專利名稱：用于薄膜太陽能電池制造的智能式冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明與一種智能式冷卻系統(tǒng)有關。具體而言，特別是關于一種用于薄膜太陽能 電池工藝中的智能式冷卻系統(tǒng)，可讓薄膜太陽能電池基板穩(wěn)定均勻的降溫，以避免工藝中 過快的溫降造成基板變質、損壞。
背景技術：
薄膜太陽能電池，顧名思義，乃是在塑膠、玻璃或是金屬基板上形成可產生光電效 應的薄膜，厚度僅需數(shù)μ m，因此在同一受光面積下可較硅晶片太陽能電池大幅減少原料的 用量。薄膜太陽能電池并非是新概念的產品，實際上，以往人造衛(wèi)星早已普遍采用以砷化鎵 (GaAs)制造的高轉換效率薄膜太陽能電池板(以單晶硅作為基板，轉換效能可達30%以 上)來進行發(fā)電，但其成本昂貴，多用于航天產業(yè)，現(xiàn)今無法普及。故目前業(yè)界主流多采用 非晶硅(a-Si)來制作薄膜太陽能電池的光吸收層(即半導體層)。薄膜太陽能電池可在價 格低廉的玻璃、塑膠或不銹鋼基板上大量制作，以生產出大面積的太陽能電池，而其工藝更 可直接導入已經相當成熟的TFT-IXD工藝，此為其優(yōu)點之一，故業(yè)界無不爭相投入該領域 的研究?；旧?，薄膜太陽能電池相對其他類型的太陽能電池而言工藝較為簡單，具有成 本低、可大量生產的優(yōu)點。就薄膜太陽能電池基板的組成而言，其基本工藝會經過三層沉 積(d印osition)、三道激光劃線(scribe)手續(xù)，如下面所述首先，先以物理汽相沉積工藝 (PVD)在預訂尺寸的玻璃基板上鍍上一層透明導電薄膜(Transparent Conductive Oxide, TC0)，其選擇透光性高及導電性佳的材質來代替一般的導電金屬層，如氧化銦錫(ITO)、氧 化錫(SnO2)、或氧化鋅(ZnO)等。接著以紅外線激光劃線定義其前電極圖案(patterning)。 至此為第一道沉積與劃線手續(xù)。第二階段為主吸收層(Active layer)的制作，其一般以等 離子體輔助化學汽相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor D印osition，PECVD)工藝在 電極面上長出一層p-i-n類型排列的氫化非晶硅結構(p-a-Si:H/i-a-Si:H/n-a-Si:H)，此 主吸收層是以p-n半導體接面(p-njimction)作為光吸收及能量轉換的主體結構。此步驟 后同樣會進行激光劃線步驟，為制作出的主吸收層定義圖案，至此為第二道沉積與劃線手 續(xù)。最后再以濺射(sputter)工藝在其上形成鋁/銀材質為主的背部電極(back contact), 并進行第三道激光劃線定義出其背部電極圖形。在上述工藝中，以PECVD工藝在大面積基板上進行薄膜成長的作法為邁向二十一 世紀光電與半導體工業(yè)中重要的技術之一。無論是對于需要在大面積基板上沉積氮化物與 氧化物的IC制造業(yè)或是需要在大面積基板上沉積光吸收層的太陽能電池(solar cell)生 產者，PECVD機臺均是不可或缺的設備。特別是對于薄膜太陽能產業(yè)而言，PECVD機臺的優(yōu) 劣、相關工藝的控制，都會直接影響到薄膜太陽能電池的發(fā)電效率。如圖1所示，其為一般 傳統(tǒng)PECVD機臺的示意圖。圖中PECVD機臺100具有一工藝腔體101，用來容置欲進行工藝 的晶片或基板113等；一進氣端103可讓所需的工藝氣體通入，并于出氣端105讓反應后的 工藝氣體通出；射頻(radio frequency, RF)電極107與接地電極109是呈水平相對設置，當工藝氣體由進氣端103通入流過其間時，通過射頻(radio frequency, RF)電極107施加 功率，其間就會產生穩(wěn)定的等離子體111。