電池加熱。傳送裝置包含一第一傳送桿及一第二傳送桿、以及一第一夾持裝置及一第二夾持裝置。第一傳送桿及第二傳送桿分別設置於底板的兩相對側。第一夾持裝置設置於第一傳送桿，第二夾持裝置設置於第二傳送桿，且第一夾持裝置的位置對應於第二夾持裝置的位置。

依據本發明一實施例，提供一種薄膜太陽能電池退火方法，適用於上述之薄膜太陽能電池退火裝置。薄膜太陽能電池退火方法包含以下步驟。第一傳送桿及二傳送桿從上一退火室往退火室方向移動，藉以將被第一夾持裝置與第二夾持裝置所夾持的薄膜太陽能電池，傳入退火室。第一夾持裝置及第二夾持裝置分別放開薄膜太陽能電池，使薄膜太陽能電池置於底板上。第一傳送桿及第二傳送桿分別往遠離底板上之薄膜太陽能電池的方向移動。利用加熱器對薄膜太陽能電池加熱。於一實施例中，薄膜太陽能電池退火方法更包含有以下步驟。第一傳送桿及第二傳送桿分別往靠近置於底板上之薄膜太陽能電池的方向移動。第一夾持裝置及第二夾持裝置分別夾持薄膜太陽能電池。第一傳送桿及二傳送桿從退火室往下一退火室方向移動，藉以將薄膜太陽能電池傳送出退火室。

依本發明一實施例，加熱器能夠對薄膜太陽能電池均勻地加熱，因此能夠減少斑點的產生。

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薄膜太陽能電池的退火裝置之各退火室之內部結構的示意圖。如圖4所示，薄膜太陽能電池退火裝置100用以對一CIGS薄膜太陽能電池10進行退火製程，其包含至少一退火室、一加熱器150、及一傳送裝置120。於本實施例中，薄膜太陽能電池退火裝置100設有5個退火室21~25(請參照圖2A)。以下以退火室22為例示加以說明，其餘退火室21、23~25相同於退火室22，因此省略其相關說明。

退火室22包含一底板126用以置放CIGS薄膜太陽能電池10。底板126可以為一石墨平板並包含一表面260。表面260為平整的面，且表面260皆以相同的材質所製成，於其上未設置如習知例之滾輪或推動桿等元件，因此整個表面260能夠較均勻地導熱。為達上述目的較佳的情況是底板126為一體成型。加熱器150設於退火室22內且包含多個加熱管151。加熱管151為長條狀且具有一長軸沿一第二方向延伸，較佳的情況是第二方向大致垂直於CIGS薄膜太陽能電池10的傳送方向。

圖5A顯示依本發明一實施例薄膜太陽能電池退火裝置之傳送裝置其一狀態的示意圖。圖5B顯示依本發明一實施例薄膜太陽能電池退火裝置之傳送裝置其另一狀態的示意圖。如圖5A及5B所示，傳送裝置120設於退火室22內，用以將CIGS薄膜太陽能電池10傳送至退火室22內，或將其傳送出退火室22外。傳送裝置120包含至少一傳送桿及至少一夾持裝置。本實施例中，底板126的兩相對側分別設有一第一傳送桿211及一第二傳送桿212分別於退火室22內沿一第一方向延伸。第一夾持裝置221設於第一傳送桿211，而第二夾持裝置222設於第二傳送桿212，且第一夾持裝置221的位置對應於第二夾持裝置222的位置，藉以能夠互相配合以夾持CIGS薄膜太陽能電池10。

以下將更詳細說明傳送裝置120傳送CIGS薄膜太陽能電池10時的步驟。其傳送步驟包含。

步驟S02：第一傳送桿211及該二傳送桿212從上一退火室21往退火室22方向移動，藉以將被第一夾持裝置221與第二夾持裝置222所夾持的薄膜太陽能電池10，傳入退火室22。

步驟S04：第一夾持裝置221及第二夾持裝置222分別放開薄膜太陽能電池10，使薄膜太陽能電池置10於底板126上。於一實施例中，當傳送裝置120係以使CIGS薄膜太陽能電池10與底板126分開的方式，傳送CIGS薄膜太陽能電池10時，步驟S04包含：使第一傳送桿211及第二傳送桿212往靠近底板126的方向移動，分別放開薄膜太陽能電池10。

