氣體回收系統(tǒng)及氣體還原裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明有關一種氣體回收系統(tǒng)，包含至少一氣體供給系統(tǒng)、氣體處理系統(tǒng)、氣體分離系統(tǒng)。其中氣體供給系統(tǒng)包含：氣體供給單元、供給源；氣體處理系統(tǒng)包含：氣體反應器、氣體還原裝置；氣體分離系統(tǒng)包含：第一排氣單元、純化單元、第二排氣單元及加熱蒸發(fā)單元；使用氣體回收系統(tǒng)可避免氣體不必要的浪費形成有害廢棄物，因此氣體能更有效運用，進而降低成本。本發(fā)明亦提供一種氣體還原裝置。
【專利說明】氣體回收系統(tǒng)及氣體還原裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明有關于一種氣體回收系統(tǒng)，特別是有關于一種能將硒化氫因熱分解所形成的廢氣的氣體回收系統(tǒng)。
【背景技術】 [0002]銅銦鎵硒化物系列的薄膜光電元件是擁有高效率的太陽能電池，銅銦鎵硒化物(Copper Indium Gallium Selenide CIGS),其太陽能的基板制作，除了蒸鍍制程外,其制程大部分都需經過硒化(Selenization)處理,現(xiàn)今硒化(Selenization)處理商業(yè)上量產采用硒化氫(H2Se)為反應氣體。
[0003]以現(xiàn)今例子來說明:當一個銅銦鎵硒化合物層(CIGS)太陽能電池要進行硒化制程時，經由濺鍍法(Sputtering)沉積技術在玻璃基板上所形成的含銅、鎵及銦的合金或單體的多層前驅物(Precursors)薄膜堆棧的電池結構送至硒化爐(一種熱處理爐)中，并將硒化氫(H2Se)氣體通入至硒化爐中，當硒化爐內的溫度被加熱到達400°C以上時，硒化氫(H2Se)氣體即開始與多層前驅物薄膜發(fā)生反應；然而，在CIGS太陽能電池的硒化制程中，還需要將多層薄膜堆棧的電池結構加熱后，才能夠與硒化氫氣體起良好反應，進而得到好的CIGS薄膜層。因硒化爐內的硒化反應，需維持充足的硒化氫氣體分子數目，故通入硒化氫氣體反應并不能完全與多層前驅物薄膜發(fā)生反應，多余未反應氣體經由除害系統(tǒng)處理后，并無繼續(xù)再利用。
[0004]—般硒化制程中所使用硒來源可分為固態(tài)硒，氣態(tài)二氫化硒(H2Se)方式來獲得，但以使用氣態(tài)二氫化硒為主流。使用氣態(tài)二氫化硒(H2Se)具侵腐蝕性與毒性，經由反應槽高溫裂解產生硒氣態(tài)原子進行硒化，但為了提供足夠并且均勻的硒氣體原子數目，常造成額外的耗費及后續(xù)廢棄處理的成本升高。

【發(fā)明內容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明的一主要目的在于提供一氣體回收系統(tǒng)，通過其高效率氣體回收方式，經由氣體回收系統(tǒng)使熱裂解后的硒化氫氣體能更有效處理回收再利用。
[0006]依據上述目的，本發(fā)明提供一種氣體回收系統(tǒng)，其中包括:至少一氣體供給系統(tǒng)，其中包含:一供給源，提供至少一氣體；一氣體供給單元，與氣體供給源連接；至少一氣體處理系統(tǒng)，與氣體供給系統(tǒng)連接，其中包括:一氣體反應器，與氣體供給單元連接；及一氣體還原裝置，與氣體反應器連接；一氣體分離系統(tǒng)，與氣體處理系統(tǒng)連接，其中包括:一第一排氣單元，與氣體還原裝置連接；一純化單元，與第一排氣單元連接；一第二排氣單元，與純化單元連接；及一加熱蒸發(fā)單元，與純化單元及氣體供給單元連接。
[0007]本發(fā)明再一主要目的在于提供一氣體還原裝置，能還原已經使用過的廢棄氣體，不僅能降低成本，更使氣體能更有效運用。
