专利名称：不含界面活性剂的太阳能吸收层浆料的制造方法及应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能吸收层的浆料的制造方法，特别是涉及一种不需添加界面 活性剂及接着剂等添加物，且可提高浆料中粉体的粒度均勻性的太阳能吸收层粉末浆料的 制造方法及其所制作的该浆料和太阳能吸收层。
背景技术：
随着地球暖化的日益严重，绿色能源的开发逐渐受到重视。而太阳能的利用已达 到产业应用的规模，其中，第一代太阳能模组主要利用单晶硅和多晶硅的技术，其光电转换 效率高且量产技术成熟，但因为材料成本高，使得后续的量产受到限制。因此，以非晶硅薄 膜、铜铟镓硒薄膜和碲化镉薄膜为主的第二代薄膜太阳能模组，在近几年已逐渐发展并成 熟，其中又以铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池特别受到重视，因其高转换效率及其可挠式特性 受到产业的青睐。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)吸收层的工艺而区分成真空工艺及非真空工艺。真空工艺包括溅镀法或蒸镀法 等，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；而非真空工艺利用涂 布方法、印刷法或电沉积法等，其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。目前，以非真空工艺中所使用的铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)浆料，需添加接着剂 (binder)或界面活性剂，如硅烷类化合物，以提高铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)吸收层和钼电 极的接着性；然而，接着剂、界面活性剂等添加物可能会残留在成膜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，甚至影响太阳能电池的效率。再者，在混拌上述粉末/浆料的过程中，通常需要选择粒度均勻的粉体，以达到均 勻分散粉体而使膜层结构较佳的功能。然而，传统的粉体研磨并无法有效制作出粒度均勻 的纳米粉体，故可能导致所涂布成型的吸收层的结构出现缺陷。本案发明人有鉴于上述习用的显示系统装置于实际施用时的缺失，且积累个人 从事相关产业开发实务上多年的经验，精心研究，终于提出一种设计合理且有效改善上述 问题的结构。由此可见，上述现有的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法在方法与使用上，显然 仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费 尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适切的方法能够解决上述问题，此显然是相 关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆 料的制造方法及其所制作的该浆料和太阳能吸收层，实属当前重要研发课题之一，亦成为 当前业界极需改进的目标。有鉴于上述现有的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法存在的缺陷，本发明人基于 从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研
3究创新，以期创设一种新的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法及其所制 作的该浆料和太阳能吸收层，能够改进一般现有的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，使 其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具 实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法存在的缺 陷，而提供一种新的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，所要解决的技 术问题是使其将过量的VIA族元素粉末添加于原始的混合粉末中，以提高VIA族元素所占 的比例，并利用上述过量的VIA族元素粉末提供界面活性剂或接着剂的作用，故可解决传 统界面活性剂或接着剂残留于膜层中所导致的太阳能电池效率不佳的问题，非常适于实 用。本发明的另一目的在于，提供一种新的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料 的制造方法及其所制作的该浆料和太阳能吸收层，所要解决的技术问题是使其利用多阶段 的研磨，以得到粒度较均勻的纳米粉体其浆料，本发明可利用粒度较均勻的纳米粉体其浆 料喷涂于制作电极上，以制作结构特性较佳的膜层，进以提高太阳能电池的效率，从而更加 适于实用。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的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其包括以下步骤混合含IB族、IIIA族及VIA族元素的二成份、三成份或四成份粉末以形成原始含 IB族、IIIA族及VIA族元素的一混合粉末，且该混合粉末中的IB族、IIIA族及VIA族元素 具有一第一组成比例；在该混合粉末中添加额外的VIA族元素粉末，并进行混合，以形成一最后混合粉 末，且该最后混合粉末中的IB族、IIIA族及VIA族元素具有一第二组成比例，其中该最后 混合粉末中的VIA族元素所占的比例大于该混合粉末中的VIA族元素所占的比例；以及将该最后混合粉末进行多阶段的研磨步骤，以形成具有均勻粒度的纳米等级的太 阳能吸收层粉末浆料。