非真空製作銅銦鎵硒光吸收層的裝置的製作方法

2023-04-27 15:32:06

專利名稱：非真空製作銅銦鎵硒光吸收層的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種製作銅銦鎵硒和/或硫光吸收層的裝置，特別是一種非真空 製作銅銦鎵硒光吸收層的裝置。
背景技術：
近年來，隨國際油價高漲及環保意識的抬頭，綠色能源已成為新能源主流，其中太 陽能電池又因是取自太陽的穩定輻射能，來源不會枯竭，因此更為各國所重視，無不傾注大 量研發經費及政策性補貼，以扶植本地的太陽能電池產業，使得全球太陽能產業的發展非 常快速。第一代太陽能模塊包括單晶矽和多晶矽的太陽能模塊，雖然光電轉換效率高且量 產技術成熟，但因為材料成本高，且矽晶圓常因半導體工業的需求而貨源不足，影響後續的 量產規模。因此，包含非晶矽薄膜、銅銦鎵硒(CIGS)薄膜或銅銦鎵硒(硫)(CIGSS)薄膜和 碲化鎘薄膜的第二代的薄膜太陽能模塊，在近幾年已逐漸發展並成熟，其中又以銅銦鎵硒 或銅銦鎵硒(硫)太陽能電池的轉換效率最高(單元電池可高達20%而模塊約14% )，因 此特別受到重視。參閱圖1，現有技術銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)太陽能電池結構的示意圖。如圖 所示，現有技術的銅銦鎵硒太陽能電池結構包括基板10、第一導電層20、銅銦鎵硒或銅銦 鎵硒(硫)吸收層30、緩衝層40、絕緣層50以及第二導電層60，其中基板10可為玻璃板、 鋁板、不繡鋼板或塑料板，第一導電層20 —般包括金屬鉬，當作背面電極，銅銦鎵硒或銅銦 鎵硒(硫)吸收層30是包括適當比例的銅、銦、鎵及硒，當作ρ型薄膜，為主要的光線吸收 層，緩衝層40可包括硫化鎘(CdS)，當作η型薄膜，絕緣層50包括氧化鋅(ZnO)，用以提供 保護，第二導電層60包含氧化鋅鋁(ZnO、Al)，用以連接正面電極。上述銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)太陽能電池的製造方法主要依據銅銦鎵硒或銅銦 鎵硒(硫)吸收層的製造環境而分成真空法及非真空法。真空法包括濺鍍法或蒸鍍法，缺 點是投資成本較高且材料利用率較低，因此整體製作成本較高。非真空法具有製造設備簡 單且法條件容易達成的優點，而有相當的商業潛力。銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)吸收層的非真空法是先調配銅銦鎵硒或銅銦鎵硒 (硫)漿料或墨水(Ink)，用以塗布到鉬層上，經過軟烤後形成前驅層，再經過快速升溫退火 熱處理(RTA)爐中退火長晶形成光吸收層。在RTA過程中，因為硒揮發，會造成銅銦鎵硒 或銅銦鎵硒(硫)吸收層中IB/IIIA/VIA的原始比例變化太大，影響銅銦鎵硒或銅銦鎵硒 (硫)吸收層的光吸收特性，嚴重者會造成此光吸收層從P層變化成N層，所形成的太陽能 電池會失去電池的特性。現有的非真空製作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的裝置的結構如圖2 所示，包括具有入料段11、入料緩衝段12、爐體13、出料緩衝段14、出料段15及傳送機構16 的快速升溫退火熱處理爐1 ；一硒蒸氣供給裝置2，所述硒蒸汽供給裝置2包括硒蒸汽產生 器21，硒蒸汽供應管22及控制閥23，其中所述硒蒸汽產生器21的出口以文丘利管形式連 接所述硒蒸汽供應管22，所述硒蒸汽供應管22的一端通過控制閥23連接惰性氣體源(圖
