薄膜太陽能電池的製備方法
2023-06-12 02:01:51
專利名稱：薄膜太陽能電池的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種光吸收層的製備方法，尤其涉及一種銅銦鎵硒光吸收層的製備方法。
背景技術：
由於具有低成本的優勢，薄膜太陽能電池(thin film solar cell)逐漸成為發展太陽能發電不可獲缺的要角之一。現今，有不同種類的半導體化合物被用來製作薄膜太陽能電池，其中使用銅(Copper)、銦Qndium)、鎵(Gallium)、硒(klenium)化合物的銅銦鎵硒太陽能薄膜電池(CIGS thin film solar cells)是最具效率的一種。因此，在不同種類的薄膜太陽能電池，CIGS太陽能薄膜電池的發展最受矚目。CIGS薄膜太陽能電池使用的吸光材料為銅銦鎵硒(CIGS)化合物半導體。CIGS層可以通過共蒸鍍銅、銦、鎵和硒來形成。以共蒸鍍工藝製作的CIGS層，其光電轉換效率可達 20.0% (為德國公司ZSW所生產的產品)。但是，共蒸鍍工藝需要較高的溫度，並且會浪費較多的材料。此外，共蒸鍍工藝還需在高真空度下進行，且CIGS層的形成速度慢，效率低。 以共蒸鍍工藝製作的CIGS層雖具有高光電轉換效率，但卻也有高工藝成本的問題。此外，CIGS層亦可利用濺鍍銅、銦、鎵和硒化(Selenization)來形成，但是由於在濺鍍工藝中，銅、銦、鎵和硒的比例受限於靶材，使得CIGS層在製作時，無法再做銅、銦、鎵和硒的比例調整。倘若銅、銦、鎵和硒的比例不適當，會影響CIGS太陽能薄膜電池的效率。圖3顯示一種以傳統形成CIGS層的方法所形成的CIGS層。另一種傳統形成CIGS 層的方法可先濺鍍一銅層在基板上，然後再共蒸鍍銦、鎵和硒。在CIGS層總厚度不變的情形下，先濺鍍一銅層，然後再共蒸鍍銦、鎵和硒，可降低共蒸鍍所需的時間，而讓整個工藝的時間縮短，降低製作成本。然而，在根據上述步驟所做的實驗中可發現，由於此種方法需先形成一厚銅層，厚銅層容易在CIGS層與其下的陽極層間形成孔洞(如圖3中箭頭所示)，從而可能發生剝離(peeling)現象。圖3是申請人按傳統形成CIGS層的方法所形成的CIGS層，該方法記載於文獻「應用於新型裝置結構的均質高效的混合CIGS工藝(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。很明顯厚銅層與其下的陽極層間的介面有孔隙，因此推論會於此處產生剝離。因此，本發明即為解決此一問題，而提出一種較佳的薄膜太陽能電池的製備方法。
發明內容
本發明的一目的是提供一種薄膜太陽能電池的製備方法，其可以較短的工藝時間製備CIGS光吸收層，降低製作成本。本發明的另一目的是提供一種製備方法，其可彈性調整銅、銦、鎵和硒的比例，以製備高轉換效率的CIGS光吸收層。
本發明的再一目的是提供一種製備方法，在該製備方法中，CIGS光吸收層的製備步驟內先形成一銅層，而該銅層形成後不會產生剝離的現象。根據前述種種目的，本發明一實施例揭示一種薄膜太陽能電池的製備方法，包含下列步驟形成一陽極層於一基板上；形成一銅層於該陽極層上；以及共沉積銅、銦、鎵和硒於該銅層上，以形成一銅銦鎵硒光吸收層。在一實施例中，銅層的銅量為在共沉積銅、銦、鎵和硒的步驟中的銅量的一半以下。在一實施例中，銅層的厚度介於1000埃至2500埃。在一實施例中，形成一銅層於該陽極層上的步驟包含蒸鍍或濺鍍該銅層於該陽極層上。通過本發明的製備方法可在較短的工藝時間製備CIGS光吸收層，降低製作成本， 避免銅層產生剝離現象，同時可以獲得高轉換效率的銅銦鎵硒光吸收層。上文已經概略地敘述本發明的技術特徵及優點，以使下文的本發明詳細描述得以獲得較佳了解。構成本發明的權利要求範圍標的的其它技術特徵及優點將描述於下文。本發明所屬技術領域中普通技術人員應可了解，下文揭示的概念與特定實施例可作為基礎而相當輕易地予以修改或設計其它結構或工藝而實現與本發明相同的目的。本發明所屬技術領域中普通技術人員亦應可了解，這類等效的建構並無法脫離所附的權利要求範圍所提出的本發明的精神和範圍。
