專利名稱：非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制作銅銦鎵硒光吸收層的方法，特別是涉及一種非真空制作銅銦
鎵硒吸收層的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨國(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)能模組包括單晶硅和多晶硅的太陽(yáng)能模組，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(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率最高(單元電池可高達(dá)20%而模組約14% )，因 此特別受到重視。 請(qǐng)參閱圖l所示，是現(xiàn)有技術(shù)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是包括適當(dāng)比例的銅、銦、鎵及硒，當(dāng)作p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n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(ZnO:Al)，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)境而分成真空制造工藝及非真空制造工藝。真空制造工藝包括 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 制造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 非真空制造工藝仍具有制造設(shè)備簡(jiǎn)單且制造工藝條件容易達(dá)成的優(yōu)點(diǎn)，而有相當(dāng)?shù)纳虡I(yè)潛 力。 銅銦鎵硒或銅銦鎵硒(硫)吸收層的非真空制造工藝是先調(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)有技術(shù)中，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(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)有技術(shù)的缺點(diǎn)是，配置好的漿料在RTA過程中，會(huì)因?yàn)槲鴵]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(yán)重者會(huì)造成此光吸收層從P層變化成N層，所形成的太陽(yáng) 能電池會(huì)失去電池的特性，以往為補(bǔ)充損失的硒，會(huì)使用硒化制程，即用高毒性的硒化氫氣 體，以補(bǔ)充損失的硒成份，但高毒性的硒化氫氣體，稍一不慎會(huì)造成致命的危險(xiǎn)。因此，需要 一種危險(xiǎn)性較低，又可補(bǔ)充VI族成份的光吸收層制作方法，以改善上述現(xiàn)有技術(shù)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法存在的缺陷， 而提供一種新的非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法，所要解決的技術(shù)問題是使其不使用硒 化法，避免使用危險(xiǎn)的硒化氫。 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 出的一種非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法，用以在非真空下一鉬層上而形成均勻光吸收 層，該方法包括以下步驟步驟一，依據(jù)配方比例，混合含IB、 IIIA及VIA族元素的二成份、 三成份或四成份粉末以形成原始含銅銦鎵硒(硫)混合粉末；步驟二，在該混合粉末中添加 額外的VIA族元素粉末，使VIA族的比例提高，形成含銅銦鎵硒或含銅銦鎵硒硫的最后混合 粉末；步驟三，添加溶劑、界面活性劑和接著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；步驟四，將該銅銦鎵硒漿料涂布在鉬層上，軟 烤使溶劑揮發(fā)形成光吸收前驅(qū)層；以及步驟五，再將含銅銦鎵硒(硫)前驅(qū)層的基板置于含 VIA族元素粉末的RTA爐中，高溫形成VIA族蒸氣氣氛下退火長(zhǎng)晶，以形成含銅銦鎵硒(硫) 的光吸收層。 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)。 前述的非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法，其中所述的IB族元素包括銅。 前述的非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法，其中所述的IIIA族元素包括銦或鎵
或銦鎵混合材料。 前述的非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法，其中所述的VI族元素可為硒、硫或硒 硫混合材料。 前述的非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法，其中所述的額外添加的VI族元素可 為硒粉、硫粉或硒硫混合粉末。 前述的非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法，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。 前述的非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法，其中所述的RTA爐溫度介于 400-800°C。 前述的非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法，其中中所述的置于RTA爐中的VIA族 元素粉末可為硒粉末、硫粉末或含硒硫的混合粉末。 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。由以上可知，為達(dá)到上述目 的，本發(fā)明提供了一種非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法，主要利用調(diào)配銅銦鎵硒或銅銦 鎵硒(硫)漿料時(shí)，使用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(bǔ)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)明非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn) 及有益效果 本發(fā)明所解決的問題或所帶來(lái)的好處 —、本發(fā)明非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法不使用硒化法，避免使用危險(xiǎn)的硒 化氫。 二、本發(fā)明非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法不使用硒化法，rta過程中加入via 族粉末，使via族粉末高溫形成蒸氣，補(bǔ)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。 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為現(xiàn)有技術(shù)的銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2為本發(fā)明非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法的流程圖。
