專(zhuān)利名稱(chēng)：Cigs太陽(yáng)能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種電池及其制造方法，且特別是有關(guān)于一種太陽(yáng)能電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能為一種環(huán)保的再生性能源，可轉(zhuǎn)換為其它形式的能量如熱及電，且太陽(yáng)能電池應(yīng)用的范圍非常廣，大到發(fā)電系統(tǒng)，小到消費(fèi)性電子產(chǎn)品，但以太陽(yáng)能作為在經(jīng)濟(jì)上具有競(jìng)爭(zhēng)力的再生性能源，仍受到太陽(yáng)能電池將光能轉(zhuǎn)換為電能時(shí)的低效率所阻礙，因此，有效地提高太陽(yáng)能電池的產(chǎn)電效率，并降低太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)成本，已成為太陽(yáng)能電池的發(fā)展目標(biāo)。有關(guān)CIGS太陽(yáng)能電池的先前技術(shù)如美國(guó)專(zhuān)利號(hào)碼第7018858所揭露的Light absorbing layer producing method專(zhuān)利，該專(zhuān)利用一種沉積前驅(qū)物層的雙靶式濺鍍法沉積設(shè)備，采取一種雙靶直立面對(duì)面設(shè)置進(jìn)行共濺鍍(co-sputter)的鍍膜方式，但因該方式將基板設(shè)置于靶材下方，沉積過(guò)程若有污染顆粒產(chǎn)生，則容易發(fā)生該污染顆粒順勢(shì)沉降至基板的缺點(diǎn)。又如中國(guó)臺(tái)灣專(zhuān)利號(hào)碼第200917508號(hào)所揭露的光伏打接收器專(zhuān)利，該技術(shù)的缺點(diǎn)在于太陽(yáng)能接收器及光入射點(diǎn)之間的焦距或點(diǎn)極大，故需大量空間及體積以安裝此接收器，又，該制造方法在匯集陽(yáng)光時(shí)所產(chǎn)生的熱度，必須另外設(shè)置一冷卻系統(tǒng)來(lái)維持低于一特定溫度，否則所產(chǎn)生的熱能將不利于太陽(yáng)能電池的光轉(zhuǎn)電效率。有鑒于此，得知CIGS太陽(yáng)能電池仍未臻完善，本發(fā)明的目的是提供一高效率的 CIGS太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)與制作方法。

發(fā)明內(nèi)容
通常太陽(yáng)能電池是由ρ型半導(dǎo)體層、本質(zhì)半導(dǎo)體層(intrinsic semiconductorlayer)以及η型半導(dǎo)體層堆疊而成，且ρ型半導(dǎo)體層、本質(zhì)半導(dǎo)體層以及η 型半導(dǎo)體層皆為非晶硅(amorphous silicon)材料。而以非晶硅為材料的半導(dǎo)體層往往存在著光吸收效果不佳的缺點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)電效率不佳，為改善此問(wèn)題，常利用增加本質(zhì)半導(dǎo)體層厚度的方式來(lái)增加光吸收效果，但同時(shí)也增加太陽(yáng)能電池的整體厚度與生產(chǎn)成本。有鑒于此，本發(fā)明在不增加本質(zhì)半導(dǎo)體層厚度與整體體積的條件之下，利用結(jié)構(gòu)與形成方式上的研發(fā)，通過(guò)增加光吸收面積而提升光吸收量，也因此增加光電轉(zhuǎn)換效率來(lái)提高產(chǎn)電效率，并可大幅降低生產(chǎn)成本而提高太陽(yáng)光能的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。緣以達(dá)成上述目的之一，本發(fā)明在提供一種太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，可使光電轉(zhuǎn)換效率增加，該發(fā)明的主要結(jié)構(gòu)包含玻璃基板、光吸收表面與光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。其中，該玻璃基板的至少一表面具有多個(gè)陣列式凹凸部，且該陣列式凹凸部的最頂端延伸至最底端的距離為一預(yù)定深度；該光吸收表面包含陣列式凹凸部最頂端所形成的表面、陣列式凹凸部最頂端延伸至最底端所形成的表面、以及陣列式凹凸部最底端基板除陣列式凹凸部所形成表面的集合；該光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)由η型半導(dǎo)體層、ρ型半導(dǎo)體層與i型半導(dǎo)體層所組成。其中，該η型半導(dǎo)體層為一 CIGS類(lèi)化合物且位于該光吸收表面的上方，該ρ型半導(dǎo)體層位于該η型半導(dǎo)體層的上方且為一氧化物，且該i型半導(dǎo)體層位于該η型半導(dǎo)體層與該ρ型半導(dǎo)體層間并為一氧化物，而該光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)所形成的n-i-p結(jié)構(gòu)則可促進(jìn)各該層表面的接合效果，借以產(chǎn)生良好的界面接觸，進(jìn)一步減少界面孔洞的形成，因此增加量子效率，而能提高光電轉(zhuǎn)換效率。再者，本發(fā)明的另一目的是在提供一種CIGS太陽(yáng)能電池的制造方法，由在玻璃基板表面產(chǎn)生的陣列式凹凸部，該陣列式凹凸部的外形為幾何圖形柱體，例如圓柱體或多邊形柱體等，借以增加整體光吸收表面面積而增加光吸收量，因此提高太陽(yáng)能電池的產(chǎn)電效率。

