TWI567817B - 用於太陽能電池之基板載具及使用其製作太陽能電池之方法 - Google Patents
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Description
本發明係一種用於太陽能電池之基板載具及使用其製作太陽能電池之方法,尤指一種能承載太陽能電池基板進行濕式蝕刻,使太陽能電池基板表面形成良好的金字塔結構,以提升其光電轉換效率之基板載具,以及使用其製作太陽能電池之方法。
在製作太陽能電池之製程中,會先經過濕式或乾式蝕刻,而使太陽能電池之基板表面形成金字塔結構,藉以形成光電轉換層。
按,在一般之太陽能電池製程中,需利用一載具承載太陽能電池基板,再利用機械手臂夾持該載具,以將該載具中承載之太陽能電池基板,進行酸鹼蝕刻、清洗與乾燥等步驟,其中使用之酸鹼液可包括氫氧化鉀、氫氧化鈉、硫酸、硝酸、氫氟酸、氨水等強鹼、強酸等蝕刻液,清洗液可包括高潔淨度液體、去離子水以清洗殘留在基板之蝕刻液體,最後再進行烘乾的製程。
然而,習用載具所用之材質與其結構,無法耐強鹼、強酸於製程所生之高溫,換言之,習用載具耐溫僅達60℃~80℃,且不耐強鹼、強
酸之腐蝕性,僅可耐低濃度(<20%)之酸鹼蝕刻液,導致習用載具之使用壽命變短,通常使用100~500次之後即損壞需更換,且習用載具之疏水性較差,蝕刻或清洗之液體易殘留於太陽能電池基板上,於製程中經不斷地交互進行酸鹼蝕刻,造成太陽能電池基板四周之無效區域(pin mark or invalid region)面積過大以致產品不良率過高,譬如前一步驟實施強鹼蝕刻之殘留液,即使經過清洗步驟,然疏水性差之載具仍可能將其所承載之含有強鹼殘留液之基板進入下一強酸蝕刻步驟,將導致蝕刻液酸鹼中和的不利效應,輕則影響基板的蝕刻效果,重者危害操作員的生命。
有鑑於此,本案發明人本於多年從事相關產品之製造開發與設計經驗,針對上述之目標,詳加設計與審慎評估後,終得一確具實用性之本發明。
本發明之目的,在於提供一種用於太陽能電池之基板載具,其結合指定之材質及搭配優良之疏水結構,可達到具有耐高溫、抗腐蝕、高潔淨度、低汙染析出、高疏水性、耐磨耗之特性,令其使用壽命大幅提高,特別是當使用該載具承載太陽能電池基板進行濕式蝕刻時,藉由該載具較佳的疏水性,不但能有效降低殘留液之體積達20~80%且進一步能使太陽能電池基板表面形成良好的金字塔結構(即金字塔的反射面與基板水平面之間形成的銳角夾角大於20度),藉以提升太陽能電池之光電轉換效率,相較於使用習知載具所製作的太陽能電池,其形成金字塔的銳角夾角小於20度,使得其可達之最佳光電轉換率不超過16%;然使用
本發明提供之載具而製作之太陽能電池,由於有助於形成之金字塔反射斜邊大於20度,進而使其可達之光電轉換效率提升至介於17~25%。
為達上述目的,本發明所揭示之載具使用四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(Tetrafluoroethylene-Perfluoroalkyl Vinyl Ether Copolymer,以下簡稱PFA),該載具包含有:兩側板、分別連接該兩側板外緣之至少一側桿、連接該兩側板下緣之至少一底桿,以及連接該兩側板上緣之至少一壓桿。該側板、側桿與底桿之間共同形成一容置空間,以容置至少一太陽能電池基板,其中沿該側桿與該壓桿之軸向上方分別設有複數個齒肋,使該側桿與該壓桿之該每一齒肋分別以點對點方式接觸該每一太陽能電池基板,該側板設有一凹口以旋轉卡固該壓桿之一水滴狀之凸部,且進一步在該凹口之下方設有一斜面開口;藉此,透過載具之PFA材質,令該載具用於濕式蝕刻化學製程中,具有耐高溫、抗腐蝕、高潔淨度、低汙染析出及耐磨耗之特性,而大幅提高使用壽命,同時藉由斜面開口之設置,令該載具具有優良的疏水性,有效避免蝕刻之化學液體或清洗液殘留於太陽能電池基板四周上,進而造成太陽能電池基板四周之無效區域(pin mark or invalid region)限縮至小於1平方毫米,並使太陽能電池基板表面形成良好的金字塔結構(即金字塔之反射斜邊大於20度),藉以大幅提升太陽能電池之光電轉換效率。
為便 貴審查委員能對本發明之目的、形狀、構造裝置特徵及其功效,做更進一步之認識與瞭解,茲舉實施例配合圖式,詳細說明如下
1‧‧‧載具
5‧‧‧太陽能電池基板
11‧‧‧側板
12‧‧‧側桿體
13‧‧‧底桿體
14‧‧‧壓桿體
15‧‧‧空間
16‧‧‧第一齒肋
111‧‧‧凹口
141‧‧‧凸部
1111‧‧‧斜向開口
R‧‧‧弧邊
L‧‧‧線邊
S‧‧‧斜側邊
P‧‧‧頂點
J‧‧‧交點
L1‧‧‧第一直線
O‧‧‧圓心
L2‧‧‧第二直線
