专利名称：不含界面活性剂及溶剂的铜铟镓硒浆料的调配方法
技术领域：
本发明涉及一种铜铟镓硒浆料调配方法，特别是涉及一种不含界面活性剂、接着 剂及溶剂的铜铟镓硒浆料的调配方法。
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，无不挹注大 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。第一代太阳能模组包括单晶硅和多晶硅的太阳能模组，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、铜铟镓硒薄膜和碲化镉薄膜的第二代的薄膜太阳能模 组，在近几年已逐渐发展并成熟，其中又以铜铟镓硒(CKS)太阳能电池的转换效率最高 (单元电池可高达20%而模组约14% )，因此特别受到重视。请参阅图1所示，是现有技术铜铟镓硒或铜铟镓硒硫太阳能电池结构的示意图。 如图1所示，现有技术的铜铟镓硒或铜铟镓硒硫太阳能电池结构包括基板10、第一导电层 20、含IB、IIIA及VIA族元素的吸收层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、不绣钢板或塑胶板，第一导电层20 —般包括金属钼，当作背面电 极，含IB、IIIA及VIA族元素的吸收层30是包括适当比例的IB、IIIA及VIA族元素，当作 P型薄膜，为主要的光线吸收层，缓冲层40可包括硫化镉(CdS)，当作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(&ι0: Al)，用以连接正面电 极。上述铜铟镓硒或铜铟镓硒硫太阳能电池的制造方法主要依据铜铟镓硒或铜铟镓 硒硫吸收层的制造环境而分成真空制造工艺及非真空制造工艺。真空制造工艺包括溅镀法 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。非真空制造工 艺包括印刷法或电沉积法，缺点是技术仍不成熟，仍无较大面积的商品化产品。不过非真空 制造工艺仍具有制造设备简单且制造工艺条件容易达成的优点，而有相当的商业潜力。铜铟镓硒或铜铟镓硒硫吸收层的非真空制造工艺是先调配铜铟镓硒或铜铟镓硒 硫浆料或墨水(Ink)，用以涂布到钼层上。请参阅图2所示，是现有技术铜铟镓硒或铜铟镓硒硫浆料调配方法的流程图。如 图2所示，现有技术的铜铟镓硒或铜铟镓硒硫浆料调配方法是由步骤SlO开始，以适当比例 混合含IB、IIIA及VI族元素的二成份、三成份或四成份粉末以形成原始含铜铟镓硒或铜铟 镓硒硫混合粉末，再经步骤S20，添加适当比例的溶剂，并进行搅拌以形成原始铜铟镓硒或 铜铟镓硒硫浆料，最后在步骤S30中，添加接着剂(binder)或界面活性剂，如硅烷类，以提 高铜铟镓硒或铜铟镓硒硫吸收层和钼背面电极的接着性，并进行搅拌混合以形成最后铜铟 镓硒或铜铟镓硒硫浆料。
上述现有技术的缺点是，接着剂、界面活性剂和溶剂可能会残留在最后的铜铟镓 硒或铜铟镓硒硫吸收层内，造成铜铟镓硒或铜铟镓硒硫吸收层的含碳量和含氧量偏高，影 响铜铟镓硒或铜铟镓硒硫吸收层的光吸收特性，甚至影响效率。因此，需要一种不需加接着 剂、界面活性剂和溶剂的铜铟镓硒硫浆料调配方法，以改善上述习用技术的问题。
发明内容
本发明的主要目的在提供一种不含界面活性剂、接着剂及溶剂之铜铟镓硒浆料的 调配方法。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出 的一种不含界面活性剂及溶剂的铜铟镓硒浆料的调配方法，是不需界面活性剂及接着剂而 直接制作一铜铟镓硒浆料及一铜铟镓硒硫浆料的其中之一，用以涂布在一钼层上而形成一 铜铟镓硒吸收层及一铜铟镓硒硫吸收层的其中之一，该调配方法包括以下步骤首先，依据 一配方比例，混合含IB、IIIA及VIA族元素的二成份、三成份或四成份粉末，以形成一原始 混合粉末，且该IB族元素包括铜，该IIIA族元素包括铟或镓或铟镓混合材料，该VIA族元 素包括硒或硫或硒及硫混合材料；以一第一 VIA族元素比例，再添加额外的VIA族元素粉末 至该原始混合粉末中，并进行混合以形成一最后混合粉末；将该最后混合粉末加热至一第 一加热温度，藉以形成一混合液体，且该第一加热温度是在该VIA族元素的熔点以上，而熔 化的VIA族元素粉末是当作还未熔化的其他粉末的分散媒介；最后，对该混合液体进行均 勻搅拌，并持续一搅拌时间，藉以形成含有IB、IIIA及VIA族元素的一混合浆料，且该混合 浆料为该铜铟镓硒浆料及该铜铟镓硒硫浆料的其中之一。