TW201203584A - Rapid thermal process heating system and method thereof - Google Patents

Description

201203584 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係與光伏元件(photovoltaic devices)的製造技術 有關，特別是指在光伏元件製造過程中對其進行加熱溫度 控制程序的一種快速溫度程序(RTP)加熱系統及方法。 【先前技術】 按，現今的光伏元件’通常是在一玻璃基板的上方設 鲁置一層鉬層（Mo layer)，而於該鉬層上進行光吸收層（例如 CIGS(銅銦鎵砸)層、CIS(銅銦砸)層）的製造，而在光吸收層 製造時’必須將溫度提高至攝氏500度以上，並且以濺鍍、 泰鍍、電鍍或喷墨(ink-jet)的方式使之成形於該鉬層上。 上述光吸收層的製造過程中，對於溫度的提昇方式， 目前較主流的技術為RTP(Rapid Temperature Pr〇cess)快速 溫度程序，此種技術主要是在光伏元件的上方以熱源進行 鲁加熱’目前所知的熱源為電阻式的電熱絲或是紅外線加熱 器’來對光伏元件的上表面進行加熱。 凡美國US 2008/0305247號專利，在其說明書第[〇〇13] 段，露了德國DE 199 36 081 A1專利揭露了習知的RTp快 速溫度程序，主要是用以製造CIS層或CIGS層。 快速溫度程序， ’係在光伏元件的上下兩面分別以—熱源加

此外’美國US 2009/0305455號專利，揭露了一種RTp 7又心间，且其熱源使用了 此-案-的底材是I呂材質，並不是 201203584 玻璃材質。 上述的專利前案，在使用快速溫度程序來製造光吸收 層時，在其基板是玻璃材質時將會遭遇到一個問題，即： 製造光吸收層時，以CIGS層為例，其最佳溫度在攝氏5〇〇 度以上，而納材質玻璃的變形溫度(def〇_i〇ntempe她⑹ 約在攝氏510度左右，因此，若是加熱至攝氏51〇度以上， 則其，下方的玻璃基板將會軟化變形，整個光伏元件即會由 於這個變形而變得無法使用，這也很有可能是美國us 2009/0305455號專利之所以使用鋁基板的最大原因。 由上可知，目前在溫度的控制技術上，要將光吸收層 的製造溫度(攝氏500度以上)與玻璃變形溫度(攝氏51〇度） 在玻璃基板上做-整合，而使得其可在玻璃上製造，就目 前而言，是極為困難的。 【發明内容】 本發明之主要目的在於提供一種快速溫度程序(RTp) 加熱系統，其可對具有破璃基板的光伏元件的上表面及下 表面分別施以不同溫度的加熱，使其上表面符合光吸收層 的製造溫度需求’而下表面的溫度又不會使玻璃基板軟化 變形’使得在玻璃基板上製造光吸收層的目的得以實現。 本發明之目的在於提供-種快速溫度程序(RTP) 加熱方法，其可達到在不使玻璃基板軟化變形的前提下， 還能在玻璃基板上製造出光吸收層。 為了達成則述目的，依據本發明所提供之一種快速溫 201203584 度程序(RTP)加熱系統，主要係用以對一光伏元件中間產品 加熱，該光伏元件中間產品具有一玻璃基板、塗佈於該玻 璃基板上的一層鉬(Mo)層以及成形中的一層光吸收層，該 加熱系統包含有：一腔室，内部用以置放一該光伏元件中 間產品；一承台，位於該腔室内的下方，用以承接該光伏 元件中間產品，該承台係用以對該光伏元件中間產品的下 表面進行加熱；至少一加熱元件，設置於該腔室内的上方， 係向下發出紅外線來對該光伏元件中間產品的上表面進行 加熱；該加熱元件所發出的紅外線係限定於預定的波長， 藉此有大部分會被該鉬層所反射，減少直接對該玻璃基板 的加熱，而主要對成形中的光吸收層進行加熱；複數溫度 感測器，設於該腔室内，用以感測該光伏元件中間產品的 上表面以及下表面的溫度；以及一控溫裝置，連接於該等 溫度感測器、該加熱元件以及該承台，用以控制該加熱元 件以及該承台所發出的熱源。