無鎘的太陽能電池緩衝層及太陽能電池的形成方法
2023-05-23 04:44:11
專利名稱：無鎘的太陽能電池緩衝層及太陽能電池的形成方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體元件的形成方法，特別是涉及一種無鎘的太陽能電池緩衝層及太陽能電池的形成方法。
背景技術：
近年來，由於科技的蓬勃發展，對於能源的需求量因而逐年增加，因此造成石油、煤氣、天然氣等自然資源已不敷使用。另外，也由於環保意識的抬頭，使得再生性能源的發展因此受到重視。再生性能源包括太陽能、潮汐能、地熱能、對流能、風力、水力等，其中又以太陽能最具發展潛力，因其應用最廣，利用率及可行性最高。
太陽能電池是有效應用太陽能的主要發明，其是利用光伏特效應(photovoltaic effect)，將吸收光直接轉換成電能的裝置。典型的太陽能電池中是以硫化鎘(CdS)膜做為緩衝層，硫化鎘膜的的能隙值(band gap)較低(約2.4eV)，其會限制太陽能電池效能的進一步提高。而且，鎘金屬為重金屬，其具有毒性，在環保公約中鎘金屬被列為管制品。因此，目前太陽能電池的發展趨勢是發展其他化合物來取代硫化鎘，以解決環保問題。
發明內容
本發明的目的在於，提供一種新的無鎘的太陽能電池緩衝層的形成方法，所要解決的技術問題是使其可以避免產生鎘汙染的問題，從而更加適於實用。
本發明的另一目的在於，提供一種太陽能電池的形成方法，所要解決的技術問題是使其能夠提高太陽能電池的效能，從而更加適於實用。
根據上述與其它目的，本發明提出一種無鎘的太陽能電池緩衝層的形成方法，此方法為先提供鋅金屬醇鹽。然後，於鋅金屬醇鹽中加入第一醇類溶液，形成一混合溶液。接著，於混合溶液中加入水，以進行水合反應，形成鋅金屬氧化物溶液。之後，將鋅金屬氧化物溶液塗布於基材上。繼之，進行硫化處理步驟或硒化處理步驟，以形成硫化鋅膜或硒化鋅膜。
依照本發明的實施例所述，上述的第一醇類溶液例如是甲醇。
依照本發明的實施例所述，上述的基材例如是玻璃基板。
依照本發明的實施例所述，上述的鋅金屬醇鹽是利用鋅金屬鹽與第二醇類溶液進行反應而得到。第二醇類溶液例如是甲醇。
本發明另提出一種太陽能電池的形成方法，其是先在基底上形成金屬電極。然後，在金屬電極上形成無鎘的緩衝層。上述，緩衝層的形成方法為先提供鋅金屬醇鹽。然後，於鋅金屬醇鹽中加入第一醇類溶液，形成一混合溶液。接著，於混合溶液中加入水，以進行水合反應，形成鋅金屬氧化物溶液。之後，將鋅金屬氧化物溶液塗布於基材上。繼之，進行硫化處理步驟或硒化處理步驟，以形成硫化鋅膜或硒化鋅膜。接著，在形成緩衝層後，再於緩衝層上依序形成吸收層、導電層及抗反射層。
依照本發明的實施例所述，上述的第一醇類溶液例如是甲醇。
依照本發明的實施例所述，上述的基材例如是玻璃基板。
依照本發明的實施例所述，上述的鋅金屬醇鹽是利用鋅金屬鹽與第二醇類溶液進行反應而得到。第二醇類溶液例如是甲醇。
本發明是利用溶膠-凝膠(sol-gel)法形成硫化鋅膜或硒化鋅膜，取代現有習知的硫化鎘緩衝層，所以可避免產生鎘金屬汙染的問題，且其在製作上也較為簡易。而且，所形成的硫化鋅膜及硒化鋅膜的能隙值(bandgap)，其皆較現有習知的硫化鎘膜的能隙值還高，因此可更加提高太陽能電池的效能。
經由上述可知，本發明是有關於一種無鎘的太陽能電池緩衝層的形成方法，此方法為先提供鋅金屬醇鹽。然後，於鋅金屬醇鹽中加入第一醇類溶液，形成一混合溶液。接著，於混合溶液中加入水，以進行水合反應，形成鋅金屬氧化物溶液。之後，將鋅金屬氧化物溶液塗布於基材上。繼之，進行硫化處理步驟或硒化處理步驟，以形成硫化鋅膜或硒化鋅膜。
藉由上述技術方案，本發明無鎘的太陽能電池緩衝層及太陽能電池的形成方法至少具有下列優點1.本發明是以溶膠-凝膠(sol-gel)法形成無鎘的太陽能電池緩衝層，其方法可較為簡易，且能夠節省製程成本。