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)明提出的非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法其具體實(shí)施方 式、結(jié)構(gòu)、步驟、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如啟。 請(qǐng)參閱圖2所示，是本發(fā)明非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法的流程圖。本發(fā)明 較佳實(shí)施例的非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法，包括以下步驟。 步驟100，先計(jì)算需求銅銦鎵硒或銅銦鎵硒硫配方比例，混合含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或含銅銦鎵硒硫的原始混合粉末。 在本具體實(shí)施例中，本發(fā)明可選擇ib族中的銅元素、11ia族中的純銦元素、純鎵元素、或混 合銦元素與鎵元素的材料、via族中的純硒元素、純硫元素或混合硒元素與硫元素的材料， 以形成上述混合粉末，例如可選擇含銅-硒(ib-via)或銅-銦/鎵(ib-iiia)的二元化合 物粉末和iiia族中的純銦元素、純鎵元素混合銦元素與鎵元素的粉末混合成原始的混合 粉末，但不以上述為限。 銅銦鎵硒或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的摩爾比例=o.9-1.o : i.o : 2.o。其中ib族元素包括銅，i i ia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。 步驟110，以含銅銦鎵硒或銅銦鎵硒硫配方中的原始混合粉末，添加額外的via族 元素粉末，使via族的比例提高，形成含銅銦鎵硒或銅銦鎵硒硫的最后混合粉末，其中包含
的iB、niA及viA族元素的比例為ib : iiia : vi的摩爾比例二i.o : i.o : x，x介于
2. 0 4. 0。 步驟120，將溶劑、界面活性劑和接著劑添加至步驟110的最后混合粉末中并進(jìn)行 攪拌形成含銅銦鎵硒或含銅銦鎵硒硫的漿料，以作為光吸收前驅(qū)層的材料。該溶劑可以是醇類、醚類、酮類等單一溶劑或混合兩種以上的混合溶劑；該界面活性劑可以如Nal或不同 性質(zhì)的界面活性劑。 步驟130，將步驟110中的漿料以非真空涂布法涂布在鉬層(含下電極的基板) 上，并軟烤去除溶劑以形成光吸收前驅(qū)層。該非真空涂布法，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，但并不以此為限。 步驟140，再將步驟120中的光吸收前驅(qū)層以RTA爐400-80(TC高溫長(zhǎng)晶使形成光 吸收層，在RTA過程中添加VIA族元素粉末，使粉末在高溫中揮發(fā)形成VIA族蒸氣，補(bǔ)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的摩爾 比例=0.9-1.0 : 1.0 : 2的最佳比例。步驟140中添加的VIA族元素粉末可為硒粉、硫
粉或混合硒粉和硫粉的混合物。 —、本發(fā)明非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法，不使用硒化法，避免使用危險(xiǎn)的硒 化氫。 二、本發(fā)明非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法，不使用硒化法，RTA過程中加入 VIA族粉末，使VIA族粉末高溫形成蒸氣，補(bǔ)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。 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)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更 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)方案的內(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
一種非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法，用以在非真空下一鉬層上而形成均勻光吸收層，其特征在于該方法包括以下步驟首先，依據(jù)配方比例，混合含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或含銅銦鎵硒硫的原始混合粉末；其次，在該混合粉末中添加額外的VIA族元素粉末，使VIA族的比例提高，形成含銅銦鎵硒或含銅銦鎵硒硫的最后混合粉末；再添加溶劑、界面活性劑和接著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；接著，將該銅銦鎵硒漿料涂布在鉬層上，軟烤使溶劑揮發(fā)形成光吸收前驅(qū)層；以及最后，再將含該光吸收前驅(qū)層的基板置于含VIA族元素粉末的RTA爐中，高溫形成VIA族蒸氣氣氛下退火長(zhǎng)晶，以形成含銅銦鎵硒或含銅銦鎵硒硫的的光吸收層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的IB族元素包括銅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，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。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的VI族元素可為硒、硫或硒硫混 合材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中所述額外添加的VIA族元素粉末包括 硒粉末、硫粉末或含硒硫的混合粉末的至少其中之一 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，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。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的RTA爐溫度介于400-800°C。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的置于RTA爐中的VIA族元素粉 末為硒粉末、硫粉末或含硒硫的混合粉末。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)一種非真空制作銅銦鎵硒吸收層的方法，用以在非真空下一鉬層上形成均勻光吸收層，包括以下步驟首先，依據(jù)配方比例，混合含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)的原始混合粉末；其次，在該混合粉末中添加額外的VIA族元素粉末，使形成含銅銦鎵硒或含銅銦鎵硒硫的最后混合粉末；再添加溶劑、界面活性劑和接著劑至該最后混合粉末中并進(jìn)行攪拌形成銅銦鎵硒漿料；接著，將該銅銦鎵硒漿料涂布在鉬層上，軟烤使溶劑揮發(fā)形成光吸收前驅(qū)層；以及最后，再將含該光吸收前驅(qū)層的基板置于含VIA族元素粉末的RTA爐中，高溫形成VIA族蒸氣氣氛下退火長(zhǎng)晶，以形成含銅銦鎵硒或含銅銦鎵硒硫的的光吸收層。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101789470SQ201010120009
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月12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