專利名稱：一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能光吸收層的制造方法，特別是涉及一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著國(guó)際油價(jià)高漲及環(huán)保意識(shí)的抬頭，綠色能源已成為新能源的主流，其 中太陽(yáng)能電池又因是取自太陽(yáng)的穩(wěn)定輻射能，來(lái)源不會(huì)枯竭，因此更為各國(guó)所重視，無(wú)不挹 注大量研發(fā)經(jīng)費(fèi)及政策性補(bǔ)貼，以扶植本地的太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)，使得全球太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā) 展非?？焖?。第一代太陽(yáng)能模塊包括單晶硅和多晶硅的太陽(yáng)能模塊，雖然光電轉(zhuǎn)換效率高且量 產(chǎn)技術(shù)成熟，但因?yàn)椴牧铣杀靖?，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(yáng)能模塊，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(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率最高(單元電池可高達(dá)20%而模塊約14% )，因 此特別受到重視。請(qǐng)參閱圖1所示，是現(xiàn)有習(xí)用技術(shù)的銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu) 的示意圖。如圖1所示，現(xiàn)有習(xí)用技術(shù)的銅銦鎵硒太陽(yáng)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(dāng)作背面 電極，銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)吸收層30包括適當(dāng)比例的銅、銦、鎵及硒，當(dāng)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(dāng)作η型薄膜，絕緣層50包括氧化鋅 (ZnO)，用以提供保護(hù)，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(yáng)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)境而分成真空工藝及非真空工藝。真空工藝包括濺鍍法或蒸鍍 法，缺點(diǎn)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。非真空工藝包括印刷 法或電沉積法，缺點(diǎn)是技術(shù)仍不成熟，仍無(wú)較大面積的商品化產(chǎn)品。不過非真空工藝仍具有 制造設(shè)備簡(jiǎn)單且工藝條件容易達(dá)成的優(yōu)點(diǎn)，因而具有相當(dāng)?shù)纳虡I(yè)潛力。銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)吸收層的非真空工藝是先調(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。現(xiàn)有習(xí)用技術(shù)銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)漿料調(diào)配是先以適當(dāng)比例混合含混合 IB、IIIA及VIA族元素的氧化物以形成原始含銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)混合的氧化物粉 末，再添加適當(dāng)比例的溶劑，并進(jìn)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(jìn)行攪拌混合以形成最后銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)漿料。上述現(xiàn)有習(xí)用技術(shù)的缺點(diǎn)是，欲將氧化物中的氧去除時(shí)，需在極高溫度下使用氫 氣還原該氧化物，同時(shí)需使用硒化氫進(jìn)行硒化過程，不但會(huì)提高設(shè)備成本，且硒化氫毒性很強(qiáng)，若不小心使用會(huì)有致死的危險(xiǎn)，同時(shí)若還原過程中，仍有氧分子殘留在最后的銅銦鎵硒 或銅銦鎵硒(硫)吸收層內(nèi)，會(huì)影響銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)吸收層的光吸收特性，甚至 影響效率。因此，需要一種不需高溫還原和硒化等的工藝，使用便宜且簡(jiǎn)單的設(shè)備即可沉積 以制造銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)太陽(yáng)能電池的光吸收層的方法。由于一般使用的納米金屬或金屬化合物粉末皆是使用圓球狀顆粒，這些圓球狀顆 粒在堆疊時(shí)，易產(chǎn)生空隙，因此需要一種含不同形狀材料的顆粒填補(bǔ)空隙，使堆疊更緊密， 以提高膜的致密性。由此可見，上述現(xiàn)有的非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法在方 法及使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決上述存在的問 題，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來(lái)謀求解決之道，但長(zhǎng)久以來(lái)一直未見適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展完成， 而一般方法及產(chǎn)品又沒有適切的方法及結(jié)構(gòu)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)一種新的非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方 法，實(shí)屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一，亦成為當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的 方法存在的缺陷，而提供一種新的非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法， 所要解決的技術(shù)問題是使其主要在調(diào)配銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)漿料時(shí)，使用含IB、IIIA 