專利名稱：薄膜太陽能電池光吸收層制程及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種薄膜太陽能電池光吸收層制程及其設(shè)備，尤其是指一種可同時 進(jìn)行光吸收層各成份的沉積，并且縮短制程工站，進(jìn)而提升薄膜太陽能電池光吸收層整體 制造效率的制程及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著世界各國工業(yè)化程度不斷地提升，造成了全球原油涵量銳減以及全球氣候暖 化的劇變，由于原油屬消耗性能源，其供給量不足將造成經(jīng)濟(jì)上的恐慌與蕭條，另一方面， 溫室效應(yīng)也促使人類必須重視節(jié)能減碳的環(huán)保議題，因此，尋求替代能源并扶植替代能源 相關(guān)產(chǎn)業(yè)即成為各國政府努力的目標(biāo)，在此趨勢下，利用太陽能來發(fā)電便成為取代傳統(tǒng)發(fā) 電方式的重要選項，太陽能電池產(chǎn)業(yè)越來越受到重視。太陽能電池發(fā)電是一種可再生的環(huán)保發(fā)電方式，發(fā)電過程中不會產(chǎn)生二氧化碳等 造成溫室效應(yīng)的氣體，不會對環(huán)境造成污染，若能有效運用，也可解決消耗性能源的問題， 但目前太陽能電池發(fā)展所面臨的瓶頸在于效率與價格。在光電轉(zhuǎn)換過程中，并非所有的入射光譜都能被太陽能電池所吸收并且完全轉(zhuǎn)換 成電流，有一半左右的光譜因能量太低，對電池的輸出沒有貢獻(xiàn)；而在另一半被吸收的光子 中，除了產(chǎn)生電子電洞對所需的能量外，約有一半的能量以熱的形式釋放掉，所以單一太陽 能電池的最高效率約在25%左右，目前實驗室所發(fā)出來的效率，幾乎可達(dá)到理論值的最高 標(biāo)準(zhǔn)，卻因制造過程復(fù)雜，量產(chǎn)不易，不符合成本效益，這也是目前太陽能電池發(fā)展所遭遇 到最大的瓶頸，產(chǎn)業(yè)界因而極力尋找降低制造成本的方法。目前所獲的成果包括1、舍棄傳統(tǒng)CZ與FZ長晶方式，改用鑄造硅晶錠 (Siliconlngot Casting)方式；2、不用輪盤鋸切割晶錠，改用線鋸方式切割，可節(jié)省約 30%的材料成本；3、利用Edge-defined Film-fed Growth(EGF)的拉晶方法拉出中空八角 形柱體，利用雷射切割便可得IOXlOcm的芯片，可節(jié)省材料在切割上的損失；4、采用薄膜 技術(shù)制得薄膜太陽能電池，此方法可大量節(jié)省制造所需的材料，被認(rèn)為是最具有低成本潛 力的方式。上述薄膜太陽能電池可采用價格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨、金屬片等材料作 為基板來進(jìn)行制造，薄膜厚度僅數(shù)μ m，因此在同一受光面積之下可較硅晶圓太陽能電池 大幅減少原料的用量；除了平面之外，也因為具有可撓性而可制作成非平面構(gòu)造，應(yīng)用范圍 相當(dāng)廣泛，可與建筑物結(jié)合或是變成建筑體的一部份；在制造上，則可使用各式各樣的沉積 (deposition)技術(shù)，一層又一層地把ρ型或η型材料長上去，常見的薄膜太陽電池有非晶 硅、Culnse2 (CIS)、CuInGase2 (CIGS)、CdTe 等。以銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池為例，其真空涂布制程可分為蒸鍍法 (EvaporationDeposition)以及減渡法(Supptering Deposition)兩禾中。其中，就蒸鍍法而言，被蒸鍍物體在加熱至接近其熔點的高溫時所產(chǎn)生的飽和蒸 氣壓，以進(jìn)行薄膜沉積，但由于蒸鍍法對于合金與化合物沉積的控制不佳，所以對于需依固定比率沉積的銅(Cu)、銦(In)、鎵(Ga)、硒(Se)的成份比重控制不易，并且以蒸鍍法所沉積 的薄膜，其能階覆蓋(St印Coverage)的能力低落，所以蒸鍍法制造銅銦鎵硒(CIGS)薄膜 太陽能電池有其缺點存在。