專利名稱：太陽能吸收層漿料的制造方法、該漿料及吸收層的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能吸收層漿料的制造方法，特別是涉及一種不需添加界面活 性齊IJ、接著劑及溶劑的太陽能吸收層漿料的制造方法、該漿料及吸收層。
背景技術：
隨著地球暖化的日益嚴重，綠色能源的開發(fā)逐漸受到重視。而太陽能的利用以達 到產業(yè)應用的規(guī)模，其中，第一代太陽能模組主要系利用單晶硅和多晶硅的技術，其光電轉 換效率高且量產技術成熟，但因為材料成本高，使得后續(xù)的量產受到限制。因此，以非晶硅 薄膜、銅銦鎵硒薄膜和碲化鎘薄膜為主的第二代薄膜太陽能模組，在近幾年已逐漸發(fā)展并 成熟，其中又以銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池特別受到重視，因其高轉換效率及其可撓式特 性受到產業(yè)的青睞。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)吸收層的制造工藝而區(qū)分成真空制造工藝及非真空制造工藝。真空制造工藝包 括濺鍍法或蒸鍍法等，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；而 非真空制造工藝是利用涂布方法、印刷法或電沉積法等，其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。目前，以非真空制造工藝中所使用的銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)漿料，需添加接著 劑(binder)或界面活性劑，如硅烷類化合物，以提高銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)吸收層和 鉬電極的接著性；然而，接著劑、界面活性劑等添加物可能會殘留在成膜后的銅銦鎵硒或銅 銦鎵硒(硫)吸收層內，造成銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)吸收層的含碳量和含氧量偏高，影 響銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)吸收層的光吸收特性，甚至影響太陽能電池的效率。再者，在混拌上述粉末/漿料的過程中，通常需要添加溶劑，以達到均勻分散粉體 的功能。然而，上述溶劑會在漿料成膜的軟烤步驟中揮發(fā)，導致膜層中出現孔洞，使得吸收 層的結構出現缺陷。本案發(fā)明人有鑒于上述現有的技術在實際施用時的缺失，且積累個人從事相關產 業(yè)開發(fā)實務上多年的經驗，精心研究，終于提出一種設計合理且有效改善上述問題的方法。
發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的，在于提供一種高溫太陽能吸收層的漿料的制造方法、該漿料 及吸收層，其是將過量的VIA族元素粉末添加于原始的混合粉末中，以提高VIA族元素所 占的比例，并利用上述過量的VIA族元素粉末提供原由界面活性劑或接著劑所提供的接著 功能，故可解決傳統(tǒng)界面活性劑或接著劑殘留于膜層中所導致的太陽能電池效率不佳的問題。本發(fā)明的再一目的，在于提供一種高溫太陽能吸收層的漿料的制造方法、該漿料 及吸收層，其是利用高溫將元素態(tài)的粉末加以熔融，以利用熔融的材料提供分散其他固體 奈米粉體的效果，換言之，本發(fā)明可解決傳統(tǒng)工藝中添加溶劑，而溶劑在烘烤過程中揮發(fā)，所導致在膜層中出現孔洞的問題。