CN102354718A - 光电转换层的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种光电转换层的制造方法。于基板上形成第一金属层，其包括至少两种第三族元素。于第一辅助基板上形成第一非金属层，其包括至少一种第六族元素。使第一金属层与第一非金属层接触后，进行第一热制程，以于基板与第一辅助基板之间形成第一材料混合层。将第一辅助基板与第一材料混合层分离。于第二辅助基板上依序形成包括至少一种第一族元素的第二金属层与包括至少一种第六族元素的第二非金属层。使第一材料混合层与第二非金属层接触后，进行第二热制程，以于基板与第二辅助基板之间形成第二材料混合层。分离第二辅助基板与第二材料混合层。
Description
【技术领域】
本发明是有关于一种膜层的制造方法，且特别是有关于一种光电转换层的制造方法。
【背景技术】
由于石化能源短缺，人们对环保重要性的认知提高，因此人们近年来不断地积极研发替代能源与再生能源的相关技术，希望可以减少目前人类对于石化能源的依赖程度以及使用石化能源时对环境带来的影响。在众多的替代能源与再生能源的技术中，以太阳能电池(solar cell)最受瞩目。主要原因是太阳能电池可直接将太阳能转换成电能，且发电过程中不会产生二氧化碳或氮化物等有害物质，不会对环境造成污染。
硅基太阳能电池为业界常见之一种太阳能电池。硅基太阳能电池的原理是将高纯度的半导体材料(硅)加入掺质物使其呈现不同的性质，以形成p型半导体及n型半导体，并将p-n两型半导体相接合，如此即可形成p-n接面。当太阳光照射到一个p-n结构的半导体时，光子所提供的能量可能会把半导体中的电子激发出来产生电子-电洞对。通过电极的设置，使电洞往电场的方向移动并使电子往相反的方向移动，如此即可构成太阳能电池。
相较于硅半导体太阳能电池，以高吸光系数与直接能隙的化合物半导体材料作为光电转换层(或称光吸收层)的薄膜太阳能电池除了有重量轻与可挠的优点外，其所需的材料远少于硅半导体太阳能电池，因此富有低成本的潜力。然而，目前的制造技术难以实现经济的量产要求，肇因于需要复杂昂贵的机台设备来达成高质量的化合物半导体光电转换层。如何做出成本效益高的光电转换层是业界所需要解决的重要课题。
【发明内容】
本发明提供一种光电转换层的制造方法，可制造具有高光电转换效率的光电转换层。
本发明提出一种光电转换层的制造方法。于一基板上形成一第一金属层，第一金属层的材质包括至少两种第三族元素。于一第一辅助基板上形成一第一非金属层，第一非金属层的材质包括至少一种第六族元素。将第一金属层的表面与第一非金属层的表面接触后，对第一金属层与第一非金属层进行一第一热制程，以于基板与第一辅助基板之间形成一第一材料混合层，第一材料混合层包括至少两种第三族元素与至少一种第六族元素。将第一辅助基板与第一材料混合层分离。于一第二辅助基板上依序形成一第二金属层与一第二非金属层，第二金属层的材质包括至少一种第一族元素，第二非金属层的材质包括至少一种第六族元素。将第一材料混合层的表面与第二非金属层的表面接触后，对第一材料混合层与第二金属层及第二非金属层进行一第二热制程，以于基板与第二辅助基板之间形成一第二材料混合层，第二材料混合层包括第一材料混合层、第二金属层及第二非金属层所含有的元素。将第二辅助基板与第二材料混合层分离。
基于上述，在本发明的光电转换层的制造方法中，是分别制备金属层与非金属层后，才使两者接触以形成材料混合层。如此一来，能精确地控制金属层被非金属化的程度，以及避免非金属材料源污染制备金属层时所使用的靶材原料与真空系统的腔室，进而降低制作成本。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
【附图说明】
图1A至图1J为本发明的第一实施例的一种光电转换层的制造方法的剖面流程示意图。
图2A至图2G为本发明的第二实施例的一种光电转换层的制造方法的剖面流程示意图。
图3A至图3G为本发明的第三实施例的一种光电转换层的制造方法的剖面流程示意图。
图4A至图4G为本发明的第四实施例的一种光电转换层的制造方法的剖面流程示意图。
【主要组件符号说明】
100：光电转换层
110：基板
112：电极层
120a～120c：金属层
130a～130c：辅助基板
140a～140c：非金属层
150a～150c：材料混合层
T1～T3：热制程
【具体实施方式】
【第一实施例】