圖1顯示本發明一實施例的薄膜太陽能電池的截面示意圖；圖2顯示利用本發明一實施例的工藝所製作的CIGS光吸收層的照片；及圖3顯示一種以傳統形成CIGS層的方法所形成的CIGS層。其中，附圖標記說明如下1薄膜太陽能電池
11基板
12封裝材料
13太陽能電池單元
22背電極
23銅銦鎵硒光吸收層
24緩衝層
25絕緣層
26透明導電層
27上電極層
具體實施例方式
圖1顯示本發明一實施例的薄膜太陽能電池1的截面示意圖。薄膜太陽能電池1 包含一基板11、一封裝材料12，以及一太陽能電池單元13。封裝材料12黏接基板11與太陽能電池單元13。太陽能電池單元13包含背電極22、一銅銦鎵硒(CIGQ光吸收層23、一緩衝層對、一絕緣層25、一透明導電層26，以及一上電極層27。背電極22包含鉬(Mo)，其可以通過濺鍍工藝或蒸鍍工藝等方法形成，其厚度可約為0.5 1.0 μ m。CIGS光吸收層23設置於基板11上，其厚度可約為1. 5 2.0 μ m。CIGS 光吸收層23包含銅(Copper)、銦(Indium)、鎵(Gallium)、硒(Selenium)化合物。緩衝層24可包含硫化鎘(CcK)，其厚度可約為0. 05 μ m。絕緣層25可包含氧化鋅(SiO)，其厚度可約為0.1 μ m。絕緣層25可避免漏電流的問題。透明導電層沈可為透明導電氧化物 (transparent conductive oxides)，其可包含摻雜鋁的氧化鋅。透明導電層沈的厚度可介於0.5 1.5μπι之間。透明導電層沈可以通過濺鍍方式製作。上電極層27可包含鋁導線。基板11可以不鏽鋼或高分子材料製成，較佳地以玻璃製成。封裝材料12用於結合基板11與太陽能電池單元13。封裝材料12可包含熱塑型高分子材料。在一實施例中， 封裝材料12包含乙烯醋酸乙烯(ethylene vinyl acetate)。本發明另揭示一種薄膜太陽能電池的製備方法，其包含下列步驟首先提供一基板11。如前所述，基板11可以不鏽鋼或高分子材料製成，較佳地以玻璃製成。其次，在基板11上形成一陽極層。在一實施例中，陽極層可以通過濺鍍工藝形成或以蒸鍍工藝形成。陽極層的厚度可約0.5 1.0 μ m。陽極層可作為背電極以利於電洞傳導，該陽極層包含金屬鉬。接著，形成一薄銅層於該陽極層上。在一實施例中，該銅層可以濺鍍工藝來形成， 其厚度可介於1000埃至2500埃。在本實施例中，相較於厚度約為1.5 2. Oym的CIGS 光吸收層23，銅層厚度為薄。由於銅層厚度薄，故可避免發生銅層剝離(peeling)現象。然後，共沉積銅、銦、鎵和硒於銅層上。在一實施例中，銅、銦、鎵和硒共蒸鍍於銅層上。在共蒸鍍的工藝中，基板11的溫度可高達400 650°C，因此在鍍銅、銦、鎵和硒共蒸時，銅層內的銅會與蒸鍍的銅、銦、鎵和硒形成銅銦鎵硒化合物半導體。在本發明的工藝中， 在CIGS光吸收層23的總厚度不變的情形下，由於先鍍一層銅，故可減少蒸鍍的銅、銦、鎵和硒所需的時間，從而使形成CIGS光吸收層23的工藝時間可縮短。通常，高效率的CIGS光吸收層23的組成落在Ga/(In+Ga) = 0. 3 0. 4和Cu/(In+Ga) = 0. 9 1。如此小範圍的組成，共蒸鍍較容易達成。是故，相較於先鍍銅，後蒸鍍銦、鎵和硒的工藝，本發明的工藝更易達成前述的範圍。再者，本發明的工藝具另一個優點，即在共蒸鍍銅、銦、鎵和硒的步驟， 可彈性調整銅、銦、鎵和硒的比例，以獲得高效率的CIGS光吸收層23。