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 的一種太陽能吸收層漿料的制造方法，其包括以下步驟步驟一，混合含IB族、IIIA族及 VIA族元素的二成份、三成份或四成份粉末及IIIA族元素粉末以形成原始含IB族、IIIA族 及VIA族元素的一混合粉末，且該混合粉末中的IB族、IIIA族及VIA族元素具有一第一組 成比例；步驟二，在該混合粉末中添加額外的VIA族元素粉末，并進行混合，以形成一最后 混合粉末，且該最后混合粉末中的IB族、IIIA族及VIA族元素具有一第二組成比例，其中 該最后混合粉末中的VIA族元素所占的比例大于該混合粉末中的VIA族元素所占的比例； 以及步驟三，加熱該最后混合粉末，使該最后混合粉末的溫度高于IIIA族及VIA族元素的 熔點以上，以形成該高溫太陽能吸收層的漿料。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。前述的制造方法，其中所述的混合粉末中的第一組成比例是IB族IIIA族VIA 族元素的摩爾比例=1.0 1.0 2.0。前述的制造方法，其中所述的最后混合粉末中的第二組成比例是IB族IIIA 族VIA族元素的摩爾比例=1.0 1.0 X，其中X介于2.0至4.0之間。前述的制造方法，其中在加熱該最后混合粉末的步驟中，是使該最后混合粉末的 溫度提高至220°C以上。前述的制造方法，其中在加熱該最后混合粉末的步驟中，是使該最后混合粉末的 溫度介于220°C至300°C之間。前述的制造方法，其中所述的IB族元素是銅元素。前述的制造方法，其中所述的IIA族元素是銦元素、鎵元素、或銦元素與鎵元素的組合。前述的制造方法，其中所述的VIA族元素為硒元素、硫元素或硒元素與硫元素的組合。前述的制造方法，其中所述的高溫太陽能吸收層的漿料是銅銦鎵硒漿料或銅銦鎵 硒硫漿料。在一具體實施例中，含IB族元素、IIIA族元素和VIA族元素的二成份、三成份和 四成份粉末和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可用以組成上述混合粉末，并以本發(fā)明 的制造方法制作成銅銦鎵硒(硫)漿料，更可應用該漿料涂布于基板上形成太陽能吸收層。本發(fā)明的目的及解決其技術問題另外還采用以下技術方案來實現。依據本發(fā)明提 出的一種應用上述的太陽能吸收層漿料的制造方法所制成的太陽能吸收層漿料及其太陽 能吸收層。本發(fā)明與現有技術相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。借由上述技術方案，本發(fā) 明太陽能吸收層漿料的制造方法至少具有下列優(yōu)點及有益效果本發(fā)明，利用上述過量的 VIA族元素粉末提供界面活性劑或接著劑的作用，使本發(fā)明的漿料不需添加界面活性劑或 接著劑；利用熔融的材料提供分散其他固體奈米粉體的效果，使本發(fā)明的漿料不需添加溶 劑，藉以提高漿料成型的膜層的光吸收特性及結構致密度。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是本發(fā)明太陽能吸收層漿料的制造方法的流程圖。圖2是太陽能電池結構的示意圖。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S101 S1055 漿料配置步驟
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)明提出的太陽能吸收層漿料的制造方法其具體實施方式
、 制造方法、步驟、特征及其功效，詳細說明如后。本發(fā)明提出一種太陽能吸收層漿料的制造方法，其是提供一種不含界面活性劑和 接著劑的太陽能吸收層的漿料，以解決傳統(tǒng)添加界面活性劑和接著劑在膜層中殘留碳、氧， 而導致太陽能吸收層的光吸收特性不佳的問題；且本發(fā)明更解決傳統(tǒng)漿料配置過程中添加 溶劑，所導致太陽能吸收層上產生孔洞，而降低太陽能電池效率的問題。本發(fā)明的具體實施例是以由IB族、IIIA族及VIA族所制作的太陽能吸收層的漿 料作為說明內容，例如銅銦鎵硒(簡稱CIGS)漿料或銅銦鎵硒(硫)(CIGSS)漿料，但不以 上述為限。請參考圖1所示，是本發(fā)明太陽能吸收層漿料的制造方法的流程圖。