θ2‧‧‧夾角
θ1‧‧‧夾角
L1a‧‧‧第一徑向長度
L2a‧‧‧第二徑向長度
Ld‧‧‧軸向長度
17‧‧‧第二齒肋
d‧‧‧軸向長度
Sd‧‧‧徑向距離
θ4‧‧‧夾角
Ut‧‧‧頂面
Ct‧‧‧倒角面
St‧‧‧斜面
Lt1‧‧‧直線
θ5‧‧‧夾角
Bt‧‧‧斜側面
Lt2‧‧‧直線
θ6‧‧‧夾角
Le1‧‧‧最大軸向長度
Le2‧‧‧最大徑向長度
Si‧‧‧等腰斜邊
L‧‧‧直線
θ7‧‧‧夾角
D‧‧‧最小之對角軸向邊
F‧‧‧最大之對角徑向邊
S1‧‧‧側斜邊
θ8‧‧‧夾角
θ9‧‧‧夾角
Le‧‧‧直線
S1‧‧‧長軸斜邊
Ss‧‧‧短軸斜邊
θ10‧‧‧夾角
G‧‧‧長度
142‧‧‧凸起部
143‧‧‧凸圓部
1115‧‧‧U型缺口
1116‧‧‧第一直徑弧部
1117‧‧‧第二直徑弧部
1118‧‧‧內開口
A、B‧‧‧長度
1110‧‧‧斜面
1112‧‧‧L型缺口
R5‧‧‧側圓弧
1113‧‧‧下緣
1114‧‧‧導斜面
113‧‧‧掛勾
114‧‧‧定位孔
1131‧‧‧導斜面
θ‧‧‧導角
115‧‧‧內縮段
R’‧‧‧第一齒肋之較長弧邊
18‧‧‧強化部
R”‧‧‧第二齒肋之較長弧邊
L1‧‧‧直線
L2‧‧‧另一直線
θ11‧‧‧夾角
θ12‧‧‧夾角
L’L”‧‧‧較短線邊
101‧‧‧第1步驟
102‧‧‧第2步驟
103‧‧‧第3步驟
104‧‧‧第4步驟
第1圖為本發明之載具之立體外觀圖。
第2A、2B、2C圖分別為本發明第一齒肋之第一實施例之側視圖、上視圖及前視圖之示意。
第3A、3B、3C、3D圖分別為本發明第一齒肋、第二齒肋之立體圖、前視圖、上視圖與側視圖之示意。
第4A、4B圖分別為本發明第一齒肋之第二實施例之側視圖、前視圖之示意。
第5A、5B、5C圖分別為本發明第一齒肋之第三實施例之側視圖、上視圖、前視圖之示意。
第6A、6B圖分別為本發明第一齒肋之第四實施例之側視圖、前視圖之示意。
第7圖為本發明之壓桿體放大示意圖。
第8A、8B圖分別為本發明之水滴狀凸部、U型缺口之示意圖。
第9圖為本發明之L型缺口之示意圖。
第10A、10B圖為本發明側板及該側板上掛勾之示意圖。
第11圖為本發明之製作太陽能電池之方法之流程圖。
本發明係一種「用於太陽能電池之基板載具」,請參閱第1圖所示,本文中所使用的名稱「徑向」與「軸向」分別係指沿桿體之半徑方向(radius direction)所延伸者及穿過桿體中心之縱軸方向(lengthwise direction)所延伸者且兩者相互垂直,用於太陽能電池之基板載具1,係使用於濕式蝕刻化學製程中,承載太陽能電池基板5(substrates for solar
cells),使太陽能電池基板5可浸入高溫的(包括但不限制之氫氧化鉀、氫氧化鈉、硫酸、硝酸、氫氟酸、氨水等)強蝕性液體中及高潔淨度或純水等液體中,交互進行濕式化學蝕刻與清洗。
該載具1整體係由PFA材質所構成,其包含有:兩側板11(side plate)、至少一側桿體12(side rod)、至少一底桿體13(bottom rod)以及至少一壓桿體14(pressing rod),該些桿體為一圓柱狀。
其中,該兩側板11分別相對應設於該載具1的二側端處。
該等側桿體12分別連接該兩側板11外緣,如第1圖所示。
該底桿體13連接該兩側板11下緣,令該兩側板11、側桿體12、底桿體13與壓桿體14之間共同形成一空間15(space),以容置至少一太陽能電池基板5,使基板5承載於該載具1中,用於濕式化學蝕刻之相關製程。
該壓桿體14連接該兩側板11上緣。
又,分別沿該等側桿體12與該壓桿體14之軸向設有複數個軸向排列且等距間隔之第一齒肋16(first teeth),令太陽能電池基板5進入載具1,係安裝於該第一齒肋16與相鄰之另一第一齒肋16間的間隙,而位於該空間14中,且各該第一齒肋16與太陽能電池基板5於一上視剖面(top-view cross-section profile)維持兩者之間的一點對點之接觸(a point-to-point contact),以藉由點接觸令進行濕式化學蝕刻時,可使蝕刻、清洗時遮蔽面積減小,提供將太陽能電池基板5蝕刻、清洗更完整,不致影響電訊導通,而減少成為不良品之產生。
該兩側板11上緣設有一凹口111(recess),以定位該壓桿體14所具有之一水滴狀之凸部141(droplet projection),且進一步自該凹口111向外延伸一斜向開口1111(inclined opening),使該凹口111藉由該斜向開口1111而達到高疏水性,而能有效排掉殘留於載具與基板之間的蝕刻或清洗液體。
