TWI441260B - 薄膜太陽能電池的退火裝置 - Google Patents

Description

薄膜太陽能電池的退火裝置

本發明係關於一種薄膜太陽能電池的退火裝置，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。

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個冷卻室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於冷卻室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70包含有多個加熱管71並隔著一石墨板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及至少一抵靠桿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的左半部及右半部，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，薄膜太陽能電池退火裝置包含至少一退火室、一支撐裝置、一加熱器及一傳送裝置。加熱器設於退火室內，用以對薄膜太陽能電池加熱。傳送裝置設於退火室內且包含傳動裝置及輸送帶。輸送帶設於退火室內且位於薄膜太陽能電池及支撐裝置間。傳動裝置適於驅動輸送帶，以使輸送帶上的薄膜太陽能電池相對退火室內的加熱器移動。輸送帶由石墨所構成且包含多個輸送板，每一輸送板包含一結合板及一支撐板。結合板包含至少一第一鉤部及至少一第二鉤部分別位於結合板之兩相對側。支撐板包含一本體部、自本體部的一頂面延伸而出的一第一延伸部、自本體部的一底面延伸而出並界定有至少一開口的一第二延伸部。該些輸送板中之一第一輸送板的結合板的第二鉤部與該些輸送板中之一第二輸送板的結合板的第一鉤部，分別穿過第一輸送板的支撐板的第二延伸部的該開口。第二輸送板的第一延伸部位於第一輸送板的第二延伸部上。

一實施例中，第一輸送板的結合板的第二鉤部與第二輸送板的結合板的第一鉤部，分別鉤住界定出第一輸送板的支撐板的開口之內壁面的兩相對側。於一實施例，界定出第一輸送板的支撐板的開口之內壁面的兩相對側包含一第一弧面，且第一輸送板的結合板的第二鉤部與第二輸送板的結合板的第一鉤部包含一第二弧面，第一弧面與第二弧面互相配合，藉以能夠在一預定範圍內進行轉動。

一實施例中，每一輸送板的支撐板的第一延伸部的底面高於本體部的底面，且每一輸送板的支撐板的第二延伸部的頂面低於本體部的頂面，且第二延伸部的頂面至少一部分形成一平台。於一實施例中，第二輸送板的第一延伸部被支撐於第一輸送板的第二延伸部的平台上，且第二輸送板之第一延伸部的頂面與第一輸送板之本體部的頂面大致位於同一水平面，且第二輸送板的第一延伸部覆蓋第一輸送板的開口。

於加熱器對薄膜太陽能電池的加熱程序時，退火室內的薄膜太陽能電池與加熱器間形成有相對移動。藉此獨特且新穎的設計，能夠改善利用加熱器對薄膜太陽能電池加熱時所產生之薄膜太陽能電池的受熱不均的現象。於一實施例中，由於第二輸送板之結合板的第一鉤部、以及第一輸送板之結合板的第二鉤部，鉤住界定出開口之內壁面的兩相對側，且兩者間能夠在一預定範圍內較平順地進行相對地轉動，因此能夠使由石墨所構成的輸送帶，隨著設於輸送帶之內環兩端的傳動軸之弧面轉動。一實施例中，第二輸送板之第一延伸部覆蓋第一輸送板之開口以及插入於其內的第二輸送板的第一鉤部及第一輸送板的第二鉤部，使得輸送帶的表面大致平整，因此使CIGS薄膜太陽能電池於輸送帶上被傳送時能夠較均勻地受熱。因此，依本發明一實施例之薄膜太陽能電池的退火裝置，可以改善受熱不均的現象，減少斑點的產生，提升薄膜太陽能電池之品質及良率。

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顯示依本發明一實施例薄膜太陽能電池退火裝置的示意圖。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21、一支撐裝置26、一加熱器130、及一傳送裝置120。於一實施例中還可以更包含一石墨板140。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21為例示加以說明，其餘退火室22~25相同於退火室21，因此省略其相關說明。

