薄膜太陽能電池元件及其製造方法
2023-05-23 04:52:26 1
專利名稱：薄膜太陽能電池元件及其製造方法
技術領域：
本發明是有關於一種太陽能電池及其製造方法，且特別是有關於一種薄膜太陽能電池元件及其製造方法。
背景技術：
為了減少能源消耗與避免燃料能源所造成的環境汙染，近年來，最熱門的研究課題之一便是發展太陽能這種替代性能源。而薄膜太陽能電池中的銅銦硒(CIS)或銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池，挾其成本低且可以大量生產的優點，已經成為目前應用廣泛的太陽能電池之一，舉凡時鐘、電子計算機、住家屋頂與街燈等民生用電，都可以看到其蹤跡。
然而，此種薄膜太陽能電池仍存在著不少問題有待解決。舉例來說，由於薄膜界面的接合力不足，因此常會造成膜層間發生剝離的現象，不但會導致電池可靠度與穩定性下降，甚至會使得太陽能電池失效。
現有的技術雖以異質結構作為緩衝層來解決膜層間界面剝離的問題，但異質結構的形成卻會降低光電轉換效率，造成電池的效率低落，使用上的不便利等問題。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種薄膜太陽能電池元件的製造方法，先形成納米級(nano-scale)的緩衝層，再進行硒化處理，以達到加強膜層間的接合力，增進導電性的功效。
本發明的另一目的是提供一種薄膜太陽能電池元件，能夠避免膜層間的剝離現象，提高膜層間的接合力與元件的導電性。
本發明提出一種薄膜太陽能電池元件的製造方法，首先在基底上形成一層第一導電層。然後在第一導電層上形成一層緩衝層，緩衝層是由納米粒子所構成的。接著，對在緩衝層進行硒化處理。繼而在緩衝層上依序形成硒化合金層、第二導電層與抗反射層。
依照本發明的實施例所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，上述第一導電層的材質為鋁或鉬。上述緩衝層的材質與第一導電層的材質相同。
依照本發明的實施例所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，上述硒化處理是在含硒氣體的環境中進行。含硒氣體例如是硒化氫或硒蒸汽。
依照本發明的實施例所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，上述硒化處理的溫度介於常溫至120℃之間。
依照本發明的實施例所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，上述緩衝層的形成方法例如是物理氣相沉積法，如濺鍍法或蒸鍍法。濺鍍法的操作功率例如是介於100～270瓦特(W)之間。蒸鍍法的溫度例如是介於250～750℃之間。
依照本發明的實施例所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，更包括於上述物理氣相沉積法進行中加入惰性氣體，該惰性氣體的壓力介於2～10帕(Pa)之間。
依照本發明的實施例所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，上述構成緩衝層的納米粒子的粒徑小於等於50nm，其例如是介於10～50nm之間。
依照本發明的實施例所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，上述硒化合金層的材質為硒化銅-銦合金或硒化銅-銦-鎵合金。上述第二導電層的材質為銦錫氧化物或銦鋅氧化物。
依照本發明的實施例所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，上述第一導電層的厚度介於0.2～1.0μm之間。上述緩衝層的厚度介於0.2～1.0μm之間。
本發明提出利用上述方法製造而成的薄膜太陽能電池元件，此元件是由基底、第一導電層、硒化緩衝層、硒化合金層、第二導電層與抗反射層所構成的。第一導電層、硒化合金層、第二導電層與抗反射層基底上。硒化緩衝層設置在第一導電層與硒化合金層之間，硒化緩衝層是由納米粒子所構成的，且硒化緩衝層的材質包括構成第一導電層的材質。
依照本發明的實施例所述的薄膜太陽能電池元件，上述第一導電層的材質為鋁或鉬。
依照本發明的實施例所述的薄膜太陽能電池元件，上述構成硒化緩衝層的納米粒子的粒徑小於等於50nm，其例如是介於10～50nm之間。
依照本發明的實施例所述的薄膜太陽能電池元件，上述硒化合金層的材質為硒化銅-銦合金或硒化銅-銦-鎵合金。上述第二導電層的材質為銦錫氧化物或銦鋅氧化物。
依照本發明的實施例所述的薄膜太陽能電池元件，上述第一導電層的厚度介於0.2～1.0μm之間。上述硒化緩衝層的厚度介於0.2～1.0μm之間。
本發明於硒化合金層與下方的第一導電層之間，先形成一層與第一導電層相同材質的緩衝層，由在緩衝層是由納米粒子所構成的，因此可以很容易地進行硒化處理。硒化後的緩衝層既包含硒的成分，又具有與下方的第一導電層相同的材質，故而粒子之間的晶格相稱(lattice matching)，可以大大地避免剝離現象的產生，更能夠增加膜層之間的接合力與導電性。
為讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1是本發明一實施例的一種薄膜太陽能電池元件的製造流程圖。
圖2是本發明一實施例的一種薄膜太陽能電池元件的立體剖面示意圖。
