無卡匣的太陽能電池反應槽及化學水浴沉積系統的製作方法

2023-07-24 01:48:51 1

專利名稱：無卡匣的太陽能電池反應槽及化學水浴沉積系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種化學水浴沉積系統，尤其涉及一種無卡匣(cassette)的薄 膜太陽能電池化學水浴沉積系統。
背景技術：
關於薄膜太陽能的發展歷史，最早在19世紀的時候科學家發現光照射到材料上 所引起的「光電效應」。太陽能傳送到地球大氣層後，一部分被大氣層吸收，一部分反射回太 空中，另外一部分則會被地表接收，平均每平方米約有1000瓦特。薄膜太陽能電池的種類繁多，若依材料的種類來區分有化合物半導體和矽晶系兩 大類。近年來，以化合物半導體材料的分層堆疊設計可具有遠高於薄膜矽晶太陽能電池的 轉換效率。化合物半導體材料可區分為銅銦硒/銅銦鎵硒(CIS/CIGS)、III-V族化合物 (如砷化鎵)及碲化鎘等。其中又以I-III-V族化合物材料銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能 電池具有高效率、大面積及不衰退等特性，目前薄膜太陽能電池光電轉換效率高，約13% 20%，且極具量產可行性。利用異質接面的I-III-V族銅銦鎵硒的薄膜太陽能電池製作在 玻璃基板上可以大幅縮減成本上的考量。薄膜太陽能電池中，I-III-VI族太陽能電池的高光電效率和低材料成本，使它 們被認為是最有潛力的薄膜太陽能電池。其中又以銅銦鎵硒(Cuprum/Indium/Gallium/ Seleium,CIGS)的效率表現最好，目前小面積元件效率已可達19%，大面積效率已達13%。而在I-III-VI族薄膜太陽能元件結構中緩衝層(buffer layer)的製作，普遍使 用化學沉浸沉積法(Chemical Bath Deposition, CBD)。利用化學沉浸沉積方法通常需要 將一片片已完成光吸收層OnCIGS)的薄膜太陽能電池半成品基板安置於卡匣(cassette) 中，再一起置入反應槽進行反應。故所需的反應槽體積大，反應溶液消耗量大。此外，由於需 要利用強酸將反應槽及卡匣進行清洗，因此通常利用與強酸並不反應的貴重金屬材質(如 鈦)，因此將使成本提高，再者，由於卡匣必須要等全部的太陽能電池半成品基板安置完成 後，才浸潤入反應槽中進行反應，因此造成工藝上並不具有彈性，也造成等待時間的浪費。 而卡匣本身的重量再加上數十片太陽能電池半成品基板的重量，使得搬運的機械裝置也需 要相對龐大的體積與馬力，是故傳統的化學沉浸沉積系統所需的成本相當高。如圖IA所示公知反應系統的剖面圖。在圖IA中，反應系統10包含反應槽20及 卡匣30，卡匣30在進行化學沉浸沉積反應時，容置於反應槽20內。由於反應槽20需要容 置卡匣30，因此反應槽20的體積將比卡匣30的體積要大。卡匣30為了支撐數十片太陽能 電池半成品基板的重量以及避免強酸腐蝕卡匣30。因此卡匣30通常由與強酸不產生反應 的貴重金屬材質(如鈦)製成，此外對於清洗及搬運卡匣30的機臺成本也相對提高，由於 清洗卡匣30將增加成本且清洗後所產生的廢液處理成本也會增加。卡匣30為了將每片太 陽能電池半成品基板隔開，卡匣30還包含卡匣架31，卡匣架31可供用來隔開每片太陽能電 池半成品基板以利進行反應。如圖IB的反應系統10的俯視圖所示，卡匣架31並無連接至 卡匣30的對側，因此太陽能電池半成品基板設置於卡匣30的過程必須小心以避免基板不對稱的置於卡匣架31中。 發明內容本實用新型的一目的是提供一種無卡匣(cassette)的太陽能電池反應槽，此太 陽能電池反應槽包含多個本體，每一該本體包含一對第一槽壁、一對第二槽壁以及一底面。 該對第一槽壁相互對應，相同地該對第二槽壁相互對應且該第二槽壁與該對第一槽壁連 接，而該第二槽壁寬度小於該第一槽壁寬度。底面分別連接該第一槽壁及該第二槽壁而形 成一凹槽，此凹槽可供太陽能電池半成品基板進行化學沉浸沉積反應。