等離子體中的反應物是化學活性較高的工藝氣體 離子或自由基，其離子會撞擊基板表面，提高化學活性并增加反應的機率，而在基板上形成 薄膜。盡管PECVD相對其他沉積方式而言已算是低溫工藝的技術，但在薄膜太陽能電池 的制作中，一般太陽能基板在鍍膜前還是得先將基板預熱至約200°C的工藝溫度后才會進 行非晶硅光吸收層的沉積。故此，其于鍍膜完畢后須對基板進行冷卻動作后方可載出，其冷 卻步驟一般是通過通入溫度較低的非反應性氣體至腔體中，如氬氣(Ar)等，直接對溫度較 高的基板進行冷卻。對于玻璃或塑膠基板此等對溫度敏感的材質而言，過快的冷卻速度易 造成基板變質變形，進而影響到鍍膜的品質。故此，緩慢而穩(wěn)定的降溫是維持基板與鍍膜品 質的一大要點。目前一般業(yè)界對此冷卻步驟并未具備任何相關的處理方法。為此，業(yè)界仍 須發(fā)展針對薄膜太陽能電池鍍膜設備的冷卻系統(tǒng)進行研究開發(fā)，以補足傳統(tǒng)蒸鍍裝置與工 藝上不足之處。

發(fā)明內容
有鑒于上述工藝上的需求，本發(fā)明提出了一種用于薄膜太陽能電池工藝中的智能 式冷卻系統(tǒng)，該發(fā)明系統(tǒng)中利用溫度傳感器來檢測工藝腔體內薄膜太陽能電池基板的溫度 并根據(jù)該檢測到的溫度來控制與改變通入冷卻氣體的溫度，使其溫度與該檢測到的基板溫 度差距等于或不超過一定值，以讓薄膜太陽能電池基板穩(wěn)定均勻的降溫，避免工藝中過快 的溫降造成基板變質、損壞。在本發(fā)明的一觀點中，其通入冷卻氣體的升溫是通過一控制單元控制加熱元件對 冷卻氣體進行加熱動作而達成；在本發(fā)明的另一觀點中，其冷卻氣體的降溫是通過一控制單元控制風扇對冷卻氣 體進行送風致冷動作而達成；及在本發(fā)明的又一觀點中，控制單元可監(jiān)測工藝腔體/基板并根據(jù)該監(jiān)測到的溫度 決定或改變通入氣體的溫度，使兩者溫度差距為一預定值。本發(fā)明的目的為提供一種用于薄膜太陽能電池制造中的智能式冷卻系統(tǒng)，可使工 藝基板緩慢且穩(wěn)定地降溫以確保工藝與產品的品質。


參閱后續(xù)的附圖與描述將可更了解本發(fā)明的系統(tǒng)及方法。文中未詳列暨非限制性 的實施例則請參考該后續(xù)附圖的描述。附圖中的組成元件并不一定符合比例，而是以強調 的方式描繪出本發(fā)明的原理。在附圖中，相同的元件系于不同圖示中標出相同對應的部分。圖1為先前技術中傳統(tǒng)等離子體輔助化學汽相沉積(PECVD)機臺的示意圖；及圖2為本發(fā)明智能式冷卻系統(tǒng)與等離子體輔助化學汽相沉積(PECVD)機臺連結運 作的示意圖。附圖標號100 機臺101 工藝腔體
IOla線路
IOlb溫度傳感器
103進氣端
105出氣端
107射頻電極
109接地電極
111等離子體
113基板
115加熱板
200冷卻系統(tǒng)
201控制單元
203加熱腔體
203a線路
203b溫度傳感器
205冷卻氣體供應端
207進氣管線
209工藝氣體管線
211歧管
213工藝氣體供應端
215閥門
217加熱元件
217a線路
219風扇單元
219a線路
221閥門
223閥門
