TWI496306B - 薄膜太陽能電池的退火裝置及其冷卻集塵器 - Google Patents

Description

薄膜太陽能電池的退火裝置及其冷卻集塵器

本發明係關於一種薄膜太陽能電池退火裝置及其冷卻集塵器，尤其關於一種簡化清理阻塞程序的薄膜太陽能電池的退火裝置及其冷卻集塵器。

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。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2C顯示一習知薄膜太陽能電池的退火裝置之架構的示意圖。

如圖2A及圖2C所示，習知薄膜太陽能電池的退火裝置20包含互相連通的多個退火室21、多個冷卻室31及至少一冷卻集塵器51。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)送至下個退火室21快速加熱至高溫狀態，例如500℃~600℃。於高溫段的退火室21中使CIGS薄膜太陽能電池10保持在高溫狀態下一段時間。在低溫段的退火室21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中緩慢降溫至低溫狀態後，從出口36送出。

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。

如圖2C所示，該些冷卻集塵器51分別對應地連通於該些退火室21，用以接收退火室21中的排氣，並收集退火室21硒蒸氣冷凝後所形成的硒粉粒。

然而，習知退火裝置20所使用的冷卻集塵器51，常會造成阻塞現象，且有時硒會凝結在冷卻集塵器51中鋼刷的刷毛上，更嚴重時鋼刷的轉軸還會有斷裂的現象，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薄膜太陽能電池退火裝置及其冷卻集塵器。本發明一實施例之目的在於提供一種簡化清理阻塞程序的薄膜太陽能電池的退火裝置及其冷卻集塵器。

依據本發明一實施例，提供一種薄膜太陽能電池退火裝置，用以對一含有第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、一加熱器及至少一冷卻集塵器。退火室適於容置含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池，加熱器用以對含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池加熱，冷卻集塵器連通於退火室用以收集第VIA族元素，且冷卻集塵器包含一殼體、一驅動裝置及一螺旋桿，螺旋桿設於殼體內且連接於驅動裝置，驅動裝置用以轉動螺旋桿。

於一實施例中，殼體包含一槽體及一蓋體，且蓋體覆蓋槽體。

於一實施例中，殼體更包含一弧形板，弧形板設於蓋體且配置於槽體內且界定出至少一通氣孔，並且弧形板與槽體界定出一容置空間用以放置螺旋桿。

於一實施例中，薄膜太陽能電池退火裝置更包含至少一氣體配管，氣體配管連通於冷卻集塵器用以通入一氣體至冷卻集塵器。

於一實施例中，退火室的個數為多數個，冷卻集塵器包含一第一冷卻集塵器及一第二冷卻集塵器。氣體配管包含第一氣體配管及第二氣體配管。第一氣體配管連通於第一冷卻集塵器，第二氣體配管連通於第二冷卻集塵器。薄膜太陽能電池退火裝置更包含一切換裝置，切換裝置適於進行切換，使該些退火室連通於第一冷卻集塵器，或者使該些退火室連通於第二冷卻集塵器。

於一實施例中，切換裝置包含一第一氣閥及一第二氣閥。第一氣閥連接於第一冷卻集塵器及該些退火室之間。第二氣閥連接於第二冷卻集塵器及該些退火室之間。

依據本發明一實施例，提供冷卻集塵器適於應用在一薄膜太陽能電池退火裝置中，並收集薄膜太陽能電池退火裝置的中的第VIA族元素。冷卻集塵器包含一殼體、一驅動裝置及一螺旋桿。螺旋桿設於殼體內且連接於驅動裝置，驅動裝置用以轉動螺旋桿。

於一實施例中，殼體包含一槽體及一蓋體，且蓋體覆蓋槽體。

於一實施例中，冷卻集塵器更界定出一第一通氣孔及一第二通氣孔。第一通氣孔用以連通至薄膜太陽能電池退火裝置的至少一退火室。第二通氣孔用以通入一氣體，並使該氣體與該至少一退火室排出的氣體混合後，流至冷卻集塵器內。

