專利名稱：以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光吸收層的方法，特別是涉及一種以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法。
背景技術(shù)：
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(jīng)費及政策性補貼，以扶植本地的太陽能電池產(chǎn)業(yè)，使得全球太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展非常 快速。第一代太陽能模組包括單晶硅和多晶硅的太陽能模組，雖然光電轉(zhuǎn)換效率高且量 產(chǎn)技術(shù)成熟，但因為材料成本高，且硅晶圓常因半導(dǎo)體工業(yè)的需求而貨源不足，影響后續(xù)的 量產(chǎn)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(zhuǎn)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。參閱圖1，現(xiàn)有習用技術(shù)銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)太陽能電池結(jié)構(gòu)的示意圖。如 圖1所示，現(xiàn)有習用技術(shù)的銅銦鎵硒太陽能電池結(jié)構(gòu)包括基板10、第一導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)電層60包含氧化鋅鋁(Ζη0:Α1)，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(jù)銅銦鎵硒或銅銦 鎵硒(硫)吸收層的制造環(huán)境而分成真空制程及非真空制程。真空制程包括濺鍍法或蒸鍍 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。非真空制程包括印刷 法或電沉積法，缺點是技術(shù)仍不成熟，仍無較大面積的商品化產(chǎn)品。不過非真空制程仍具有 制造設(shè)備簡單且制程條件容易達成的優(yōu)點，而有相當?shù)纳虡I(yè)潛力。銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)吸收層的非真空制程是先調(diào)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(xiàn)有習用技術(shù)中，銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)漿料調(diào)配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原始含銅銦鎵硒或銅銦鎵硒 (硫)的粉末，再添加適當比例的溶劑，并進行攪拌以形成原始銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫) 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)漿料。選用單一平均粒徑IB、IIIA及VIA族元素的二成份、三成份或四成份的奈米粉末 會使顆粒和顆粒間的孔隙大，降低膜的致密性，因此需要使用不同平均粒徑的奈米粉末改善上述問題，以增加涂布后膜的致密性。上述現(xiàn)有習用技術(shù)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，嚴重者會造成此光吸收層從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，以改善上述現(xiàn)有習用技術(shù) 的問題。由此可見，上述現(xiàn)有的光吸收層的方法在方法與使用上，顯然仍存在有不便與缺 陷，而亟待加以進一步改進。為了解決上述存在的問題，相關(guān)廠商莫不費盡心思來謀求解決 之道，但長久以來一直未見適切的方法能夠解決上述問題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的 問題。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種新的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，實屬 當前重要研發(fā)課題之一，亦成為當前業(yè)界極需改進的目標。有鑒于上述現(xiàn)有的光吸收層的方法存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計 制造多年豐富的實務(wù)經(jīng)驗及專業(yè)知識，并配合學理的運用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一 種新的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，能夠改進一般現(xiàn)有的光吸收層 的方法，使其更具有實用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計，并經(jīng)過反復(fù)試作樣品及改進后，終于創(chuàng) 設(shè)出確具實用價值的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的光吸收層的方法存在的缺陷，而提供一種新 的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，所要解決的技術(shù)問題是使用不同粒 徑且正常比例的銅銦鎵硒化合物配成漿料，并在RTA過程中加入VIA族粉末，補充銅銦鎵硒 或銅銦鎵硒(硫)前驅(qū)層的VIA族揮發(fā)所造成的損失，非常適于實用。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出 的一種以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)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，其包括以下步驟(1)首先，依據(jù)配方比例，調(diào)配不同平均粒徑含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(硫)混合粉末，其中小尺寸顆粒平均粒徑為大尺 寸顆平均粒徑的30%以下；(2)其次在含銅銦鎵硒(硫)混合粉末加入溶劑、NaI和界面活性劑攪拌形成含銅 銦鎵硒(硫)漿料；(3)接著將含銅銦鎵硒(硫)漿料以非真空涂布法涂布在含下電極的基板上；(4)再經(jīng)過軟烤去除溶劑以形成含銅銦鎵硒(硫)的光吸收前驅(qū)層；(5)最后將含銅銦鎵硒(硫)的光吸收前驅(qū)層，置于含VIA族元素粉末的高溫RTA爐中長晶，完成銅銦鎵硒(硫)光吸收層的制作。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，其中所述的配方比例 指 IB IIIA VI 元素的莫耳比例=0. 9-1. 0 1. 0 2. 0。