支撐裝置26設於退火室21內且用以支撐CIGS薄膜太陽能電池10的重量，於本實施例中其可以為一底板260，於一實施例中亦可以為沿一第一方向排列的多個轉軸(未圖示)所構成。傳送裝置120設於退火室21內，用以將CIGS薄膜太陽能電池10從入口35傳送至退火室21內，或將其傳送出退火室21外。傳送裝置120包含一傳動裝置及一輸送帶122。輸送帶122位於底板260及CIGS薄膜太陽能電池10間，底板260用以支撐輸送帶122，進而能夠支撐位於輸送帶122上之CIGS薄膜太陽能電池10的重量。傳動裝置適於驅動輸送帶122，以使輸送帶122上的薄膜太陽能電池10相對退火室21內的加熱器130移動，一實施例中傳動裝置可以為多個傳動軸121。輸送帶122設置成環狀且具有一長軸沿一第一方向延伸。每一傳動軸121設於輸送帶122之內環側，皆朝相同方向旋轉，例如皆朝逆時針方向旋轉，用以驅動輸送帶122轉動。於本實施例中，傳動裝置設有兩個傳動軸121，且分別設於輸送帶122之內環側的兩端，底板260設於該些傳動軸121之間，藉以支撐輸送帶122，進而支撐置於其上的薄膜太陽能電池10。於一實施例中，亦可以於輸送帶122內側之兩端的中間部，還設有至少一傳動軸121，而支撐裝置26則包含多個底板26，且該些底板26分別設於兩相鄰傳動軸121之間(未圖示)。

薄膜太陽能電池10置於輸送帶122上，其背面接觸輸送帶122，藉以使薄膜太陽能電池10隨著輸送帶122的轉動而於輸送帶122上沿第一方向移動，使得退火室21內的薄膜太陽能電池10相對加熱器130移動。較佳的情況是，薄膜太陽能電池10能夠於輸送帶122上持續地移動。

加熱器130包含多個長條狀的加熱管131。石墨板140設於加熱器130與傳送裝置120間，於退火過程中，由於加熱器130的該些加熱管131先對石墨板140加熱，石墨板140能夠預先均勻化該些加熱管131的熱，形成面的熱源，再對CIGS薄膜太陽能電池10加熱。因此石墨板140能夠更進一步改善受熱不均的現象。此外，由於退火室21內，含有硒元素，容易對加熱器130的該些加熱管131造成腐蝕，因此加熱器130與CIGS薄膜太陽能電池10間隔著石墨板140，還能夠有保護加熱器130的作用。由於硒元素具有腐蝕性，因此輸送帶122使用抗腐蝕性材質的石墨。

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輸送帶之側面圖及其支撐板之俯視圖。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輸送帶之結合板之俯視圖。圖5C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輸送帶之側面圖。

如圖5A~5C所示，輸送帶122包含多個輸送板，該些輸送板互相連接而構成輸送帶122。如圖5C所示，輸送帶122至少包含一第一輸送板300a及一第二輸送板300b。第一輸送板300a及一第二輸送板300b分別由石墨所製成。由於第一及二輸送板300a及300b的結構相似，為求簡明以下僅以第一輸送板300a為示例加以說明。輸送板300a包含一支撐板310a及一結合板320a。如圖5C所示，結合板320a包含至少第一鉤部321a及至少一第二鉤部322a分別位於結合板320a的兩端，且該些第一及二鉤部321a及322a分別形成弧狀，且分別向結合板320a之中間彎曲。

支撐板310a分別包含一本體部311a、一第一延伸部312a及一第二延伸部313a。第一延伸部312a及第二延伸部313a分別位於本體部311a的兩相對側。第一延伸部312a自本體部311a的頂面延伸而出，且第一延伸部312a的底面高於本體部311a的底面，藉以於第一延伸部312a下側形成一容置空間。

第二延伸部313a分別自本體部311a的底面延伸而出，且第二延伸部313a的頂面低於本體部311a的頂面，且第二延伸部313a的頂面至少一部分形成一平台，藉以使第二輸送板300b的第一延伸部312b設於第一輸送板300a的第二延伸部313a的平台上。更具體而言，第二延伸部313a包含一平台部314a及一連接部315a。連接部315a界定有至少一開口316a。第二輸送板300b之結合板320b的第一鉤部321b、以及第一輸送板300a之結合板320a的第二鉤部322a，分別穿過開口316a，且鉤住界定出開口316a之內壁面的兩相對側。較佳的情況是，界定出開口316a之內壁面的該兩相對側，亦形成弧面，且內壁面的該兩相對側的弧面，分別與第一鉤部321b及第二鉤部322a的弧面相配合，藉以能夠在一預定範圍內較平順地進行轉動。因此，依據上述設計，能夠使由石墨所構成的輸送帶122，隨著設於輸送帶122之內環兩端的傳動軸121之弧面轉動。

