专利名称：太阳电池的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳电池的制作方法，且尤其涉及一种铜铟镓硒(CIGS)型太阳电池的制作方法。
背景技术：
太阳能是一种干净无污染而且取的不尽用的不竭的能源，在解决目前石化能源所面临的污染与短缺的问题时，一直是最受瞩目的焦点。在众多太阳光电技术中，相较于硅晶太阳电池，铜铟镓硒(Copper Indium Gallium Diselenide，CIGS)型太阳电池只需极小部份的硅原料，而转换效率可以达到20%，且在生产过程中消耗的能源为传统硅基太阳电池的一半，因此铜铟镓硒(Copper Indium Gallium Diselenide, CIGS)型太阳电池具备高光电转换效率以及低成本等优势，而受到市场重视。在习知铜铟镓硒型太阳电池中，形成铜铟镓硒的真空工艺技术包括共蒸镀 (Co-evaporation)、硒化(Selenization)、溅镀(Sputtering)等。图 1 绘示习知一种铜铟镓硒型太阳电池中铜铟镓硒层与缓冲层的结构示意图。请参照图1，铜铟镓硒型太阳电池 100中的铜铟镓硒层110例如是以硒化的真空工艺制作而成，如图1所示，结晶化的铜铟镓硒层110表面粗糙，致使制作于其上的缓冲层120无法顺利成膜。为了避免前述缓冲层无法在铜铟镓硒层110表面顺利成膜，缓冲层120必须使用化学浴沉积法(Chemical Bath Deposition)加以制作。然而，化学浴沉积法属于湿式工艺， 不利于量产。此外，由于习知铜铟镓硒层110的表面的能隙较低，导致习知铜铟镓硒型太阳电池100的开路电压(Voc)低下。
发明内容
本发明提供一种太阳电池的制造方法，其有利于生产元件特性较佳的光吸收层。本发明提出一种太阳电池的制造方法，其包括下列步骤。首先，提供一基板，并于基板上形成一基底电极。接着，于基底电极上形成一铜铟镓硒结晶层。之后，对铜铟镓硒结晶层的表面进行一化学机械研磨工艺，以平坦化铜铟镓硒结晶层的表面。继之，于已平坦化的铜铟镓硒结晶层表面上形成一缓冲层。接着。于缓冲层上形成一透明导电层。在本发明的一实施例中，前述的铜铟镓硒结晶层经化学机械研磨工艺后的厚度偏差小于0. 1微米。。在本发明的一实施例中，前述的铜铟镓硒结晶层经化学机械研磨工艺后的 表面能隙大于等于1. 3eV。在本发明的一实施例中，前述的铜铟镓硒结晶层经化学机械研磨工艺后的能隙实质上介于1. 3eV至1. 68eV之间。在本发明的一实施例中，前述的铜铟镓硒结晶层经化学机械研磨工艺后的膜厚介于1.5微米至2. 5微米之间。在本发明的一实施例中，前述的形成缓冲层的方法为干沉积(dry exposition)。举例而言，形成缓冲层的干沉积方法包括化学气相沉积或物理气相沉积。在本发明的一实施例中，前述的铜铟镓硒结晶层为P型半导体，且缓冲层为N型半导体。 在本发明的一实施例中，前述的缓冲层的材料包括硫化镉(CdS)，基底电极的材料包括钼、钛、钨或铝。在本发明的一实施例中，前述的透明导电层的材料包括氧化锌(ZnO)、铝氧化锌 (AZO)或铟锡氧化物(ITO)等透明氧化层。基于上述，由于本发明的太阳电池的制造方法在形成铜铟镓硒结晶层后，对铜铟镓硒结晶层的表面进行一化学机械研磨工艺，因此铜铟镓硒结晶层的表面可以被平坦化， 借此，可让形成于铜铟镓硒结晶层表面上的缓冲层顺利地成膜，有助于量产。此外，铜铟镓硒结晶层在经化学机械研磨工艺后，其表面具有较高的能隙，因此太阳电池具有较高的开路电压，因而表现出较佳的元件特性。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1绘示现有一种铜铟镓硒型太阳电池中铜铟镓硒层与缓冲层的结构示意图。图2A至图2F为本发明一实施例中一种太阳电池的制造方法的流程示意图。图3进一步绘示本发明的一实施例中铜铟镓硒结晶层在扫描式电子显微镜下的结构图。图4为图2F的太阳电池中铜铟镓硒结晶层的深度与能隙关系示意图。其中，附图标记210 基板220:基底电极110、230 铜铟镓硒结晶层120,240 缓冲层250 研磨垫260:透明导电层CB 导带能阶Egl、Eg2:能隙VB 价带能阶P、Q:深度