藉此，可達到分別對該光伏 疋件中間產品的上表面以及下表面進行不同溫度的加熱， 使得位於該光伏元件中間產品下方的玻璃基板不會軟化變 形，而上方的鉬層上又能製造光吸收層。 而依據本發明所提供之一種快速溫度程序(RTp)加熱 方法’ _崎-光伏元件中間產品加熱，該光伏元件中 間產品具有-玻璃基板以及塗佈於該玻璃基板上的一層翻 (Mo)層，該加熱方法包含有下列步驟：幻將該光伏元件中 間產品置於-承台上；b)藉由—加熱元件對該光伏元件中 間產·•品对上表面進行加熱，以及藉由該承台對該光伏元件 5 201203584 中間產品的下表面進行加熱，其中，該加熱元件係藉由發 出紅外線來對該光伏元件中間產品的上表面進行加熱，該 加熱元件所發出的紅外線係限定於預定的波長，藉此有大 部分會被該鉬層所反射，減少直接對該玻璃基板的加熱， 而主要對成形中的光吸收層進行加熱；藉此，可控制加熱 的程度，而使該光伏元件中間產品的上表面的溫度高於該 玻璃基板的變形溫度(deformation temperature)，並使下表 面的溫度低於該玻璃基板的變形溫度。藉此，可分別對該 光伏元件中間產品的上表面以及下表面進行不同溫度的加 熱，使得位於該光伏元件中間產品下方的玻璃基板不會軟 化變形，而上方的鉬層上又能製造光吸收層。 【實施方式】 為了詳細說明本發明之構造及特點所在，茲舉以下之 較佳實施例並配合圖式說明如後，其中： 如第一圖至第三圖所示，本發明第一較佳實施例所提 供之一種快速溫度程序(RTP)加熱系統1〇,用以對一光伏 元件中間產品51加熱，該光伏元件中間產品51具有一玻 璃基板52、塗佈於該玻璃基板52上的一層鉬層54以及成 形中的一層光吸收層56,該加熱系統1〇主要由一腔室η、 一承台12、複數加熱元件22、複數溫度感測器32以及一 控溫裝置42所組成，其中： 該腔室11 ’内部用以置放一該光伏元件中間產品51。 該承台12’具有良好導熱性及高比熱且位於該腔室L1 201203584 内的下方’用以承接該光伏元件中間產品51，該承台12 _以對該光伏元件中間產品51的下表面（㈣玻璃基板 52的下表面）進行加熱。於本實施例中該承台12具有一 下熱源14，該下熱源14係用以使該承台12對該玻璃基板 52的下表面進行加熱。此外，該承台I〗的表面範圍不超 出i光伏元件中間產品51的下表面。於本實施例中，該下 熱源可為加熱絲、紅外線燈或其他熱源，在第一圖中僅以 加熱絲為例表示之。該承台12於本實施例中，舉例而言， • 其比熱係大於25〇 J/Kg/C，其導熱性係大於 1.5 W/m.〇C，而 其熱膨脹係數制、於h2 xl(rVc at 3G〜75G T，此侧以舉例 而已，並非用以限制本案之申請專利範圍。 該承台12的周圍係更設有一低導熱性的支架16，該 支架16係遮蔽該承台丨2的周圍。 該等加熱元件22，係為紅外線加熱器，設置於該腔室 U内的上方’係向下發出紅外線來_光伏元件中間產品 • 51的上表面（即馳層54上成形中的光吸收層56)進行加 熱"亥加熱元件22所發出的紅外線係限定於預定的波長， 藉此有大部分會被該_ 54所反射，減少直接對該玻璃基 板52的加熱’而主要對成形中的光吸收層56進行加熱。 該等加熱元件22所發出的紅外線波長介於35〇〇〜45〇〇入之 間，而被該翻層54所反射的部分係大於80%。該加熱元件 22所發出的紅外線係因該支架16的遮蔽而不會照射到該 承台12。 令#/皿.度_感測器3又’設於該腔室η内，用以感測該 7 201203584 光伏元件中間產品51的上表面以及下表面的溫度。 —該控溫裝置42’連接於該等溫度感測器％、該等加熱 元件2以及該承口 12的下熱源14，用以控制該等加熱元 件22以及該承台12所發出的熱源。 接下來說明本第-實施例的操作狀態。 欲在細層54上製造光吸收層％時必須先加熱提 高溫度。