3中未示出)，另一端連通所述快速升溫退火熱處理爐10的接近入料緩衝段12的爐體13上。 所述爐體13的另一端接近出料緩衝段14處設有排氣管3，所述排氣管3的端部設有排氣閥 31。所述硒蒸氣產生器是通過加熱使硒蒸發，根據退火補硒的要求，硒蒸氣產生器產生的硒 蒸氣的溫度應介於250 550°C之間。工作時，打開控制閥23，通過惰性氣體將硒蒸氣產生器產生之硒蒸氣引入RTA爐 體內，並由另一側的排氣管30直接排出，以冷凝方式回收硒粉，但因回收硒粉的質量可能 產生變化，因此無法直接使用，且公知技術採用單道注入硒蒸氣方式(用一條硒蒸汽輸氣 管由爐體的一端輸入，另一端排出)，因硒蒸氣會向上揮發，使硒蒸氣和光吸收前驅層基板 10接觸時間短，因此硒蒸氣的利用效率較低。因此，如何提供一種硒蒸汽利用效率高的非真空製作銅銦鎵硒光吸收層裝置，是 當前非真空製作銅銦鎵硒太陽能電池光吸收層工作中，亟需解決的問題之一。
發明內容本實用新型的目的在於，克服現有的製作銅銦鎵硒和/或硫光吸收層裝置所存在 的上述不足，而提供一種硒蒸汽利用效率高的非真空製作銅銦鎵硒光吸收層的裝置。本實用新型的目的及解決其技術問題是採用以下的技術方案來實現的。依據本實 用新型提出的一種非真空製作銅銦鎵硒光吸收層的裝置，包括依序設有入料段、入料緩衝 段、爐體、出料緩衝段、出料段的快速升溫退火熱處理爐，設於爐內的傳送機構，包括硒蒸汽 產生器，硒蒸汽供應管及控制閥的向爐體內供給硒蒸汽的硒蒸氣供給裝置，以及端部設有 排氣閥的設於爐體出口端的排氣管，其中設有硒蒸汽循環裝置，所述硒蒸汽循環裝置包括 蒸汽回流管，設於蒸汽回流管中部的循環泵，所述蒸汽回流管的一端連接所述排氣管，另一 端連接所述硒蒸汽供應管。本實用新型的目的以及解決其技術問題還可以採用以下的技術措施來進一步實 現。前述的非真空製作銅銦鎵硒光吸收層的裝置，其中所述爐體上設有多個進氣通 道，所述硒蒸汽供應管連接所述多個進氣通道。前述的非真空製作銅銦鎵硒光吸收層的裝置，其中所述設於爐體兩端的入料緩衝 段和出料緩衝段內設有測氧探頭；並連接一真空泵。前述的非真空製作銅銦鎵硒光吸收層的裝置，其中所述硒蒸氣產生器中設有控溫 加熱器，以控制所產生硒蒸氣的溫度介於250 550°C之間。前述的非真空製作銅銦鎵硒光吸收層的裝置，其中所述硒蒸氣供應管、蒸汽回流 管、排氣閥及循環泵均設有保溫裝置。前述的非真空製作銅銦鎵硒光吸收層的裝置，其中所述硒蒸氣供應管上設有保溫 硒蒸汽控制閥。前述的非真空製作銅銦鎵硒光吸收層的裝置，其中所述爐體上的多個進氣通道至 少為3個進氣通道。本實用新型與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。藉由上述技術方案，本 實用新型非真空製作銅銦鎵硒光吸收層的裝置可達到相當的技術進步性及實用性，並具有 產業上的廣泛利用價值，其至少具有下列優點[0019]1、本實用新型的非真空製作銅銦鎵硒光吸收層的裝置由於設有多個進氣通道，因 此，使硒蒸氣在快速升溫退火熱處理(RTA)爐內能形成均勻硒蒸氣環境，可增加硒蒸氣和 光吸收預製層基板接觸時間，提高硒蒸氣協助長晶的功能。2、在快速升溫退火熱處理(RTA)爐上設置硒蒸汽循環裝置，將原本應排放的硒蒸 氣回收再使用，降低硒蒸氣的使用量，提高硒利用率。3、硒蒸氣產生器中設有控溫加熱器，以及硒蒸氣供應管、蒸汽回流管、排氣閥及循 環泵均設有保溫裝置，控制所產生硒蒸氣以較高溫度(250 550°C之間)進入爐內。以高 溫使VIA族顆粒蒸發，形成含VIA族氣氛，使銅銦鎵硒和/或硫預製層成膜時，補充VIA族 比例，可達成較佳的光吸收層。上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能更清楚了解本實用新型的技術 手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為讓本實用新型的上述和其它目的、特徵和優 點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。