具体实施例方式图2A至图2F为本发明一实施例中一种太阳电池的制造方法的流程示意图。请参照图2A，先提供一基板210，并于基板210上形成一基底电极220。在本实施例中，基板210譬如为玻璃、金属基板(如不绣钢板)、高分子膜(如塑料)或其它适合的材料，本发明并不加以限定，而基底电极220的材料包括钼、钛、钨或铝等金属导体，用以作为太阳电池的背电极以利于空穴传导。接着，请参照图2B，于基底电极220上形成一铜铟镓硒结晶层230，以作为光吸收层。形成铜铟镓硒结晶层230的方式可以是如共蒸镀(Co-evaporation)、硒化 (Selenization)或溅镀(Sputtering)等真空镀膜技术，也可以是如涂布工艺(Coating Process)、化学喷洒热角军法(Chemical spray Pyrolysis)、电沉禾只(Electrodeposition)等非真空工艺技术。本实施例的铜铟镓硒结晶层230的成膜厚度例如实质上为3微米至3. 5 微米。此外，如图2B的放大图所示，于基底电极220上所形成的铜铟镓硒结晶层230具有晶粒连结而成的表面，其表面粗糙度较高，具体而言，本实施例的铜铟镓硒结晶层230表面的算术平均粗糙度Ra约为0. 3微米至0. 4微米。特别的是，请参照图2C与图2D，在形成缓冲层240之前，先对铜铟镓硒结晶层230 的表面进行一化学机械研磨工艺，以平坦化铜铟镓硒结晶层230的表面。详细来说，本实施例的化学机械研磨工艺是通过供应具有Ce02、SiO2或其它合适的材料的研磨液于研磨垫 250与铜铟镓硒结晶层230间，并对铜铟镓硒结晶层230施加一压力以将其压置于研磨垫 250上，让铜铟镓硒结晶层230及研磨垫250之间彼此进行相对运动。通过相对运动所产生的机械摩擦及研磨液的化学作用下，移除铜铟镓硒结晶层230中粗糙度较大的表层，使其表面逐渐平坦，达成平坦化的目的，铜铟镓硒结晶层230的厚度远小于研磨垫250，图2C仅为示意图。如图2D所示，本实施例的铜铟镓硒结晶层230的表面在经化学机械研磨工艺研磨之后，铜铟镓硒结晶层230的厚度缩减为实质上1. 5微米至2. 5微米之间，且其算术平均粗糙度Ra实质上接近0微米。以不同的量测方法来评价铜铟镓硒结晶层230经化学机械研磨工艺后的表面平坦度时，铜铟镓硒结晶层230经化学机械研磨工艺后的膜厚均勻度小于 10%，厚度偏差(thickness derivation)小于 0. 1 微米。请参照图2E，于已平坦化的铜铟镓硒结晶层230表面上形成一缓冲层240。由于铜铟镓硒结晶层230的表面已先经化学机械研磨工艺进行处理，因此当缓冲层240形成于铜铟镓硒结晶层230的平坦化表面上时，可以顺利地成膜，不会产生膜层不连续的缺陷。因此，形成缓冲层240的工艺可广用较适宜量产的镀膜工艺，可以不必受限于现有的化学浴沉积法的湿式沉积工艺，换言之，本实施例的缓冲层240亦可以利用干沉积(dry deposition)的方式进行制作，因此有助于量产，其中形成缓冲层240的干沉积方法可列举化学气相沉积或物理气相沉积等。缓冲层240的材料可以选用适当材料，举例来说，本实施例的缓冲层240的材料包括硫化镉(CdS)，硫化锌(ZnS)，因此在本实施例中，铜铟镓硒结晶层230为P型半导体，而缓冲层240为N型半导体。请参照图2F，于缓冲层240上形成一透明导电层260。透明导电层260具备高穿透度，以减低太阳光的吸收，并且透明导电层260可以让太阳光穿透以入射至缓冲层240以及铜铟镓硒结晶层230上，借此将光能转换为电能。透明导电层260的材质可以是透明导电氧化物(Transparent Conducting Oxide, TC0)，举例而言，透明导电氧化物包括铟锡氧化物(ITO)、氧化锌(ZnO)或铝氧化锌(AZO)等。为了清楚说明本发明的铜铟镓硒结晶层230在化学机械研磨工艺前后的结构，图 3进一步绘示本发明的一实施例中铜铟镓硒结晶层在扫描式电子显微镜下的结构图。请参照图3，在本实施例中，铜铟镓硒结晶层230形成后的厚度约为3微米至3. 5微米，且其表面具有相当程度的粗糙度，因此不利于在其表面上使缓冲层240形成连续膜。