專利名稱：非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法，特別是涉及一種不使用高毒性硒化氫硒化法的非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法。
背景技術：
近年來，隨國際油價高漲及環(huán)保意識的抬頭，綠色能源已成為新能源主流，其中太 陽能電池又因系取自太陽的穩(wěn)定輻射能，來源不會枯竭，因此更為各國所重視，無不挹注大 量研發(fā)經費及政策性補貼，以扶植本地的太陽能電池產業(yè)，使得全球太陽能產業(yè)的發(fā)展非 ?？焖佟５谝淮柲苣＝M包括單晶硅和多晶硅的太陽能模組，雖然光電轉換效率高且量 產技術成熟，但因為材料成本高，且硅晶圓常因半導體工業(yè)的需求而貨源不足，影響后續(xù)的 量產規(guī)模。因此，包含非晶硅薄膜、銅銦鎵硒(CIGS)薄膜或銅銦鎵硒(硫)(CIGSS)薄膜和 碲化鎘薄膜的第二代的薄膜太陽能模組，在近幾年已逐漸發(fā)展并成熟，其中又以銅銦鎵硒 或銅銦鎵硒(硫)太陽能電池的轉換效率最高(單元電池可高達20%而模組約14% )，因 此特別受到重視。請參閱圖1所示，現有技術的銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)太陽能電池結構的示意 圖。如圖所示，現有技術的銅銦鎵硒太陽能電池結構包括基板10、第一導電層20、銅銦鎵硒 或銅銦鎵硒(硫)吸收層30、緩沖層40、絕緣層50以及第二導電層60，其中基板10可為玻 璃板、鋁板、不繡鋼板或塑膠板，第一導電層20 —般包括金屬鉬，當作背面電極，銅銦鎵硒 或銅銦鎵硒(硫)吸收層30是包括適當比例的銅、銦、鎵及硒，當作ρ型薄膜，為主要的光 線吸收層，緩沖層40可包括硫化鎘(CdS)，當作η型薄膜，絕緣層50包括氧化鋅(ZnO)，用 以提供保護，第二導電層60包含氧化鋅鋁(ZnO Al)，用以連接正面電極。上述銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)太陽能電池的制造方法主要依據銅銦鎵硒或銅銦 鎵硒(硫)吸收層的制造環(huán)境而分成真空制造工藝及非真空制造工藝。真空制造工藝包括 濺鍍法或蒸鍍法，缺點是投資成本較高且材料利用率較低，因此整體制作成本較高。非真空 制造工藝包括印刷法或電沉積法，缺點是技術仍不成熟，仍無較大面積的商品化產品。不過 非真空制造工藝仍具有制造設備簡單且制造工藝條件容易達成的優(yōu)點，而有相當的商業(yè)潛 力。銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)吸收層的非真空制造工藝是先調配銅銦鎵硒或銅銦鎵 硒(硫)漿料或墨水(Ink)，用以涂布到鉬層上?，F有技術中，銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)漿料調配是先以適當比例混合含IB、IIIA 及VIA族元素的二成份、三成份或四成份的粉末以形成含銅銦鎵硒或含銅銦鎵硒(硫)的 原始混合粉末，再添加適當比例的溶劑，并進行攪拌以形成銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)原始 漿料，最后添加接著劑(binder)或界面活性劑以提高銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)吸收層和 鉬背面電極的接著性，并進行攪拌混合以形成最后銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)最終漿料。上述現有技術的缺點是，配置好的漿料在RTA過程中，會因為硒揮發(fā)，造成銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)吸收層中IB/IIIA/VIA的原始比例變化太大，影響銅銦鎵硒或銅銦鎵 硒(硫)吸收層的光吸收特性，嚴重者會造成光吸收層從P層變化成N層，所形成的太陽 能電池會失去電池的特性，以往為補充損失的硒，會使用硒化制程，即用高毒性的硒化氫氣 體，以補充損失的硒成份，但高毒性的硒化氫氣體，稍一不慎會造成致命的危險。因此，需要 一種危險性較低，又可補充VI族成份的光吸收層制作方法，以改善上述習用技術的問題
發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于，克服現有的非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法存在的缺 陷，而提供一種新的非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法，所要解決的技術問題是使其不 使用硒化法，避免使用危險的硒化氫。本發(fā)明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發(fā)明提 出的一種非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法，用以在非真空下一鉬層上形成均勻光吸收 層，該方法包括以下步驟步驟一，依據配方比例，調配含IB、IIIA及VIA族元素的二成份、 三成份或四成份粉末以形成含銅銦鎵硒或含銅銦鎵硒硫的混合粉末；步驟二，在該混合粉 末加入溶劑、NaI和界面活性劑攪拌形成含銅銦鎵硒或含銅銦鎵硒硫的漿料；步驟三，將該 漿料以非真空涂布法涂布在鉬層上，再經過軟烤去除溶劑以形成含銅銦鎵硒或含銅銦鎵硒 硫的光吸收前驅層；步驟四，利用多道獨立氣壓缸控制的滾輪，來回滾壓該光吸收前驅層； 步驟五，將滾壓后的光吸收前驅層，置于含VIA族元素粉末的高溫RTA爐中長晶，完成銅銦 鎵硒光吸收層的制作。本發(fā)明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。