圖1是現有技術的銅銦鎵硒太陽能電池結構示意圖。圖2是現有非真空製作銅銦鎵硒(硫)光吸收層裝置的結構示意圖。圖3是本實用新型非真空製作銅銦鎵硒光吸收層的裝置的結構示意圖。
具體實施方式
為更進一步闡述本實用新型為達成預定實用新型目的所採取的技術手段及功效，
以下結合附圖及較佳實施例，對依據本實用新型提出的非真空製作銅銦鎵硒光吸收層的裝 置的具體實施方式
、結構、特徵及其功效，詳細說明如後。有關本實用新型的前述及其它技術內容、特點及功效，在以下配合附圖的較佳實 施例的詳細說明中將可清楚的呈現。通過具體實施方式
的說明，當可對本實用新型為達成 預定目的所採取的技術手段及功效得一更加深入且具體的了解，然而附圖僅是提供參考與 說明之用，並非用來對本實用新型加以限制。請參閱圖3所示，本實用新型較佳實施例的一種非真空製作銅銦鎵硒光吸收層的 裝置，包括依序設有入料段111、入料緩衝段112、爐體113、出料緩衝段114、出料段115的 快速升溫退火熱處理爐110，用於傳送被處理的光吸收層基板200的，設於爐內的傳送機構 116，包括硒蒸汽產生器121，硒蒸汽供應管122及控制閥123的向爐體內供給硒蒸汽的硒 蒸氣供給裝置120，以及端部設有排氣閥131的設於爐體出口端的排氣管130，為減少直接 排放所造成的硒損失，還設有硒蒸汽循環裝置140，所述硒蒸汽循環裝置140包括蒸汽回流 管141，設於蒸汽回流管141中部的循環泵142，所述蒸汽回流管141的一端連接所述排氣 管130，另一端連接所述硒蒸汽供應管122。為克服現有裝置採用單道注入硒蒸氣方式(用一條硒蒸汽輸氣管由爐體的一端 輸入，另一端排出)，而造成硒蒸氣和光吸收前驅層基板接觸時間短，硒蒸氣的利用效率較 低的問題。在所述爐體上設有多個進氣通道117，所述硒蒸汽供應管122連接所述多個進氣 通道117。所述爐體上的多個進氣通道至少為3個進氣通道。所述設於爐體兩端的入料緩衝段和出料緩衝段內設有測氧探頭；並連接一真空泵。以供檢測控制入料緩衝段和出料緩衝段的氧含量IOppm以下。所述硒蒸氣產生器中設有控溫加熱器，所述硒蒸氣供應管、蒸汽回流管、排氣閥及 循環泵均設有保溫裝置。目的是避免硒蒸氣在管線內沉積，所有管線皆須保溫使管內溫度 高於250°C以上。所述硒蒸氣供應管上設有保溫硒蒸汽控制閥124，用於控制進入爐內的硒蒸汽量。以下為具體說明裝置功能和操作方法，硒蒸氣產生器約在250°C 550°C產生硒 蒸氣，產生的硒蒸氣由多個通道注入快速升溫退火熱處理(RTA)爐腔體內，再經循環泵抽 回作成循環，循環回來的硒蒸氣和硒蒸氣產生器產生的硒蒸氣以1 10 1的方式，摻混 後再流入快速升溫退火熱處理(RTA)內。具體是由硒蒸氣回流管管徑和硒蒸氣產生器的硒 蒸氣供應管管徑和控制閥控制開度所控制，例如回流管管徑為2英時而硒蒸氣產生器的硒 蒸氣供應管管徑為1/4英時，且控制閥全開，則原氣和回流氣比例約為8 1，控制此比例可 避免須補充的硒蒸氣太多，造成成本過高，另外利用外加惰性氣體提供較大氣壓以推動硒 蒸氣前進，因為緩衝段開關過程中會造成硒蒸氣的散逸，因此需適時由硒蒸氣產生器補充 硒蒸氣的不足，快速升溫退火熱處理(RTA)內的硒蒸氣量需控制在蒸氣壓力略大於一大氣 壓，即快速升溫退火熱處理(RTA)內呈現正壓狀態，避免外氣流入，另為避免硒蒸氣在管線 內沉積，所有管線皆須保溫使管內溫度高於250°C，且停機前需利用排氣閥接至廢氣處理是 統避免硒蒸氣在管內凝結阻塞管路。