及VIA族元素化合物的材料，其中含至多不超過50 %的薄片狀材料，其余材料形狀可為球 狀或不規(guī)則狀，再搭配溶劑或相關(guān)添加劑攪拌均勻，以配成含銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)漿 料，再使用非真空涂布法如刮刀涂布、狹縫涂布法、超音波噴涂法、電鍍法或網(wǎng)印法等涂布 成光吸收層的前驅(qū)層，再經(jīng)快速退火熱處理(Rapid thermalannealing,RTA)后形成光吸收 層，非常適于實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提 出的一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法，用以在非真空環(huán)境下制作 銅銦鎵硒漿料，該銅銦鎵硒漿料是用以涂布在一鉬層上而形成一吸收層，該方法系包括以 下步驟首先，依據(jù)一配方比例，混合具有薄片形狀和其他形狀且含IB、IIIA和VIA族元素 的二個(gè)成份或三 個(gè)成份或四個(gè)成份的粉末材料，以形成含銅銦鎵硒的原始混合粉末，且該 IB族元素包括銅，該IIIA族元素包括銦或鎵或銦鎵混合材料，該VIA族元素包括硒或硫或 硒硫混合材料；接著，以原始VIA族元素比例，再添加額外的VIA族元素粉末至該原始混合 粉末中，并進(jìn)行混合以形成一最后混合粉末；之后，添加溶劑至該最后混合粉末中并進(jìn)行攪 拌，藉以形成含有IB、IIIA及VIA族元素的銅銦鎵硒漿料；然后，以非真空涂布法將上述銅 銦鎵硒漿料涂布在鉬金屬層上，軟烤后形成銅銦鎵硒光吸收前驅(qū)層；以及最后，經(jīng)快速退火 爐以快速升溫速率，將含銅銦鎵硒光吸收前驅(qū)層的基板加熱退火長(zhǎng)晶以形成光吸收層。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(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法，其中 所述的原始混合粉末的配方比例是包括該IB、IIIA及VIA族元素的莫耳比例等于 0.9-1.0 1.0 2.0。前述的一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法，其中所述的最后混合粉末的比例是包括該IB、IIIA及VIA族元素的莫爾比例等于1.0 1.0 X，其中X 為2.0至4.0之間。 前述的一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法，其中所述的薄 片形狀材料占總材料的體積比例小于50%。前述的一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法，其中所述的溶 劑包括醇類、醚類、酮類或混合上述二種以上溶劑的至少其中之一。前述的一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法，其中所述的非 真空涂布法可為刮刀涂布、狹縫涂布法、超音波噴涂法、電鍍法或網(wǎng)印法其中之一。前述的一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法，其中所述的快 速退火爐的升溫速率介于每分鐘升溫10 50°C。前述的一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法，其中所述的快 速退火爐的操作溫度介于400 800°C。前述的一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法，其中所述的快 速退火爐的操作時(shí)間介于5-50分鐘。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本發(fā) 明一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效 果一、本發(fā)明由于不使用高溫還原法，節(jié)省設(shè)備成本。二、本發(fā)明由于不使用硒化法，避免了使用危險(xiǎn)的硒化氫。三、本發(fā)明由于使用不同形狀的顆粒，提高了所生成膜的致密性。綜上所述，本發(fā)明在技術(shù)上有顯著的進(jìn)步，具有明顯的積極效果，誠(chéng)為一新穎、進(jìn) 步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。上述說(shuō)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(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠 更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1是現(xiàn)有習(xí)用技術(shù)的銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是本發(fā)明一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法的示意 圖。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)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(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收 層的方法其具體實(shí)施方式
、方法、步驟、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，在以下配合參考圖式的較佳實(shí) 施例的詳細(xì)說(shuō)明中將可清楚呈現(xiàn)。通過具體實(shí)施方式
的說(shuō)明，當(dāng)可對(duì)本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目 的所采取的技術(shù)手段及功效獲得一更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與 說(shuō)明之用，并非用來(lái)對(duì)本發(fā)明加以限制。