再者，就濺鍍法而言，在真空環(huán)境中利用具有動能的粒子撞擊靶材，使得靶材粒子 附著于基板上形成薄膜，在銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池制程中，以銅鎵(CuGa)靶及銦 (In)靶進(jìn)行濺鍍而在基板上形成具銅(Cu)、銦(In)、鎵(Ga)的薄膜，接著，需要破真空后進(jìn) 入一高溫氣氛爐以進(jìn)行硒化(Selenization)步驟，接著，再進(jìn)入一退火爐以進(jìn)行快速熱退 火(Rapid Thermal Annealing)步驟，以濺鍍法進(jìn)行的銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池制 程，一方面由于制程工站多，需要經(jīng)過濺鍍腔體、高溫氣氛爐以及退火爐等工站，所以制程 效率不佳，另一方面，不同的制程設(shè)備以徒增成本支出，再者，該進(jìn)行硒化步驟的高溫氣氛 爐中，導(dǎo)入的是含有劇烈毒性的硒化氫(H2Se),因此對于作業(yè)員工的工作安全也有負(fù)面影 響存在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人鑒于現(xiàn)有技術(shù)薄膜太陽能電池制程所產(chǎn)生的缺失，積極著手從事研究， 以期可以解決上述問題，經(jīng)過不斷的試驗及努力，終于開發(fā)出本發(fā)明。本發(fā)明的主要目的在于提供一種可同時進(jìn)行光吸收層各成份的沉積，并且縮短制 程工站，進(jìn)而提升薄膜太陽能電池光吸收層整體制造效率的制程及其設(shè)備。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)手段是包括復(fù)數(shù)個相互連結(jié)的腔體 以及設(shè)置在各腔體的傳動裝置的連續(xù)式(In-Line)制造設(shè)備，該復(fù)數(shù)個腔體至少包括第 一制程腔體，具有至少一加熱組件以及至少一濺鍍靶材；第二制程腔體，連結(jié)于該第一制程 腔體，具有至少一加熱組件以及至少一濺鍍靶材；持溫腔體，連結(jié)于該第二制程腔體，具有 至少一加熱組件；熱處理腔體，連結(jié)于該持溫腔體，具有至少一加熱組件。該設(shè)備更包括一連結(jié)于該第一制程腔體之前的進(jìn)料預(yù)熱腔體，該進(jìn)料預(yù)熱腔體具 有至少一加熱組件；該設(shè)備更包括一連結(jié)于該熱處理腔體的出料腔體；該第一制程腔體的濺鍍靶材是為四元化合物靶或三元化合物靶；該第二制程腔體的濺鍍靶材是為銦硒(InSe)靶、硒(Se)靶、銦(In)靶或硫化銦 (InS)靶；該加熱組件是微波加熱器或紅外線加熱器；該進(jìn)料預(yù)熱腔體、第一制程腔體、第二制程腔體以及持溫腔體的加熱組件是微波 加熱器；該熱處理腔體的加熱組件是紅外線加熱器；該四元化合物靶是銅銦鎵硒(CIGS)四元化合物靶；該三元化合物靶是銅銦鎵(CIG)三元化合物靶；一種使用制造設(shè)備的薄膜太陽能電池光吸收層制程，其至少包括準(zhǔn)備基板；主 成份濺鍍，包括開啟第一制程腔體以及第二制程腔體之加熱組件；使用該第一制程腔體 之濺鍍靶材進(jìn)行濺鍍；利用該傳動裝置將該基板往復(fù)傳送于該第一制程腔體以及第二制程 腔體之間；成份補(bǔ)強(qiáng)，包括開啟該持溫腔體之加熱組件；使用該第二制程腔體之濺鍍靶材
5進(jìn)行濺鍍；利用該傳動裝置將該基板往復(fù)傳送于該第一制程腔體、第二制程腔體以及持溫 腔體之間；高溫?zé)崽幚?，包括開啟該熱處理腔體之加熱組件；利用該傳動裝置將該基板傳 送于該熱處理腔體中；該制程更包括進(jìn)行于主成份濺鍍之前的一進(jìn)料預(yù)熱階段；該制程更包括進(jìn)行于高溫?zé)崽幚碇蟮囊恍遁d出料階段；該進(jìn)料預(yù)熱階段的加熱溫度約為200°C ；該制程主成份濺鍍階段的制程溫度介于200°C至400°C之間；該成份補(bǔ)強(qiáng)階段的制程溫度介于200°C至250°C之間；該高溫?zé)崽幚黼A段的熱處理溫度介于400°C至700°C之間。本發(fā)明采用的技術(shù)手段帶來的有益效果是本發(fā)明的薄膜太陽能電池光吸收層制 程及其設(shè)備，透過三元或四元化合物的濺鍍靶材，將薄膜太陽能電池光吸收層的各成份以 濺鍍的方式進(jìn)行薄膜沉積，并且進(jìn)行易散失成份的補(bǔ)強(qiáng)動作，之后，經(jīng)過該熱處理腔體進(jìn)行 高溫?zé)崽幚淼某绦?；在制備薄膜太陽能電池的光吸收層時，便可在本發(fā)明的制造設(shè)備中進(jìn) 行連續(xù)式(In-Line)的一次性制程，而無需將基板在破真空之后移動在不同的制造設(shè)備之 間，不僅可提升產(chǎn)出速度而彰顯制程效率，也可降低整體制程因添購不同設(shè)備所支出的成 本。


