浆料与太阳能电池之吸光层的形成方法
【专利摘要】本发明涉及浆料与太阳能电池之吸光层的形成方法。本发明提供之浆料包括：1重量份之掺杂锑之铜铟镓硒纳米颗粒；0.05至0.15重量份之分散剂；以及4至7重量份之有机溶剂，其中掺杂锑之铜铟镓硒纳米颗粒藉由分散剂悬浮于有机溶剂中。本发明亦提供太阳能电池的吸光层之形成方法，包括提供基板，形成背面电极层于基板上；将上述之浆料施加于背面电极层上；加热以移除有机溶剂形成前驱物层；以及热处理前驱物层以形成吸光层。
【专利说明】浆料与太阳能电池之吸光层的形成方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明系关于太阳能电池，更特别关于形成其吸光层之浆料组成。
【背景技术】
[0002]CIGS镀膜技术主要可分为共蒸镀(Co-evaporation)、派镀(Sputtering)等真空制程技术，以及涂布(Coating)、化学喷洒热解法(Chemical spray pyrolysis)、电沉积(Electrodeposition)等非真空制程技术。真空制程的设备及其维护费昂贵,虽然光电转换效率高但也有高成本的问题。非真空制程技术具有低设备成本及高材料使用率的优点，在量产上相当具有优势及潜力，因此许多公司及研究机构积极地投入非真空制程技术。非真空制程当中化学喷洒热解法因致密性较差及材料使用率较低等缺点，近来已较少使用。电镀法经常遭遇镀膜均匀性不佳及气泡等问题，因此投入的厂商较少。涂布制程是最被看好，且投入厂商也最多的技术。
[0003]目前以涂布制程制备铜铟镓硒太阳能电池吸收光层的流程大致可归纳为三步骤:前驱物浆料的制备、以湿式涂布法将浆料镀于钥基材上、再以高温硒化方式将前驱物内的元素或化合物反应成铜铟镓硒薄膜。前驱物浆料的形式大致可分为粒子型及溶液型，不论形式为何，都需透过高温反应形成铜铟镓硒化合物，因此现有的技术当中大都需制备二个以上的前驱物以制备吸光层。虽然高温反应方式所得的铜铟镓硒薄膜效率已验证，但前驱物制备繁杂且费时，且高温反应时很难避免杂相生成而难以掌控薄膜的组成。
[0004]综上所述，目前亟需新的浆料形成太阳能电池的吸光层，以克服前述多重前驱物浆料的问题。
【发明内容】
[0005]本发明一实施例提供一种浆料，包括:1重量份之掺杂锑之铜铟镓硒纳米颗粒；
0.05至0.15重量份之分散剂；以及4至7重量份之有机溶剂，其中掺杂锑之铜铟镓硒纳米颗粒藉由分散剂悬浮于有机溶剂中。
[0006]本发明一实施例提供一种太阳能电池之吸光层的形成方法，包括:提供基板，形成背面电极层于基板上；将上述之浆料施加于背面电极层上；加热以移除有机溶剂形成前驱物层；以及热处理前驱物层以形成吸光层。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1系本发明一实施例中，掺杂锑之铜铟镓硒(CIGS = Sb)合金粉体与硒化锑(Sb2Se3)之XRD比较图；
[0008]图2系本发明一实施例中，掺杂锑之铜铟镓硒(CIGS = Sb)合金粉体与硒化锑(Sb2Se3)之Ramman比较图；以及
[0009]图3系本发明一实施例中，不同In/Ga含量的掺杂锑之铜铟镓硒(CIGS = Sb)的XRD比较图。【具体实施方式】
[0010]本发明一实施例提供一种浆料，包括:1重量份之掺杂锑之铜铟镓硒纳米颗粒；0.05至0.15重量份之分散剂；以及4至7重量份之溶剂，其中掺杂锑之铜铟镓硒纳米颗粒藉由分散剂悬浮于有机溶剂中。若有机溶剂之用量过多，则浆料的固含量易过低，不利于涂布制程。若有机溶剂之用量过低，则浆料黏度易过高，涂布易出现龟裂问题。若分散剂之用量过低，浆料中掺杂锑之铜铟镓硒(CIGS:Sb)纳米颗粒易于聚集而无法有效分散。若分散剂之用量过高，则浆料过于黏稠导致涂布不易，且后续加热形成吸光层的步骤中难以移除分散剂而易有残碳问题。
[0011]上述CIGS = Sb之组成如式I所示:
[0012]Cu1^x (In1^yGay) Se2+Z: Sbw (式 I)
[0013]在式I 中，O ≤ X ≤ 0.2,0.1 ^ y ^ 0.9,0 ^ z ^ 0.2，且O < 0.2。依化学计
量秤取铜粉、铟粉、硒粉、含结晶水之硝酸镓、及硒化锑置入高压反应器中，搭配有机溶剂进行反应，即可得式I之产物。由于锑(Sb)有助熔融长晶的效果，因此含有CIGS = Sb之前驱层在热处理后能形成黄铜矿结构的吸光层。另一方面，先形成式I之CIGS:Sb浆料可简化多重前驱物的制备流程，且CIGS = Sb的稳定性高，不易在热处理时发生元素比例的变化，较易控制吸光层之组成。
[0014]在本发明一实施例中，有机溶剂可为CV6之一元醇(只含一个羟基)甲醇、正丙醇、其它合适一元醇、或上述之组合。在本发明一实施例中，分散剂可为(I)阴离子型:具有带负电的极性基团，如羧基。(2)阳离子型:具有带正电的极性基团，如氨基。(3)电中性型:如乙二醇。(4)非离子型:多以环氧乙烷基链构成如polyethoxylated glycol s (PEG)、Alkylphenol ethoxylates (APE)等。举例来说,分散剂可为乙醇胺。将CIGS: Sb粉体、分散剂、及有机溶剂置于适当的分散装置如球磨机后，即可得浆料。在本发明一实施例中，浆料中的CIGS = Sb粒子的平均粒径为IOmm至50nm。若CIGS: Sb粒子的平均粒径过大，在湿式涂布后易形成孔洞于前驱物层中。即使在高温热处理前驱物层后，上述孔洞仍会残留于最后形成的吸光层中，并影响太阳能电池的效能。