請(qǐng)參閱圖2所示，圖2是本發(fā)明一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收 層的方法的示意圖。本發(fā)明的一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒(硫)漿料制作光吸收層的 方法是首先執(zhí)行步驟S10，計(jì)算需求銅銦鎵硒(硫)的配方比例，混合使用含IB、IIIA及VIA 族元素的二個(gè)成份或三個(gè)成份或四個(gè)成份的粉末的材料，以形成含銅銦鎵硒(硫)的原始 混合粉末，其中含至多不超過50%的薄片狀材料，其余材料的形狀可為球狀或不規(guī)則狀，銅 銦鎵硒(硫)的配方比例所包含的IB、IIIA及VIA族元素的比例為IB IIIA VIA族元 素的莫耳比例=0.9-1.0 1.0 2.0。其中IB族元素可為銅，IIIA族元素可為純銦、純 鎵或混合銦和鎵的材料，另外VIA族元素可為純硒、純硫或混合硒和硫的材料。另外在高溫RTA過程中，硒成份可能會(huì)減少，因此，可接著執(zhí)行步驟S20，在原始漿 料中以原始VIA族元素比例，再添加額外的VIA族元素粉末，并進(jìn)行混合以形成一最后混合 粉末，較佳的是添加純VIA族元素粉末，使最后銅銦鎵硒(硫)混合粉末所包含的IB、IIIA 及VIA族元素的比例為IB IIIA VIA的莫耳比例=0.9-1.0 1.0 X，且X為2.0至 4. 0之間，當(dāng)含VIA族元素粉末的比例太低時(shí)，沒有接著效果，當(dāng)含VIA族元素粉末的比例太 高時(shí)，反而降低銅銦鎵硒(硫)吸收層對(duì)鉬層所產(chǎn)生的接著力，因此含VIA族元素粉末的比 例需控制在上述的較佳范圍。之后執(zhí)行步驟S30，添加醇類、醚類、酮類等單一溶劑或混合 上述兩種以上的混合 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， 藉以形成含有IB、IIIA及VIA族元素的銅銦鎵硒(硫)漿料，作為光吸收前驅(qū)層的材料。然后執(zhí)行步驟S40，以非真空涂布法如刮刀涂布、狹縫涂布法、超音波噴涂法、電鍍 法或網(wǎng)印法將上述銅銦鎵硒(硫)漿料涂布在以真空濺鍍法濺鍍的鉬金屬層上，軟烤后形 成銅銦鎵硒光吸收前驅(qū)層。最后執(zhí)行步驟S50，經(jīng)快速退火爐以每秒鐘10-50°C的升溫速率，快速將基板溫度 升至400-800°C進(jìn)行5-50分鐘加熱退火長(zhǎng)晶以形成光吸收層。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖 然本發(fā)明已以較佳實(shí)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(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾 為等同變化的等效實(shí)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(shí)質(zhì)對(duì) 以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)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
一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法，其特征在于其是用以在非真空環(huán)境下制作銅銦鎵硒漿料，該銅銦鎵硒漿料是用以涂布在一鉬層上而形成一吸收層，該方法系包括以下步驟首先，依據(jù)一配方比例，混合具有薄片形狀和其他形狀且含IB、IIIA和VIA族元素的二個(gè)成份或三個(gè)成份或四個(gè)成份的粉末材料，以形成含銅銦鎵硒的原始混合粉末，且該IB族元素包括銅，該IIIA族元素包括銦或鎵或銦鎵混合材料，該VIA族元素包括硒或硫或硒硫混合材料；接著，以原始VIA族元素比例，再添加額外的VIA族元素粉末至該原始混合粉末中，并進(jìn)行混合以形成一最后混合粉末；之后，添加溶劑至該最后混合粉末中并進(jìn)行攪拌，藉以形成含有IB、IIIA及VIA族元素的銅銦鎵硒漿料；然后，以非真空涂布法將上述銅銦鎵硒漿料涂布在鉬金屬層上，軟烤后形成銅銦鎵硒光吸收前驅(qū)層；以及最后，經(jīng)快速退火爐以快速升溫速率，將含銅銦鎵硒光吸收前驅(qū)層的基板加熱退火長(zhǎng)晶以形成光吸收層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法， 其特征在于其中所述的原始混合粉末的配方比例是包括該IB、IIIA及VIA族元素的莫耳比 例等于 0.9-1.0 1.0 2.0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法， 其特征在于其中所述的最后混合粉末的比例是包括該IB、IIIA及VIA族元素的莫爾比例等 于1.0 1.0 X，其中X為2.0至4.0之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法， 其特征在于其中薄片形狀材料占總材料的體積比例小于50%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法， 其特征在于其中所述的溶劑包括醇類、醚類、酮類或混合上述二種以上溶劑的至少其中之一.
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法， 其特征在于其中所述的非真空涂布法為刮刀涂布、狹縫涂布法、超音波噴涂法、電鍍法或網(wǎng) 印法其中之一。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法， 其特征在于其中所述的快速退火爐的升溫速率介于每分鐘升溫10 50°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法， 其特征在于其中所述的快速退火爐的操作溫度介于400 800°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法， 其特征在于其中所述的快速退火爐的操作時(shí)間介于5-50分鐘。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種非真空環(huán)境下配置銅銦鎵硒漿料制作光吸收層的方法，其主要是在調(diào)配銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)漿料時(shí)，使用含IB、IIIA及VIA族元素化合物的材料，其中含至多不超過50％的薄片狀材料，其余材料形狀可為球狀或不規(guī)則狀，再搭配溶劑或相關(guān)添加劑攪拌均勻，以配成含銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)漿料，再使用非真空涂布法如刮刀涂布、狹縫涂布法、超音波噴涂法、電鍍法或網(wǎng)印法等涂布成光吸收層的前驅(qū)層，再經(jīng)快速退火熱處理后形成光吸收層。本發(fā)明由于不使用高溫還原法和硒化法，節(jié)省了設(shè)備成本并避免了使用危險(xiǎn)的硒化氫，同時(shí)由于使用不同形狀的顆粒，提高所生成膜的致密性。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101820032SQ201010111510
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)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, 陳文仁 申請(qǐng)人:昆山正富機(jī)械工業(yè)有限公司