TWI546848B - 用於化學浴沉積之設備以及使用化學浴沉積於一基材上製作光伏裝置之一材料層的方法 - Google Patents

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Description

用於化學浴沉積之設備以及使用化學浴沉積於一基材上製作光伏裝置之一材料層的方法
本揭露主要關於一種光伏裝置，尤指一種使用化學浴沉積(CBD)來製作光伏裝置之一材料層的系統和方法。
光伏裝置(或稱之為太陽能電池)吸收太陽光，並轉換光能為電力。光伏裝置和其製作方法經由持續不斷地演進，以較薄的設計來提供更高的轉換效率。
薄膜太陽能電池基於一或多層沈積於一基材之光伏材料的薄膜。光伏材料的薄膜厚度可為幾奈米至十微米之間。舉例而言，一些光伏材料包括碲化鎘(cadmium telluride,CdTe)、銅銦鎵硒化物(copper indium gallium selenide,CIGS)、以及非晶矽(amorphous silicon,α-Si)。這些材料可具有吸收光的功能。光伏裝置更可包括其他薄膜，例如一緩衝層(buffer layer)、一背接觸層(back contact layer)、以及一前接觸層。
本揭露提供了用於化學浴沉積之設備，以及使用化學浴沉積於一基材上製作光伏裝置之一材料層的方法。
上述設備包括一殼體定義一化學槽、一循環導管、以及設置於化學槽內之至少一流動調整裝置。化學槽具有位於一上表面上之一開口，用以接受和固持至少一基材於其內。循環導管具有至少一水平之部份於上述化學槽內，且用以供應至少一化學物於上述化學槽。至少一流動調整裝置包括一裝置，包括由一渦輪機、一擴散器以及一起泡器所組成之群組中至少一者。於一些實施例中，上述至少一流動調整裝置包括由一渦輪機、一擴散器以及一起泡器所組成之群組中至少二者之結合。上述化學槽內之上述循環導管之上述部份具有複數個通孔，用以經由上述循環導管提供上述化學物至上述化學槽。上述渦輪機為一可逆轉的渦輪機，鄰近地設置於上述化學槽之一側壁，且上述側壁為一垂直的側壁。
本揭露提供一種用於化學浴沉積之設備，包括一殼體，定義一化學槽、一循環導管、以及設置於化學槽內之至少一流動調整裝置。化學槽具有位於一上表面上之一開口，且用以接受和固持至少一基材於其內。循環導管具有至少一水平的部份於上述化學槽內，且用以供應至少一化學物於上述化學槽。上述至少一流動調整裝置包括一渦輪機，鄰近地設置於上述化學槽之一側壁、以及一擴散器，設置於上述循環導管上。上述化學槽內之上述循環導管之上述部份具有複數個通孔，用以經由上述循環導管提供上述化學物至上述化學槽。上述渦輪機為一可逆轉的渦輪機，鄰近地設置於上述化學槽之一側壁，且上述側壁為一垂直的側壁。
本揭露也提供了使用化學浴沉積於一基材上製作 光伏裝置之一材料層(例如一緩衝層)的方法。上述方法包括通過於一化學槽內之一循環導管提供至少一化學物作為使用於材料層之一先質(其中上述循環導管具有至少一水平的部份於上述化學槽內，且上述化學槽內之上述循環導管之上述部份具有複數個通孔，用以經由上述循環導管提供上述化學物至上述化學槽)，以及使用設置於上述化學槽內之一渦輪機調整上述化學物之流動。於一些實施例中，上述方法更包括使用設置於上述循環導管上之一擴散器來調整上述化學物之流動。於一些實施例中，使用鄰近地設置上述化學槽之一底盤上之一起泡器提供氣泡至上述化學槽內之上述化學物。上述渦輪機為一可逆轉的渦輪機，鄰近地設置於上述化學槽之一側壁，且上述側壁為一垂直的側壁。
於製作材料層的過程中，混合為一均勻之化學溶液所需的時間顯著地被縮短。化學溶液達到基材122之間的狹小空間。使用本揭露之方法及設備生成之材料層，例如一緩衝層，具有均勻的厚度分佈。由於一緩衝層之均勻厚度增加，生成之光伏裝置具有增加之開路電壓(open-circuit voltage,Voc)以及減少之短路電流(short circuit current,Jsc)。緩衝層之均勻厚度可防止短路。光伏裝置之平均電效率具有顯著地增加。
100‧‧‧設備(用於化學浴沉積之設備)
120‧‧‧化學槽
120-1、120-2‧‧‧殼體
120-1‧‧‧側壁
120-2‧‧‧底盤
120-3‧‧‧上表面
121‧‧‧附加通道
122‧‧‧基材
124‧‧‧化學物
126‧‧‧加熱器
128‧‧‧循環導管
129‧‧‧通孔
130‧‧‧過濾單元
132‧‧‧泵
134‧‧‧導管
135‧‧‧循環管路
150‧‧‧流動調整裝置
