TWI601304B

TWI601304B - 處理裝置

Info

Publication number: TWI601304B
Application number: TW105101389A
Authority: TW
Inventors: 陳皇宇; 郭光揚; 呂維倫
Original assignee: 茂迪股份有限公司
Priority date: 2016-01-18
Filing date: 2016-01-18
Publication date: 2017-10-01
Also published as: TW201727933A; CN106981441A

Description

處理裝置

本發明是有關於一種半導體元件之處理裝置，且特別是有關於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3%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。

目前已知關於如何減少或避免光致衰減的方式主要有下列幾種。第一種是減少矽晶片之氧含量。第二種是減少硼的摻雜量或使用其它摻雜物，例如鎵來取代硼。第三種則是直接使用n型單晶矽片來取代硼等元素摻雜之p型矽晶片。但是，減少矽晶片之氧含量的做法是在長晶時，外加磁場，如此會增加製程成本，而導致矽晶片的價格變貴。其次，減少硼含量會使得矽晶片的電阻提高，電性變差，且電阻之均勻性差。而以其它三族元素，例如鎵，來取代硼的做法，也會使得矽晶片的成本增加。另外，n型單晶矽片的價格比p型單晶矽片高，因此以n型單晶矽片來取代p型單晶矽片會導致成本增加。

本發明之一目的就是在提供一種處理裝置，其採用高發熱光源與低發熱光源，並以交錯的方式排列高發熱光源與低發熱光源，藉此可在提供半導體太陽能電池足夠照度的情況下，有效降低處理裝置之腔室內的溫度。如此一來，可將半導體太陽能電池控制在工作範圍內，而可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。

本發明之另一目的是在提供一種處理裝置，其可有效控制光源在照光處理時所產生的熱量，因此不僅可大幅降低處理裝置之腔室散熱的難度，並可減少散熱成本，更可提升腔室溫度的均勻度。

根據本發明之上述目的，提出一種處理裝置，其包含複數個電池運輸通道、複數個高發熱光源以及複數個低發熱光源。電池運輸通道彼此相鄰排列，其中每一電池運輸通道包含運輸裝置，且這些運輸裝置配置以運輸半導體太陽能電池。前述之高發熱光源與低發熱光源沿這些運輸裝置之運輸方向以交錯方式排列於運輸通道之上方，用以對半導體太陽能電池進行照光加熱處理。高發熱光源與低發熱光源所發出之光譜包含可見光與紅外光，其中可見光之積分總和占紅外光與可見光之積分總和的比例為50%至90%。

