專利名稱：太陽電池的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽電池的制作方法，且尤其涉及一種銅銦鎵硒(CIGS)型太陽電池的制作方法。
背景技術(shù)：
太陽能是一種干凈無污染而且取的不盡用的不竭的能源，在解決目前石化能源所面臨的污染與短缺的問題時(shí)，一直是最受矚目的焦點(diǎn)。在眾多太陽光電技術(shù)中，相較于硅晶太陽電池，銅銦鎵硒(Copper Indium Gallium Diselenide，CIGS)型太陽電池只需極小部份的硅原料，而轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到20%，且在生產(chǎn)過程中消耗的能源為傳統(tǒng)硅基太陽電池的一半，因此銅銦鎵硒(Copper Indium Gallium Diselenide, CIGS)型太陽電池具備高光電轉(zhuǎn)換效率以及低成本等優(yōu)勢(shì)，而受到市場(chǎng)重視。在習(xí)知銅銦鎵硒型太陽電池中，形成銅銦鎵硒的真空工藝技術(shù)包括共蒸鍍 (Co-evaporation)、硒化(Selenization)、濺鍍(Sputtering)等。圖 1 繪示習(xí)知一種銅銦鎵硒型太陽電池中銅銦鎵硒層與緩沖層的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，銅銦鎵硒型太陽電池 100中的銅銦鎵硒層110例如是以硒化的真空工藝制作而成，如圖1所示，結(jié)晶化的銅銦鎵硒層110表面粗糙，致使制作于其上的緩沖層120無法順利成膜。為了避免前述緩沖層無法在銅銦鎵硒層110表面順利成膜，緩沖層120必須使用化學(xué)浴沉積法(Chemical Bath Deposition)加以制作。然而，化學(xué)浴沉積法屬于濕式工藝， 不利于量產(chǎn)。此外，由于習(xí)知銅銦鎵硒層110的表面的能隙較低，導(dǎo)致習(xí)知銅銦鎵硒型太陽電池100的開路電壓(Voc)低下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種太陽電池的制造方法，其有利于生產(chǎn)元件特性較佳的光吸收層。本發(fā)明提出一種太陽電池的制造方法，其包括下列步驟。首先，提供一基板，并于基板上形成一基底電極。接著，于基底電極上形成一銅銦鎵硒結(jié)晶層。之后，對(duì)銅銦鎵硒結(jié)晶層的表面進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨工藝，以平坦化銅銦鎵硒結(jié)晶層的表面。繼之，于已平坦化的銅銦鎵硒結(jié)晶層表面上形成一緩沖層。接著。于緩沖層上形成一透明導(dǎo)電層。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，前述的銅銦鎵硒結(jié)晶層經(jīng)化學(xué)機(jī)械研磨工藝后的厚度偏差小于0. 1微米。。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，前述的銅銦鎵硒結(jié)晶層經(jīng)化學(xué)機(jī)械研磨工藝后的 表面能隙大于等于1. 3eV。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，前述的銅銦鎵硒結(jié)晶層經(jīng)化學(xué)機(jī)械研磨工藝后的能隙實(shí)質(zhì)上介于1. 3eV至1. 68eV之間。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，前述的銅銦鎵硒結(jié)晶層經(jīng)化學(xué)機(jī)械研磨工藝后的膜厚介于1.5微米至2. 5微米之間。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，前述的形成緩沖層的方法為干沉積(dry exposition)。舉例而言，形成緩沖層的干沉積方法包括化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，前述的銅銦鎵硒結(jié)晶層為P型半導(dǎo)體，且緩沖層為N型半導(dǎo)體。 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，前述的緩沖層的材料包括硫化鎘(CdS)，基底電極的材料包括鉬、鈦、鎢或鋁。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，前述的透明導(dǎo)電層的材料包括氧化鋅(ZnO)、鋁氧化鋅 (AZO)或銦錫氧化物(ITO)等透明氧化層。