专利名称：一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能光吸收层的制造方法，特别是涉及一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法。
背景技术：
近年来，随着国际油价高涨及环保意识的抬头，绿色能源已成为新能源的主流，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。请参阅图1所示，是现有习用技术的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，现有习用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、铜铟镓硒或铜铟镓硒(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，铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)吸收层30包括适当比例的铜、铟、镓及硒，当作ρ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(Ζη0:Α1)，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工艺及非真空工艺。真空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。不过非真空工艺仍具有 制造设备简单且工艺条件容易达成的优点，因而具有相当的商业潜力。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。现有习用技术铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)浆料调配是先以适当比例混合含混合 IB、IIIA及VIA族元素的氧化物以形成原始含铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)混合的氧化物粉 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或铜铟镓硒(硫)浆料，最后 添加接着剂(binder)或界面活性剂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。上述现有习用技术的缺点是，欲将氧化物中的氧去除时，需在极高温度下使用氢 气还原该氧化物，同时需使用硒化氢进行硒化过程，不但会提高设备成本，且硒化氢毒性很强，若不小心使用会有致死的危险，同时若还原过程中，仍有氧分子残留在最后的铜铟镓硒 或铜铟镓硒(硫)吸收层内，会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，需要一种不需高温还原和硒化等的工艺，使用便宜且简单的设备即可沉积 以制造铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)太阳能电池的光吸收层的方法。由于一般使用的纳米金属或金属化合物粉末皆是使用圆球状颗粒，这些圆球状颗 粒在堆叠时，易产生空隙，因此需要一种含不同形状材料的颗粒填补空隙，使堆叠更紧密， 以提高膜的致密性。由此可见，上述现有的非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法在方 法及使用上，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用的设计被发展完成， 而一般方法及产品又没有适切的方法及结构能够解决上述问题，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非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方 法，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。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的 方法存在的缺陷，而提供一种新的非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法， 所要解决的技术问题是使其主要在调配铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)浆料时，使用含IB、IIIA 及VIA族元素化合物的材料，其中含至多不超过50 %的薄片状材料，其余材料形状可为球 状或不规则状，再搭配溶剂或相关添加剂搅拌均勻，以配成含铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)浆 料，再使用非真空涂布法如刮刀涂布、狭缝涂布法、超音波喷涂法、电镀法或网印法等涂布 成光吸收层的前驱层，再经快速退火热处理(Rapid thermalannealing,RTA)后形成光吸收 层，非常适于实用。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 出的一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法，用以在非真空环境下制作 铜铟镓硒浆料，该铜铟镓硒浆料是用以涂布在一钼层上而形成一吸收层，该方法系包括以 下步骤首先，依据一配方比例，混合具有薄片形状和其他形状且含IB、IIIA和VIA族元素 的二个成份或三 个成份或四个成份的粉末材料，以形成含铜铟镓硒的原始混合粉末，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 硒硫混合材料；接着，以原始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；之后，添加溶剂至该最后混合粉末中并进行搅 拌，藉以形成含有IB、IIIA及VIA族元素的铜铟镓硒浆料；然后，以非真空涂布法将上述铜 铟镓硒浆料涂布在钼金属层上，软烤后形成铜铟镓硒光吸收前驱层；以及最后，经快速退火 炉以快速升温速率，将含铜铟镓硒光吸收前驱层的基板加热退火长晶以形成光吸收层。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。前述的一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法，其中 所述的原始混合粉末的配方比例是包括该IB、IIIA及VIA族元素的莫耳比例等于 0.9-1.0 1.0 2.0。前述的一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法，其中所述的最后混合粉末的比例是包括该IB、IIIA及VIA族元素的莫尔比例等于1.0 1.0 X，其中X 为2.0至4.0之间。 前述的一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法，其中所述的薄 片形状材料占总材料的体积比例小于50%。前述的一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法，其中所述的溶 剂包括醇类、醚类、酮类或混合上述二种以上溶剂的至少其中之一。前述的一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法，其中所述的非 真空涂布法可为刮刀涂布、狭缝涂布法、超音波喷涂法、电镀法或网印法其中之一。前述的一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法，其中所述的快 速退火炉的升温速率介于每分钟升温10 50°C。前述的一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法，其中所述的快 速退火炉的操作温度介于400 800°C。前述的一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法，其中所述的快 速退火炉的操作时间介于5-50分钟。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 明一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法至少具有下列优点及有益效 果一、本发明由于不使用高温还原法，节省设备成本。二、本发明由于不使用硒化法，避免了使用危险的硒化氢。三、本发明由于使用不同形状的颗粒，提高了所生成膜的致密性。综上所述，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是现有习用技术的铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)太阳能电池结构的示意图。图2是本发明一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法的示意 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一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收 层的方法其具体实施方式
