[发明专利]用于薄膜太阳能电池制造的智能式冷却系统

说明书

技术领域

本发明与一种智能式冷却系统有关。具体而言，特别是关于一种用于薄膜太阳能电池工艺中的智能式冷却系统，可让薄膜太阳能电池基板稳定均匀的降温，以避免工艺中过快的温降造成基板变质、损坏。

背景技术

薄膜太阳能电池，顾名思义，乃是在塑胶、玻璃或是金属基板上形成可产生光电效应的薄膜，厚度仅需数μm，因此在同一受光面积下可较硅晶片太阳能电池大幅减少原料的用量。薄膜太阳能电池并非是新概念的产品，实际上，以往人造卫星早已普遍采用以砷化镓(GaAs)制造的高转换效率薄膜太阳能电池板(以单晶硅作为基板，转换效能可达30％以上)来进行发电，但其成本昂贵，多用于航天产业，现今无法普及。故目前业界主流多采用非晶硅(a-Si)来制作薄膜太阳能电池的光吸收层(即半导体层)。薄膜太阳能电池可在价格低廉的玻璃、塑胶或不锈钢基板上大量制作，以生产出大面积的太阳能电池，而其工艺更可直接导入已经相当成熟的TFT-LCD工艺，此为其优点之一，故业界无不争相投入该领域的研究。

基本上，薄膜太阳能电池相对其他类型的太阳能电池而言工艺较为简单，具有成本低、可大量生产的优点。就薄膜太阳能电池基板的组成而言，其基本工艺会经过三层沉积(deposition)、三道激光划线(scribe)手续，如下面所述：首先，先以物理汽相沉积工艺(PVD)在预订尺寸的玻璃基板上镀上一层透明导电薄膜(Transparent Conductive Oxide，TCO)，其选择透光性高及导电性佳的材质来代替一般的导电金属层，如氧化铟锡(ITO)、氧化锡(SnO₂)、或氧化锌(ZnO)等。接着以红外线激光划线定义其前电极图案(patterning)。至此为第一道沉积与划线手续。第二阶段为主吸收层(Active layer)的制作，其一般以等离子体辅助化学汽相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)工艺在电极面上长出一层p-i-n类型排列的氢化非晶硅结构(p-a-Si:H/i-a-Si:H/n-a-Si:H)，此主吸收层是以p-n半导体接面(p-njunction)作为光吸收及能量转换的主体结构。此步骤后同样会进行激光划线步骤，为制作出的主吸收层定义图案，至此为第二道沉积与划线手续。最后再以溅射(sputter)工艺在其上形成铝/银材质为主的背部电极(back contact)，并进行第三道激光划线定义出其背部电极图形。

在上述工艺中，以PECVD工艺在大面积基板上进行薄膜成长的作法为迈向二十一世纪光电与半导体工业中重要的技术之一。无论是对于需要在大面积基板上沉积氮化物与氧化物的IC制造业或是需要在大面积基板上沉积光吸收层的太阳能电池(solar cell)生产者，PECVD机台均是不可或缺的设备。特别是对于薄膜太阳能产业而言，PECVD机台的优劣、相关工艺的控制，都会直接影响到薄膜太阳能电池的发电效率。如图1所示，其为一般传统PECVD机台的示意图。图中PECVD机台100具有一工艺腔体101，用来容置欲进行工艺的晶片或基板113等；一进气端103可让所需的工艺气体通入，并于出气端105让反应后的工艺气体通出；射频(radio frequency，RF)电极107与接地电极109是呈水平相对设置，当工艺气体由进气端103通入流过其间时，通过射频(radio frequency，RF)电极107施加功率，其间就会产生稳定的等离子体111。等离子体中的反应物是化学活性较高的工艺气体离子或自由基，其离子会撞击基板表面，提高化学活性并增加反应的机率，而在基板上形成薄膜。

尽管PECVD相对其他沉积方式而言已算是低温工艺的技术，但在薄膜太阳能电池的制作中，一般太阳能基板在镀膜前还是得先将基板预热至约200℃的工艺温度后才会进行非晶硅光吸收层的沉积。故此，其于镀膜完毕后须对基板进行冷却动作后方可载出，其冷却步骤一般是通过通入温度较低的非反应性气体至腔体中，如氩气(Ar)等，直接对温度较高的基板进行冷却。对于玻璃或塑胶基板此等对温度敏感的材质而言，过快的冷却速度易造成基板变质变形，进而影响到镀膜的品质。故此，缓慢而稳定的降温是维持基板与镀膜品质的一大要点。目前一般业界对此冷却步骤并未具备任何相关的处理方法。为此，业界仍须发展针对薄膜太阳能电池镀膜设备的冷却系统进行研究开发，以补足传统蒸镀装置与工艺上不足之处。

发明内容