CN101820026A - 非真空制作铜铟镓硒浆料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，包括混合不同平均粒径且具有IB、IIIA及VIA族元素的二个成份、三个成份或四个成份的粉末，形成原始混合粉末，额外添加VIA族元素粉末并混合以形成最后混合粉末，添加溶剂并搅拌以形成所需的浆料。其中IB族元素包括铜，IIIA族元素包括铟或镓或铟镓混合材料，而VIA族元素包括硒或硫或硒硫混合材料，额外添加的VIA族元素粉末包括硒或硫或硒硫混合材料。并且本发明是选用具有第一平均粒径的粉末及具有第二平均粒径的粉末形成该浆料，且后者为前者的30％以下，以降低光吸收层的空隙，增加致密度并提高光吸收特性及光电转换效率。

Description

非真空制作铜铟镓硒浆料的方法

技术领域

本发明涉及一种铜铟镓硒浆料的调配方法，特别是涉及在非真空环境下不含界面活性剂及接着剂且使用具有不同平均粒径的粉末的非真空制作铜铟镓硒浆料的方法。

背景技术

近年来，随着国际油价高涨及环保意识的抬头，绿色能源已成为新能源的主流，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，无不挹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。

请参阅图1所示，是现有习用技术的铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)太阳能电池结构的示意图。如图1所示，现有习用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、铜铟镓硒或铜铟镓硒(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、不绣钢板或塑胶板，第一导电层20一般包括金属钼，当作背面电极，铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)吸收层30包括适当比例的铜、铟、镓及硒，当作p型薄膜，为主要的光线吸收层，缓冲层40可包括硫化镉(CdS)，当作n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(ZnO:Al)，用以连接正面电极。

上述铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)太阳能电池的制造方法主要依据铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)吸收层的制造环境而分成真空工艺及非真空工艺。真空工艺包括溅镀法或蒸镀法，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。非真空工艺包括印刷法或电沉积法，缺点是技术仍不成熟，仍无较大面积的商品化产品。不过非真空工艺仍具有制造设备简单且工艺条件容易达成的优点，因而具有相当的商业潜力。

铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)吸收层的非真空工艺是先调配铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)浆料或墨水(Ink)，用以涂布到钼层上。

现有习用技术的铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)浆料调配是先以适当比例混合含混合IB、IIIA及VIA族元素的氧化物以形成原始含铜铟镓硒或铜铟镓硒(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或铜铟镓硒(硫)浆料，最后添加接着剂(binder)或界面活性剂以提高铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)吸收层和钼背面电极的接着性，并进行搅拌混合以形成最后铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)浆料。

上述现有习用技术的缺点是，界面活性剂和接着剂可能会残留在最后的铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)吸收层内，造成铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)吸收层的含碳量和含氧量偏高，影响铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)吸收层的光吸收特性，甚至影响光电转换效率。因此，需要一种不需要加接着剂、界面活性剂的铜铟镓硒(硫)浆料的调配方法，以改善上述现有习用技术的问题。同时，选用单一平均粒径IB、IIIA及VIA族元素的二个成份、三个成份或四个成份的纳米粉末会使颗粒和颗粒间的孔隙较大，降低膜的致密性，因此需要使用不同平均粒径的纳米粉末改善上述问题，以增加涂布后膜的致密性。

由此可见，上述现有的非真空制作铜铟镓硒浆料的方法在方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般方法又没有适切的方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的非真空制作铜铟镓硒浆料的方法存在的缺陷，而提供一种新的非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，所要解决的技术问题是使其在调配铜铟镓硒(硫)浆料时，除了使用原始正常比例的铜铟镓硒(硫)化合物以外，另外添加过量VIA族元素的纳米粉末，不但可以补充VIA族元素的含量，而且也可以取代原来使用的界面活性剂和接着剂，并藉由使用不同平均粒径的纳米粉末，使浆料涂布后膜的致密性提高，非常适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，用以在非真空环境下不需要界面活性剂及接着剂而制作一铜铟镓硒浆料或一铜铟镓硒(硫)浆料，该铜铟镓硒浆料或该铜铟镓硒(硫)浆料是用以涂布在一钼层上而形成一吸收层，该方法系包括以下步骤：首先，依据一配方比例，混合具不同平均粒径且含IB、IIIA及VIA族元素的二个成份、三个成份或四个成份的粉末，以形成一原始混合粉末，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；接着，以一第一VIA族元素比例，再添加额外的VIA族元素粉末至该原始混合粉末中，并进行混合以形成一最后混合粉末；以及最后，添加溶剂至该最后混合粉末中并进行搅拌，藉以形成含有IB、IIIA及VIA族元素的一浆料，且该浆料为该铜铟镓硒浆料或该铜铟镓硒(硫)浆料。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，其中所述的原始混合粉末的配方比例是包括该IB、IIIA及VIA族元素的莫尔比例等于1.0∶1.0∶2.0。

