CN102074614B - 铜铟镓硒太阳能电池的溶胶凝胶溶液的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铜铟镓硒太阳能电池的溶胶凝胶溶液的制造方法，将包含铜、铟、镓与硒的化合物进行混合，再混合分散剂、黏着剂、稀释剂、流平剂、防冻剂、还原剂、稳定剂、延迟凝结剂、金属络合剂以及提炼金属溶剂，先进行加热搅拌，再进行降温搅拌，最后冷却形成溶胶凝胶溶液，提供印刷、喷涂、浸泡或旋转涂布等薄膜制程用以形成铜铟镓硒太阳能电池的铜铟镓硒吸光层。

Description

铜铟镓硒太阳能电池的溶胶凝胶溶液的制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的制造方法，尤其涉及铜铟镓硒太阳能电池的溶胶凝胶溶液的制造方法。
背景技术
随着石化能源的逐渐枯竭，寻求稳定可靠的替代能源已是本世纪所有人类要面对的最大生存课题，而包括生质能源、地热能源、风力能源、核能的各种能源，在来源可靠度、使用安全性、环境保护的考虑下，皆比不上取自太阳光辐射的太阳能，因为在地球表面上皆能接收到太阳光，且使用过程中只是将光能转换成电能，而没有任何污染性的物质产生，因此太阳能是目前最为洁净的替代能源。
太阳能电池是将太阳光的光能转换成方便使用的电能的装置，在众多太阳能电池中，铜铟镓硒(Copper/Indium/Gallium/Selenium，CIGS)太阳能电池由于高吸光率与光电转换效率的优异性能而渐渐获得重视。
CIGS太阳能电池是由铜铟硒(Copper/Indium/Selenium，CIS)太阳能电池演进而来。CIS太阳能电池主要包括CuInSe2，属于直接迁移性半导体，尤其吸光系数极高，CuInSe2的禁止带幅(Eg)为1eV，小于最适用于太阳电池的1.4-1.5eV，因此与Eg＝1.6eV的CuGaSe2较高带幅材料形成Cu(InGa)Se2，亦即所谓的CIGS混晶材料，以改善此一缺点。CIGS太阳能电池的光电效率最高可达19％而模块的光电效率亦可达13％，且随着铟镓含量的不同，光吸收范围可从1.02eV至1.68eV，因高达105cm-1的吸光效率，所以厚度只需不到1μm，便有99％以上的光子被吸收。
参阅图1，为现有技术的CIGS太阳能电池的示意图。如图1所示，CIGS太阳能电池1一般包括玻璃基板10、背面电极层20、CIGS吸光层30、缓冲层40以及透明电极层50，其中背面电极层20用以导电，一般是使用钼金属，CIGS吸光层30为p型半导体层，最主要的作用是吸光，缓冲层40通常是使用硫化镉(CdS)，用以形成n型半导体，而透明电极层50主要利用氧化锌铝(Aluminum Zinc Oxide，AZO)、氧化锌铟(IndiumZinc Oxide，IZO)或氧化锡铟(Indium Tin Oxide，ITO)，具有高透光性以及导电性。太阳光L如箭头方向所示是由上而下射入CIGS太阳能电池1，穿透过透明电极层50以及缓冲层40而到达CIGS吸光层30，经CIGS吸光层30吸收后产生具电位能量的电洞电子对，并分别由透明电极层50与背面电极层20传导至外部而提供电能。
参阅图2，为现有技术的CIGS太阳能电池的制造流程图。如图2所示，首先在步骤S10中，使用金属钼靶材，以磁控溅射法在玻璃基板上沉积出厚度约1mm的背面电极层，接着在步骤S20中，利用适当方法在背面电极层上沉积出厚度约2mm的CIGS吸光层，并进入步骤S30，使用化学水浴法(Chemical Bath Deposition，CBD)，在CIGS吸光层上形成缓冲层，通常是CdS，最后进入步骤S40，以溅镀法或化学气相沉积法，在缓冲层上形成透明电极，藉以形成第一图的CIGS太阳能电池的结构。
