TWI581335B - 熱處理裝置 - Google Patents

Description

熱處理裝置

本發明係有關一種半導體元件之熱處理裝置，更特別有關一種半導體太陽能電池之照光加熱處理裝置。

傳統太陽能技術中，大都採用柴可夫斯基(CZ)長晶法所製作之摻硼單晶片來作為製作太陽能電池的基質材料，原因在於這種摻硼單晶矽材料的摻雜工序較為方便易行，且所製造出之單晶矽棒的電阻率的分佈較為均勻。然而，採用摻硼單晶矽，尤其是採用電阻率較低(例如在0.5Ω．cm至1.5Ω．cm範圍內)的摻硼單晶矽作為基質材料所製作出的太陽能電池，其電池效率在太陽光光照下或在載流子注入下會衰減，這種現象稱為光致衰減(light induced degradation；LID)。

目前市場上以摻硼單晶矽基質所製得之太陽能電池的效率衰減約為2%至7%。此類太陽能電池之效率的光致衰減特性的本質原因在於，以柴可夫斯基長晶法所製得之摻硼單晶矽中的氧含量較高，而摻硼單晶矽中之替位硼原子和單晶矽中間隙態的氧原子在光照或載子注入下會形成硼氧複合體。由於硼氧複合體為深能複合中心，會阻陷載子，因而會降低少數載流子的壽命，從而降低少數載子的擴散距離，導致太陽能電池的效率降低。於是便有人提出利用照光加熱處理方法，可以在不影響半導體 太陽能電池之效率的情況下，快速消除半導體太陽能電池之缺陷，進一步降低半導體太陽能電池之光致衰減現象。

前述照光加熱處理方法，可以利用照光加熱處理裝置來完成。一般來說，照光加熱處理裝置根據可同時處理電池數量的多寡，區分為單運輸通道或多運輸通道的處理裝置。

單運輸通道的處理裝置係僅設置有一條電池運輸通道，因此其單位時間內能進行照光加熱處理的電池數量較少，效率較差，但所產生的溫度均勻性較好，而且較不會出現過高的溫度。

相較於單運輸通道，多運輸通道的處理裝置可在單位時間內處理較多的電池，因此其生產效率較好，但多運輸通道處理裝置一般會有如下的問題：

1.不論是單運輸通道或多運輸通道處理裝置，其內部沿著通道的運輸方向會區分有好幾個區域。與單運輸通道處理裝置相比，多運輸通道處理裝置內不同的區域間，其溫度的均勻性較差。

2.多運輸通道處理裝置內的加熱元件和照光源之間會有較強的交互作用。

3.單運輸通道處理裝置內溫度的均勻性很容易維持在±15%之間，而多運輸通道處理裝置內不同的通道間，其溫度的均勻性很難維持在±15%之間。

4.在多運輸通道處理裝置內，各區域的輻照度(irradiance)的均勻性較差。

5.為了提升多運輸通道處理裝置內溫度的均勻性，通常會 加大進氣量來使內部的溫度均勻，但加大進氣量會提高電池基板的吹動而發生撞擊破裂的機率。

有鑑於此，便有需要提出一種方案，以解決上述問題。

本發明之目的在於提供一種熱處理裝置。

於一實施例中，本發明之熱處理裝置包含有一箱體、複數個運輸通道以及複數個照光加熱源。該箱體具有水平的一第一表面，該第一表面上開設有連通至該箱體內部的N個進氣孔與N個排氣孔，其中N為大於1的正整數，且每一該些進氣孔係分別對應到該些排氣孔之一而形成N組氣孔對。該些運輸通道係水平排列設置在該箱體內，各該運輸通道係用以朝向一第一方向運輸半導體基板。該些照光加熱源係設置在該箱體內。其中第i組氣孔對中的進氣孔的中心點與排氣孔的中心點在該第一方向上的距離為LDi，該第i組氣孔對中的進氣孔在該第一方向上的長度為LBi，該第i組氣孔對中的排氣孔在該第一方向上的長度為LEi，max1i表示LBi與LEi兩者中的最大值，其中以下關係被滿足：1≦i≦N且LDi<0.5*max1i。

