硒蒸氣快速結晶退火爐結構的製作方法
2023-11-06 09:25:32 4
專利名稱：硒蒸氣快速結晶退火爐結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種硒蒸氣快速結晶退火爐結構，尤其涉及一種利用噴灑頭均勻噴灑硒蒸氣至銅銦鎵硒層上以實現快速結晶退火處理而改善的結晶性的退火爐結構。
背景技術：
一般銅銦鎵硒(CKS)太陽能電池的結構包括依序堆棧在玻璃基板上的鉬層、 CIGS層、硫化鎘(CDQ層、氧化鋅(SiO)層以及鋁鋅氧化物(AZO)層，其中CIGS層一般稱為吸收層，是主要的光吸收及光電轉換中心，因此，CIGS層的結晶狀態會大幅影響到整體 CIGS太陽能電池的光電轉換效率。在CIGS層的現有技術中，一般包括真空製程與非真空製程，其中真空製程包括濺鍍法或蒸鍍法，具有較佳質量，但材料利用率較低，設備昂貴且製造成本高，因此，具有較低製造成本的非真空製程已逐漸成為另一主要技術。非真空製程主要是使用油墨製程(Ink Process)的溼式製程，是以溼式塗布及高溫烘乾燒結處理而形成CIGS層。不過，CIGS層的結晶均一性不佳，影響整體CIGS太陽電池的光電轉換效率，而解決方案是額外加入硫化氫( 和/或硒化氫( )，以改善結晶反應，因為部分材料會在高溫燒結中揮發而耗損，比如硫，使得CIGS層的結晶性變差，所以 H2S可補充耗損掉的硫，而Hje可實現硒化法，讓CIGS層中所包含的銅、銦、鎵、硒形成高質量的結晶。然而，加入和/或Hje的現有技術的缺點在於，不僅設備成本高，且處理時間長，一般約需10小時，尤其是Hje及具有很強的毒性，一旦處理設備發生漏氣而外洩， 會對操作人員的安全造成很大的危險性。因此，需要一種更具安全性的硒蒸氣快速結晶退火爐結構，利用硒蒸氣取代高危險性的Hje及H2S,以解決上述現有技術的問題。
實用新型內容本實用新型的主要目的在於提供一種硒蒸氣快速結晶退火爐結構，包括硒蒸氣輸送管路單元、硒蒸氣噴灑頭單元以及真空腔體，其中具有銅銦鎵硒層的基板安置於真空腔體中，且真空腔體具有由透明材料所構成的透明窗口，而硒蒸氣輸送管路單元將外部輸入的硒蒸氣輸送到硒蒸氣噴灑頭單元，讓硒蒸氣均勻噴灑至基板上以添加硒源，同時真空腔體的透明窗口讓外部快速加熱單元所產生的熱輻射穿透並對基板進行加熱，增加基板的溫度，減少機板及高溫硒蒸氣的間的溫差，藉以實現快速結晶退火處理，並改善基板上銅銦鎵硒層的結晶性。因此，本實用新型的硒蒸氣快速結晶退火爐結構非常適合應用於銅銦鎵硒太陽能電池中銅銦鎵硒層的製作，進而改善整體的光電轉換效率。
圖1為本實用新型硒蒸氣快速結晶退火爐結構的示意圖。[0009]圖2為本實用新型硒蒸氣噴灑頭單元的示意圖。
具體實施方式
以下配合說明書附圖及組件符號對本實用新型的實施方式做更詳細的說明，以使本技術領域的技術人員在研讀本說明書後能據以實施。參閱圖1，為本實用新型硒蒸氣快速結晶退火爐結構的示意圖。如圖1所示，本實用新型的硒蒸氣快速結晶退火爐結構1包括硒蒸氣輸送管路單元20、硒蒸氣噴灑頭單元30 以及真空腔體40，用以提供對安置於真空腔體40中具有銅銦鎵硒層的基板60進行快速結晶退火(Aneal)處理。硒蒸氣輸送管路單元20連結硒蒸氣噴灑頭單元30，其中硒蒸氣輸送管路單元20 用以將外部輸入的高溫硒蒸氣輸送至硒蒸氣噴灑頭單元30。硒蒸氣可由外部的至少一硒蒸氣儲存單元80而提供。硒蒸氣噴灑頭單元30位於真空腔體40內，而硒蒸氣噴灑頭單元30的結構如圖2 所示，其中硒蒸氣噴灑頭單元30包括多個均勻配置的硒蒸氣噴灑頭32，且硒蒸氣噴灑頭32 具有朝向基板60的多個霧化孔34，因此硒蒸氣VP可經由霧化孔34朝向基板60均勻噴灑， 如方向Dl所示。要注意的是，圖2中硒蒸氣噴灑頭32為兩側等間隔配置，且只是用以說明本實用新型特點的實例而已，並非用以限定本實用新型的範圍，也就是硒蒸氣噴灑頭32也可為陣列狀排列、放射線狀排列或同心圓排列。