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。前述的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其中所述的混合粉 末中的第一组成比例为IB族IIIA族VIA族元素的莫耳比例=1.0 1.0 2.0。前述的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其中所述的最后混 合粉末中的第二组成比例为IB族IIIA族VIA族元素的莫耳比例=1.0 1.0 X，其 中X介于2.0至4.0之间。前述的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其中所述的多阶段 的研磨步骤至少包括以下步骤利用第一尺寸的研磨件将该最后混合粉末进行第一阶段研 磨步骤；以及利用第二尺寸的研磨件将该最后混合粉末进行第二阶段研磨步骤，以形成纳 米等级的太阳能吸收层粉末浆料。前述的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其中所述的第一尺 寸的研磨件为粒径1至5公厘的氧化铝或氧化锆研磨球；该第二尺寸的研磨件为粒径0. 1至0. 5公厘的氧化铝或氧化锆研磨球。前述的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其中在第二阶段研 磨的步骤中，更添加易挥发的溶剂于该最后混合粉末中，以形成平均粒径在500纳米以下 的太阳能吸收层粉末浆料。前述的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其中所述的IIIA 族元素为铟元素、镓元素、或铟元素与镓元素的组合。前述的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其中所述的VIA族 元素可为硒元素、硫元素或硒元素与硫元素的组合。前述的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其中所述的太阳能 吸收层粉末浆料为铜铟镓硒浆料或铜铟镓硒(硫)浆料。本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出一 种应用所述的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法所制作成的太阳能吸 收层粉末浆料及其太阳能吸收层。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。本发明的主要目的，在于提供一种太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其将过量 的VIA族元素粉末添加于原始的混合粉末中，以提高VIA族元素所占的比例，并利用上述过 量的VIA族元素粉末提供界面活性剂或接着剂的作用，故可解决传统界面活性剂或接着 剂残留于膜层中所导致的太阳能电池效率不佳的问题。本发明的再一目的，在于提供一种太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其利用多 阶段的研磨，以得到粒度较均勻的纳米粉体其浆料，换言之，本发明可利用粒度较均勻的纳 米粉体其浆料喷涂于制作电极上，以制作结构特性较佳的膜层，进以提高太阳能电池的效率。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的太阳能吸收 层粉末浆料的制造方法，包含以下步骤步骤一混合含IB族、IIIA族及VIA族元素的二成份、三成份或四成份粉末以形 成原始含IB族、IIIA族及VIA族元素的一混合粉末，且该混合粉末中的IB族、IIIA族及 VIA族元素具有第一组成比例；步骤二 在该混合粉末中添加额外的VIA族元素粉末，并进行混合，以形成一最后 混合粉末，且该最后混合粉末中的IB族、IIIA族及VIA族元素具有一第二组成比例，其中 该最后混合粉末中的VIA族元素所占的比例大于该混合粉末中的VIA族元素所占的比例； 以及步骤三进行多阶段的研磨步骤。在一具体实施例中，IB族中的铜元素、IIIA族中的纯铟元素、纯镓元素、或混合铟 元素与镓元素的材料、VIA族中的纯硒元素、纯硫元素或混合硒元素与硫元素的材料可用以 组成上述混合粉末，并以本发明的制造方法制作成铜铟镓硒(硫)浆料，更可应用该浆料涂 布形成太阳能吸收层。再者，上述步骤三的多阶段的研磨步骤至少包括利用两种不同尺寸 大小的研磨件进行两阶段的研磨步骤，以使纳米粉体的粒度均勻化。借由上述技术方案，本发明不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法 及其所制作的该浆料和太阳能吸收层至少具有下列优点及有益效果