200‧‧‧設備
210‧‧‧渦輪機
212‧‧‧中心部
214‧‧‧扇葉
300‧‧‧設備
310‧‧‧擴散器
365‧‧‧洞或孔隙
400‧‧‧設備
410‧‧‧起泡器
412‧‧‧氣泡
415‧‧‧氣源
416‧‧‧導管或管路
本揭露可經由下列之詳細的描述以及配合對應的圖式作良好的瞭解。需強調的是，相對於業界中的標準實施，很多的特徵並未依據尺寸繪製。事實上，為了清楚說明之目的，多種特徵的尺寸被任意地增加或是減少。相似的元件標號 表示整篇說明書及圖式上相似的特徵。
第1A圖為根據一些實施例之用於化學浴沉積之設備的示意圖。
第1B圖為第1A圖之設備的化學槽的剖視圖。
第1C圖為第1B圖之化學槽內之一循環導管的放大圖。
第2A圖為根據一些實施例之包括了一渦輪機(turbine)之用於化學浴沉積之設備之部份的俯視圖。
第2B圖為第2A圖之設備之部份的剖視圖。
第3A圖為根據一些實施例之包括了一擴散器(diffuser)之用於化學浴沉積之設備之部份的俯視圖。
第3B圖為第3A圖之設備之部分的剖視圖。
第4A圖為根據一些實施例之包括了一空氣起泡器(gas bubbler)之用於化學浴沉積之設備的部份的俯視圖。
第4B圖為第4A圖之設備的部分的剖視圖。
第5圖為根據一些實施例，使用化學浴沉積來製造一光伏裝置之材料層之方法的流程圖。
以下之揭露提供了許多不同的實施例、或是例子，用來實施本揭露不同之特徵。以下特定例子所描述的元件和排列方式，僅用來精簡的表達本揭露。當然，其僅作為例子，而並非用以限制本揭露。例如，第一特徵在一第二特徵上或上方的結構之描述包括了第一和第二特徵之間直接接觸，或是以另一特徵設置於第一和第二特徵之間，以致於第一和第二特徵並不是直接接觸。此外，本說明書於不同的例子中沿用了相同 的元件標號及/或文字。前述之沿用僅為了簡化以及明確，並不表示於不同的實施例以及設定之間必定有關聯。
再者，使用於此之空間上相關的詞彙，例如向下(beneath)、下方(below)、較低(lower)、上方(above)、或較高(upper)等，用以簡易描述圖式上之一元件或一特徵相對於另一元件或特徵之關係。空間上相關的詞彙意指除了圖式上描述的方位外，包括於不同之方位於使用或是操作之裝置。上述裝置可以其他方式定向(旋轉90度或是於其他方位)以及使用於此之空間上的相關描述也可依此來解釋。
本揭露提供了一種用於化學浴沉積之設備以及一種使用化學浴沉積於一基材上製作光伏裝置之一材料層(例如一緩衝層)的方法。
如第1A至1C、2A至2B、3A至3B、以及4A至4B所示，相似的元件對應於相似的標號。為了簡潔的目的，一圖示中之元件及其標號的描述，並不於另一圖式中重複描述。第5圖所描述之方法，其參考第第1A至1C、2A至2B、3A至3B、以及4A至4B所描述之設備。
除非明確的指示，以下所述之基材可被理解為包括任何對於如光伏裝置等半導體裝置之適當的基材。一基材可為一基底基材(base substrate)之一單一層，或包括設置於一基底基材上之其他層，其包括但不限於，一背接觸層以及一吸收層。
於一薄膜光伏裝置中，一背接觸層設置於一適當的基材上。一吸收層(absorber layer)包括設置於背接觸層之一 適當的吸收材料。一緩衝層(buffer layer)包括設置於吸收層上之一適當的緩衝材料。包括一半導體材料之緩衝層以及吸收層提供了一p-n或是n-p接面(junction)。當吸收層吸收太陽光時，電流可於p-n或是n-p接面上產生。
舉例而言，適合使用於基底基材之材料，包括但未限制於玻璃(例如，蘇打石灰玻璃(soda lime glass))、聚合物(例如，聚亞醯胺(polyimide))膜、以及金屬箔(metal foils)(例如，不鏽鋼)。於一些實施例中，基底基材的薄膜厚度可為任何適合的範圍，例如0.1mm至5mm的範圍之間。於一些實施例中，基底基材可包括二或二以上的層，舉例而言，一第一層包括玻璃(例如蘇打石灰玻璃)以及設置於上述第一層之一第二層。第二層包括二氧化矽(silicon dioxide)，其可使用於止擋玻璃中納(sodium)的可能擴散。
舉例而言，適合一背接觸層之材料，包括但不限於鉬(molybdenum,Mo)、銅、鎳(nickel)、或是其他金屬或導電材料。背接觸層可基於薄膜光伏裝置的種類來選擇。背接觸層的厚度為奈米或微米尺度，例如100nm至20microns之間。背接觸層可經由蝕刻以形成一圖案(pattern)。
