專(zhuān)利名稱(chēng)：薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光吸收層的制備方法，尤其涉及一種銅銦鎵硒光吸收層的制備方法。
背景技術(shù)：
由于具有低成本的優(yōu)勢(shì)，薄膜太陽(yáng)能電池(thin film solar cell)逐漸成為發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電不可獲缺的要角之一?，F(xiàn)今，有不同種類(lèi)的半導(dǎo)體化合物被用來(lái)制作薄膜太陽(yáng)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(yáng)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(lèi)的薄膜太陽(yáng)能電池，CIGS太陽(yáng)能薄膜電池的發(fā)展最受矚目。CIGS薄膜太陽(yáng)能電池使用的吸光材料為銅銦鎵硒(CIGS)化合物半導(dǎo)體。CIGS層可以通過(guò)共蒸鍍銅、銦、鎵和硒來(lái)形成。以共蒸鍍工藝制作的CIGS層，其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá) 20.0% (為德國(guó)公司ZSW所生產(chǎn)的產(chǎn)品)。但是，共蒸鍍工藝需要較高的溫度，并且會(huì)浪費(fèi)較多的材料。此外，共蒸鍍工藝還需在高真空度下進(jìn)行，且CIGS層的形成速度慢，效率低。 以共蒸鍍工藝制作的CIGS層雖具有高光電轉(zhuǎn)換效率，但卻也有高工藝成本的問(wèn)題。此外，CIGS層亦可利用濺鍍銅、銦、鎵和硒化(Selenization)來(lái)形成，但是由于在濺鍍工藝中，銅、銦、鎵和硒的比例受限于靶材，使得CIGS層在制作時(shí)，無(wú)法再做銅、銦、鎵和硒的比例調(diào)整。倘若銅、銦、鎵和硒的比例不適當(dāng)，會(huì)影響CIGS太陽(yáng)能薄膜電池的效率。圖3顯示一種以傳統(tǒng)形成CIGS層的方法所形成的CIGS層。另一種傳統(tǒng)形成CIGS 層的方法可先濺鍍一銅層在基板上，然后再共蒸鍍銦、鎵和硒。在CIGS層總厚度不變的情形下，先濺鍍一銅層，然后再共蒸鍍銦、鎵和硒，可降低共蒸鍍所需的時(shí)間，而讓整個(gè)工藝的時(shí)間縮短，降低制作成本。然而，在根據(jù)上述步驟所做的實(shí)驗(yàn)中可發(fā)現(xiàn)，由于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(yáng)極層間形成孔洞(如圖3中箭頭所示)，從而可能發(fā)生剝離(peeling)現(xiàn)象。圖3是申請(qǐng)人按傳統(tǒng)形成CIGS層的方法所形成的CIGS層，該方法記載于文獻(xiàn)“應(yīng)用于新型裝置結(jié)構(gòu)的均質(zhì)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(yáng)極層間的介面有孔隙，因此推論會(huì)于此處產(chǎn)生剝離。因此，本發(fā)明即為解決此一問(wèn)題，而提出一種較佳的薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的是提供一種薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其可以較短的工藝時(shí)間制備CIGS光吸收層，降低制作成本。本發(fā)明的另一目的是提供一種制備方法，其可彈性調(diào)整銅、銦、鎵和硒的比例，以制備高轉(zhuǎn)換效率的CIGS光吸收層。
本發(fā)明的再一目的是提供一種制備方法，在該制備方法中，CIGS光吸收層的制備步驟內(nèi)先形成一銅層，而該銅層形成后不會(huì)產(chǎn)生剝離的現(xiàn)象。根據(jù)前述種種目的，本發(fā)明一實(shí)施例揭示一種薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，包含下列步驟形成一陽(yáng)極層于一基板上；形成一銅層于該陽(yáng)極層上；以及共沉積銅、銦、鎵和硒于該銅層上，以形成一銅銦鎵硒光吸收層。在一實(shí)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(shí)施例中，銅層的厚度介于1000埃至2500埃。在一實(shí)施例中，形成一銅層于該陽(yáng)極層上的步驟包含蒸鍍或?yàn)R鍍?cè)撱~層于該陽(yáng)極層上。