於一實施例中，殼體更包含一弧形板，弧形板界定出至少一第三通氣孔並且被設於蓋體且配置於槽體內。弧形板與槽體界定出一容置空間用以放置螺旋桿。

於一實施例中，第三通氣孔連通於弧形板及蓋體所界定的空間。

於一實施例中，殼體更包含一弧形板，弧形板設於蓋體且配置於槽體內，且弧形板與槽體界定出一容置空間用以放置螺旋桿。

綜上所述，依本發明一實施例，由於使用螺旋桿能夠避免硒凝結於鋼刷及鋼刷毛的現象。於一實施例，殼體採用蓋體覆蓋槽體的設計，當要清理時僅需要打開蓋體，避免螺旋桿被硒卡住後，無法清除硒粉末的現象。此外，於冷卻集塵器的入口端更通入有較冷的氮氣，而能夠加速讓排氣中的硒蒸氣冷凝成硒粉末，減少形成硒液體的情況發生。於一實施 例中，使所有的退火室選擇性地連通於第一冷卻集塵器或第二冷卻集塵器，當使用中的冷卻集塵器發生阻塞時，僅需要進行切換的動作，將退火室連通於備用的冷卻集塵器，即可在不需停機的狀況下，清潔被阻塞的冷卻集塵器。

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3A顯示依本發明一實施例薄膜太陽能電池退火裝置之冷卻集塵器的正視的示意圖。圖3B顯示依本發明一實施例薄膜太陽能電池退火裝置之冷卻集塵器的側視的示意圖。圖4顯示依本發明一實施例薄膜太陽能電池退火裝置之架構的示意圖。

如圖3A、圖3B及圖4所示，薄膜太陽能電池退火裝置之冷卻集塵器100包含一殼體110、一螺旋桿120及一驅動裝置130。殼體110上開設有一第一通氣孔140，第一通氣孔140連通於薄膜太陽能電池退火裝置200的退火室210。退火室210內的排氣包含有硒蒸氣，且通過一氣體配管141並從第一通氣孔140進入冷卻集塵器100內。螺旋桿120置 於殼體110內且連接於驅動裝置130。驅動裝置130可以為一馬達或一馬達減速機，適於使螺旋桿120轉動，硒蒸氣在冷卻集塵器100內冷卻後會形成硒粉末，而轉動中的螺旋桿120會帶動硒粉末，並且加以收集在冷卻集塵器100的粉塵收集筒160，粉塵收集筒160可以設在冷卻集塵器100的末端處。

於一實施例中，氣體配管141上還開設有一第二通氣孔150，適於連通一氣體配管151。並且從氣體配管151流出的一氮氣會從第二通氣孔150進入氣體配管141中，以使氮氣與硒蒸氣混合後進入冷卻集塵器100中，且可以使氮氣的溫度小於退火室210之排氣的溫度，以節省能源的角度來看較佳的情況是氮氣的溫度為室溫。在冷卻集塵器100的入口端通入冷的氮氣，使氮氣與退火室210之排氣在冷卻集塵器100內靠近入口端的區域混合。於本實施例中，使常溫的氮氣與硒蒸氣混合後進入冷卻集塵器100中，如此能夠降低硒蒸氣的濃度(及溫度)，且還能夠防止在入口處的阻塞情況。此外，上述實施例中第二通氣孔150是間接地連通於冷卻集塵器100，然而本發明不限定第二通氣孔150的連通方式及位置，於一實施例中，第二通氣孔150亦可以直接地連通於冷卻集塵器100。

依據習知技術，硒蒸氣有時會冷凝成硒液體，而硒液體 很容易凝結在鋼刷、鋼刷毛及殼體的壁面上，且很容易再與其他硒液體或硒粉末結合成一個較大體積的結塊，而造成冷卻集塵器51的阻塞現象。

相對於此，於本實施例中，在冷卻集塵器100的入口端再通入溫度較冷的氮氣，因此能夠讓排氣中的硒蒸氣冷凝成硒粉末，且氮氣的溫度愈低冷凝成硒粉末愈快速，也較不會冷凝成硒液體，可以減少硒凝結在螺旋桿120及殼體110的現象。