又，本發(fā)明為一種CIGS太陽(yáng)能電池的制造方法，該方法包含下列步驟提供一玻璃基板，涂布一預(yù)定形狀的保護(hù)膜于該玻璃基板的預(yù)定位置處，并浸泡該玻璃基板于一蝕刻劑中，于一預(yù)定時(shí)間后取出該玻璃基板清洗且去除該保護(hù)膜，使該玻璃基板的預(yù)定位置處形成多個(gè)預(yù)定形狀的陣列式凹凸部；其中，該些陣列式凹凸部的最頂端所形成表面、該凹凸部的最頂端延伸至最底端所形成表面、以及該凹凸部的最底端基板除陣列式凹凸部所形成表面的集合，即為該光吸收表面；再者，依序于該光吸收表面上沉積覆蓋一下電極，于該下電極上沉積覆蓋一中間層，于該中間層上沉積覆蓋一光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其中，該光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包含有η型半導(dǎo)體層、P型半導(dǎo)體層與i型半導(dǎo)體層；最后，于該光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上沉積覆蓋一上電極，并于該上電極上形成一導(dǎo)線，以及于該導(dǎo)線上沉積覆蓋一抗反射層。綜上所述，本發(fā)明于結(jié)構(gòu)與形成方式上的改變，可以增加太陽(yáng)能電池的光吸收量、 光電轉(zhuǎn)換效率與其產(chǎn)電效率。


為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)點(diǎn)與實(shí)施例能更明顯易懂，所附附圖的說(shuō)明如下圖IA是繪示本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種CIGS太陽(yáng)能電池的剖面示意圖；圖IB是繪示圖IA的CIGS太陽(yáng)能電池中，局部剖面示意圖；圖2A是繪示圖IA的CIGS太陽(yáng)能電池中，玻璃基板的俯視圖；。圖2B是繪示圖2A的玻璃基板的側(cè)視圖；圖3為本發(fā)明CIGS太陽(yáng)能電池的另一實(shí)施方式，是同于圖IA中所標(biāo)示范圍M的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為繪示本發(fā)明又一實(shí)施方式依照的一種CIGS太陽(yáng)能電池，同于圖IA中所標(biāo)示范圍M的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為一種CIGS太陽(yáng)能電池制造方法的流程示意圖；圖6是繪示圖5的CIGS太陽(yáng)能電池制造方法中，形成陣列式凹凸部的流程示意圖；圖7是繪示上述實(shí)施例的電性測(cè)量結(jié)果圖。主要組件符號(hào)說(shuō)明100 :CIGS太陽(yáng)能電池 110 玻璃基板
112:陣列式凹凸部120:光吸收表面122 表面124 側(cè)面126:表面130:光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)132 :n型半導(dǎo)體層134 :p型半導(dǎo)體層

136 :i型半導(dǎo)體層200 =CIGS太陽(yáng)能電池210 玻璃基板220 光吸收表面230:下電極240:中間層242:鈉化合物層250:光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)260:上電極270 導(dǎo)線280 抗反射層300 太陽(yáng)能電池制造方法310-380 步驟400 流程410 玻璃基板420 保護(hù)膜430:陣列式凹凸部432:最頂端表面434 側(cè)面436 最底端表面440 光吸收表面d 寬度h 預(yù)定深度M 范圍w 預(yù)定間距
具體實(shí)施例方式為能更清楚地説明本發(fā)明的CIGS太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，茲舉較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)説明如后。請(qǐng)參照?qǐng)D1A、1B、2A與2B，為本發(fā)明的一較佳實(shí)施例，其分別繪示本發(fā)明CIGS太陽(yáng)能電池的剖面示意圖、局部剖面示意圖、本發(fā)明的玻璃基板俯視圖與圖2A玻璃基板的側(cè)視圖。其中該CIGS太陽(yáng)能電池100包含玻璃基板110、光吸收表面120與光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)130。 該玻璃基板110的至少一表面包含多個(gè)陣列式凹凸部112，各該陣列式凹凸部112的最頂端延伸至最底端的距離為一預(yù)定深度h，在本實(shí)施例中，該預(yù)定深度h為1厘米以上，其中又以 2厘米為最佳；又各該陣列式凹凸部之間具有相同的預(yù)定間w與寬度d，其中間距以0. 625 厘米為最佳；且各該陣列式凹凸部的外形為圓柱體的相同幾何圖案柱體，換言之，每一個(gè)陣列式凹凸部112的外型與大小皆相同，且均布于該玻璃基板110的表面。