專利名稱：銅銦硒類太陽(yáng)能電池及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種銅銦硒類太陽(yáng)能電池及其制作方法。
背景技術(shù)：
在銅銦鎵類太陽(yáng)能電池中，關(guān)鍵在于制作銅銦鎵硒薄膜或銅銦鎵硒硫薄膜的過程，通常銅銦鎵硒薄膜的制作過程中，以濺鍍銅銦鎵合金靶材、共濺鍍銅鎵合金靶材及銦靶材、共濺鍍銅鎵合金靶材及銅銦合金靶材等方式，制作出銅銦鎵薄膜，接著進(jìn)行硒化步驟或進(jìn)一步硫化而制成銅銦鎵硒薄膜或銅銦鎵硒硫薄膜，制程中需要在高溫下通入硒蒸氣、氫化硒或硫化氫，這都是對(duì)于人體有毒的氣體，在制程以及機(jī)械保養(yǎng)的過程中都具有潛在的工安危險(xiǎn)。此外，以此方法制程生產(chǎn)時(shí)間耗時(shí)較久、材料利用率不高，使得制造成本昂貴，另外，經(jīng)過硒化所制作的銅銦鎵硒薄膜，其中銅、銦、鎵、硒的組成及晶相并不均勻，使成份難以控制，且在晶界上常有Cuje、^i2Se53等雜項(xiàng)產(chǎn)生，而造成得良率不佳，進(jìn)而減低了太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。再者，也有所謂采用粉末冶金，將單一元素或合金粉末，經(jīng)球磨混合均勻，高溫熔融成靶材的銅銦鎵硒合金靶，此形態(tài)的靶材因沒有化合，濺鍍的過程，易產(chǎn)生偏析，使成分隨使用時(shí)間變化，膜質(zhì)再現(xiàn)性不佳。因此，需要一種具有成份均勻銅銦鎵硒薄膜或銅銦鎵硒硫薄膜的太陽(yáng)能電池，以及安全且能夠提高制程效率、減少制程成本的制作方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種銅銦硒類太陽(yáng)能電池，該銦硒類太陽(yáng)能電池包含由下而上依序堆棧的基板、背部金屬電極、光吸收層、透明導(dǎo)電層以及接觸電極層。光吸收層包含多個(gè)光吸收薄膜，且所述光吸收薄膜的原子比例為CuJrvyGapez，0 ≤ χ ≤1. 2, 0≤y ≤1,1.6 ≤ ζ ≤ 2.4的銅銦鎵硒化合物(CIGS)薄膜，或是為具有原子比例為 CuxIn1^yGay(SzSe1J2,0. 5彡χ彡2，0彡y彡1，0彡ζ彡0. 3的銅銦鎵硒硫(CIGSS)化合物薄膜，且每一光吸收薄膜的原子比例不同，可依照需求而制作。本發(fā)明的另一目的是提供一種銅銦硒類太陽(yáng)能電池的制作方法。銅銦硒類太陽(yáng)能電池的制作方法包含背部電極成膜步驟、光吸收層成膜步驟、透明導(dǎo)電層成膜步驟以及接觸電極形成步驟，該背部電極成膜步驟是在基板上形成高反射性的金屬薄膜，以作為背部金屬電極。光吸收層成膜步驟是多個(gè)具有不同原子比例的靶材分別在背部金屬電極依序以直流濺鍍或是射頻濺鍍而形成多個(gè)光吸收薄膜，所述靶材是原子比例為CUJni_yGaykz， 0≤χ≤1.2，0≤y≤1，1.6≤ζ≤2.4的銅銦鎵硒化合物靶材，或?yàn)镃uxIrvyGEiy (Sje1J 2，
的銅銦鎵硒硫化合物靶材。透明導(dǎo)電層成膜步驟是在該光吸收層上形成透明導(dǎo)電氧化物薄膜，其中該透明導(dǎo)電層可以為ITO薄膜、AZO薄膜、GZO薄膜以及IZO薄膜的至少其中之一。接觸電極形成步驟是在該透明導(dǎo)電層上形成接觸電極，該接觸電極通常以鋁(Al)、鎳(Ni)或其合金所形成。本發(fā)明的特點(diǎn)在于通過直接以數(shù)個(gè)具有不同原子比例的銅銦鎵硒靶材或銅銦鎵硒硫靶材以直流濺鍍或是射頻濺鍍的方式形成光吸收層，不需經(jīng)過硒化及硫化，具有較安全的制程、較佳的制程效率以及較低的制作成本。另外，以此銅銦鎵硒靶材或銅銦鎵硒硫靶材濺鍍薄膜的方式，對(duì)于成份控制較為容易，且形成的薄膜晶相單一，且濃度均勻，光電轉(zhuǎn)換效率也更加提高。