2.本發明是以溶膠-凝膠(sol-gel)法形成硫化鋅膜或硒化鋅膜取代硫化鎘膜，因此可解決鎘金屬汙染的問題。而且，硫化鋅膜及硒化鋅膜的能隙值皆較硫化鎘膜的能隙值還高，所以有助於更加提高太陽能電池的效能。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。
圖1為依照本發明實施例的無鎘的太陽能電池緩衝層的形成方法的步驟流程圖。
圖2為依照本發明一實施例所繪示的太陽能電池的剖面示意圖。
100、110、120、130、140步驟200基底202金屬電極204緩衝層 206吸收層208導電層 210抗反射層具體實施方式
為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的無鎘的太陽能電池緩衝層及太陽能電池的形成方法其具體實施方式
、方法、步驟、特徵及其功效，詳細說明如後。
本發明是利用溶膠-凝膠(sol-gel)法製造硫化鋅(ZnS)膜或硒化鋅(ZnSe)膜來取代現有習知的硫化鎘(CdS)緩衝層，以解決鎘金屬汙染的問題。在以下實施例中，是以硫化鋅膜為例做說明。
圖1為依照本發明實施例的無鎘的太陽能電池緩衝層的形成方法的步驟流程圖。
步驟100，提供鋅金屬醇鹽Zn(OR)n，R表烷基。上述鋅金屬醇鹽Zn(OR)n是將鋅金屬鹽ZnX與醇類溶液進行反應而得到。其中，醇類溶液例如是甲醇、乙醇、丙醇等一元醇，或是其他的多元醇。在步驟100中，所使用的醇類溶液只要是能對鋅金屬鹽ZnX具有溶解性即可。
步驟110，取適量的鋅金屬醇鹽Zn(OR)n，並加入醇類溶液來幫助儲存，以形成一混合溶液。上述，用以幫助儲存的醇類溶液例如是甲醇、乙醇、丙醇等一元醇，或是其他的多元醇。
步驟120，於混合溶液中加入水，以形成鋅金屬氧化物溶液。在混合溶液中加入水，則鋅金屬醇鹽Zn(OR)n與水會進行水解·縮合反應(即所謂的水合反應)，而形成鋅金屬氧化物溶液。
步驟130，將鋅金屬氧化物溶液塗布於基材上。上述，基材可例如是玻璃基板或其他合適的基材。
步驟140，進行硫化處理步驟，以形成硫化鋅膜。硫化處理步驟例如是先施加高壓靜電場，而其電場效應會將鋅金屬離子端吸附於基材上。然後，通入硫化氫氣體，則鋅金屬離子會與硫離子結合，而形成硫化鋅膜。
在另一實施例中，硒化鋅膜的形成方法是，在形成鋅金屬氧化物溶液，並將其塗布於基材上之後，以硒化處理步驟取代步驟140中的硫化處理步驟，且以通入硒化氫氣體取代硫化氫氣體，即可形成硒化鋅膜。
值得注意的是，所形成的硫化鋅膜的能隙值(band gap)約為3.8eV，而硒化鋅膜的能隙值(band gap)約為2.7eV，二者皆較現有習知的硫化鎘膜的能隙值(約2.4eV)還高，因此有助於更加提高太陽能電池的效能。另一方面，本發明所使用的溶膠-凝膠(sol-gel)法為新穎且較為簡易的方法。
以下，詳細說明利用本發明的方法以形成硫化鋅膜。
首先，將鋅金屬元素與鹽酸進行反應，以形成氯化鋅。然後，將氯化鋅溶解於甲醇中，並加上適當的攪拌與溫度的控制，得到鋅金屬醇鹽。接著，取適量的鋅金屬醇鹽，形成一混合溶液。繼之，於混合溶液中加入水，則鋅金屬醇鹽與水會進行水合反應，而形成鋅氧化物溶液。之後，將所形成的鋅氧化物溶液塗布於玻璃基板上。接著，進行一硫化處理步驟，以使鋅氧化物變成硫化鋅膜。
同樣地，硒化鋅膜的形成方法是，在形成鋅氧化物溶液，並將其布於玻璃基板上後，進行一硒化處理步驟，即可形成之，於此不再贅述。
接下來，說明利用本發明的方法形成太陽能電池。圖2為依照本發明一實施例所繪示的太陽能電池的剖面示意圖。
