CN101840958A - 一种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，其主要是在调配铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)浆料时，使用含IB、IIIA族的二元或三元硒化物的薄片状材料，其中薄片状材料不超过50％，再搭配溶剂或相关添加剂搅拌均匀，以配成含铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)的浆料，用以涂布在一钼层上，其中涂布完后的前驱层的孔隙率可以小于25％。

Description

一种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制作方法，特别是涉及一种非真空制作铜铟镓硒浆料的方法。

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。不过非真空制程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，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的危险，同时若还原过程中，仍有氧分子残留在最后的铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)吸收层内，会影响铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)吸收层的光吸收特性，甚至影响效率。因此，需要一种不需高温还原和硒化等的工艺，使用便宜且简单的设备即可沉积以制造铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)太阳能电池的光吸收层的方法。

同时由于一般使用的纳米金属或金属化合物粉末皆是使用圆球状颗粒，这些圆球状颗粒在堆叠时，易产生空隙，因此需要一种含不同形状材料的颗粒填补空隙，使堆叠更紧密，以提高膜的致密性。

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或铜铟镓硒(硫)浆料时，使用含IB、IIIA族的二元或三元硒化物的薄片状材料，其中的薄片状材料不超过50％，再搭配溶剂或相关添加剂搅拌均匀，以配成含铜铟镓硒或铜铟镓硒(硫)的浆料，用以涂布在一钼层上，其中涂布完后的前驱层的孔隙率可小于25％，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，该方法包括以下步骤：首先，依据一配方比例，混合具有薄片形状且含IB、IIIA族的二元或三元硒化物材料，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；接着，以原始VIA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，其中额外的VIA族元素可为纯硒粉或纯硫粉或硒硫混合粉末；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。

前述的一种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族元素及硒元素的莫耳比例等于0.9-1.0∶1.0∶2.0。

前述的一种非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，其中所述的最后混合粉末的比例是包括该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。

前述的一种非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，其中二元硒化物可为二铜化硒(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。

前述的一种非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，其中三元硒化物可为硒化铜铟(CuInSe)或硒化铜镓(CuGaSe)其中之一。

前述的一种非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，其中薄片材料占总材料的体积比例小于50％。

前述的一种非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，其中所述的溶剂包括醇类、醚类、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。借由上述技术方案，本发明一种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、本发明由于不使用高温还原法，节省设备成本。

二、本发明由于不使用硒化法，避免了使用危险的硒化氢。

三、本发明由于使用不同形状的颗粒，提高了所生成膜的致密性。

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是本发明一种非真空制作铜铟镓硒浆料的方法的示意图。

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一种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。

请参阅图2所示，图2是本发明一种非真空制作铜铟镓硒浆料的方法的示意图。本发明的一种非真空制作铜铟镓硒(硫)浆料的方法是首先行步骤S10，计算需求铜铟镓硒(硫)的配方比例，混合使用含IB、IIIA族的二元或三元硒化物材料，其中含至多不超过50％的薄片状材料，铜铟镓硒(硫)的配方比例所包含的IB、IIIA族元素及硒元素的比例为IB∶IIIA∶硒元素的莫耳比例＝0.9-1.0∶1.0∶2.0。其中IB族元素可为铜，IIIA族元素可为纯铟、纯镓或混合铟和镓的材料，二元硒化物材料例如是二铜化硒(Cu₂Se)、一铜化硒(CuSe)、二铟化三硒(In₂Se₃)、二镓化三硒(Ga₂Se₃)、铟化硒(InSe)或镓化硒(GaSe)等，三元硒化物则例如是硒化铜铟(CuInSe)或硒化铜镓(CuGaSe)，含薄片状材料可使成膜时孔隙体积大幅缩小至25％以下。

另外在高温快速退火热处理(Rapid thermal annealing，RTA)过程中，硒成份可能会减少，因此可接着执行步骤S20，在原始浆料中添加纯VIA族元素粉末，使最后铜铟镓硒(硫)混合粉末所包含的IB、IIIA及VIA族元素的比例为IB∶IIIA∶VI的莫耳比例＝0.9-1.0∶1.0∶X，且X为2.0至4.0之间，其中额外的VIA族元素可为纯硒粉或纯硫粉或硒硫混合粉末，当含VIA族元素粉末的比例太低时，没有接着效果，当含VIA族元素粉末的比例太高时，反而降低铜铟镓硒(硫)吸收层对钼层所产生的接着力，因此含VIA族元素粉末的比例需控制在上述的较佳范围。

最后执行步骤S30，添加醇类、醚类、酮类等单一溶剂或混合两种以上的混合溶剂作为混合媒介，并添加如NaI或不同性质的界面活性剂搅拌均匀以完成浆料的调配，作为光吸收前驱层的材料。

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 (7)

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，该方法包括以下步骤：

首先，依据一配方比例，混合具有薄片形状且含IB、IIIA族的二元或三元硒化物材料，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；

接着，以原始VIA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，其中额外的VIA族元素为纯硒粉或纯硫粉或硒硫混合粉末；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所述的一种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族元素及硒元素的莫耳比例等于0.9-1.0∶1.0∶2.0。

3.根据权利要求1所述的一种非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，其特征在于其中所述的最后混合粉末的比例是包括该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。

4.根据权利要求1所述的一种非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，其特征在于其中所述的二元硒化物为二铜化硒、一铜化硒、二铟化三硒、二镓化三硒、铟化硒或镓化硒其中之一。

5.根据权利要求1所述的一种非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，其特征在于其中所述的三元硒化物为硒化铜铟或硒化铜镓其中之一。

6.根据权利要求1所述的一种非真空制作铜铟镓硒浆料的方法，其特征在于其中薄片材料占总材料的体积比例小于50％。

7.根据权利要求1所述的一种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醇类、醚类、酮类或混合上述二种以上溶剂的至少其中之一。

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