此外，於一實施例中，冷卻集塵器100的兩端還可以分別形成有一氣室170，用以防止硒冷凝於軸封及軸承。

更具體而言，如圖3B所示，殼體110包含一槽體111、一弧形板113及一蓋體112。於本實施例中，槽體111為U形槽，而蓋體112覆蓋於U形槽之槽體111的開口處。弧形板113設於蓋體112，較佳地與蓋體112一體成型，且配置於槽體111內，且弧形板113與槽體111的下半部界定出一容置空間，較佳的情況是容置空間大致上為圓柱形，螺旋桿120位於容置空間內。

於一實施例中，蓋體112上更設有多個第三通氣孔114，且弧形板113上設有多個貫穿孔115。第三通氣孔114用以通入氮氣至冷卻集塵器100內的弧形板113與蓋體112間的空間。隨後氮氣會再通過貫穿孔115進入至前述容置空 間，幫忙推動硒粉末至冷卻集塵器100的未端。且較佳的情況是第三通氣孔114及貫穿孔115皆設於靠近冷卻集塵器100入口端的位置，亦即第三通氣孔114及貫穿孔115與冷卻集塵器100入口端間的距離小於第三通氣孔114及貫穿孔115與冷卻集塵器100未端間的距離。

於一實施例中，槽體111的壁面可以為一水冷壁面，亦即槽體111的側壁內包含有一流道適於通入冷卻水，用以冷卻槽體111中的氣體，加速硒蒸氣被冷凝成硒粉末。於一實施例中，蓋體112亦可以為一水冷壁面。

於習知技術中，冷卻集塵器51的殼體為圓柱形，當冷卻集塵器51阻塞時，要清除阻塞的硒粉末很困難且耗時。當阻塞非常嚴重時，鋼刷還會卡於冷卻集塵器51內，而無法拆除，必需破壞鋼刷或冷卻集塵器51。相對於此，於本發明一實施例中，利用蓋體112覆蓋於U形槽之槽體111的開口處，能夠形成密閉空間，且當冷卻集塵器100發生阻塞時，僅需打開蓋體112，並移除弧形板113，即可清理硒粉末。

螺旋桿120包含一旋轉軸122及多個螺旋葉片121，旋轉軸122連接於驅動裝置130，該些螺旋葉片121焊於旋轉軸122上，旋轉軸122轉動螺旋葉片121，並藉由螺旋葉片121之螺旋面的設計，當螺旋葉片121轉動時，能夠推動硒粉末至冷卻集塵器100的末端。於一實施例中，該些螺旋葉 片121設於冷卻集塵器100兩端的氣室170之間。於一實施例中，冷卻集塵器100與粉塵收集筒160的連通口，設於兩端的氣室170之間，且靠近冷卻集塵器100的末端處。

如圖4所示，薄膜太陽能電池退火裝置200包含有多個退火室210、切換裝置230、一第一冷卻集塵器100a及一第二冷卻集塵器100b。於一實施例中，切換裝置230包含有一第一氣閥230a及一第二氣閥230b。第一冷卻集塵器100a透過切換裝置230的第一氣閥230a連接於所有的退火室210，而第二冷卻集塵器100b透過切換裝置230的第二氣閥230b連接於所有的退火室210。切換裝置230適於切換使該些退火室210連通於第一冷卻集塵器100a，或者使該些退火室210連通於第二冷卻集塵器100b。亦即，當第一氣閥230a開啟且第二氣閥230b關閉時，該些退火室210連通於第一冷卻集塵器100a。而當第二氣閥230b開啟且第一氣閥230a關閉時，該些退火室210連通於第二冷卻集塵器100b。

依據於習知技術，每個退火室21皆連通一個冷卻集塵器51，當其中一個冷卻集塵器51阻塞時，整個薄膜太陽能電池退火裝置200皆必須停機，待清理完該阻塞的冷卻集塵器51後，才可再進行退火製程。相對於此，於本發明一實施例中，可以將第一冷卻集塵器100a作為操作中的冷卻集塵器，而第二氣閥230b當作備份用。當第一冷卻集塵器100a 發生阻塞時，僅需要利用切換裝置230，使第二氣閥230b開啟且第一氣閥230a關閉，將該些退火室210連通於第二冷卻集塵器100b，即可持續退火製程不需停機。並且在第一氣閥230a關閉後，即可在不中斷退火製程的情況下清理第一冷卻集塵器100a。