另外，該光吸收表面120包含各該陣列式凹凸部最頂端所形成表面122、各該陣列式凹凸部112最頂端延伸至最底端所形成表面124，以及各該陣列式凹凸部112最底端基板除凹凸部112所形成表面126的集合。綜上所述，本發(fā)明的太陽(yáng)能電池可通過(guò)該陣列式凹凸部112的形成而增加該玻璃基板的光吸收表面的表面積。其中光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)130由η型半導(dǎo)體層132、ρ型半導(dǎo)體層134與i型半導(dǎo)體層 136所組成。該η型半導(dǎo)體層132位于光吸收表面120上方，且該η型半導(dǎo)體層132為一 CIGS類(lèi)化合物，該CIGS類(lèi)化合物的化學(xué)式為Sn Cu (In1^xGax) Se2,在本實(shí)施例中，該化學(xué)式χ 值為0. 18 0. 3 ；又，該CIGS類(lèi)化合物包含第一前驅(qū)化合物與第二前驅(qū)化合物；其中該第一前驅(qū)化合物包含銅(Cu)、鎵(Ga)與硒(Se)等元素，例如銅鎵硒合金，且該第二前驅(qū)化合物包含銦(In)與硒(Se)等元素，例如銦硒合金。再者，該光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)130的該ρ型半導(dǎo)體層134位于該η型半導(dǎo)體層132的上方，且該P(yáng)型半導(dǎo)體層134為一氧化物，例如含銅與鋁的氧化物；又該光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)130的該i型半導(dǎo)體層136則位于η型半導(dǎo)體層132與ρ型半導(dǎo)體層134間，且為一氧化物。

在本實(shí)施例中，該CIGS類(lèi)化合物的厚度為1500 2500納米，能階為1. 17eV，該 i型半導(dǎo)體層為氧化亞銅(Cu2O)，其能階為2. leV，其厚度為5 50納米，該ρ型半導(dǎo)體層 134為氧化銅鋁(CuAlO2)，其厚度為30 120納米，其能階為3. 5eV，使得太陽(yáng)能所產(chǎn)生的不同波長(zhǎng)可依其波長(zhǎng)高低各自被η半導(dǎo)體層、i半導(dǎo)體層、P半導(dǎo)體層所吸收。由于該ρ型半導(dǎo)體層134與該η型半導(dǎo)體層132的能階差異大，因此，利用i型半導(dǎo)體層136的氧化物使得ρ型半導(dǎo)體層134與η型半導(dǎo)體層132具有較好的接合界面，并在界面上有較低的載子復(fù)合機(jī)率產(chǎn)生，進(jìn)而提高量子效率。上述實(shí)施方式是通過(guò)在玻璃基板上設(shè)置陣列式凹凸部，在不增加CIGS太陽(yáng)能電池的整體體積下，達(dá)到增加光吸收表面積的目的。(表一)是列出比較例與多個(gè)實(shí)施例，與其各自所增加的總表面積比例，在該表列出當(dāng)玻璃基板尺寸為100平方厘米時(shí)，在具有不同的陣列式凹凸部的數(shù)目、寬度以及兩兩陣列式凹凸部間的間距條件下，所產(chǎn)生的總表面積與總表面積增加比例的計(jì)算結(jié)果；據(jù)此得知，在相同尺寸的玻璃基板上，隨著陣列式凹凸部的數(shù)目增加、寬度減少、以及排列越密集，則所增加的總表面積越多，亦即表示這種實(shí)施方式可增加CIGS太陽(yáng)能電池的光吸收表面積。(表一)
權(quán)利要求
1.一種CIGS太陽(yáng)能電池，其特征在于，包含一玻璃基板，該玻璃基板的至少一表面包含多個(gè)陣列式凹凸部，該些陣列式凹凸部的最頂端延伸至最底端的距離為一預(yù)定深度；一光吸收表面，包含該些陣列式凹凸部最頂端形成表面、該些陣列式凹凸部由最頂端延伸至最底端所形成表面與該些陣列式凹凸部最底端基板除陣列式凹凸部所形成表面的集合；以及一光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，該光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)由下列各層所組成一 η型半導(dǎo)體層，位于該光吸收表面上方，且η型半導(dǎo)體層為一 CIGS類(lèi)化合物； 一 P型半導(dǎo)體層，位于該η型半導(dǎo)體層上方，且該ρ型半導(dǎo)體層為一氧化物；以及一 i型半導(dǎo)體層，位于該η型半導(dǎo)體層與該ρ型半導(dǎo)體層間，且該i型半導(dǎo)體層為一氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS太陽(yáng)能電池，其特征在于，還包含 一下電極，位于該玻璃基板與該光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)之間，且該下電極為一金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的CIGS太陽(yáng)能電池，其特征在于，該金屬選自鈦、鉬、鉭或由上述任意合金所組成的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS太陽(yáng)能電池，其特征在于，還包含一下電極，位該玻璃基板與該光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)之間，且該下電極為一非金屬氧化物；以及一鈉化合物層，位于該下電極與該光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CIGS太陽(yáng)能電池，其特征在于，還包含 一上電極，位于該下電極上方。