前述的非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法，其中所述的配方比例是指 IB IIIA VI 元素的摩爾比例=0.9-1.0 1. 0 2. 0。前述的非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法，其中所述的IB族元素包括銅。前述的非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法，其中所述的IIIA族元素包括銦或 鎵或銦鎵混合材料。前述的非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法，其中所述的VIA族元素可為硒或硫 或硒硫混合材料前述的非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法，其中所述的溶劑包括醇類、醚類、酮 類或混合所述二種以上溶劑的至少其中之一。前述的非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法，其中所述的非真空涂布法包括電沉 積法、刮刀涂布法、狹縫涂布法、網印法或超音波涂布法前述的非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法，其中所述的VIA族元素粉末可為硒 粉、硫粉或硒硫混合粉末其中之一。前述的非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法，其中所述的高溫RTA爐內溫度介于 400-800°C之間。本發(fā)明與現有技術相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。由以上可知，為達到上述目 的，本發(fā)明提供了一種非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法，主要利用調配銅銦鎵硒或銅 銦鎵硒(硫)漿料時，使用正常比例的銅銦鎵硒(硫)化合物配成漿料，涂布形成光吸收前 驅層并軟烤后，經由多道獨立氣壓缸控制滾輪，來回滾壓前驅層，使膜層更致密，最后在RTA過程中加入VIA族粉末，使VIA族粉末高溫形成蒸氣，補充銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)前驅 層的VIA族揮發(fā)所造成的損失。借由上述技術方案，本發(fā)明非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法至少具有下列優(yōu) 點及有益效果一、本發(fā)明非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法，不使用硒化法，避免使用危險的
硒化氫。二、本發(fā)明非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法，多道獨立氣壓缸控制滾輪，來回 滾壓前驅層，使膜層更致密。上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段， 而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠 更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。


圖1為現有技術的銅銦鎵硒太陽能電池結構的示意圖。圖2為本發(fā)明非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法的流程圖。圖3是多道獨立氣壓缸控制的滾輪的示意圖。10:基板20:第一導電層30 吸收層40 緩沖層50:絕緣層60:第二導電層S100-S140制作步驟1 氣壓缸2 支架3 氣壓缸控制連動支架4 滾輪5 光吸收前驅層
具體實施例方式為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效，以下結合 附圖及較佳實施例，對依據本發(fā)明提出的非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法其具體實施 方式、結構、步驟、特征及其功效，詳細說明如后。請參閱圖2所示，是本發(fā)明非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法的流程圖。本發(fā) 明較佳實施例的非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法，包括以下步驟。步驟S100，先計算需求銅銦鎵硒或銅銦鎵硒硫的配方比例，混合含不同平均粒徑 的IB、IIIA及VIA族元素的二成份、三成份或四成份粉末以形成含銅銦鎵硒(硫)或含銅 銦鎵硒硫的混合粉末。銅銦鎵硒或銅銦鎵硒硫的配方比例所包含的IB、IIIA及VIA族元素的比例為 IB IIIA VI的摩爾比例=0.9-1.0 1.0 2.0。在本具體實施例中，本發(fā)明可選擇 IB族中的銅元素，IIIA族中的純銦元素、純鎵元素、或混合銦元素與鎵元素的材料，VIA族 中的純硒元素、純硫元素或混合硒元素與硫元素的材料，以形成上述原始混合粉末，例如可 選擇含銅-硒(IB-VIA)或銅-銦/鎵(IB-IIIA)的二元化合物粉末和IIIA族中的純銦元 素、純鎵元素混合銦元素與鎵元素的粉末混合成上述的混合粉末，但不以上述為限。步驟Sl 10，在步驟SlOO中制得的混合粉末中加入溶劑、NaI和界面活性劑攪拌形成含銅銦鎵硒或含銅銦鎵硒硫的漿料；該溶劑可以是醇類、醚類、酮類等單一溶劑或混合兩種以上的混合溶劑。步驟S120，將步驟100中制得的漿料以非真空涂布法涂布在鉬層(含下電極的基 板)上，并軟烤去除溶劑以形成含銅銦鎵硒或含銅銦鎵硒硫的光吸收前驅層。