基于上述，由于本發(fā)明的太陽電池的制造方法在形成銅銦鎵硒結(jié)晶層后，對(duì)銅銦鎵硒結(jié)晶層的表面進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨工藝，因此銅銦鎵硒結(jié)晶層的表面可以被平坦化， 借此，可讓形成于銅銦鎵硒結(jié)晶層表面上的緩沖層順利地成膜，有助于量產(chǎn)。此外，銅銦鎵硒結(jié)晶層在經(jīng)化學(xué)機(jī)械研磨工藝后，其表面具有較高的能隙，因此太陽電池具有較高的開路電壓，因而表現(xiàn)出較佳的元件特性。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。


圖1繪示現(xiàn)有一種銅銦鎵硒型太陽電池中銅銦鎵硒層與緩沖層的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2A至圖2F為本發(fā)明一實(shí)施例中一種太陽電池的制造方法的流程示意圖。圖3進(jìn)一步繪示本發(fā)明的一實(shí)施例中銅銦鎵硒結(jié)晶層在掃描式電子顯微鏡下的結(jié)構(gòu)圖。圖4為圖2F的太陽電池中銅銦鎵硒結(jié)晶層的深度與能隙關(guān)系示意圖。其中，附圖標(biāo)記210 基板220:基底電極110、230 銅銦鎵硒結(jié)晶層120,240 緩沖層250 研磨墊260:透明導(dǎo)電層CB 導(dǎo)帶能階Egl、Eg2:能隙VB 價(jià)帶能階P、Q:深度
具體實(shí)施例方式圖2A至圖2F為本發(fā)明一實(shí)施例中一種太陽電池的制造方法的流程示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D2A，先提供一基板210，并于基板210上形成一基底電極220。在本實(shí)施例中，基板210譬如為玻璃、金屬基板(如不繡鋼板)、高分子膜(如塑料)或其它適合的材料，本發(fā)明并不加以限定，而基底電極220的材料包括鉬、鈦、鎢或鋁等金屬導(dǎo)體，用以作為太陽電池的背電極以利于空穴傳導(dǎo)。接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2B，于基底電極220上形成一銅銦鎵硒結(jié)晶層230，以作為光吸收層。形成銅銦鎵硒結(jié)晶層230的方式可以是如共蒸鍍(Co-evaporation)、硒化 (Selenization)或?yàn)R鍍(Sputtering)等真空鍍膜技術(shù)，也可以是如涂布工藝(Coating Process)、化學(xué)噴灑熱角軍法(Chemical spray Pyrolysis)、電沉禾只(Electrodeposition)等非真空工藝技術(shù)。本實(shí)施例的銅銦鎵硒結(jié)晶層230的成膜厚度例如實(shí)質(zhì)上為3微米至3. 5 微米。此外，如圖2B的放大圖所示，于基底電極220上所形成的銅銦鎵硒結(jié)晶層230具有晶粒連結(jié)而成的表面，其表面粗糙度較高，具體而言，本實(shí)施例的銅銦鎵硒結(jié)晶層230表面的算術(shù)平均粗糙度Ra約為0. 3微米至0. 4微米。特別的是，請(qǐng)參照?qǐng)D2C與圖2D，在形成緩沖層240之前，先對(duì)銅銦鎵硒結(jié)晶層230 的表面進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨工藝，以平坦化銅銦鎵硒結(jié)晶層230的表面。詳細(xì)來說，本實(shí)施例的化學(xué)機(jī)械研磨工藝是通過供應(yīng)具有Ce02、SiO2或其它合適的材料的研磨液于研磨墊 250與銅銦鎵硒結(jié)晶層230間，并對(duì)銅銦鎵硒結(jié)晶層230施加一壓力以將其壓置于研磨墊 250上，讓銅銦鎵硒結(jié)晶層230及研磨墊250之間彼此進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)。通過相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的機(jī)械摩擦及研磨液的化學(xué)作用下，移除銅銦鎵硒結(jié)晶層230中粗糙度較大的表層，使其表面逐漸平坦，達(dá)成平坦化的目的，銅銦鎵硒結(jié)晶層230的厚度遠(yuǎn)小于研磨墊250，圖2C僅為示意圖。如圖2D所示，本實(shí)施例的銅銦鎵硒結(jié)晶層230的表面在經(jīng)化學(xué)機(jī)械研磨工藝研磨之后，銅銦鎵硒結(jié)晶層230的厚度縮減為實(shí)質(zhì)上1. 