[0015]本发明一实施例亦提供太阳能电池之吸光层的形成方法。举例来说，可先施加背面电极层于基板上。基板可为玻璃、PI薄膜、金属箔、或其它合适的板状材料。背面电极层可为任何导电材料如金属、合金、或其它合适的导电材料。在本发明一实施例中，背面电极层为钥。接着将上述浆料施加于背面电极层上，其施加方法可为湿式涂布如刮刀涂布法、浸润法、喷涂法、旋转涂布法、或其它合适的湿式涂布法。接着移除有机溶剂以形成前驱物层。最后再经一热处理制程使CIGS:Sb前驱物层长晶形成黄铜矿结构的晶体，即完成吸光层。
[0016]在本发明一实施例中，可在加热前驱物层之步骤中通入硒蒸气或硫蒸气以避免加热过程中硒元素的挥发，而微量的硫蒸气有助于CIGS表面能级的调控，可帮助效率的提升。使吸光层的硒或硫的含量增加，进而调整吸光层之能带隙范围。
[0017]移除有机溶剂形成前驱物层的温度为90°C至150°C。若加热浆料的温度过低，则无法去除有机溶剂。如此一来，前驱物层中残留的有机溶剂在之后更高温的加热制程时，可能快速气化而形成孔洞于吸光层中。若加热浆料的温度过高，则可能快速气化有机溶剂而形成孔洞于吸光层中。[0018]热处理前驱物层以形成吸光层的温度为500°C至600°C。此加热步骤的主要目的在于使CIGS:Sb的纳米颗粒成长为黄铜矿的晶体，并可移除残留的有机溶剂与分散剂。若加热前驱物层之温度过低，则不易完全形成黄铜矿结晶。若加热前驱物层之温度过高，则底部基材易因高温而损坏。
[0019]为了让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实施例配合所附图示，作详细说明如下:
[0020]【实施例】
[0021]实施例1
[0022]依表1之化学计量秤取铜粉、铟粉、硒粉、与含结晶水之硝酸镓，放入IL高压反应器中。将600mL乙二胺溶液加入高压反应器中搅拌均匀，再依表1之化学计量秤取硒化锑(实施例1-8不需此步骤)并将其加入高压反应器。在完全密封高压反应器后，以氮气置换高压反应器中空气，将高压反应器置于加热器中，将温度提升至200°C，反应24小时后降温至室温。以过滤方式分开溶剂与合金粉体，烘干后以ICP-MS验证合金粉体组成如表1。图1系实施例1-1的掺杂锑之铜铟镓硒(CIGS = Sb)合金粉体与硒化锑(Sb2Se3)之XRD比较图，而图2系实施1-1的CIGS = Sb合金粉体与Sb2Se3之Ramman比较图。由图1及2可知，上述合成方法形成的CIGS = Sb合金粉体不含硒化锑之杂相。图3系不同In/Ga含量的CIGS = Sb的XRD比较图。由图3可知，CIGS = Sb合金粉体不含硒化锑之杂相，且不同In/Ga的组成会使特征吸收峰产生明显位移，由此可知在合金粉体的合成阶段便可控制吸光层组成。
[0023]表1
【权利要求】
1.一种浆料，包括: I重量份之掺杂锑之铜铟镓硒纳米颗粒； 0.05至0.15重量份之分散剂；以及 4至7重量份之有机溶剂， 其中该掺杂锑之铜铟镓硒纳米颗粒藉由该分散剂悬浮于该有机溶剂中。
2.如权利要求1所述之浆料，其中该分散剂系Cu之一元醇。
3.如权利要求2所述之浆料，其中该一元醇系甲醇、正丙醇、或上述之组合。
4.如权利要求1之衆料，其中该分散剂包括阴尚子型分散剂、阳尚子型分散剂、电中性型分散剂、多官能基团分散剂、或非离子极性分散剂。
5.如权利要求4所述之浆料，其中该分散剂系乙醇胺。
6.如权利要求1所述之浆料，其中该掺杂锑之铜铟镓硒纳米颗粒之平均粒径为10至50nmo
7.如权利要求1所述之浆料，其中该掺杂锑之铜铟镓硒纳米颗粒之组成为CUh (IrvyGay)Se2iz: Sbw,其中 O ≤ x ≤ 0.2，0.1 ≤ y ≤ 0.9，O ≤ z ≤ 0.2，且 0〈w ≤ 0.2。
8.一种太阳能电池之吸光层的形成方法，包括: 提供基板， 形成背面电极层于该基板上； 将权利要求1所述之浆料施加于该背面电极层上； 加热该浆料，以形成前驱物层；以及 加热该前驱物层以形成吸光层。
9.如权利要求8所述之太阳能电池之吸光层的形成方法，其中加热该前驱物层以形成该吸光层之步骤系进行于硒蒸气或硫蒸气的环境下。
10.如权利要求8所述之太阳能电池之吸光层的形成方法，其中加热该前驱物层以形成该吸光层之步骤的温度为500°C至600°C。
【文档编号】H01L31/032GK103811569SQ201210516825
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年12月5日 优先权日:2012年11月5日
【发明者】黄渼雯, 陈彦至 申请人:财团法人工业技术研究院