专利名称：薄膜太阳能电池的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种光吸收层的制备方法，尤其涉及一种铜铟镓硒光吸收层的制备方法。
背景技术：
由于具有低成本的优势，薄膜太阳能电池(thin film solar cell)逐渐成为发展太阳能发电不可获缺的要角之一。现今，有不同种类的半导体化合物被用来制作薄膜太阳能电池，其中使用铜(Copper)、铟Qndium)、镓(Gallium)、硒(klenium)化合物的铜铟镓硒太阳能薄膜电池(CIGS thin film solar cells)是最具效率的一种。因此，在不同种类的薄膜太阳能电池，CIGS太阳能薄膜电池的发展最受瞩目。CIGS薄膜太阳能电池使用的吸光材料为铜铟镓硒(CIGS)化合物半导体。CIGS层可以通过共蒸镀铜、铟、镓和硒来形成。以共蒸镀工艺制作的CIGS层，其光电转换效率可达 20.0% (为德国公司ZSW所生产的产品)。但是，共蒸镀工艺需要较高的温度，并且会浪费较多的材料。此外，共蒸镀工艺还需在高真空度下进行，且CIGS层的形成速度慢，效率低。 以共蒸镀工艺制作的CIGS层虽具有高光电转换效率，但却也有高工艺成本的问题。此外，CIGS层亦可利用溅镀铜、铟、镓和硒化(Selenization)来形成，但是由于在溅镀工艺中，铜、铟、镓和硒的比例受限于靶材，使得CIGS层在制作时，无法再做铜、铟、镓和硒的比例调整。倘若铜、铟、镓和硒的比例不适当，会影响CIGS太阳能薄膜电池的效率。图3显示一种以传统形成CIGS层的方法所形成的CIGS层。另一种传统形成CIGS 层的方法可先溅镀一铜层在基板上，然后再共蒸镀铟、镓和硒。在CIGS层总厚度不变的情形下，先溅镀一铜层，然后再共蒸镀铟、镓和硒，可降低共蒸镀所需的时间，而让整个工艺的时间缩短，降低制作成本。然而，在根据上述步骤所做的实验中可发现，由于此种方法需先形成一厚铜层，厚铜层容易在CIGS层与其下的阳极层间形成孔洞(如图3中箭头所示)，从而可能发生剥离(peeling)现象。图3是申请人按传统形成CIGS层的方法所形成的CIGS层，该方法记载于文献“应用于新型装置结构的均质高效的混合CIGS工艺(Uniform，High Efficiency，Hybrid CIGS Process with Application to Novel Device Structures) " -A. E. Delahoy, L.Chen, and B. Sang Energy Photovoltaics, Inc. Princeton, New Jersey 中。很明显厚铜层与其下的阳极层间的介面有孔隙，因此推论会于此处产生剥离。因此，本发明即为解决此一问题，而提出一种较佳的薄膜太阳能电池的制备方法。
发明内容
本发明的一目的是提供一种薄膜太阳能电池的制备方法，其可以较短的工艺时间制备CIGS光吸收层，降低制作成本。本发明的另一目的是提供一种制备方法，其可弹性调整铜、铟、镓和硒的比例，以制备高转换效率的CIGS光吸收层。
本发明的再一目的是提供一种制备方法，在该制备方法中，CIGS光吸收层的制备步骤内先形成一铜层，而该铜层形成后不会产生剥离的现象。根据前述种种目的，本发明一实施例揭示一种薄膜太阳能电池的制备方法，包含下列步骤形成一阳极层于一基板上；形成一铜层于该阳极层上；以及共沉积铜、铟、镓和硒于该铜层上，以形成一铜铟镓硒光吸收层。在一实施例中，铜层的铜量为在共沉积铜、铟、镓和硒的步骤中的铜量的一半以下。在一实施例中，铜层的厚度介于1000埃至2500埃。在一实施例中，形成一铜层于该阳极层上的步骤包含蒸镀或溅镀该铜层于该阳极层上。通过本发明的制备方法可在较短的工艺时间制备CIGS光吸收层，降低制作成本， 避免铜层产生剥离现象，同时可以获得高转换效率的铜铟镓硒光吸收层。上文已经概略地叙述本发明的技术特征及优点，以使下文的本发明详细描述得以获得较佳了解。构成本发明的权利要求范围标的的其它技术特征及优点将描述于下文。本发明所属技术领域中普通技术人员应可了解，下文揭示的概念与特定实施例可作为基础而相当轻易地予以修改或设计其它结构或工艺而实现与本发明相同的目的。本发明所属技术领域中普通技术人员亦应可了解，这类等效的建构并无法脱离所附的权利要求范围所提出的本发明的精神和范围。
