漿料與太陽能電池之吸光層的形成方法
2023-05-26 23:29:41 1
漿料與太陽能電池之吸光層的形成方法
【專利摘要】本發明涉及漿料與太陽能電池之吸光層的形成方法。本發明提供之漿料包括：1重量份之摻雜銻之銅銦鎵硒納米顆粒；0.05至0.15重量份之分散劑；以及4至7重量份之有機溶劑，其中摻雜銻之銅銦鎵硒納米顆粒藉由分散劑懸浮於有機溶劑中。本發明亦提供太陽能電池的吸光層之形成方法，包括提供基板，形成背面電極層於基板上；將上述之漿料施加於背面電極層上；加熱以移除有機溶劑形成前驅物層；以及熱處理前驅物層以形成吸光層。
【專利說明】漿料與太陽能電池之吸光層的形成方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明系關於太陽能電池，更特別關於形成其吸光層之漿料組成。
【背景技術】
[0002]CIGS鍍膜技術主要可分為共蒸鍍(Co-evaporation)、派鍍(Sputtering)等真空製程技術，以及塗布(Coating)、化學噴灑熱解法(Chemical spray pyrolysis)、電沉積(Electrodeposition)等非真空製程技術。真空製程的設備及其維護費昂貴,雖然光電轉換效率高但也有高成本的問題。非真空製程技術具有低設備成本及高材料使用率的優點，在量產上相當具有優勢及潛力，因此許多公司及研究機構積極地投入非真空製程技術。非真空製程當中化學噴灑熱解法因緻密性較差及材料使用率較低等缺點，近來已較少使用。電鍍法經常遭遇鍍膜均勻性不佳及氣泡等問題，因此投入的廠商較少。塗布製程是最被看好，且投入廠商也最多的技術。
[0003]目前以塗布製程製備銅銦鎵硒太陽能電池吸收光層的流程大致可歸納為三步驟:前驅物漿料的製備、以溼式塗布法將漿料鍍於鑰基材上、再以高溫硒化方式將前驅物內的元素或化合物反應成銅銦鎵硒薄膜。前驅物漿料的形式大致可分為粒子型及溶液型，不論形式為何，都需透過高溫反應形成銅銦鎵硒化合物，因此現有的技術當中大都需製備二個以上的前驅物以製備吸光層。雖然高溫反應方式所得的銅銦鎵硒薄膜效率已驗證，但前驅物製備繁雜且費時，且高溫反應時很難避免雜相生成而難以掌控薄膜的組成。
[0004]綜上所述，目前亟需新的漿料形成太陽能電池的吸光層，以克服前述多重前驅物漿料的問題。
【發明內容】
[0005]本發明一實施例提供一種漿料，包括:1重量份之摻雜銻之銅銦鎵硒納米顆粒；
0.05至0.15重量份之分散劑；以及4至7重量份之有機溶劑，其中摻雜銻之銅銦鎵硒納米顆粒藉由分散劑懸浮於有機溶劑中。
[0006]本發明一實施例提供一種太陽能電池之吸光層的形成方法，包括:提供基板，形成背面電極層於基板上；將上述之漿料施加於背面電極層上；加熱以移除有機溶劑形成前驅物層；以及熱處理前驅物層以形成吸光層。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1系本發明一實施例中，摻雜銻之銅銦鎵硒(CIGS = Sb)合金粉體與硒化銻(Sb2Se3)之XRD比較圖；
[0008]圖2系本發明一實施例中，摻雜銻之銅銦鎵硒(CIGS = Sb)合金粉體與硒化銻(Sb2Se3)之Ramman比較圖；以及
[0009]圖3系本發明一實施例中，不同In/Ga含量的摻雜銻之銅銦鎵硒(CIGS = Sb)的XRD比較圖。【具體實施方式】