、方法、步骤、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，在以下配合参考图式的较佳实 施例的详细说明中将可清楚呈现。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获得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与 说明之用，并非用来对本发明加以限制。
请参阅图2所示，图2是本发明一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收 层的方法的示意图。本发明的一种非真空环境下配置铜铟镓硒(硫)浆料制作光吸收层的 方法是首先执行步骤S10，计算需求铜铟镓硒(硫)的配方比例，混合使用含IB、IIIA及VIA 族元素的二个成份或三个成份或四个成份的粉末的材料，以形成含铜铟镓硒(硫)的原始 混合粉末，其中含至多不超过50%的薄片状材料，其余材料的形状可为球状或不规则状，铜 铟镓硒(硫)的配方比例所包含的IB、IIIA及VIA族元素的比例为IB IIIA VIA族元 素的莫耳比例=0.9-1.0 1.0 2.0。其中IB族元素可为铜，IIIA族元素可为纯铟、纯 镓或混合铟和镓的材料，另外VIA族元素可为纯硒、纯硫或混合硒和硫的材料。另外在高温RTA过程中，硒成份可能会减少，因此，可接着执行步骤S20，在原始浆 料中以原始VIA族元素比例，再添加额外的VIA族元素粉末，并进行混合以形成一最后混合 粉末，较佳的是添加纯VIA族元素粉末，使最后铜铟镓硒(硫)混合粉末所包含的IB、IIIA 及VIA族元素的比例为IB IIIA VIA的莫耳比例=0.9-1.0 1.0 X，且X为2.0至 4. 0之间，当含VIA族元素粉末的比例太低时，没有接着效果，当含VIA族元素粉末的比例太 高时，反而降低铜铟镓硒(硫)吸收层对钼层所产生的接着力，因此含VIA族元素粉末的比 例需控制在上述的较佳范围。之后执行步骤S30，添加醇类、醚类、酮类等单一溶剂或混合 上述两种以上的混合 溶剂作为混合媒介，并添加如NaI或不同性质的界面活性剂搅拌均勻以完成浆料的调配， 藉以形成含有IB、IIIA及VIA族元素的铜铟镓硒(硫)浆料，作为光吸收前驱层的材料。然后执行步骤S40，以非真空涂布法如刮刀涂布、狭缝涂布法、超音波喷涂法、电镀 法或网印法将上述铜铟镓硒(硫)浆料涂布在以真空溅镀法溅镀的钼金属层上，软烤后形 成铜铟镓硒光吸收前驱层。最后执行步骤S50，经快速退火炉以每秒钟10-50°C的升温速率，快速将基板温度 升至400-800°C进行5-50分钟加热退火长晶以形成光吸收层。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。
权利要求
一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法，其特征在于其是用以在非真空环境下制作铜铟镓硒浆料，该铜铟镓硒浆料是用以涂布在一钼层上而形成一吸收层，该方法系包括以下步骤首先，依据一配方比例，混合具有薄片形状和其他形状且含IB、IIIA和VIA族元素的二个成份或三个成份或四个成份的粉末材料，以形成含铜铟镓硒的原始混合粉末，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硫混合材料；接着，以原始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；之后，添加溶剂至该最后混合粉末中并进行搅拌，藉以形成含有IB、IIIA及VIA族元素的铜铟镓硒浆料；然后，以非真空涂布法将上述铜铟镓硒浆料涂布在钼金属层上，软烤后形成铜铟镓硒光吸收前驱层；以及最后，经快速退火炉以快速升温速率，将含铜铟镓硒光吸收前驱层的基板加热退火长晶以形成光吸收层。
2.根据权利要求1所述的一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法， 其特征在于其中所述的原始混合粉末的配方比例是包括该IB、IIIA及VIA族元素的莫耳比 例等于 0.9-1.0 1.0 2.0。
3.根据权利要求1所述的一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法， 其特征在于其中所述的最后混合粉末的比例是包括该IB、IIIA及VIA族元素的莫尔比例等 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所述的一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法， 其特征在于其中薄片形状材料占总材料的体积比例小于50%。
5.根据权利要求1所述的一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法， 其特征在于其中所述的溶剂包括醇类、醚类、酮类或混合上述二种以上溶剂的至少其中之一.
6.根据权利要求1所述的一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法， 其特征在于其中所述的非真空涂布法为刮刀涂布、狭缝涂布法、超音波喷涂法、电镀法或网 印法其中之一。
7.根据权利要求1所述的一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法， 其特征在于其中所述的快速退火炉的升温速率介于每分钟升温10 50°C。
8.根据权利要求1所述的一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法， 其特征在于其中所述的快速退火炉的操作温度介于400 800°C。
9.根据权利要求1所述的一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法， 其特征在于其中所述的快速退火炉的操作时间介于5-50分钟。
全文摘要
本发明是有关于一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法，其主要是在调配铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)浆料时，使用含IB、IIIA及VIA族元素化合物的材料，其中含至多不超过50％的薄片状材料，其余材料形状可为球状或不规则状，再搭配溶剂或相关添加剂搅拌均匀，以配成含铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)浆料，再使用非真空涂布法如刮刀涂布、狭缝涂布法、超音波喷涂法、电镀法或网印法等涂布成光吸收层的前驱层，再经快速退火热处理后形成光吸收层。本发明由于不使用高温还原法和硒化法，节省了设备成本并避免了使用危险的硒化氢，同时由于使用不同形状的颗粒，提高所生成膜的致密性。
文档编号H01L31/18GK101820032SQ201010111510
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
发明者杨益郎, 陈文仁 申请人:昆山正富机械工业有限公司