1、本发明提供一种太阳能吸收层的浆料的制造方法，该方法于初始混合粉末中再 额外添加过量的VIA族元素粉末，该过量的VIA族元素粉末可用以取代传统添加物，如界面 活性剂或接着剂等，换言之，本发明不需添加界面活性剂或接着剂仍可保持吸收层与第一 导电层(金属钼)的接着性，同时可解决界面活性剂或接着剂残留于吸收层中，所造成的光 吸收特性不佳的问题。2、本发明的制造方法利用多阶段研磨方式以得到粒度均勻的纳米粉体及其浆料， 而上述高均勻性的纳米粉体浆料可用于制作太阳能吸收层，故其所涂布的膜层具有高结构 特性，进而提高太阳能电池的工作效率。综上所述，本发明是有关于一种不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造 方法及其所制作的该浆料和太阳能吸收层，包含有如下步骤混合含IB族、IIIA族及VIA 族元素的二成份、三成份或四成份粉末以形成原始含IB族、IIIA族及VIA族元素的一混合 粉末；在该混合粉末中添加额外的VIA族元素粉末，并进行混合，以形成一最后混合粉末； 进行多阶段的研磨步骤，以提高粉体的粒度均勻性。本发明利用上述过量的VIA族元素粉 末提供界面活性剂或接着剂的作用，使本发明的浆料不需添加界面活性剂或接着剂；利用 多阶段研磨方式以得到粒度均勻的纳米粉体及其浆料，藉以提高浆料成型的膜层的结构特 性。本发明在技术上有显著的进步，具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设 计。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为本发明的流程方块图。图2为太阳能电池结构的示意图。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SlOl S107 浆料配置步骤
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的太阳能吸收层粉末浆料的制造 方法及其所制作的该浆料和太阳能吸收层其具体实施方式
、方法、步骤、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，在以下配合参考图式的较佳实 施例的详细说明中将可清楚的呈现。为了方便说明，在以下的实施例中，相同的元件以相同
6的编号表示。本发明提出一种太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其提供一种不含界面活性剂 的太阳能吸收层粉末浆料，以解决传统添加界面活性剂所导致太阳能吸收层中残留大量含 碳量和含氧量，而降低太阳能电池的吸收层的光吸收特性的问题。再者，本发明更将混合粉 末进行多阶段的研磨，以得到粒度较均勻的纳米粉体及其浆料。本发明的具体实施例以含IB族、IIIA族及VIA族材料所制作的太阳能吸收层的 浆料作为说明内容，例如铜铟镓硒(简称CIGS)浆料或铜铟镓硒(硫)浆料，但不以上述为限。请参考图1，首先，在步骤SlOl中，将含IB族、IIIA族及VIA族元素的二成份、三 成份或四成份粉末加以混合以形成原始含IB族、IIIA族及VIA族元素的一混合粉末。在 本具体实施例中，本发明可选择IB族中的铜元素、IIIA族中的纯铟元素、纯镓元素、或混合 铟元素与镓元素的材料、VIA族中的纯硒元素、纯硫元素或混合硒元素与硫元素的材料，以 形成上述混合粉末，例如可选择含不同平均粒径的IB族、IIIA族及VIA族元素的二成份、 三成份或四成份粉末加以混合，但不以上述为限；且在本步骤的初始混合步骤中，该混合粉 末的IB族、IIIA族及VIA族元素具有第一组成比例，例如IB族IIIA族VIA族元素的 莫耳比例=1.0 1.0 2.0，换言之，在原始的混合粉末中，VIA族元素与IB族元素的莫 耳比为2。接着，步骤S103在该混合粉末中添加额外的VIA族元素粉末，上述额外添加的VIA 族元素粉末除了具有补充原始的混合粉末中VIA族元素含量的功效外，更可取代传统使用 的界面活性剂或接着剂等添加物，故使本发明的浆料不需额外添加传统的界面活性剂或接 着剂。同于步骤SlOl所添加的元素粉末组成，在本步骤中所添加的VIA族元素粉末可为纯 硒元素粉末、纯硫元素粉末或混合硒元素与硫元素的粉末，但不以上述为限。在本混合步骤 之后，可形成一最后混合粉末，且该最后混合粉末中的IB族、IIIA族及VIA族元素具有一 第二组成比例，例如IB族IIIA族VIA族元素的莫耳比例=1.0 1.0 X，其中，X介 于2. 0至4. 0之间；换言之，在该最后混合粉末中，VIA族元素与IB族元素的莫耳比大于2， 因此，藉由额外添加VIA族元素粉末，以使该最后混合粉末中的VIA族元素所占的比例大于 该混合粉末中的VIA族元素所占的比例，而上述额外添加的VIA族元素即可取代传统界面 活性剂或接着剂的接着功能。根据本发明所进行的实验，额外添加的VIA族元素的比例需加以控制，比例过低， 无法达成接着效果；而添加比例过高，则会导致所制作的铜铟镓硒(硫)吸收层对于电池中 的下电极(钼层)的接着力降低。接着，针对上述最后混合粉末进行多阶段的研磨步骤，以利用不同尺寸大小的研 磨件进行上述粉体的研磨，而本具体实施例将最后混合粉末进行至少两阶段的研磨步骤S105则为第一阶段研磨步骤，该最后混合粉末置入纳米球磨机，以利用较大 的第一尺寸氧化铝或氧化锆研磨球针对最后混合粉末进行研磨，在本具体实施例中，该氧 化铝或氧化锆研磨球的粒径约为1至5公厘。而步骤S107则为第二阶段研磨步骤，其以利用较小的第二尺寸氧化铝或氧化锆 研磨球针对最后混合粉末进行研磨，在本具体实施例中，该氧化铝或氧化锆研磨球的粒径 约为0. 1至0.5公厘。再者，在此步骤中，更将低温易挥发的溶剂添加于研磨中的最后混合