依據本發明之一實施例，上述每一低發熱光源所發出之光為可見光，每一高發熱光源所發出之光為紅外光。

依據本發明之另一實施例，上述每一低發熱光源之峰值波長為400nm至700nm，且每一高發熱光源之峰值波長為大於700nm且小於等於1100nm。

依據本發明之又一實施例，上述每一低發熱光源為複金屬燈泡、發光二極體燈、或氙燈，且每一高發熱光源為鹵素燈。

依據本發明之再一實施例，上述之交錯方式為低發熱光源與高發熱光源依序交錯排列的方式。

依據本發明之再一實施例，上述之交錯方式為二個高發熱光源之間具有二個低發熱光源的交錯排列方式。

依據本發明之再一實施例，上述之交錯方式為二個低發熱光源之間具有二個高發熱光源的交錯排列方式。

依據本發明之再一實施例，上述之高發熱光源與低發熱光源使半導體太陽能電池在電池運輸通道中受到之照度大於2000W/m²。

依據本發明之再一實施例，上述之高發熱光源與低發熱光源使半導體太陽能電池在電池運輸通道中之溫度為200℃至230℃。

依據本發明之再一實施例，上述之處理裝置更包含擴散板，此擴散板設置在高發熱光源與低發熱光源之下方。

100‧‧‧處理裝置

102‧‧‧半導體太陽能電池

104a‧‧‧電池運輸通道

104b‧‧‧電池運輸通道

104c‧‧‧電池運輸通道

104d‧‧‧電池運輸通道

104e‧‧‧電池運輸通道

106a‧‧‧高發熱光源

106b‧‧‧低發熱光源

108‧‧‧運輸裝置

110a‧‧‧反射隔板

110b‧‧‧反射隔板

110c‧‧‧反射隔板

110d‧‧‧反射隔板

110e‧‧‧反射隔板

112a‧‧‧反射隔板

112b‧‧‧反射隔板

112c‧‧‧反射隔板

112d‧‧‧反射隔板

112e‧‧‧反射隔板

114‧‧‧運輸方向

116‧‧‧蓋板

118‧‧‧擴散板

120‧‧‧外罩

122‧‧‧排氣管

124‧‧‧溫度感測器

126‧‧‧頂板

128‧‧‧照度計

130‧‧‧活動遮板

132‧‧‧冷卻裝置

134‧‧‧可見光區段

136‧‧‧紅外光區段

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：〔圖1〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種處理裝置之透視圖；〔圖2〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種處理裝置之組裝示意圖；〔圖3〕係繪示一種鹵素燈之光譜；以及〔圖4〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種處理裝置之運輸裝置、照度計與活動遮板之間的位置關係示意圖。

為了改善半導體太陽能電池的光致衰減現象，目前有一種做法是對半導體太陽能電池進行照光加熱處理。此種方式係在處理裝置之腔室內之多道傳輸裝置的上方設置許多光源，當半導體太陽能電池經由傳輸裝置而在腔室內傳送時，光源可對半導體太陽能電池進行照光加熱處理，來消除半導體太陽能電池之缺陷，藉此改善半導體太陽能電池之光致衰減。

然而，此種方式為了要對半導體太陽能電池提供足夠的照度，大都採用會鹵素燈來作為光源，因而會產生過多的熱量，而導致處理裝置之腔室內的溫度過高。當腔室內之溫度過高時，因無法直接調整鹵素燈等光源之功率，而造成散熱不易，進而導致在照光處理期間無法將溫度控制在半導體太陽能電池之工作範圍內。

為了解決此問題，都需藉由外加的冷卻系統來降低腔室內的溫度。然，因鹵素燈會產生較多的輻射熱，使得處理裝置需耗費較多的能量來降低腔室內的溫度，造成成本的增加。此外，藉由提高冷卻系統的風量，雖可降低腔室內的溫度，但會提高腔室入風處與出風處之間的溫度梯度，而降低腔室內之溫度的均勻度，進而影響半導體太陽能電池的照光處理效果。

有鑑於此，本發明在此提出一種處理裝置，其包含至少兩種發熱光源並交錯設置，且這兩種發熱光源產生之熱能不同，因此可在提供半導體太陽能電池足夠照度的情況下，有效降低處理裝置之腔室內的溫度。藉此，可有效控制光源在照光處理時所產生的熱量，而可減低處理裝置之腔室散熱的難度，降低散熱成本，更可提升腔室溫度的均勻度。

請參照圖1與圖2，其係分別繪示依照本發明之一實施方式的一種處理裝置之透視圖與組裝示意圖。在本發明之一實施方式中，處理裝置100可用以對許多半導體太陽能電池102進行照光加熱處理，藉以修補半導體太陽能電池102中之半導體基材的缺陷。半導體太陽能電池102可為結晶矽太陽能電池。在一些例子中，半導體太陽能電池102為摻硼單晶矽太陽能電池或摻硼多晶矽太陽能電池。處理裝置100對半導體太陽能電池102進行之照光加熱處理，可在很短時間內消除半導體太陽能電池102中絕大部分的硼氧缺陷，藉此可降低半導體太陽能電池102因光致衰減的效率損失。