一吸收層可為一p-型或n-型半導體材料。舉例而言，適合一吸收層的材料包括但未限制於銅銦鎵硒化物及/或硫化物(CIGS)、碲化鎘(CdTe)、以及非晶矽(amorphous silicon,α-Si)。於一些實施例中，吸收層可為包括銅、銦、鎵、以及硒之一半導體，例如，CuInxGa(1-x)Se2，其中x為0至1的範圍。上述硒亦可置換為硫。吸收層具有一厚度，其為奈米或微米的 尺度。例如，0.5microns至10microns，或是500nm至2microns的範圍。
舉例而言，一緩衝材料包括但未限制於ZnS、CdS、CdSe、ZnO、ZnSe、ZnIn2Se4、CuGaS2、In2S3、MgO以及Zn0.8Mg0.2O。於一些實施例中，一緩衝材料可為n型半導體，且於一些實施例中，吸收層包括p型GIGS。於一些實施例中，緩衝層的厚度可為奈米的尺度，例如，於5nm至100nm之間。
於一薄膜光伏裝置，一前接觸層或是前透光層可設置於緩衝層上。作為一窗口層(window layer)的一部分，一前透光層亦可包括兩個層，舉例而言，包括一本質氧化鋅(intrinsic ZnO,i-ZnO)層以及一前接觸層，其包括透明導電氧化物(transparent conductive oxide,TCO)或是任何其他透光導電塗布。於一些實施例中，未摻雜i-ZnO使用於防止浮光裝置的短路(short circuiting)。前接觸層使用於一具有雙重功能之光伏(photovoltaic,PV)裝置，傳送光至一吸收層，且亦且當作一前接觸以傳輸光生電荷(photo-generated electrical charge)形成輸出電流。透光導電層之高導電性(electrical conductivity)以及高光學傳導(optical transmittance)可用以提高光伏效率。
舉例而言，前接觸層之適當的材質包括但未限制於透光導電氧化物，例如氧化銦錫(indium tin oxide,ITO)、氟摻雜氧化錫(fluorine-doped tin oxide,FTO)、鋁摻雜氧化鋅(aluminum-doped zinc oxide,AZO)、鎵摻雜氧化鋅(gallium doped ZnO,GZO)、氣化鋁和鎵共同摻雜氧化鋅(alumina and gallium co-doped ZnO,AGZO)、硼摻雜氧化鋅(boron doped ZnO, BZO)、和其上述材料之結合。一合適材料也可為一複合材料(composite material)，包括至少一透光導電氧化物(TCO)和另一導電材料，其並不會顯著地降低前接觸層之導電性或光學透明度(optical transparency)。於一些實施例中，前接觸層的厚度的尺度為奈米或微米，例如0.3nm至2.5μm。
於一些實施例中，一抗反射層也可形成於前透光層。舉例而言，抗反射層116的合適材料包括但未限制於SiO2和MgF2。
於光伏裝置之製造過程中，一材料層可使用適當的製程來形成，例如化學浴沉積。舉例而言，於一些實施例中，一緩衝層包括CdS、ZnS或是CdS和ZnS的一混合物，通過化學浴沉積(CBD)沉積於一溶液。一化學浴沉積有時稱之為水熱反應(hydrothermal reaction)。於一化學浴沉積中任何發生於一溶液內的反應，包括至少一化學物(chemical)，如同一先質(precursor)，用以於大氣或升高的溫度下，在基材上沉積一生成材料(resulting material)的一薄層。舉例而言，於一些實施例中，一緩衝層包括ZnS之一薄膜可在一溫度形成於一水性(aqueous)溶液包括ZnSO4、氨水(ammonia)和硫脲(thiourea)，上述溫度可為50℃至100℃(例如，80℃)。於一些實施例中，一適當的溶液包括0.16M(mole/liter)的ZnSO4,、7.5M的氨水、以及0.6M的硫脲。一裝置包括一基底基材、一背接觸層、以及一吸收層，於80℃浸入溶液中10至60分鐘以形成一適當的厚度的ZnS薄膜(例如，於5nm至100nm之間)。