藉此,透過載具1之PFA材質,令該載具1用於濕式蝕刻化學製程中,具有耐高溫、抗腐蝕、高潔淨度、低汙染析出及耐磨耗之特性,而大幅提高使用壽命,同時藉由斜面開口1111之設置,令該載具1具有高疏水性,避免蝕刻之化學液體殘留於太陽能電池基板5四周上,而造成太陽能電池基板5四周之無效區域(pin mark or invalid region),並使太陽能電池基板之光電轉換層形成良好的金字塔結構,即該金字塔的反射面與基板水平面之間形成的銳角夾角大於20度,進而提升太陽能電池於光電轉換層抗反射效率,使其光電轉換效率超過17%以上。
本發明之第一實施例中,請參閱第2A圖所示,從第一齒肋16之側視圖觀之,顯然第一齒肋16係由一較長之弧邊R(arc edge)、一較短之線邊L(line edge)、對稱之一對斜側邊S(a pair of symmetry lateral edges)與一頂點P(apex)所構成者,該頂點P係定義為該第一齒肋16之最高點(即距離桿體之最遠的正上方),各該第一齒肋16之四邊(該弧邊R、該線邊L及該對斜側邊S)分別與該第一齒肋16所設在的該等側桿體12或該壓桿體14相交於四處交點J(four junctions),藉由該對斜側邊S而使各該第一齒肋16以點接觸方式支撐各該太陽能電池基板5。
此外,在該實施例中,自該第一齒肋16之側視面(side-view profile)而呈現一不對稱鰭形(an asymmetry fin),該弧邊R之曲率半徑介於3毫米(mm)與500毫米(mm)之間,一通過該頂點P至該弧邊R與該側桿體12或該壓桿體14之該交點J的第一直線L1,與一通過該頂點P與該側桿體12或該壓桿體14的圓心O的第二直線L2,共同形成一夾角θ1介於10°與85°之間,且該線邊L與該第二直線L2共同形成一夾角θ2介於18°與45°之間。藉由此結構之尺寸與角度,可使載具達到最佳的疏水性,進而使生產的太陽能電池片獲得最高的光電轉換效率。
請參閱第2A、2B圖所示,該第一齒肋16具有一上視面(top-view profile)而呈現一第一徑向長度L1a、一第二徑向長度L2a與一軸向長度Ld,而該第一徑向長度L1a係定義為自該頂點P往該弧邊R方向而至該弧邊R與該側桿體12或該壓桿體14的該交點J之徑向長度,而該第二徑向長度L2a係定義為自該頂點P沿該線邊L方向而至該弧邊R與該側桿體12或該壓桿體14的該交點J之徑向長度,該第二徑向長度L2a約為該第一徑向長度L1a之0.1~0.9倍,且該軸向長度Ld係為該第一齒肋16在沿該側桿體12或該壓桿體14之軸線方向上的一最大軸向長度且約為該第一徑向長度L1a之0.2~0.8倍。藉由此結構之尺寸與角度,可使載具達到最佳的疏水性,進而使生產的太陽能電池片獲得最高的光電轉換效率。
請參閱第2C圖所示,該第一齒肋16具有一前視面(front-view profile)而呈現該對斜側邊S與該線邊L,該斜側邊S與該線邊L共同形成一夾角θ3介於1°與45°之間(較佳為8°~20°)。藉由此結構之尺寸與角度,
可使載具達到最佳的疏水性,進而使生產的太陽能電池片獲得最高的光電轉換效率。
請再參閱第1圖所示,該載具1沿該底桿體13之軸向設有複數個軸向排列且等距間隔之該第一齒肋16。且每一該第一齒肋16之該弧邊R、該線邊L及該對斜側邊S分別與該第一齒肋16設在之該側桿體12、該壓桿體14或該底桿體13相交於四處交點J,該第一直線L1係通過該頂點P至該弧邊R與該側桿體12、該壓桿體14或該底桿體13之該交點J,該第二直線L2係通過該頂點P與該側桿體12、該壓桿體14或該底桿體13的圓心;其中該第一徑向長度L1a係定義為自該頂點P往該弧邊R方向而至該弧邊R與該側桿體12、該壓桿體14或該底桿體13的該交點J之徑向長度,而該第二徑向長度L2a係定義為自該頂點P沿該線邊L方向而至該線邊L與該側桿體12、該壓桿體14或該底桿體13之該交點J之徑向長度;該軸向長度則係為該第一齒肋16在沿該側桿體12、該壓桿體14或該底桿體13之軸線方向上的一最大長度。
請參閱第3A圖所示,該載具1進一步沿該側桿體12、該底桿體13與該壓桿體14的其中之一另設有複數個軸向排列且等距間隔之第二齒肋17(second teeth)。
該些第二齒肋17與該些第一齒肋16之間係以彼此交錯方式排列(staggered arrangement),且兩者具有相同之構型,該些第一齒肋16、第二齒肋17之交錯方式排列方式,可利於將太陽能電池基板5安裝於該載具1之空間14中,減少黏片,並於進行濕式化學蝕刻時,可搭配不同酸鹼
槽的流體方向、速率,或不同酸鹼槽的酸鹼種類、濃度、溫度而予以調整。