如圖2所示，在一些例子中，處理裝置100主要包含多個電池運輸通道104a、104b、104c、104d與104e，多個高發熱光源106a與多個低發熱光源106b。這些電池運輸通道104a~104e彼此相鄰排列。在一些例子中，每個電池運輸通道104a~104e包含一運輸裝置108，且電池運輸通道104a~104e更分別包含二反射隔板110a及112a、110b及112b、110c及112c、110d及112d、與110e及112e。運輸裝置108係配置以運輸半導體太陽能電池102。每個運輸裝置108可例如由一或多個輸送帶所組成。當然，每個運輸裝置108亦可由數個滾輪所組成，或可由一輸送帶搭配數個滾輪所組成，本發明不在此限。

電池運輸通道104a之二反射隔板110a與112a沿著運輸裝置108之運輸方向114，而分別立設在運輸裝置108之相對二側。因此，由反射隔板110a與112a及運輸裝置108所構成之電池運輸通道104a的剖面形狀呈類U字型。同樣的，二反射隔板110b與112b分別沿著運輸裝置108之相對二側設置，而使電池運輸通道104b之剖面形狀呈類U字型。二反射隔板110c與112c分別沿著運輸裝置108之相對二側設置，而使電池運輸通道104c之剖面形狀呈類U字型。二反射隔板110d與112d分別沿著運輸裝置108之相對二側設置，而使電池運輸通道104d之剖面形狀呈類U字型。二反射隔板110e與112e分別沿著運輸裝置108之相對二側設置，而使電池運輸通道104e之剖面形狀呈類U字型。在一些示範例子中，反射隔板110a~110e與112a~112e係使用光反射材質，其對可見光之反射率係大於70%。舉例而言，反射隔板110a~110e與112a~112e可為金屬材質。

高發熱光源106a與低發熱光源106b設置在這些電池運輸通道104a~104e之上方，且位於反射隔板110a~110e與112a~112e上。如此，反射隔板110a~110e與112a~112e可將高發熱光源106a與低發熱光源106b所發射之光朝裝置108上的半導體太陽能電池102反射，而將光有效集中在半導體太陽能電池102上。藉此，可進一步提升施加在半導體太陽能電池102上之溫度、照度與光均勻度。在本實施方式中，這些高發熱光源106a與低發熱光源 106b沿著運輸裝置108之運輸方向114，而以交錯方式排列於電池運輸通道104a~104e之上方。

在一些例子中，每個高發熱光源106a所發出之光為紅外光，每個低發熱光源106b所發出之光為可見光。在一些示範例子中，每個高發熱光源106a之峰值波長可為大於700nm且小於等於1100nm，且每個低發熱光源106b之峰值波長可為400nm至700nm。舉例而言，高發熱光源106a所發出之光的波長可落在紅外光區段中的近紅外光區段內。在一些例子中，高發熱光源106a為鹵素燈，低發熱光源106b為複金屬燈泡、發光二極體燈或氙燈。

請參照圖3，其係繪示一種鹵素燈之光譜。由圖3可知，一般鹵素燈所發出之光中，有大約25%係落在可見光區段134，而其餘的75%係落在紅外光區段136。此外，在可見光區段134的光的輻照度較低，而在紅外光區段136的光的輻照度較高。因此，在一些示範例子中，高發熱光源106a與低發熱光源106b所發出之光有可見光與紅外光，而在高發熱光源106a與低發熱光源106b所發出之混合光中，可見光之總和占紅外光與可見光之總和的比例為50%至90%。具體而言，在兩相鄰高發熱光源106a與低發熱光源106b的中心點於運輸裝置108平面上的位置所量測到的混合光譜中，可見光強度積分占紅外光與可見光之強度積分總和的比例為50%至90%。

