具有高密度的CIS系列薄膜的制造方法技术

本发明专利技术揭示一种具有高密度的太阳能电池用CIS系列化合物薄膜的制造方法。本发明专利技术的太阳能电池用CIS系列化合物薄膜的制造方法包括下列步骤：步骤1，制造CIS系列化合物纳米粒子；步骤2，把上述CIS系列化合物纳米粒子、螫合剂(chelating?agent)及溶剂混合制成CIS系列化合物浆；步骤3，把上述CIS系列化合物浆予以涂层(coating)而形成CIS系列化合物薄膜；及步骤4，对上述CIS系列化合物薄膜进行热处理；本发明专利技术凭此让作为薄膜太阳能电池的吸光层使用的CIS系列薄膜的结构致密化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有高密度的CIS系列薄膜的制造方法【
】 本专利技术涉及一种具有高密度的太阳能电池用CIS系列化合物薄膜的制造方法，更具体地说，本专利技术涉及一种利用非真空涂层法进行CIS化合物纳米粒子、CIGS化合物纳米粒子或CZTS化合物纳米粒子涂层时，对前驱体粒子表面进行改性而得以提升后热处理工序中薄膜致密度的高密度Cis系列化合物薄膜的制造方法及利用上述CIS系列化合物薄膜的薄膜型太阳能电池的制造方法。【
技术介绍
】近来，由于严重的环境污染问题及化石能量枯竭而使得新一代清净能量的开发日益重要。其中，太阳能电池是一种把太阳能量直接转换到电能量的装置，太阳能电池的公害少，资源无限并具有半永久性的寿命，被人们期待为能够解决未来能量问题的能量源。太阳能电池根据应用于吸光层的物质而分为很多种类，目前使用最多的是利用硅的硅太阳能电池。但近来硅的供应不足而使其价格飙升，人们对薄膜型太阳能电池的关注也日益强烈。薄膜型太阳能电池制成较薄的厚度而能够减少材料消耗量，而且其重量较轻而能够应用到广泛的范围。在该薄膜型太阳能电池的材料方面，对非晶质硅与CdTe、CIS或CIGS的研究非常活跃。CIS薄膜或CIGS薄膜是1-1I1-VI化合物半导体之一，在实验室制造的薄膜太阳能电池中具有最高的转换效率(20.3%)。尤其是可以制成10微米(Micron)以下的厚度，即使长期使用时也能发挥出稳定的特性，因此被视为能够替代硅的低廉高效型太阳能电池。尤其是，CIS薄膜作为直接迁移型半导体而能够薄膜化，能带隙为1.04eV而比较适合光转换，吸光系数则是已知太阳能电池材料中最大的材料。CIGS薄膜是一种为了改善CIS薄膜的较低开路电压而以Ga替代In的一部分或者以S替代Se后开发出来的材料。CIGS系太阳能电池以数微米厚的薄膜制成太阳能电池，其制造方法主要分为利用真空沉积的方法、在非真空下涂敷前驱体物质后将其热处理的方法。其中，基于真空沉积的方法虽然可以制造出高效率的吸收层，但是在制作大面积的吸收层时其均匀性会下降并且需要使用高价设备，所用材料的损失率达到20~50%而提高生产成本。与此相反的是，涂敷前驱体物质后予以高温热处理的方法能够降低工艺成本并且能够均匀地制作大面积，但其吸收层效率较低。在非真空涂敷前驱体物质后形成的CIGS薄膜具有较多气孔而呈现出没有实现致密化的特性，因此进行硒化热处理。现有的硒化热处理工序由于使用有毒气体硒化氢(H2Se)而出现安全问题，因此需要具备安全设施而花费庞大的设施成本，还要长时间进行热处理而提高了 CIGS薄膜的单价。而且，CIGS薄膜具有1000°C以上的高熔点，因此即使数十纳米尺寸的CIGS化合物纳米粒子也难以凭借后热处理实现粒子生长及致密化。【解决的技术课题】本专利技术的目的如下，在CIS系列化合物薄膜的制造方法引进工序成本相对低廉的非真空涂层法并且在该工序中诱导薄膜结构的致密化，不仅能够降低成本，还能制造出利用高密度薄膜的高效率薄膜太阳能电池。【解决课题的技术方案】本专利技术的具有高密度的CIS系列化合物薄膜的制造方法能够达到上述目的，本专利技术包括下列步骤:步骤1，制造CIS系列化合物纳米粒子；步骤2，把上述CIS系列化合物纳米粒子、螫合剂(chelating agent)及溶剂混合制成CIS系列化合物楽；(slurry);步骤3,把上述CIS系列化合物浆予以涂层(coating)而形成CIS系列化合物薄膜；及步骤4，对上述CIS系列化合物薄膜进行热处理。在本专利技术的较佳实施例中，上述CIS系列化合物纳米粒子可以是CIS化合物纳米粒子、CIGS化合物纳米粒子或CZTS化合物纳米粒子。上述螫合剂可以是选自MEA (monoethanolamine)、DEA (diethanolamine)、TEA(triethanolamine)、乙二胺、EDTA、NTA、HEDTA, GEDTA, TTHA, HIDA 及 DHEG 所构成的群中的某一个。上述溶剂可以是醇系溶剂。 上述醇系溶剂可以包括由乙醇、甲醇、戊醇、丙醇及丁醇所构成的群中的某一个。上述浆可以由超声波予以分散制造。上述CIS系列化合物薄膜可以由非真空涂层法形成。上述非真空涂层法可以是喷射法、超声波喷射法、旋涂(spin coating)法、刮平刀(Doctor Blade)法、丝印法及喷墨印刷法中的某一个。上述步骤3可以把CIS系列化合物薄膜涂层后再进行干燥工序。上述步骤3可以依序反复进行多次上述CIS系列薄膜涂层与干燥工序。上述步骤4可以供应Se蒸气地进行热处理。