[0010]本發明一實施例提供一種漿料，包括:1重量份之摻雜銻之銅銦鎵硒納米顆粒；0.05至0.15重量份之分散劑；以及4至7重量份之溶劑，其中摻雜銻之銅銦鎵硒納米顆粒藉由分散劑懸浮於有機溶劑中。若有機溶劑之用量過多，則漿料的固含量易過低，不利於塗布製程。若有機溶劑之用量過低，則漿料黏度易過高，塗布易出現龜裂問題。若分散劑之用量過低，漿料中摻雜銻之銅銦鎵硒(CIGS:Sb)納米顆粒易於聚集而無法有效分散。若分散劑之用量過高，則漿料過於黏稠導致塗布不易，且後續加熱形成吸光層的步驟中難以移除分散劑而易有殘碳問題。
[0011]上述CIGS = Sb之組成如式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。依化學計
量秤取銅粉、銦粉、硒粉、含結晶水之硝酸鎵、及硒化銻置入高壓反應器中，搭配有機溶劑進行反應，即可得式I之產物。由於銻(Sb)有助熔融長晶的效果，因此含有CIGS = Sb之前驅層在熱處理後能形成黃銅礦結構的吸光層。另一方面，先形成式I之CIGS:Sb漿料可簡化多重前驅物的製備流程，且CIGS = Sb的穩定性高，不易在熱處理時發生元素比例的變化，較易控制吸光層之組成。
[0014]在本發明一實施例中，有機溶劑可為CV6之一元醇(只含一個羥基)甲醇、正丙醇、其它合適一元醇、或上述之組合。在本發明一實施例中，分散劑可為(I)陰離子型:具有帶負電的極性基團，如羧基。(2)陽離子型:具有帶正電的極性基團，如氨基。(3)電中性型:如乙二醇。(4)非離子型:多以環氧乙烷基鏈構成如polyethoxylated glycol s (PEG)、Alkylphenol ethoxylates (APE)等。舉例來說,分散劑可為乙醇胺。將CIGS: Sb粉體、分散劑、及有機溶劑置於適當的分散裝置如球磨機後，即可得漿料。在本發明一實施例中，漿料中的CIGS = Sb粒子的平均粒徑為IOmm至50nm。若CIGS: Sb粒子的平均粒徑過大，在溼式塗布後易形成孔洞於前驅物層中。即使在高溫熱處理前驅物層後，上述孔洞仍會殘留於最後形成的吸光層中，並影響太陽能電池的效能。
[0015]本發明一實施例亦提供太陽能電池之吸光層的形成方法。舉例來說，可先施加背面電極層於基板上。基板可為玻璃、PI薄膜、金屬箔、或其它合適的板狀材料。背面電極層可為任何導電材料如金屬、合金、或其它合適的導電材料。在本發明一實施例中，背面電極層為鑰。接著將上述漿料施加於背面電極層上，其施加方法可為溼式塗布如刮刀塗布法、浸潤法、噴塗法、旋轉塗布法、或其它合適的溼式塗布法。接著移除有機溶劑以形成前驅物層。最後再經一熱處理製程使CIGS:Sb前驅物層長晶形成黃銅礦結構的晶體，即完成吸光層。
[0016]在本發明一實施例中，可在加熱前驅物層之步驟中通入硒蒸氣或硫蒸氣以避免加熱過程中硒元素的揮發，而微量的硫蒸氣有助於CIGS表面能級的調控，可幫助效率的提升。使吸光層的硒或硫的含量增加，進而調整吸光層之能帶隙範圍。
[0017]移除有機溶劑形成前驅物層的溫度為90°C至150°C。若加熱漿料的溫度過低，則無法去除有機溶劑。如此一來，前驅物層中殘留的有機溶劑在之後更高溫的加熱製程時，可能快速氣化而形成孔洞於吸光層中。若加熱漿料的溫度過高，則可能快速氣化有機溶劑而形成孔洞於吸光層中。[0018]熱處理前驅物層以形成吸光層的溫度為500°C至600°C。此加熱步驟的主要目的在於使CIGS:Sb的納米顆粒成長為黃銅礦的晶體，並可移除殘留的有機溶劑與分散劑。若加熱前驅物層之溫度過低，則不易完全形成黃銅礦結晶。若加熱前驅物層之溫度過高，則底部基材易因高溫而損壞。