具體實施例方式本發(fā)明的其他系統(tǒng)、方法、特征及優(yōu)點都將于檢視后續(xù)的附圖與詳細敘述中變得 愈加明顯。其意欲將所有這些額外的系統(tǒng)、方法、特征及優(yōu)點都含括于此描述與本發(fā)明的范 疇的中，并由其前附的權利要求書所保護。此節(jié)中不應有任何事物、用語被視為是對權利要 求書范圍的限囿。下列將討論本發(fā)明其他的觀點與優(yōu)點。請參照圖2，其為本發(fā)明實施例中智能式冷卻系統(tǒng)200與PECVD機臺100連結運 作的示意圖。如圖所示，本發(fā)明的智能式冷卻系統(tǒng)200主要由一控制單元201與一加熱腔 體203所構成，其中加熱腔體203的一端連通至一冷卻氣體供應端205，可讓系統(tǒng)外部各類 冷卻氣體如Ar (氬氣)、N2等通入。加熱腔體203的另一端則連通至一進氣管線207，經過 該進氣管線207，經本發(fā)明智能式冷卻系統(tǒng)200加熱后的氣體可通入工藝腔體101中。在 本實施例中，進氣管線207也與其他氣體管道或氣體供應端/腔體連通。如圖中所示，進氣 管線207與一工藝氣體管線209連通，該工藝氣體管線209在上游端分成多個歧管211，其分別與各種工藝氣體供應端213連通，如SiH4 (硅烷)、PH3 (磷化氫)、TMB (硼酸三甲脂)、 H2、02、與CF4(四氟化碳)等薄膜太陽能電池制作中會用到的氣體。該些工藝氣體可在特定 的工藝步驟其間通過工藝氣體管線209與進氣管線207通入工藝腔體101中，其通入與否 則通過各自對應的閥門215來控制。實施例中各工藝氣體也可能通過專用獨立的管線通入 腔體，也可能不與冷卻氣體共用進氣管線207。在發(fā)明實施例中，加熱腔體203中設置有多個加熱元件217與風扇單元219，其是 用來對加熱腔體203內的冷卻氣體進行升溫與降溫動作。冷卻氣體溫度的智能式控制為本 發(fā)明的一大特征，其通過通入特定溫度范圍的冷卻氣體并于冷卻過程中不斷對通入冷卻氣 體的溫度進行改變，以達到本發(fā)明實施例所欲緩慢而穩(wěn)定的基板冷卻效果。此機制是通過 冷卻系統(tǒng)200中設置的控制單元201來達成，其詳細機制將于后續(xù)描述。如圖所示，控制單 元201是通過線路217a，219a分別與加熱腔體203內設置的加熱元件217與風扇單元219 耦合，并通過該線路217a，219a分別控制加熱元件217的輸出功率以及風扇單元219的轉 速，以決定冷卻氣體升降溫的強度。此外，為決定適合的冷卻溫度，控制單元201也須通過 溫度傳感器來監(jiān)控加熱腔體203與工藝腔體101的實時溫度。如圖所示，控制單元201另外 通過其他線路101a，203a分別與加熱腔體203及工藝腔體101耦合。線路101a，203a上分 別設置有溫度傳感器101b，203b來測量加熱腔體203與工藝腔體101內的基板113溫度。 根據(jù)該測得的兩溫度值，控制單元可以決定加熱腔體203中加熱元件217輸出功率的多寡 或風扇單元219轉速的大小。舉例言之，假設工藝腔體101預熱或所設定的工藝溫度為200°C，腔體內的薄膜太 陽能電池基板113于工藝中會被加熱板115加熱至該溫度并趨于穩(wěn)定以開始鍍膜步驟。工 藝完成后，基板113須進行冷卻動作才得以載出。此時非反應性的冷卻氣體(如Ar、N2)會 被通入腔體中并流經基板113，以達成降溫效果。在普通、未具特別冷卻機制的設置中，通入 的冷卻氣體一般都處在室溫狀態(tài)(約26 28°C )。對于溫度200°C的高溫而言，此過大的 溫度差距會使得工藝后的基板急速降溫，造成基板的變質、失效，特別是對于敏感的玻璃、 塑膠材質而言，此現(xiàn)象尤為嚴重。本發(fā)明系統(tǒng)于工藝中提供溫度監(jiān)控，控制單元201可由系 統(tǒng)使用者預設一溫度差值，該溫度差值為基板溫度T1與加熱腔體溫度T2的溫度差(T1-T2)。 