於另一例子中，一含鋅層(zinc-containing layer) 可經由適當的化學浴沉積(CBD)製程形成。舉例而言，用於含鋅層之一化合物包括但未限制於ZnS、ZnO、Zn(OH)2、ZnSe、ZnS(O,OH)、以及ZnSe(O,OH)、及其結合。用於化學浴沉積的適當的化學物包括但未限制於ZnSO4、氨水和硫脲。舉例而言，ZnO可於一溶液中經由水熱反應或化學浴沉積而製成。溶液包括一含鋅鹽(zinc-containing salt)以及一鹹性化學物(alkaline chemical)。任何含鋅鹽可為硝酸鋅、乙酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅、及其混合物或水合物。於一例子中，水合物可為硝酸鋅六水合物(Zinc nitrate hexahydrate)、硝酸鋅或是乙酸鋅。溶液中的鹹性化學物可為一強鹼(strong base)，例如KOH或是NaOH，或是弱鹼(例如氨水或是胺(amine))。
相似地，一含鎘層亦可經由化學浴沉積(CBD)形成。CdS、CdO、CdOH、CdS(O,OH)或是CdS、CdO和CdOH的混合物可經由於一溶液中之水熱反應或化學浴沉積(CBD)沉積。用於化學浴沉積之適當的化學物包括但未限制於一適當的含鎘鹽以及如氨水和硫脲等一鹹性化學物。
於另一例子中，一本質氧化鋅(intrinsic ZnO,i-ZnO)層，可於一溶液中經由化學浴沉積形成於一緩衝層上，其包括一含鋅鹽以及一鹹性化學物。含鋅鹽可包括硝酸鋅、乙酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅、及其混合物或水合物(例如硝酸鋅六水合物)。鹹性化學物可為強鹼或弱鹼，包括但未限制於KOH、NaOH、胺(amine)、和一胺化物(amide)。溶液中含鋅鹽或是鹹性化學物的濃度可為0.01M至0.5M之間。這兩種化學物可以任何比例混合(例如，1：1莫耳比)。舉例而言，硝酸鋅(0.1M) 以及六亞甲四胺(hexamethylenetetramine)(0.1M)之一水性溶液於一玻璃容器內混合，並加熱至一溫度，其可為60℃至95℃。包括玻璃、背接觸層以及吸收層之基材浸入上述溶液，並保持一段時間，例如0.5小時至10小時之間。此樣本可以去離子水(deionized water)加以沖洗，並加熱至80℃至120℃之間以蒸發殘留的水。舉例而言，i-ZnO層的厚度可形成為5nm至100nm之間。
於製作光伏裝置之過程中，多個大尺寸基材可於一化學槽浸入一溶液。本揭露提供了一種用於化學浴沉積之設備，以減少所需的溶液混合時間(mixing time)以及增加溶液的均勻度。上述設備及其相關之方法可使用化學浴沉積於一基材上製作一材料層，例如光伏裝置之一緩衝層。上述生成材料層於厚度上具有增進之均勻度，均勻度可表現於跨越多個大尺寸基材之開路電壓(open-circuit voltage,Voc)以及短路電流(short circuit current,Jsc)。
第1A至1C圖為繪製了於一些實施例中用於化學浴沉積之設備100的示意圖。設備100可為一設備，且設備200、300、400可依據其建置。換句話說，根據一些實施例，設備100與設備200、300、400或是其他設備分享些特徵。如第1A圖所示，設備100包括一殼體(120-1、120-2)，其定義了一化學槽120以及一循環導管128。化學槽120由具有抗化學物之材質所製成。舉例而言，可對酸或鹼具有抗性之材質所製成。化學槽120於上表面120-3具有一開口，且用以接收或是固持(hold)設置於其內的至少一基材122。循環導管128具有至少一部分位於化學 槽120內，用以供應至少一化學物124至化學槽120。如第1B圖所示，至少一基材122可包括多個相互平行之基材，上述多個基材使用固定元件(圖未示)固持於化學槽120內。化學槽120可包括附加通道121位於化學槽120之外側邊緣用以儲存過剩的(excessive)化學物。
如第1A圖所示，設備100可包括位於化學槽120內之一加熱器126。循環導管128可連通(fluidly connect)位於化學槽120外側之一過濾單元130以及一泵132。上述過濾單元130以及泵132位於化學槽120外側並連接一或多個化學物儲存容器(圖未示)。泵132亦可經由一導管134連通於化學槽120之頂部，用以調整化學槽120內壓力以及化學物之液面。化學槽120內之至少一化學物124也可通過一導管或其他適當的連接元件輸送回過濾單元130。
如第1B圖所示，化學槽120內之循環導管128之一部分設置於且鄰接於化學槽120之一底盤(bottom wall)120-2。如第1C圖所示之放大圖，於化學槽120內之循環導管128的部份具有多個通孔(vent hole)129用以由循環導管128提供化學物124至化學槽120。於一些實施例中，每一於循環導管128之通孔129由循環導管128大致朝下提供化學物124。除非明確的指示，大致朝下可被理解為朝向循環導管之水平中心線下方的任何方向。上述之方向可具有偏離水平方向之至少一向下分量。循環導管128可為化學物之路徑(pathway)。於一些實施例中，附加通道121內之化學物可流過循環管路135(如第1A圖所示)至過濾單元130，並經由泵132至循環導管128。