[0008]依據上述目的，本發(fā)明提供一種氣體還原裝置，包括一氣體還原單元及一氣體導入管，氣體導入管內流通一第一氣體，且氣體還原單元連接氣體導入管，其中氣體還原單元的特征在于:氣體還原單元包括:一導管，連接氣體導入管；一還原氣體源，與導管連接，并提供一第二氣體流通至氣體導入管內；及一微波發(fā)射裝置，發(fā)射一微波，并將微波射入至導管內的第二氣體。
[0009]通過本發(fā)明所提供的氣體還原裝置與氣體回收系統(tǒng)，使其具有高回收效率的優(yōu)點，并節(jié)省廢氣處理及使用新氣體的成本。【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的氣體回收系統(tǒng)簡化處理程序的功能方塊圖；
[0011]圖2為本發(fā)明的回收系統(tǒng)處理程序的功能方塊圖；
[0012]圖3為本發(fā)明的氣體還原裝置的示意圖；
[0013]圖4為本發(fā)明的氣體還原裝置另一實施例示意圖；
[0014]圖5為本發(fā)明的氣體還原裝置再另一實施例不意圖氣體回收系統(tǒng)；
[0015]圖6為本發(fā)明氣體回收系統(tǒng)另一實施例不意圖。
[0016]主要元件符號說明
[0017]I氣體回收系統(tǒng)
[0018]2氣體供給系統(tǒng)
[0019]21供給源
[0020]23氣體供應系統(tǒng)
[0021]25、25’ 質量流量控制器
[0022]3、3’氣體處理系統(tǒng)
[0023]31氣體反應器
[0024]33第一儲存槽
[0025]35、35’、35n氣體還原裝置
[0026]351氣體還原單元
[0027]3511導管
[0028]3513腔體
[0029]3515第一磁場線圈
[0030]3517第二磁場線圈
[0031]353氣體導入管
[0032]357微波發(fā)射裝置
[0033]3571發(fā)射管
[0034]359介電層材料
[0035]5氣體分離系統(tǒng)
[0036]51第一排氣單元
[0037]52第二排氣單元
[0038]53除害裝置
[0039]55純化單元
[0040]57加熱蒸發(fā)單元
[0041]58第二儲存槽[0042]60還原氣體源【具體實施方式】
[0043]由于本發(fā)明是揭露一種氣體回收系統(tǒng)，其中所利用到的一些質量流量控制器、儲存槽、排氣單元、除害裝置、加熱蒸發(fā)單元、純化單元，是利用現(xiàn)有技術來達成，故在下述說明中，并不作完整描述。此外，于下述內文中的圖式，亦并未依據實際的相關尺寸完整繪制，其作用僅在表達與本發(fā)明特征有關的示意圖。
[0044]首先，請先參閱圖1，為本發(fā)明的氣體回收系統(tǒng)簡化處理程序的功能方塊圖。如圖1所示，氣體回收系統(tǒng)I主要由三部分所組成，包括:一氣體供給系統(tǒng)2、一氣體處理系統(tǒng)3及氣體分離系統(tǒng)5 ;氣體供給系統(tǒng)2主要為供給氣體(例如:硒化氫)，并將氣體導入至氣體處理系統(tǒng)3中的各個裝置及反應器來進行硒化制程，而使用過的硒化氫氣體再依氣體分離系統(tǒng)5的各操作單元純化氣體，再回收至氣體處理系統(tǒng)3。
[0045]接著，請參閱圖2，為本發(fā)明的氣體回收系統(tǒng)處理程序的功能方塊圖。如圖2所示，氣體供給系統(tǒng)2包含:一供給源21及一氣體供給單元23 ;供給源21提供一種氣體，例如:硒化氫，而其氣體置于鋼瓶或是高壓氣體儲存槽中；本發(fā)明的實施方式以硒化氫為例，供給源21亦可提供其它的氣體，例如:氮氣、氬氣等用于稀釋硒化氫氣體濃度的攜帶氣體(carrier gas)。儲存硒化氫的供給源21連接氣體供應單元23 ;在供給源21的鋼瓶內的蒸氣壓達平衡，于鋼瓶內為高壓狀態(tài)時，瓶內的硒化氫為液體，經由閥的開啟，并提供穩(wěn)定的蒸發(fā)熱源，此時硒化氫液體會持續(xù)蒸發(fā)成為硒化氫氣體。供給源21經由輸送管與氣體供應單元23連接。氣體供應單元23可設定由供給源21輸送來的氣體的流量多寡，并經由與氣體供應單元23連結的質量流量控制器25來控制氣體流量；質量流量控制器25具有可自動控制氣體流量的功能，并且不受系統(tǒng)溫度變化或壓力波動的影響，可保持穩(wěn)定的流量值，為一穩(wěn)流裝置。質量流量控制器25與 氣體處理系統(tǒng)3連接。