任一該第一齒肋16與相鄰之該第二齒肋17於側視時共同呈現一對稱鰭形(a symmetry fin),請參閱第3D圖所示,其中該對稱鰭形係分別由第一齒肋之較長弧邊R’與第二齒肋之較長弧邊R”所形成者,每一弧邊具有曲率半徑介於3毫米~500毫米之間,通過任一齒肋之頂點至與交點的一直線L1,與通過頂點與桿體圓心的另一直線L2,共同形成一夾角θ11介於10°與60°之間,且任一齒肋之較短線邊L’或L”與該該另一直線L2共同形成一夾角θ12介於18°與15°之間,藉由此結構之尺寸與角度,可使載具達到最佳的疏水性,進而使生產的太陽能電池片獲得最高的光電轉換效率。
請參閱第3C圖所示,任一該第一齒肋16與相鄰之該第二齒肋17於上視時共同呈現其相鄰齒肋16、17於其所在桿體上具有一上一下的組態(up-and-down configuration)。
請參閱第3B圖所示,任一該第一齒肋16與對應之該第二齒肋17於前視時呈現任一該第一齒肋16或該第二齒肋17之該斜側邊S的徑向距離Sd約為該第一齒肋16或該第二齒肋17之該軸向長度d的0.8~5倍之間。且該斜側邊S與該弧邊R共同形成一夾角θ4介於1°與45°之間。藉由此結構之尺寸與角度,可使載具達到最佳的疏水性,進而使生產的太陽能電池片獲得最高的光電轉換效率。
本發明之第二實施例中,請參閱第4A圖所示,該第一齒肋16具有一側視輪廓(side-view profile)係呈現一大致等腰梯形(isosceles
trapezoid),該梯形係由一頂面Ut、一對倒角面Ct、一對斜面St與一底部所構成者,該倒角Ct面具有一曲率半徑介於1毫米(mm)與30毫米(mm)之間,該斜面St與一通過該頂面Ut之中心與該桿體圓心之直線Lt1共同形成一夾角θ5介於1°與60°之間。藉由此結構之尺寸與角度,可使載具達到最佳的疏水性,進而使生產的太陽能電池片獲得最高的光電轉換效率。
在本實施例中,請參閱第4B圖所示,該第一齒肋16具有一前視輪廓(top-view profile)呈現該頂面Ut、該倒角面Ct、該斜面St與兩斜側面Bt,且該前視輪廓中之該斜側面Bt與一通過該頂面Ut之中心及該側桿體12或該壓桿體14圓心之直線Lt2共同形成一夾角θ6介於1°與45°之間,該頂面Ut於平行該側桿體12或該壓桿體14之軸線方向上具有一最大軸向長度Le1,且該斜側面Bt具有投影於該通過該頂面Ut中心及該側桿體12或該壓桿體14圓心直線Lt2上的一最大徑向長度Le2,該最大徑向長度Le2為該最大軸向長度Le1之0.5~10倍。藉由此結構之尺寸與角度,可使載具達到最佳的疏水性,進而使生產的太陽能電池片獲得最高的光電轉換效率。
本發明之第三實施例中,請參閱第5A圖所示,該第一齒肋16具有一側視輪廓(side-view profile)而呈現一具有一頂點P之等腰三角形(isosceles triangle),該等腰三角形具有兩等腰斜邊Si,且任一該等腰斜邊Si與一通過該頂點P及該側桿體12或該壓桿體14體圓心O的直線L,共同形成一夾角θ7介於3°與60°之間。藉由此結構之尺寸與角度,可使載具達到最佳的疏水性,進而使生產的太陽能電池片獲得最高的光電轉換效率。
請參閱第5B圖所示,該第一齒肋16具有一上視輪廓(top-view profile)而呈現一菱形,該菱形具有一最大之對角徑向邊F與一最小之對角軸向邊D,而該最小軸向邊D為該最大徑向邊F的0.2~5倍。藉由此結構之尺寸與角度,可使載具達到最佳的疏水性,進而使生產的太陽能電池片獲得最高的光電轉換效率。
請參閱第5C圖所示,該第一齒肋16具有一前輪廓(front-view profile)而呈現該頂點P、該二等腰斜邊Si與兩側斜邊S1,任一該等腰斜邊Si與任一該側斜邊S1共同形成一夾角θ8介於1°與45°之間。藉由此結構之尺寸與角度,可使載具達到最佳的疏水性,進而使生產的太陽能電池片獲得最高的光電轉換效率。
本發明之第四實施例中,請參閱第6A圖所示,該第一齒肋16係為一漸變橢圓柱體,具有一側視輪廓(side-view profile)而呈現在其頂端具有一最小橢圓之長軸(major axis)且在其底端具有一最大橢圓之長軸,以及在位於同一側的該兩長軸之端點間具有一長軸斜邊S1,該長軸斜邊S1與一通過該橢圓柱體之圓心及該側桿體12或該壓桿體14圓心的直線Le共同形成一夾角θ9介於1°與45°之間。藉由此結構之尺寸與角度,可使載具達到最佳的疏水性,進而使生產的太陽能電池片獲得最高的光電轉換效率。
請參閱第6B圖所示,該第一齒肋16具有一前視輪廓(front-view profile)而呈現該最小橢圓之短軸(minor axis),該最大橢圓之短軸與在位於同一側的該兩短軸之端點間具有一短軸斜邊Ss,該短軸斜邊Ss與通過該橢圓柱體之圓心及該側桿體12或該壓桿體14圓心的直線Le共同形