第2A-2B、3A-3B以及4A-4B繪製了三個示範的設備200、300、400。每一設備200、300、400可具有描述於設備100之特徵。此外，每一設備200、300、400具有至少一流動調整裝置(flow adjustment device)150，其包括一適當的裝置，例如一渦輪機210、一擴散器(diffuser)310、一起泡器(bubbler)410、或是其結合。
第2A圖為根據一些實施例之包括了一渦輪機(turbine)之用於化學浴沉積之設備之部份的俯視圖。第2B圖為第2A圖之設備之部份的剖視圖。
於一些實施例中，渦輪機210為可一可逆轉之渦輪機，鄰近地設置於化學槽120之一側壁120-1。渦輪機210可具有一中心部212以及放射狀地設置於中心部212之至少一扇葉214。上述扇葉214大致平行於化學槽120之側壁120-1。
於一些實施例中，如第2B圖所示，渦輪機210設置於側壁120-1之中心區域。渦輪機210之中心部212連接於一馬達以及一控制器(圖未示)。上述至少一扇葉214用以選擇性地以順時針或逆時針方向繞中心部212旋轉。上述控制器可用以控制至少一扇葉214的旋轉方向。至少一扇葉214的旋轉速度可為任何適當的範圍，例如30rpm(runs per minute)至200rpm。
至少一扇葉214的長度大於化學槽120四分之一的深度或是大於側壁120-1四分之一的尺寸。當至少一扇葉214旋轉時，至少一扇葉214覆蓋側壁120-1至少一半的面積。
於一些實施例中，渦輪機210被設計為能讓多個基材122放置為大致垂直於化學槽120內之至少一扇葉214的旋轉 平面。然而，至少一扇葉214並未接觸任何基材122。如第2A圖所示，化學物124可依照第2A圖所示之箭頭流動於多個基材122之間。
於一些實施例中，可設置兩個或多個渦輪機210。舉例而言，兩個渦輪機210可分別鄰近地設置於化學槽120的兩個側壁120-1。兩個渦輪機210可相互平行地設置，且鄰近於兩相對之側壁120-1。於另一例子中，四個渦輪機210可鄰近地設置於化學槽120之每一四個側壁。於一些實施例中，兩個渦輪機210相對排列，藉此其角速度向量在相同之方向(因此，假使兩個渦輪機對應於一軸設置為朝向相反之方向，一個渦輪機對應其馬達依照順時鐘方向旋轉，另一渦輪機對應其馬達依照逆時針方向旋轉，因此兩渦輪機對應於慣性空間以相同之方向旋轉)。因此，當第一個渦輪機210推送流體朝向第二個渦輪機時，第二個渦輪機210抽取由第一個渦輪機210所推送之流體。於另一實施例中，一或多個渦輪機210位於靠近化學槽120之底部或頂部。
第3A圖為根據一些實施例之包括了一擴散器310之設備300之部份的俯視圖。第3B圖為第3A圖之設備300之部分的剖視圖。
於一些實施例中，如第1C圖所示，每一通孔129位於循環導管128之底部用以從循環導管128大致朝下提供化學物124。除非特別的指出，大致朝下可被理解為朝向循環導管之水平中心線下方的任何方向。上述之方向可具有偏離水平方向之至少一向下分量。
於一些實施例中，擴散器310作為流動調整裝置，且設置於循環導管128上。擴散器310包括一平板。上述平板具有多個洞或孔隙(pore)365，並用以由循環導管128朝上擴散化學物124通過平板(310)。洞或孔隙365可具有任何適當的尺寸，舉例而言，可為2公分至10公分。於一些實施例中，擴散器310以及循環導管128鄰近地設置於化學槽120之底盤120-2上。於一些實施例中，擴散器310的尺寸大致相同或是略小於底盤120-2之面積。設備300之設計可讓至少一基材122藉由固定元件(圖未示)固持於擴散器310上，且擴散器310可接觸或不接觸基材122。擴散器310以及循環導管128位於基材122之下。
於一些實施例中，擴散器310為單一的層，包括多個洞365。於另一實施例中，擴散器310具有多層結構，包括多個洞或孔隙365。亦可使用兩個或多個具有單一層之擴散器310。於一些實施例中，可包括兩個水平且平行的擴散平板，其中每一擴散平板具有多個洞，且一個上擴散平板的洞並未對齊第一擴散平板的洞。