於另一實施例中，本發明之熱處理裝置包含有一箱體、複數個運輸通道以及複數個照光加熱源。該箱體具有一第一表面與一第二表面，該第一表面與該第二表面係相對且水平設置，該第一表面上開設有連通至該箱體內部的N個進氣孔，該第二表面上開設有連通至該箱體內部的N個排氣孔，其中N為大於1的正整數，且每一該些進氣孔係分別對應到該些排氣孔之一而形成N組氣孔對。該些運輸通道係水平排列設置在該第一表面與該第二表面之間，各該運輸通道係用以朝向一第一方向運輸半導體基 板。該些照光加熱源係設置在該第一表面與該第二表面之間。其中一第二方向係定義為垂直於該第一方向，且還垂直於該第一表面的法線方向或該第二表面的法線方向，第i組氣孔對中的進氣孔的中心點與排氣孔的中心點在該第一方向與該第二方向上的距離分別為LDi與HDi，該第i組氣孔對中的進氣孔在該第一方向與該第二方向上的長度分別為LBi與HBi，該第i組氣孔對中的的排氣孔在該第一方向與該第二方向上的長度分別為LEi與HEi，max1i表示LBi與LEi兩者中的最大值，max2i則表示HBi與HEi兩者中的最大值，其中以下關係被滿足：1≦i≦N，LDi<0.5*max1i，且HDi<0.5*max2i。

根據本發明之熱處理裝置，由於進氣孔160與排氣孔170是對稱設置，箱體130內部的氣體較易流動，因此能夠有效地排出內部的熱氣，而且溫度的均勻性也容易提高。再者，對稱設置也可使箱體130內氣體剪力(shear force)受到較小阻礙，因此可降低能量損耗。另外，對稱設置也較不會有渦流的產生。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯，下文特舉本發明實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下。

110‧‧‧上表面

120‧‧‧下表面

130‧‧‧箱體

140‧‧‧運輸通道

142‧‧‧半導體基板

150‧‧‧照光加熱源

160‧‧‧進氣孔

170‧‧‧排氣孔

191‧‧‧第一方向

192‧‧‧第二方向

LB₁‧‧‧長度

LB₂‧‧‧長度

LD₁‧‧‧距離

LD₂‧‧‧距離

LE₁‧‧‧長度

LE₂‧‧‧長度

HB₁‧‧‧長度

HB₂‧‧‧長度

HD₁‧‧‧距離

HD₂‧‧‧距離

HE₁‧‧‧長度

HE₂‧‧‧長度

第1圖為本發明第一實施例之熱處理裝置的立體圖。

第2圖為本發明第一實施例之熱處理裝置的進氣孔與排氣孔在箱體上表面的位置分布的示意圖。

第3圖為本發明第二實施例之熱處理裝置的進氣孔與排氣孔在箱體下表面的位置分布的示意圖。

第4圖為本發明第三實施例之熱處理裝置的排氣孔在箱體下表面的位置分布以及進氣孔在箱體下表面的投影分布的示意圖。

第5圖為本發明第四實施例之熱處理裝置的進氣孔在箱體下表面的位置分布以及排氣孔在箱體下表面的投影分布的示意圖。

請參考第1圖，本發明第一實施例之熱處理裝置包含有一中空的箱體130。箱體130大致上呈方形，其具有一水平設置的上表面110以及一水平設置的下表面120。在箱體130內位於上表面110與下表面120之間，設置有複數條水平排列的運輸通道140，該些運輸通道140係由箱體130內部延伸至箱體130外部，並能夠朝向一第一方向191運輸欲熱處理的半導體基板142，例如是半導體太陽能電池，其中第一方向191係垂直於上表面110及下表面120的法線方向。而在箱體130內位於運輸通道140的上方，設置有複數個照光加熱源150，用以對在運輸通道140上的半導體基板142進行照光及加熱處理。於一實施態樣中，照光加熱源150能夠是複數條水平排列的燈管，且該些燈管的長度方向係垂直於第一方向191。於另一實施態樣中，該些燈管的長度方向係平行於第一方向191。除此之外，本發明第一實施例之熱處理裝置還設置有複數個進氣孔160與複數個排氣孔170，其中進氣孔160與排氣孔170皆開設在上表面110上，並都連通至箱體130內部，且進氣孔160的數量係與排氣孔170的數量相同。