7粉末，以形成平均粒径在500纳米以下的太阳能吸收层粉末浆料。另一方面，本发明更提出一种以上述的制造方法制成的太阳能吸收层浆料及其太 阳能吸收层，如图2所示，太阳能电池结构包括基板10、第一导电层20、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可包括金属钼，其用以作为背面电极；吸收层30则可由上述制造方法所制作的浆 料涂布、喷涂等非真空工艺成型于第一导电层20上而形成含有适当比例的IB、IIIA及VIA 族元素的膜层，其用以作为P型薄膜，为主要的光吸收层；缓冲层40可包括硫化镉(CdS)， 其用以作为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。因此，利用上述浆料涂布、喷涂于第一导电层20上而 形成含有适当比例的IB、IIIA及VIA族元素的膜层中不含有界面活性剂、接着剂所残留的 碳、氧，故可提高吸收层30的光吸收特性及能量转换效率；且，上述浆料中的粉体具有高均 勻性的粒度，故吸收层30具有较佳的结构特性。综上所述，本发明具有下列诸项优点1、本发明提供一种太阳能吸收层的浆料的制造方法，该方法于初始混合粉末中再 额外添加过量的VIA族元素粉末，该过量的VIA族元素粉末可用以取代传统添加物，如界面 活性剂或接着剂等，换言之，本发明不需添加界面活性剂或接着剂仍可保持吸收层与第一 导电层(金属钼)的接着性，同时可解决界面活性剂或接着剂残留于吸收层中，所造成的光 吸收特性不佳的问题。2、本发明的制造方法利用多阶段研磨方式以得到粒度均勻的纳米粉体及其浆料， 而上述高均勻性的纳米粉体浆料可用于制作太阳能吸收层，故其所涂布的膜层具有高结构 特性，进而提高太阳能电池的工作效率。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。
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权利要求
一种不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其特征在于其包括以下步骤混合含IB族、IIIA族及VIA族元素的二成份、三成份或四成份粉末以形成原始含IB族、IIIA族及VIA族元素的一混合粉末，且该混合粉末中的IB族、IIIA族及VIA族元素具有一第一组成比例；在该混合粉末中添加额外的VIA族元素粉末，并进行混合，以形成一最后混合粉末，且该最后混合粉末中的IB族、IIIA族及VIA族元素具有一第二组成比例，其中该最后混合粉末中的VIA族元素所占的比例大于该混合粉末中的VIA族元素所占的比例；以及将该最后混合粉末进行多阶段的研磨步骤，以形成具有均匀粒度的纳米等级的太阳能吸收层粉末浆料。
2.根据权利要求1所述的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其特 征在于其中所述的混合粉末中的第一组成比例为IB族IIIA族VIA族元素的莫耳比例 =1. 0 1. 0 2. 0。
3.根据权利要求2所述的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其特 征在于其中所述的最后混合粉末中的第二组成比例为IB族IIIA族VIA族元素的莫耳 比例=1.0 1.0 X，其中X介于2.0至4.0之间。
4.根据权利要求3所述的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其特 征在于其中所述的多阶段的研磨步骤至少包括以下步骤利用第一尺寸的研磨件将该最后混合粉末进行第一阶段研磨步骤；以及利用第二尺寸的研磨件将该最后混合粉末进行第二阶段研磨步骤，以形成纳米等级的 太阳能吸收层粉末浆料。
5.根据权利要求4所述的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其特 征在于其中所述的第一尺寸的研磨件为粒径1至5公厘的氧化铝或氧化锆研磨球；该第二 尺寸的研磨件为粒径0. 1至0. 5公厘的氧化铝或氧化锆研磨球。
6.根据权利要求5所述的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其特 征在于其中在第二阶段研磨的步骤中，更添加易挥发的溶剂于该最后混合粉末中，以形成 平均粒径在500纳米以下的太阳能吸收层粉末浆料。
7.根据权利要求3所述的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其特 征在于其中所述的IIIA族元素为铟元素、镓元素、或铟元素与镓元素的组合。
8.根据权利要求3所述的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其特 征在于其中所述的VIA族元素可为硒元素、硫元素或硒元素与硫元素的组合。
9.根据权利要求3所述的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法，其特 征在于其中所述的太阳能吸收层粉末浆料为铜铟镓硒浆料或铜铟镓硒(硫)浆料。
10.一种应用权利要求1所述的不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法 所制作成的太阳能吸收层粉末浆料及其太阳能吸收层。
全文摘要
本发明是有关于一种不含界面活性剂的太阳能吸收层粉末浆料的制造方法及其所制作的该浆料和太阳能吸收层，包含有如下步骤混合含IB族、IIIA族及VIA族元素的二成份、三成份或四成份粉末以形成原始含IB族、IIIA族及VIA族元素的一混合粉末；在该混合粉末中添加额外的VIA族元素粉末，并进行混合，以形成一最后混合粉末；进行多阶段的研磨步骤，以提高粉体的粒度均匀性。本发明利用上述过量的VIA族元素粉末提供界面活性剂或接着剂的作用，使本发明的浆料不需添加界面活性剂或接着剂；利用多阶段研磨方式以得到粒度均匀的纳米粉体及其浆料，藉以提高浆料成型的膜层的结构特性。
文档编号H01L31/032GK101901852SQ20101011148
公开日2010年12月1日 申请日期2010年2月11日 优先权日2010年2月11日
发明者杨益郎, 林群福, 陈文仁 申请人:昆山正富机械工业有限公司