图1A至图1J为本发明的第一实施例之一种光电转换层的制造方法的剖面流程示意图。请参照图1A，首先，于基板110上形成第一金属层120a，第一金属层120a的材质包括至少两种第三族元素。在本实施例中，基板(或称为主基板、原始基板、承载基板、被保留的基板)110例如是玻璃基板(诸如钠钙玻璃(soda-lime glass，SLG)基板)或是其它材质的硬质基板(例如：无碱玻璃、石英、硅基板、蓝宝石基板、或是其它合适的材质)，然本发明不限于此。在其它实施例中，基板110亦可为具有可挠性的软性基板，诸如塑料基板或金属基板(不锈钢基板、铜基板、铝合金基板)等。在本实施例中，基板110的表面上，即内表面上，例如是已形成有电极层112，也就是基板110与第一金属层120a之间形成有电极层112。本实施例的电极层112例如为一钼(Mo)金属层，可与其上的最后形成的光电转换层150c(请参照图1I)形成良好的奥姆接触(ohmic contact)，提供光电转换层必要的附着性，并可做为一背电极使用。其中，背电极的材料除了钼之外，尚可使用其它单层或多层结构的材料，例如：金、银、铜、铝、锡、钛、钽、钼、锌、锗、其它合适的材料、上述的合金、上述的氮化物、上述的氧化物、上述的氮氧化物、上述的碳化物、或上述的组合。在其它实施例中，亦可不先形成电极层112，即光电转换层150c直接接触基板110的内表面，然后，再透过其它制程将光电转换层150c电性连接于其它背电极上。
在本实施例中，第一金属层120a的材质包括至少两种第三族元素，例如是包括选自于铟、镓、铝、铊中至少两者，诸如铟镓(In1-xGax)、铝镓(Al1-xGax)或其它任意组合。第一金属层120a例如是由共蒸镀或或共溅镀所形成之一合金层、或由溅镀所形成的多个金属层构成的堆栈层或上述的组合。以第一金属层120a包括铟镓(In1-xGax)为例，第一金属层120a可以是铟镓合金层，或者是铟金属层与镓金属层的堆栈层，其中又以将第一金属元素层(诸如铟金属层)与第二金属元素层(诸如镓金属层)交替堆栈至少两次较佳。第一金属层120a的形成方法例如是溅镀法或蒸镀法。
于第一辅助基板(或称为第一暂时基板、第一待移除基板、第一被移除的基板)130a上形成第一非金属层140a，第一非金属层140a的材质包括至少一种第六族元素。第一辅助基板130a例如是玻璃基板(诸如钠钙玻璃(soda-lime glass，SLG)基板)或前文中所述基板110的其它材料。第一非金属层140a的材质例如是包括硫、硒、碲中至少一者。
请参照图1B，接着，将第一金属层120a的表面与第一非金属层140a的表面接触后，对第一金属层120a与第一非金属层140a进行一第一热制程T1，以于基板110与第一辅助基板130a之间形成如图1C所示之一第一材料混合层(或称为第一混合物层、第一材料层)150a，第一材料混合层150a包括至少两种第三族元素与至少一种第六族元素。在本实施例中，第一热制程T1例如是包括一快速回火制程或一热炉管制程。其中，第一热制程T1的制程温度小于基板110与第一辅助基板130a的软化温度。以第一金属层120a包括第三族元素(诸如铟镓)为例，第一热制程T1的制程温度约大于或等于400℃。在本实施例中，第一金属层120a例如是包括铟镓(In1-xGax)、第一非金属层140a例如是包括硒(Se)，因此第一材料混合层150a例如是包括铟镓硒[(In1-xGax)2Se3]。
请参照图1C，然后，将第一辅助基板130a与第一材料混合层150a分离。在本实施例中，在形成第一材料混合层150a之后，第一辅助基板130a在冷却后例如是自动与第一材料混合层150a分离或者是利用分离工具将第一辅助基板130a与第一材料混合层150a分离。
请参照图1D，之后，于第二辅助基板(或称为第二暂时基板、第二待移除基板、第二被移除的基板)130b上依序形成第二金属层120b与第二非金属层140b，第二金属层120b的材质包括至少一种第一族元素，第二非金属层140b的材质包括至少一种第六族元素。在本实施例中，第二辅助基板130b例如是玻璃基板(诸如钠钙玻璃(SLG)基板)或前文中所述基板110的其它材料。第二金属层120b的材质例如是包括铜、银、金中至少一者，在本实施例中第二金属层120b例如是包括铜(Cu)。第二非金属层140b的材质例如是包括硫、硒、碲中至少一者。在本实施例中，第二非金属层140b所包括的第六族元素例如是与第一非金属层140a所包括的第六族元素相同，也就是第二非金属层140b例如是包括硒(Se)为范例，但不限于此。