根據本發明之熱處理裝置，其中欲進行熱處理的半導體基板142係放置在運輸通道140上，由照光加熱源150提供光熱來對半導體基板142進行處理，藉此修補其缺陷。處理完成後，運輸通道140沿著第一方向191將半導體基板142送出箱體130外。另外，進氣孔160與排氣孔170上能夠安裝風扇(未顯示)，以將外界的空氣抽入箱體130內，並將箱體130內的空氣抽至外界。除此之外，為使箱體130內部的熱空氣能夠更有效地流動及排出，進氣孔160與排氣孔170係採對稱設置。所謂對稱設置，係指進氣孔160與排氣孔170需成對，而且還要滿足下面條件。

請參考第2圖，其顯示本發明第一實施例之熱處理裝置的進氣孔160與排氣孔170在上表面110的位置分布。第2圖中上表面110上設置有兩組氣孔對，每組氣孔對包含有一個進氣孔160與一個排氣孔170。假設第一組氣孔對與第二組氣孔對的進氣孔160在第一方向191上的長度分別為LB₁與LB₂，而排氣孔170在第一方向191上的長度則分別為LE₁與LE₂，而各組氣孔對中，進氣孔160中心點與排氣孔170中心點在第一方向191上的距離分別為LD₁與LD₂。若兩組氣孔對皆滿足下列條件，則稱進氣孔160與排氣孔170皆係對稱設置。

LD₁<0.5*max(LB₁,LE₁)以及LD₂<0.5*max(LB₂,LE₂)其中max(LB₁,LE₁)表示LB₁與LE₁兩者中的最大值，而max(LB₂,LE₂)表示LB₂與LE₂兩者中的最大值。

本發明第二實施例之熱處理裝置同樣包含有第一實施例之熱處理裝置所具有的箱體130、運輸通道140以及照光加熱源150，而且該些 元件的配置位置皆未改變，因此不再詳細描述。請參考第3圖，與第一實施例之熱處理裝置不同的是，本發明第二實施例之熱處理裝置的進氣孔160與排氣孔170皆設置在下表面120上。若第二實施例中的進氣孔160與排氣孔170設置在下表面120上的方式，同樣也滿足前面第一實施例中所述的條件，則可說進氣孔160與排氣孔170係對稱設置。

本發明第三實施例之熱處理裝置同樣包含有第一實施例之熱處理裝置所具有的箱體130、運輸通道140以及照光加熱源150，而且該些元件的配置位置皆未改變，因此不再詳細描述。與第一實施例之熱處理裝置不同的是，本發明第三實施例之熱處理裝置的進氣孔160與排氣孔170係分別設置在上表面110與下表面120上。請參考第4圖，其中顯示下表面120上的排氣孔170以及上表面110的進氣孔160在下表面120上的投影，而投影的進氣孔160係以虛線表示。為檢驗進氣孔160與排氣孔170是否為對稱設置，在第4圖中係更定義一第二方向192，其中該第二方向192垂直於第一方向191，且還垂直於上表面110及下表面120的法線方向，其中該法線方向係為穿過紙面的方向。

在第三實施例中，進氣孔160與排氣孔170同樣需成對，也就是兩者的數量需相等。於第4圖中，係包含有兩組氣孔對，每組氣孔對具有一個進氣孔160與一個排氣孔170。同樣假設第一組氣孔對與第二組氣孔對的進氣孔160在第一方向191上的長度分別為LB₁與LB₂，而排氣孔170在第一方向191上的長度則分別為LE₁與LE₂，各組氣孔對中，進氣孔160中心點與排氣孔170中心點在第一方向191上的距離分別為LD₁與LD₂。另外還假設第一組氣孔對與第二組氣孔對的進氣孔160在第二方向192上的長度分別為 HB₁與HB₂，而排氣孔170在第二方向192上的長度則分別為HE₁與HE₂，各組氣孔對中，進氣孔160中心點與排氣孔170中心點在第二方向192上的距離分別為HD₁與HD₂。若兩組氣孔對皆滿足下列條件，則說進氣孔160與排氣孔170皆係對稱設置。