在加熱時’賴作料加熱元件22以及該承台 12的下熱源㈣分卿該光伏元財職品51的上表面 以及下表面進行加熱，由於該加熱元件22的紅外線是可被 該顧層54所反射掉大部分的，因此減少了直接對該翻層 54下方的玻璃基板52加熱。然而，為了避免該钥層54上 方的光吸收層56的溫度與下方的_基板52的溫度差異 過大，因此還必須以該承台12的下熱源14來對該玻璃基 板52加熱，使該玻螭基板52的溫度提高，進而使該玻璃 基板52的溫度與該光伏元件中間產品51的上表面的溫度 不會相差太多。而加熱時，係藉由該控溫裝置42來控制該 光伏元件中間產品51的上表面溫度係高於下表面的溫 度，於本施例中舉例而言，上表面的溫度在攝氏5〇〇度以 上，下表面的溫度在攝氏425度以上。藉此，上表面的溫 度即足以進行光吸收層56(例如CIGS層）的製造，而下表 面的溫度又低於510度，該玻璃基板52不會軟化變形。 此外，該支架16的低導熱特性，可以使得該等加熱元 件22所發出的熱能被隔絕在支架16外而不會產生對該承 ......台12直接加熱的狀況，因此該承台-12—本身.的溫度即可單 201203584 純的控制而不會被該加熱元件22所干擾。 又’在加熱至所需溫度之後，該承台12亦可以不再以 該下熱源14來繼續加熱，而是以其良好的導熱性來提供散 熱效果，並且藉由高比熱來使溫度的變化較小，不易受到 該玻璃基板52的溫度所影響而昇溫，進而使該玻璃基板 52的下表面藉由該承台12來進行散熱，同樣可以達到使 該玻璃基板52的溫度不高於變形溫度的效果。 請再參閱第一圖，本發明第二較佳實施例所提供之一 鲁 種快速溫度程序(RTP)加熱方法，用以對一光伏元件中間產 品51加熱’該光伏元件中間產品51具有一玻璃基板52、 塗佈於該玻璃基板52上的一層銷(Mo)層54以及成形中的 一層光吸收層56，該加熱方法包含有下列步驟： a) 將該光伏元件中間產品51置於一承台12上。 b) 藉由一加熱元件22對該光伏元件中間產品5丨的上 表面（即該鉬層54上成形中的光吸收層56)進行加熱，以及 φ 藉由該承台12對該光伏元件中間產品51的下表面（即該玻 璃基板52的下表面）進行加熱，其中，該加熱元件22係藉 由發出紅外線來對該光伏元件中間產品51的上表面進行 加熱，該加熱元件22所發出的紅外線係限定於預定的波 長’介於3500〜4500A之間，藉此有大部分會被該翻層54 所反射，減少直接對該玻璃基板52的加熱，而主要對成形 中的光吸收層56加熱。藉此’可控制加熱的程度，而使該 光伏元件中間產品51的上表面的溫度高於該玻璃基板52 的變形溫度(deformation t卿erature)，並使下表面的溫度 9 201203584 低於該玻璃基板52的變形溫度。於本實施例中在加教 時，該光伏元件中間產品51的上表面溫度係加熱至賊 5〇〇度以上，該光伏元件巾難品51的下表面溫度係加軌 至攝氏425度以上。 本第二實施例所提供的加熱方法，利用了該铜層54 可反射紅外線光的特性，隔絕了大部份的紅外線光直接對 該玻璃基板52加熱的可能性，進而可以分別對該光伏元件 中間產品51的上表面以及下表面來分開加熱。 凊再配合第二圖來參閱第四圖，本發明第三較佳實施 例所提供之-種快速溫度程序(RTP)加熱方法，用以對一光 伏7L件中間產品51’加熱，該光伏元件中間產品51，具有一 玻璃基板52，、塗佈於該玻璃基板52,上的一層鉬(M〇)層 以及成形t的-層光吸收層56，，該加熱方法包含有曰下列 步驟： a) 該光伏元件中間產品5丨，係經過外部的預熱，並在仍 保持預定溫度(本實施例㈣為攝氏425度)的狀況下由外 送入s亥腔至11，在實施上，可由另一腔室（圖中未示)先 預熱再送入該腔室11’中。 b) 將該光伏元件中間產品51，置於一承台12，上，該承 台12’具有良好的導熱性及高比熱。 