首先，在步驟 S101中，是將含IB族、IIIA族及VIA族元素的二成份、三成份或四成份粉末及IIIA族元素 粉末加以混合以形成原始含IB族、IIIA族及VIA族元素的一混合粉末。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原始的混合粉末，但不以上 述為限；且在本步驟的初始混合步驟中，該混合粉末的IB族、IIIA族及VIA族元素具有第 一組成比例，例如IB族IIIA族VIA族元素的摩爾比例=1.0 1.0 2.0，換言之，在 原始的混合粉末中，VIA族元素與IB族元素的摩爾比為2。接著，步驟S103是在該混合粉末中添加額外的VIA族元素粉末，上述額外添加的 VIA族元素粉末除了具有補充原始的混合粉末中VIA族元素含量的功效外，更可取代傳統(tǒng) 使用的界面活性劑或接著劑等，故使本發(fā)明的漿料不需額外添加傳統(tǒng)的界面活性劑或接著 劑。同于步驟S101所添加的元素粉末組成，在本步驟中所添加的VIA族元素粉末可為純硒 元素粉末、純硫元素粉末或混合硒元素與硫元素的粉末，但不以上述為限。在本混合步驟之 后，可形成一最后混合粉末，且該最后混合粉末中的IB族、IIIA族及VIA族元素具有一第 二組成比例，例如IB族IIIA族VIA族元素的摩爾比例=1.0 1.0 X，其中，X介于2. 0至4. 0之間；換言之，在原始的混合粉末中，VIA族元素與IB族元素的摩爾比大于2，因 此，藉由額外添加VIA族元素粉末，以使該最后混合粉末中的VIA族元素所占的比例大于該 混合粉末中的VIA族元素所占的比例，而上述超量添加的VIA族元素即可取代傳統(tǒng)界面活 性劑或接著劑的功能。根據本發(fā)明所進行的實驗，額外添加的VIA族元素的比例需加以控制，比例過低， 無法達成接著效果；而添加比例過高，則會導致所制作的銅銦鎵硒(硫)吸收層對于電池中 的下電極(鉬層)的接著力降低。S105則為一加熱步驟，以加熱該最后混合粉末，使該最后混合粉末的溫度高于 IIIA族及VIA族元素的熔點以上，而利用上述熔融的IIIA族及VIA族元素作為固體粉末 (例如其他未熔融的化合物)的分散介質，以取代傳統(tǒng)的溶劑的效果，故在不需添加溶劑的 條件下，本案的漿料在涂布后不會產生孔洞，更可提高成膜的致密性，以提升太陽能電池的效率。而在本具體實施例中，根據所添加的IIIA族元素及VIA族元素的熔點，例如銦的 熔點為156.6°C、鎵的熔點為29.8°C，而硒的熔點為217°C、硫的熔點為115. 2°C，因此，S105 的步驟是將最后混合粉末升溫在220°C以上，使元素態(tài)的粉末得以熔融，以用作取代一般溶 劑的功效；且為了避免能源的浪費，本加熱步驟的溫度上限界定于300°C，換言之，在加熱 該最后混合粉末的步驟中，最佳地使該最后混合粉末的溫度介于220°C至300°C之間。另一方面，在此加熱步驟中，更持續(xù)地攪拌上述混合粉末，例如攪拌時間不少于 0. 5小時，以利所添加的粉末可均勻的分散于熔融態(tài)的介質中。本發(fā)明更提出一種以上述的制造方法制造太陽能吸收層漿料及其太陽能吸收層， 如圖2所示，太陽能電池結構包括基板10、第一導電層20、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、不銹鋼板或塑膠板，第一導電層20可 包括金屬鉬，其是用以作為背面電極；吸收層30則可由上述制造方法所制作的漿料涂布、 噴涂于第一導電層20上而形成含有適當比例的IB、IIIA及VIA族元素的膜層，其是用以作 為P型薄膜，為主要的光吸收層；緩沖層40可包括硫化鎘(CdS)，其是用以作為n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。因此，利用上述漿料涂布、噴涂于第一導電層20上而形成含有適當比例的 IB、IIIA及VIA族元素的膜層具有高致密度，故可提高太陽能電池的效率。