在一實施例中，銅層的銅量為在共沉積銅、銦、鎵和硒的步驟中的銅量的一半以下。之後，在CIGS光吸收層23上，形成一作為緩衝層的硫化鎘(CdS)薄膜。在一實施例中，硫化鎘(CcK)薄膜可利用化學水浴工藝製作，其厚度可約為0.05 μ m。硫化鋅或硫化銦亦可作為緩衝層的材料。再者，形成一絕緣層在硫化鎘(CcK)薄膜之上。在一實施例中，絕緣層包含氧化鋅。而在絕緣層上，可接著形成一導電層。圖2顯示利用本發明一實施例的工藝所製作的CIGS光吸收層的照片。從圖2可看出，本發明先形成薄銅層，再共蒸鍍銅、銦、鎵和硒，以形成CIGS光吸收層的工藝方法，不會在CIGS光吸收層與陽極層之間形成孔洞。此可證明，本發明的工藝方法可避免銅層產生剝離現象。本發明所揭示的工藝，其是在陽極層上先形成一薄銅層，接著再共蒸鍍銅、銦、鎵和硒。如此的工藝可減少形成CIGS光吸收層的時間，且可避免陽極層上形成銅層的剝離問題。此外，本發明的工藝可在共蒸鍍銅、銦、鎵和硒的步驟中，彈性地調整銅、銦、鎵和硒，以獲得高轉換效率的CIGS光吸收層。本發明的技術內容及技術特點已揭示如上，然而本領域普通技術人員仍可能基於本發明的教示及揭示而作種種不背離本發明精神的替換及修飾。因此，本發明的保護範圍應不限於實施例所揭示的內容，而應包括各種不背離本發明的替換及修飾，並為所附的權利要求範圍所涵蓋。
權利要求
1.一種薄膜太陽能電池的製備方法，包含下列步驟 形成一陽極層於一基板上；形成一銅層於該陽極層上；以及共沉積銅、銦、鎵和硒於該銅層上，以形成一銅銦鎵硒光吸收層。
2.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池的製備方法，其特徵在於，該銅層的銅量為在共沉積銅、銦、鎵和硒的步驟中的銅量的一半以下。
3.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池的製備方法，其特徵在於，該銅層的厚度介於1000埃至2500埃。
4.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池的製備方法，其特徵在於，該銅銦鎵硒光吸收層的厚度介於1至2. 5微米。
5.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池的製備方法，其特徵在於，形成一銅層於該陽極層上的步驟包含蒸鍍或濺鍍該銅層於該陽極層上。
6.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池的製備方法，其特徵在於，該陽極層包含鉬。
7.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池的製備方法，其特徵在於，還包含下列步驟 沉積一緩衝層於該銅銦鎵硒光吸收層上；形成一絕緣層於該緩衝層上；以及形成一導電層於該絕緣層。
8.根據權利要求7所述的薄膜太陽能電池的製備方法，其特徵在於，該緩衝層包含硫化鎘、硫化鋅或硫化銦。
9.根據權利要求7所述的薄膜太陽能電池的製備方法，其特徵在於，該絕緣層包含氧化鋅。
全文摘要
本發明提供一種薄膜太陽能電池的製備方法，包含下列步驟形成一陽極層於一基板上；形成一銅層於該陽極層上；以及共沉積銅、銦、鎵和硒於該銅層上，以形成一銅銦鎵硒光吸收層。通過本發明的製備方法可在較短的工藝時間製備銅銦鎵硒光吸收層，降低製作成本，避免銅層產生剝離現象，同時可以獲得高轉換效率的銅銦鎵硒光吸收層。
文檔編號H01L31/18GK102163652SQ20111006292
公開日2011年8月24日 申請日期2011年3月11日 優先權日2011年1月17日
發明者李宗龍, 林信宏, 林信志, 章豐帆, 謝季樺 申請人:太陽海科技股份有限公司