成一夾角θ10介於1°與45°之間,該短軸斜邊Ss為該最小橢圓短軸之長度G的0.5~5倍。藉由此結構之尺寸與角度,可使載具達到最佳的疏水性,進而使生產的太陽能電池片獲得最高的光電轉換效率。
請參閱第1圖所示,該載具1之PFA材質具有密度介於2與2.5之間;熔點介於280與350℃之間;拉伸強度20與38MPa之間;彈性模數於室溫下介於445與730MPa之間;限氧指數(limiting oxygen index,LOI)大於95%之特性,令該載具1用於濕式蝕刻化學製程中,具有耐高溫、抗腐蝕、高潔淨度、低汙染析出及耐磨耗之特性,而大幅提高載具1之使用壽命。
請參閱第7圖所示,該壓桿體14進一步在該水滴狀凸部141往外延伸一凸起部142,該凸起部142呈扁平狀,以供使用者握住該凸起部142並將該壓桿體14定位於該側板11之該凹口111內。
該壓桿體14在該水滴狀凸部141往內延伸一凸圓部143,當該壓桿體14定位於該側板11之該凹口111內時,該凸圓部143用以緊密抵靠於該側板11之內緣,避免該壓桿體14受到基板擠壓而發生左右偏移的問題,進而影響該壓桿體14在側板11之定位。
當該壓桿體14定位於該側板11之該凹口111後,則該壓桿體14上之該些第一齒肋16同時朝向該些太陽能電池基板5之上緣以抵靠支撐太陽能電池基板5之上緣。
請參閱第8A、8B圖所示,本發明之一實施例中,該壓桿體14之水滴狀凸部141具有一長軸與一短軸,而該長軸之長度A為該短軸之長度B的1.1~1.5倍,且該側板11之該凹口111進一步設有對應該長軸、該
短軸之U型缺口1115,該凹口111之入口二側設有一供該壓桿體14置入導正之斜面1110,該U型缺口1115之弧度係配合該長軸之外型,使該長軸得以於該U型缺口1115上滑動,而短軸則無法於U型缺口1115上滑動,藉以確保該壓桿體14以一特定旋轉方向且旋轉一特定距離,而使該壓桿體14旋轉地定位於該側板11之凹口111內。該側板11之凹口111進一步設有對應該長、短軸之U型缺口1115,該U型缺口1115之入口二側設有一供該壓桿體置入導正之斜面1110,其中該U型缺口1115在其底端兩側分別具有第一直徑弧部1116與第二直徑弧部1117以干涉該水滴狀凸部之該長軸、該短軸,當弧部1116與弧部1117具有不同的直徑時,則該壓桿體14僅能以一特定旋轉方向(如順時針或逆時針)且旋轉一特定距離,當弧部1116與弧部1117具有相同的直徑時,則該壓桿體14既可順時針亦可逆時針旋轉且旋轉一特定距離,不論弧部之直徑相同與否,最終皆可使該壓桿體旋轉地定位於該側板之該凹口內。
請參閱第9圖所示,本發明之另一實施例中,該側板11之該凹口111進一步設有一L型缺口1112,該L型缺口1112之入口二側設有一供該壓桿體14置入導正之斜面1110,該L型缺口1112下方一側延伸有一內開口1118與自該內開口1118進一步延伸有一側圓弧R5,以配合該水滴狀凸部141之頂端,其中該側圓弧R5之直徑大於該內開口1118之開口長度,藉以確保當該壓桿體14以一特定平移方向且平移一特定距離後被干涉,進而使該壓桿體14卡固地定位於該側板11之凹口111內;其中,該L型缺口1112下緣1113之二側邊分別設有導斜面1114,使該L型缺口1112具有較高的疏水性,而能排掉蝕刻之化學液體殘留。
該側板11對應於連接該等側桿體12、底桿體13之處設有一熔接處(未圖示),而該熔接處內設有一熔接部(未圖示),藉由該熔接部以熔接該等側桿體12、底桿體13之末端與該側板11之熔接處。
請參閱第10A圖所示,該側板11鄰近該凹口111的兩側分別設有一掛勾113,以利機械手臂(圖中未示)夾持該載具1,並於該側板11之中央部位設有多個定位孔114,以利使用者抓持該載具1或將該載具1定位於機台之用。
請參閱第10B圖所示,該掛勾113之內部、鄰近該掛勾113之該側板11的角落與該些定位孔114之內部分別設有一導斜面1131,且每一該導斜面1131具有一導角θ介於10°與80°之間,而具有高疏水性,加上該凹口111之斜向開口1111,令該載具1用於濕蝕刻製程時,使其具有快速排除液體之功效(即水滴殘留量相較於習知技藝可改善達20~80%),且用於烘乾製程時可使載具1之烘乾時間縮短12.5%。
本發明載具1與習用載具之疏水性比較:實驗說明:載具裝載尺寸為156mm x 156mm之太陽能電池基板(silicon-based wafer substrate for solar cells)放入蝕刻機。實驗溫度85~95℃,蝕刻溶劑可包括:氟化氫(HF)、鹽酸(HCL)、氫氧化鉀(KOH)。
請再參閱第1圖所示,該側板11進一步在其側邊設有一內縮段115,以利該載具1於濕蝕刻製程進入一濕蝕刻槽(圖中未示)時,定位於對應其內的一定位凸出段(圖中未示)。