綜上所述，本發(fā)明具有下列諸項優(yōu)點一、本發(fā)明是提供一種太陽能吸收層的漿料的制造方法，該方法是于初始混合粉 末中再額外添加過量的VIA族元素粉末，該過量的VIA族元素粉末可用以取代傳統(tǒng)界面活 性劑或接著劑，換言之，本發(fā)明不需添加界面活性劑或接著劑仍可保持吸收層與第一導電 層(金屬鉬)的接著性，同時可解決界面活性劑或接著劑殘留于吸收層中，所造成的光吸收 特性不佳的問題。二、本發(fā)明的制造方法是利用加熱的方式使元素態(tài)的粉末呈現熔融，而利用上述 熔融態(tài)的材料作為其他固態(tài)粉末的分散媒介，換言之，本案利用熔融態(tài)材料取代溶劑的添 加，故利用本發(fā)明所制作的漿料所涂布成型的膜層具有高致密度，進而提高太陽能電池的
工作效率。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
一種太陽能吸收層漿料的制造方法，其特征在于其包括以下步驟混合含IB族、IIIA族及VIA族元素的二成份、三成份或四成份粉末及IIIA族元素粉末以形成原始含IB族、IIIA族及VIA族元素的一混合粉末，且該混合粉末中的IB族、IIIA族及VIA族元素具有一第一組成比例；在該混合粉末中添加額外的VIA族元素粉末，并進行混合，以形成一最后混合粉末，且該最后混合粉末中的IB族、IIIA族及VIA族元素具有一第二組成比例，其中該最后混合粉末中的VIA族元素所占的比例大于該混合粉末中的VIA族元素所占的比例；以及加熱該最后混合粉末，使該最后混合粉末的溫度高于IIIA族及VIA族元素的熔點以上，以形成該高溫太陽能吸收層的漿料。
2.根據權利要求1所述的太陽能吸收層漿料的制造方法，其特征在于其中所述的混合 粉末中的第一組成比例是IB族IIIA族VIA族元素的摩爾比例=1.0 1. 0 2. 0。
3.根據權利要求2所述的太陽能吸收層漿料的制造方法，其特征在于其中所述的最后 混合粉末中的第二組成比例是IB族IIIA族VIA族元素的摩爾比例=1.0 1. 0 X， 其中X介于2.0至4.0之間。
4.根據權利要求3所述的太陽能吸收層漿料的制造方法，其特征在于其中在加熱該最 后混合粉末的步驟中，是使該最后混合粉末的溫度提高至220°C以上。
5.根據權利要求4所述的太陽能吸收層漿料的制造方法，其特征在于其中在加熱該最 后混合粉末的步驟中，是使該最后混合粉末的溫度介于220°C至300°C之間。
6.根據權利要求3所述的太陽能吸收層漿料的制造方法，其特征在于其中所述的IB族 元素是銅元素。
7.根據權利要求3所述的太陽能吸收層漿料的制造方法，其特征在于其中所述的IIA 族元素是銦元素、鎵元素、或銦元素與鎵元素的組合。
8.根據權利要求3所述的太陽能吸收層漿料的制造方法，其特征在于其中所述的VIA 族元素為硒元素、硫元素或硒元素與硫元素的組合。
9.根據權利要求3所述的太陽能吸收層漿料的制造方法，其特征在于其中所述的高溫 太陽能吸收層的漿料是銅銦鎵硒漿料或銅銦鎵硒硫漿料。
10.一種應用如權利要求1所述的太陽能吸收層漿料的制造方法所制成的太陽能吸收 層漿料及其太陽能吸收層。
全文摘要
本發(fā)明是有關于一種太陽能吸收層漿料的制造方法、該漿料及吸收層。該太陽能吸收層漿料的制造方法，包含步驟混合含IB族、IIIA族及VIA族元素的二成份、三成份或四成份粉末及IIIA族元素粉末以形成原始含IB族、IIIA族及VIA族元素的一混合粉末；在該混合粉末中添加額外的VIA族元素粉末，并進行混合，以形成一最后混合粉末；加熱該最后混合粉末，使該最后混合粉末的溫度高于IIIA族及VIA族元素的熔點以上。應用所述制造方法制作太陽能吸收層的漿料，還可應用該漿料涂布于基板上形成太陽能吸收層。
文檔編號H01L31/20GK101853885SQ201010111310
公開日2010年10月6日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權日2010年2月10日
發(fā)明者林群福, 陳文仁 申請人:昆山正富機械工業(yè)有限公司