假若控制系統(tǒng)設定其溫度差值為20°C，今于鍍膜步驟初結束時冷卻系統(tǒng)200通過溫度傳感 器IOlb測得基板113的溫度T1為200°C，則控制單元201會驅動加熱元件217來對通入加 熱腔體203內的冷卻氣體進行加熱，該加熱動作會一直持續(xù)到溫度傳感器203b偵測到加熱 腔體203溫度1~2為180°C才停止，使兩溫度差距達到預定的20°C差值。未冷卻氣體與加熱 后氣體的通入與否是通過與控制單元201耦合的兩閥門221與223來控制，當加熱腔體203 中的冷卻氣體達到預定溫度，控制單元201即會開啟閥門223讓冷卻氣體通入工藝腔體101 中，當冷卻氣體不足時，控制單元201會開啟閥門221補充加熱腔體203內的冷卻氣體量。 于冷卻過程中，冷卻氣體通入后會使得基板113溫度開始下降，隨著基板113溫度的下降， 控制單元201也會逐步降低通入冷卻氣體的設定溫度，使兩者溫度差距恒定在預設的20°C 值。此時風扇單元219是用來對相對過熱的冷卻氣體進行降溫的動作?？刂茊卧?01會驅 動風扇單元轉動制造出冷卻氣流直至加熱腔體203內的冷卻氣體溫度趨于期望值。在上述 的升溫與降溫過程中，其基板103與通入冷卻氣體兩溫度的變化為連續(xù)性，控制單元201根 據(jù)對兩溫度T1與T2的實時監(jiān)測而不斷對加熱元件217的輸出與風扇單元219的轉速進行
6改變以維持最佳的溫度控制與基板降溫情形。 本發(fā)明的智能式冷卻系統(tǒng)為一與工藝機臺共同運作的設置，特別是薄膜太陽能電 池制作中高溫工藝會使用到的機臺，并不僅限于上述實施例中的PECVD機臺。再者，本發(fā) 明的智能式冷卻系統(tǒng)也可應用在單腔體批次工藝(batch process)的機臺上，使得冷卻步 驟中可一次對多片薄膜太陽能電池基板進行冷卻，例如同時對一載具上的二十五片基版進 行智能式冷卻動作，以節(jié)省冷卻的時間與成本。此外，其對應的機臺也可以為一多腔體設計 (multi-chamber)，而本發(fā)明的智能式冷卻系統(tǒng)可設置額外的氣體管線與溫度傳感器連至 各個工藝腔體，同時對多個腔體中的太陽能電池基板進行冷卻。本發(fā)明的智能式冷卻系統(tǒng) 通過工藝溫度與冷卻氣體溫度的實時監(jiān)控與改變而達成基板緩慢且穩(wěn)定降溫的效果，以避 免過快的降溫造成基板變質與損壞。在此所述的實施例圖文是供予閱者，使其對于本發(fā)明 各不同實施例結構有通盤性的了解。該附圖與說明并非意欲對利用此處所述結構或方法的 裝置與系統(tǒng)中的所有元件及特征作完整的描述。于檢閱本發(fā)明說明書中，本領域技術人員 將更能明白本發(fā)明許多其他的實施例，其得以采由或得自本發(fā)明的揭露。在不悖離本發(fā)明 范疇的情況下，發(fā)明中可以進行結構與邏輯的置換與改變。此外，其附圖僅用于呈現(xiàn)而非按 比例所繪制。附圖中的某些部分可能會被放大強調，而其他部分可能被簡略。據(jù)此，本發(fā)明 的揭露與附圖理視為描述而非限制性質。
權利要求
一種用于薄膜太陽能電池制造的智能式冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)包括一加熱腔體，用以容納欲進行加熱的冷卻氣體；至少一溫度傳感器，用以檢測一工藝腔體內薄膜太陽能電池基板與所述加熱腔體內冷卻氣體的溫度；一加熱元件，設置在所述加熱腔體內部，用以加熱所述加熱腔體內部的冷卻氣體；一風扇單元，設置在所述加熱腔體內部，用以冷卻所述加熱腔體內部的冷卻氣體；及一控制單元，可根據(jù)所述檢測到的基板溫度自動控制所述加熱元件與所述風扇單元的輸出以升降所述冷卻氣體的溫度，使通入的所述冷卻氣體的溫度與所述檢測到的基板溫度差距在整個冷卻步驟期間都維持在一定值。