該側板11沿該內縮段115之上方進一步設有一RFID標籤(圖中未示),以於該RFID標籤中記錄有關太陽能電池基板5之相關資料(如:基板種類、客戶名稱、製造方法...等)、令有利於廠區內該載具1之製程追蹤。
請參閱第11圖所示,本發明之製作太陽能電池之方法,包括有以下步驟:
第1步驟:首先,提供一載具1,該載具1用以收納多個太陽能電池基板5(101);
第2步驟:接著,輸送該載具1進入一濕蝕刻製程以蝕刻該些太陽能電池基板5(102);
第3步驟:接著,輸送該載具1進入一清洗製程以清洗該些太陽能電池基板5,而形成一太陽能電池基板5成品(103)。
第4步驟:最後輸送該載具進入一烘乾製程以烘乾該些太陽能電池基板5(104)。其中該載具之結構特徵如上述實施例所述。
該濕蝕刻製程之操作溫度介於85℃~95℃;該濕蝕刻製程使用之溶劑係選自於由氟化氫(HF)、鹽酸(HCL)、氫氧化鉀(KOH)所構成之群組;該太陽能電池基板的長寬尺寸分別為156mm x 156mm。
請再參閱第2A圖,該載具之桿體使用之PFA材質,可進一步摻有屬於碳纖維之強化部18,可有效提升桿體支撐基板之抗壓性,在此所指之桿體包括側桿體12、壓桿體14與底桿體13。
透過上述載具1之材質與其特性值(如表一所示),令該載具1用於濕式蝕刻化學製程中,具有耐高溫、抗腐蝕、高潔淨度、低汙染析出及耐磨耗之特性(如表二所示),而大幅提高載具之使用壽命。
當使用該載具承載太陽能電池基板進行濕式蝕刻時,藉由該載具較佳的疏水性,不但能有效降低殘留液之體積達20~80%且進一步能使
太陽能電池基板表面形成良好的金字塔結構,即金字塔的反射面與基板水平面之間形成的銳角夾角大於20度,藉以提升太陽能電池之光電轉換效率,使其可達之光電轉換效率介於17~25%。
當太陽能電池之基板(如:矽晶圓)尺寸設定為156mm x 156mm,蝕刻槽之溫度為85~95℃,蝕刻槽之溶劑包括HF、HCL、KOH等蝕刻液,藉由該載具較佳的疏水結構,使得製作完成之太陽能電池,經檢測後的無效區域(invalid region或"pin mark")小於1平方毫米。
此外,藉由該側板的角落與該些定位孔之內部分別設有一導斜面,該導斜面具有一導角介於10°與80°之間,導致該載具具有優良的疏水性,有效避免蝕刻之化學液體或清洗液殘留於太陽能電池基板四周上,進而有利地限制太陽能電池基板四周之無效區域(pin mark or invalid region)小於1平方毫米。
反之,採用習知載具結構與材質容易殘留酸鹼液,造成太陽能電池片無效區域介於1~10平方毫米之間,不但使太陽能電池之產品良率降低,進而降低太陽能電池之光電轉換效率不超過16%。
此外,由於該載具的較佳疏水性結構,搭配其使用材質之參數做適當的控制(如表一所示),可有效降低殘留於基板之殘留液的體積達20~80%,這裡指的殘留液可以是蝕刻液或清洗液,因此在製作太陽能電池之烘乾製程,可使其乾燥速率大幅提高12.5%以上,也就是烘乾時間相較於習知而言,可有效縮短12.5%以上。
本發明所揭示之載具擁有較佳之疏水性結構,這裡所指之較佳疏水性結構包括但不限制於:齒肋與太陽能電池基板之間的點接觸構
型、齒肋本身的夾角、徑向/軸向尺寸與外型結構、側板與其定位孔之導斜面等結構特徵,據以達成如表二所述之任一或任一組合之功效。此外,雖然第1圖所揭示之載具1所用的側桿體12、底桿體13與壓桿體14皆設有沿桿體縱向排列之複數第一齒肋16,然本發明亦應涵括底桿體13沒有設齒肋之載具的實施態樣。
由以上詳細說明,可使熟知本項技藝者明瞭本發明的確可達成前述目的,實以符合專利法之規定,爰提出專利申請。惟以上所述者,僅為本發明之較佳實施例而已,當不能以此限定本發明實施之範圍;故,凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾,皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧載具
5‧‧‧太陽能電池
11‧‧‧側板
12‧‧‧側桿體
13‧‧‧底桿體
14‧‧‧壓桿體
15‧‧‧空間
16‧‧‧第一齒肋
111‧‧‧凹口
141‧‧‧凸部
1111‧‧‧斜向開口
142‧‧‧凸起部
143‧‧‧凸圓部
113‧‧‧掛勾
114‧‧‧定位孔
115‧‧‧內縮段
Claims (20)