LD₁<0.5*max(LB₁,LE₁)且LD₂<0.5*max(LB₂,LE₂)以及HD₁<0.5*max(HB₁,HE₁)且HD₂<0.5*max(HB₂,HE₂)其中max(LB₁,LE₁)表示LB₁與LE₁兩者中的最大值，max(LB₂,LE₂)表示LB₂與LE₂兩者中的最大值，max(HB₁,HE₁)表示HB₁與HE₁兩者中的最大值，而max(HB₂,HE₂)係表示HB₂與HE₂兩者中的最大值。

本發明第四實施例之熱處理裝置同樣包含有第一實施例之熱處理裝置所具有的箱體130、運輸通道140以及照光加熱源150，而且該些元件的配置位置皆未改變，因此不再詳細描述。與第一實施例之熱處理裝置不同的是，本發明第四實施例之熱處理裝置的進氣孔160與排氣孔170係分別設置在下表面120與上表面110上。請參考第5圖，其中顯示下表面120上的進氣孔160以及上表面110的排氣孔170在下表面120上的投影，而投影的排氣孔170係以虛線表示。

在第四實施例中，進氣孔160與排氣孔170同樣需成對，也就是兩者的數量需相等。於第5圖中，係包含有兩組氣孔對，每組氣孔對具有一個進氣孔160與一個排氣孔170。若第四實施例中的進氣孔160與排氣孔170設置在下表面120和上表面110上的方式，同樣也滿足前面第三實施例中所述的條件，則可說進氣孔160與排氣孔170係對稱設置。

總結來說，根據本發明第一實施例與第二實施例之熱處理裝 置，若有N組氣孔對設置，也就是有N個進氣孔160皆設置在上表面110或皆設置在下表面120，而N個排氣孔170則皆設置在對面的下表面120或上表面110上，其中N為大於1的正整數。假設第i組氣孔對的進氣孔160在第一方向191上的長度為LBi，而排氣孔170在第一方向191上的長度為LEi，而第i組氣孔對中進氣孔160中心點與排氣孔170中心點在第一方向191上的距離為LDi，若所有N組氣孔對，即1≦i≦N，第i組氣孔對滿足下列條件，則說進氣孔160與排氣孔170係對稱設置。

LDi<0.5*max1i，其中max1i=max(LBi,LEi)表示LBi與LEi兩者中的最大值。

根據本發明第三實施例與第四實施例之熱處理裝置，若有N組氣孔對設置，其中N個進氣孔160皆設置在上表面110且N個排氣孔170皆設置在下表面120，或者是N個進氣孔160皆設置在下表面120且N個排氣孔170皆設置在上表面110，N為大於1的正整數。假設第i組氣孔對的進氣孔160在第一方向191上的長度為LBi，而排氣孔170在第一方向191上的長度為LEi，而第i組氣孔對中進氣孔160中心點與排氣孔170中心點在第一方向191上的距離為LDi，且第i組氣孔對的進氣孔160在第二方向192上的長度為HBi，而排氣孔170在第二方向192上的長度為HEi，而第i組氣孔對中進氣孔160中心點與排氣孔170中心點在第二方向192上的距離為HDi，若所有N組氣孔對，即1≦i≦N，第i組氣孔對滿足下列條件，則說進氣孔160與排氣孔170係對稱設置。

LDi<0.5*max1i且HDi<0.5*max2i，其中max1i=max(LBi,LEi)表示LBi與LEi兩者中的最大值，而max2i= max(HBi,HEi)表示HBi與HEi兩者中的最大值。

前述第2至5圖係為示意圖，進氣孔160與排氣孔170的尺寸以及之間的相對位置，並未按照實際的比例繪製，因此或有未滿足對稱設置的情形。另外，在配對進氣孔160與排氣孔170來探究其是否為對稱設置時，應考慮所有可能的配對組合。詳細而言，若設置有N個進氣孔160與N個排氣孔170，則會有N階乘(N！)種的配對組合，其中N！=1*2*....*N。如果有其中一種配對組合滿足前述其中一個實施例所述的條件，即可說該些進氣孔160與排氣孔170是在對稱狀態。