[0046]氣體處理系統(tǒng)3包括:一氣體反應器31及一氣體還原裝置35 ;而當硒化氫氣體輸送至氣體反應器31之前，必須和攜帶氣體例如:氮氣或氬氣，同時混合后再進入氣體反應器31，混合兩者氣體的適當濃度可維持硒化氫在氣體反應器31內的質量與分布的均勻性。
[0047]當一個太陽能電池內部的銅銦鎵硒化合物層(CIGS)需要進行硒化制程時，會將鈉鈣玻璃(Soda Lime Glass)基板上所形成的含銅、鎵及銦的合金或單體的多層前驅物(Precursors)薄膜堆棧的電池結構,送至氣體反應器31中，并將硒化氫氣體輸送至氣體反應器31中；此時，氣體反應器31內的溫度會維持在400°C以上，而含銅、鎵及銦的合金或單體的多層前驅物會與硒化氫氣體起良好反應，進而得到好的CIGS薄膜層。以下為硒化反應的熱裂解反應式:
[0048]H2Se — HSe +H+
[0049]H2Se — 2H++Se2
[0050]當硒化氫氣體熱裂解反應完全時，會形成362_與2礦；562_會與銅、鎵及銦的合金或單體的多層前驅物結合成為CIGS薄膜層，2H+則會當廢氣排出；另外，如硒化氫熱裂解反應不完全時，會形成HSe_與H+，兩者皆會以廢氣排出。
[0051]硒化氫氣體在熱裂解所形成的氣體HSe_，經由輸送管輸送至第一儲存槽33，此時輸送管溫度維持在160°C以維持硒化氫離子化的氣體；由于與第一儲存槽33連接的氣體還原裝置35需要有一定的處理時間，因此需要配置第一儲存槽33來緩沖氣體的處理。接著，氣體還原裝置35會提供充足的H+將第一儲存槽33所輸送來的廢氣中HSe_形成H2Se再次回收利用，而詳細步驟會于圖3詳加說明。
[0052]再接著，由氣體還原裝置35處理完的氣體H2Se,會輸送至氣體分離系統(tǒng)5，其中氣體分離系統(tǒng)5包括:第一排氣單元51、純化單元55、第二排氣單元52及一加熱蒸發(fā)單元57 ；而處理完的氣體H2Se會先輸送至第一排氣單元51 ;第一排氣單元51內具可抽氣及壓縮的壓縮機，將待純化的H2Se氣體送入純化單元55以純化硒化氫氣體濃度；而未符合排放標準的廢棄氣體則由除害裝置53處理，后續(xù)會再加以說明。
[0053]硒化氫氣體由第一排氣單元51輸送至純化單元55 ;純化單元55內部具有一冷凝裝置(未顯示)，并將冷凝裝置溫度設置為_40°C~_80°C ;當硒化氫氣體通過冷凝裝置時，利用硒化氫熔點(melting point)為_65.73°C的特性，使液態(tài)硒化氫液化，使液態(tài)硒化氫與其余未形成液體的氣體分離；接著，將液態(tài)硒化氫輸送至第二儲存槽58，而其余氣體則經由第二排氣單元52處理。第二儲存槽58與加熱蒸發(fā)單元57連接，其作用在于，加熱蒸發(fā)單元57處理液態(tài)硒化氫形成氣態(tài)硒化氫需要有一定的時間，因此需要配置第二儲存槽58來緩沖處理；加熱蒸發(fā)單元57具有一加熱器(未顯示)，加熱器可提供穩(wěn)定的熱源，會對輸送進來的液態(tài)硒化氫加熱，而因硒化氫的沸點(boiling point)為_41.25°C,因此加熱蒸發(fā)單元57溫度設定只要高于-41.25°C，即可使液態(tài)硒化氫汽化形成硒化氫氣體，即加熱器可提供液態(tài)硒化氫蒸發(fā)時所需要的熱能。再接著，將汽化形成的硒化氫氣體輸送至氣體供應單元23以供循環(huán)再利用，其硒化氫氣體有效回收可達50%以上，具有相當良好的循環(huán)回收的功效。
[0054]此外，本系統(tǒng)使用的硒是具有毒性，需做適當處理后，才可排放置外界，因此需要做一處理有害物質的設備； 在上述所提及的第一排氣單元51及一第二排氣單元52，經由輸送管連結至一除害裝置53，除害裝置53中具有吸附硒元素的物質，例如:氫氧化銅Cu(OH)2或氫氧化韓Ca (OH)2，可與硒元素反應形成硒化銅CuSe或硒化韓CaSe，剩余無害的氣體則可安全排放。