第4A圖為根據一些實施例之包括了一空氣起泡器410之設備400之部份的俯視圖。第4B圖為第4A圖之設備400之部分的剖視圖。
於一些實施例中，起泡器410作為一流動調整裝置，鄰近地設置化學槽120的底盤120-2上，且用以提供化學槽120內之氣泡412。起泡器410可通過一導管或管路416連接一氣源(gas source)415。氣源415連接於用以控制氣壓或是流量之控制器(圖未示)。氣源415用以供應不會影響化學槽120內之化學 浴沉積之反應之惰性氣體(inert gas)，例如氮氣或氬氣。起泡器410可為任何形狀，例如形成為一導管或一平板(例如，一矩形或是圓形平板)，用以通過起泡器410的表面提供氣泡。起泡器410可具有多個洞或是孔隙(圖未示)於其上以釋放氣體。起泡氣410上之洞或孔隙可為任何適當的直徑，舉例而言，0.5cm至5cm。起泡器410，舉例而言，可為一平板的形狀，並可具有與底盤120-2大致相同或略小於的尺寸。起泡器410上之洞或孔隙於一平板狀的起泡器410之上表面或是一底面。釋放的氣泡412可以大致全部朝上移動化學槽120內之化學物124。於一些實施例中，起泡器410幫助促進化學物於基材122之間以適當的流動型式分佈。
於一些實施例中，設備200、300或是400更包括設置於化學槽120內之加熱器126，其用以調整化學槽120內之化學物124的溫度。上述溫度可在任何適當的範圍，舉例而言，由40℃至100℃。
於一些實施例中，至少一流動調整裝置150包括由一渦輪機210、一擴散器310以及一起泡器410所組成之群組中至少二者之結合，亦可使用任何一或多個渦輪機210、擴散器310以及起泡器410之結合。
舉例而言，於一些實施例中，一設備(圖未示)包括殼體(120-1和120-2)，其定義一化學槽120、一循環導管128、以及設置於化學槽120內之至少一流動調整裝置150。如第1A圖所示，化學槽120於上表面120-3具有一開口，並用以接收或是固持(hold)於其內的至少一基材122。循環導管128具有至少 一部分位於化學槽120內，用以供應至少一化學物124至化學槽120。至少一流動調整裝置150包括一渦輪機210，鄰近地設置於化學槽120之一側壁120-1(如第2A至2B圖所示)。一擴散器310設置循環導管128上(如第3A至3B圖所示)。循環導管128於化學槽120於內之部份具有多個通孔129(如第1C圖所示)，用以由循環導管128提供化學物至化學槽120。每一循環導管128上之通孔129用以由循環導管128大致朝下提供化學物124大致朝下。擴散器310包括一平板具有多個洞或是孔隙365，並用以由循環導管128通過平板(310)擴散提供化學物124。
於一些實施例中，於設備內之至少一流動調整裝置150更包括一起泡器410，鄰近地設置化學槽120的底盤120-2上(如第4A至4B圖所示)，並用以於化學槽120內提供氣泡412。
渦輪機210、擴散器310、以及起泡器410可以分別或結合的使用。於一些實施例中，擴散器310以及起泡器410一起使用。擴散器310設置於起泡器410上。由起泡器410產生之氣泡可通過擴散器310之洞。
本揭露亦提供使用化學浴沉積於一基材122上製作光伏裝置之一材料層的方法。舉例而言，使用化學浴沉積於基材122上形成之光伏裝置之一材料層，包括但未限制於一緩衝層。於一些實施例中，材料層之厚度，例如一緩衝層，為奈米之尺度，舉例而言，於5nm至100nm之間。
第5圖為根據一些實施例，使用化學浴沉積來製造一光伏裝置之材料層之方法500。方法500包括由步驟502、504、506、508、510或其結合所選擇之一或多個步驟。這些步 驟並不需要特定的順序。這些選擇的步驟亦可被同時實施。
在步驟502中，至少一化學物124作為使用於材料層之一先質(precursor)，如第1A至1C圖所示，化學物124由化學槽120內之循環導管128來提供。至少一化學物124依據材料層之種類形成於基材122上。於一些實施例中，使用了二或多種化學物124。適當的化學物124之一例子已於前描述。舉例而言，用以形成CdS為一緩衝層的化學物124，可包括氨水、CdSO4以及硫脲。
在步驟504中，如第2A圖至2B圖所示，於一些實施例中，化學物124之流動可使用設置於化學槽120內之一渦輪機210被調整。
在步驟506中，如第3A圖至3B圖所示，於一些實施例中，化學物124之流動可使用設置於循環導管128上之一擴散器310被調整。擴散器310包括具有多個洞之平板，用以經由循環導管128朝上通過平板擴散化學物124。