真空腔體40用以提供進行快速結晶退火處理所需的密閉循環境，且利用外部抽真空裝置(圖未示出)以維持適當的真空度。此外，真空腔體40具有由透明材料所構成的透明窗口 42，用以供外部的熱輻射穿透，而對基板60進行加熱，如方向D2所示，以保持適當的溫度，比如低於較硒蒸氣溫度的500至700°C之間，藉以對基板上的銅銦鎵硒層實現快速結晶退火處理。透明材料可為耐高溫玻璃，比如石英。熱輻射可由快速加熱單元90產生， 比如利用紅外線加熱管產生紅外線。此外，所有硒蒸氣噴灑頭32的延伸覆蓋範圍大於透明窗口 42，用以確保硒蒸氣噴灑範圍可涵蓋整個透明窗口 42，使得位於透明窗口 42上方的基板60可在具有預設適當溫度下接觸到硒蒸氣噴灑頭32所噴灑的高溫硒蒸氣，進而讓較高溫的硒蒸氣會與基板60上較低溫的銅銦鎵硒層結合併結晶，藉以改善銅銦鎵硒層的結晶性，提高光電轉換效率，所以銅銦鎵硒層很適合當作銅銦鎵硒太陽能電池的吸收層。因此，本實用新型的特點在於利用硒蒸氣噴灑頭單元將硒蒸氣均勻噴灑至銅銦鎵硒層，同時銅銦鎵硒層由快速加熱單元進行快速加熱而保持適當溫度，以使得硒蒸氣接觸銅銦鎵硒層後能產生結晶反應，改善結晶質量。本實用新型的另一特點在於利用真空腔體提供具有適當真空度的密閉循環境，以方便進行銅銦鎵硒層的硒蒸氣快速結晶退火處理，尤其是真空腔體具有透明窗口，使得快速加熱單元所產生的熱輻射可穿透進入真空腔體內，並對安置於真空腔體中的基板進行快速加熱退火處理。以上所述僅為用以解釋本實用新型的較佳實施例，並非企圖據以對本實用新型做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的實用新型原理下所作有關本實用新型的任何修飾或變更，都仍應包括在本實用新型意圖保護的範疇。
權利要求1.一種硒蒸氣快速結晶退火爐結構，用以提供對具有銅銦鎵硒層的一基板進行快速結晶退火處理，其特徵在於，所述硒蒸氣快速結晶退火爐結構包括一硒蒸氣輸送管路單元，用以將外部輸入的高溫硒蒸氣輸送出去；一硒蒸氣噴灑頭單元，連結至該硒蒸氣輸送管路單元，用以接收該硒蒸氣輸送管路單元所輸送的硒蒸氣，並將該硒蒸氣噴灑至該基板上的銅銦鎵硒層；以及一真空腔體，具有一真空度，用以容置該硒蒸氣噴灑頭單元以及該基板，且該真空腔體具有由透明材料所構成的一透明窗口，用以讓外部的熱輻射經該透明窗口而對該基板進行加熱。
2.如權利要求1所述的硒蒸氣快速結晶退火爐結構，其特徵在於，所述硒蒸氣噴灑頭單元包括多個均勻配置的硒蒸氣噴灑頭，且每個硒蒸氣噴灑頭具有朝向該基板的多個霧化孔，用以讓該硒蒸氣經由所述霧化孔朝該基板噴灑。
3.如權利要求2所述的硒蒸氣快速結晶退火爐結構，其特徵在於，所述硒蒸氣噴灑頭為陣列狀排列、放射線狀排列或同心圓排列。
4.如權利要求1所述的硒蒸氣快速結晶退火爐結構，其特徵在於，所述真空腔體的透明材料為耐高溫玻璃。
5.如權利要求1所述的硒蒸氣快速結晶退火爐結構，其特徵在於，所述耐高溫玻璃為石英。
專利摘要本實用新型公開了一種硒蒸氣快速結晶退火爐結構，包括硒蒸氣輸送管路單元、硒蒸氣噴灑頭單元以及真空腔體，其中具有銅銦鎵硒層的基板安置於真空腔體中，且真空腔體具有由透明材料所構成的透明窗口，而硒蒸氣輸送管路單元將外部輸入的硒蒸氣輸送到硒蒸氣噴灑頭單元，讓硒蒸氣均勻噴灑至基板上以添加硒源，同時真空腔體的透明窗口讓外部快速加熱單元所產生的熱輻射穿透並對基板進行加熱，增加基板的溫度，減少機板及高溫硒蒸氣之間的溫差，藉以實現快速結晶退火處理，並改善基板上銅銦鎵硒層的結晶性。
文檔編號H01L31/18GK202178238SQ20112015855
公開日2012年3月28日 申請日期2011年5月18日 優先權日2011年5月18日
發明者鍾承兆 申請人:正峰新能源股份有限公司