圖1是本發(fā)明的薄膜太陽能電池光吸收層制造設(shè)備示意圖。
圖2是本發(fā)明的薄膜太陽能電池光吸收層制造流程圖。
主要組件符號說明
(11)進(jìn)料預(yù)熱腔體(111)加熱組件
(12)第一制程腔體(121)加熱組件
(122)濺鍍靶材(13)第二制程腔體
(131)加熱組件(132)濺鍍靶材
(14)持溫腔體(141)加熱組件
(15)熱處理腔體(151)加熱組件
(16)出料腔體(A)準(zhǔn)備基板
(B)進(jìn)料預(yù)熱(C)主成份濺鍍
(D)成份補(bǔ)強(qiáng)(E)高溫?zé)崽幚?br> (F)卸載出料
具體實施例方式請參考圖1所示，本發(fā)明的薄膜太陽能電池光吸收層制造設(shè)備，在本實施例中，是 用于制造銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池的光吸收層，該制造設(shè)備是為包括復(fù)數(shù)個相互 連結(jié)的腔體以及設(shè)置在各腔體的傳動裝置(圖中未示)的連續(xù)式(In-Line)制造設(shè)備，在 本實施例中，該復(fù)數(shù)個腔體至少包括進(jìn)料預(yù)熱腔體11，具有一加熱組件111;第一制程腔體12，是連結(jié)在該進(jìn)料預(yù)熱腔體11，具有一加熱組件121以及二濺鍍靶材122 ；第二制程腔體13，連結(jié)在該第一制程腔體12，具有一加熱組件131以及二濺鍍靶 材 132 ；持溫腔體14，連結(jié)在該第二制程腔體13，具有一加熱組件141 ；熱處理腔體15，連結(jié)在該持溫腔體14，具有二加熱組件151 ；出料腔體16，連結(jié)在該熱處理腔體15。其中，該加熱組件111、121、131、141、151為微波加熱器或紅外線加熱器，在本實 施例中，該加熱組件111、121、131、141均為微波加熱器，該加熱組件151則為紅外線加熱 器；再者，該第一制程腔體12的濺鍍靶材122為銅銦鎵硒(CIGS)四元化合物靶或銅銦鎵 (CIG)三元化合物靶，在本實施例中，該濺鍍靶材(122)是為銅銦鎵硒(CIGS)四元化合物 靶；另外，該第二制程腔體(13)的濺鍍靶材(132)是為銦硒(InSe)靶、硒(Se)靶、銦(In) 靶或硫化銦(InS)靶，在本實施例中，該濺鍍靶材(132)是為銦硒(InSe)靶。請參考圖1及圖2所示，本發(fā)明的薄膜太陽能電池光吸收層制程，使用于上述的薄 膜太陽能電池光吸收層制造設(shè)備，該制程在本實施例中用于制造銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太 陽能電池的光吸收層，其包括準(zhǔn)備基板(A)，該基板(圖中未示)為玻璃、塑料、陶瓷、石墨或金屬片，在本實施例 中，為一玻璃基板；進(jìn)料預(yù)熱(B)，包括開啟該進(jìn)料預(yù)熱腔體11的加熱組件111，該加熱組件111是微波加熱器；利用該傳動裝置將該基板傳送于該進(jìn)料預(yù)熱腔體11中進(jìn)行預(yù)熱，本階段的加熱 溫度為200°C ；主成份濺鍍C，包括開啟該第一制程腔體12以及第二制程腔體13的加熱組件121、131，該加熱組件 121、131是微波加熱器；使用該第一制程腔體12的濺鍍靶材122進(jìn)行濺鍍，該濺鍍靶材122是銅銦鎵硒 (CIGS)四元化合物靶，將銅(Cu)、銦(In)、鎵(Ga)、硒(Se)沉積在該基板上以形成銅銦鎵 硒(CIGS)薄膜；利用該傳動裝置將該基板往復(fù)傳送于該進(jìn)料預(yù)熱腔體11、第一制程腔體12以及 第二制程腔體13之間以進(jìn)行薄膜沉積，本階段的制程溫度介于200°C至400°C之間；成份補(bǔ)強(qiáng)(D)，包括開啟該持溫腔體14的加熱組件141，該加熱組件141是微波加熱器；使用該第二制程腔體13的濺鍍靶材132進(jìn)行濺鍍，該濺鍍靶材132是銦硒(InSe) 靶，雖然在主成份濺鍍(C)步驟中已形成銅銦鎵硒(CIGS)薄膜，但由于銦(In)、硒(Se)成 份并不穩(wěn)定且極易散失，因此需要通過該銦硒(InSe)靶的濺鍍而再次將銦(In)、硒(Se)成 份沉積于銅銦鎵硒(CIGS)薄膜上，以進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)的動作；利用該傳動裝置將該基板往復(fù)傳送于該第一制程腔體12、第二制程腔體13以 及持溫腔體14之間以進(jìn)行銦(In)、硒(Se)成份的補(bǔ)強(qiáng)，本階段的制程溫度介于200°C至 250°C之間；高溫?zé)崽幚?E)，包括