所述的非真 空涂布法為電沉積法、刮刀涂布法、狹縫涂布法、網印法或超音波涂布法等，但并不以此為 限。步驟S130，再利用如圖3所示的多道獨立氣壓缸控制的滾輪，來回滾壓步驟120中 制得的光吸收前驅層，使光吸收前驅層更致密。如圖3所示，該多道獨立氣壓缸控制的滾輪，利用至少一固定于支架2上一氣壓缸 1提供氣壓產生動力，以推動連結在氣壓缸上的連動支架3，而連動支架3進一步帶動所連 結的滾輪4，使?jié)L輪4向下壓合位于滾輪4底下的銅銦鎵硒(CIGS)光吸收前驅層5，因此至 少一滾輪4會壓在光吸收前驅層5上。接著，調整氣壓缸1壓力，使達到適當下壓力，然后 啟動氣壓缸，使連動支架3帶動的滾輪4下壓于光吸收前驅層5上，來回移動光吸收前驅層 5，使?jié)L輪4在光吸收前驅層5上來回均勻滾壓，進而使光吸收前驅層5達到密實化，以增加 光吸收前驅層5的致密性，改善光吸收前驅層5中因過多晶界而降低轉換效率的問題。步驟S140，接著將滾壓后的光吸收前驅層以RTA爐400-800°C高溫長晶以形成光 吸收層，另高溫RTA過程中，硒成份可能會減少，可在RTA過程中添加純VIA族元素粉末，使 粉末在高溫中揮發(fā)形成VIA族蒸氣，補充損失的硒成份，使光吸收層含IB、IIIA及VIA族元 素的比例仍維持在IB IIIA VI的摩爾比例=0.9-1.0 1. 0 2的最佳比例。步驟 S140中添加的VIA族元素粉末可為硒粉、硫粉或混合硒粉和硫粉的混合物。一、本發(fā)明非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法，不使用硒化法，避免使用危險的 硒化氫。二、本發(fā)明非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法，多道獨立氣壓缸控制滾輪，來回 滾壓前驅層，使膜層更致密。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖 然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人 員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更 動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據本發(fā)明的 技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案 的范圍內。
權利要求
一種非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法，用以在非真空下一鉬層上形成均勻光吸收層，其特征在于該方法包括以下步驟首先，依據配方比例，調配含IB、IIIA及VIA族元素的二成份、三成份或四成份粉末以形成含銅銦鎵硒或含銅銦鎵硒硫的混合粉末；其次，該混合粉末加入溶劑、NaI和界面活性劑攪拌形成含銅銦鎵硒或含銅銦鎵硒硫的漿料；接著，將該漿料以非真空涂布法涂布在鉬層上，再經過軟烤去除溶劑以形成含銅銦鎵硒或含銅銦鎵硒硫的光吸收前驅層；接著，利用多道獨立氣壓缸控制的滾輪，來回滾壓該光吸收前驅層；以及最后，將滾壓后的光吸收前驅層，置于含VIA族元素粉末的高溫RTA爐中長晶。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的配方比例是指IB IIIA VI 元素的摩爾比例=0. 9-1. O 1.0 2.0。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的IB族元素包括銅。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的IIIA族元素包括銦或鎵或銦鎵 混合材料。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的VIA族元素可為硒或硫或硒硫 混合材料。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的溶劑包括醇類、醚類、酮類或混 合所述二種以上溶劑的至少其中之一。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的非真空涂布法為電沉積法、刮 刀涂布法、狹縫涂布法、網印法或超音波涂布法。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的VIA族元素粉末為硒粉、硫粉或 硒硫混合粉末其中之一。
9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的高溫RTA爐內溫度介于 400-800°C之間。
全文摘要
本發(fā)明是有關一種非真空制作銅銦鎵硒光吸收層的方法，用以在非真空下一鉬層上形成均勻光吸收層，該方法包括以下步驟首先，依據配方比例，調配含IB、IIIA及VIA族元素的二成份、三成份或四成份粉末以形成含銅銦鎵硒或含銅銦鎵硒硫的混合粉末；其次，該混合粉末加入溶劑、NaI和界面活性劑攪拌形成含銅銦鎵硒或含銅銦鎵硒硫的漿料；接著，將該漿料以非真空涂布法涂布在鉬層上，再經過軟烤去除溶劑以形成含銅銦鎵硒或含銅銦鎵硒硫的光吸收前驅層；接著，利用多道獨立氣壓缸控制的滾輪，來回滾壓該光吸收前驅層；以及最后，將滾壓后的光吸收前驅層，置于含VIA族元素粉末的高溫RTA爐中長晶，完成銅銦鎵硒光吸收層的制作。
文檔編號H01L31/18GK101826574SQ20101011112
公開日2010年9月8日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權日2010年2月10日
發(fā)明者楊益郎, 林群福, 陳文仁 申請人:昆山正富機械工業(yè)有限公司