专利名称：无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层制造方法
技术领域：
本发明涉及一种铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层的制造方法，特别是一种用于非 真空下在钼层上形成均勻光吸收预制层的无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收 预制层制造方法。
背景技术：
近年来，随国际油价高涨及环保意识的抬头，绿色能源已成为新能源主流，其中太 阳能电池又因是取自太阳的稳定辐射能，来源不会枯竭，因此更为各国所重视，无不倾注大 量研发经费及政策性补贴，以扶植本地的太阳能电池产业，使得全球太阳能产业的发展非 常快速。第一代太阳能模块包括单晶硅和多晶硅的太阳能模块，虽然光电转换效率高且量 产技术成熟，但因为材料成本高，且硅晶圆常因半导体工业的需求而货源不足，影响后续的 量产规模。因此，包含非晶硅薄膜、铜铟镓硒(CIGS)薄膜或铜铟镓硒(硫)(CIGSS)薄膜和 碲化镉薄膜的第二代的薄膜太阳能模块，在近几年已逐渐发展并成熟，其中又以铜铟镓硒 或铜铟镓硒(硫)太阳能电池的转换效率最高(单元电池可高达20%，而模块约14%)，因 此特别受到重视。参阅图1，现有技术的铜铟镓硒太阳能电池结构包括基板10、第一导电层20、铜铟 镓硒和/或硫吸收层30、缓冲层40、绝缘层50以及第二导电层60，其中基板10可为玻璃 板、铝板、不锈钢板或塑料板，第一导电层20 —般包括金属钼，作为背面电极，铜铟镓硒和/ 或硫吸收层30包括适当比例的铜、铟、镓及硒，作为ρ型薄膜，为主要的光线吸收层，缓冲层 40包括硫化镉(CdS)，作为η型薄膜，绝缘层50包括氧化锌(ZnO)，用以提供保护，第二导电 层60包含氧化锌铝(Ζη0:Α1)，用以连接正面电极。上述铜铟镓硒和/或硫太阳能电池的制造方法主要依据铜铟镓硒和/或硫吸收层 的制造环境而分成真空制造方法及非真空制造方法。真空制造方法包括溅射法或蒸镀法， 缺点是投资成本较高且材料利用率较低，因此整体制作成本较高。非真空制造方法包括印 刷法或电沉积法，缺点是技术还不成熟，无较大面积的商品化产品。不过非真空制造方法具 有制造设备简单且工艺条件容易达成的优点，而有相当的商业潜力。铜铟镓硒和/或硫吸收层的非真空制造方法是先调配铜铟镓硒和/或硫浆料或墨 水(Ink)，用以涂布到钼基板上。现有技术中，铜铟镓硒和/或硫浆料调配是先以适当比例混合含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铜铟镓硒和/或硫的粉末，再 添加适当比例的溶剂，并进行搅拌以形成原始铜铟镓硒和/或硫浆料，最后添加粘接剂 (binder)或界面活性剂以提高铜铟镓硒和/或硫吸收层和钼背面电极的粘接性，并进行搅 拌混合以形成最后铜铟镓硒和/或硫浆料。上述现有技术的缺点是，粘接剂、界面活性剂可能会残留在最后的铜铟镓硒和/或硫吸收层内，造成铜铟镓硒和/或硫吸收层的含碳量和含氧量偏高，影响铜铟镓硒和/或 硫吸收层的光吸收特性，甚至影响效率。因此，需要一种不添加粘接剂、界面活性剂的铜铟镓硒和/或硫浆料调配方法，以 改善上述现有技术的问题。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的制作铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层所存在的缺 陷，而提供一种无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层制造方法。从而避免 残留于光吸收层内的粘接剂、界面活性剂，造成铜铟镓硒和/或 硫吸收层的含碳量和含氧 量偏高，影响铜铟镓硒和/或硫吸收层的光吸收特性及转换效率本发明的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本发明提 出的一种无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层制造方法，包括下列步骤(1)依据配方比例，调配含IB、IIIA及VIA族元素的二成份、三成份或四成份粉末 以形成第一和第二含铜铟镓硒和/或硫混合粉末；(2)将第一含铜铟镓硒和/或硫混合粉末以原始VIA元素比例，再添加额外VIA族 元素粉末至该原始混合粉末中，并进行混合以形成第三含铜铟镓硒和/或硫混合粉末；(3)将第二和第三含铜铟镓硒和/或硫混合粉末添加易挥发溶剂以纳米研磨机分 别研磨成第一和第二铜铟镓硒和/或硫浆料。(4)将第一铜铟镓硒和/或硫浆料涂布在钼层上，形成第一铜铟镓硒和/或硫层；(5)将第二铜铟镓硒和/或硫浆料涂布在第一铜铟镓硒和/或硫层上形成第二铜 铟镓硒和/或硫层；(6)软烤使溶剂挥发形成铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层。本发明的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。前述的无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层制造方法，其中所述 IB族元素包括铜。前述的无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层制造方法，其中所述 IIIA族元素包括铟或镓或铟镓混合材料。