c) 藉由一加熱元件22,對該光伏元件中間產品51，的上 表面（即該鉬層54’上成形中的光吸收層56，)進行加熱，以 及藉由該承台12,對該光伏元件中間產品51’的下表面（即 该玻璃基板52’的下表面）進行導熱而散熱」其中，該加熱 201203584 兀件22,係藉由發出紅外線來對該光伏元件中間產品μ，的 上表面進行加熱，該加熱元件22’所發出的紅外線係限定 於預定的波長，介於3_〜侧A之間，藉此有大部分會 被雜層54所反射，減少直接對該朗基板52,的加熱， 而主要對成形中的光吸收層56，加熱。藉此，可對該光伏 凡件:間產品51’的上表面進行加熱，而該_ %，仍會受 到定私度的加熱而昇溫，並傳導至下方的玻璃基板^，， 該玻璃基板52,即因而受熱昇溫。而該朗基板52,本身的 熱能又會料⑽承台祿驗轉溫，藉此可使得該玻 璃基板52的下表面持續散熱，該朗基板η，的溫度即得 以低於變形溫度。 於本第三實_巾’在倾⑽加熱時，該光伏元件 中間產品51’的上表面溫度係加熱至攝氏500度以上，該 光伏兀件巾pa!產品51，的下表面溫度係散熱至低於攝氏 500度以下。 本第一實施例所提供的加熱方法，利用了該鉬層54, 可反射紅外線光的特性，闕了大部份的紅外線光直接對 該玻璃基板52’加熱的可能性，進而可以對該光伏元件中 間產αα 51的上表面，同時又不會直接加熱到下表面，而 下表面的熱又可由該承台職熱，目此同樣不會有玻璃基 板52’軟化變形的問題。 由上可知，本發明所可達成之功效在於： 一、可針對光伏元件中間產品的上表面及下表面分別 施以不同級度的加熱，使其上表面符合光吸收層的製造溫 201203584 度需求，而下表面的溫度又不會使玻璃基板軟化變形，使 得在玻璃基板上製造光吸收層的目的得以實現。 二、可達到在不使玻璃基板軟化變形的前提下，還能 在玻璃基板上製造出光吸收層。 【圖式簡單說明】 第一圖係本發明第一較佳實施例之結構示意圖。 第二圖係本發明第一較佳實施例之剖視示意圖，顯示 光伏元件中間產品的斷面圖。以及 第三圖係本發明第一較佳實施例之電路示意圖，顯示 控溫裝置與加熱元件、下熱源以及溫度感測器連接的狀態。 第四圖係本發明第三較佳實施例之結構示意圖。 【主要元件符號說明】 14下熱源 32溫度感測器

56光吸收層 22’加熱元件 56’光吸收層 10快速溫度程序(RTP)加熱系統 11腔室 12承台 16支架 22加熱元件 42控溫裝置 51光伏元件中間產品 52玻璃基板 54鉬層 11’腔室 12’承台 51’光伏元件中間產品 52’玻璃基板 54’鉬層 12

Claims (1)

1. 201203584 七、申請專利範圍： 1.一種快速溫度程序(RTP)加熱系統，用以對一光伏元 件中間產品加熱，該光伏元件中間產品具有一玻璃基板、 塗佈於該玻璃基板上的一層鉬(M0)層以及成形中的—層光 吸收層，該加熱系統包含有： 腔至，内部用以置放一該光伏元件中間產品； 一承台’具有良好導熱性及高比熱且位於該腔室内的 下方，用以承接該光伏元件中間產品，並對該光伏元件中 鲁 間產品的下表面進行導熱； 至少一加熱元件，設置於該腔室内的上方，係向下發 出紅外線來對該光伏元件中間產品的上表面進行加熱；該 加熱元件所發出的紅外線係限定於預定的波長，藉此有大 部分會被該鉬層所反射，減少直接對該玻璃基板的加熱， 而主要對成形中的光吸收層加熱； 複數溫度感測器，設於該腔室内，用以感測該光伏元 Φ 件中間產品的上表面以及下表面的溫度；以及 一控溫裝置，連接於該等溫度感測器、該加熱元件以 及該承台，用以控制該加熱元件以及該承台所發出的熱源。 2·依據申請專利範圍第丨項所述之快速溫度程序 加熱系統’其中：該承台具有一下熱源，該下熱源係用以 使對該承台的表面提供熱源，藉以對該光伏元件中間產品 的下表面進行加熱。 3·依據U利範圍帛1項所述之快速溫度程序(RTp) 加熱系統·，其中該承台的表面範既係不超出該光伏元件 13 201203584 中間產品的下表面。 