此外，由於僅需要所有的退火室210皆連通於一個冷卻集塵器100a或100b，也可以減少冷卻集塵器的個數，省下設備的成本。更重要的是，可以省下定期清理所有冷卻集塵器的總次數，及增加退火裝置200的稼動率。

此外，於一實施例中，薄膜太陽能電池退火裝置200包含更包含有一第一氣體配管240a及第二氣體配管240b，分別連通於第一冷卻集塵器100a及第二冷卻集塵器100b，適於導入氮氣至該些冷卻集塵器100a及100b中。於一實施例中，薄膜太陽能電池退火裝置200更包含有一第一粉塵收集筒160a及一第二粉塵收集筒160b。第一粉塵收集筒160a連通於第一冷卻集塵器100a的未端側，而第二粉塵收集筒160b連通於第二冷卻集塵器100b的未端側。

綜上所述，依本發明一實施例中，由於使用螺旋桿120能夠避免硒凝結於鋼刷及鋼刷毛的現象。於一實施例，殼體110採用蓋體112覆蓋槽體111的設計，當要清理時僅需要打開蓋體112，避免螺旋桿120被硒卡住後，無法清除硒粉 末的現象。此外，於冷卻集塵器100的入口端更通入有較冷的氮氣，而能夠加速讓排氣中的硒蒸氣冷凝成硒粉末，減少形成硒液體的情況發生。於一實施例中，使所有的退火室210選擇性地連通於第一冷卻集塵器100a或第二冷卻集塵器100b，當使用中的冷卻集塵器發生阻塞時，僅需要進行切換的動作，將退火室210連通於備用的冷卻集塵器，即可在不需停機的狀況下，清理被阻塞的冷卻集塵器。

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‧‧‧冷卻集塵器

100a‧‧‧第一冷卻集塵器

100b‧‧‧第二冷卻集塵器

10a‧‧‧CIGS薄膜太陽能電池

11‧‧‧玻璃基板

110‧‧‧殼體

111‧‧‧槽體

112‧‧‧蓋體

113‧‧‧弧形板

114‧‧‧第三通氣孔

115‧‧‧貫穿孔

12‧‧‧鉬金屬層

120‧‧‧螺旋桿

121‧‧‧螺旋葉片

122‧‧‧旋轉軸

13‧‧‧銅鎵金屬層

130‧‧‧驅動裝置

14‧‧‧銦金屬層

140‧‧‧第一通氣孔

141‧‧‧氣體配管

15‧‧‧硒層

150‧‧‧第二通氣孔

151‧‧‧氣體配管

16‧‧‧CIGSe層

160‧‧‧粉塵收集筒

160a‧‧‧粉塵收集筒

160b‧‧‧粉塵收集筒

170‧‧‧氣室

20‧‧‧薄膜太陽能電池退火裝置

200‧‧‧薄膜太陽能電池退火裝置

21‧‧‧退火室

210‧‧‧退火室

230‧‧‧切換裝置

230a‧‧‧第一氣閥

230b‧‧‧第二氣閥

240a‧‧‧第一氣體配管

240b‧‧‧第二氣體配管

26‧‧‧底板

31‧‧‧冷卻室

35‧‧‧入口

36‧‧‧出口

50‧‧‧加熱器

51‧‧‧冷卻集塵器

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2C顯示一習知薄膜太陽能電池的退火裝置之架構的示意圖。

圖3A顯示依本發明一實施例薄膜太陽能電池退火裝置之冷卻集塵器的正視的示意圖。

圖3B顯示依本發明一實施例薄膜太陽能電池退火裝置之冷卻集塵器的側視的示意圖。

圖4顯示依本發明一實施例薄膜太陽能電池退火裝置之架構的示意圖。

100‧‧‧冷卻集塵器

110‧‧‧殼體

120‧‧‧螺旋桿

130‧‧‧驅動裝置

140‧‧‧第一通氣孔

150‧‧‧第二通氣孔

Claims (14)

