TWI492406B - 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各區段加熱量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。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。

加熱器50是由多個加熱管51所構成，加熱管51為長條狀，該些加熱管51沿CIGS薄膜太陽能電池10的傳送方向排列，且其長軸方向實質上垂直於CIGS薄膜太陽能電池10的傳送方向。通常將該些加熱管51設計成能夠均勻發熱的熱源，藉以於加熱管51之長軸的延伸方向能夠有較均勻的熱源。

然而，習知退火裝置20所形成的CIGS薄膜太陽能電 池10a，還是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。本發明一實施例之目的在於提供一種能夠進行多區段式溫度控制的薄膜太陽能電池退火裝置。

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至少一退火室及一加熱器。加熱器設於該至少一退火室，用以對含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池加熱。加熱器包含有多個加熱管，每一加熱管包含有一第一區段及一第二區段，且第一區段的加熱量相異於第二區段的加熱量。

於一實施例中，每一加熱管更包含一第三區段，第二區段位於第一區段及第三區段之間，且第一區段的加熱量及第三區段的加熱量皆高於第二區段的加熱量。較佳的情況是，第一區段的加熱量實質上等於第三區段的加熱量。

於一實施例中，每一加熱管為長條狀且每一加熱管的長 軸沿一第一方向延伸，並且該些加熱管是沿一第二方向排列，且第二方向大致垂直於第一方向。較佳的情況是，第二方向大致平行於含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池的傳送方向。

於一實施例中，每一加熱管的第一區段、第二區段及第三區段的長度的比例，實質上為1：1.2：1。

於一實施例中，該些加熱管的第一區段、第二區段、及第三區段分別包含一個加熱線圈，且該些加熱線圈區分成多個線圈群組。該至少一退火室更包含多個溫度感應器及一控制單元。每一溫度感應器分別對應於每一線圈群組，用以感測每一線圈群組的一溫度訊號。控制單元耦接於該些溫度感應器及該些線圈群組，用以接收每一溫度感應器的溫度訊號，並依據溫度訊號控制對應的線圈群組的溫度。

於一實施例中，該至少一退火室的個數為多數個，且薄膜太陽能電池退火裝置更包含多個閘道，每一閘道設於兩相鄰的退火室之間，用以選擇性地隔離兩相鄰退火室。

於一實施例中，該些加熱管的一部分，分別設於每一閘道處。

依本發明一實施例，由於每一加熱管分成多個區段，相異區段具有相異的加熱量，可以改善薄膜太陽能電池自加熱管不同區域所接受之熱的均勻性。於一實施例中，使加熱管 兩側的加熱量高於加熱管中間的加熱量高，能夠改善因加熱管兩側散熱較快使薄膜太陽能電池受熱不均的問題。於一實施例中，於兩相鄰退火室之間設有一閘道，能夠隔離兩相鄰退火室。於一實施例中，閘道設有一加熱管，能夠減少不必要的加熱及降溫的循環。

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加熱管的示意圖。如圖3所示，加熱管151可以分成三個區段，分別是位於兩旁的區段Zone1及Zone3；以及位於中間的區段Zone2。較佳的情況是，該些區段Zone1、Zone2及Zone3的溫度控制是各自獨立的，因而能夠使加熱管151之每區段的加熱量相異。一般而言，可以於加熱管151中加入三組不同的加熱線圈，如此即可達成分區控制溫度的功能。此外，當將加熱管151裝設於退火室中，並對CIGS薄膜太陽能電池10加熱時，可以使兩旁的區段Zone1及Zone3的加熱量高於中間的區段Zone2的加熱量。於一實施例中，還 可以更使兩旁的區段Zone1及Zone3的加熱量大致相等。

以送電60分鐘進行空燒，藉以測試加熱管151每段之表面的溫度，可得區段Zone1為740℃、區段Zone2為680℃而區段Zone3為730℃。如上述測試結果，中間的區段Zone2的溫度低於兩旁的區段Zone1及Zone3。