5微米至2. 5微米之間，且其算術(shù)平均粗糙度Ra實(shí)質(zhì)上接近0微米。以不同的量測(cè)方法來評(píng)價(jià)銅銦鎵硒結(jié)晶層230經(jīng)化學(xué)機(jī)械研磨工藝后的表面平坦度時(shí)，銅銦鎵硒結(jié)晶層230經(jīng)化學(xué)機(jī)械研磨工藝后的膜厚均勻度小于 10%，厚度偏差(thickness derivation)小于 0. 1 微米。請(qǐng)參照?qǐng)D2E，于已平坦化的銅銦鎵硒結(jié)晶層230表面上形成一緩沖層240。由于銅銦鎵硒結(jié)晶層230的表面已先經(jīng)化學(xué)機(jī)械研磨工藝進(jìn)行處理，因此當(dāng)緩沖層240形成于銅銦鎵硒結(jié)晶層230的平坦化表面上時(shí)，可以順利地成膜，不會(huì)產(chǎn)生膜層不連續(xù)的缺陷。因此，形成緩沖層240的工藝可廣用較適宜量產(chǎn)的鍍膜工藝，可以不必受限于現(xiàn)有的化學(xué)浴沉積法的濕式沉積工藝，換言之，本實(shí)施例的緩沖層240亦可以利用干沉積(dry deposition)的方式進(jìn)行制作，因此有助于量產(chǎn)，其中形成緩沖層240的干沉積方法可列舉化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積等。緩沖層240的材料可以選用適當(dāng)材料，舉例來說，本實(shí)施例的緩沖層240的材料包括硫化鎘(CdS)，硫化鋅(ZnS)，因此在本實(shí)施例中，銅銦鎵硒結(jié)晶層230為P型半導(dǎo)體，而緩沖層240為N型半導(dǎo)體。請(qǐng)參照?qǐng)D2F，于緩沖層240上形成一透明導(dǎo)電層260。透明導(dǎo)電層260具備高穿透度，以減低太陽光的吸收，并且透明導(dǎo)電層260可以讓太陽光穿透以入射至緩沖層240以及銅銦鎵硒結(jié)晶層230上，借此將光能轉(zhuǎn)換為電能。透明導(dǎo)電層260的材質(zhì)可以是透明導(dǎo)電氧化物(Transparent Conducting Oxide, TC0)，舉例而言，透明導(dǎo)電氧化物包括銦錫氧化物(ITO)、氧化鋅(ZnO)或鋁氧化鋅(AZO)等。為了清楚說明本發(fā)明的銅銦鎵硒結(jié)晶層230在化學(xué)機(jī)械研磨工藝前后的結(jié)構(gòu)，圖 3進(jìn)一步繪示本發(fā)明的一實(shí)施例中銅銦鎵硒結(jié)晶層在掃描式電子顯微鏡下的結(jié)構(gòu)圖。請(qǐng)參照?qǐng)D3，在本實(shí)施例中，銅銦鎵硒結(jié)晶層230形成后的厚度約為3微米至3. 5微米，且其表面具有相當(dāng)程度的粗糙度，因此不利于在其表面上使緩沖層240形成連續(xù)膜。如圖3所示，利用化學(xué)機(jī)械研磨工藝來對(duì)銅銦鎵硒結(jié)晶層230的表層進(jìn)行研磨，以移除深度P的部分銅銦鎵硒結(jié)晶層230，借此來平坦化銅銦鎵硒結(jié)晶層230的表面，如前述，其銅銦鎵硒結(jié)晶層230在化學(xué)機(jī)械研磨后其厚度偏差(thickness derivation)例如小于0. 1微米、膜厚均勻度例如小于10%、算術(shù)平均粗糙度Ra例如實(shí)質(zhì)上接近0微米。圖4為圖2F的太陽電池中銅銦鎵硒結(jié)晶層的深度與能隙關(guān)系示意圖，在圖4中令銅銦鎵硒結(jié)晶層230鄰近緩沖層240的表面為零深度，越往基底電極220的方向則深度增力口。請(qǐng)參照?qǐng)D4，銅銦鎵硒結(jié)晶層230的能隙為導(dǎo)帶能階CB與價(jià)帶能階VB之間的差值，如圖4所示，在化學(xué)機(jī)械研磨之前，銅銦鎵硒結(jié)晶層230的表面能隙Egl實(shí)質(zhì)上約為1. 04eV。 當(dāng)以化學(xué)機(jī)械研磨工藝移除深度P的部分銅銦鎵硒結(jié)晶層230后，被暴露出來的銅銦鎵硒結(jié)晶層230的表面能隙實(shí)質(zhì)上為大于或等于1. 3eV。換言之，銅銦鎵硒結(jié)晶層230經(jīng)化學(xué)機(jī)械研磨工藝后的表面能隙Eg2實(shí)質(zhì)上介于1. 3eV至1. 68eV之間，且銅銦鎵硒結(jié)晶層230 經(jīng)化學(xué)機(jī)械研磨工藝后的厚度實(shí)質(zhì)上為圖4中所標(biāo)示的深度Q。因此，銅銦鎵硒結(jié)晶層230 在經(jīng)化學(xué)機(jī)械研磨工藝后，其表面具有較高的能隙，因此太陽電池具有較高的開路電壓，因而表現(xiàn)出較佳的元件特性。