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的调配方法，其中中该配方比例系包括该IB、IIIA及VIA族元素的摩尔比例 等于 1. 0 1. 0 2. 0。前述的调配方法，其中该第一 VIA族元素比例包括该IB、IIIA及VIA族元素的摩 尔比例等于1.0 1.0 X，其中X为2.0至4.0之间。前述的调配方法，其中该额外的VIA族元素粉末可包含纯硒、纯硫或硒硫混合材 料。前述的调配方法，其中该第一加热温度低于300°C。前述的调配方法，其中该搅拌时间为至少半小时。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目 的，本发明提供了一种不含界面活性剂、接着剂及溶剂的铜铟镓硒浆料的调配方法，该调配 方法是包括混合含有IB、IIIA及VIA族元素的二成份、三成份或四成份粉末，形成原始混合 粉末，且IB族元素包括铜，IIIA族元素包括铟及镓而VIA族元素包括硒及硫，再添加额外 的VIA族元素粉末，包含纯硒、纯硫或硒硫混合粉末以形成最后混合粉末，接着加热至VIA 族熔点以上以形成混合液体，再经搅拌至少半小时，以形成含有IB、IIIA及VIA族元素的混 合浆料，该混合浆料可为包含铜、铟、镓及硒的铜铟镓硒浆料，或包含铜、铟、镓、硒及硫的铜 铟镓硒硫浆料。借由上述技术方案，本发明不含界面活性剂及溶剂的铜铟镓硒浆料的调配方法至 少具有下列优点及有益效果本发明的调配方法不仅利用额外的VIA族粉末取代界面活性剂及接着剂而对钼层形成稳定的接着力，而且藉加热熔化而不需使用溶剂，进而可直接 涂布在铜铟镓硒太阳能电池的钼层上，以形成供铜铟镓硒太阳能电池的光电转换用的吸收 层，且不会影响吸收层的光吸收特性及转换效率。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够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，并且为了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为现有技术的铜铟镓硒太阳能电池结构的示意图。图2为现有技术的铜铟镓硒浆料调配方法的流程图。图3为本发明不含界面活性剂及溶剂的铜铟镓硒浆料的调配方法的流程图。10:基板20:第一导电层30 吸收层40 缓冲层50:绝缘层60:第二导电层S10、S20、S30 现有技术浆料调配步骤S100、S110、S120、S130 本发明浆料调配步骤
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不含界面活性剂及溶剂的铜铟镓硒浆料的调配方 法其具体实施方式
、步骤、特征及其功效，详细说明如后。本发明的调配方法是不需界面活性剂、接着剂及溶剂，而以混合及加热方式调配 铜铟镓硒浆料或铜铟镓硒硫浆料。请参阅图3所示，是本发明不含界面活性剂及溶剂的铜铟镓硒浆料的调配方法的 流程图。如图3所示，本发明的调配方法是由步骤SlOO开始，首先在步骤SlOO中，依据配方 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混合粉末。上述配方比例所包含的IB、IIIA及VIA族元素的比例，是以摩尔比例表示成 1.0 1.0 2.0，其中IB族元素包括铜，IIIA族元素可为纯铟、纯镓或铟镓混合材料，另 外，VIA族元素可为纯硒、纯硫或硒硫混合材料。因此，原始混合粉末可包含铜、铟、镓及硒， 或可包含铜、铟、镓、硒及硫。接着在步骤SllO中，以第一 VIA族元素比例，再添加额外的VIA族元素粉末至原 始混合粉末中，使原始混合粉末中的VIA族元素比例提高至大于2倍的IB族元素比例，并 进行混合以形成最后混合粉末。该额外的VIA族元素粉末可包含纯硒、纯硫或硒硫混合材 料。第一 VIA族元素的比例是使最后混合粉末所包含的IB、IIIA及VIA族元素的比例 以摩尔比例表示成1.0 1.0 X，其中X为2.0至4.0之间。