图1显示本发明一实施例的薄膜太阳能电池的截面示意图；图2显示利用本发明一实施例的工艺所制作的CIGS光吸收层的照片；及图3显示一种以传统形成CIGS层的方法所形成的CIGS层。其中，附图标记说明如下1薄膜太阳能电池
11基板
12封装材料
13太阳能电池单元
22背电极
23铜铟镓硒光吸收层
24缓冲层
25绝缘层
26透明导电层
27上电极层
具体实施例方式
图1显示本发明一实施例的薄膜太阳能电池1的截面示意图。薄膜太阳能电池1 包含一基板11、一封装材料12，以及一太阳能电池单元13。封装材料12黏接基板11与太阳能电池单元13。太阳能电池单元13包含背电极22、一铜铟镓硒(CIGQ光吸收层23、一缓冲层对、一绝缘层25、一透明导电层26，以及一上电极层27。背电极22包含钼(Mo)，其可以通过溅镀工艺或蒸镀工艺等方法形成，其厚度可约为0.5 1.0 μ m。CIGS光吸收层23设置于基板11上，其厚度可约为1. 5 2.0 μ m。CIGS 光吸收层23包含铜(Copper)、铟(Indium)、镓(Gallium)、硒(Selenium)化合物。缓冲层24可包含硫化镉(CcK)，其厚度可约为0. 05 μ m。绝缘层25可包含氧化锌(SiO)，其厚度可约为0.1 μ m。绝缘层25可避免漏电流的问题。透明导电层沈可为透明导电氧化物 (transparent conductive oxides)，其可包含掺杂铝的氧化锌。透明导电层沈的厚度可介于0.5 1.5μπι之间。透明导电层沈可以通过溅镀方式制作。上电极层27可包含铝导线。基板11可以不锈钢或高分子材料制成，较佳地以玻璃制成。封装材料12用于结合基板11与太阳能电池单元13。封装材料12可包含热塑型高分子材料。在一实施例中， 封装材料12包含乙烯醋酸乙烯(ethylene vinyl acetate)。本发明另揭示一种薄膜太阳能电池的制备方法，其包含下列步骤首先提供一基板11。如前所述，基板11可以不锈钢或高分子材料制成，较佳地以玻璃制成。其次，在基板11上形成一阳极层。在一实施例中，阳极层可以通过溅镀工艺形成或以蒸镀工艺形成。阳极层的厚度可约0.5 1.0 μ m。阳极层可作为背电极以利于电洞传导，该阳极层包含金属钼。接着，形成一薄铜层于该阳极层上。在一实施例中，该铜层可以溅镀工艺来形成， 其厚度可介于1000埃至2500埃。在本实施例中，相较于厚度约为1.5 2. Oym的CIGS 光吸收层23，铜层厚度为薄。由于铜层厚度薄，故可避免发生铜层剥离(peeling)现象。然后，共沉积铜、铟、镓和硒于铜层上。在一实施例中，铜、铟、镓和硒共蒸镀于铜层上。在共蒸镀的工艺中，基板11的温度可高达400 650°C，因此在镀铜、铟、镓和硒共蒸时，铜层内的铜会与蒸镀的铜、铟、镓和硒形成铜铟镓硒化合物半导体。在本发明的工艺中， 在CIGS光吸收层23的总厚度不变的情形下，由于先镀一层铜，故可减少蒸镀的铜、铟、镓和硒所需的时间，从而使形成CIGS光吸收层23的工艺时间可缩短。通常，高效率的CIGS光吸收层23的组成落在Ga/(In+Ga) = 0. 3 0. 4和Cu/(In+Ga) = 0. 9 1。如此小范围的组成，共蒸镀较容易达成。是故，相较于先镀铜，后蒸镀铟、镓和硒的工艺，本发明的工艺更易达成前述的范围。再者，本发明的工艺具另一个优点，即在共蒸镀铜、铟、镓和硒的步骤， 可弹性调整铜、铟、镓和硒的比例，以获得高效率的CIGS光吸收层23。