綜上所述，本發(fā)明的太陽電池的制造方法通過化學(xué)機(jī)械研磨工藝對(duì)銅銦鎵硒結(jié)晶層的表面進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨工藝，以讓形成于銅銦鎵硒結(jié)晶層表面上的緩沖層能夠順利成膜，有助于量產(chǎn)。此外，銅銦鎵硒結(jié)晶層在經(jīng)化學(xué)機(jī)械研磨工藝后，其表面具有較高的能隙，利用此銅銦鎵硒結(jié)晶層的太陽電池能夠具備較高的開路電壓，因而表現(xiàn)出較佳的元件特性。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種太陽電池的制造方法，其特征在于，包括提供一基板，并于該基板上形成一基底電極；于該基底電極上形成一銅銦鎵硒結(jié)晶層；對(duì)該銅銦鎵硒結(jié)晶層的表面進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨工藝，以平坦化該銅銦鎵硒結(jié)晶層的表面；于已平坦化的該銅銦鎵硒結(jié)晶層表面上形成一緩沖層；以及于該緩沖層上形成一透明導(dǎo)電層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的所述的太陽電池的制造方法，其特征在于，該銅銦鎵硒結(jié)晶層經(jīng)該化學(xué)機(jī)械研磨工藝后的厚度偏差小于0. 1微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的所述的太陽電池的制造方法，其特征在于，該銅銦鎵硒結(jié)晶層經(jīng)該化學(xué)機(jī)械研磨工藝后的表面能隙大于或等于1. 3eV。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的所述的太陽電池的制造方法，其特征在于，該銅銦鎵硒結(jié)晶層經(jīng)該化學(xué)機(jī)械研磨工藝后的能隙實(shí)質(zhì)上介于1. 3eV至1. 68eV之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的所述的太陽電池的制造方法，其特征在于，該銅銦鎵硒結(jié)晶層經(jīng)該化學(xué)機(jī)械研磨工藝后的膜厚介于1. 5微米至2. 5微米之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的所述的太陽電池的制造方法，其特征在于，形成該緩沖層的方法為干沉積。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的所述的太陽電池的制造方法，其特征在于，形成該緩沖層的干沉積方法包括化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的所述的太陽電池的制造方法，其特征在于，該銅銦鎵硒結(jié)晶層為P 型半導(dǎo)體，且該緩沖層為N型半導(dǎo)體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的所述的太陽電池的制造方法，其特征在于，該緩沖層的材料包括硫化鎘、硫化鋅，該基底電極的材料包括鉬、鈦、鎢或鋁。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的所述的太陽電池的制造方法，其特征在于，該透明導(dǎo)電層的材料包括氧化鋅、鋁氧化鋅或銦錫氧化物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽電池的制造方法，其包括下列步驟。首先提供一基板，并于基板上形成一基底電極。之后，于基底電極上形成一銅銦鎵硒結(jié)晶層。接著，對(duì)銅銦鎵硒結(jié)晶層的表面進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨工藝，以平坦化銅銦鎵硒結(jié)晶層的表面。之后，于已平坦化的銅銦鎵硒結(jié)晶層表面上形成一緩沖層。繼之，于緩沖層上形成一透明導(dǎo)電層。借此，本發(fā)明的太陽電池的制造方法有助于量產(chǎn)且所制成的太陽電池具有較佳的元件特性。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102254999SQ20111021694
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者林漢涂, 黃明義, 黃明政 申請(qǐng)人:友達(dá)光電股份有限公司