薄膜太陽能電池中吸收層的制作方法以及薄膜太陽能電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種使用電子束以及離子束形成薄膜太陽能電池的吸收層以及薄膜太陽能電池的制作方法。
【背景技術】
[0002]薄膜太陽能電池大致分為硅薄膜太陽能電池、碲化鎘(CdTe)太陽能電池，以及銅銦鎵砸[Cu(In，Ga) (Se, S)]薄膜太陽能電池等，其中，又以銅銦鎵砸薄膜太陽能電池廣受重視，因其具有高光電轉換效率(photon-to-current convers1n efficiency，簡稱PCE)、制造成本低、產品質量高、制程簡單、制程安全性高，且對環(huán)境較無污染。
[0003]目前銅銦鎵砸薄膜太陽能電池中的銅銦鎵砸薄膜的制備方法大致有共蒸鍍法(co-evaporat1n)、砸化法以及磁控派射法。
[0004]所述共蒸鍍法分別使用銅源、銦源、鎵源和砸源做為蒸發(fā)源。所述方法于成膜時需不時監(jiān)測膜厚以及蒸發(fā)源的蒸發(fā)速率，以獲得質量佳的銅銦鎵砸薄膜，然而，因所述蒸發(fā)源的蒸汽壓皆不同，使得銅銦鎵砸薄膜中的銅、銦、鎵以及砸的含量控制變得十分困難，導致無法獲得質量均一的銅銦鎵砸薄膜，且使用所述方法所制得的銅銦鎵砸薄膜應用至太陽能電池中，所述太陽能電池的光電轉化換率仍有待改善。
[0005]所述砸化法制程非常復雜，且砸化溫度高(至少550°C以上)，能耗大。再者，所述方法需使用帶有毒性的砸化氫(H2Se)氣體，安全性低，且，成膜后多余的砸化氫氣體難以處理，導致成本提升以及良率下降的問題產生。
[0006]所述磁控濺射法能耗大，且所使用的鈉鈣玻璃基材于550°C以上表面會呈微熔狀態(tài)，導致形變產生，繼而不利于銅銦鎵砸薄膜生成，且需要再進行退火處理。再者，被轟擊出的高速度陽極靶體原子或分子，容易造成銅銦鎵砸薄膜表面損傷。
[0007]經上述說明可知，提供一具有低能耗且不需進行退火處理的銅銦鎵砸層的制作方法，以及，薄膜太陽能電池的制作方法，是此技術領域者所需改進的課題。
【發(fā)明內容】
[0008]本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種具有低能耗且不需進行退火處理的薄膜太陽能電池中的吸收層的制作方法以及薄膜太陽能電池的制作方法。
[0009]本發(fā)明薄膜太陽能電池中吸收層的制作方法所采用的技術方案是:包含以下步驟:
(a)提供一式(I)所示的銅系合金顆粒 CuInxGayStSeu 式(I)
于式⑴中，X、y、t及u各自表示O至1，其中，x+y及t+u分別大于O ;
(b)于一真空環(huán)境下，使用電子束對所述式(I)所示的銅系合金顆粒作用，使所述式
(I)所示的銅系合金顆粒軟化，形成軟化的式(I)所示的銅系合金； (C)持續(xù)使用電子束并搭配離子束，以使所述軟化的式(I)所示的銅系合金氣化，而于一基板上形成一吸收層。
[0010]持續(xù)使用電子束使所述軟化的式⑴所示的銅系合金氣化時，需控制所述電子束的能量，以使氣化的式(I)所示的銅系合金仍維持各元素的比例而于基板上形成吸收層，繼而避免所述軟化的式(I)所示的銅系合金分解而變質，導致吸收層中的各元素的比例改變。
[0011]較佳地，X:y: (t+u)為 I:1:2o
[0012]較佳地，使用電子束對所述式(I)所示的銅系合金顆粒作用時，以移動掃描方式，使所述式(I)所示的銅系合金顆粒軟化。
[0013]較佳地，以銦與鎵的化學當量總量為I當量計，所述銅的含量范圍為0.8當量至0.95當量、所述鎵的含量范圍為0.2當量至0.3當量，以及，所述砸的含量范圍為0.45當量至0.55當量。
[0014]較佳地，所述真空度范圍為I X ICT4Torr至5Χ ICT7Torrtj
[0015]較佳地，所述環(huán)境溫度范圍為25°C至200°C。
[0016]較佳地，所述電子束的電源功率范圍為1000瓦特至9000瓦特。
[0017]較佳地，所述電子束的電壓范圍為1000伏特至6000伏特。
[0018]較佳地，所述離子束的電源功率范圍為500瓦特至3000瓦特。
[0019]較佳地，所述吸收層的厚度范圍為1.2 μ m至4 μ m。所述吸收層的厚度可一次或分次來完成，其中，分次完成表示形成數層吸收層。較佳地，任一吸收層的式(I)所示的銅系合金中的鎵含量是不同，且，自基板起的每一吸收層中的鎵含量是依序遞減而銦含量依序遞增。
[0020]提供所述電子束裝置例如但不限于電子槍或鎢燈絲等。提供所述離子束裝置例如但不限于離子源裝置或電漿裝置等。
[0021]所述基板例如但不限于鈉鈣玻璃、聚酰亞胺基板或聚對苯二甲酸乙二酯基板等。
[0022]本發(fā)明薄膜太陽能電池的制作方法所采用的技術方案是:包含以下步驟:
(a)提供一基板；
