TWI474497B - 薄膜太陽能電池的退火裝置 - Google Patents

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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，尤其關於一種減少退火室中雜質或灰塵產生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24中使CIGS薄膜太陽能電池10開始降溫，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。於退火過程中需要通入氮氣N2，再利用一加熱器50隔著一蓋板60對CIGS薄膜太陽能電池10進行加熱。
然而，習知退火裝置20所形成的CIGS薄膜太陽能電池10a，其表面上還是存在有雜質及灰塵，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減少退火室中雜 質或灰塵產生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，適於對一含有第VIA族元素的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一退火室、一加熱器、至少一通氣管及至少一氣體加熱裝置。加熱器設於退火室，用以對含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池加熱。至少一通氣管，連通於退火室，適於通入一氣體至退火室中。至少一氣體加熱裝置，用以對通入通氣管的氣體進行加熱。較佳的情況是，至少一氣體加熱裝置設於該至少一通氣管。
於一實施例中，通入通氣管的氣體，被加熱至不低於退火室內的溫度。較佳的情況是，通入通氣管的氣體，被加熱至實質上等於退火室內的溫度；或是通入通氣管的氣體，被加熱至不低於退火室內之反應氣體的溫度。
於一實施例中，加熱器包含多個加熱管，薄膜太陽能電池退火裝置更包含一蓋板，該些加熱管隔著蓋板對含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池加熱。
於一實施例中，退火室包含一製程室、一閘道及至少一閘門。製程室適於容置含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池。閘道連通於製程室，藉以使含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池通過閘道後再進入製程室。至少一閘門選擇性地封閉製程室。
於一實施例中，至少一通氣管設於閘道。較佳的情況是，至少一通氣管包含一第一通氣管及一第二通氣管。第一通氣管設於閘道的一第一側，第二通氣管設於閘道的一第二側，且第一側相對於第二側。
於一實施例中，通入通氣管的氣體為氮氣。
依本發明一實施例，由於氣體在進入退火室前已被加熱，能夠減少退火室內之反應物蒸氣被氣體冷卻後固化，形成固體粉未。於一實施例中，通入通氣管的氣體被加熱至不低於退火室內之反應氣體的溫度，如此即使氣體被通入於退火室中，還是能夠使退火室內之反應物蒸氣保持在氣相。
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3顯示本發明一實施例薄膜太陽能電池的退火裝置之退火室之剖面示意圖。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210。如圖3所示，退火室210包含至少一通氣管231、至少一氣體加熱裝置252、一加熱器250及至少一蓋板260。 CIGS薄膜太陽能電池10置於退火室210內，加熱器250隔著至少一蓋板260對CIGS薄膜太陽能電池10加熱。氣體加熱裝置252設置於通氣管231，氮氣N2流過通氣管231，且於通氣管231中的氮氣N2被氣體加熱裝置252加熱後，再進入於退火室210中。於本實施例中，氣體加熱裝置252對通入通氣管231的氮氣N2進行加熱至不低於退火室210內的溫度。
於本實施例中，退火室210包含有製程室211、閘道212及至少一閘門213。閘道212位於兩製程室211之間，如圖3所示，製程室211的兩旁各設有一閘道212，且於製程室211及閘道212間皆設有一閘門213。製程室211兩旁的閘門213能夠選擇性地被開啟或關閉，當閘門213呈開啟狀態時製程室211連通於閘道212；當閘門213呈關閉狀態時，製程室211保持封閉狀態。如此設計，各製程室211間較不會互相的影響，能夠得到較佳品質的CIGS薄膜太陽能電池10a。並且，為了形成良好的CIGSe層16，在加熱段的退火室210其製程室211內的溫度要高於硒元素的沸點的溫度。
依據習知技術，於退火室21~25中，常會有雜質或灰塵產生，經發明人分析後得知大部分為硒的粉塵，進一步研究後得知粉塵產生原因如下。於退火製程中，習知技術的退火室21~25中，會有製程氣體的產生，例如硒蒸氣。當通入室 溫下的氮氣N2時，冷的氮氣N2與熱的硒蒸氣在退火室21~25內部混合後，會使硒蒸氣冷卻，此時由於溫度較接近反應物的冷凝點，因此容易使硒蒸氣冷凝而更容易產生硒粉塵。
相較於此，依本發明一實施例，由於氮氣N2在進入退火室210前已被加熱，熱的氮氣N2與熱的硒蒸氣間進行的熱交換較少，因此能夠減少退火室210內之硒蒸氣被氮氣N2冷卻後固化，形成固體粉未。此外，當被加熱的氮氣N2的溫度達到製程室211的溫度時，熱的氮氣N2無法冷卻熱的硒蒸氣，因此能夠減少硒蒸氣被固化。當被加熱的氮氣N2的溫度高於製程室211的溫度時，還使硒蒸氣保持在氣相狀態。於一實施例中，通入通氣管的氣體被加熱至不低於退火室內之反應氣體的溫度，如此即使氣體被通入於退火室中，還是能夠使退火室內之反應物蒸氣保持在氣相。
於一實施例中，還可以於退火室210內設置一溫度感測器(未圖示)，溫度感測器及氣體加熱裝置252皆耦接於一控制器，溫度感測器感測退火室210中氣體的溫度，並傳送溫度訊號給氣體加熱裝置252，氣體加熱裝置252依據溫度訊號將氮氣N2加熱至退火室210中氣體的溫度以上。
於一實施例中，加熱器250包含多個加熱管251。加熱管251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，亦即為第一方向。蓋板260位於該些加熱管251及CIGS薄膜太陽能電池10之間。於圖3實施例中，在製程室211的上下兩側皆設有多個加熱管251及一蓋板260。
於一實施例中，退火室210包含有兩個通氣管231，且分別設於閘道212的兩側。當CIGS薄膜太陽能電池10通過閘道212，氮氣N2會流過CIGS薄膜太陽能電池10的上下表面。依據習知技術，冷的氮氣N2吹過CIGS薄膜太陽能電池10的上下表面時，會使CIGS薄膜太陽能電池10降溫，如此會影響CIGSe層16的成膜品質，進而影響CIGS薄膜太陽能電池10a的光電轉換效率。相對於此，依據本實施例，由於流入閘道212的氮氣N2的溫度已到達了製程室211的溫度，因此對CIGSe層16之成膜品質的影響相對較小。於一實施例中，還可以不要在閘道212或製程室211的上側設置通氣管231，以避免氮氣N2吹過CIGS薄膜太陽能電池10的上表面，較少影響CIGSe層16之成膜品質的因素。
此外，本發明雖然以包含有硒元素的CIGS薄膜太陽能電池10為示例加以說明，但本發明不限定於此，硒為第VIA族元素，因此於本領域具有通常知識者亦能夠明白，本發明可以適用於包含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池。
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
13‧‧‧銅鎵金屬層
14‧‧‧銦金屬層
15‧‧‧硒層
16‧‧‧CIGSe層
20‧‧‧退火裝置
21~25‧‧‧退火室
210‧‧‧退火室
211‧‧‧製程室
212‧‧‧閘道
213‧‧‧閘門
231‧‧‧通氣管
250‧‧‧加熱器
251‧‧‧加熱管
252‧‧‧氣體加熱裝置
26‧‧‧底板
260‧‧‧蓋板
31~32‧‧‧冷卻室
35‧‧‧入口
36‧‧‧出口
50‧‧‧加熱器
60‧‧‧蓋板
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。
10‧‧‧CIGS薄膜太陽能電池
100‧‧‧薄膜太陽能電池退火裝置
210‧‧‧退火室
211‧‧‧製程室
212‧‧‧閘道
213‧‧‧閘門
231‧‧‧通氣管
250‧‧‧加熱器
251‧‧‧加熱管
252‧‧‧氣體加熱裝置
260‧‧‧蓋板