開啟該熱處理腔體15的加熱組件151，該加熱組件151是紅外線加熱器，可達(dá)到實 時升溫的效果；利用該傳動裝置將該基板傳送于該熱處理腔體15中以進(jìn)行高溫?zé)崽幚淼膭幼鳎?在本實施例中，該高溫?zé)崽幚頌橐豢焖贌嵬嘶?Rapid Thermal Annealing)程序，本階段的 熱處理溫度介于400°C至700°C之間，透過該紅外線加熱器迅速將溫度提升，使得沉積于銅 銦鎵硒(CIGS)薄膜上的銦(In)、硒(Se)補(bǔ)強(qiáng)成份確切地擴(kuò)散進(jìn)入銅銦鎵硒(CIGS)薄膜結(jié) 晶結(jié)構(gòu)中，進(jìn)而獲得銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池的光吸收層。卸載出料(F)，包括利 用該傳動裝置將該基板傳送于該出料腔體15卸載后離開出料腔體15完成制程。故本發(fā)明的薄膜太陽能電池光吸收層制程及其設(shè)備，透過將主成份濺鍍、成份補(bǔ) 強(qiáng)以及高溫?zé)崽幚淼戎圃斐绦蛘嫌诒景l(fā)明的制程及設(shè)備中，通過連續(xù)式(In-Line)制造 設(shè)備達(dá)成一次性制程，取代了傳統(tǒng)將基板先于濺鍍腔體沉積薄膜后，再于高溫氣氛爐進(jìn)行 硒化，接著再進(jìn)入退火爐退火的制造方式，不僅增進(jìn)了生產(chǎn)速度，在設(shè)備支出方面亦獲大幅 縮減而有助于成本控制；惟以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳實施例，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明 實施的范圍；凡依本發(fā)明申請專利范圍及創(chuàng)作說明書內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾， 皆應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
薄膜太陽能電池光吸收層制造設(shè)備，包括復(fù)數(shù)個相互連結(jié)的腔體以及設(shè)置在各腔體的傳動裝置的連續(xù)式(In Line)制造設(shè)備，該復(fù)數(shù)個腔體至少包括第一制程腔體，具有至少一加熱組件以及至少一濺鍍靶材；第二制程腔體，連結(jié)于該第一制程腔體，具有至少一加熱組件以及至少一濺鍍靶材；持溫腔體，連結(jié)于該第二制程腔體，具有至少一加熱組件；熱處理腔體，連結(jié)于該持溫腔體，具有至少一加熱組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池光吸收層制造設(shè)備，其特征在于該設(shè)備更包 括一連結(jié)于該第一制程腔體之前的進(jìn)料預(yù)熱腔體，該進(jìn)料預(yù)熱腔體具有至少一加熱組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜太陽能電池光吸收層制造設(shè)備，其特征在于該設(shè)備更包 括一連結(jié)于該熱處理腔體的出料腔體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜太陽能電池光吸收層制造設(shè)備，其特征在于該第一制程 腔體的濺鍍靶材是為四元化合物靶或三元化合物靶。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜太陽能電池光吸收層制造設(shè)備，其特征在于該第二制程 腔體的濺鍍靶材是為銦硒(InSe)靶、硒(Se)靶、銦(In)靶或硫化銦(InS)靶。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜太陽能電池光吸收層制造設(shè)備，其特征在于該加熱組件 是微波加熱器或紅外線加熱器。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜太陽能電池光吸收層制造設(shè)備，其特征在于該進(jìn)料預(yù)熱 腔體、第一制程腔體、第二制程腔體以及持溫腔體的加熱組件是微波加熱器