上述之交錯方式可根據所需照度與溫度來調整。舉例而言，如圖2所示，此交錯方式可為高發熱光源106a 與低發熱光源106b一個接一個依序交錯排列的方式，即一個低發熱光源106b後接一個高發熱光源106a、此高發熱光源106a後再接另一個低發熱光源106b，以此類推排列。在另一些例子中，此交錯方式可為二個低發熱光源106b位於一個高發熱光源106a與另一個高發熱光源106a之間的交錯排列方式，即先排二個低發熱光源106b、後面接著排一個高發熱光源106a、然後再排二個低發熱光源106b，以此類推排列。在又一些例子中，此交錯方式為三個低發熱光源106b位於一個高發熱光源106a與另一個高發熱光源106a之間的交錯排列方式，即先排三個低發熱光源106b、後面接著排一個高發熱光源106a、然後再排三個低發熱光源106b，以此類推排列。上述說明僅為舉例說明用，本發明之範圍不限於此，高發熱光源106a與低發熱光源106b之交錯排列方式可根據所採用之光源、以及照度與溫度需求來調整。

當然，在處理裝置100內之腔室溫度不夠高的特定例子中，交錯方式可為先排二個高發熱光源106a、後面接著排一個低發熱光源106b、然後再排二個高發熱光源106a，以此類推排列。或者，此交錯方式可為先排三個高發熱光源106a、後面接著排一個低發熱光源106b、然後再排三個高發熱光源106a，以此類推排列。

在本實施方式中，藉由高發熱光源106a與低發熱光源106b的搭配使用，並交錯排列這些高發熱光源106a與低發熱光源106b，如此可有效控制處理裝置100內的溫度。因此，可在提供半導體太陽能電池102足夠進行有效照光加熱處理之照度的情況下，降低處理裝置100內的溫度，進而可降低處理裝置100的散熱難度，並可減少處理裝置100的散熱成本。

在一些例子中，如圖1與圖2所示，高發熱光源106a與低發熱光源106b可為長型燈管。此外，加熱光源106可位於反射隔板110a~110e與112a~112e之上方、或穿設於反射隔板110a~110e與112a~112e之頂部。請再次參照圖2，這些高發熱光源106a與低發熱光源106b可垂直電池運輸通道104a~104e，即高發熱光源106a與低發熱光源106b之長度延伸方向垂直電池運輸通道104a~104e之長度延伸方向，而電池運輸通道104a~104e之長度延伸方向可平行運輸方向114。在一些示範例子中，每個長型燈管之加熱光源106橫跨電池運輸通道104a~104e。在一些特定例子中，每個高發熱光源106a與低發熱光源106b可僅橫跨部分之電池運輸通道104a~104e，但每個電池運輸通道104a~104e上方均需有高發熱光源106a與低發熱光源106b通過。

在另一些例子中，高發熱光源與低發熱光源可採用燈泡型之加熱光源。在此種例子中，燈泡型之高發熱光源與低發熱光源可位於反射隔板110a~110e與112a~112e之上方、或完全位於電池運輸通道104a~104e內。

在一些例子中，高發熱光源106a與低發熱光源106b使半導體太陽能電池102在電池運輸通道104a~104e 中受到之照度大於2000W/m²。此外，高發熱光源106a與低發熱光源106b可使半導體太陽能電池102在電池運輸通道104a~104e中之溫度維持在200℃至230℃。

舉例而言，於半導體太陽能電池102完成製程後，利用處理裝置100對這些半導體太陽能電池102進行照度大於2000W/m²且溫度維持在200℃至230℃的照光加熱處理，可在降低或不影響半導體太陽能電池102之電池效率下，於短時間內快速地消除半導體太陽能電池102之矽晶基材的缺陷，進而可有效降低半導體太陽能電池102之光致衰減。由於照光加熱處理的時間可縮短至數分鐘以內，因此可以連續傳遞的方式消除半導體太陽能電池102之缺陷，故可達到量產的目標。

在一些例子中，如圖2所示，處理裝置100可選擇性地包含蓋板116。此蓋板116設於電池運輸通道104a~104e上方，且位於反射隔板110a~110e與112a~112e上。而高發熱光源106a與低發熱光源106b則固定在蓋板116之底面下。蓋板116的設置可有利於電池運輸通道104a~104e內之溫度的維持與控制。