前述的非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，其中所述的平均粒径至少包括一第一平均粒径及一第二平均粒径，且该第二平均粒径为该第一平均粒径的30％以下。

前述的非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，其中所述的第一VIA族元素比例是包括该IB、IIIA及VIA族元素的莫尔比例等于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浆料的方法，其中所述的额外的VIA族元素粉末包括硒或硫或硒硫混合材料的至少其中之一。

前述的非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，其中所述的溶剂包括去离子水、醇类、酮类或混合上述二种以上溶剂的至少其中之一。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目的，本发明提供了一种非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，其包括混合具有不同平均粒径且含有IB、IIIA及VIA族元素的二个成份、三个成份或四个成份的粉末，形成原始混合粉末，再额外添加VIA族元素粉末并进行混合，以形成最后混合粉末，接着添加溶剂并进行搅拌，以形成所需的铜铟镓硒浆料或铜铟镓硒(硫)浆料，其中IB族元素包括铜，IIIA族元素包括铟或镓或铟镓混合材料，而VIA族元素包括硒或硫或硒硫混合材料，且额外添加的VIA族元素粉末包括硒或硫或硒硫混合材料，并可选用具有第一平均粒径的粉末及具有第二平均粒径的粉末，且第二平均粒径为第一平均粒径的30％以下，以降低吸收层的空隙，增加致密度，提高光吸收特性及光电转换效率。

借由上述技术方案，本发明非真空制作铜铟镓硒浆料的方法至少具有下列优点及有益效果：

一、本发明不使用界面活性剂可以避免残留含碳和氧界面活性剂，避免降低太阳能电池的效率。

二、本发明使用不同平均粒径的纳米粉末，可以使浆料涂布后膜的致密性提高。

综上所述，本发明在技术上有显著的进步，具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是现有习用技术的铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)太阳能电池结构的示意图。

图2是本发明非真空制作铜铟镓硒浆料的方法的示意图。

S10：混合具不同平均粒径且含有IB、IIIA及VIA族元素的二个成份、三成个份或四个成份的粉末

S20：额外添加VIA族元素粉末并混合

S30：添加溶剂并搅拌形成铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)浆料

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的非真空制作铜铟镓硒浆料的方法其具体实施方式、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效获得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

本发明的方法是在非真空环境下不需要界面活性剂及接着剂而制作铜铟镓硒浆料或铜铟镓硒(硫)浆料，可涂布在钼层上而形成铜铟镓硒太阳电池的吸收层，用以进行光吸收及光电转换。

请参阅图2所示，是本发明非真空制作铜铟镓硒浆料的方法的示意图。如图2所示，本发明的非真空制作铜铟镓硒浆料的方法由步骤S10开始，首先在步骤S10中，依据配方比例，混合具不同的平均粒径且含IB、IIIA及VIA族元素的二个成份、三个成份或四个成份的粉末，以形成原始混合粉末。

上述配方比例所包含的IB、IIIA及VIA族元素的比例，是以莫耳比例表示成1.0∶1.0∶2.0，其中IB族元素包括铜，IIIA族元素可为铟或镓或铟镓混合材料，另外，VIA族元素可为硒或硫或硒硫混合材料。因此，原始混合粉末可包含铜、铟、镓及硒，或可包含铜、铟、镓、硒及硫。

