非真空制作铜铟镓硒和／或硫的太阳能电池制造技术

本发明专利技术涉及一种铜铟镓硒和／或硫太阳能电池的制作方法，特别是一种非真空制作铜铟镓硒和／或硫的太阳能电池，包括：（１）依据配方比例，混合含ＩＢ、ＩＩＩＡ和ＶＩＡ族元素的二成份或三成份或四成份粉末，以形成含铜铟镓硒和／或硫原始混合粉末；（２）在原始混合粉末中再添加额外的ＶＩＡ族元素粉末，并混合形成最后混合粉末；（３）添加溶剂搅拌，形成浆料；（４）非真空涂布浆料在钼金属层上，软烤形成预制层；（５）经快速升温退火、长晶形成光吸收层；（６）沉积硫化镉或硫化锌于光吸收层上；（７）最后再沉积ＺｎＯ和ＡＺＯ以完成铜铟镓硒和／或硫太阳能电池。避免使用危险的硒化氢；设备成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铜铟镓硒和/或硫太阳能电池的制作方法，特别是一种非真空制 作铜铟镓硒和/或硫的太阳能电池。
技术介绍
近年来，随国际油价高涨及环保意识的抬头，绿色能源已成为新能源主流，其中太 阳能电池又因是取自太阳的稳定辐射能，来源不会枯竭，因此更为各国所重视，无不倾注大 量研发经费及政策性补贴，以扶植本地的太阳能电池产业，使得全球太阳能产业的发展非 常快速。第一代太阳能模块包括单晶硅和多晶硅的太阳能模块，虽然光电转换效率高且量 产技术成熟，但因为材料成本高，且硅晶圆常因半导体工业的需求而货源不足，影响后续的 量产规模。因此，包含非晶硅薄膜、铜铟镓硒(CIGS)薄膜或铜铟镓硒(硫)(CIGSS)薄膜和 碲化镉薄膜的第二代的薄膜太阳能模块，在近几年已逐渐发展并成熟，其中又以铜铟镓硒 或铜铟镓硒(硫)太阳能电池的转换效率最高(单元电池可高达20%，而模块约14%)，因 此特别受到重视。参阅图1，现有技术的铜铟镓硒太阳能电池结构包括基板10、第一导电层20、铜铟 镓硒和/或硫吸收层30、缓冲层40、绝缘层50以及第二导电层60，其中基板10可为玻璃 板、铝板、不锈钢板或塑料板，第一导电层20 —般包括金属钼，作为背面电极，铜铟镓硒和/ 或硫吸收层30包括适当比例的铜、铟、镓及硒，作为ρ型薄膜，为主要的光线吸收层，缓冲层 40包括硫化镉(CdS)，作为η型薄膜，绝缘层50包括氧化锌(ZnO)，用以提供保护，第二导电 层60包含氧化锌铝(Ζη0:Α1)，用以连接正面电极。上述铜铟镓硒和/或硫太阳能电池的制造方法主要依据铜铟镓硒和/或硫吸收层 的制造环境而分成真空制造方法及非真空制造方法。真空制造方法包括溅射法或蒸镀法， 缺点是投资成本较高且材料利用率较低，因此整体制作成本较高。非真空制造方法包括印 刷法或电沉积法，缺点是技术还不成熟，无较大面积的商品化产品。不过非真空制造方法具 有制造设备简单且工艺条件容易达成的优点，而有相当的商业潜力。铜铟镓硒和/或硫吸收层的非真空制造方法是先调配铜铟镓硒和/或硫浆料或墨 水(Ink)，用以涂布到钼基板上。现有技术铜铟镓硒和/或硫浆料调配是先以适当比例混合IB、IIIA及VIA族元素粉的氧化物以形成原始含铜铟镓硒和/或硫混合的氧化物粉末，再添加适当比例的溶剂， 并进行搅拌以形成原始铜铟镓硒和/或硫浆料，最后添加粘接剂(binder)或表面活性剂以 提高铜铟镓硒和/或硫吸收层和钼背面电极的粘接性，并进行搅拌混合以形成最后铜铟镓 硒和/或硫浆料。然后将涂布有铜铟镓硒和/或硫浆料的基板在高温下用氢气还原，同时用硒化氢 进行硒化，制作光吸收层；再沉积一定厚度硫化镉或硫化锌于光吸收层上，以使完全覆盖铜 铟镓硒和/或硫光吸收层；最后再沉积ZnO和AZO以完成铜铟镓硒和/或硫太阳能电池。上述现有技术的缺点是，在将氧化物中的氧去除时，需在极高温度下使用氢气还 原该氧化物，同时使用硒化氢进行硒化，该过程不但会提高设备成本，且硒化氢毒性很强， 若不小心使用会有致死危险，同时若还原过程中，还有氧分子残留在最后的铜铟镓硒和/ 或硫吸收层内，会影响铜铟镓硒和/或硫吸收层的光吸收特性，甚至影响效率。因此，需要 一种不需高温还原和硒化等制造方法，可使用便宜且简单设备即可沉积以制造铜铟镓硒和 /或硫太阳能电池的光吸收层的方法。因此，需要一种不需高温、不使用硒化法、不添加表面活性剂及粘接剂的制造铜铟 镓硒和/或硫的太阳能电池的方法，以解决上述现有技术的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有的制作铜铟镓硒和/或硫太阳能电池所存在的缺 陷，而提供一种非真空制作铜铟镓硒和/或硫太阳能电池的方法。在非真空下不需界面活 性剂及粘接剂而制作铜铟镓硒浆料和/或硫浆料，将其涂布在钼层上而形成铜铟镓硒和/ 或硫太阳电池，用以进行光吸收及光电转换。