- 一種用於太陽能電池之基板載具,用於濕式蝕刻化學製程中,該載具包含有:兩側板、分別連接該兩側板外緣之至少一側桿體、連接該兩側板下緣之至少一底桿體、以及連接該兩側板上緣之至少一壓桿體;其中該些側板、側桿體、底桿體與壓桿體之間共同形成一空間,以容置至少一太陽能電池基板;其中分別沿該側桿體與該壓桿體之軸向設有複數個軸向排列且等距間隔之第一齒肋,且各該第一齒肋與太陽能電池基板維持兩者之間的一點對點之接觸;其中該側板設有一凹口以定位該壓桿體所具有之一水滴狀之凸部,且進一步自該凹口向外延伸一斜向開口;以及其中該載具之材質為一四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(Tetrafluoroethylene-Perfluoroalkyl Vinyl Ether Copolymer,簡稱PFA)。
- 如申請專利範圍第1項之用於太陽能電池之基板載具,其中各該第一齒肋係由一較長之弧邊、一較短之線邊、對稱之一對斜側邊與一頂點所構成者,該頂點係定義為該第一齒肋之最高點,各該第一齒肋之該弧邊、該線邊及該對斜側邊分別與該第一齒肋所設在的該側桿體或該壓桿體相交於四處交點,藉由該對斜側邊而使各該第一齒肋以點對點之接觸方式支撐各該太陽能電池基板。
- 如申請專利範圍第2項之用於太陽能電池之基板載具,其中該第一齒肋具有一側視面而呈現一不對稱鰭形,該弧邊之曲率半徑介於3毫米(mm)與500毫米(mm)之間,一通過該頂點至該弧邊與該側桿體或該壓桿體之該交點的第一直線與一通過該頂點與該側桿體或該壓桿體的圓心的第二直線共同形成一夾角介於10°與85°之間,且該線邊與該第二直線共同形成一夾角介於18°與45°之間;其中該第一齒肋具有一上視面,而呈現一第一徑向長度、一第二徑向長度與一軸向長度,而該第一徑向長度係定義為自該頂點往該弧邊方向而至該弧邊與該側桿體或該壓桿體的該交點之徑向長度,而該第二徑向長度係定義為自該頂點沿該線邊方向而至該線邊與該側桿體或該壓桿體的該交點之徑向長度,該第二徑向長度為該第一徑向長度之0.1~0.9倍,且該軸向長度係為該第一齒肋在沿該側桿體或該壓桿體之軸線方向上的一最大長度且為該第一徑向長度之0.2~0.8倍;其中該第一齒肋具有一前視面而呈現該對斜側邊與該線邊,該斜側邊與該線邊共同形成一夾角介於1°與45°之間。
- 如申請專利範圍第3項之用於太陽能電池之基板載具,該載具進一步沿該底桿體之軸向設有複數個軸向排列且等距間隔之該第一齒肋,且每一該第一齒肋之該弧邊、該線邊及該對斜側邊分別與該第一齒肋設在之該側桿體、該壓桿體或該底桿體相交於四處交點,該第一直線係通過該頂點至該弧邊與該側桿體、該壓桿體或該底桿體之該交點,該第二直線係通過該頂點與該側桿體、該壓桿體或該底桿體的圓心; 其中該第一徑向長度係定義為自該頂點往該弧邊方向而至該弧邊與該側桿體、該壓桿體或該底桿體的該交點之徑向長度,而該第二徑向長度係定義為自該頂點沿該線邊方向而至該線邊與該側桿體、該壓桿體或該底桿體之該交點之徑向長度;該軸向長度則係為該第一齒肋在沿該側桿體、該壓桿體或該底桿體之軸線方向上的一最大長度。
- 如申請專利範圍第4項之用於太陽能電池之基板載具,該載具進一步沿該側桿體、該底桿體與該壓桿體的其中之一另設有複數個軸向排列且等距間隔之第二齒肋,其中該些第二齒肋與該些第一齒肋之間係以彼此交錯方式排列,且兩者具有相同之構型;其中任一該第二齒肋與相鄰之該第一齒肋於側視時共同呈現一對稱鰭形;其中任一該第二齒肋與相鄰之該第一齒肋於上視時共同呈現出一上一下的組態;其中任一該第二齒肋與對應之該第一齒肋於前視時呈現任一該第一齒肋或該第二齒肋之該斜側邊投影於該第二直線上的徑向距離為該第一齒肋或該第二齒肋之該軸向長度的0.8~5倍之間;其中該斜側邊與該弧邊共同形成一夾角介於1°與45°之間。
- 如申請專利範圍第1項之用於太陽能電池之基板載具,其中該第一齒肋具有一側視輪廓係呈現一大致等腰梯形,該梯形係由一頂面、一對倒角面、一對斜面與一底部所構成者,該倒角面具有一曲率半徑介於1毫米(mm)與30毫米(mm)之間,該斜面與一通過該頂面之中心與該桿體圓心之直線,共同形成一夾角介於1°與60°之間;其中該第一齒肋具有一前視輪廓呈現該頂面、該倒角面、該斜面與兩斜 側面,且該前視輪廓中之該斜側面與一通過該頂面之中心及該側桿體或該壓桿體圓心之直線共同形成一夾角介於1°與45°之間,該頂面於平行該側桿體或該壓桿體之軸線方向上具有一最大軸向長度且該斜側面具有一投影於該通過該頂面中心及該側桿體或該壓桿體圓心直線上的最大徑向長度,該最大徑向長度係為該最大軸向長度之0.5~10倍。
- 如申請專利範圍第1項之用於太陽能電池之基板載具,其中該第一齒肋具有一側視輪廓而呈現一具有一頂點之等腰三角形,該等腰三角形具有兩等腰斜邊且任一該等腰斜邊與一通過該頂點及該側桿體或該壓桿體圓心的直線共同形成一夾角介於3°與60°之間;其中該第一齒肋具有一上視輪廓(top-view profile)而呈現一菱形,該菱形具有一最大之對角徑向邊與一最小之對角軸向邊,而該最小軸向邊係為該最大徑向邊的0.2~5倍;其中該第一齒肋具有一前視輪廓(front-view profile)而呈現該頂點、該二等腰斜邊與兩側斜邊,任一該等腰斜邊與任一該側斜邊共同形成一夾角介於1°與45°之間。