在步驟508中，如第4A圖至4B圖所示，於一些實施例中，使用鄰近地設置於化學槽120的底盤120-2上之起泡器410來提供氣泡412進入化學物124。
在步驟510中，如第1A圖至1C圖所示，化學物加熱至一預定溫度。上述溫度可為任何式適當的範圍，舉例而言，為40℃至100℃之間。於一些實施例中，方法500包括加熱溶液至於40℃至100℃之間之一溫度，於一期間內(如0.5小時至10小時之間)將基材122浸入至化學物124中。
於製作的過程中，混合為一均勻之化學溶液所需 的時間顯著地被縮短。化學溶液達到基材122之間的狹小空間。使用本揭露之方法生成之材料層，例如一緩衝層，具有均勻的厚度分佈。由於一緩衝層之均勻厚度增加，生成之光伏裝置具有增加之開路電壓(open-circuit voltage,Voc)以及減少之短路電流(short circuit current,Jsc)。緩衝層之均勻厚度可防止短路。光伏裝置之平均電效率具有顯著地增加。
本揭露提供了用於化學浴沉積之設備，以及使用化學浴沉積於一基材上製作光伏裝置之一材料層的方法。
上述設備包括一殼體定義一化學槽、一循環導管、以及設置於化學槽內之至少一流動調整裝置。化學槽具有位於一上表面上之一開口，且用以接受和固持至少一基材於其內。循環導管具有至少一部份於上述化學槽內，且用以供應至少一化學物於上述化學槽。上述至少一流動調整裝置包括一裝置包括由一渦輪機、一擴散器以及一起泡器所組成之群組中至少一者。於一些實施例中，上述至少一流動調整裝置包括由一渦輪機、一擴散器以及一起泡器所組成之群組中至少二者之結合。
於一些實施例中，上述化學槽內之上述循環導管之上述部份鄰近地設置於上述化學槽之一底盤上。上述化學槽內之上述循環導管之上述部份具有複數個通孔，用以由上述循環導管提供上述化學物至上述化學槽。於一些實施例中，上述循環導管之上述部份上之每一上述通孔用以經由上述循環導管大致朝下提供上述化學物。
於一些實施例中，上述至少一流動調整裝置包括 一可逆轉的渦輪機，鄰近地設置於上述化學槽之一側壁。上述渦輪機具有一中心部以及至少一扇葉。上述至少一扇葉由上述中心部放射狀地設置，並且大致平行於上述化學槽之上述側壁。上述至少一扇葉用以依照順時針或逆時針方向選擇性地繞上述中心部旋轉。
於一些實施例中，上述至少一流動調整裝置包括設置於上述循環導管上之一擴散器。上述擴散器包括具有複數個洞之一平板，其用以經由上述循環導管朝上通過上述平板擴散上述化學物。於一些實施例中，上述擴散器以及上述循環導管鄰近地設置上述化學槽之一底盤上，且於固持化學槽內之至少一基材之下。
於一些實施例中，至少一流動調整裝置包括一起泡器，鄰近地設置上述化學槽之一底盤上，且用以於上述化學槽內提供氣泡。
於一些實施例中，設備更包括一加熱器，設置於上述化學槽內，並用以調整上述化學槽內之上述化學物之一溫度。
於一些實施例中，本揭露提供一種用於化學浴沉積之設備，包括一殼體，定義一化學槽、一循環導管、以及設置於化學槽內之至少一流動調整裝置。化學槽具有位於一上表面上之一開口，且用以接受和固持至少一基材於其內。循環導管具有至少一部份於上述化學槽內，且用以供應至少一化學物於上述化學槽。上述至少一流動調整裝置包括一渦輪機，鄰近地設置於上述化學槽之一側壁、以及一擴散器，設置於上述循 環導管上。上述化學槽內之上述循環導管之上述部份具有複數個通孔，用以由上述循環導管提供上述化學物至上述化學槽。上述循環導管之上述部份上之每一上述通孔用以經由上述循環導管大致朝下提供上述化學物。上述擴散器包括具有複數個洞之一平板，其用以經由上述循環導管朝上通過上述平板擴散上述化學物。於一些實施例中，上述至少一流動調整裝置更包括一起泡器，鄰近地設置上述化學槽之一底盤上，且用以於上述化學槽內提供氣泡。
於另一方面，本揭露也提供了使用化學浴沉積於一基材上製作光伏裝置之一材料層(例如一緩衝層)的方法。上述方法包括通過於一化學槽內之一循環導管提供至少一化學物作為使用於材料層之一先質，以及使用設置於上述化學槽內之一渦輪機調整上述化學物之流動。於一些實施例中，上述方法更包括使用設置於上述循環導管上之一擴散器來調整上述化學物之流動。上述擴散器包括具有複數個洞之一平板，且用以經由上述循環導管朝上通過上述平板擴散上述化學物。於一些實施例中，使用鄰近地設置上述化學槽之一底盤上之一起泡器提供氣泡至上述化學槽內之上述化學物。於一些實施例中，上述方法更包括加熱上述化學物至一預定溫度。