通過(guò)本發(fā)明的制備方法可在較短的工藝時(shí)間制備CIGS光吸收層，降低制作成本， 避免銅層產(chǎn)生剝離現(xiàn)象，同時(shí)可以獲得高轉(zhuǎn)換效率的銅銦鎵硒光吸收層。上文已經(jīng)概略地?cái)⑹霰景l(fā)明的技術(shù)特征及優(yōu)點(diǎn)，以使下文的本發(fā)明詳細(xì)描述得以獲得較佳了解。構(gòu)成本發(fā)明的權(quán)利要求范圍標(biāo)的的其它技術(shù)特征及優(yōu)點(diǎn)將描述于下文。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員應(yīng)可了解，下文揭示的概念與特定實(shí)施例可作為基礎(chǔ)而相當(dāng)輕易地予以修改或設(shè)計(jì)其它結(jié)構(gòu)或工藝而實(shí)現(xiàn)與本發(fā)明相同的目的。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員亦應(yīng)可了解，這類(lèi)等效的建構(gòu)并無(wú)法脫離所附的權(quán)利要求范圍所提出的本發(fā)明的精神和范圍。


圖1顯示本發(fā)明一實(shí)施例的薄膜太陽(yáng)能電池的截面示意圖；圖2顯示利用本發(fā)明一實(shí)施例的工藝所制作的CIGS光吸收層的照片；及圖3顯示一種以傳統(tǒng)形成CIGS層的方法所形成的CIGS層。其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下1薄膜太陽(yáng)能電池
11基板
12封裝材料
13太陽(yáng)能電池單元
22背電極
23銅銦鎵硒光吸收層
24緩沖層
25絕緣層
26透明導(dǎo)電層
27上電極層
具體實(shí)施例方式
圖1顯示本發(fā)明一實(shí)施例的薄膜太陽(yáng)能電池1的截面示意圖。薄膜太陽(yáng)能電池1 包含一基板11、一封裝材料12，以及一太陽(yáng)能電池單元13。封裝材料12黏接基板11與太陽(yáng)能電池單元13。太陽(yáng)能電池單元13包含背電極22、一銅銦鎵硒(CIGQ光吸收層23、一緩沖層對(duì)、一絕緣層25、一透明導(dǎo)電層26，以及一上電極層27。背電極22包含鉬(Mo)，其可以通過(guò)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(shè)置于基板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。緩沖層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(wèn)題。透明導(dǎo)電層沈可為透明導(dǎo)電氧化物 (transparent conductive oxides)，其可包含摻雜鋁的氧化鋅。透明導(dǎo)電層沈的厚度可介于0.5 1.5μπι之間。透明導(dǎo)電層沈可以通過(guò)濺鍍方式制作。上電極層27可包含鋁導(dǎo)線?；?1可以不銹鋼或高分子材料制成，較佳地以玻璃制成。封裝材料12用于結(jié)合基板11與太陽(yáng)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(shí)施例中， 封裝材料12包含乙烯醋酸乙烯(ethylene vinyl acetate)。本發(fā)明另揭示一種薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其包含下列步驟首先提供一基板11。如前所述，基板11可以不銹鋼或高分子材料制成，較佳地以玻璃制成。其次，在基板11上形成一陽(yáng)極層。在一實(shí)施例中，陽(yáng)極層可以通過(guò)濺鍍工藝形成或以蒸鍍工藝形成。陽(yáng)極層的厚度可約0.5 1.0 μ m。陽(yáng)極層可作為背電極以利于電洞傳導(dǎo)，該陽(yáng)極層包含金屬鉬。接著，形成一薄銅層于該陽(yáng)極層上。在一實(shí)施例中，該銅層可以濺鍍工藝來(lái)形成， 其厚度可介于1000埃至2500埃。在本實(shí)施例中，相較于厚度約為1.5 2. Oym的CIGS 光吸收層23，銅層厚度為薄。由于銅層厚度薄，故可避免發(fā)生銅層剝離(peeling)現(xiàn)象。然后，共沉積銅、銦、鎵和硒于銅層上。在一實(shí)施例中，銅、銦、鎵和硒共蒸鍍于銅層上。在共蒸鍍的工藝中，基板11的溫度可高達(dá)400 650°C，因此在鍍銅、銦、鎵和硒共蒸時(shí)，銅層內(nèi)的銅會(huì)與蒸鍍的銅、銦、鎵和硒形成銅銦鎵硒化合物半導(dǎo)體。在本發(fā)明的工藝中， 在CIGS光吸收層23的總厚度不變的情形下，由于先鍍一層銅，故可減少蒸鍍的銅、銦、鎵和硒所需的時(shí)間，從而使形成CIGS光吸收層23的工藝時(shí)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。