上述包含IB、IIIA及VIA族元素的粉末的平均粒径至少包括第一平均粒径及第二平均粒径，且第一平均粒径介于5-500nm范围内，第二平均粒径为第一平均粒径的30％以下，藉以降低粉末之间的空隙。例如，选取第一平均粒径为100nm时，则第二平均粒径为30nm以下。可使混合粉末中有不同平均粒径的纳米颗粒，当不同粒径纳米粉末堆叠时，形成较密的堆积，提高最后浆料涂布成膜后膜的致密性。

接着在步骤S20中，以第一VIA族元素比例，再添加额外的VIA族元素纳米粉末至原始含铜铟镓硒(硫)的混合粉末中，使原始混合粉末中的VIA族元素比例提高至VIA/IB族元素的比例＞2，并进行混合以形成最后混合粉末。额外的VIA族元素粉末可包括硒或硫或硒硫混合材料的至少其中之一。

第一VIA族元素的比例是使最后混合粉末所包含的IB、IIIA及VIA族元素的比例以莫耳比例表示成1.0∶1.0∶X，其中X为2.0至4.0之间。当含VIA族元素的粉末的比例太低时，对钼层没有接着效果，而当含VIA族元素粉末的比例太高时，反而会降低对钼层的接着力，因此含VIA族元素粉末的比例需控制在上述的较佳范围。

最后在步骤S30中，添加溶剂并进行搅拌，藉以形成含有IB、IIIA及VIA族元素的浆料，该浆料可包含铜、铟、镓及硒，或可包含铜、铟、镓、硒及硫，因此，该浆料可称为铜铟镓硒浆料或铜铟镓硒(硫)浆料，不过一般习惯称为铜铟镓硒浆料。所添加的溶剂可包括去离子水、醇类、酮类或混合所述二种以上溶剂的至少其中之一。

本发明的特点在于，可在非真空环境下，添加额外的VIA族元素粉末以取代界面活性剂及接着剂，而制作铜铟镓硒浆料或铜铟镓硒(硫)浆料，藉以增强对钼层的接着力，并可降低后续吸收层中的含碳量与含氧量，保持吸收层的光吸收特性及转换效率。

本发明的另一特点在于，利用不同平均粒径的粉末，制作铜铟镓硒浆料或铜铟镓硒(硫)浆料，用以涂布在钼层上而形成吸收层，可降低吸收层中的空隙，增加致密度并提高光吸收特性及光电转换效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，其特征在于其是用以在非真空环境下不需要界面活性剂及接着剂而制作一铜铟镓硒浆料或一铜铟镓硒(硫)浆料，该铜铟镓硒浆料或该铜铟镓硒(硫)浆料是用以涂布在一钼层上而形成一吸收层，该方法系包括以下步骤：

首先，依据一配方比例，混合具不同平均粒径且含IB、IIIA及VIA族元素的二个成份、三个成份或四个成份的粉末，以形成一原始混合粉末，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；

接着，以一第一VIA族元素比例，再添加额外的VIA族元素粉末至该原始混合粉末中，并进行混合以形成一最后混合粉末；以及

最后，添加溶剂至该最后混合粉末中并进行搅拌，藉以形成含有IB、IIIA及VIA族元素的一浆料，且该浆料为该铜铟镓硒浆料或该铜铟镓硒(硫)浆料。

2.根据权利要求1所述的非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，其特征在于其中所述的原始混合粉末的配方比例是包括该IB、IIIA及VIA族元素的莫尔比例等于1.0∶1.0∶2.0。

3.根据权利要求1所述的非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，其特征在于其中所述的平均粒径至少包括一第一平均粒径及一第二平均粒径，且该第二平均粒径为该第一平均粒径的30％以下。

4.根据权利要求1所述的非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，其特征在于其中所述的第一VIA族元素比例是包括该IB、IIIA及VIA族元素的莫尔比例等于1.0∶1.0∶X，其中X为2.0至4.0之间。

5.根据权利要求1所述的非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，其特征在于其中所述的额外的VIA族元素粉末包括硒或硫或硒硫混合材料的至少其中之一。

6.根据权利要求1所述的非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，其特征在于其中所述的溶剂包括去离子水、醇类、酮类或混合上述二种以上溶剂的至少其中之一。

Images