太阳能电池的制造方法技术

本发明专利技术提供一种太阳能电池的制造方法。上述方法是利用在一基板上依序溅镀靶材或共同溅镀靶材，然后对基板退火来制造来太阳能电池中的含硫化硫属化合物吸收物，上述靶材的其中之一包含一硫化合物。在一不含硫环境下进行上述退火且避免使用危险的硫化氢气体。形成的上述硫化硫属化合物具有一硫浓度梯度。相较于使用两道退火步骤的其他工艺，本发明专利技术的工艺简易且仅使用一道退火步骤。此外，本发明专利技术公开的工艺可避免使用难以量产的含硒或含硫气体环境。特别地，可避免使用在低浓度下具有高毒性的硒化氢和硫化氢。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，特别涉及一种太阳能电池的硫属化合物吸收物的形成方法。
技术介绍
太阳能，或是将太阳光转变成为电能，如果具有高效率、便宜和安全等特点，则可较其他形式的产生能源方式具竞争力。虽然薄膜太阳能电池制造工艺是结合低制造成本和较高的效率，但是仍然需要有毒和危险的材料和工艺。一般是利用吸收光子的方式使太阳能电池运行，上述光子可使电子从价带激发至传导带。当连接至一电路时，在传导带中的电子流动以驱动一电流。薄膜太阳能电池是使用表现出直接带隙(direct bandgap)的吸收层，且可允许电池仅具有数毫米(mm)的厚度。 在许多薄膜太阳能电池中，光子或光吸收包括每一个第I族(铜、银、金)、第III族(铝、 镓、铟)和第VI族(硫、硒、碲)的元素。在一些例子中，Sn或Si可取代第III族的元素。 在这种太阳能电池中，I-III-VI2半导体材料为铜铟镓硒(二倍硒)(以下简称CIGS)。上述材料为铜铟硒(通常缩写为CIS)和铜镓硒的固态溶液，其化学方程式为CdnxGad-x) %2，其中χ值可从1(纯铜铟硒)变化至0(纯铜镓硒)。上述半导体材料为四面体配位键结半导体，且具有硫属化合物结晶结构，且带隙可随χ值连续变化，可从约1. OeV (铜铟硒) 至约1.7eV(铜镓硒)。含硫的CIGS薄膜也为现有的CIGSS，其已显示改善的太阳能电池效率。CIGSS半导体材料具有宽于CIGS的直接带隙。CIGSS半导体材料的带隙介于约1. OeV至约2. 5eV之间，其太阳能辐射范围优于CIGS薄膜，且允许太阳能辐射吸收的最佳效果。小面积的太阳能电池已被报导出具有高达19. 5%的变换效率。在一例子中，利用在硫化氢气体中退火以硫化CIGSS的表面。因为硫化氢气体有剧毒且因此产生工艺问题，其他的硫化工艺需要使 CIGS薄膜中的硫或硫化物an2S;3)蒸发。形成CIGS薄膜后，利用在极高温度下加热在坩埚炉中的少量硫或硫化物的方式进行上述蒸发步骤。当不使用硫化氢(H2Q的较安全的蒸发工艺仍不适用于经济的量产制造工艺时，有需要一种，以满足上述需求且克服现有技术的缺点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术一实施例提供一种。上述包括提供一基板；利用溅镀一第一靶材，在上述基板上形成一第一薄膜；在上述基板上形成一第二薄膜，形成上述第二薄膜包括在上述第一薄膜上方溅镀一第二靶材，其中上述第二靶材包括硫或一硫化物；以及利用施加能量至上述基板，从上述第一和第二薄膜形成硫属化合物太阳能吸收物，其中上述硫属化合物太阳能吸收物包括第I族的至少一个元素和第VI族的至少二个元素。本专利技术另一实施例提供一种。上述包括提供一钼涂布玻璃基板；利用溅镀一第一靶材，在上述基板上形成一第一薄膜；在上述基板上形成一第二薄膜，形成上述第二薄膜包括在上述第一薄膜上方溅镀一第二靶材， 其中上述第二靶材包括硫或硫化铟；以及对上述基板退火，其中形成上述第一薄膜、形成上述第二薄膜和施加能量的上述这些步骤不包括使用含硫气体或含硫化物气体。相较于使用两道退火步骤的其他工艺，本专利技术实施例的工艺简易且仅使用一道退火步骤。此外，本专利技术实施例公开的工艺可避免使用难以量产的含硒或含硫气体环境。特别地，可避免使用在低浓度下具有高毒性的硒化氢和硫化氢。附图说明图1 图3为依据本专利技术不同实施例的的流程图。图4为依据本专利技术不同实施例的形成的含硫的铜铟镓硒 (CIGSS)薄膜结构。图5为依据本专利技术不同实施例的含硫的铜铟镓硒(CIGSS)太阳能电池。主要附图标记说明11、21、31 方法；13、14、15、17、19、23、25、27、29、33、35、37、39 步骤；41 基板；43 钼层；45 第一薄膜层；47 第二薄膜层；40 混合层；46 硫属化合物薄膜；49、51、53、55 薄膜；57、59 电极。