CN101820030A - 非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法 - Google Patents

非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101820030A
CN101820030A CN201010111495A CN201010111495A CN101820030A CN 101820030 A CN101820030 A CN 101820030A CN 201010111495 A CN201010111495 A CN 201010111495A CN 201010111495 A CN201010111495 A CN 201010111495A CN 101820030 A CN101820030 A CN 101820030A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light absorbing
sulphur
indium gallium
copper indium
selenium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201010111495A
Other languages
English (en)
Inventor
林群福
陈文仁
杨益郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kunshan Zhengfu Machinery Industry Co Ltd
Original Assignee
Kunshan Zhengfu Machinery Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kunshan Zhengfu Machinery Industry Co Ltd filed Critical Kunshan Zhengfu Machinery Industry Co Ltd
Priority to CN201010111495A priority Critical patent/CN101820030A/zh
Publication of CN101820030A publication Critical patent/CN101820030A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种铜铟镓硒和/或硫光吸收层的制作方法，特别是一种非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法，包括：(1)依据配方比例，混合含IB、IIIA的二成份或三成份硒化物材料，形成原始混合粉末；混合粉末为纳米级的球形粉和薄片形粉；(2)添加溶剂搅拌，形成浆料；(3)将该浆料涂布在钼层上，软烤形成光吸收前驱层；(4)将含铜铟镓硒和/或硫前驱层的基板反置于含均匀洒布VI族元素的耐高温载板上，在快速退火热处理炉中退火长晶，形成光吸收层。避免使用危险的硒化氢；设备成本低；所形成的光吸收层致密，光吸收特性好，光电转换效率高。