使用時，將含光吸收預製層的基板入料後進入緩衝段，先抽真空使氧氣含量降至 IOppm以下(由氧氣探頭偵測)，再將基板送入已充滿硒蒸氣的快速升溫退火熱處理(RTA) 中使硒蒸氣直接和基板的預製層接觸，以補充損失的硒成份。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作任何形式上 的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本實用新型，任何熟 悉本專業的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內 容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案的內 容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍 屬於本實用新型技術方案的範圍內。
權利要求一種非真空製作銅銦鎵硒光吸收層的裝置，包括依序設有入料段、入料緩衝段、爐體、出料緩衝段、出料段的快速升溫退火熱處理爐，設於爐內的傳送機構，包括硒蒸汽產生器，硒蒸汽供應管及控制閥的向爐體內供給硒蒸汽的硒蒸氣供給裝置，以及端部設有排氣閥的設於爐體出口端的排氣管，其特徵在於設有硒蒸汽循環裝置，所述硒蒸汽循環裝置包括蒸汽回流管，設於蒸汽回流管中部的循環泵，所述蒸汽回流管的一端連接所述排氣管，另一端連接所述硒蒸汽供應管。
2.根據權利要求1所述的非真空製作銅銦鎵硒光吸收層的裝置，其特徵在於所述爐體 上設有多個進氣通道，所述硒蒸汽供應管連接所述多個進氣通道。
3.根據權利要求1所述的非真空製作銅銦鎵硒光吸收層的裝置，其特徵在於所述設於 爐體兩端的入料緩衝段和出料緩衝段內設有測氧探頭；並連接一真空泵。
4.根據權利要求1所述的非真空製作銅銦鎵硒和/或硫光吸收層的裝置，其特徵在於 所述硒蒸氣產生器中設有控溫加熱器。
5.根據權利要求1所述的非真空製作銅銦鎵硒和/或硫光吸收層的裝置，其特徵在於 所述硒蒸氣供應管、蒸汽回流管、排氣閥及循環泵均設有保溫裝置。
6.根據權利要求1所述的非真空製作銅銦鎵硒和/或硫光吸收層的裝置，其特徵在於 所述硒蒸氣供應管上設有保溫硒蒸汽控制閥。
7.根據權利要求2所述的非真空製作銅銦鎵硒和/或硫光吸收層的裝置，其特徵在於 所述爐體上的多個進氣通道至少為3個進氣通道。
專利摘要本實用新型涉及一種製作銅銦鎵硒和/或硫光吸收層的裝置，特別是一種非真空製作銅銦鎵硒光吸收層的裝置，包括快速升溫退火熱處理爐，設於爐內的傳送機構，包括硒蒸汽產生器，硒蒸汽供應管及控制閥的向爐體內供給硒蒸汽的硒蒸氣供給裝置，以及端部設有排氣閥的設於爐體出口端的排氣管，其中設有硒蒸汽循環裝置，所述硒蒸汽循環裝置包括蒸汽回流管，設於蒸汽回流管中部的循環泵，所述蒸汽回流管的一端連接所述排氣管，另一端連接所述硒蒸汽供應管。多個進氣通道使爐內能形成均勻硒蒸氣環境，增加硒蒸氣和光吸收預製層基板接觸時間，提高硒蒸氣協助長晶的功能。硒蒸汽循環裝置，硒蒸氣回收再使用，降低硒蒸氣的使用量，提高硒利用率。
文檔編號H01L31/18GK201655827SQ20102011494
公開日2010年11月24日 申請日期2010年2月11日 優先權日2010年2月11日
發明者楊益郎, 林群福, 陳文仁 申請人:崑山正富機械工業有限公司