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的CIGS太陽(yáng)能電池，其特征在于，還包含 一中間層，位于該光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與該下電極之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的CIGS太陽(yáng)能電池，其特征在于，該中間層材質(zhì)為錫、碲或鉛。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的CIGS太陽(yáng)能電池，其特征在于，還包含 一導(dǎo)線，位于該上電極的上方。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的CIGS太陽(yáng)能電池，其特征在于，還包含 一抗反射層，位于該導(dǎo)線的上方。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS太陽(yáng)能電池，其特征在于，該預(yù)定深度為1厘米以上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS太陽(yáng)能電池，其特征在于，該CIGS類(lèi)化合物包含一第一前驅(qū)化合物與一第二前驅(qū)化合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的CIGS太陽(yáng)能電池，其特征在于，該第一前驅(qū)化合物包含銅、鎵與硒。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的CIGS太陽(yáng)能電池，其特征在于，該第二前驅(qū)化合物包含銦與硒。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS太陽(yáng)能電池，其特征在于，該CIGS類(lèi)化合物的化學(xué)式為 Sn = Cu(Inhfeix) ^i2，其中 χ 值為 0. 18-0. 3。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS太陽(yáng)能電池，其特征在于，該ρ型半導(dǎo)體層包含銅與鋁的氧化物。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS太陽(yáng)能電池，其特征在于，該些陣列式凹凸部具有相同的一預(yù)定間距。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的CIGS太陽(yáng)能電池，其特征在于，該預(yù)定間距為0.625厘米。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS太陽(yáng)能電池，其特征在于，該些陣列式凹凸部的外形為幾何圖形柱體。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的CIGS太陽(yáng)能電池，其特征在于，該些陣列式凹凸部的外形為圓形柱體。
20.一種CIGS太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，包含 提供一玻璃基板；形成多個(gè)陣列式凹凸部于該玻璃基板的至少一表面，其中，該些陣列式凹凸部最頂端形成表面、由最頂端延伸至最底端所形成表面與最底端基板除陣列式凹凸部所形成表面的集合為一光吸收表面；沉積覆蓋一下電極于該光吸收表面上； 沉積覆蓋一中間層于該下電極上；沉積覆蓋一光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)于該中間層上，該光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包含一η型半導(dǎo)體層、一ρ型半導(dǎo)體層與一 i型半導(dǎo)體層；沉積覆蓋一上電極于該光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上； 形成一導(dǎo)線于該上電極上；以及沉積覆蓋一抗反射層于該導(dǎo)線上。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的CIGS太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，該些陣列式凹凸部的形成步驟包含涂布一保護(hù)膜于該玻璃基板的一預(yù)定位置處；浸泡該玻璃基板于一蝕刻劑中，于一預(yù)定時(shí)間后取出并清洗；以及去除該保護(hù)膜。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的CIGS太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，該些陣列式凹凸部的最頂端延伸至最底端方向的距離為1厘米以上。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的CIGS太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，該下電極為一^^ I^l ο