步驟S06：第一傳送桿211及第二傳送桿212分別往遠離薄膜太陽能電池10的方向移動。

步驟S08：利用加熱器150對薄膜太陽能電池10加熱。

步驟S10：第一傳送桿211及該二傳送桿212分別往靠近置於薄膜太陽能電池10的方向移動。

步驟S12：第一夾持裝置221及第二夾持裝置222共同夾持薄膜太陽能電池10。於一實施例中，當傳送裝置120係以使CIGS薄膜太陽能電池10與底板126分開的方式，傳送CIGS薄膜太陽能電池10時，步驟S12包含：夾持薄膜太陽能電池10後，使第一傳送桿211及第二傳送桿212往遠離底板126的方向移動，藉以使CIGS薄膜太陽能電池10與底板126分開，不互相接觸。依據此方式傳送CIGS薄膜太陽能電池10可以減少CIGS薄膜太陽能電池10之背面的損傷。

步驟S14：第一傳送桿211及第二傳送桿212從退火室22往下一退火室23方向移動，藉以將薄膜太陽能電池10傳送出退火室22。

依據上述之薄膜太陽能電池的退火方法，即可使CIGS薄膜太陽能電池10在平整的表面260上進行受熱，藉以使CIGS薄膜太陽能電池10能夠較均勻的受熱，進而改善薄膜太陽能電池之受熱不均現象。其原因發明人詳細說明於如下。

發明人進行實驗，利用習知薄膜太陽能電池的退火裝置40對多個CIGS薄膜太陽能電池10進行退火程序，且收集該些利用習知退火裝置40完成退火後之CIGS薄膜太陽能電池10a的資料，將其上的斑點繪於圖表上，藉以得知該些斑點的形狀及位置。發明人歸納出形成斑點的原因如下。

圖6顯示使用習知退火裝置完成退火後之CIGS薄膜太陽能電池的示意圖。如圖6所示，使用習知退火裝置40完成退火後之CIGS薄膜太陽能電池10a，其上的斑點大致可區分為點狀斑點51及條狀斑點52。再次參照圖3，一般而言，退火室的底板26的材質為石墨，而滾輪41及推動桿42的材質都不是採用石墨，且不與底板26一體成形，該些構件會造成CIGS薄膜太陽能電池10a受熱不均的現象，因此CIGS薄膜太陽能電池10a之對應滾輪41的部分會形成點狀斑點51，而對應推動桿42的部分會形成條狀斑點52。

相對於此，依本發明一實施例，底板126為一石墨平板且其表面260為平整的面，於表面260上未設置如習知例之滾輪或傳送桿等元件，使得CIGS薄膜太陽能電池10能夠較均勻地受熱，而減少該些斑點的產生。

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。

10．．．CIGS薄膜太陽能電池

100．．．薄膜太陽能電池退火裝置

10a．．．CIGS薄膜太陽能電池

11．．．玻璃基板

12．．．鉬金屬層

120．．．傳送裝置

126．．．底板

13．．．銅鎵金屬層

14．．．銦金屬層

15．．．硒層

150．．．加熱器

151．．．加熱管

16．．．CIGSe金屬層

20．．．退火裝置

21~25．．．退火室

211．．．第一傳送桿

212．．．第二傳送桿

221．．．第一夾持裝置

222．．．第二夾持裝置

26．．．底板

260．．．表面

27．．．凹槽

31~32．．．儲存室

35．．．入口

36．．．出口

40．．．傳送裝置

41．．．滾輪

42．．．推動桿

43．．．抵靠桿

50．．．加熱器

51．．．點狀斑點

52．．．條狀斑點

60．．．石墨板

圖1A顯示CIGS薄膜太陽能電池製造過程之一步驟的示意圖。

圖1B顯示CIGS薄膜太陽能電池製造過程之一步驟的示意圖。

圖2A顯示一習知薄膜太陽能電池的退火裝置之外部結構的示意圖。

圖2B顯示一習知薄膜太陽能電池的退火裝置之各退火室之內部結構的示意圖。

圖3顯示一習知薄膜太陽能電池退火裝置之傳送裝置的示意圖。

圖4顯示一習知薄膜太陽能電池的退火裝置之各退火室之內部結構的示意圖。

圖5A顯示依本發明一實施例薄膜太陽能電池退火裝置之傳送裝置其一狀態的示意圖。

圖5B顯示依本發明一實施例薄膜太陽能電池退火裝置之傳送裝置其另一狀態的示意圖。

圖6顯示使用薄膜太陽能電池的退火裝置完成退火後之CIGS薄膜太陽能電池的示意圖。

10．．．CIGS薄膜太陽能電池

100．．．薄膜太陽能電池退火裝置

120．．．傳送裝置

211．．．第一傳送桿

212．．．第二傳送桿

221．．．第一夾持裝置

222．．．第二夾持裝置

21．．．退火室

35．．．入口

Claims (8)