圖1是本發(fā)明銅銦硒類太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明銅銦硒類太陽(yáng)能電池的制作方法的流程圖。主要組件符號(hào)說明1銅銦硒類太陽(yáng)能電池10 基板20背部金屬電極30光吸收層31第一光吸收薄膜33第二光吸收薄膜35第三光吸收薄膜40透明導(dǎo)電層50接觸電極層60緩沖層70透明氧化層Sl銦硒類太陽(yáng)能電池的制作方法SlO背部電極成膜步驟S20光吸收層成膜步驟S30透明導(dǎo)電層成膜步驟S40接觸電極形成步驟S50緩沖層成膜步驟S60透明氧化層成膜步驟
具體實(shí)施例方式以下配合附圖及組件符號(hào)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做更詳細(xì)的說明，使本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀本說明書后能夠?qū)嵤?。參閱圖1，本發(fā)明銅銦硒類太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明銅銦硒類太陽(yáng)能電池1包含基板10、背部金屬電極20、光吸收層30、透明導(dǎo)電層40以及接觸電極層50?；?0可以為硅晶圓、玻璃、壓克力、硬性高分子基板或軟性高分子基板。背部金屬電極20形成于基板10之上，為高反射性的金屬材料形成，較佳為鉬(Mo)。光吸收層30形成于背部金屬電極20之上，包含多個(gè)光吸收薄膜，例如圖1中所示的第一光吸收薄膜31、第二光吸收薄膜33以及第三光吸收薄膜35，第一光吸收薄膜31、第二光吸收薄膜33以及第三光吸收薄膜；35都為原子比例為CuxIrvyGE^ez，0≤χ≤1. 2，0≤y≤1，1.6≤ζ≤2.4的銅銦鎵硒(CIGS)化合物薄膜，或是原子比例為CuxIrvyGEiyO1J2iO. 5≤χ≤2，0≤y≤1， O ^ ζ ^ 0. 3的銅銦鎵硒硫(CIGSQ化合物薄膜。透明導(dǎo)電層40形成于光吸收層30之上，可以為氧化銦錫(In doped Sn2O3，ITO) 薄膜、氧化鋁鋅(Al doped ZnO, AZO)薄膜、氧化鎵鋅(Ga doped ZnO, GZO)薄膜以及氧化銦鋅(In doped ZnO, ΙΖ0)薄膜的至少其中之一。接觸電極層50形成于透明導(dǎo)電氧化層40 之上，通常以鋁(Al)、鎳(Ni)或其合金所形成，該接觸電極層50與背部金屬電極20連接外部電路，而形成電氣回路。進(jìn)一步地，可以在光吸收層30與透明導(dǎo)電層40之間設(shè)置緩沖層60，該緩沖層50 可以由硫化鎘(CcK)薄膜或銦化硒(In2Se53)薄膜所形成。此外，可以在光吸收層30或緩沖層60與透明導(dǎo)電層40之間設(shè)置透明氧化層70，該透明氧化層70可以由無攙雜的氧化鋅 (i-ZnO)薄膜所形成。參閱圖2，本發(fā)明銅銦硒類太陽(yáng)能電池的制作方法的流程圖。如圖2所示，本發(fā)明銅銦硒類太陽(yáng)能電池的制作方法Sl包含背部電極成膜步驟S10、光吸收層成膜步驟S20、透明導(dǎo)電層成膜步驟S30以及接觸電極形成步驟S40，該背部電極成膜步驟SlO是在基板上形成高反射性的金屬薄膜，較佳為鉬膜，以做為背部金屬電極。光吸收層成膜步驟S20是至少以多個(gè)具有不同原子比例的靶材分別在背部金屬電極依序以直流(DC)濺鍍或是射頻(RF) 濺鍍而形成多個(gè)光吸收薄膜，所述靶材為原子比例CuJni_yGaykz，0 < x^ 1.2,0^7^ 1, 1.6 ^ ζ ^ 2.4的銅銦鎵硒化合物靶材，或原子比例為CuxIrvyGEiy (Sje1J 2，0. 5≤χ≤2，
