TWI492407B - 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域溫度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度或180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。本發明一實施例之目的在於提供一種減少前一個或後一個退火室之溫差影響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、一載具、一加熱器及一傳送裝置。載具用以被設置在該至少一退火室內，且載具包含一第一載板、一第二載板及一間隔裝置。間隔裝置位於該載具的至少一側邊，用以隔離第一載板與第二載板，使第一載板與第二載板間形成一容置空間，以容置含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池，並且該間隔裝置的熱傳導係數小於該第一載板與該第二載板。加熱器設於退火室，用以隔著載具對含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池加熱。傳送裝置設於退火室，用以將載具傳送至退火室。

於一實施例中，間隔裝置包含一第一間隔板、一第二間隔板。第一間隔板設於載具之一第一側，且位於第一載板與第二載板間。第二間隔板設於載具之一第二側，且位於第一載板與第二載板間，且第二側相對於第一側。

於一實施例中，傳送裝置沿一第一方向傳送載具，且第一間隔板及第二間隔板沿第一方向排列，並間隔有一預定距離用以容置含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池。

於一實施例中，間隔裝置更包含一第一側板及一第二側板。第一側板連接於第一間隔板。第二側板連接於第二間隔板，且第一載板與第二載板位於第一側板及第二側板之間，並且第一側板及第二側板的熱傳導係數小於第一載板與第二載板。較佳的情況是，第一側板及第二側板具有隔熱功能。。

於一實施例中，間隔裝置更包含間距調整元件。間距調整元件位於第一間隔板及第一載板間，用以調整第一載板與第二載板間的距離。於一實施例中，間距調整元件可以為一螺絲。較佳的情況是，螺絲穿過第一載板，且螺絲的頂端抵靠於第一間隔板。

於一實施例中，第一載板與第二載板的材質為一石墨、一碳化矽(SiC)或一碳纖板。

於一實施例中，第一載板與第二載板之對應於含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池的區域，皆是平整的表面。

依本發明一實施例，由於載具的間隔裝置的熱傳導係數小於第一載板與第二載板的熱傳導係數，因此能夠減少含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池兩側及中間部分溫度不均 的現象。於一實施例中，由於隔著載具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。於一實施例中，因為能夠調整第一載板與第二載板間的距離，因此能夠依據不同產品，不同退火機台的參數，調整含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池的受熱情況，藉以得到品質較好的薄膜太陽能電池。

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21及22、一載具200、一加熱器150、一石墨板160、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21及22為例示加以說明，其餘退火室23~25相同於退火室21及22，因此省略其相關說明。

傳送裝置120在該些退火室21及22之間傳送載具 200，當要進行退火程序時，載具200被設置在退火室21及22內。加熱器150設於退火室21及22，用以隔著載具200對CIGS薄膜太陽能電池10加熱。加熱器150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，亦即為第一方向。石墨板160位於該些加熱管151及載具200之間。

圖5顯示依本發明一實施例之載具的結構示意圖。如圖5所示，載具200包含一第一載板211、一第二載板212及一間隔裝置220。間隔裝置220位於載具200的至少一側邊，用以隔離第一載板211與第二載板212，使第一載板211與第二載板212間形成一容置空間，以容置CIGS薄膜太陽能電池10，並且間隔裝置220的熱傳導係數小於第一載板211與第二載板212，且使用較低熱傳導係數的材質。

更具體而言，間隔裝置220包含一第一間隔板221及一第二間隔板231。第一間隔板221設於載具200之左側，且位於第一載板211與第二載板212間。第二間隔板231設於載具之右側，且位於第一載板211與第二載板212間。

再請參照圖4及圖5，傳送裝置120沿第一方向D1傳送載具200，且第一間隔板221及第二間隔231板沿第一方向D1排列，並間隔有一預定距離用以容置CIGS薄膜太陽 能電池10。

此外，於一實施例中，間隔裝置220可以更包含有一第一側板222及一第二側板232。第一側板222連接於第一間隔板221。第二側板232連接於第二間隔板231，且第一間隔板221、第一載板211、第二間隔板231與第二載板212位於第一側板222及第二側板232之間。較佳的情況是，第一側板222及第二側板232的熱傳導係數小於第一載板211與第二載板212。於一實施例中，更使用較低熱傳導係數的材質，且較佳的情況是，第一側板222及第二側板232具有隔熱功能。

圖6顯示依據習知技術，於退火室內CIGS薄膜太陽能電池10a之各點X1~X9的溫度變化的示意圖。如圖6所示，在圖6中之虛線左側為升溫區，而虛線右側為降溫區。在升溫區，CIGS薄膜太陽能電池10a之各點X1~X9中最高溫及最低溫間的溫差大約有50℃，然而在降溫區CIGS薄膜太陽能電池10a之各點X1~X9中最高溫及最低溫間的溫差大約有140℃。高達140℃的溫差會影響到CIGS薄膜太陽能電池10a之玻璃基板內的應力，有時會影響到CIGS薄膜太陽能電池10a的成膜品質，有時還會造成CIGS薄膜太陽能電池10a彎曲，甚至於還會發生破片，而影響製程良率。

