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，尤其涉及一种不含界面活性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(CKS)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，为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、不绣钢板或塑料板，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程及非真空制程。真空制程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。非真空制程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。不过非真空制程仍具有制造设备简单且制程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)吸收层的非真空制程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。参阅图2，为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，以改善上述现有技术的问题。
发明内容
本发明针对现有技术的缺点，提供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。本发明所述的调配方法包括混合含有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族元素粉末包括纯硒、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。因此，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电池的钼层上，以形成供铜铟镓硒太阳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。
图1为现有技术中铜铟镓硒太阳能电池结构的示意图。图2为现有技术中铜铟镓硒浆料调配方法的流程图。图3为本发明所述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。
具体实施例方式以下配合说明书附图对本发明的实施方式做更详细的说明，以使本领域技术人员在研读本说明书后能据以实施。本发明的调配方法不需界面活性剂、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。参阅图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。 如图3所示，本发明的调配方法由步骤S 100开始，首先在步骤S 100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它粉末的分散媒介。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。以上所述仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的创作精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。
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族元素粉末当作还未熔化的其它粉末的分散媒介；最后，对该混合液体进行均勻搅拌，并持续一搅拌时间，至少半小时，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.如权利要求1所述的调配方法，其特征在于，该配方比例包括该IB、IIIA及VIA族元素的摩尔比例等于1.0 1.0 2.0。
3.如权利要求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.如权利要求1所述的调配方法，其特征在于，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.如权利要求1所述的调配方法，其特征在于，该第一加热温度低于300°C。
6.如权利要求1所述的调配方法，其特征在于，该搅拌时间为至少半小时。
全文摘要
本发明公开了一种不含界面活性剂及溶剂的铜铟镓硒浆料的调配方法，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H01L31/18GK102194916SQ201010116750
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月3日 优先权日2010年3月3日
发明者陈文仁 申请人:正峰新能源股份有限公司