CIGS吸光层的制造方法包括蒸镀法、溅镀法、电化学沉积法比及墨印法(Ink Coating)，其中蒸镀法、溅镀法以及电化学沉积法需要一系列的真空制程，造成硬件投资与制造成本均相当高昂，而墨印法是由ISET公司(International Solar Electric Technology，Inc.)所开发的非真空技术，利用纳米技术先备制纳米级金属粉末或氧化物粉末，经适当溶剂混合后制成浆料，再以类似油墨制程(Ink Process)将浆料配置在钼金属层上而形成CIGS吸光层，可大幅降低制造成本。
然而，现有技术的缺点为，墨印法所需的纳米级金属粉末或氧化物粉末不容易制造，且制成浆料所需的溶剂也不容易调配，使得墨印法缺乏来源稳定且可靠度高的原料。
因此，需要一种金属粉末与溶剂的混合浆料的制造方法，利用适当的混合制程，使不同的金属粉末以及溶剂充分均匀混合，以解决习用技术的缺点。
发明内容
本发明的主要目的在提供一种溶胶凝胶溶液的制造方法，利用预先混合制程，将包含铜、铟、镓与硒的化合物混合成金属化合物混合物，将稀释剂加入分散剂中形成稀释分散剂，将黏着剂、流平剂以及稳定剂混合成稳定黏着剂，将防冻剂与延迟凝结剂混合成防冻凝结剂，将还原剂、金属络合剂以及提炼金属溶剂混合成金属还原剂，接着混合金属化合物混合物、稀释分散剂、稳定黏着剂、防冻凝结剂以及金属还原剂，并进行加热搅拌，再进行降温搅拌，最后经冷却而形成溶胶凝胶(Sol-Gel)溶液，供墨印法在位于玻璃基板上的金属薄膜层上，形成CIGS太阳能电池的CIGS吸光层。
因此，藉由本发明所提供的方法，可提供具适当金属比例的溶胶凝胶溶液给供墨印法，以形成所需的CIGS吸光层，因此能解决上述现有技术的所有缺点。
附图说明
图1为现有技术的CIGS太阳能电池的示意图。
图2为现有技术的CIGS太阳能电池的制造流程图。
图3为显示本发明CIGS太阳能电池的溶胶凝胶溶液的制造方法流程图。
具体实施方式
以下配合说明书附图对本发明的实施方式做更详细的说明，以使本领域技术人员在研读本说明书后能据以实施。
参阅图3，为本发明CIGS太阳能电池的溶胶凝胶溶液的制造方法流程图。如图3所示，首先由步骤S110开始，在步骤S110中，进行预先混合操作，将包含铜、铟、镓与硒的化合物混合成金属化合物混合物，将稀释剂加入分散剂中形成稀释分散剂，将黏着剂、流平剂以及稳定剂混合成稳定黏着剂，将防冻剂与延迟凝结剂混合成防冻凝结剂，将还原剂、金属络合剂以及提炼金属溶剂混合成金属还原剂，接着进入步骤S120。在步骤S120中，进行进阶混合操作，将铜铟镓硒金属化合物混合物、稀释分散剂、稳定黏着剂、防冻凝结剂以及金属还原剂混合成进阶混合物，进入步骤S130。在步骤S130中，将进阶混合物的温度上升至第一预设温度，进行加热搅拌，持续第一预设时间，其中第一预设温度为100℃至135℃，而第一预设时间为30分钟至2小时。接着进入步骤S140，将进阶混合物的温度下降到第二预设温度，进行加热搅拌，持续第二预设时间，其中第二预设温度为70℃至90℃，而第二预设时间为30分钟至2小时，最后进入步骤S150，经冷却后得到所需的溶胶凝胶溶液。步骤S110中的金属化合物混合物包括硒化亚铜(Cu2Se)、硒化铟(In2Se3)、硒化镓(Ga2Se3)、硫化亚铜(Cu2S)、硫化铟(In2S3)、硫化镓(Ga2S3)、二硒化铜铟镓(CuInGaSe2)、二硫化铜铟镓(CuInGaS2)、二硫化铜铟(CuInS2)、二硒化铜铟(CuInSe2)、二硫化铜镓(CuGaS2)、二硒化铜镓(CuGaSe2)、二硫化铜铝(CuAlS2)、二硒化铜铟铝(CuInAlSe2)、硫化钠(Na2S)、醋酸铜、醋酸铟、醋酸镓、硫酸铜、硫酸铟、硫酸镓、氯化铜、氯化铟、氯化镓以及亚硒酸的至少其中一。
此外，在稀释分散剂中，稀释剂包括去离子水以及二甲氧基乙醇的至少其中之一，而分散剂包括聚丙烯酸以及聚乙烯酸的至少其中之一。在稳定黏着剂中，黏着剂包括聚丙烯酰胺以及聚乙烯酰胺的至少其中之一，流平剂包括聚丙烯酸酯以及乙酸的至少其中之一，而稳定剂包括二乙醇胺、乙醇胺、乙二醇以及丙二醇的至少其中之一。在防冻凝结剂中，防冻剂包括乙醇以及异丙醇的至少其中之一，而延迟凝结剂包括冰醋酸以及草酸的至少其中之一。在金属还原剂中，还原剂包括氨水和柠檬酸钠的其中之一，金属络合剂包括乙酰丙酮，而提炼金属溶剂包括乙二酸。
