TWM517420U - 太陽能電池的前電極鍍膜設備 - Google Patents

Description

太陽能電池的前電極鍍膜設備

本新型是有關於一種鍍膜設備，特別是指一種用於濺鍍形成太陽能電池之前電極的鍍膜設備。

隨著太陽能電池應用普及化及發電成本的降低，故電池本身效率相對也跟著提高，其中銅銦鎵硒(CIGS)為最被看好的薄膜太陽能電池，該CIGS太陽能電池上會沉積一層透明導電膜作為前電極層，該透明導電膜在可見光範圍呈透明且導電性良好，目前常見的透明導電膜大多為氧化鋅 (ZnO)系的材料，由於易摻雜、低價位且沒有毒性而具有較大之發展潛力，其中，未摻雜的ZnO薄膜，其導電能力是藉由化學計量比的偏差產生，而摻鋁氧化鋅 (AZO) 所摻雜的鋁可置換鋅的晶格位置來提高其載子濃度，而可得到較低之電阻率，因此為目前的前電極透明導電膜的發展趨勢。

以往太陽能電池產品中，晶圓型與非晶矽薄膜型太陽能電池僅能吸收光波長在400~700nm之可見光範圍內，堆疊式非晶矽/微晶矽結構(a-Si/μc-Si)及碲化鎘(CdTe)、CIGS等薄膜型吸光範圍除了可見光範圍，尚可涵蓋波長在700~1,200nm之間的紅外光區域，因此在透明導電膜材料上需考量本身對長波段的吸收，以避免對太陽能電池的效率損失。

而在太陽能電池的製程上，為了有效提升太陽能電池的光轉換效率，通常需要提高該透明導電膜的穿透率，並降低該透明導電膜的阻抗，目前有許多製程方式企圖來改善該透明導電膜的特性，但是都難以同時提高穿透率，並降低阻抗。本新型的目的在於提供一種能製造出穿透率高且阻抗低的透明導電膜的太陽能電池的前電極鍍膜設備。

因此，本新型之目的，即在提供一種能提升太陽能電池效率的太陽能電池的前電極鍍膜設備。

於是，本新型太陽能電池的前電極鍍膜設備，適用於在一個基板上濺鍍形成一個透明導電膜，包含：一個氣體導入裝置，及一個濺鍍裝置。該氣體導入裝置包括一個混合槽，該混合槽可供注入製程氣體、氧化氣體，及還原氣體，並用以將該製程氣體、該氧化氣體與該還原氣體混合成濺鍍氣體。該濺鍍裝置包括一個供該基板放置的反應腔體，該反應腔體與該混合槽連接，並供該混合槽所混合之該濺鍍氣體導入，該濺鍍裝置以該濺鍍氣體於該基板上，濺鍍形成該透明導電膜。

本新型之功效在於：透過混合該製程氣體、該氧化氣體，及該還原氣體來濺鍍製得前電極阻抗較低且穿透率較高的透明導電膜，來達到本案提升太陽能電池效率的目的。

參閱圖1與圖2，本新型太陽能電池的前電極鍍膜設備之一實施例，適用於利用摻鋁的氧化鋅作為一個靶材901，在一個基板900上濺鍍形成一個透明導電膜902，以製備一個太陽能電電池。在本實施中，該太陽能電池為一種CIGS太陽能電池，其中，該基板900具有一層玻璃或不銹鋼材料製成的基層、一個位於該基層上的阻擋層（SiNx）、一個位於該阻擋層上的背電極層（Mo）、一個位於該背電極層上的主吸收層（CIGS）、一個位於該主吸收層上的緩衝層（CdS），及一個位於該緩衝層上的前電極層（ZnO），而該透明導電膜902濺鍍為摻鋁氧化鋅 (AZO)，並形成於該前電極層上方作為太陽能電電池的前電極。

該太陽能電池的前電極鍍膜設備包含一個氣體導入裝置1，及一個濺鍍裝置2。

該氣體導入裝置1包括一個混合槽11，一個連接該混合槽11並用以可調整地對該混合槽11注入氧化氣體的第一管路12、一個設置於該第一管路12並用以調整該第一管路12所注入之流量的第一調整閥門13、一個連接該混合槽11並用以可調整地對該混合槽11注入還原氣體的第二管路14、一個設置於該第二管路14並用以調整該第二管路14所注入之流量的第二調整閥門15、一個用以可調整地對該混合槽11注入製程氣體的第三管路16，以及一個設置於該第三管路16並用以調整該第三管路16所注入之流量的第三調整閥門17。在本實施例中，該製程氣體、該氧化氣體與該還原氣體可分別為氬氣（Ar）、含氧氣體及含氫氣體。在本實施例中，該氧化氣體為氧氣（O ₂），該還原氣體則為氫氣（H ₂）。