含VIA族元素的粉末的比例 太低时，对钼层没有接着效果，而含VIA族元素粉末的比例太高时，反而会降低对钼层的接 着力，因此含VIA族元素粉末的比例需控制于上述的较佳范围。接着进入步骤S120，将最后混合粉末加热至第一加热温度，藉以形成混合液体，且该第一加热温度是在所使用的VIA族元素的熔点以上。加热使最后混合粉末提高温度的目 的是使最后混合粉末中的VIA族元素粉末熔化，因所使用的VIA元素可为硒、硫或硒硫混合 物，所以第一加热温度可低于300°C，并且使熔化的VIA族元素粉末提供作为无法在此温度 下熔化的其他粉末的分散媒介。最后在步骤S130中，对混合液体进行均勻搅拌，并持续一段的搅拌时间，该搅拌 时间至少为半小时，藉以形成含有IB、IIIA及VIA族元素的混合浆料。混合浆料可包含铜、 铟、镓及硒，或可包含铜、铟、镓、硒及硫，因此，混合浆料可称为铜铟镓硒浆料或铜铟镓硒硫 浆料，不过一般习惯称为铜铟镓硒浆料。本发明的特点在于，不需溶剂而直接以加热方式熔化所使用的VIA元素粉末，亦 即硒及硫，进而当作还未熔化的粉末的分散媒介，以搅拌方式调配具流动性的铜铟镓硒浆 料，且可直接涂布至钼层上，形成铜铟镓硒太阳能电池中进行光吸收及光电转换用的吸收层。本发明的另一特点在于，不需添加界面活性剂及接着剂，而以额外的VIA元素粉 末取代，藉以增强对钼层的接着力，并可降低后续吸收层中的含碳量与含氧量，保持吸收层 的光吸收特性及转换效率。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方法及技术内容作出些许的更 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
1.一种不含界面活性剂及溶剂的铜铟镓硒浆料的调配方法，是不需界面活性剂及接着 剂而直接制作一铜铟镓硒浆料及一铜铟镓硒硫浆料的其中之一，用以涂布在一钼层上而形 成一铜铟镓硒吸收层及一铜铟镓硒硫吸收层的其中之一，其特征在于该调配方法包括以下 步骤首先，依据一配方比例，混合含IB、IIIA及VIA族元素的二成份、三成份或四成份粉末， 以形成一原始混合粉末，且该IB族元素包括铜，该IIIA族元素包括铟及镓，该VIA族元素 包括硒或包括硒及硫；以一第一 VIA族元素比例，再添加额外的VIA族元素粉末至该原始混合粉末中，并进行 混合以形成一最后混合粉末；将该最后混合粉末加热至一第一加热温度，藉以形成一混合液体，且该第一加热温度 是在该VIA族元素的熔点以上，而熔化的VIA族元素粉末是当作还未熔化的其他粉末的分 散媒介；最后，对该混合液体进行均勻搅拌，并持续一搅拌时间，藉以形成含有IB、IIIA及VIA 族元素的一混合浆料，且该混合浆料为该铜铟镓硒浆料及该铜铟镓硒硫浆料的其中之一。
2.根据权利要求1所述的调配方法，其特征在于其中该配方比例系包括该IB、IIIA及 VIA族元素的摩尔比例等于1.0 1.0 2.0。
3.根据权利要求1所述的调配方法，其特征在于该第一VIA族元素比例包括该IB、 IIIA及VIA族元素的摩尔比例等于1.0 1.0 X，其中X为2.0至4.0之间。
4.根据权利要求1所述的调配方法，其特征在于其中该额外的VIA族元素粉末可包含 纯硒、纯硫或硒硫混合材料。
5.根据权利要求1所述的调配方法，其特征在于其中该第一加热温度低于300°C。
6.根据权利要求1所述的调配方法，其特征在于其中该搅拌时间为至少半小时。
全文摘要
本发明是有关一种不含界面活性剂及溶剂的铜铟镓硒浆料的调配方法，是混合含有IB、IIIA及VIA族元素的二成份、三成份或四成份粉末，形成原始混合粉末，再添加额外的VIA族元素粉末以形成最后混合粉末，接着加热再经搅拌以形成含有IB、IIIA及VIA族元素的混合浆料，该混合浆料包含铜、铟、镓及硒，或包含铜、铟、镓、硒及硫，不仅利用额外的硒粉末取代界面活性剂及接着剂而对钼层形成稳定的接着力，而且不需使用溶剂，进而可直接涂布在铜铟镓硒太阳能电池的钼层上以形成光电转换用的吸收层，而不会影响吸收层的光吸收特性及转换效率。
文档编号B22F1/00GK102145385SQ20101011116
公开日2011年8月10日 申请日期2010年2月10日 优先权日2010年2月10日
发明者杨益郎, 林群福, 陈文仁 申请人:昆山正富机械工业有限公司