请参照图1E，接着，将第一材料混合层150a的表面与第二非金属层140b的表面接触后，对第一材料混合层150a与第二金属层120b及第二非金属层140b进行一第二热制程T2，以于基板110与第二辅助基板130b之间形成如图1F所示之一第二材料混合层(或称为第二混合物层、第二材料层)150b，第二材料混合层150b包括第一材料混合层150a、第二金属层120b及第二非金属层140b所含有的元素。其中，第二热制程T2的制程温度小于基板110与第二辅助基板130b的软化温度。由于进行热制程的材料层包括第一族元素及/或第六族元素，第二热制程T2的制程温度例如是高于第一热制程T1的制程温度，第二热制程T2的制程温度约大于或等于500℃。在本实施例中，第一材料混合层150a例如是包括铟镓硒[(In1-xGax)2Se3]、第二金属层120b例如是包括铜(Cu)以及第二非金属层140b例如是包括硒(Se)，因此第二材料混合层150b例如是富含铜的铟镓硒(Cu-rich CIGS)。
请参照图1F，然后，将第二辅助基板130b与第二材料混合层150b分离。在本实施例中，在形成第二材料混合层150b之后，第二辅助基板130b在冷却后例如是自动与第二材料混合层150b分离或者是利用分离工具将第二辅助基板130b与第二材料混合层150b分离。
请参照图1G，之后，在本实施例中，更包括于第三辅助基板(或称为第三暂时基板、第三待移除基板、第三被移除的基板)130c上依序形成第三金属层120c与第三非金属层140c，第三金属层120c的材质包括至少两种第三族元素，第三非金属层140c的材质包括至少一种第六族元素。在本实施例中，第三辅助基板130c例如是玻璃基板(诸如钠钙玻璃(soda-lime glass，SLG)基板)或前文中所述基板110的其它材料。在本实施例中，第三金属层120c的至少两种第三族元素例如是与第一金属层120a的至少两种第三族元素相同，第三非金属层140c所包括的第六族元素例如是与第一非金属层140a所包括的第六族元素相同。在本实施例中，第三金属层120c例如是包括铟镓(In1-xGax)，第三非金属层140c例如是包括硒(Se)为范例。
请参照图1H，将第二材料混合层150b的表面与第三非金属层140c的表面接触后，对第二材料混合层150b与第三金属层120c及第三非金属层140c进行一第三热制程T3，以于基板110与第三辅助基板130c之间形成如图1I所示之一第三材料混合层(或称为第三混合物层、第三材料层)150c，第三材料混合层150c包括第二材料混合层150b、第三金属层120c及第三非金属层140c所含有的元素。其中，第三热制程T3的制程温度小于基板110与第三辅助基板130c的软化温度。在本实施例中，第二材料混合层150b例如是富含铜的铟镓硒(Cu-rich CIGS)、第三金属层120c例如是包括铟镓(In1-xGax)以及第三非金属层140c例如是包括硒(Se)，因此第三材料混合层150c例如是铜铟镓硒薄膜(CIGS)。
请参照图1I，将第三辅助基板130c与第三材料混合层150c分离，以形成图1J所示的光电转换层100。在本实施例中，在形成第三材料混合层150c之后，第三辅助基板130c在冷却后例如是自动与第三材料混合层150c分离或者是利用分离工具将第三辅助基板130c与第三材料混合层150c分离。特别注意的是，为了方便说明，在本实施例中，是以制作材料为铜铟镓硒的光电转换层100为例，但本发明不以此为限，在其它实施例中，光电转换层100的材料可以是在化学元素周期表中的第一族、第三族及第六族(不选用气态的氧)做选择，例如：包含一铜铟镓硒(较佳，吸收波长为太阳光波段)、铜铟硒、铜镓硒、银铟镓硒、银铟硒、银镓硒、银铜铟镓硒、银铜铟硒、银铜镓硒、金铟镓硒、金铟硒、金镓硒、金银铟镓硒、金银铟硒、金银镓硒、金铜铟镓硒、金铜铟硒、金铜镓硒、金银铜铟镓硒、金银铜铟硒、金银铜镓硒、铜铝镓硒、铜铝硒、铜铝铟硒、铜铟铊硒、铜铊硒、银铝镓硒、银铝硒、银铜铝镓硒、银铜铝硒、金铝镓硒、金铝硒、金银铝镓硒、金银铝硒、金铜铝镓硒、金铜铝硒、金银铜铝镓硒、金银铜铝硒、铜铊镓硒、铜铊铟硒、铜铊硒、银铊镓硒、银铊铟硒、银铊硒、银铜铊镓硒、银铜铊铟硒、银铜铊硒、金铊镓硒、金铊铟硒、金铊硒、金银铊镓硒、金银铊铟硒、金银铊硒、金铜铊镓硒、金铜铊铟硒、金铜铊硒、金银铜铊镓硒、金银铜铊铟硒、金银铜铊硒、或者是上述成份利用钠将金银铜其中之一取代、或者是上述成份利用硫将硒取代、或是上述成份利用碲将硒取代。由于这些光电转换层100的制造方法与本实施例所述的铜铟镓硒的光电转换层100的制造方法相似，仅是替换制程中的第一族元素、第三族元素及第六族元素，因此于此不赘述。再者，根据所欲形成的光电转换层100所包括的元素，可以任意变更这些元素组合的顺序，本发明未加以限制。此外，在一实施例中，金属层的材质可以更包括锌、锗、锡、汞、镉等元素。特别一提的是，光电转换层100可用于太阳能电池及光传感器等领域中，且光电转换层100的制造方法与现有的制程设备兼容，因此不会大幅增加该些组件的制作成本。