圖4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的示意圖。退火室210包含一底板126及一加熱器150。CIGS薄膜太陽能電池10置於底板126上，加熱器150隔著一蓋板(未圖示)對CIGS薄膜太陽能電池10加熱。

加熱器150包含有多個加熱管151，加熱管151為長條狀且它的長軸沿一第一方向延伸。該些加熱管151是沿一第二方向排列，較佳的情況是，第二方向為CIGS薄膜太陽能電池10的傳送方向且大致垂直於第一方向。兩相鄰的加熱管151的間隔大致相同，藉以得到較平均的熱源。於本實施例中，每一加熱管151皆可以分成三個區段，每一區段皆有一個加熱線圈，且每一區段的溫度或加熱量控制可以是互相獨立。

圖5顯示本發明一實施例薄膜太陽能電池的退火裝置之加熱控制系統的功能方塊圖。於一實施例中，退火室210的電路架構可以更包含有多個溫度感測器211及一控制單元213。於本實施例中，將該些加熱管151分成三個群組，分 別位於退火室210的上側部、中間部及下側部。由於每一個加熱管151是分成三個區段，因此該些加熱管151的該些加熱線圈，可以被區分成九個線圈群組212，每一線圈群組212皆能夠以相同的溫度條件來加以控制。該些線圈群組212在退火室210中的位置分佈圖，可以參考圖4。

每一溫度感測器211分別設置在對應一個線圈群組212的所在區段。該些溫度感測器211及線圈群組212皆耦接於一控制單元213，溫度感測器211感測到其所在區段的線圈群組212的溫度訊號後，傳送溫度訊號至控制單元213，控制單元213再依據該溫度訊號控制對應的線圈群組212，藉以調整每一加熱管151之對應區段的溫度。

依據習知技術之退火室21，由於位於兩旁較靠近外部環境，因此加熱管51兩旁的熱較容易散出自外部，在加熱管51兩旁的表面溫度大致相同於加熱管51中間的表面溫度的情況下，CIGS薄膜太陽能電池10之兩旁所受到的熱會較少，因此雖然加熱管51能均勻地產生熱源，但是CIGS薄膜太陽能電池10所受到的熱卻不均勻。相對於習知技術，依本發明一實施例，加熱管151可以區分成三個區段Zone1、Zone2及Zone3，且利用控制單元213使位於加熱管151兩旁的區段Zone1及Zone3的加熱量，高於中間的區段Zone2的加熱量。如此設計，雖然加熱管151兩側的加熱量較高， 但考慮到兩側散熱較快的情況下，實際上CIGS薄膜太陽能電池10之兩側所接受到的熱，會實質上等於CIGS薄膜太陽能電池10之中間所接受到的熱，因此可以使CIGS薄膜太陽能電池10較平均地受熱。

於一實施例中，可以更使區段Zone1、區段Zone2及區段Zone3之長度的比例維持在約1：1.2：1左右。

此外，於圖5實施例中，還可以利用溫度感測器211測得退火室210之各區段實際的溫度後，再一預設溫度進行比較，當一區段的實際溫度低於預設溫度時，調高設於該區段之線圈群組212的加熱量；而當一區段的實際溫度高於預設溫度時，調降設於該區段之線圈群組212的加熱量。藉此可以使CIGS薄膜太陽能電池10的所接受到的熱較平均。

圖6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的立體示意圖。於本實施例中，退火室裝置包含多個退火室210及多個閘道214，閘道214分別設於兩退火室210的中間，閘道214能夠選擇性地開啟或封閉使兩退火室210互相連通或互相獨立。如圖6所示，閘道214分別位於退火室210的兩旁，且閘道214的上側及下側分別還設有加熱管151。