Description

非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法
技术领域
本发明涉及一种铜铟镓硒和/或硫光吸收层的制作方法，特别是一种非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法。
背景技术
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20一般包括金属钼，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p型薄膜，为主要的光线吸收层，缓冲层40包括硫化镉(CdS)，作为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)，用以涂布到钼层上。
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。
上述现有技术的缺点是：
1、欲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，同时需使用硒化氢进行硒化过程，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。
2、为使吸收层能粘接在钼层上，浆料或墨水必须添加表面活性剂及粘接剂，而表面活性剂和粘接剂可能会残留在吸收层中，使得吸收层的含碳量和含氧量偏高，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。
3、一般使用的奈米金属或金属化合物粉末皆使用圆球状，这些球状颗在堆垒时，易产生空隙，使膜的致密性降低，影响光吸收层的收特性及光电转换效率。
因此，需要一种不需高温、不添加表面活性剂及粘接剂，而能降低光吸收层空隙和硒化的制造方法，使用便宜且简单的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，以解决上述现有技术的问题。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层存在的缺陷，而提供一种非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法。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或铜铟镓硒(硫)浆料，将其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。
本发明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。依据本发明提出的一种非真空制作铜铟镓硒或硫光吸收层的方法，包括：
(1)依据配方比例，混合含IB、IIIA的二成份或三成份硒化物材料，以形成原始混合粉末，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；
(2)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族元素的铜铟镓硒浆料；
(3)将该浆料涂布在钼层上，软烤使溶剂挥发形成光吸收前驱层；
(4)再将含铜铟镓硒和/或硫前驱层的基板反置于含均匀洒布VI族元素的耐高温载板上，一起在快速退火热处理炉中退火长晶，以形成含铜铟镓硒和/或硫的光吸收层。
本发明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/或硫光吸收层的方法，其中所述光吸收层中IB、IIIA及VIA族元素的摩尔比例等于1.0∶1.0∶2.0。
前述的非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法，其中所述二成份硒化物为二铜化硒(Cu2Se)、一铜化硒(CuSe)、二铟化三硒(In2Se3)、二镓化三硒(Ga2Se3)、铟化硒(InSe)、镓化硒(GaSe)其中之一。
前述的非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法，其中所述洒布于耐高温载板上的VI族元素为硒粉、硫粉或混合硒粉和硫粉。
前述的非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法，其中所述三成份硒化物可为硒化铜铟(CuInSe)或硒化铜镓(CuGaSe)其中之一。
前述的非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法，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/或硫光吸收层的方法，其中所述IB、IIIA族二元或三元硒化物混合粉末为纳米级的球形粉和薄片形粉，且其中薄片状材料所占体积比不超过50％。
本发明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，本发明非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层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、本发明非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层，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；在快速退火热处理(RTA)过程中在耐高温载板上均匀洒布含VI族元素粉，用于在退火长晶过程中补充铜铟镓硒和/或硫前驱层中硫或硒挥发的损失。从而达到不使用硒化法，避免使用危险的硒化氢。
2、用快速退火炉取代氢气还原炉，节省设备成本。
3、在退火过程中，以高温使VIA族颗粒蒸发，形成含VIA族气氛，使铜铟镓硒和/或硫前驱层成膜时，补充VIA族比例，以达成较佳的光吸收层。
4、采用球形粉和薄片形粉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。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能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是现有技术的铜铟镓硒太阳能电池结构示意图。
图2是本发明非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法步骤图。
图3是本发明快速退火热处理(RTA)过程示意图。
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和/或硫光吸收层的方法其具体实施方式、结构、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，在以下配合附图的较佳实施例的详细说明中将可清楚的呈现。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得一更加深入且具体的了解，然而附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
请参阅图2所示，本发明较佳实施例的非真空制作铜铟镓硒或硫光吸收层的方法，包括以下步骤：
首先在步骤(1)中，依据配方比例，混合含IB、IIIA的二成份或三成份硒化物材料，以形成原始混合粉末，且所述IB族元素包括铜，该IIIA族元素包括铟或镓或铟镓混合材料；
上述配方比例所包含的IB、IIIA及VIA族元素之比例，是以摩尔比例表示成1.0∶1.0∶2.0，其中IB族元素包括铜，IIIA族元素为铟或镓或铟镓混合材料，另外，VIA族元素为硒或硫或硒硫混合材料。因此，原始混合粉末包含铜、铟、镓及硒，或包含铜、铟、镓、硒及硫。
(2)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。
(3)将该浆料涂布在钼层上，软烤使溶剂挥发形成光吸收前驱层；所述软烤是指在不太高的温度(高于溶剂挥发温度)下使溶剂挥发，以避免溶剂挥发过快产生空洞、开裂等问题。
(4)接着以图3所示的快速退火热处理炉，使前述前驱层退火长晶，具体作法为将含铜铟镓硒和/或硫前驱层的基板1反置于含均匀洒布VI族元素2的耐高温载板3上(支撑未画出)，一起在快速退火热处理炉4中退火长晶，以形成含铜铟镓硒和/或硫的光吸收层。
所述光吸收层中IB、IIIA及VIA族元素的摩尔比例等于1.0∶1.0∶2.0。
所述二成份硒化物为二铜化硒(Cu2Se)、一铜化硒(CuSe)、二铟化三硒(In2Se3)、二镓化三硒(Ga2Se3)、铟化硒(InSe)、镓化硒(GaSe)其中之一。
所述洒布于耐高温载板上的VI族元素为硒粉、硫粉或混合硒粉和硫粉。
所述三成份硒化物可为硒化铜铟(CuInSe)或硒化铜镓(CuGaSe)其中之一。
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。
所述IB、IIIA族二元或三元硒化物混合粉末为纳米级的球形粉和纳米级薄片形粉，且其中薄片状材料所占体积比不超过50％。
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的内容，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 (7)

1.一种非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法，其特征在于包括：
(1)依据配方比例，混合含IB、IIIA的二成份或三成份硒化物材料，以形成原始混合粉末，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；
(2)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族元素的铜铟镓硒浆料；
(3)将该浆料涂布在钼层上，软烤使溶剂挥发形成光吸收前驱层；
(4)再将含铜铟镓硒和/或硫前驱层的基板反置于含均匀洒布VI族元素的耐高温载板上，一起在快速退火热处理炉中退火长晶，以形成含铜铟镓硒和/或硫的光吸收层。
2.根据权利要求1所述的非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法，其特征在于所述光吸收层中IB、IIIA及VIA族元素的摩尔比例等于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和/或硫光吸收层的方法，其特征在于所述二成份硒化物为二铜化硒、一铜化硒、二铟化三硒、二镓化三硒、铟化硒、镓化硒其中之一。
4.根据权利要求1所述的非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法，其特征在于所述洒布于耐高温载板上的VI族元素为硒粉、硫粉或混合硒粉和硫粉。
5.根据权利要求1所述的非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法，其特征在于所述三成份硒化物可为硒化铜铟(CuInSe)或硒化铜镓(CuGaSe)其中之一。
6.根据权利要求1所述的非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法，其特征在于所述溶剂包括醇类、醚类、酮类或混合所述二种以上溶剂的至少其中之一。
7.根据权利要求1所述的非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法，其特征在于所述IB、IIIA族二元或三元硒化物混合粉末为纳米级的球形粉和薄片形粉，且其中薄片状材料所占体积比不超过50％。
CN201010111495A 2010-02-11 2010-02-11 非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法 Pending CN101820030A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010111495A CN101820030A (zh) 2010-02-11 2010-02-11 非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010111495A CN101820030A (zh) 2010-02-11 2010-02-11 非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101820030A true CN101820030A (zh) 2010-09-01