本實用新型的太陽能電池反應槽，優選的，該底面包含一斜面及一液體輸送孔，該 斜面底部連通於該液體輸送孔。本實用新型的太陽能電池反應槽，優選的，該底面形成漏鬥狀。本實用新型的太陽能電池反應槽，優選的，該太陽能電池反應槽進一步包含一液 體循環通道，該液體循環通道連通該液體輸送孔。本實用新型的太陽能電池反應槽，優選的，該太陽能電池反應槽還進一步包含用 以控制該液體循環通道中的液體含量的一液體排出閥。本實用新型的太陽能電池反應槽，優選的，該太陽能電池反應槽進一步包含用以 感測該凹槽容置液體的PH值的一 pH值傳感器。本實用新型的太陽能電池反應槽，優選的，該太陽能電池反應槽進一步包含用以 加熱該凹槽容置液體的一加熱器。本實用新型的太陽能電池反應槽，優選的，該太陽能電池反應槽進一步包含用以 量測該凹槽容置液體的流量的一流量計。本實用新型的另一目的是提供一種無卡匣(cassette)的太陽能電池的化學水浴 沉積系統，此化學水浴沉積系統包含一太陽能電池反應槽及一清除裝置。太陽能電池反應 槽用以化學沉積反應物質於太陽能電池半成品基板的第一面及第二面，此太陽能電池反應 槽包含多個本體，每一該本體包含一對第一槽壁、一對第二槽壁以及一底面。該對第一槽壁 相互對應，該對第二槽壁也相互對應且該第二槽壁與該對第一槽壁連接，而該第二槽壁寬 度小於該第一槽壁寬度。底面分別連接該第一槽壁及該第二槽壁而形成一凹槽，此凹槽可 供太陽能電池半成品基板進行化學沉浸沉積反應。而此化學水浴沉積系統的清除裝置用以 除去第二面的反應物質，以避免第二面的反應物質汙染化學水浴沉積系統中的其他元件。本實用新型的化學水浴沉積系統，優選的，該底面包含一斜面及一液體輸送孔，該 斜面底部連通於該液體輸送孔。本實用新型的化學水浴沉積系統，優選的，該底面形成漏鬥狀。本實用新型的化學水浴沉積系統，優選的，該化學水浴沉積系統進一步包含一液 體循環通道，該液體循環通道連通該液體輸送孔。本實用新型的化學水浴沉積系統，優選的，該化學水浴沉積系統還進一步包含用 以控制該液體循環通道中的液體含量的一液體排出閥。本實用新型的化學水浴沉積系統，優選的，該化學水浴沉積系統進一步包含用以 感測該凹槽容置液體的PH值的一 pH值傳感器。本實用新型的化學水浴沉積系統，優選的，該化學水浴沉積系統進一步包含用以加熱該凹槽容置液體的一加熱器。本實用新型的化學水浴沉積系統，優選的，該化學水浴沉積系統進一步包含用以 量測該凹槽容置液體的流量的一流量計。本實用新型的化學水浴沉積系統，優選的，該清除裝置包含一毛刷裝置。本實用新型的有益效果在於，由於本實用新型不需使用卡匣，因此可節省卡匣的 成本及保養清洗時間及費用。此外亦可節省清洗卡匣的設備空間。再者，由於本實用新型 的太陽能電池反應槽不需要卡匣且反應槽體的體積相對較小，可以節省工作液體使用量並 減少廢液的排放。

圖IA顯示為公知反應系統的剖面圖；圖IB顯示為公知反應系統的俯視圖；圖2顯示太陽能電池結構的剖面圖；圖3顯示本實用新型的無卡匣的太陽能電池反應槽的示意圖；圖4顯示本實用新型的無卡匣的太陽能電池反應槽的示意圖；圖5A顯示本實用新型化學水浴沉積系統的清除裝置的一實施例示意圖；圖5B顯示本實用新型化學水浴沉積系統的清除裝置的另一實施例示意圖；以及圖5C顯示本實用新型化學水浴沉積系統的清除裝置的又一實施例示意圖。其中，附圖標記說明如下100太陽能電池結構110 基板120金屬層130光吸收層140緩衝層150電極層200太陽能電池反應槽210 本體211 第一槽壁212 第二槽壁2 Π 底面2131 斜面2132液體輸送孔220 凹槽300液體循環通道400pH值傳感器500加熱器600流量計700太陽能電池半成品基板701 第一面[0054]800清除裝置810 毛刷
具體實施方式