於習知技術中，沒有設置閘道，無法使兩相鄰的退火室互相隔離並獨立操作，因此CIGS薄膜太陽能電池10在進行 退火程序時容易受到其他退火室210的影響，導致品質不佳。此外，習知技術中，於兩退火室210間亦沒有設置加熱管151，因此CIGS薄膜太陽能電池10很容易在傳送過程中降溫，而導致成膜品質不佳，影響光電轉換效率，此外由於會經過多個退火室210，因此在傳送過程中不斷地被加熱、降溫，其玻璃基板11所累積的內應力過大，而容易造成破裂，影響製程良率。依據圖6之實施例，可以改善上述缺點，於一實施例中可以減少兩相鄰退火室210互相干擾的情況，於一實施例中亦可以減少CIGS薄膜太陽能電池10不必要的加熱及降溫的循環。

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

10a‧‧‧CIGS薄膜太陽能電池

11‧‧‧玻璃基板

12‧‧‧鉬金屬層

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層

20‧‧‧退火裝置

21~25‧‧‧退火室

210‧‧‧退火室

211‧‧‧溫度感測器

212‧‧‧線圈群組

213‧‧‧控制單元

214‧‧‧閘道

26‧‧‧底板

31‧‧‧冷卻室

32‧‧‧冷卻室

35‧‧‧入口

36‧‧‧出口

50‧‧‧加熱器

51‧‧‧加熱管

60‧‧‧蓋板

Zone1~3‧‧‧區段

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顯示本發明一實施例薄膜太陽能電池的退火裝置之加熱管的示意圖。

圖4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的示意圖。

圖5顯示本發明一實施例薄膜太陽能電池的退火裝置之加熱控制系統的功能方塊圖。

圖6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的立體示意圖。

151‧‧‧加熱管

Zone1~3‧‧‧區段

Claims (9)

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：至少一退火室；一加熱器，設於該至少一退火室，用以對該含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池加熱，該加熱器包含有：多個加熱管，每一加熱管包含有一第一區段及一第二區段，且該第一區段的加熱量相異於該第二區段的加熱量，其中，該至少一退火室的個數為多數個，該薄膜太陽能電池退火裝置更包含多個閘道，每一閘道設於兩相鄰的退火室之間，用以選擇性地隔離該兩相鄰退火室，且該些加熱管的一部分，分別設於每一閘道處。
2. 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：至少一退火室；一加熱器，設於該至少一退火室，用以對該含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池加熱，該加熱器包含有：多個加熱管，每一加熱管包含有一第一區段及一第二 區段，且該第一區段的加熱量相異於該第二區段的加熱量，其中每一加熱管更包含一第三區段，該第二區段位於該第一區段及該第三區段之間，且該第一區段的加熱量及該第三區段的加熱量皆高於該第二區段的加熱量，並且，每一加熱管為長條狀，且每一加熱管的長軸沿一第一方向延伸，並且該些加熱管是沿一第二方向排列，且該第二方向大致垂直於該第一方向。
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，其中該第一區段的加熱量實質上等於該第三區段的加熱量。
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，其中該些加熱管的該第一區段、該第二區段及該第三區段的長度的比例，實質上為1：1.2：1。
5. 如申請專利範圍第2項所述之薄膜太陽能電池退火裝置，其中該第二方向大致平行於該含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池的傳送方向。
6. 如申請專利範圍第2項所述之薄膜太陽能電池退火裝置，其中該些加熱管的該第一區段、該第二區段及該第三區段 的長度的比例，實質上為1：1.2：1。
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，該些加熱管的該第一區段、該第二區段及該第三區段分別包含一個加熱線圈，且該些加熱線圈被區分成多個線圈群組，並且該至少一退火室更包含：多個溫度感應器，每一溫度感應器分別對應於每一線圈群組，用以感測每一線圈群組的一溫度訊號；及一控制單元，耦接於該些溫度感應器及該些線圈群組，用以接收每一溫度感應器的該溫度訊號，並依據該溫度訊號控制對應的線圈群組的溫度。
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，該至少一退火室的個數為多數個，且該薄膜太陽能電池退火裝置更包含多個閘道，每一閘道設於兩相鄰的退火室之間，用以選擇性地隔離該兩相鄰退火室。
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，其中該些加熱管的一部分，分別設於每一閘道處。