1. 一種薄膜太陽能電池退火裝置，用以對一含有第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，適於容置該含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池；一加熱器，用以對該含有第VIA族元素的薄膜太陽能電池加熱；至少一冷卻集塵器，連通於該至少一退火室用以收集第VIA族元素，且該至少一冷卻集塵器包含一殼體、一驅動裝置及一螺旋桿，其中該螺旋桿設於該殼體內且連接於該驅動裝置，該驅動裝置用以轉動該螺旋桿；以及至少一氣體配管，連通於該至少一冷卻集塵器，用以通入一氣體至該至少一冷卻集塵器，其中該殼體包含一槽體、一蓋體及一弧形板，且該蓋體覆蓋該槽體，該弧形板設於該蓋體且配置於該槽體內且界定出至少一通氣孔，用以通入該氣體，並且該弧形板與該槽體界定出一容置空間用以放置該螺旋桿。
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VIA族元素為硒元素。
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，該至少一冷卻集塵器更包含至少一氣室，設於該至少一冷卻集塵器的至少一端。
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，其中該槽體為U形槽，而該蓋體覆蓋於該U形槽的開口處。
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，該至少一退火室的個數為多數個，該至少一冷卻集塵器包含一第一冷卻集塵器及一第二冷卻集塵器，該至少一氣體配管包含：一第一氣體配管，連通於該第一冷卻集塵器；及一第二氣體配管，連通於該第二冷卻集塵器，且該薄膜太陽能電池退火裝置更包含：一切換裝置，適於進行切換，使該些退火室連通於該第一冷卻集塵器，或者使該些退火室連通於該第二冷卻集塵器。
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，其中該切換裝置包含：一第一氣閥，連接於該第一冷卻集塵器及該些退火室之間，以及一第二氣閥，連接於該第二冷卻集塵器及該些退火室之 間。
7. 如申請專利範圍第5項所述之薄膜太陽能電池退火裝置，更包含：一第一粉塵收集筒，連通於該第一冷卻集塵器的未端側；及一第二粉塵收集筒，連通於該第二冷卻集塵器的未端側。
8. 一種冷卻集塵器，適於應用在一薄膜太陽能電池退火裝置中，並收集該薄膜太陽能電池退火裝置的中的第VIA族元素，包含：一殼體、一驅動裝置及一螺旋桿，其中該螺旋桿設於該殼體內且連接於該驅動裝置，該驅動裝置用以轉動該螺旋桿，其中該殼體包含一槽體、一蓋體及一弧形板，且該蓋體覆蓋該槽體，該弧形板設於該蓋體且配置於該槽體內且界定出至少一弧形板用通氣孔，用以通入一氣體，並且該弧形板與該槽體界定出一容置空間用以放置該螺旋桿。
9. 如申請專利範圍第8項所述之冷卻集塵器，其中該第VIA族元素為硒元素。
10. 如申請專利範圍第8項所述之冷卻集塵器，更界定出：一第一通氣孔，用以連通至該薄膜太陽能電池退火裝置的至少一退火室；以及 一第二通氣孔，用以通入一氣體，並使該氣體與該至少一退火室排出的氣體混合後，流至該冷卻集塵器內。
11. 如申請專利範圍第8項所述之冷卻集塵器，其中，該槽體為U形槽，而該蓋體覆蓋於該U形槽的開口處。
12. 如申請專利範圍第8項所述之冷卻集塵器，其中該弧形板用通氣孔連通於該弧形板及該蓋體所界定的空間。
13. 如申請專利範圍第8項所述之冷卻集塵器，其中該氣體為氮氣，且該氣體的溫度小於該至少一退火室之排氣溫度。
14. 如申請專利範圍第8項所述之冷卻集塵器，更包含一第一氣室及一第二氣室，分別設於該冷卻集塵器的兩端。