[0019]為了讓本發明之上述和其它目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數實施例配合所附圖示，作詳細說明如下:
[0020]【實施例】
[0021]實施例1
[0022]依表1之化學計量秤取銅粉、銦粉、硒粉、與含結晶水之硝酸鎵，放入IL高壓反應器中。將600mL乙二胺溶液加入高壓反應器中攪拌均勻，再依表1之化學計量秤取硒化銻(實施例1-8不需此步驟)並將其加入高壓反應器。在完全密封高壓反應器後，以氮氣置換高壓反應器中空氣，將高壓反應器置於加熱器中，將溫度提升至200°C，反應24小時後降溫至室溫。以過濾方式分開溶劑與合金粉體，烘乾後以ICP-MS驗證合金粉體組成如表1。圖1系實施例1-1的摻雜銻之銅銦鎵硒(CIGS = Sb)合金粉體與硒化銻(Sb2Se3)之XRD比較圖，而圖2系實施1-1的CIGS = Sb合金粉體與Sb2Se3之Ramman比較圖。由圖1及2可知，上述合成方法形成的CIGS = Sb合金粉體不含硒化銻之雜相。圖3系不同In/Ga含量的CIGS = Sb的XRD比較圖。由圖3可知，CIGS = Sb合金粉體不含硒化銻之雜相，且不同In/Ga的組成會使特徵吸收峰產生明顯位移，由此可知在合金粉體的合成階段便可控制吸光層組成。
[0023]表1
【權利要求】
1.一種漿料，包括: I重量份之摻雜銻之銅銦鎵硒納米顆粒； 0.05至0.15重量份之分散劑；以及 4至7重量份之有機溶劑， 其中該摻雜銻之銅銦鎵硒納米顆粒藉由該分散劑懸浮於該有機溶劑中。
2.如權利要求1所述之漿料，其中該分散劑系Cu之一元醇。
3.如權利要求2所述之漿料，其中該一元醇系甲醇、正丙醇、或上述之組合。
4.如權利要求1之眾料，其中該分散劑包括陰尚子型分散劑、陽尚子型分散劑、電中性型分散劑、多官能基團分散劑、或非離子極性分散劑。
5.如權利要求4所述之漿料，其中該分散劑系乙醇胺。
6.如權利要求1所述之漿料，其中該摻雜銻之銅銦鎵硒納米顆粒之平均粒徑為10至50nmo
7.如權利要求1所述之漿料，其中該摻雜銻之銅銦鎵硒納米顆粒之組成為CUh (IrvyGay)Se2iz: Sbw,其中 O ≤ x ≤ 0.2，0.1 ≤ y ≤ 0.9，O ≤ z ≤ 0.2，且 0〈w ≤ 0.2。
8.一種太陽能電池之吸光層的形成方法，包括: 提供基板， 形成背面電極層於該基板上； 將權利要求1所述之漿料施加於該背面電極層上； 加熱該漿料，以形成前驅物層；以及 加熱該前驅物層以形成吸光層。
9.如權利要求8所述之太陽能電池之吸光層的形成方法，其中加熱該前驅物層以形成該吸光層之步驟系進行於硒蒸氣或硫蒸氣的環境下。
10.如權利要求8所述之太陽能電池之吸光層的形成方法，其中加熱該前驅物層以形成該吸光層之步驟的溫度為500°C至600°C。
【文檔編號】H01L31/032GK103811569SQ201210516825
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年12月5日 優先權日:2012年11月5日
【發明者】黃渼雯, 陳彥至 申請人:財團法人工業技術研究院