在一实施例中，铜层的铜量为在共沉积铜、铟、镓和硒的步骤中的铜量的一半以下。之后，在CIGS光吸收层23上，形成一作为缓冲层的硫化镉(CdS)薄膜。在一实施例中，硫化镉(CcK)薄膜可利用化学水浴工艺制作，其厚度可约为0.05 μ m。硫化锌或硫化铟亦可作为缓冲层的材料。再者，形成一绝缘层在硫化镉(CcK)薄膜之上。在一实施例中，绝缘层包含氧化锌。而在绝缘层上，可接着形成一导电层。图2显示利用本发明一实施例的工艺所制作的CIGS光吸收层的照片。从图2可看出，本发明先形成薄铜层，再共蒸镀铜、铟、镓和硒，以形成CIGS光吸收层的工艺方法，不会在CIGS光吸收层与阳极层之间形成孔洞。此可证明，本发明的工艺方法可避免铜层产生剥离现象。本发明所揭示的工艺，其是在阳极层上先形成一薄铜层，接着再共蒸镀铜、铟、镓和硒。如此的工艺可减少形成CIGS光吸收层的时间，且可避免阳极层上形成铜层的剥离问题。此外，本发明的工艺可在共蒸镀铜、铟、镓和硒的步骤中，弹性地调整铜、铟、镓和硒，以获得高转换效率的CIGS光吸收层。本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域普通技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为所附的权利要求范围所涵盖。
权利要求
1.一种薄膜太阳能电池的制备方法，包含下列步骤 形成一阳极层于一基板上；形成一铜层于该阳极层上；以及共沉积铜、铟、镓和硒于该铜层上，以形成一铜铟镓硒光吸收层。
2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该铜层的铜量为在共沉积铜、铟、镓和硒的步骤中的铜量的一半以下。
3.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该铜层的厚度介于1000埃至2500埃。
4.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该铜铟镓硒光吸收层的厚度介于1至2. 5微米。
5.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，形成一铜层于该阳极层上的步骤包含蒸镀或溅镀该铜层于该阳极层上。
6.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该阳极层包含钼。
7.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，还包含下列步骤 沉积一缓冲层于该铜铟镓硒光吸收层上；形成一绝缘层于该缓冲层上；以及形成一导电层于该绝缘层。
8.根据权利要求7所述的薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该缓冲层包含硫化镉、硫化锌或硫化铟。
9.根据权利要求7所述的薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该绝缘层包含氧化锌。
全文摘要
本发明提供一种薄膜太阳能电池的制备方法，包含下列步骤形成一阳极层于一基板上；形成一铜层于该阳极层上；以及共沉积铜、铟、镓和硒于该铜层上，以形成一铜铟镓硒光吸收层。通过本发明的制备方法可在较短的工艺时间制备铜铟镓硒光吸收层，降低制作成本，避免铜层产生剥离现象，同时可以获得高转换效率的铜铟镓硒光吸收层。
文档编号H01L31/18GK102163652SQ20111006292
公开日2011年8月24日 申请日期2011年3月11日 优先权日2011年1月17日
发明者李宗龙, 林信宏, 林信志, 章丰帆, 谢季桦 申请人:太阳海科技股份有限公司