- 如申請專利範圍第1項之用於太陽能電池之基板載具,其中該第一齒肋係為一漸變橢圓柱體,具有一側視輪廓而呈現在其頂端具有一最小橢圓之長軸,且在其底端具有一最大橢圓之長軸,以及在位於同一側的該兩長軸之端點間具有一長軸斜邊,該長軸斜邊與一通過該橢圓柱體之圓心及該側桿體或該壓桿體圓心的直線共同形成一夾角介於1°與45°之間;其中該第一齒肋具有一前視輪廓而呈現該最小橢圓之短軸、該最大橢圓 之短軸與在位於同一側的該兩短軸之端點間具有一短軸斜邊,該短軸斜邊與通過該橢圓柱體之圓心及該側桿體或該壓桿體圓心的直線共同形成一夾角介於1°與45°之間,該短軸斜邊係為該最小橢圓短軸之長度的0.5~5倍。
- 如申請專利範圍第1項之用於太陽能電池之基板載具,其中該載具之PFA材質,具有密度介於2與2.5之間;熔點介於280與350°C之間;拉伸強度20與38MPa之間;彈性模數於室溫下介於445與730MPa之間;限氧指數(limiting oxygen index,LOI)大於95%。
- 如申請專利範圍第1項之用於太陽能電池之基板載具,其中該壓桿體進一步在該水滴狀凸部往外延伸一凸起部,以供使用者握住該凸起部並將該壓桿體定位於該側板之該凹口內;其中在該水滴狀凸部往內延伸一凸圓部,當該壓桿體定位於該側板之該凹口內時,該凸圓部用以緊密抵靠於該側板之內緣;其中當該壓桿體定位於該側板之該凹口後,則該壓桿體上之該些第一齒肋同時朝向該些太陽能電池基板之上緣。
- 如申請專利範圍第10項之用於太陽能電池之基板載具,其中該水滴狀凸部具有一長軸與一短軸,而該長軸之長度係為該短軸之長度的1.1~1.5倍,且該側板之該凹口進一步設有對應該長軸與該短軸之U型缺口,該凹口之入口二側設有一供該壓桿體置入導正之斜面,其中該U型缺口在其底端兩側分別具有第一直徑弧部與第二直徑弧部以干涉該水滴狀凸部之該長軸與該短軸,藉以確保該壓桿體以旋轉一特定距離,進而使該壓桿體旋轉地定位於該側板之該凹口內。
- 如申請專利範圍第10項之用於太陽能電池之基板載具,其中該側板之該凹口進一步設有一L型缺口,該L型缺口之入口二側設有一供該壓桿體置入導正之斜面,該L型缺口下方一側延伸有一內開口與自該內開口進一步延伸有一側圓弧以配合該水滴狀凸部之頂端,其中該側圓弧之直徑大於該內開口之長度,藉以確保該壓桿體以一特定平移方向且平移一特定距離而使該壓桿體卡固地定位於該側板之該凹口內;其中,該L型缺口下緣之二側邊分別設有導斜面。
- 如申請專利範圍第11項之用於太陽能電池之基板載具,其中該第一直徑弧部與該第二直徑弧部具有不同之直徑,以確保該壓桿體以一特定方向旋轉。
- 如申請專利範圍第1項之用於太陽能電池之基板載具,其中該側板鄰近該凹口的兩側分設一掛勾,以利機械手臂夾持該載具,並於該側板之中央部位設有多個定位孔,以利使用者抓持該載具或將該載具定位於機台之用;進一步於該掛勾之內部、鄰近該掛勾之該側板的角落與該些定位孔之內部分別設有一導斜面,且每一該導斜面具有一導角介於10°與80°之間。
- 如申請專利範圍第1項之用於太陽能電池之基板載具,其中該側板進一步在其側邊設有一內縮段,以利該載具於濕蝕刻製程定位於一濕蝕刻槽;其中沿該內縮段之上方進一步設有一RFID標籤,有利於廠區內該載具之製程追蹤。
- 一種製作太陽能電池之方法,包括有以下步驟:提供一載具,該載具用以收納多個太陽能電池;輸送該載具進入一濕蝕刻製程以蝕刻該些太陽能電池基板;以及輸送該載具進入一清洗製程以清洗該些太陽能電池基板;輸送該載具進入一烘乾製程以烘乾該些太陽能電池基板;其中該載具之結構具有如專利申請範圍之第1~15項所述之特徵。
- 如申請專利範圍第16項之製作太陽能電池之方法,其中該濕蝕刻製程之操作溫度介於85℃~95℃;該濕蝕刻製程使用之溶劑係選自於由氟化氫(HF)、鹽酸(HCL)、氫氧化鉀(KOH)所構成之群組;該太陽能電池的長寬尺寸分別為156mm x 156mm。
- 如申請專利範圍第17項之製作太陽能電池之方法,其中該載具之材質係由含有碳纖維之PFA所組成者。
- 如申請專利範圍第18項之製作太陽能電池之方法,其中該太陽能電池具有一金字塔結構,而該金字塔結構具有一反射面,且其銳角夾角大於20°。
- 如申請專利範圍第19項之製作太陽能電池之方法,其中該太陽能電池經製作完成後,所檢測的光電轉換無效區域小於1平方毫米。
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