圖2揭示一太陽能電池結構100，其為層疊結構且包含一基板110、一金屬層120、 一光吸收層130(如CIGS層)、一緩衝層140以及一透明電極層150。基板110—般為玻璃 基板，金屬層120可以鉬(Mo)金屬層組成，以配合光吸收層的化學性質及可承受沉積光吸 收層130時的相對高溫。光吸收層130屬ρ型半導體層。緩衝層140可為硫化鎘(CdS)、硫 化鋅( 及硫化銦an2S;3)等，其為η型半導體層，且與光吸收層130形成p-η接合面。 透明導電層150可為摻鋁氧化鋅(AZO)或其他透明導電材料。導電層150亦有稱為視窗層 (window layer)，其可讓上方的光線通過而至其下的光吸收層130。本實用新型的無卡匣 (cassette)的太陽能電池反應槽可供光吸收層130、緩衝層140或透明導電層150化學沉 積反應之用，但較佳是用於緩衝層140的化學沉浸沉積反應。如圖3及圖4的無卡匣的太 陽能電池反應槽200所示，太陽能電池反應槽200包含多個本體210，每一本體210包含一 對第一槽壁211、一對第二槽壁212以及一底面213。該對第一槽壁211相互對應。此處所 言的對應關係是指第一槽壁211相互朝向對方的方向，因此該對第一槽壁211之間包含但 不限於平行或夾一特定角度。第二槽壁212也相互對應，此處所言的對應關係是指第二槽 壁212相互朝向對方的方向，因此該對第二槽壁212之間包含但不限於平行或夾一特定角 度。在此實施例中，第二槽壁212寬度小於第一槽壁211的寬度；然而在其他實施例(圖中 未示出)中，第二槽壁212寬度亦可大於或等於第一槽壁211的寬度。如圖3及圖4的實施例所示，底面213分別連接第一槽壁211及第二槽壁212而 形成一凹槽220。在此實施例中，底面213包含斜面2131及液體輸送孔2132，斜面2131底 部連通於液體輸送孔2312，液體輸送孔2312可提供排出液體或輸入液體的功能。在此實施 例中，底面213包含但不限於形成漏鬥狀，亦可以其他形狀如平面狀、階梯狀、棋盤狀等形 狀實施；然而在其他實施例(圖中未示出)中，底面213亦可只包含單側斜面2131，而使液 體可以順著斜面2131將液體充分排出凹槽220。如圖3所示，太陽能電池反應槽200進一 步包含液體循環通道300，液體循環通道300連通至液體輸送孔2132，以便將工作液體通過 液體循環通道300充分循環於太陽能電池反應槽200所形成的凹槽220內。如圖3所示， 太陽能電池反應槽200進一步包含液體排出閥，可控制工作液體於濃度不足時或其他特定 條件下將工作液體排出太陽能電池反應槽200。如圖3所示的實施例中，太陽能電池反應 槽200進一步包含pH值傳感器400、加熱器500以及流量計600。pH值傳感器400用以感 測凹槽220容置液體的pH值。而加熱器500用以加熱凹槽220容置液體的溫度，當反應速 率下降時，可通過加熱器500提高溫度而增加反應速率。太陽能電池反應槽200的設計著 重於溫度穩定控制及溫度均勻性，此設計可穩定控制溫度，並藉此達到良好成膜均勻性。此 外，在反應過程中，可監控PH值使其在工藝過程中穩定，使量產時膜厚變異降低。通過控制 流速及循環方式，可控制成膜速度、品質及膜厚均勻性。由於本實用新型不需使用卡匣，因 此可節省卡匣的成本及保養清洗時間及費用。此外亦可節省清洗卡匣的設備空間。再者， 由於本實用新型的太陽能電池反應槽不需要卡匣且反應槽體的體積相對較小，可以節省工 作液體使用量並減少廢液的排放。[0058]如圖3的實施例所示，太陽能電池半成品基板700於太陽能電池反應槽200內進 行化學沉積。具體而言，太陽能電池反應槽200用以化學沉浸沉積反應物質(如硫化鎘、硫 化鋅及硫化銦)於太陽能電池半成品基板700的第一面701及第二面(第一面701的背 面，圖中未示出)。由於太陽能電池反應槽200已於上述實施例描述，於無卡匣的太陽能電 池的工藝系統中的太陽能電池反應槽與上述實施例的太陽能電池反應槽200是相同的，因 此不再贅述。此工藝系統包含如圖5A、圖5B及圖5C所示的清除裝置800。具體而言，清除 裝置800包含毛刷810。如圖5A所示，清除裝置800為單一毛刷810。如圖5B所示，清除 裝置800為不連續毛刷810。如圖5C所示，清除裝置800為不連續分岔毛刷810。上述清 除裝置800可用以除去第二面(第一面701的背面，圖中未示出)的反應物質，而達成去除 無效邊及第二面上不需要的反應物質(如緩衝層物質硫化鎘)。本實用新型的技術內容及技術特點已揭示如上，然而本領域技術人員仍可能基於 本實用新型的教示及揭示而作種種不背離本實用新型精神的替換及修飾。因此，本實用新 型的保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本實用新型的替換及修飾， 並為權利要求所涵蓋。