上述热处理让形成了上述CIS系列化合物薄膜的基板温度为400~530°C地进行。实现上述目的的具有高密度的CIS系列化合物薄膜是一种作为太阳能电池的吸光层使用的CIS系列化合物薄膜,上述CIS系列化合物薄膜凭借螫合剂(chelating agent)使得硒化热处理时CIS系列化合物纳米粒子均匀生长而具备致密结构。在本专利技术的较佳实施例中，上述CIS系列化合物纳米粒子可以是CIS化合物纳米粒子、CIGS化合物纳米粒子或CZTS化合物纳米粒子。上述螫合剂可以是选自MEA (monoethanolamine)、DEA (diethanolamine)、TEA(triethanolamine)、乙二胺、EDTA、NTA、HEDTA, GEDTA, TTHA, HIDA 及 DHEG 所构成的群中的某一个。实现上述目的的包含本专利技术CIS系列化合物薄膜的太阳能电池则包括上述具有高密度的CIS系列化合物薄膜。【有益效果】本专利技术在基于纳米粒子的前驱体包含螫合剂地形成前驱体薄膜并进行热处理，从而完成CIS系列化合物薄膜。此时，形成于纳米粒子表面的螯合化合物在硒化热处理时延迟粒子的结晶化，与此相反地却让物质流动顺畅而使得薄膜结构致密化，能够把本专利技术的CIS系列化合物薄膜作为薄膜太阳能电池的吸光层使用而制成高效率的薄膜太阳能电池。【【附图说明】】图1是示出通过本专利技术的实施例制成的CIS薄膜的表面的SEM图像。图2是示出利用通过本专利技术的实施例制成的CIS薄膜的太阳能电池的输出特性的曲线图。图3是示出通过比较例制成的CIS化合物薄膜的表面的SEM相图像。图4是示出利用通过比较例制成的CIS化合物薄膜的太阳能电池的暗态电流-电压曲线。【【具体实施方式】】下面结合附图详细说明本专利技术的较佳实施例。下面说明的实施例可以实现各种形态的变形，但下列实施例不会限定本专利技术的范围。本专利技术的实施例的目的是为了向具有本领域通常知识者完整地说明。下面具体说明本专利技术的CIS系列化合物薄膜的制造方法。本专利技术CIS系列化合物薄膜的形成方法把螫合剂混合到包含CIS系列化合物纳米粒子的浆(slurry)后制成混合浆，然后将其涂层(coating)并进行热处理而制成致密的CIS系列化合物薄膜。下面说明具体方法。首先，制造CIS系列化合物纳米粒子(步骤I)。本专利技术中的“CIS系列化合物”定义为包含下列化合物的术语:以IB-1IIA-VIA族化合物半导体Cu-1n-Se作为基本的Cu-1n-S、Cu-Ga-S、Cu-Ga-Se之类的三元化合物；Cu-1n-Ga-Se 之类的四元化合物，Cu-1n-Ga-Se-(S，Se)、Cu-1n-Al-Ga-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高密度的CIS系列化合物薄膜的制造方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1，制造CIS系列化合物纳米粒子；步骤2，把上述CIS系列化合物纳米粒子、螫合剂(chelating?agent)及溶剂混合制成CIS系列化合物浆；步骤3，把上述CIS系列化合物浆予以涂层(coating)而形成CIS系列化合物薄膜；及步骤4，对上述CIS系列化合物薄膜进行热处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.25 KR 10-2011-00497681.一种具有高密度的Cis系列化合物薄膜的制造方法，其特征在于， 包括下列步骤: 步骤1，制造CIS系列化合物纳米粒子； 步骤2,把上述CIS系列化合物纳米粒子、螫合剂(chelating agent)及溶剂混合制成CIS系列化合物浆； 步骤3，把上述CIS系列化合物浆予以涂层(coating)而形成CIS系列化合物薄膜；及 步骤4，对上述CIS系列化合物薄膜进行热处理。2.根据权利要求1所述的具有高密度的CIS系列化合物薄膜的制造方法，其特征在于， 上述CIS系列化合物纳米粒子是CIS化合物纳米粒子、CIGS化合物纳米粒子或CZTS化合物纳米粒子。3.根据权利要求1所述的具有高密度的CIS系列化合物薄膜的制造方法，其特征在于， 上述螫合剂是选自 MEA (monoethanolamine)、DEA (diethanolamine)、TEA(triethanolamine)、乙二胺、EDTA、NTA、HEDTA, GEDTA, TTHA, HIDA 及 DHEG 所构成的群中的某一个。4.根据权利要求1所述的具有高密度的CIS系列化合物薄膜的制造方法，其特征在于， 上述溶剂是醇系溶剂。5.根据权利要求4所述的具有高密度的CIS系列化合物薄膜的制造方法，其特征在于， 上述醇系溶剂是包含有由乙醇、甲醇、戊醇、丙醇及丁醇所构成的群中的某一个的醇系溶剂。6.根据权利要求1所述的具有高密度的CIS系列化合物薄膜的制造方法，其特征在于， 上述衆由超声波予以分散制造。7.根据权利要求1所述的具有高密度的CIS系列化合物薄膜的制造方法，其特征在于， 上述CIS系列化合物薄膜由非真空涂层法形成。8.根据权利要求7所述的具有高密度的...

【专利技术属性】
技术研发人员：安世镇，尹庆勋，尹载浩，郭智惠，赵雅拉，申基植，安承奎，
申请(专利权)人：韩国能源技术研究院，
类型：
国别省市：