如图3所示，利用化学机械研磨工艺来对铜铟镓硒结晶层230的表层进行研磨，以移除深度P的部分铜铟镓硒结晶层230，借此来平坦化铜铟镓硒结晶层230的表面，如前述，其铜铟镓硒结晶层230在化学机械研磨后其厚度偏差(thickness derivation)例如小于0. 1微米、膜厚均勻度例如小于10%、算术平均粗糙度Ra例如实质上接近0微米。图4为图2F的太阳电池中铜铟镓硒结晶层的深度与能隙关系示意图，在图4中令铜铟镓硒结晶层230邻近缓冲层240的表面为零深度，越往基底电极220的方向则深度增力口。请参照图4，铜铟镓硒结晶层230的能隙为导带能阶CB与价带能阶VB之间的差值，如图4所示，在化学机械研磨之前，铜铟镓硒结晶层230的表面能隙Egl实质上约为1. 04eV。 当以化学机械研磨工艺移除深度P的部分铜铟镓硒结晶层230后，被暴露出来的铜铟镓硒结晶层230的表面能隙实质上为大于或等于1. 3eV。换言之，铜铟镓硒结晶层230经化学机械研磨工艺后的表面能隙Eg2实质上介于1. 3eV至1. 68eV之间，且铜铟镓硒结晶层230 经化学机械研磨工艺后的厚度实质上为图4中所标示的深度Q。因此，铜铟镓硒结晶层230 在经化学机械研磨工艺后，其表面具有较高的能隙，因此太阳电池具有较高的开路电压，因而表现出较佳的元件特性。
综上所述，本发明的太阳电池的制造方法通过化学机械研磨工艺对铜铟镓硒结晶层的表面进行一化学机械研磨工艺，以让形成于铜铟镓硒结晶层表面上的缓冲层能够顺利成膜，有助于量产。此外，铜铟镓硒结晶层在经化学机械研磨工艺后，其表面具有较高的能隙，利用此铜铟镓硒结晶层的太阳电池能够具备较高的开路电压，因而表现出较佳的元件特性。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种太阳电池的制造方法，其特征在于，包括提供一基板，并于该基板上形成一基底电极；于该基底电极上形成一铜铟镓硒结晶层；对该铜铟镓硒结晶层的表面进行一化学机械研磨工艺，以平坦化该铜铟镓硒结晶层的表面；于已平坦化的该铜铟镓硒结晶层表面上形成一缓冲层；以及于该缓冲层上形成一透明导电层。
2.根据权利要求1的所述的太阳电池的制造方法，其特征在于，该铜铟镓硒结晶层经该化学机械研磨工艺后的厚度偏差小于0. 1微米。
3.根据权利要求1的所述的太阳电池的制造方法，其特征在于，该铜铟镓硒结晶层经该化学机械研磨工艺后的表面能隙大于或等于1. 3eV。
4.根据权利要求1的所述的太阳电池的制造方法，其特征在于，该铜铟镓硒结晶层经该化学机械研磨工艺后的能隙实质上介于1. 3eV至1. 68eV之间。
5.根据权利要求1的所述的太阳电池的制造方法，其特征在于，该铜铟镓硒结晶层经该化学机械研磨工艺后的膜厚介于1. 5微米至2. 5微米之间。
6.根据权利要求1的所述的太阳电池的制造方法，其特征在于，形成该缓冲层的方法为干沉积。
7.根据权利要求6的所述的太阳电池的制造方法，其特征在于，形成该缓冲层的干沉积方法包括化学气相沉积或物理气相沉积。
8.根据权利要求1的所述的太阳电池的制造方法，其特征在于，该铜铟镓硒结晶层为P 型半导体，且该缓冲层为N型半导体。
9.根据权利要求1的所述的太阳电池的制造方法，其特征在于，该缓冲层的材料包括硫化镉、硫化锌，该基底电极的材料包括钼、钛、钨或铝。
10.根据权利要求1的所述的太阳电池的制造方法，其特征在于，该透明导电层的材料包括氧化锌、铝氧化锌或铟锡氧化物。
全文摘要
本发明公开了一种太阳电池的制造方法，其包括下列步骤。首先提供一基板，并于基板上形成一基底电极。之后，于基底电极上形成一铜铟镓硒结晶层。接着，对铜铟镓硒结晶层的表面进行一化学机械研磨工艺，以平坦化铜铟镓硒结晶层的表面。之后，于已平坦化的铜铟镓硒结晶层表面上形成一缓冲层。继之，于缓冲层上形成一透明导电层。借此，本发明的太阳电池的制造方法有助于量产且所制成的太阳电池具有较佳的元件特性。
文档编号H01L31/18GK102254999SQ20111021694
公开日2011年11月23日 申请日期2011年7月22日 优先权日2010年12月29日
发明者林汉涂, 黄明义, 黄明政 申请人:友达光电股份有限公司