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜太陽能電池光吸收層制造設(shè)備，其特征在于該熱處理腔 體的加熱組件是紅外線加熱器。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的薄膜太陽能電池光吸收層制造設(shè)備，其特征在于該四元化合 物靶是銅銦鎵硒(CIGS)四元化合物靶。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的薄膜太陽能電池光吸收層制造設(shè)備，其特征在于該三元化 合物靶是銅銦鎵(CIG)三元化合物靶。
11.一種使用制造設(shè)備的薄膜太陽能電池光吸收層制程，其至少包括準(zhǔn)備基板；主成 份濺鍍，包括開啟第一制程腔體以及第二制程腔體之加熱組件； 使用該第一制程腔體之濺鍍靶材進(jìn)行濺鍍；利用該傳動裝置將該基板往復(fù)傳送于該第一制程腔體以及第二制程腔體之間；成份補(bǔ)強(qiáng)，包括開啟該持溫腔體之加熱組件；使用該第二制程腔體之濺鍍靶材進(jìn)行濺鍍；利用該傳動裝置將該基板往復(fù)傳送于該第一制程腔體、第二制程腔體以及持溫腔體之間；高溫?zé)崽幚恚ㄩ_啟該熱處理腔體之加熱組件；利用該傳動裝置將該基板傳送于該熱處理腔體中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的薄膜太陽能電池光吸收層制程，其特征在于該制程更包括 進(jìn)行于主成份濺鍍之前的一進(jìn)料預(yù)熱階段。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的薄膜太陽能電池光吸收層制程，其特征在于該制程更包括 進(jìn)行于高溫?zé)崽幚碇蟮囊恍遁d出料階段。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的薄膜太陽能電池光吸收層制程，其特征在于該進(jìn)料預(yù)熱階 段的加熱溫度為200°C。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的薄膜太陽能電池光吸收層制程，其特征在于該主成份濺鍍 階段的制程溫度介于200°C至400°C之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的薄膜太陽能電池光吸收層制程，其特征在于該成份補(bǔ)強(qiáng)階 段的制程溫度介于200°C至250°C之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的薄膜太陽能電池光吸收層制程，其特征在于該高溫?zé)崽幚?階段的熱處理溫度介于400°C至700°C之間。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種薄膜太陽能電池光吸收層制程及其設(shè)備，該設(shè)備為連續(xù)式(In-Line)制造設(shè)備，其包括第一制程腔體、第二制程腔體、持溫腔體及熱處理腔體；該制程包括準(zhǔn)備基板、主成份濺鍍、成份補(bǔ)強(qiáng)及高溫?zé)崽幚?；本發(fā)明可在制備薄膜太陽能電池的光吸收層的過程中，通過連續(xù)式(In-Line)的一次性制程，無需將基板在破真空之后移動在不同制造設(shè)備之間以提升產(chǎn)出速度，并且可降低整體制程因添購不同設(shè)備所支出的成本。
文檔編號H01L31/18GK101964376SQ200910305878
公開日2011年2月2日 申請日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日
發(fā)明者李智淵, 林振富 申請人:鈺衡科技股份有限公司