前述的无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层制造方法，其中所述 VI族元素可为硒或硫或硒硫混合材料。前述的无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层制造方法，其中所述 溶剂包括醇类、醚类、酮类或混合所述二种以上溶剂的至少其中之一。前述的无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层制造方法，其中 所述第一和第二含铜铟镓硒和/或硫混合粉末的IB IIIA VI元素的摩尔比例= 1.0 1.0 2.0。前述的无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层制造方法，其中所述 第三含铜铟镓硒和/或硫混合粉末的IB IIIA VI元素的摩尔比例=1.0 1.0 X， 其中X介于2. 0 4. 0。本发明主要利用调配铜铟镓硒和/或硫浆料时，除了原始使用正常比例的铜铟镓 硒和/或硫化合物以外，另外添加过量VIA族元素粉末，除可补充VIA族元素的含量外，也可以取代原使用的界面活性剂和粘接剂，将浆料涂布成两层以上涂层可使含IB/IIIA/VIA的化合物易于进行扩散和反应，生成黄铜矿结构的铜铟镓硒和/或硫的光吸收层。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明 无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层制造方法可达到相当的技术进步性 及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点1、不使用界面活性剂可避免残留含碳和氧界面活性剂，避免降低太阳能电池效率。2、将浆料涂布成两层以上涂层可使含IB/IIIA/VIA的化合物易于进行扩散和反 应成黄铜矿结构的铜铟镓硒和/或硫的光吸收层。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而 可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明 显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1是现有技术的铜铟镓硒太阳能电池结构示意图。图2是本发明无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层制造方法步骤 图。
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合 附图及较佳实施例，对依据本发明提出的无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收预 制层制造方法其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的较佳实施例 的详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式
的说明，当可对本发明为达成预定目 的所采取的技术手段及功效得一更加深入且具体的了解，然而附图仅是提供参考与说明之 用，并非用来对本发明加以限制。请参阅图2所示，本发明较佳实施例的一种无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或 硫光吸收预制层制造方法，包括下列步骤(1)依据配方比例，调配含IB、IIIA及VIA族元素的二成份、三成份或四成份粉末 以形成第一和第二含铜铟镓硒和/或硫混合粉末；(2)将第一含铜铟镓硒和/或硫混合粉末以原始VIA元素比例，再添加额外VIA族 元素粉末至该原始混合粉末中，并进行混合以形成第三含铜铟镓硒和/或硫混合粉末，使 最后涂布两层以上涂层后的总VIA族元素比例提高至VIA/IB比例> 2。(3)将第二和第三含铜铟镓硒和/或硫混合粉末添加易挥发溶剂以纳米研磨机分 别研磨成第一和第二铜铟镓硒和/或硫浆料。具体是，先使用1 5mm大尺度的氧化铝或 氧化锆研磨球和低温易挥发溶剂进行粗磨，再更换更小尺度0. 1 0. 5mm尺寸的氧化铝或 氧化锆研磨球和低温易挥发溶剂一起研磨至500nm以下纳米粉末浆料，混合完的二种以上 纳米粉末浆料可直接作为涂布用的铜铟镓硒和/或硫浆料。(4)将第一铜铟镓硒和/或硫浆料涂布在钼层上，形成第一铜铟镓硒和/或硫层；