根據本發明之熱處理裝置，若每組的進氣孔160與排氣孔170係成對且對稱設置，則表示各組內的進氣孔160與排氣孔170至少在第一方向191上有重疊，而第三實施例與第四實施例中各組內的進氣孔160與排氣孔170則更進一步在第二方向192上有重疊。由於進氣孔160與排氣孔170是對稱設置，箱體130內部的氣體較易流動，因此能夠有效地排出內部的熱氣，而且溫度的均勻性也容易提高。再者，對稱設置也可使箱體130內氣體剪力(shear force)受到較小阻礙，因此可降低能量損耗。另外，對稱設置也較不會有渦流的產生。

雖然本發明已以前述實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。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。

110‧‧‧上表面

120‧‧‧下表面

130‧‧‧箱體

140‧‧‧運輸通道

142‧‧‧半導體基板

150‧‧‧照光加熱源

160‧‧‧進氣孔

170‧‧‧排氣孔

191‧‧‧第一方向

Claims (10)

1. 一種熱處理裝置，包含：一箱體，具有水平的一第一表面，該第一表面上開設有連通至該箱體內部的N個進氣孔與N個排氣孔，其中N為大於1的正整數，且該些進氣孔中的每一個進氣孔係分別對應到該些排氣孔之一而形成N組氣孔對；複數個運輸通道，水平排列設置在該箱體內，各該運輸通道係用以朝向一第一方向運輸半導體基板；以及複數個照光加熱源，設置在該箱體內，其中第i組氣孔對中的進氣孔的中心點與排氣孔的中心點在該第一方向上的距離為LDi，該第i組氣孔對中的進氣孔在該第一方向上的長度為LBi，該第i組氣孔對中的排氣孔在該第一方向上的長度為LEi，max1i表示LBi與LEi兩者中的最大值，其中以下關係被滿足：1≦i≦N且LDi<0.5*max1i。
2. 如申請專利範圍第1項所述之熱處理裝置，其中該些照光加熱源係位在該第一表面與該些運輸通道之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之熱處理裝置，其中該些運輸通道係位在該第一表面與該些照光加熱源之間。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之熱處理裝置，其中該第一表面係為該箱體的上表面。
5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之熱處理裝置，其中該第一表面係為該箱體的下表面。
6. 一種熱處理裝置，包含： 一箱體，具有一第一表面與一第二表面，該第一表面與該第二表面係相對且水平設置，該第一表面上開設有連通至該箱體內部的N個進氣孔，該第二表面上開設有連通至該箱體內部的N個排氣孔，其中N為大於1的正整數，且該些進氣孔中的每一個進氣孔係分別對應到該些排氣孔之一而形成N組氣孔對；複數個運輸通道，水平排列設置在該第一表面與該第二表面之間，各該運輸通道係用以朝向一第一方向運輸半導體基板；以及複數個照光加熱源，設置在該第一表面與該第二表面之間，其中一第二方向係定義為垂直於該第一方向，且還垂直於該第一表面的法線方向或該第二表面的法線方向，第i組氣孔對中的進氣孔的中心點與排氣孔的中心點在該第一方向與該第二方向上的距離分別為LDi與HDi，該第i組氣孔對中的進氣孔在該第一方向與該第二方向上的長度分別為LBi與HBi，該第i組氣孔對中的的排氣孔在該第一方向與該第二方向上的長度分別為LEi與HEi，max1i表示LBi與LEi兩者中的最大值，max2i則表示HBi與HEi兩者中的最大值，其中以下關係被滿足：1≦i≦N，LDi<0.5*max1i，且HDi<0.5*max2i。
7. 如申請專利範圍第6項所述之熱處理裝置，其中該些照光加熱源係位在該第一表面與該些運輸通道之間。
8. 如申請專利範圍第6項所述之熱處理裝置，其中該些照光加熱源係位在該第二表面與該些運輸通道之間。
9. 如申請專利範圍第6至8項中任一項所述之熱處理裝置，其中該第一表面與該第二表面係分別為該箱體的上表面與下表面。
10. 如申請專利範圍第6至8項中任一項所述之熱處理裝置，其中該第一表面與該第二表面係分別為該箱體的下表面與上表面。