的銅銦鎵硒硫化合物靶材。透明導(dǎo)電層成膜步驟S30是在該光吸收層上形成透明導(dǎo)電氧化物薄膜，其中該透明導(dǎo)電層可以為ITO薄膜、AZO薄膜、GZO薄膜以及IZO薄膜的至少其中之一。接觸電極形成步驟S40是在該透明導(dǎo)電層上形成接觸電極，該接觸電極通常以鋁(Al)、鎳(Ni)或其合金所形成。進(jìn)一步地，可以在光吸收層成膜步驟S20與透明導(dǎo)電層成膜步驟S30之間，包含緩沖層成膜步驟S50，是在該光吸收層與該透明導(dǎo)電氧化物薄膜之間設(shè)置緩沖層，該緩沖層可以由硫化鎘薄膜或銦化硒薄膜所形成。此外，可以在光吸收層成膜步驟S20或緩沖層成膜步驟S50與透明導(dǎo)電層成膜步驟S30之間，包含透明氧化層成膜步驟S60，以在該光吸收層或該緩沖層與該透明導(dǎo)電膜薄之間形成一透明氧化層，該透明氧化層可以由無攙雜的氧化鋅(i-SiO)薄膜所形成。本發(fā)明的特點(diǎn)在于通過直接以數(shù)個(gè)具有不同原子比例的銅銦鎵硒靶材或銅銦鎵硒硫靶材以直流濺鍍或是射頻濺鍍的方式形成光吸收層，不需經(jīng)過硒化及硫化，具有較安全的制程、較佳的制程效率以及較低的制作成本。另外，以此銅銦鎵硒靶材或銅銦鎵硒硫靶材濺鍍薄膜的方式，對(duì)于成份控制較為容易，且形成的薄膜晶相單一，且濃度均勻，光電轉(zhuǎn)換效率也更加提高。以上所述僅是用以解釋本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不是企圖據(jù)以對(duì)本創(chuàng)作做任何形式上的限制，所以，凡有在相同的精神下所作有關(guān)本創(chuàng)作的任何修飾或變更，都仍應(yīng)包括在本創(chuàng)作意圖保護(hù)的范疇。
權(quán)利要求
1.一種銅銦硒類太陽(yáng)能電池，包含 基板；背部金屬電極，形成于該基板上，以高反射性的金屬材料形成； 光吸收層，形成于該背部金屬電極之上，該光吸收層包含多個(gè)光吸收薄膜，且所述光吸收薄膜是原子比例為CuxIrvyGE^ez，0彡χ彡1. 2，0彡y彡1，1. 6彡ζ彡2. 4的銅銦鎵硒化合物薄膜，或是原子比例為CuxIrvyGEiy(Szvz)2iO. 5≤χ≤2，0≤y≤1，0≤ζ≤0. 3的銅銦鎵硒硫化合物薄膜；透明導(dǎo)電層，形成于該光吸收層之上，為透明導(dǎo)電氧化物薄膜；以及接觸電極層，形成于該透明導(dǎo)電氧化層之上，以金屬材料或合金材料形成， 其中該接觸電極層與該背部金屬電極連接外部電路，而形成電氣回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銦硒類太陽(yáng)能電池，其中該基板為硅晶圓、玻璃、壓克力、硬性高分子基板以及軟性高分子基板的其中之一，該高反射性的金屬材料為鉬，該透明導(dǎo)電氧化物薄膜為氧化銦錫薄膜、氧化鋁鋅薄膜、氧化鎵鋅薄膜以及氧化銦鋅薄膜的至少其中之一，該接觸電極層以鋁、鎳或其合金形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銦硒類太陽(yáng)能電池，進(jìn)一步在該光吸收層與該透明導(dǎo)電層之間設(shè)置緩沖層，該緩沖層由硫化鎘薄膜或銦化硒薄膜所形成。