110、120、130、140步驟200基底210第一導電層 220硒化緩衝層230硒化合金層 240第二導電層250抗反射層具體實施方式
圖1是繪示本發明一實施例之一種薄膜太陽能電池元件的製造流程圖。
請參閱圖1所示，此薄膜太陽能電池元件的製造方法例如是先在基底上形成一層第一導電層(步驟110)。基底的材質例如是玻璃、金屬薄片、PET等。第一導電層的材質例如是鉬或鋁等金屬，其形成方法例如是物理氣相沉積法。第一導電層的厚度依電流需求不同而異，其例如是介於0.2～1.0μm之間。
然後，在第一導電層上形成一層緩衝層，緩衝層是由納米粒子所構成的(步驟120)，納米粒子的粒徑例如是小於等於50nm。緩衝層的材質例如是與第一導體層相同的材質，如鉬或鋁，而緩衝層的厚度依照電流的需求而有不同，其例如是介於0.2～1.0μm之間。
緩衝層的製造方法例如是物理氣相沉積法。以濺鍍法為例，這些納米粒子是藉由控制濺鍍法進行中所加入的惰性氣體的含量與壓力等物理參數，使得被鍍金屬在到達被鍍表面(第一導電層表面)的前，與惰性氣體撞擊，而形成納米級的粒子。惰性氣體的種類例如是氬氣、氦氣或氖氣等，壓力例如是介於2～10帕之間，至於濺鍍法的操作功率例如是介於100～270瓦特之間。在一實施例中，所形成的緩衝層的納米粒子的粒徑可以是介於10～50nm之間。當然，緩衝層也可能是以蒸鍍法而形成的，在蒸鍍反應室中，加入惰性氣體，控制惰性氣體的含量與壓力，同樣能夠形成納米級的緩衝層。蒸鍍法的溫度例如是介於250℃～750℃之間。
接著，對在緩衝層進行硒化處理(步驟130)。此一硒化處理例如是將具有緩衝層與第一導電層的基底移入硒化爐之中，加熱此基底，將納米級的緩衝層硒化。硒化爐中具有硒化氫(H2Se)或硒蒸汽等含硒氣體，硒化的時間例如是介於30～600分鐘之間，依流量而定。硒化處理的溫度例如是介於常溫至120℃之間，在一實施例中，硒化的溫度例如是介於80℃～90℃之間。本發明所提出的硒化處理的溫度比一般硒化所需的溫度低許多，這是因為納米級的緩衝層，其表面活化能很高，所以只需要以此低溫即可達到硒化的結果。
繼而，在緩衝層上依序形成硒化合金層、第二導電層與抗反射層(步驟140)。硒化合金層的材質例如是硒化銅-銦合金或硒化銅-銦-鎵合金，其形成方法例如是物理氣相沉積法。第二導電層的材質例如是銦錫氧化物或銦鋅氧化物，其形成方法例如是濺鍍法。抗反射層的材質例如是金屬氧化物、有機介電材料或無機介電材料如氮氧化矽，其形成方法例如是旋轉塗布法或是化學氣相沉積法。
由於構成緩衝層的納米粒子具有極高的表面能，故而得以促進緩衝層的硒化，很輕易地就能達成硒化緩衝層的目標。此外，由於後續硒化合金層的製程中，本來就會有硒化的步驟，因此，緩衝層硒化處理的步驟並不需要額外購置設備，就可以整合於生產線上。這種方法可以製造出納米級的緩衝層，大大地增加了粒子間的凡得瓦力，且緩衝層的晶格大小與上、下膜層(硒化合金層與第一導電層)的晶格匹配(lattice matching)，更可以加強膜層間的接合力。
以下即說明以上述方法所製造出來的薄膜太陽能電池元件。圖2便是繪示上述製造方法所形成的薄膜太陽能電池元件的立體剖面示意圖。
請參閱圖2所示，本發明提出一種薄膜太陽能電池元件，由基底200、第一導電層210、硒化緩衝層220、硒化合金層230、第二導電層240與抗反射層250所組成。第一導電層210、硒化合金層230、第二導電層240與抗反射層250由下而上依序設置於基底200上。硒化緩衝層220設置在第一導電層與硒化合金層之間。
基底200的材質例如是玻璃、金屬薄片或PET等，第一導電層210的材質例如是鋁或鉬，硒化合金層230的材質例如是硒化銅-銦合金或硒化銅-銦-鎵合金，第二導電層240的材質例如是銦錫氧化物或銦鋅氧化物。
硒化緩衝層220的材質是由粒徑小於等於50nm的納米粒子所構成的，且硒化緩衝層220的材質包括構成第一導電層210的材質，例如是硒化鉬或硒化鋁。硒化緩衝層220的納米粒子的粒徑例如是介於10～50nm之間。硒化緩衝層220與第一導電層210的厚度例如是依太陽能電池元件的電流需求而形成不同的厚度，其例如是介於0.2～1.0μm之間。
本發明在第一導電層與硒化合金層之間，加入一層緩衝層，由在緩衝層是由納米粒子所構成的，使得緩衝層的比表面積可以大幅度地增加，進而大大地提高粒子間的凡得瓦力(van der Waals forces)與表面能。如此一來，不但可以避免硒化合金層與第一導電層之間產生剝離現象，且有助在緩衝層的硒化處理。
硒化處理後的緩衝層既包含硒的成分，又具有與下方的第一導電層相同的材質，因此，粒子之間的結構相近、晶格相稱(lattice matching)，更可以進一步加強緩衝層上下的硒化合金層與第一導電層之間的接合力，進而提升元件的可靠性與導電性以及薄膜太陽能電池的光電轉換效率。
除此的外，由於矽化緩衝層的材質中具有與第一導電層相同的材質，因此，本發明所提出的薄膜太陽能電池元件還可以避免因異質介面所產生的電阻上升的問題，增進薄膜太陽能電池的光電轉換效率。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種薄膜太陽能電池元件的製造方法，其特徵在於其包括在一基底上形成一第一導電層；在該第一導電層上形成一緩衝層，該緩衝層是由納米粒子所構成的；對該緩衝層進行一硒化處理；以及在該緩衝層上依序形成一硒化合金層、一第二導電層與一抗反射層。