[0055]另外，當氣體回收系統(tǒng)I需進行設備維護或暫停供應回收的硒化氫而需終止整體反應時，其儲存于第二儲存槽58內部的液態(tài)硒化氫，會經由加熱蒸發(fā)單元57，將第二儲存槽58內部的液態(tài)硒化氫完全加熱為硒化氫氣體；而純化系統(tǒng)55則停止冷凝裝置的運作，使硒化氫氣體直接經由第二排氣單元52輸送至除害裝置53，以處理未循環(huán)完成的硒化氫氣體。
[0056]本發(fā)明各系統(tǒng)單元連接的輸送管為不銹鋼材質，且外層包覆一保溫棉，利用保溫棉熱傳導系數低的特性，降低輸送管內的熱量傳導至管外；但本發(fā)明并不對輸送管的材質加以限制。再接著，請參閱圖3，是為本發(fā)明的氣體還原裝置的示意圖。如圖3所示，氣體還原裝置35包括:一氣體還原單元351及一氣體導入管353，并且氣體還原單元351連接氣體導入管353，其中氣體導入管353位于氣體還原單元351下方，而在此敘述的氣體導入管353，即是前述所提及的輸送管，其中輸送的是夾帶著攜帶氣體例如:氮氣或氬氣；與含有HSe_的廢棄氣體，其廢棄氣體流動方向如圖3所示，由A端輸送至B端；氣體還原單元351包括:一導管3511，連接氣體導入管353 ;—還原氣體源60，與導管3511連接；一微波發(fā)射裝置357，發(fā)射一微波至導管3511內，本發(fā)明經由配置一發(fā)射管3571來發(fā)射微波，其中導管3511貫穿發(fā)射管3571，并在內部輸送氫氣，而微波發(fā)射裝置357經由發(fā)射管3571將微波射入至導管3511內部的氫氣而產生等離子體,并利用電子回旋共振(Electron CyclotronResonance ；ECR)加強等離子體密度；離子源是由微波發(fā)射裝置357發(fā)射微波，其微波的頻率在800MHz以上，經由一發(fā)射管3571射入導管3511內的氫氣，使導管3511內的氫氣離子化形成H+;在此要強調的是，本實施例的導管3511的材質為金屬的材質，但本發(fā)明并無特別對導管3511的材料加以限制，而導管3511內部的管壁進一步配置一介電層材料359，例如:三氧化二鋁(Al2O3)，此介電層材料359能幫助微波易于射入導管3511內。
[0057]另外,發(fā)射管3571外壁配置多個第一磁場線圈3515,其所產生的磁場可使電子的回旋頻率與微波頻率同調而產生共振，以產生高能的電子撞擊導管3511內部的氣體。前述硒化氫在氣體反應器31中熱裂解所形成的氣體HSe_，經由氣體導入管353 (輸送管)輸送過氣體還原裝置35時，還原氣體源60會將氫氣，注入至導管3511中，并經由微波發(fā)射裝置357發(fā)射微波，由發(fā)射管3571對導管3511內的氫氣進行離子化反應形成H+ ;發(fā)射管3571外壁的磁場線圈3515引導H+朝下方的氣體導入管353移動，其過程中避免與管壁碰撞，而因導管3511中的離子化的H+其壓力較氣體導入管353大，因此H+會由高壓往低壓處打入導管3511中，而氣體導入管353中流通的HSe-會與H+反應還原形成硒化氫(H2Se)，使硒化氫可利用上述氣體回收系統(tǒng)I。其還原成硒化氫的反應式如下:
[0058]HSe^H+ — H2Se
[0059]另外,請接著參閱圖4,為本發(fā)明氣體還原裝置另一實施例示意圖,如圖4所示,在導管3511與氣體導入管353之間進一步配置一腔體3513，并在腔體3513周圍配置多個第二磁場線圈3517 ;本實施例的配置，可加強導管3511射出H+的密度并防止其擴散，另外亦可防止H+互相撞擊形成氫氣，并加速與HSe_還原為硒化氫的速度；而其它元件的實施方式如圖3所述，不再加以贅述。
[0060]接著,請參閱圖5,為本發(fā)明的氣體還原裝置再另一實施例示意圖,如圖5所示,在氣體回收系統(tǒng)I中，配置多個氣體還原裝置35、35’...35n，通過多個氣體還原裝置35，使其還原氣體能力越快，對于氣體回收系統(tǒng)I中處理大量的HSe_使其還原為硒化氫，具有更好的處理效率；而每一氣體還原裝置35其運作方式與上述圖3及圖4相同，故不再加以贅述。