4.所述的銦硒類太陽(yáng)能電池，進(jìn)一步在該光吸收層與該透明導(dǎo)電層之間設(shè)置透明氧化層，該透明氧化層由無攙雜的氧化鋅薄膜所形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的銦硒類太陽(yáng)能電池，進(jìn)一步在該緩沖層與該透明導(dǎo)電層之間設(shè)置透明氧化層，該透明氧化層由無攙雜的氧化鋅薄膜所形成。
6.一種銅銦硒類太陽(yáng)能電池的制作方法，包含背部電極成膜步驟，是在基板上形成高反射性的金屬薄膜，以作為背部金屬電極； 光吸收層成膜步驟，是至少以具有不同原子比例的多個(gè)靶材分別在該背部金屬電極依序以直流濺鍍或是射頻濺鍍而形成多個(gè)光吸收薄膜，所述靶材分別為原子比例 CuxIn1^yGaySez, 0 ≤χ ≤1. 2,0 ≤ y ≤ 1,1. 6 ≤ ζ ≤ 2. 4的銅銦鎵硒化合物靶材，或是原子比例CuxIrvyGEiy(Sje1J2，0. 5≤χ≤2，0≤y≤1，0≤ζ≤0. 3的銅銦鎵硒硫化合物靶材； 透明導(dǎo)電層成膜步驟，是在該光吸收層上形成透明導(dǎo)電氧化物薄膜；以及接觸電極形成步驟，在該透明導(dǎo)電層上形成接觸電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中該基板為硅晶圓、玻璃、壓克力、硬性高分子基板以及軟性高分子基板的其中之一，該高反射性的金屬材料為鉬，該透明導(dǎo)電氧化物薄膜為氧化銦錫薄膜、氧化鋁鋅薄膜、氧化鎵鋅薄膜以及氧化銦鋅薄膜的至少其中之一，該接觸電極層以鋁、鎳或其合金所形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中在該光吸收層成膜步驟與該透明導(dǎo)電層成膜步驟之間，進(jìn)一步包含緩沖層成膜步驟，是在該光吸收層與該透明導(dǎo)電氧化物薄膜之間設(shè)置緩沖層，該緩沖層由硫化鎘薄膜或銦化硒薄膜所形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中在該光吸收層成膜步驟與該透明導(dǎo)電層成膜步驟之間，包含透明氧化層成膜步驟，在該光吸收層與該透明導(dǎo)電層成膜步驟之間形成透明氧化層，該透明氧化層由無攙雜的氧化鋅薄膜所形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中在該緩沖層成膜步驟與該透明導(dǎo)電層成膜步驟之間，包含透明氧化層成膜步驟，在該緩沖層與該透明導(dǎo)電層成膜步驟之間形成透明氧化層，該透明氧化層由無攙雜的氧化鋅薄膜所形成。
全文摘要
一種銅銦硒類太陽(yáng)能電池及其制作方法，該太陽(yáng)能電池包含基板、背部金屬電極、光吸收層、透明導(dǎo)電層以及接觸電極層，光吸收層包含多個(gè)不同原子比例的銅銦鎵硒化合物薄膜，或銅銦鎵硒硫化合物薄膜，且在制程中是以不同的靶材直接在背部金屬電極上直接以直流或射頻濺鍍成膜，不需硒化，具有較安全、高效率及成本低的制程，且成份控制容易、晶相單一、濃度均勻，也提高了轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102569441SQ201010601049
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者鐘潤(rùn)文 申請(qǐng)人:慧濠光電科技股份有限公司