該混合槽11用以將該第一管路12、該第二管路14及該第三管路16所分別注入的氣體混合成濺鍍氣體，並將該濺鍍氣體注入該濺鍍裝置2，以供該濺鍍裝置2進行濺鍍。

該濺鍍裝置2包括一個供該基板900放置的反應腔體21。該反應腔體21與該混合槽11連接，並供該混合槽11所混合之該濺鍍氣體導入。該濺鍍裝置2利用該靶材901與填充於該反應腔體21的該濺鍍氣體，在該基板900上濺鍍形成該透明導電膜902，其濺鍍方式可透過水平式、垂直式、傾斜式與批次式等方式，來對該基板900進行濺鍍，由於該濺鍍裝置2的濺鍍方式已為習知技術，故在此不再詳述。

該濺鍍氣體中的氧化氣體，是用以將靶材901於濺鍍過程中轉為氧化態，並形成該透明導電膜902，當該濺鍍氣體的氧化氣體的比例過低時，該透明導電膜902的金屬化程度高而大幅降低穿透率；當該濺鍍氣體的氧化氣體的比例增加時，能使該透明導電膜902的金屬化程度下降，使得可見光之穿透率上升，但氧化氣體的增加也會造成氧化鋁的形成而大幅降低該透明導電膜902的電性。從圖3與圖4可看出，隨著該第一管路12所通入的氣體比例增加，在光學上透光度會隨之增加、吸收度也會隨之降低，但在電性上卻會增加片電阻，因此必須適當地調整該第一管路12所通入的氣體比例。

該濺鍍氣體中的還原氣體，是用來降低該透明導電膜902的氧含量，由於氫的陰電性較氧低，因此當該濺鍍氣體通入為氫的該還原氣體時，氫離子會與濺鍍下來的靶材901反應，來降低該透明導電膜902的氧含量，可使該透明導電膜902達到較佳的氧含量，但過量又會使該透明導電膜902的氧含量過低，從圖5與圖6可看出，隨著該第二管路14所通入的氣體比例增加，在電性上片電阻會隨之降低，但在光學上會使透光度略微下降，並增加吸收度，因此必須適當地調整該第二管路14所通入的氣體比例。

本新型太陽能電池的前電極鍍膜設備，在濺鍍過程中，適當地調整該第一管路12與該第二管路14所通入的氣體比例，並於該混合槽11中混合成該濺鍍氣體，最後再將該濺鍍氣體導入反應腔體21中，並能在製程溫度＜200℃下進行濺鍍，而從上述的原理可知，利用適當的通入比例，能加以改善該透明導電膜902的電性與光學特性。 表1  不同濺鍍氣體下該透明導電膜902的電性與光學特性一覽表 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0001"><TBODY><tr><td>   </td><td> Thickness(nm) </td><td> Rs (Ω/□) </td><td> T% </td></tr><tr><td> Ar </td><td> 904 </td><td> 12.4 </td><td> 77.3 </td></tr><tr><td> Ar+H₂</td><td> 989 </td><td> 10.7 </td><td> 76.9 </td></tr><tr><td> Ar+O₂</td><td> 969 </td><td> 14.1 </td><td> 79 </td></tr><tr><td> Ar+H₂+O₂</td><td> 1062 </td><td> 10.6 </td><td> 80.3 </td></tr></TBODY></TABLE>

從表1可看出，經過適當混合該第一管路12與該第二管路14所通入的氣體後的濺鍍氣體，能使該透明導電膜902的電性與光學都有改善，不僅能降低片電阻來降低前電極的電阻率，也能增加透光度來讓更多的光源進入。