相較於此，於本實施例中，由於第一側板222及第二側 板232的熱傳導係數小於第一載板211與第二載板212。較佳的情況是，第一側板222及第二側板232具有隔熱功能。由於各退火室間具有一定的溫差，因此在兩退火室的相鄰處會有溫度差，因此第一側板222及第二側板232能夠減少前一個退火室或下一個退火室對第一載板211與第二載板212所產生的溫度差效果，使得第一載板211與第二載板212能夠較均勻地冷卻CIGS薄膜太陽能電池10，避免第一載板211與第二載板212兩旁部分與中間部分溫度不均的現象。

本發明不限定該些載板211及212的材質，第一載板211與第二載板212的材質可以為一石墨或一碳化矽(SiC)等熱傳導係數較佳的材質。此外，較佳的情況是，第一載板211與第二載板212的表面是平整的表面，且為相同材料所形成。如此設計，能夠減少CIGS薄膜太陽能電池10受熱不均的現象。

於一實施例中，間隔裝置220可以更包含一第一螺絲223及一第二螺絲233。第一螺絲223位於第一間隔板221及第一載板211間，用以調整第一載板211與第二載板212間的距離。第二螺絲233位於第二間隔板231及第一載板211間，用以調整第一載板211與第二載板212間的距離。於本實施例中，第一螺絲223及第二螺絲233皆穿過第一載板211，且第一螺絲223及第二螺絲233的頂端分別抵靠於第 一間隔板221及第二間隔板231。因此，僅需要透過旋轉第一螺絲223及第二螺絲233，即可調整第一載板211與第二載板212間的距離。

應了解的是，雖然本實施例中使用第一螺絲223及第二螺絲233作為間距調整元件，然而本發明不限定於此，於一實施例中亦可以僅使用一個螺絲並配合軌道等能夠讓第一載板相對於第二載板移動的結構，且可以使用目前已知或未來發展的間距調整元件。

於本實施例中，因為能夠調整第一載板211與第二載板212間的距離，因此能夠依據不同產品，依據第一載板211與第二載板212的材質，及不同退火機台的參數，調整CIGS薄膜太陽能電池10的受熱情況，藉以得到品質較好的CIGS薄膜太陽能電池10。

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，並將CIGS薄膜太陽能電池10a上的斑點繪於圖表上，藉以得知該些斑點的形狀及位置。可以將形成斑點的現象歸納出如下原因。

圖7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7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，第一載板211與第二載板212且其表面為平整的面，且皆是由熱傳導係數良好的材料所製得，因此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‧‧‧沉積鉬金屬層

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層

160‧‧‧石墨板

20‧‧‧退火裝置

200‧‧‧載具

21~25‧‧‧退火室

211‧‧‧第一載板

212‧‧‧第二載板

220‧‧‧間隔裝置

221‧‧‧第一間隔板

222‧‧‧第一側板

223‧‧‧第一螺絲

231‧‧‧第二間隔板

232‧‧‧第二側板

233‧‧‧第二螺絲

26‧‧‧底板

27‧‧‧凹槽

31‧‧‧冷卻室

32‧‧‧冷卻室

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

D1‧‧‧第一方向

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。

圖5顯示依本發明一實施例之載具的結構示意圖。

圖6顯示依據習知技術，於退火室內CIGS薄膜太陽能電池之各點X1~X9的溫度變化的示意圖。

圖7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

200‧‧‧載具

211‧‧‧第一載板

212‧‧‧第二載板

220‧‧‧間隔裝置

221‧‧‧第一間隔板

222‧‧‧第一側板

223‧‧‧第一螺絲

231‧‧‧第二間隔板

232‧‧‧第二側板

233‧‧‧第二螺絲

D1‧‧‧第一方向

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：至少一退火室；一載具，用以被設置在該至少一退火室內，該載具包含：一第一載板；一第二載板；及一間隔裝置，位於該載具的至少一側邊，用以隔離該第一載板與該第二載板，使該第一載板與該第二載板間形成一容置空間，以容置該含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池，並且該間隔裝置的熱傳導係數小於該第一載板與該第二載板；一加熱器，設於該至少一退火室，用以隔著該載具對該含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池加熱；以及一傳送裝置，設於該至少一退火室，用以將該載具傳送至該至少一退火室，其中該間隔裝置包含：一第一間隔板，設於該載具之一第一側，且位於該第一載板與該第二載板間；一第二間隔板，設於該載具之一第二側，且位於該第一載 板與該第二載板間，該第二側相對於該第一側；及一間距調整元件，位於該第一間隔板及該第一載板間，用以調整該第一載板與該第二載板間的距離，且該間距調整元件包含一螺絲，該螺絲穿過該第一載板，且該螺絲的頂端抵靠於該第一間隔板。
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，其中該含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池，為一CIGS薄膜太陽能電池。
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，其中該傳送裝置沿一第一方向傳送該載具，且該第一間隔板及該第二間隔板沿該第一方向排列，並間隔有一預定距離用以容置該含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池。
4. 如申請專利範圍第3項所述之薄膜太陽能電池退火裝置，其中該間隔裝置更包含：一第一側板，連接於該第一間隔板；及一第二側板，連接於該第二間隔板，且該第一載板與該第二載板位於該第一側板及該第二側板之間，並且該第一側板及該第二側板的熱傳導係數小於該第一載板與該第二載板。
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，其中該第一側板及該第二側板具有隔熱功能。
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，其中該第一載板與該第二載板的材質為一石墨、一碳化矽(SiC)或一碳纖板。
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，其中該第一載板與該第二載板之對應於該含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池的區域，皆是平整的表面。