本发明的制造方法所制造的溶胶凝胶溶液，可供墨印法、喷涂法、浸泡法或旋转涂布法使用，藉以形成CIGS太阳能电池的CIGS吸光层，因此，本发明的制造方法能提升整体CIGS太阳能电池的制造效率，并降低制造成本。
以上所述仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的创作精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。

Claims (11)

1.一种铜铟镓硒太阳能电池的溶胶凝胶溶液的制造方法，用以形成一溶胶凝胶溶液，供一薄膜制造法形成一铜铟镓硒太阳能电池的一铜铟镓硒吸光层，其特征在于，该制造方法包括以下步骤：
步骤A：进行一预先混合操作，形成一铜铟镓硒金属化合物混合物、一稀释分散剂、一稳定黏着剂、一防冻凝结剂以及一金属还原剂，进入步骤B；
步骤B：将该铜铟镓硒金属化合物混合物、稀释分散剂、稳定黏着剂、防冻凝结剂以及金属还原剂混合成一进阶混合物，进入步骤C；
步骤C：将该进阶混合物加热到一第一预设温度，接着进行一第一预设时间的一第一搅拌操作，进入步骤D；
步骤D：降温到一第二预设温度，进行一第二预设时间的一第二搅拌操作，进入步骤E；以及
步骤E：冷却而形成该溶胶凝胶溶液。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该薄膜制造法为一墨印法、一喷涂法、一浸泡法或一旋转涂布法。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该铜铟镓硒金属化合物混合物包括硒化亚铜、硒化铟、硒化镓、硫化亚铜、硫化铟、硫化镓、二硒化铜铟镓、二硫化铜铟镓、二硫化铜铟、二硒化铜铟、二硫化铜镓、二硒化铜镓、二硫化铜铝、二硒化铜铟铝、硫化钠、醋酸铜、醋酸铟、醋酸镓、硫酸铜、硫酸铟、硫酸镓、氯化铜、氯化铟、氯化镓以及亚硒酸的至少其中之一。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该稀释分散剂包括一稀释剂以及一分散剂，该稀释剂包括去离子水以及二甲氧基乙醇的至少其中之一，而该分散剂包括聚丙烯酸以及聚乙烯酸的至少其中之一。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该稳定黏着剂包括一黏着剂、一流平剂以及一稳定剂，该黏着剂包括聚丙烯酰胺以及聚乙烯酰胺的至少其中之一，该流平剂包括聚丙烯酸酯以及乙酸的至少其中之一，该稳定剂包括二乙醇胺、乙醇胺、乙二醇以及丙二醇的至少其中之一。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该防冻凝结剂包括一防冻剂以及一延迟凝结剂，该防冻剂包括乙醇以及异丙醇的至少其中之一，该延迟凝结剂包括冰醋酸以及草酸的至少其中之一。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该金属还原剂包括一还原剂、一金属络合剂以及一提炼金属溶剂，该还原剂包括氨水和柠檬酸钠的其中之一，该金属络合剂包括乙酰丙酮，该提炼金属溶剂包括乙二酸。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该步骤C的第一预设温度为100℃至135℃。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该步骤C的第一预设时间为30分钟至2小时。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该步骤D的第二预设温度为70℃至90℃。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该步骤D的第二预设时间为30分钟至2小时。
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