於前述多種實施例所提出之特徵，可讓於此領域中具有技術之人能更加的瞭解本發明之實施方式。於此領域中具有技術之人可瞭解到，他們可輕易的以本發明為一基礎設計或是修正其他製程以及結構，以實現本發明相同之目的及/或達到前述實施例的一些功效。可瞭解的是，於此領域中具有技 術之人可以相等之組件(equivalent construction)針對本發明進行改變、替代與修改，並不超出本發明之精神和範圍。
100‧‧‧設備
120‧‧‧化學槽
120-1和120-2‧‧‧殼體
120-1‧‧‧側壁
120-2‧‧‧底盤
120-3‧‧‧上表面
122‧‧‧基材
124‧‧‧化學物
126‧‧‧加熱器
128‧‧‧循環導管
130‧‧‧過濾單元
132‧‧‧泵
134‧‧‧導管
135‧‧‧循環管路

Claims (9)

  1. 一種用於化學浴沉積之設備，包括：一殼體，定義一化學槽，其中上述化學槽具有位於一上表面上之一開口，且用以接受和固持至少一基材於其內；一循環導管，具有至少一水平之部份於上述化學槽內，且用以供應至少一化學物於上述化學槽；以及至少一流動調整裝置，設置於上述化學槽內，且上述至少一流動調整裝置包括一渦輪機或一擴散器；其中上述化學槽內之上述循環導管之上述部份具有複數個通孔，用以經由上述循環導管提供上述化學物至上述化學槽；其中上述渦輪機為一可逆轉的渦輪機，鄰近地設置於上述化學槽之一側壁，且上述側壁為一垂直的側壁。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於化學浴沉積之設備，其中上述化學槽內之上述循環導管之上述部份鄰近地設置於上述化學槽之一底盤上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之用於化學浴沉積之設備，其中上述至少一流動調整裝置包括設置於上述循環導管上之一擴散器，其中上述擴散器包括具有複數個洞之一平板，其用以經由上述循環導管朝上通過上述平板擴散上述化學物。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之用於化學浴沉積之設備，其中上述至少一流動調整裝置更包括一起泡器，鄰近地設置上述化學槽之一底盤上，且用以於上述化學槽內提供氣泡。
  5. 一種用於化學浴沉積之設備，包括：一殼體，定義一化學槽，其中上述化學槽具有位於一上表面上之一開口，且用以接受和固持至少一基材於其內；一循環導管，具有至少一水平的部份於上述化學槽內，且用以供應至少一化學物於上述化學槽；以及至少一流動調整裝置，設置於上述化學槽內，且上述至少一流動調整裝置包括：一渦輪機，鄰近地設置於上述化學槽之一側壁；以及一擴散器，設置於上述循環導管上；其中上述化學槽內之上述循環導管之上述部份具有複數個通孔，用以經由上述循環導管提供上述化學物至上述化學槽；其中上述渦輪機為一可逆轉的渦輪機，鄰近地設置於上述化學槽之一側壁，且上述側壁為一垂直的側壁。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之用於化學浴沉積之設備，其中上述至少一流動調整裝置包括一起泡器，鄰近地設置上述化學槽之一底盤上，且用以於上述化學槽內提供氣泡。
  7. 一種使用化學浴沉積於一基材上製作光伏裝置之一材料層的方法，包括：通過於一化學槽內之一循環導管提供至少一化學物作為使用於材料層之一先質，其中上述循環導管具有至少一水平的部份於上述化學槽內，且上述化學槽內之上述循環導管之上述部份具有複數個通孔，用以經由上述循環導管提供上述化學物至上述化學槽；以及 使用設置於上述化學槽內之一渦輪機調整上述化學物之流動；其中上述渦輪機為一可逆轉的渦輪機，鄰近地設置於上述化學槽之一側壁，且上述側壁為一垂直的側壁。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之使用化學浴沉積於一基材上製作光伏裝置之一材料層的方法，更包括：使用設置於上述循環導管上之一擴散器來調整上述化學物之流動，其中上述擴散器包括具有複數個洞之一平板，且用以經由上述循環導管朝上通過上述平板擴散上述化學物。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之使用化學浴沉積於一基材上製作光伏裝置之一材料層的方法，更包括：使用鄰近地設置上述化學槽之一底盤上之一起泡器提供氣泡至上述化學槽內之上述化學物。
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