Family

ID=42655043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201010111495A Pending CN101820030A (zh) 2010-02-11 2010-02-11 非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101820030A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103280487A (zh) * 2013-05-06 2013-09-04 深圳市亚太兴实业有限公司 铜铟镓硒多层薄膜及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000012883A (ja) * 1998-06-25 2000-01-14 Yazaki Corp 太陽電池の製造方法
US6121541A (en) * 1997-07-28 2000-09-19 Bp Solarex Monolithic multi-junction solar cells with amorphous silicon and CIS and their alloys
CN101159298A (zh) * 2007-11-22 2008-04-09 北京科技大学 一种制备铜铟硒薄膜太阳能电池富铟光吸收层的方法
CN101471394A (zh) * 2007-12-29 2009-07-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 铜铟镓硫硒薄膜太阳电池光吸收层的制备方法
CN101531529A (zh) * 2009-04-14 2009-09-16 武汉理工大学 CuInxGa1-xSe2粉体材料的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6121541A (en) * 1997-07-28 2000-09-19 Bp Solarex Monolithic multi-junction solar cells with amorphous silicon and CIS and their alloys
JP2000012883A (ja) * 1998-06-25 2000-01-14 Yazaki Corp 太陽電池の製造方法
CN101159298A (zh) * 2007-11-22 2008-04-09 北京科技大学 一种制备铜铟硒薄膜太阳能电池富铟光吸收层的方法
CN101471394A (zh) * 2007-12-29 2009-07-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 铜铟镓硫硒薄膜太阳电池光吸收层的制备方法
CN101531529A (zh) * 2009-04-14 2009-09-16 武汉理工大学 CuInxGa1-xSe2粉体材料的制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103280487A (zh) * 2013-05-06 2013-09-04 深圳市亚太兴实业有限公司 铜铟镓硒多层薄膜及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Cation substitution in earth‐abundant kesterite photovoltaic materials
Niki et al. CIGS absorbers and processes
Abermann Non-vacuum processed next generation thin film photovoltaics: towards marketable efficiency and production of CZTS based solar cells
CN1214445C (zh) 制造化合物半导体膜的氧化物基方法和制造有关电子器件
CN101978101B (zh) 薄膜太阳能电池中改进的背接触
Jo et al. 8% Efficiency Cu2ZnSn (S, Se) 4 (CZTSSe) thin film solar cells on flexible and lightweight molybdenum foil substrates
US20060219288A1 (en) Process and photovoltaic device using an akali-containing layer
TW201946867A (zh) 用於光伏打吸收膜之核殼奈米顆粒
CN102652368A (zh) 太阳能电池中使用的Cu-In-Zn-Sn-(Se,S)基薄膜及其制造方法
Zhang et al. The effects of annealing temperature on CIGS solar cells by sputtering from quaternary target with Se-free post annealing
KR101865239B1 (ko) 높은 무크랙 한계를 갖는 cigs 나노 입자 잉크 제제
WO2012090938A1 (ja) 化合物半導体薄膜太陽電池及びその製造方法
Ho et al. Improving the performance of solar cells with novel buffer structure by the chemical bath deposition technique
Chu et al. Semi-transparent thin film solar cells by a solution process
Hamtaei et al. A review on barrier layers used in flexible stainless-steel based CIGS photovoltaic devices
CN103572229B (zh) 一种在真空卷对卷镀膜用可挠性基材上制备薄膜的方法
Sun et al. Kesterite Cu 2 ZnSnS 4-x Se x Thin Film Solar Cells
CN101789470A (zh) 非真空制作铜铟镓硒吸收层的方法
CN101818375A (zh) 以非真空工艺制作铜铟镓硒(硫)光吸收层的方法
CN101820024A (zh) 多层铜铟镓硒(硫)光吸收前驱层制造方法
CN101826574A (zh) 非真空制作铜铟镓硒光吸收层的方法
CN101820030A (zh) 非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法
CN101820029A (zh) 非真空制作铜铟镓硒和/或硫的太阳能电池
Luo et al. Recent Progress on Cu2BaSn (SxSe1–x) 4: From Material to Solar Cell Applications
Zhao et al. Fabrication of a Cu 2 MnSn (S, Se) 4 thin film based on a low-cost degradable solution process

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20100901