具体实施例方式以下以各实施例详细说明并伴随着附图说明的范例，做为本专利技术的参考依据。在附图或说明书描述中，相似或相同的部分皆使用相同的图号。且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各元件的部分将以分别描述说明，值得注意的是，图中未示出或描述的元件，为本领域普通技术人员所知的形式。在本专利技术一实施例中，本专利技术是有关于具有硫化硫属化合物 (sulfurizedchalcogenide)半导体吸收物的。可利用溅镀位于一块状层上的一含硫靶材，上述块状层是先溅镀于一基板上。在一些实施例中，是依序进行溅镀-在溅镀含硫靶材之前，先利用溅镀法形成上述块状层。在其他实施例中，是部分同时进行溅镀-先利用溅镀法形成一部分上述块状层，且在溅镀形成剩余的上述块状层的同时开始溅镀含硫靶材。在本专利技术一实施例中，是对上述基板施加热或其他能量以促进在表面硫的扩散。因此制造的上述吸收物在表面具有最高的硫浓度梯度。在本专利技术实施例的的特点具有可用于量产的制造工艺。现有的硫化方法需要在一气体或蒸气环境下加热一块状硫属化合物(chalcogenide)材料薄膜。一实施例是包括在一硫化氢气体环境下加热上述块状硫属化合物(chalcogenide)材料薄膜。其他实施例是包括在退火前在一腔体中蒸发少量的硫或硫化物且使蒸气凝结于上述薄膜上。这些工艺需要非常高的温度且可能难以控制。这些工艺不容易标准化且不够安全而能量产。另一方面，用于半导体工艺的溅镀工艺是用以形成不同的金属和介电层。利用本专利技术实施例公开的溅镀工艺硫化上述薄膜表面可以避免使用可能有毒且较溅镀工艺难以控制的上述含硫气体环境。图1 图3为依据本专利技术不同实施例的的流程图。请参考图1，方法11包括提供一基板(步骤1 。选择性以钼涂布上述基板(步骤14)。利用溅镀一第一靶材，在上述基板上形成一第一薄膜(步骤15)。利用溅镀一第二靶材，在上述基板上形成一第二薄膜(步骤17)。以及对上述基板施加能量以促进扩散(步骤19)。上述基板可为任何形成太阳能电池的常用基板。在一实施例中，可使用玻璃或硅基板。也可使用苏打石灰玻璃基板(soda-lime glass substrate)，原因为形成于其上的薄膜表现出较高的导电率，且太阳能电池具有增加的开路电压(open circuit voltage)和填充因子 (fillfactor)。可将上述基板涂布一钼层或涂布例如W、Mo (已重复)、Cr、Ta、Nb、V、Ti、Mn 的其他常用的背接触层。可使用包括物理气相沉积法，或用适当前驱材料的直流电(DC)和射频(RF)磁控溅镀法等不同的常用方法涂布背接触层。在步骤14中涂布上述基板之后，在步骤15中利用溅镀一第一靶材，在上述基板上形成一第一薄膜。上述第一靶材包括硫属化合物(chalcogenide)材料薄膜的至少二个元素，上述硫属化合物(chalcogenide)材料薄膜择自上述第I、III和VI族的元素。在第二溅镀步骤17中，同时溅镀硫属化合物(chalcogenide)材料薄膜的剩余元素与硫以形成第二薄膜。第二(溅镀)靶材可包括第一靶材的元素。在一实施例中，第一靶材和第二靶材一起沉积铜、铟、镓、硒和硫，以形成含硫的铜铟镓硒(CIGSQ化合物薄膜，其中利用第一溅镀步骤沉积单一层，且利用第二溅镀步骤沉积单一层。仅在第二靶材中包括硫，且因此硫仅存在于化合物薄膜的第二薄膜或本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种太阳能电池的制造方法，包括下列步骤：提供一基板；利用溅镀一第一靶材，在该基板上形成一第一薄膜；在该基板上形成一第二薄膜，形成该第二薄膜包括在该第一薄膜上方溅镀一第二靶材，其中该第二靶材包括硫或一硫化物；以及利用施加能量至该基板，从该第一和第二薄膜形成硫属化合物太阳能吸收物，其中该硫属化合物太阳能吸收物包括第Ｉ族的至少一个元素和第ＶＩ族的至少二个元素。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李文钦，严文材，陈鼎元，余良胜，张玉函，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71