而從圖7也可看出，利用本新型所濺鍍形成的該透明導電膜902的比起未混合氧化氣體與還原氣體所形成的透明導電膜902，在一般可見光的波長400nm~700nm下都有較佳透光度，能提升一般太陽能電池的品質與效率。最重要的是，同時使用該氧化氣體與該還原氣體所形成的該透明導電膜902，在波長700 nm至1100 nm的部分，透光度顯著提升，如使用在CIGS等能利用長波長的光發電之太陽能電池，即能完美地突顯出該等太陽能電池的優點。

綜上所述，本新型太陽能電池的前電極鍍膜設備，透過該氣體導入裝置1，以適當比例來混合該第一管路12、該第二管路14及該第三管路16所通入之氣體後的濺鍍氣體來進行濺鍍，能製得前電極阻抗較低且穿透率較高的透明導電膜902，因符合太陽能電池需要前電極阻抗低且穿透率高的需求，故能提升太陽能電池的整體效率，並達成本新型之目的。

惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧氣體導入裝置
11‧‧‧混合槽
12‧‧‧第一管路
13‧‧‧第一調整閥門
14‧‧‧第二管路
15‧‧‧第二調整閥門
16‧‧‧第三管路
17‧‧‧第三調整閥門
2‧‧‧濺鍍裝置
21‧‧‧反應腔體
900‧‧‧基板
901‧‧‧靶材
902‧‧‧透明導電膜

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一個剖視側視圖，說明本新型太陽能電池的前電極鍍膜設備的一個實施例製備一個太陽能電電池的一個透明導電膜； 圖2是一個示意圖，說明該實施例的構造； 圖3是一個特性圖，說明該實施例在不同氧化氣體比例下，所濺鍍形成的透明導電膜的光學特性； 圖4是一個特性圖，說明該實施例在不同氧化氣體比例下，所濺鍍形成的透明導電膜的電性； 圖5是一個特性圖，說明該實施例在不同還原氣體比例下，所濺鍍形成的透明導電膜的光學特性； 圖6是一個特性圖，說明該實施例在不同還原氣體比例下，所濺鍍形成的透明導電膜的電性；及 圖7是一個特性圖，說明該實施例所濺鍍形成知透明導電膜與未混合所濺鍍形成之透明導電膜的透光度差異。

1‧‧‧氣體導入裝置

11‧‧‧混合槽

12‧‧‧第一管路

13‧‧‧第一調整閥門

14‧‧‧第二管路

15‧‧‧第二調整閥門

16‧‧‧第三管路

17‧‧‧第三調整閥門

2‧‧‧濺鍍裝置

21‧‧‧反應腔體

900‧‧‧基板

901‧‧‧靶材

Claims (8)

1. 一種太陽能電池的前電極鍍膜設備，適用於在一個基板上濺鍍形成一個透明導電膜，包含： 一個氣體導入裝置，包括一個混合槽，該混合槽可供注入製程氣體、氧化氣體，及還原氣體，並用以將該製程氣體、該氧化氣體與該還原氣體混合成濺鍍氣體；及 一個濺鍍裝置，包括一個供該基板放置的反應腔體，該反應腔體與該混合槽連接，並供該混合槽所混合之該濺鍍氣體導入，該濺鍍裝置以該濺鍍氣體於該基板上，濺鍍形成該透明導電膜。
2. 如請求項1所述的太陽能電池的前電極鍍膜設備，其中，該製程氣體、該氧化氣體與該還原氣體以適當比例注入該混合槽。
3. 如請求項1所述的太陽能電池的前電極鍍膜設備，其中，該製程氣體為氬氣。
4. 如請求項3所述的太陽能電池的前電極鍍膜設備，其中，該氧化氣體為含氧氣體。
5. 如請求項4所述的太陽能電池的前電極鍍膜設備，其中，該還原氣體為含氫氣體。
6. 如請求項5所述的太陽能電池的前電極鍍膜設備，其中，該氣體導入裝置還包括一個連接該混合槽並用以對該混合槽注入該氧化氣體的第一管路、一個連接該混合槽並用以對該混合槽注入該還原氣體的第二管路，以及一個連接該混合槽並用以對該混合槽注入該製程氣體的第三管路。
7. 如請求項5所述的太陽能電池的前電極鍍膜設備，其中，該透明導電膜為氧化鋅鋁。
8. 如請求項5所述的太陽能電池的前電極鍍膜設備，其中，該濺鍍裝置可透過水平式、垂直式、傾斜式與批次式之其中一種方式對該基板進行濺鍍。