前述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，其中所述的IB族元素 包括銅。前述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)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。前述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，其中所述的VIA族元 素為硒或硫或硒硫混合材料。前述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，其中所述的大尺寸顆 粒粉末的平均粒徑粉介于5-500nm。前述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)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。前述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)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(wǎng)印法或超音波涂布法。
前述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，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。前述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，其中所述的高溫RTA 爐內(nèi)溫度介于400-800°C之間。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)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)明提供了一種以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)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。本發(fā)明主要利用調(diào)配銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)漿料時，使用 不同粒徑且正常比例的銅銦鎵硒化合物配成漿料，涂布形成光前驅(qū)層后，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(qū)層的VIA 族揮發(fā)所造成的損失。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法至 少具有下列優(yōu)點及有益效果 1、本發(fā)明改善涂布后膜的致密性。2、本發(fā)明不使用硒化法，避免使用危險的硒化氫。綜上所述，本發(fā)明是有關(guān)于一種以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方 法，在技術(shù)上有顯著的進步，具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進步、實用的新設(shè)計。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)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是現(xiàn)有技術(shù)銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)太陽能電池結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是本發(fā)明銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)太陽能電池光吸收層的制造流程示意 圖。10 基板20:第一導(dǎo)電層30 銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)吸收層
40 緩沖層50:絕緣層60:第二導(dǎo)電層S210-S250 制造步驟
具體實施例方式為更進一步闡述本發(fā)明為達成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方 法其具體實施方式
、方法、步驟、特征及其功效，詳細說明如后。有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實 施例的詳細說明中將可清楚的呈現(xiàn)。為了方便說明，在以下的實施例中，相同的元件以相同 的編號表示。請參閱圖2所示，本發(fā)明較佳實施例的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收 層的方法，其主要包括以下步驟步驟S210，先計算需求銅銦鎵硒或銅銦鎵硒硫配方比例，調(diào)配不同平均粒徑含 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(硫)混合粉末， 其中小尺寸顆粒平均粒徑為大尺寸顆平均粒徑的30%以下；步驟S220其次，在含銅銦鎵硒(硫)混合粉末加入溶劑、NaI和界面活性劑攪拌 形成含銅銦鎵硒(硫)漿料；步驟S230，接著將含銅銦鎵硒(硫)漿料以非真空涂布法涂布在含下電極的基板 上；步驟S240，再經(jīng)過軟烤去除溶劑以形成含銅銦鎵硒(硫)的光吸收前驅(qū)層；步驟S250，最后將含銅銦鎵硒(硫)的光吸收前驅(qū)層，置于含VIA族元素粉末的高 溫RTA爐中長晶，完成銅銦鎵硒(硫)光吸收層的制作。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，其中所述的配方比例 指 IB IIIA VI 元素的莫耳比例=0. 9-1. 0 1. 0 2. 0。前述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，其中所述的IB族元素 包括銅。前述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)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。前述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，其中所述的VIA族元 素為硒或硫或硒硫混合材料。前述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，其中所述的大尺寸顆 粒粉末的平均粒徑粉介于5-500nm。前述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)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。前述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)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(wǎng)印法或超音波涂布法。