第二輸送板300b的第一延伸部312b被支撐於第一輸送板300a的第二延伸部313a的平台部314a上，且第一延伸部312b覆蓋開口316a以及插入於其內的第一鉤部321b及第二鉤部322a，使得輸送帶122的表面大致平整。較佳的情況是，當第一延伸部312b置於第二延伸部313a的平台部314a上後，第二輸送板300b之第一延伸部312b的頂面與第一輸送板300a之本體部311a的頂面大致位於同一水平面。因此當CIGS薄膜太陽能電池10於輸送帶122上被傳送時，能夠較均勻地受熱。

發明人進行實驗，收集多片利用薄膜太陽能電池的傳送裝置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，使用習知傳送裝置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，依本發明一實施例之輸送帶122，沒有該些元件，CIGS薄膜太陽能電池10能夠均勻地接觸輸送帶122，因此加熱器130能夠對CIGS薄膜太陽能電池10均勻地加熱，而減少該些斑點的產生。

依據習知薄膜太陽能電池的退火裝置20，傳送裝置40包含靜止狀態及傳送狀態，造成CIGS薄膜太陽能電池10在退火裝置20的各退火室中間歇性地移動。於加熱器對薄膜太陽能電池的加熱程序中，傳送裝置40處於靜止狀態，CIGS薄膜太陽能電池10靜置於退火室21的底板26。由於加熱管111為長條狀，而CIGS薄膜太陽能電池10的玻璃基板11為面狀，因而造成靠近加熱管111之玻璃基板11的部分受熱較多，而遠離加熱管111之玻璃基板11的部分受熱較少，產生受熱不均的現象，進而影響CIGSe金屬層16內各金屬的結晶、濃度等物理特徵不均勻。如此，會造成CIGS薄膜太陽能電池10a之品質及良率的下降。

相對於此，於本發明一實施例中，由於輸送帶122能夠連續地驅動CIGS薄膜太陽能電池10的玻璃基板11，使其連續地沿第一方向移動，讓CIGS薄膜太陽能電池10的表面都能夠較均勻地受熱，可以改善受熱不均的現象，提升CIGS薄膜太陽能電池10a之品質及良率。

依據本發明一實施例，於加熱器130對薄膜太陽能電池10的加熱程序時，退火室21內的薄膜太陽能電池10與加熱器130間形成有相對移動。藉此獨特且新穎的設計，能夠改善利用加熱器130對薄膜太陽能電池10加熱時所產生之薄膜太陽能電池10的受熱不均的現象。

於一實施例中，由於第二輸送板300b之結合板320b的第一鉤部321b、以及第一輸送板300a之結合板320a的第二鉤部322a，分別穿過開口316a，鉤住界定出開口316a之內壁面的兩相對側，且兩者間能夠在一預定範圍內較平順地進行相對地轉動，因此能夠使由石墨所構成的輸送帶122，隨著設於輸送帶122之內環兩端的傳動軸121之弧面轉動。

此外於另一實施例中，第一延伸部312b覆蓋開口316a以及插入於其內的第一鉤部321b及第二鉤部322a，使得輸送帶122的表面大致平整，因此使CIGS薄膜太陽能電池10於輸送帶122上被傳送時能夠較均勻地受熱。