[0061]再接著，請參閱圖6，是為本發(fā)明氣體回收系統(tǒng)另一實施例示意圖，如圖6所示，在氣體回收系統(tǒng)I中配置多組氣體處理系統(tǒng)3、3’...，并配置各自的質量流量控制器25、25’...，介此來同時處理多個銅銦鎵硒化合物層(CIGS)太陽能電池進行硒化制程，有效縮短制程的時間；而其余元件配置及作用及每組氣體處理系統(tǒng)3皆與上述相同，故不再加以贅述。
[0062]雖然本發(fā)明以前述的較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉相像技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的專利保護范圍須視本說明書所附的申請專利范圍所界定為準。
【權利要求】
1.一種氣體回收系統(tǒng)，其特征在于，包括: 至少一氣體供給系統(tǒng)，其中包含: 一供給源，提供至少一氣體 '及 一氣體供給單元，與該供給源連接； 至少一氣體處理系統(tǒng)，與該氣體供給系統(tǒng)連接，其中包括: 一氣體反應器，與該氣體供給單元連接；及 一氣體還原裝置，與該氣體反應器連接； 一氣體分離系統(tǒng)，與該氣體處理系統(tǒng)連接，其中包括: 一第一排氣單元，與該氣體還原裝置連接； 一純化單元，與該第一排氣單元連接； 一第二排氣單元，與該純化單元連接；及 一加熱蒸發(fā)單元，與該純化單元及該氣體供給單元連接。
2.根據權利要求1所述的氣體回收系統(tǒng)，其特征在于，該氣體供給系統(tǒng)進一步包含至少一質量流量控制器。
3.根據權利要求1所述的氣體回收系統(tǒng)，其特征在于，該氣體處理系統(tǒng)進一步包含一除害裝置，與該第一 排氣單元及該第二排氣單元連接。
4.根據權利要求1所述的氣體回收系統(tǒng)，其特征在于，該氣體處理系統(tǒng)進一步包含一第一儲存槽，該第一儲存槽與該氣體反應器及該氣體還原裝置連接。
5.根據權利要求4所述的氣體回收系統(tǒng)，其特征在于，該氣體分離系統(tǒng)進一步包含一第二儲存槽，該第二儲存槽是與該純化單元及該加熱蒸發(fā)單元連接。
6.根據權利要求4所述的氣體回收系統(tǒng)，其特征在于，該第一儲存槽內部存放一氣體。
7.根據權利要求5所述的氣體回收系統(tǒng)，其特征在于，該第二儲存槽內部存放一液體。
8.一種氣體還原裝置，包括一氣體還原單元及一氣體導入管，該氣體導入管內流通一第一氣體，且該氣體還原單元連接該氣體導入管，其中該氣體還原單元的特征在于: 該氣體還原單元包括: 一導管，連接該氣體導入管； 一還原氣體源，與該導管連接，并提供一第二氣體流通至該氣體導入管內 '及 一微波發(fā)射裝置，發(fā)射一微波，并將該微波射入至該導管內的該第二氣體。
9.根據權利要求8所述的氣體還原裝置，其特征在于，該微波發(fā)射裝置進一步包含一發(fā)射管，且該氣體還原單元的導管垂直貫穿該發(fā)射管。
10.根據權利要求9所述的氣體還原裝置，其特征在于，該發(fā)射管的外壁面進一步配置一第一磁場線圈。
11.根據權利要求8所述的氣體還原裝置，其特征在于，該導管的材料為一金屬材料。
12.根據權利要求8所述的氣體還原裝置，其特征在于，該導管內進一步配置一介電層材料。
13.根據權利要求8所述的氣體還原裝置，其特征在于，該導管與該氣體導入管間進一步配置一腔體。
14.根據權利要求13所述的氣體還原裝置，其特征在于，該腔體的外壁面進一步配置一第二磁場線圈。
【文檔編號】C23C8/08GK103572195SQ201210273159
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月2日 優(yōu)先權日:2012年7月20日
【發(fā)明者】蕭盈詩, 坂本仁志 申請人:核心能源實業(yè)有限公司, 坂本仁志