如此小范圍的組成，共蒸鍍較容易達(dá)成。是故，相較于先鍍銅，后蒸鍍銦、鎵和硒的工藝，本發(fā)明的工藝更易達(dá)成前述的范圍。再者，本發(fā)明的工藝具另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即在共蒸鍍銅、銦、鎵和硒的步驟， 可彈性調(diào)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(shí)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。之后，在CIGS光吸收層23上，形成一作為緩沖層的硫化鎘(CdS)薄膜。在一實(shí)施例中，硫化鎘(CcK)薄膜可利用化學(xué)水浴工藝制作，其厚度可約為0.05 μ m。硫化鋅或硫化銦亦可作為緩沖層的材料。再者，形成一絕緣層在硫化鎘(CcK)薄膜之上。在一實(shí)施例中，絕緣層包含氧化鋅。而在絕緣層上，可接著形成一導(dǎo)電層。圖2顯示利用本發(fā)明一實(shí)施例的工藝所制作的CIGS光吸收層的照片。從圖2可看出，本發(fā)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(huì)在CIGS光吸收層與陽(yáng)極層之間形成孔洞。此可證明，本發(fā)明的工藝方法可避免銅層產(chǎn)生剝離現(xiàn)象。本發(fā)明所揭示的工藝，其是在陽(yáng)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(shí)間，且可避免陽(yáng)極層上形成銅層的剝離問(wèn)題。此外，本發(fā)明的工藝可在共蒸鍍銅、銦、鎵和硒的步驟中，彈性地調(diào)整銅、銦、鎵和硒，以獲得高轉(zhuǎn)換效率的CIGS光吸收層。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已揭示如上，然而本領(lǐng)域普通技術(shù)人員仍可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為所附的權(quán)利要求范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，包含下列步驟 形成一陽(yáng)極層于一基板上；形成一銅層于該陽(yáng)極層上；以及共沉積銅、銦、鎵和硒于該銅層上，以形成一銅銦鎵硒光吸收層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，該銅層的厚度介于1000埃至2500埃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，該銅銦鎵硒光吸收層的厚度介于1至2. 5微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，形成一銅層于該陽(yáng)極層上的步驟包含蒸鍍或?yàn)R鍍?cè)撱~層于該陽(yáng)極層上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，該陽(yáng)極層包含鉬。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，還包含下列步驟 沉積一緩沖層于該銅銦鎵硒光吸收層上；形成一絕緣層于該緩沖層上；以及形成一導(dǎo)電層于該絕緣層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，該緩沖層包含硫化鎘、硫化鋅或硫化銦。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，該絕緣層包含氧化鋅。
全文摘要
本發(fā)明提供一種薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，包含下列步驟形成一陽(yáng)極層于一基板上；形成一銅層于該陽(yáng)極層上；以及共沉積銅、銦、鎵和硒于該銅層上，以形成一銅銦鎵硒光吸收層。通過(guò)本發(fā)明的制備方法可在較短的工藝時(shí)間制備銅銦鎵硒光吸收層，降低制作成本，避免銅層產(chǎn)生剝離現(xiàn)象，同時(shí)可以獲得高轉(zhuǎn)換效率的銅銦鎵硒光吸收層。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102163652SQ20111006292
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者李宗龍, 林信宏, 林信志, 章豐帆, 謝季樺 申請(qǐng)人:太陽(yáng)?？萍脊煞萦邢薰?br>