2.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，其特徵在於其中所述的第一導電層的材質為鋁或鉬。
3.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，其特徵在於其中所述的緩衝層的材質與該第一導電層的材質相同。
4.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，其特徵在於其中所述的硒化處理是在一含硒氣體的環境中進行。
5.根據權利要求4所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，其特徵在於其中所述的含硒氣體包括硒化氫或硒蒸汽。
6.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，其特徵在於其中所述的硒化處理的溫度介於常溫至120℃之間。
7.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，其特徵在於其中所述的緩衝層的形成方法包括物理氣相沉積法。
8.根據權利要求7所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，其特徵在於更包括在該物理氣相沉積法進行中加入惰性氣體。
9.根據權利要求8所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，其特徵在於其中所述的惰性氣體的壓力介於2～10帕之間。
10.根據權利要求8所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，其特徵在於其中所述的物理氣相沉積法包括一濺鍍法或一蒸鍍法。
11.根據權利要求10所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，其特徵在於其中所述的濺鍍法的操作功率介於100～270瓦特之間。
12.根據權利要求10所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，其特徵在於其中所述的蒸鍍法的溫度例如是介於250℃～750℃之間。
13.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，其中構成該緩衝層的納米粒子的粒徑小於等於50nm。
14.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，其特徵在於構成該緩衝層的納米粒子的粒徑介於10～50nm之間。
15.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，其特徵在於其中所述的硒化合金層的材質為硒化銅-銦合金或硒化銅-銦-鎵合金。
16.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，其特徵在於其中所述的第二導電層的材質為銦錫氧化物或銦鋅氧化物。
17.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，其特徵在於其中所述的第一導電層的厚度介於0.2～1.0μm之間。
18.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池元件的製造方法，其特徵在於其中所述的緩衝層的厚度介於0.2～1.0μm之間。
19.一種根據權利要求1的方法所製造的薄膜太陽能電池元件，其特徵在於其包括一基底；一第一導電層、一硒化合金層、一第二導電層與一抗反射層，由下而上依序設置在該基底上；以及一硒化緩衝層，設置在該第一導電層與該硒化合金層之間，該硒化緩衝層是由納米粒子所構成的，且該硒化緩衝層的材質包括構成該第一導電層的材質。
20.根據權利要求19所述的薄膜太陽能電池元件，其特徵在於其中所述的第一導電層的材質為鋁或鉬。
21.根據權利要求19所述的薄膜太陽能電池元件，其中構成該硒化緩衝層的納米粒子的粒徑小於等於50nm。
22.根據權利要求19所述的薄膜太陽能電池元件，其中構成該硒化緩衝層的納米粒子的粒徑介於10～50nm之間。
23.根據權利要求19所述的薄膜太陽能電池元件，其特徵在於其中所述的硒化合金層的材質為硒化銅-銦合金或硒化銅-銦-鎵合金。
24.根據權利要求19所述的薄膜太陽能電池元件，其特徵在於其中所述的第二導電層的材質為銦錫氧化物或銦鋅氧化物。
25.根據權利要求19所述的薄膜太陽能電池元件，其特徵在於其中所述的第一導電層的厚度介於0.2～1.0μm之間。
26.根據權利要求19所述的薄膜太陽能電池元件，其特徵在於其中所述的硒化緩衝層的厚度介於0.2～1.0μm之間。
全文摘要
本發明是有關於一種薄膜太陽能電池元件的製造方法，首先在基底上形成一層第一導電層，然後在第一導電層上形成一層緩衝層，緩衝層是由納米粒子所構成的。接著，對在緩衝層進行硒化處理。繼而在緩衝層上依序形成硒化合金層、第二導電層與抗反射層。
文檔編號H01L31/042GK1937260SQ20051010349
公開日2007年3月28日 申請日期2005年9月19日 優先權日2005年9月19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