前述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，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。前述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，其中所述的高溫RTA 爐內(nèi)溫度介于400-800°C之間。本發(fā)明主要利用調(diào)配銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)漿料時，使用不同粒徑且正常比 例的銅銦鎵硒化合物配成漿料，涂布形成光前驅(qū)層后，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(qū)層的VIA族揮發(fā)所造成的損失。本發(fā)明的銅銦鎵硒(硫)漿料調(diào)配方法，先計算需求銅銦鎵硒(硫)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、三成份或四成份奈米粉末以形成原 始含銅銦鎵硒(硫)混合粉末，大的顆粒粒徑介于5-500nm范圍內(nèi)，小的顆粒則為大顆粒的 30%以下，例如先選用平均粒徑約IOOnm大顆粒，則其他奈米粉末則選用30nm以下顆粒，可 使混合粉末中有不同平均粒徑的奈米顆粒，當不同顆粒奈米粉末堆迭時，形成較密堆積，提 高最后漿料涂布成膜后膜的致密性。銅銦鎵硒(硫)配方比例所包含的IB、IIIA及VIA族元素的比例為IB IIIA VI 的莫耳比例=0.9-1.0 1.0 2.0。其中IIIA族元素可為純銦、純鎵或混合銦和鎵的材 料，另VIA族元素可為純硒、純硫或混合硒和硫的材料，將此混合材料和醇類、醚類、酮類等 單一溶劑或混合兩種以上的混合溶劑作為混合媒介，并添加如NaI或不同性質(zhì)的界面活性 劑攪拌均勻以完成漿料的調(diào)配，以作為光吸收前驅(qū)層的材料。將上述漿料以非真空涂布法，如電沉積法、刮刀涂布法、狹縫涂布法、網(wǎng)印法或超 音波涂布法等涂布在含下電極的基板上，并軟烤去除溶劑以形成前驅(qū)層。再將前驅(qū)層以RTA爐400-800°C高溫長晶使形成光吸收層，另高溫RTA過程中，硒 成份會減少，可在RTA過程中添加純VIA族元素粉末，可為硒粉、硫粉或混合硒粉和硫粉，使 粉末在高溫中揮發(fā)形成VIA族蒸氣，補充損失的硒成份，使前驅(qū)層中含IB、IIIA及VIA族元 素的比例仍維持在IB IIIA VI的莫耳比例=0.9-1.0 1. 0 2的最佳比例。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(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾 為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)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(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)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，其特征在于其包括以下步驟(1)首先，依據(jù)配方比例，調(diào)配不同平均粒徑含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(硫)混合粉末，其中小尺寸顆粒平均粒徑為大尺寸顆平均粒徑的30％以下；(2)其次在含銅銦鎵硒(硫)混合粉末加入溶劑、NaI和界面活性劑攪拌形成含銅銦鎵硒(硫)漿料；(3)接著將含銅銦鎵硒(硫)漿料以非真空涂布法涂布在含下電極的基板上；(4)再經(jīng)過軟烤去除溶劑以形成含銅銦鎵硒(硫)的光吸收前驅(qū)層；(5)最后將含銅銦鎵硒(硫)的光吸收前驅(qū)層，置于含VIA族元素粉末的高溫RTA爐中長晶，完成銅銦鎵硒(硫)光吸收層的制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，其特征 在于其中所述的配方比例指IB IIIA VI元素的莫耳比例=0.9-1.0 1. 0 2. 0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，其特征 在于其中所述的IB族元素包括銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，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(jù)權(quán)利要求1所述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，其特征 在于其中所述的VIA族元素為硒或硫或硒硫混合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，其特征 在于其中所述的大尺寸顆粒粉末的平均粒徑粉介于5-500nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，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。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，其特征 在于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(wǎng)印法或超音波涂 布法。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，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。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，其特征 在于其中所述的高溫RTA爐內(nèi)溫度介于400-800°C之間。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種以非真空工藝制作銅銦鎵硒(硫)光吸收層的方法，其主要包括以下步驟首先依據(jù)配方比例，調(diào)配不同平均粒徑含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(硫)混合粉末，其中小尺寸顆粒平均粒徑為大尺寸顆平均粒徑的30％以下；其次在含銅銦鎵硒(硫)混合粉末加入溶劑；接著將含銅銦鎵硒(硫)漿料以非真空涂布法涂布在含下電極的基板上；再經(jīng)過軟烤形成含銅銦鎵硒(硫)的光吸收前驅(qū)層，并將其置于含VIA族元素粉末的高溫RTA爐中長晶，完成銅銦鎵硒(硫)光吸收層的制作。本發(fā)明改善涂布后膜的致密性，且不使用硒化法，避免使用危險的硒化氫。
文檔編號H01L31/18GK101820025SQ20101011148
公開日2010年9月1日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11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