4·依據申4專鄕圍第1項所狀快速溫絲序(RTp) 加熱系統’其中：更包含有一低導熱性的支架該支架係 遮蔽《亥承台周圍’使該承台不會被該加熱元件所發出的紅 外線所照射。 5. 依據中凊專利範圍第1項所述之快速溫度程序(RTp) 加熱系統’其中：在該加熱元件對該光伏元件中間產品加 熱時，該光伏元件中間產品的上表面的溫度係高於下表面 的溫度。 6. 依據申凊專利範圍第5項所述之快速溫度程序(RTp) 加熱系統，其中··在加熱時，該光伏元件中間產品的上表 面溫度係加熱至攝氏5〇〇度以上，該光伏元件中間產品的 下表面溫度係在攝氏425度以上。 7. 依據申請專利範圍第1項所述之快速溫度程序(RTp) 加熱系統，其中：該加熱元件所發出的紅外線波長介於 3500〜4500A 之間。 8. 依據申清專利範圍第1項所述之快速溫度程序(RTp) 加熱系統，其中：該加熱元件所發出的紅外線被該鉬層所 反射的部分係大於80%。 9. 一種快速溫度程序(RTP)加熱方法，用以對一光伏元 件中間產品加熱，該光伏元件中間產品具有一玻璃基板、 塗佈於该玻璃基板上的一層|目(Mo)層以及成形中的一層光 吸收層’該加熱方法包含有下列步驟： a)將該光伏元件中間產品置於一承台上； 201203584 ^ b)藉由一加熱元件對該光伏元件中間產品的上表面進 行加熱’以及藉由該承台對該光伏元件中間產品的下表面 進仃加熱’其中’該加熱元件係藉由發出紅外線來對該光 伏疋件中間產品的上表面進行加熱，該加熱元件所發出的 紅外線係限定於預定的波長，藉此有大部分會被該翻層所 反射減少直接對該玻璃基板的加熱，而主要對成形中的 光吸收層加熱；藉此’可控制加熱的程度，而使該光伏元 件中間產品的上表面的溫度高於該玻璃基板的變形溫度 (defonnation temperature) ’並使下表面的溫度低於該玻璃 基板的變形溫度。 10. 依據申請專利範圍第9項所述之快速溫度程序 (RTP)加熱方法，纟中：該加熱元件所發出的紅外線波長介 於3500〜4500A之間。 11. 依據申請專利範圍第9項所述之快速溫度程序(RTp) 加熱方法’其中：在步驟的的加熱時，該光伏元件中間產 品的上表面溫度係加熱至攝氏5〇〇度以上，該光伏元件中 間產品的下表面溫度係加熱至攝氏425度以上。 12. 種快速溫度程序(RTP)加熱方法，用以對一光伏 元件中間產品加熱，該光伏元件中間產品具有一玻璃基 板、塗佈於該玻璃基板上的一層鉬層以及成形中的一 層光吸收層，該加熱方法包含有下列步驟： a) 該光伏元件中間產品係經過外部的預熱，並在仍保 持預定溫度的狀況下由外部送入該腔室； b) 將該光伏元件中間產品置於一承台上，該承台具有 15 201203584 良好的導熱性及高比熱； C)藉由一加熱元件對該光伏元件中間產品的上表面進 行加熱，以及藉由該承台對該光伏元件中間產品的下表面 進行導熱而散熱，其中，該加熱元件係藉由發出紅外線來 對該光伏元件中間產品的上表面進行加熱，該加熱元件所 發出的紅外線係限定於預定的波長，藉此有大部分會被該 鉬層所反射，減少直接對該玻璃基板的加熱，而主要對^ 形中的光吸收層加熱；藉此，可對該光伏元件中間產品的 上表面進行加熱，該光伏元件中間產品本身的熱能即=由 其下表面導熱至該承台而散熱’進而使得下表面的溫度低 於該玻璃基板的變形溫度。 — 13. 依據申請專利_第12項所述之快速溫度程序 (RTP)加财法，其巾：該加熱元件職㈣紅外線波長介 於3500〜4500A之間。 14. 依據申料㈣12項料之快速溫度程序 (RTP)。加熱方法’其巾：在步驟e)的加熱時，該光伏元件中 間產品的上表面溫度係加熱至攝氏5〇〇度以上，該光伏元 件t間產品的下表面溫度係經由該承台的散熱而低於攝氏 500度以下。 15.依據巾料職圍第12項所狀㈣溫度程序 (RTP)加熱方法’其_ ··在步驟a)中係將該光伏元件中間 產品預熱至攝氏425度左右。