Claims (7)

  1. 一種薄膜太陽能電池退火裝置，適於對一含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池進行退火製程，包含：至少一通氣管，用以流通一氣體；一退火室包含：一製程室，用以容置該含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池；至少一閘道，連通於該製程室，藉以使該含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池通過該至少一閘道後再進入或送出該製程室；及至少一閘門，選擇性地封閉該製程室，其中，該至少一閘道包含一第一閘道及一第二閘道，該製程室位於該第一閘道及該第二閘道之間，並且該至少一通氣管包含：一第一通氣管，連通於該第一閘道用以使該氣體流入該製程室內；及一第二通氣管，連通於該第二閘道用以從該製程室排出該氣體；一加熱器，設於該退火室，用以對該含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池加熱；以及至少一氣體加熱裝置，用以對通入該通氣管的該氣體進行 加熱。
  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，其中該至少一氣體加熱裝置設於該至少一通氣管。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池退火裝置，其中流過該通氣管的該氣體，被加熱至不低於該退火室內的溫度。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之薄膜太陽能電池退火裝置，其中通入該通氣管的該氣體，被加熱至實質上等於該退火室內的溫度。
  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，其中通入該通氣管的該氣體，被加熱至不低於該退火室內之反應氣體的溫度。
  6. 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，該加熱器包含多個加熱管，該薄膜太陽能電池退火裝置更包含一蓋板，該些加熱管隔著該蓋板對該含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池加熱。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之薄膜太陽能電池退火裝置，其中通入該通氣管的該氣體為氮氣。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TW200939389A (en) * 2008-01-11 2009-09-16 Applied Materials Inc Apparatus and method of aligning and positioning a cold substrate on a hot surface
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