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

121．．．傳動軸

122．．．輸送帶

13．．．銅鎵金屬層

130．．．加熱器

131．．．加熱管

14．．．銦金屬層

140．．．石墨板

15．．．硒層

16．．．CIGSe金屬層

20．．．退火裝置

21~25．．．退火室

26．．．底板

27．．．凹槽

300a．．．第一輸送板

300b．．．第二輸送板

31~32．．．冷卻室

310a．．．支撐板

311a．．．本體部

312a．．．第一延伸部

312b．．．第一延伸部

313a．．．第二延伸部

313b．．．第二延伸部

314a．．．平台部

314b．．．平台部

315a．．．連接部

315b．．．連接部

316a．．．開口

320a．．．結合板

320b．．．結合板

321a．．．第一鉤部

321b．．．第一鉤部

322a．．．第二鉤部

322b．．．第二鉤部

35．．．入口

36．．．出口

40．．．薄膜太陽能電池傳送裝置

41．．．滾輪

42．．．推動桿

43．．．抵靠桿

51．．．點狀斑點

52．．．條狀斑點

60．．．石墨板

70．．．加熱器

71．．．加熱管

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顯示依本發明一實施例薄膜太陽能電池退火裝置的示意圖。

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輸送帶之側面圖及其支撐板之俯視圖。

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輸送帶之結合板之俯視圖。

圖5C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輸送帶之側面圖。

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。

300a．．．第一輸送板

300b．．．第二輸送板

310a~310b．．．支撐板

311a~311b．．．本體部

312a~312b．．．第一延伸部

313a~313b．．．第二延伸部

314a~314b．．．平台部

315a~315b．．．連接部

316a．．．開口

320a~320b．．．結合板

321a~321b．．．第一鉤部

322a~322b．．．第二鉤部

Claims (10)

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；一支撐裝置，設於該退火室內；一加熱器，設於該退火室內，用以對該薄膜太陽能電池加熱；以及一傳送裝置，設於該退火室內且包含一傳動裝置及一輸送帶，該輸送帶位於該薄膜太陽能電池及該支撐裝置間，該傳動裝置適於驅動該輸送帶，以使該輸送帶上的該薄膜太陽能電池相對該退火室內的該加熱器移動，其中該輸送帶由石墨所構成且包含多個輸送板，每一輸送板包含：一結合板包含：至少一第一鉤部及至少一第二鉤部分別位於該結合板之兩相對側；以及一支撐板包含：一本體部；一第一延伸部，自該本體部的一頂面延伸而出；及一第二延伸部，自該本體部的一底面延伸而出，並界定有至少一開口，而且，該些輸送板中之一第一輸送板的該結合板的該第二鉤部與該些輸送板中之一第二輸送板的該結合板的該第一鉤部，分別穿過該第一輸送板的該支撐板的該第二延伸部的該開口，該第二輸送板的該第一延伸部位於該第一輸送板的該第二延伸部上。
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，其中該第一輸送板的該結合板的該第二鉤部與該第二輸送板的該結合板的該第一鉤部，分別鉤住界定出該第一輸送板的該支撐板的該開口之內壁面的兩相對側。
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，其中界定出該第一輸送板的該支撐板的該開口之內壁面的兩相對側分別包含一第一弧面，且該第一輸送板的該結合板的該第二鉤部與該第二輸送板的該結合板的該第一鉤部分別包含一第二弧面，該第一弧面與該第二弧面互相配合，藉以能夠在一預定範圍內進行該第一弧面與該第二弧面間的相對轉動。
4. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池退火裝置，其中該第二輸送板的該第一延伸部被支撐於該第一輸送板的該第二延伸部，且該第二輸送板的該第一延伸部覆蓋該第一輸送板的該開口。
5. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池退火裝置，其中每一該輸送板的該支撐板的該第一延伸部的底面高於該本體部的底面，且每一該輸送板的該支撐板的該第二延伸部的頂面低於該本體部的頂面，且該第二延伸部的頂面至少一部分形成一平台。
6. 如申請專利範圍第5項所述之薄膜太陽能電池退火裝置，其中該第二輸送板的該第一延伸部被支撐於該第一輸送板的該第二延伸部的該平台上，且該第二輸送板之該第一延伸部的頂面與該第一輸送板之該本體部的頂面大致位於同一水平面，且該第二輸送板的該第一延伸部覆蓋該第一輸送板的該開口。
7. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池退火裝置，其中該輸送帶設置成一環狀且具有一長軸沿一第一方向延伸，該傳動裝置包含多個傳動軸，該些傳動軸設於該輸送帶之內環側，用以驅動該輸送帶轉動。
8. 如申請專利範圍第7項所述之薄膜太陽能電池退火裝置，其中該些傳動軸的個數為二個，且分別設於該輸送帶之內環側的兩端。
9. 如申請專利範圍第8項所述之薄膜太陽能電池退火裝置，其中該支撐裝置包含一底板，且該底板位於該二個傳動軸之間。
10. 如申請專利範圍第7項所述之薄膜太陽能電池退火裝置，其中該薄膜太陽能電池隨著該輸送帶的轉動而於該輸送帶上沿該第一方向持續地移動。