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本专利技术提 出的一种非真空制作铜铟镓硒和/或硫太阳能电池的方法，包括下列步骤(1)首先，依据配方比例，混合含IB、IIIA和VIA族元素的二成份或三成份或四成 份粉末，以形成含铜铟镓硒和/或硫原始混合粉末，且该IB族元素包括铜，该IIIA族元素 包括铟或镓或铟镓混合材料，该VIA族元素包括硒或硫或硒硫混合材料；(2)在原VIA元素比例的基础上，再添加额外的VIA族元素粉末至该原始混合粉末 中，并进行混合以形成最后混合粉末；(3)添加溶剂至该最后混合粉末中并进行搅拌，形成含有IB、IIIA及VIA族元素 的铜铟镓硒和/或硫浆料；(4)以非真空涂布法将上述铜铟镓硒和/或硫浆料涂布在钼金属层上，软烤后形 成铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层；(5)接着经快速退火炉以快速升温速率，将含铜铟镓硒和/或硫光吸收预制层的 基板加热退火长晶以形成铜铟镓硒和/或硫光吸收层；(6)再沉积一定厚度硫化镉或硫化锌于光吸收层上，以使完全覆盖铜铟镓硒和/ 或硫光吸收层；(7)最后再沉积ZnO和AZO以完成铜铟镓硒和/或硫太阳能电池。本专利技术的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。前述的非真空制作铜铟镓硒和/或硫太阳能电池的方法，其中所述原始混合粉末 配方比例为IB、IIIA及VIA族元素的摩尔比例等于0.9 1.0 1.0 2.0。前述的非真空制作铜铟镓硒和/或硫太阳能电池的方法，其中所述最后混合元素 比例为IB、IIIA及VIA族元素的摩尔比例等于1.0 1. 0 X，其中X为2. 0至4. 0之间。前述的非真空制作铜铟镓硒和/或硫太阳能电池的方法，其中所述溶剂包括醇 类、醚类、酮类或混合所述二种以上溶剂的至少其中之一。前述的非真空制作铜铟镓硒和/或硫太阳能电池的方法，其中所述快速退火炉升 温速率介于每分钟升温10 50°C之间。前述的非真空制作铜铟镓硒和/或硫太阳能电池的方法，其中所述快速退火炉操 作温度介于400 800°C之间。前述的非真空制作铜铟镓硒和/或硫太阳能电池的方法，其中所述快速退火炉操 作时间介于5 50分钟之间。前述的非真空制作铜铟镓硒和/或硫太阳能电池的方法，其中所述沉积硫化镉或 硫化锌的厚度介于30 100纳米。本专利技术主要利用调配铜铟镓硒和/或硫浆料时，使用平均粒径介于500纳米至100 微米的IB、IIIA及VIA族化合物颗粒，经由研磨形成1 500纳米的纳米颗粒，再搭配溶剂 或相关添加剂搅拌均勻，以配成含铜铟镓硒和/或硫浆料，再使用非真空涂布法如刮刀涂 布、狭缝涂布法、超音波喷涂法、电镀法或网印法等涂布成光吸收层，以制备成铜铟镓硒和/ 或硫太阳能电池。本专利技术与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本专利技术 非真空制作铜铟镓硒和/或硫太阳能电池的方法可达到相当的技术进步性及实用性，并具 有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点1、本专利技术非真空制作铜铟镓硒和/或硫太阳能电池，在调配铜铟镓硒和/或硫浆 料时，用溶剂取代表面活性剂和粘接剂；用快速退火热处理(RTA)取代高温度下使用氢气 还原，从而达到不使用硒化法，避免使用危险的硒化氢。 2、用快速退火炉取代高温氢气还原炉，节省设备成本。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能更清楚了解本专利技术的技术手段，而 可依照说明书的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非真空制作铜铟镓硒和／或硫太阳能电池的方法，包括下列步骤：（１）首先，依据配方比例，混合含ⅠＢ、ⅢＡ和ⅥＡ族元素的二成份或三成份或四成份粉末，以形成含铜铟镓硒和／或硫原始混合粉末，且该ⅠＢ族元素包括铜，该ⅢＡ族元素包括铟或镓或铟镓混合材料，该ⅥＡ族元素包括硒或硫或硒硫混合材料；（２）在原ⅥＡ元素比例的基础上，再添加额外的ⅥＡ族元素粉末至该原始混合粉末中，并进行混合以形成最后混合粉末；（３）添加溶剂至该最后混合粉末中并进行搅拌，形成含有ⅠＢ、ⅢＡ及ⅥＡ族元素的铜铟镓硒和／或硫浆料；（４）以非真空涂布法将上述铜铟镓硒和／或硫浆料涂布在钼金属层上，软烤后形成铜铟镓硒和／或硫光吸收预制层；（５）接着经快速退火炉以快速升温速率，将含铜铟镓硒和／或硫光吸收预制层的基板加热退火长晶以形成铜铟镓硒和／或硫光吸收层；（６）再沉积一定厚度硫化镉或硫化锌于光吸收层上，以使完全覆盖铜铟镓硒和／或硫光吸收层；（７）最后再沉积ＺｎＯ和ＡＺＯ以完成铜铟镓硒和／或硫太阳能电池。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文仁，杨益郎，林群福，
申请(专利权)人：昆山正富机械工业有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]