權利要求1.一種無卡匣的太陽能電池反應槽，包含多個本體，每一該本體包含一對第一槽壁，該對第一槽壁相互對應；一對第二槽壁，該對第二槽壁相互對應且該第二槽壁與該對第一槽壁連接，該第二槽 壁寬度小於該第一槽壁寬度；以及一底面，該底面分別連接該第一槽壁及該第二槽壁而形成一凹槽。
2.如權利要求1所述的太陽能電池反應槽，其特徵在於，該底面包含一斜面及一液體 輸送孔，該斜面底部連通於該液體輸送孔。
3.如權利要求1所述的太陽能電池反應槽，其特徵在於，該底面形成漏鬥狀。
4.如權利要求2所述的太陽能電池反應槽，其特徵在於，該太陽能電池反應槽進一步 包含一液體循環通道，該液體循環通道連通該液體輸送孔。
5.如權利要求4所述的太陽能電池反應槽，其特徵在於，該太陽能電池反應槽還進一 步包含用以控制該液體循環通道中的液體含量的一液體排出閥。
6.如權利要求1所述的太陽能電池反應槽，其特徵在於，該太陽能電池反應槽進一步 包含用以感測該凹槽容置液體的PH值的一 pH值傳感器。
7.如權利要求1所述的太陽能電池反應槽，其特徵在於，該太陽能電池反應槽進一步 包含用以加熱該凹槽容置液體的一加熱器。
8.如權利要求1所述的太陽能電池反應槽，其特徵在於，該太陽能電池反應槽進一步 包含用以量測該凹槽容置液體的流量的一流量計。
9.一種無卡匣的太陽能電池的化學水浴沉積系統，該化學水浴沉積系統包含一太陽能電池反應槽，用以化學沉積一反應物質於一太陽能電池半成品基板的一第一 面及一第二面，該太陽能電池反應槽包含多個本體，每一該本體包含一對第一槽壁，該對第一槽壁相互對應；一對第二槽壁，該對第二槽壁相互對應且該第二槽壁與該對第一槽壁連接，該第二槽 壁寬度小於該第一槽壁寬度；以及一底面，該底面分別連接該第一槽壁及該第二槽壁而形成一凹槽；以及一清除裝置，用以除去該第二面的該反應物質。
10.如權利要求9所述的化學水浴沉積系統，其特徵在於，該底面包含一斜面及一液體 輸送孔，該斜面底部連通於該液體輸送孔。
11.如權利要求9所述的化學水浴沉積系統，其特徵在於，該底面形成漏鬥狀。
12.如權利要求10所述的化學水浴沉積系統，其特徵在於，該化學水浴沉積系統進一 步包含一液體循環通道，該液體循環通道連通該液體輸送孔。
13.如權利要求12所述的化學水浴沉積系統，其特徵在於，該化學水浴沉積系統還進 一步包含用以控制該液體循環通道中的液體含量的一液體排出閥。
14.如權利要求9所述的化學水浴沉積系統，其特徵在於，該化學水浴沉積系統進一步 包含用以感測該凹槽容置液體的PH值的一 pH值傳感器。
15.如權利要求9所述的化學水浴沉積系統，其特徵在於，該化學水浴沉積系統進一步 包含用以加熱該凹槽容置液體的一加熱器。
16.如權利要求9所述的化學水浴沉積系統，其特徵在於，該化學水浴沉積系統進一步 包含用以量測該凹槽容置液體的流量的一流量計。
17.如權利要求9所述的化學水浴沉積系統，其特徵在於，該清除裝置包含一毛刷裝置。
專利摘要本實用新型揭示一種無卡匣的太陽能電池反應槽及一種無卡匣的太陽能電池化學水浴沉積系統，該反應槽包含多個本體，每一該本體包含一對第一槽壁、一對第二槽壁、一底面。該對第一槽壁相互對應，該對第二槽壁相互對應且該第二槽壁與該對第一槽壁連接，該第二槽壁寬度小於該第一槽壁寬度，該底面分別連接該第一槽壁及該第二槽壁而形成一凹槽。本實用新型可節省卡匣的成本及保養清洗時間及費用。此外亦可節省清洗卡匣的設備空間。
文檔編號H01L31/18GK201853733SQ201020620839
公開日2011年6月1日 申請日期2010年11月24日 優先權日2010年11月24日
發明者林信宏, 謝季樺 申請人:太陽海科技股份有限公司