請參閱圖2所示，太陽能電池的形成方法為，在基底200上依序形成金屬電極202。其中，基底200的材質例如是玻璃、金屬或聚合物。金屬電極202的材質例如是鉬或鋁。另外，太陽能電池的基底200及金屬電極202的形成方法為此領域的人員所熟知，於此不再贅述。
然後，在金屬電極202上形成緩衝層204。此緩衝層204的材質為硫化鋅膜或硒化鋅膜，其是利用上述實施例所提及的溶膠-凝膠法所製成。因此，可解決現有習知的硫化鎘(CdS)緩衝層的鎘汙染問題。
之後，在緩衝層204上依序形成吸收層206、導電層208與抗反射層210。上述，吸收層206的材質例如是銅/銦/鎵/硒或銅/銦/硒等金屬合金膜，導電層208的材質為透明導電性金屬氧化物膜。抗反射層210的作用為避免光的反射，以增加光的吸收。當然，吸收層206、導電層208與抗反射層210的形成方法與材質為此領域的人員所熟知，於此不再贅述。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.一種無鎘的太陽能電池緩衝層的形成方法，其特徵在於其包括以下步驟提供一鋅金屬醇鹽；於該鋅金屬醇鹽中加入一第一醇類溶液，形成一混合溶液；於該混合溶液中加入水，以進行水合反應形成一鋅金屬氧化物溶液；將該鋅金屬氧化物溶液塗布於一基材上；以及進行一硫化處理步驟或一硒化處理步驟，以形成一硫化鋅膜或一硒化鋅膜。
2.根據權利要求1所述的無鎘的太陽能電池緩衝層的形成方法，其特徵在於其中所述的第一醇類溶液包括甲醇。
3.根據權利要求1所述的無鎘的太陽能電池緩衝層的形成方法，其特徵在於其中所述的基材包括玻璃基板。
4.根據權利要求1所述的無鎘的太陽能電池緩衝層的形成方法，其特徵在於其中所述的鋅金屬醇鹽是利用一鋅金屬鹽與一第二醇類溶液進行反應而得到。
5.根據權利要求4所述的無鎘的太陽能電池緩衝層的形成方法，其特徵在於其中所述的第二醇類溶液包括甲醇。
6.一種太陽能電池的形成方法，其特徵在於其包括以下步驟在一基底上形成一金屬電極；在該金屬電極上形成無鎘的一緩衝層，其中該緩衝層的形成方法包括以下步驟提供一鋅金屬醇鹽；於該鋅金屬醇鹽中加入一第一醇類溶液，形成一混合溶液；於該混合溶液中加入水，以進行水合反應形成一鋅金屬氧化物溶液；將該鋅金屬氧化物溶液塗布於一基材上；以及進行一硫化處理步驟或一硒化處理步驟，以形成一硫化鋅膜或一硒化鋅膜；以及在該緩衝層上依序形成一吸收層、一導電層及一抗反射層。
7.根據權利要求6所述的太陽能電池的形成方法，其特徵在於其中所述的第一醇類溶液包括甲醇。
8.根據權利要求6所述的太陽能電池的形成方法，其特徵在於其中所述的基材包括玻璃基板。
9.根據權利要求6所述的太陽能電池的形成方法，其特徵在於其中所述的鋅金屬醇鹽是利用一鋅金屬鹽與一第二醇類溶液進行反應而得到。
10.根據權利要求9所述的太陽能電池的形成方法，其特徵在於其中所述的第二醇類溶液包括甲醇。
全文摘要
本發明是有關於一種無鎘的太陽能電池緩衝層的形成方法，此方法為先提供鋅金屬醇鹽。然後，於鋅金屬醇鹽中加入第一醇類溶液，形成一混合溶液。接著，於混合溶液中加入水，以進行水合反應，形成鋅金屬氧化物溶液。之後，將鋅金屬氧化物溶液塗布於基材上。繼之，進行硫化處理步驟或硒化處理步驟，以形成硫化鋅膜或硒化鋅膜。本發明是以溶膠－凝膠(sol－gel)法形成無鎘的太陽能電池緩衝層，其方法可較為簡易，且能夠節省製程成本。本發明是以溶膠－凝膠法形成硫化鋅膜或硒化鋅膜取代硫化鎘膜，因此可解決鎘金屬汙染的問題。而且，硫化鋅膜及硒化鋅膜的能隙值皆較硫化鎘膜的能隙值還高，所以有助於更加提高太陽能電池的效能。
文檔編號H01L31/18GK1933192SQ20051010341
公開日2007年3月21日 申請日期2005年9月15日 優先權日2005年9月15日
發明者林錦華, 鍾源勇, 黃永清, 王文華 申請人:允瞻通訊有限公司