2.如權利要求1所述的用于薄膜太陽能電池制造的智能式冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所 述加熱元件為熱電耦、電熱管、或熱風槍。
3.如權利要求1所述的用于薄膜太陽能電池制造的智能式冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所 述溫度差距設定為20°C。
4.如權利要求1所述的用于薄膜太陽能電池制造的智能式冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所 述控制單元通過改變所述風扇單元的轉速來控制其輸出。
5.如權利要求1所述的用于薄膜太陽能電池制造的智能式冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所 述控制單元通過改變所述加熱元件的功率來控制其輸出。
6.如權利要求1所述的用于薄膜太陽能電池制造的智能式冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所 述冷卻氣體包括Ar或N2。
7.如權利要求1所述的用于薄膜太陽能電池制造的智能式冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所 述智能式冷卻系統(tǒng)與薄膜太陽能電池的工藝機臺共同運作以達成智能式冷卻效果。
8.如權利要求7所述的用于薄膜太陽能電池制造的智能式冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所 述工藝機臺為等離子體輔助化學汽相沉積機臺。
9.如權利要求7所述的用于薄膜太陽能電池制造的智能式冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所 述工藝機臺為一批次工藝機臺，所述智能式冷卻系統(tǒng)可同時對所述批次工藝機臺中多片薄 膜太陽能電池基板進行冷卻動作。
10.如權利要求7所述的用于薄膜太陽能電池制造的智能式冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所 述工藝機臺為一多腔體機臺，所述智能式冷卻系統(tǒng)可同時對所述多腔體機臺的多個腔體中 的薄膜太陽能電池基板進行冷卻動作。全文摘要
一種用于薄膜太陽能電池制造的智能式冷卻系統(tǒng)，包括一加熱腔體，用以容納欲進行加熱的冷卻氣體；至少一溫度傳感器，用以檢測一工藝腔體內薄膜太陽能電池基板與所述加熱腔體內冷卻氣體的溫度；一加熱元件，設置在所述加熱腔體內部，用以加熱所述加熱腔體內部的冷卻氣體；一風扇單元，設置在所述加熱腔體內部，用以冷卻所述加熱腔體內部的冷卻氣體；及一控制單元，可根據(jù)所述檢測到的基板溫度自動控制所述加熱元件與所述風扇單元的輸出以升降所述冷卻氣體的溫度，使通入的所述冷卻氣體的溫度與所述檢測到的基板溫度差距在整個冷卻步驟期間都維持在一定值。本發(fā)明能讓薄膜太陽能電池基板穩(wěn)定均勻的降溫，避免工藝中過快降溫造成基板變質、損壞。
文檔編號H01L31/18GK101908579SQ20091013929
公開日2010年12月8日 申請日期2009年6月5日 優(yōu)先權日2009年6月5日
發(fā)明者張一熙, 李家嫻 申請人:亞洲太陽科技有限公司