在一些例子中，處理裝置100亦可選擇性地包含擴散板118。此擴散板118設置在高發熱光源106a與低發熱光源106b之下方。高發熱光源106a與低發熱光源106b所發出之光在通過擴散板118時，可被擴散板118均勻化。因此，擴散板118可提升高發熱光源106a與低發熱光源106b所發出之光對半導體太陽能電池102的照度均勻度。

請再次參照圖1與圖2，處理裝置100可選擇性包含外罩120、數個排氣管122與數個溫度感測器124。外罩120可罩設在所有高發熱光源106a與低發熱光源106b上方，並可遮蓋住所有之電池運輸通道104a~104e。排氣管122可設置在外罩120之頂板126中，並貫穿頂板126而與外罩120內的空間連通。在一些示範例子中，每個排氣管122可設有閥門，藉由調整閥門的啟閉與開啟的程度，可控制由排氣管122抽出之氣流大小。

溫度感測器124則分別設於各電池運輸通道104a~104e中，配置以偵測這些電池運輸通道104a~104e內之溫度。當一溫度感測器124所偵測之溫度過高時，此溫度感測器124發出訊號，並經回饋控制後而將此溫度感測器124上方或附近的排氣管122打開或將原本已開啟之排氣管122的閥門開大，使此區域之氣流量增加，來降低此區域的溫度。反之，當一溫度感測器124所偵測之溫度較低時，此溫度感測器124發出訊號，並經回饋控制後而將此溫度感測器124上方或附近的排氣管122關閉或將原本已開啟之排氣管122的閥門關小，使此區域之氣流量縮減，來提升此區域的溫度。在一些示範例子中，排氣管122不限於用以將電池運輸通道104a~104e內之熱空氣排出，亦可用來將外界冷空氣導入至電池運輸通道104a~104e，直接降低電池運輸通道104a~104e的溫度。同樣的，可藉由調整排氣管122的閥門的啟閉與開啟的程度，控制由排氣管122導入之冷空氣氣流大小。

請同時參照圖2與圖4，其中圖4係繪示依照本發明之一實施方式的一種處理裝置之運輸裝置、照度計與活動遮板之間的位置關係示意圖。在一些例子中，處理裝置100亦可選擇性地包含數個照度計128與數個活動遮板130。在一些示範例子中，照度計128可升降地設置在運輸裝置108之下，而活動遮板130則分別設於這些照度計128之上方，來隔開照度計128與上方之高發熱光源106a及低發熱光源106b，藉以避免照度計128因長時間被高發熱光源106a及低發熱光源106b照射而導致溫度升高，進而造成照度計128壽命大幅縮減。而當要利用照度計128來量測半導體太陽能電池102之照度時，可將活動遮板130自照度計128上方移開，再將照度計128升高至運輸裝置108處的高度，即和待處理的半導體太陽能電池102上表面高度大約等同，來進行照度的測量。完成測量後，照度計128下降，再移動活動遮板130來遮住並保護照度計128。

請再次參照圖1與圖2，處理裝置100更可選擇性地包含冷卻裝置132。此冷卻裝置132設置在電池運輸通道104a~104e之出口處，以冷卻完成照光加熱處理後之半導體太陽能電池102，藉以將半導體太陽能電池102之溫度降至室溫，以利後續收片作業的進行。

由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之處理裝置採用高發熱光源與低發熱光源，並以交錯的方式排列高發熱光源與低發熱光源，藉此可在提供半導體太陽能電池足夠照度的情況下，有效降低處理裝置之腔室內的溫度。因此，可將半導體太陽能電池控制在工作範圍內，而可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。

由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為本發明之處理裝置可有效控制光源在照光處理時所產生的熱量，因此不僅可大幅降低處理裝置之腔室散熱的難度，並可減少散熱成本，更可提升腔室溫度的均勻度。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此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。