1. 一種薄膜太陽能電池退火裝置，適於對一薄膜太陽能電池進行退火製程，包含：至少一退火室，包含一底板，用以放置該薄膜太陽能電池；一加熱器，設於該退火室，用以對該薄膜太陽能電池加熱；以及一傳送裝置，設於該退火室，用以傳送該薄膜太陽能電池，其中該底板包含一平整的表面，且該表面皆以相同的材質所製成，藉以使該薄膜太陽能電池均勻地受熱。
2. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池退火裝置，其中該傳送裝置包含至少一傳送桿及至少一夾持裝置，該傳送桿設於該底板一側，且該夾持裝置設於該傳送桿，其中當該傳送裝置處於靜止狀態時，該傳送桿及該夾持裝置不接觸該薄膜太陽能電池，當該傳送裝置處於傳送狀態時，該夾持裝置夾持該薄膜太陽能電池。
3. 如申請專利範圍第2項所述之薄膜太陽能電池退火裝置，其中該至少一傳送桿包含一第一傳送桿及一第二傳送桿，且該第一傳送桿及該第二傳送桿分別設置於該底板的兩相對側，該至少一夾持裝置包含一第一夾持裝置及一第二夾持裝置，該第一夾持裝置設置於該第一傳送桿，該第二夾持裝置設置於該第二傳送桿，且該第一夾持裝置的位置對應於該第二夾持裝置的位置，藉以使該第一夾持裝置與該第二夾持裝置能夠共同夾持該薄膜太陽能電池。
4. 一種薄膜太陽能電池退火裝置，適於對一薄膜太陽能電池進行退火製程，包含：至少一退火室，包含一底板，用以放置該薄膜太陽能電池；一加熱器，設於該退火室，用以對該薄膜太陽能電池加熱；以及一傳送裝置，包含：一第一傳送桿及一第二傳送桿，且該第一傳送桿及該第二傳送桿分別設置於該底板的兩相對側；以及一第一夾持裝置及一第二夾持裝置，該第一夾持裝置設置於該第一傳送桿，該第二夾持裝置設置於該第二傳送桿，且該第一夾持裝置的位置對應於該第二夾持裝置的位置。
5. 如申請專利範圍第4項所述之薄膜太陽能電池退火裝置，其中該底板包含一平整的表面，且該表面皆以相同的材質所製成，藉以使該薄膜太陽能電池均勻地受熱。
6. 一種薄膜太陽能電池退火方法，適用於一薄膜太陽能電池退火裝置，該薄膜太陽能電池退火裝置包含：一退火室，包含一底板；一加熱器，設於該退火室；一傳送裝置，包含：一第一傳送桿及一第二傳送桿，且該第一傳送桿及該第二傳送桿分別設置於該底板的兩相對側；以及一第一夾持裝置及一第二夾持裝置，該第一夾持裝置設置於該第一傳送桿，該第二夾持裝置設置於該第二傳送桿，且該第一夾持裝置的位置對應於該第二夾持裝置的位置，該薄膜太陽能電池退火方法包含：該第一傳送桿及該二傳送桿從上一退火室往該退火室方向移動，藉以將被該第一夾持裝置與該第二夾持裝置所夾持的該薄膜太陽能電池，傳入該退火室；該第一夾持裝置及該第二夾持裝置分別放開該薄膜太陽能電池，使該薄膜太陽能電池置於該底板上；該第一傳送桿及該第二傳送桿分別往遠離該底板上之該薄膜太陽能電池的方向移動；以及利用該加熱器對該薄膜太陽能電池加熱。
7. 如申請專利範圍第6項所述之薄膜太陽能電池退火方法，更包含：該第一傳送桿及該第二傳送桿分別往靠近該薄膜太陽能電池的方向移動；該第一夾持裝置及該第二夾持裝置分別夾持該薄膜太陽能電池；以及該第一傳送桿及該二傳送桿從該退火室往下一退火室方向移動，藉以將該薄膜太陽能電池傳送出該退火室。
8. 如申請專利範圍第7項所述之薄膜太陽能電池退火方法，其中，該第一夾持裝置及第二夾持裝置分別放開該薄膜太陽能電池的步驟，包含：使該第一傳送桿及該二傳送桿往靠近該底板的方向移動後，再分別放開該薄膜太陽能電池，且該第一夾持裝置及第二夾持裝置分別夾持該薄膜太陽能電池的步驟，包含：夾持該薄膜太陽能電池後，使該第一傳送桿及該二傳送桿往遠離該底板的方向移動。