(5)将第二铜铟镓硒和/或硫浆料涂布在第一铜铟镓硒和/或硫层上形成第二铜铟镓硒和/或硫层；(6)软烤使溶剂挥发形成铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层。所述IB族元素包括铜。所述IIIA族元素包括铟或镓或铟镓混合材料。所述VI族元素可为硒或硫或硒硫混合材料。所述溶剂包括醇类、醚类、酮类或混合所述二种以上溶剂的至少其中之一。所述第一和第二含铜铟镓硒和/或硫混合粉末的IB IIIA VI元素的摩尔比 例=1.0 1.0 2.0。即铜铟镓硒和/或硫原始总配方比例所包含的IB、IIIA及VIA族 元素的比例为IB IIIA VI的摩尔比例=1.0 1.0 2.0。其中IIIA族元素为纯铟、 纯镓或混合铟和镓的材料，另VIA族元素为纯硒、纯硫或混合硒和硫的材料，额外添加VI族 元素粉末，会使最后铜铟镓硒和/或硫混合预制层所包含的IB、IIIA及VIA族元素的比例 为IB IIIA VI的摩尔比例=1.0 1.0 X，且X为2. 0至4. 0之间，额外添加VIA族 元素的粉末的比例太低时，没有粘接效果，含VIA族元素粉末的比例太高时，反而降低铜铟 镓硒和/或硫吸收层对钼层所产生的粘接力，因此含VIA族元素粉末的比例需控制于上述 的较佳范围。具体涂布方法如下先将不含过量VIA元素的浆料涂布于含下电极的基板上，形 成较单层涂层薄的第一层涂层(例如原始单层会将涂层涂至约2 3μπι，若欲涂布三层， 则每层改成涂布约0. 7 1. 0 μ m)，再将含过量VIA元素的浆料涂布于含第一层涂层的基 板上，如有第三种以上不含过量VIA元素的浆料，再依次涂布于基板上，使最终涂层厚度和 原始单层涂层类似厚度，最后再进行软烤，使形成光吸收预制层，含两层以上涂布层的铜铟 镓硒和/或硫光吸收预制层，会比单层较厚预制层，在快速退火热处理(RTA)快速长晶过程 中，VIA族元素较易在上下涂布层间扩散以形成黄铜矿结构，且附有粘接能力的铜铟镓硒和 /或硫光吸收层，附着于下电极层上。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰 为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质 对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
一种无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层制造方法，用以在非真空下在钼层上形成均匀光吸收预制层，该方法包括(1)依据配方比例，调配含IB、IIIA及VIA族元素的二成份、三成份或四成份粉末以形成第一和第二含铜铟镓硒和/或硫混合粉末；(2)将第一含铜铟镓硒和/或硫混合粉末以原始VIA元素比例，再添加额外VIA族元素粉末至该原始混合粉末中，并进行混合以形成第三含铜铟镓硒和/或硫混合粉末；(3)将第二和第三含铜铟镓硒和/或硫混合粉末添加易挥发溶剂以纳米研磨机分别研磨成第一和第二铜铟镓硒和/或硫浆料；(4)将第一铜铟镓硒和/或硫浆料涂布在钼层上，形成第一铜铟镓硒和/或硫层；(5)将第二铜铟镓硒和/或硫浆料涂布在第一铜铟镓硒和/或硫层上形成第二铜铟镓硒和/或硫层；(6)软烤使溶剂挥发形成铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层。
2.根据权利要求1所述的无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层制造方 法，其特征在于所述IB族元素包括铜。
3.根据权利要求1所述的无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层制造方 法，其特征在于所述IIIA族元素包括铟或镓或铟镓混合材料。
4.根据权利要求1所述的无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层制造方 法，其特征在于所述VI族元素可为硒或硫或硒硫混合材料。
5.根据权利要求1所述的无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层制造方 法，其特征在于所述溶剂包括醇类、醚类、酮类或混合所述二种以上溶剂的至少其中之一。
6.根据权利要求1所述的无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层制造方 法，其特征在于所述第一和第二含铜铟镓硒和/或硫混合粉末的IB IIIA VI元素的摩 尔比例=1. O 1. O 2. O。
7.根据权利要求1所述的无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层制造方 法，其特征在于所述第三含铜铟镓硒和/或硫混合粉末的IB IIIA VI元素的摩尔比例 =1.0 1.0 X，其中 X 介于 2. 0 4. 0。
全文摘要
本发明涉及一种铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层的制造方法，特别是一种无粘接剂及活性剂的铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层制造方法(1)调配含IB、IIIA及VIA族元素的二成份、三成份或四成份，形成第一和第二混合粉末；(2)在第一混合粉末中添加VIA族元素粉末，成第三混合粉末；(3)将第二和第三混合粉末添加溶剂分别研磨成第一和第二浆料；(4、5)依序将第一浆料、第二浆料涂布在钼层上，形成第一铜铟镓硒和/或硫层和第二铜铟镓硒和/或硫层；(6)软烤形成铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层。不使用界面活性剂避免残留碳和氧而降低太阳能电池效率。
文档编号H01L31/18GK101820031SQ20101011149
公开日2010年9月1日 申请日期2010年2月11日 优先权日2010年2月11日
发明者林群福, 陈文仁 申请人:昆山正富机械工业有限公司