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的CIGS太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，該金屬選自鈦、 鉬、鉭或其上述任意合金。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的CIGS太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，該下電極為一非金屬氧化物；以及還形成一鈉化合物層于該下電極與該光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)之間。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的CIGS太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，該中間層為錫、 碲或鉛。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的CIGS太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，該η型半導(dǎo)體層是在VIA族元素的氣氛下，將一第一前驅(qū)物膜以及一第二前驅(qū)物膜經(jīng)熱處理方式后形成。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的CIGS太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，該第一前驅(qū)物膜包含銅、鎵與硒。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的CIGS太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，該第二前驅(qū)物膜包含銦與硒。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的CIGS太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，形成該第一與該第二前驅(qū)物膜的方法選自電鍍、無(wú)電電鍍、原子層沉積、化學(xué)氣相沉積、金屬-有機(jī)化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的CIGS太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，該熱處理步驟包含活化一激發(fā)源以將VIA族元素的蒸氣活性化，活化激發(fā)源的方式為電子束、離子束、等離子共振裝置或熱裂解。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的CIGS太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，該熱處理的溫度為 380 0C -600 0C ο
33.根據(jù)權(quán)利要求20所述的CIGS太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，該η型半導(dǎo)體層包含 SniCu(In1^xGax)Se2, χ 為 0. 18-0. 3。
34.根據(jù)權(quán)利要求20所述的CIGS太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，該ρ型半導(dǎo)體層包含銅與鋁的氧化物。
35.根據(jù)權(quán)利要求20所述的CIGS太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，該些陣列式凹凸部間具有相同的一預(yù)定間距。
36.根據(jù)權(quán)利要求20所述的CIGS太陽(yáng)能電池的制造方法，其特征在于，該些陣列式凹凸部的外形為幾何圖形柱體。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種CIGS太陽(yáng)能電池及其制造方法，包含玻璃基板、光吸收表面與光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。該玻璃基板的至少一表面具有多個(gè)陣列式凹凸部；該光吸收表面包含該陣列式凹凸部最頂端表面、該陣列式凹凸部最頂端延伸至最底端的表面與該陣列式凹凸部最底端基板除陣列式凹凸部的表面的集合；該光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)由CIGS化合物的n型半導(dǎo)體層、p型半導(dǎo)體層與位于n型半導(dǎo)體層與p型半導(dǎo)體層間的i型半導(dǎo)體層所組成。本發(fā)明通過(guò)增加光吸收面積而提升光吸收量，并結(jié)合n-i-p結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)增加其光電轉(zhuǎn)換效率，故能降低生產(chǎn)成本并提高太陽(yáng)能的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
文檔編號(hào)H01L31/0236GK102315294SQ20101022192
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月5日
發(fā)明者李延煒 申請(qǐng)人:冠晶光電股份有限公司