(b)提供一第一電極用金屬源、吸收層用式(I)所示的銅系合金顆粒、緩沖層用I1-VI族硫族化物、透明導電層用氧化鋅系材料，以及第二電極用金屬源，其中，所述第二電極用金屬源包括至少一種由下列群組所組成的金屬:鎳及鋁，
CuInxGayStSeu 式(I)
于式⑴中，X、y、t及u各自表示O至1，其中，x+y及t+u分別大于O ;
(c)于一真空環(huán)境下，使用電子束以及離子束依序對第一電極用金屬源、吸收層用式
(I)所示的銅系合金顆粒、緩沖層用I1-VI族硫族化物、透明導電層用氧化鋅系材料以及第二電極用金屬源作用，而于所述基板上依序形成第一電極、吸收層、緩沖層、透明導電層，以及第二電極。
[0023]所述基板、電子束裝置及離子束裝置如上所述，故不再贅述。
[0024]較佳地，所述電子束的電源功率范圍為1000瓦特至9000瓦特。較佳地，所述電子束的電壓范圍為1000伏特至6000伏特。
[0025]較佳地，所述離子束的電源功率范圍為500瓦特至3000瓦特。
[0026]較佳地，所述真空度范圍為IX KT4Torr至5X KT7Torr。較佳地，所述環(huán)境溫度范圍為 25°C至 200°C。
[0027]所述第一電極用金屬源例如但不限于金屬鉬。較佳地，對所述第一電極用金屬源作用的電子束的電源功率范圍為5000瓦特至9000瓦特。較佳地，對所述第一電極用金屬源作用的離子束的電源功率范圍為500瓦特至3000瓦特。較佳地，于形成第一電極的過程，所述真空度范圍為IX KT4Torr至5 X KT6Torr。較佳地，于形成所述第一電極的過程，所述環(huán)境溫度范圍為40°C至200°C。較佳地，所述第一電極的厚度范圍為0.05 ym至3 μπι。所述第一電極的厚度可一次或分次來完成，其中，分次完成表不形成數層第一電極。
[0028]較佳地，對所述式(I)所示的銅系合金顆粒作用的電子束的電源功率范圍為5000瓦特至9000瓦特。較佳地，對所述式(I)所示的銅系合金顆粒作用的離子束的電源功率范圍為1000瓦特至3000瓦特。較佳地，于形成所述吸收層的過程，所述真空度范圍為IX KT5Torr至5Χ 1-7Torr0較佳地，于形成所述吸收層的過程，所述環(huán)境溫度范圍為50°C至200°C。較佳地，所述吸收層的厚度范圍為1.2 μπι至4 μπι。
[0029]較佳地，X:y: (t+u)為 1:1:2ο
[0030]較佳地，使用電子束對所述式(I)所示的銅系合金顆粒作用時，以移動掃描方式，使所述式(I)所示的銅系合金顆粒軟化。
[0031]較佳地，以銦與鎵的化學當量總量為I當量計，所述銅的含量范圍為0.8當量至0.95當量、所述鎵的含量范圍為0.2當量至0.3當量，以及，所述砸的含量范圍為0.45當量至0.55當量。
[0032]較佳地，所述吸收層的厚度范圍為1.2 μ m至4 μ m。所述吸收層的厚度可一次或分次來完成，其中，分次完成表示形成數層吸收層。較佳地，任一吸收層的式(I)所示的銅系合金中的鎵含量是不同，且，自基板起的每一吸收層中的鎵含量是依序遞減而銦含量依序遞增。
[0033]所述緩沖層用I1-VI族硫族化物例如但不限于硫化鋅(ZnS)或硫化鎘(CdS)等。較佳地，對所述緩沖層用I1-VI族硫族化物作用的電子束的電源功率范圍為1000瓦特至5000瓦特。較佳地，對所述緩沖層用I1-VI族硫族化物作用的離子束的電源功率范圍為500瓦特至1000瓦特。較佳地，于形成所述緩沖層的過程，所述真空度范圍為5X10_4Torr至lX10_5Torr。較佳地，于形成所述緩沖層的過程，所述環(huán)境溫度范圍為50°C至200°C。較佳地，所述緩沖層的厚度范圍為1nm至10nm0
[0034]所述透明導電層用氧化鋅系材料例如但不限于本質型氧化鋅(intrinsic ZnO)或鋁源摻雜氧化鋅(Al-doped ZnO)等。所述鋁源例如但不限于金屬鋁或三氧化二鋁(Al2O3)。所述透明導電層是一層或兩層以上數層。當透明導電層為兩層以上，所述透明導電層為相同或不同。較佳地，于形成所述透明導電層的過程，所述真空度范圍為5X KT4Torr至I X 10_5Torr。較佳地，于形成所述氧化鋅層的過程，所述環(huán)境溫度范圍為60°C至200°C。
[0035]較佳地，對所述本質型氧化鋅作用的電子束的電源功率范圍為1000瓦特至5000瓦特。較佳地，對所述本質型氧化鋅作用的離子束的電源功率范圍為500瓦特至2000瓦特。較佳地，所述本質型氧化鋅層的厚度范圍為15nm至lOOnm。
[0036]較佳地，對所述鋁源摻雜氧化鋅作用的電子束的電源功率范圍為1000瓦特至5000瓦特。較佳地，對所述鋁源摻雜氧化鋅作用的離子束的電源功率范圍為1000瓦特至3000瓦特。較佳地，所述銷源摻雜氧化鋅層的厚度范圍為150nm至500nm。
[0037]所述第二電極的形成