在本实施例中，是以多阶段(诸如三阶段)方式使包含第六族元素的非金属层与包含第三族元素或第一族元素的金属层或材料混合层进行热制程，以形成光电转换层，如此一来，可精确地控制第六族元素与金属层的反应程度，避免不必要的中间反应产物，且能使第三族元素或第一族元素均质地分布于混合层中。因此，本实施例的光电转换层的制造方法适于制作大面积的光电转换层。如此一来，所形成的光电转换层具有较佳的带隙轮廓(band-gapprofile)，因而具有高光电转换效率。再者，由于第六族元素通常具有低融点、高蒸气压以及高污染性，但在本实施例中是分别在不同的腔室中制备金属层与非金属层，再于另一腔室使金属层与非金属层接触，因此，本实施例能避免于溅镀设备中使用第六族元素的气体源或靶材，因而具有高安全性与避免污染腔室与金属靶材的优点，故可简易地维护制程设备，以避免制作成本的增加。
虽然在第一实施例中是以三阶段热制程来形成光电转换层为例，但在其它实施例中，也可以依照需求，使用其它数目的热制程来进行光电转换层的制作。在接下来的实施中，为了清楚表达包括不同数目热制程的光电转换层的制造方法的差异，皆以形成铜铟镓硒的光电转换层100为例来进行说明，但可以理解的是，本发明不以此为限。
【第二实施例】
图2A至图2F为本发明的第二实施例的一种光电转换层的制造方法的剖面流程示意图，第二实施例中的基板、基板与辅助基板的别名、材料混合层的别名、光电转换层的种类大致与第一实施例中所述相同，请参阅第一实施例中所述。本实施例以下针对与第一实施例不同处，例如：结构与形成方法与金属层以及非金属层的材料加以说明。请参照图2A，首先，于基板110上形成第一金属层120a，第一金属层120a的材质包括至少两种第三族元素与至少一种第一族元素。在本实施例中，第一金属层120a中的一种第三族元素的含量较佳是大于其它种第三族元素的含量。举例来说，第一金属层120a的材质例如是包括铜铟镓，且以富含铟的铜铟镓(In-rich CuInGa)为较佳，其中[Ga]/{[In]+[Ga]}的原子百分率例如是约介于20％至30％。第一金属层120a例如是一合金层、由多个金属层构成的堆栈层或上述的组合。举例来说，第一金属层120a可以是第一金属元素层(诸如铟金属层)、第二金属元素层(诸如镓金属层)以及第三金属元素层(诸如铜金属层)交替堆栈至少两次所形成的堆栈层，其中各金属元素层的形成方法例如是溅镀法或蒸镀法。
于第一辅助基板130a上形成第一非金属层140a，第一非金属层140a的材质包括至少一种第六族元素。第一辅助基板130a例如是玻璃基板(诸如钠钙玻璃(soda-lime glass，SLG)基板)或第一实施例中所述的其它基板材料。第一非金属层140a的材质例如是包括硒。
请参照图2B，接着，将第一金属层120a的表面与第一非金属层140a的表面接触后，对第一金属层120a与第一非金属层140a进行一第一热制程T1，以于基板110与第一辅助基板130a之间形成如图2C所示的一第一材料混合层150a，第一材料混合层150a包括至少两种第三族元素、至少一种第一族元素以及至少一种第六族元素。在本实施例中，第一热制程T1例如是包括一快速回火制程或一热炉管制程。其中，第一热制程T1的制程温度小于基板110与第一辅助基板130a的软化温度。由于进行热制程的材料层包括第一族元素及/或第六族元素。在本实施例中，第一热制程T1的制程温度约大于或等于500℃。在本实施例中，第一金属层120a例如是包括铜铟镓(CuInGa)、第一非金属层140a例如是包括硒(Se)，因此第一材料混合层150a例如是包括铜铟镓硒(CIGS)。
请参照图2C，然后，将第一辅助基板130a与第一材料混合层150a分离。在本实施例中，在形成第一材料混合层150a之后，第一辅助基板130a在冷却后例如是自动与第一材料混合层150a分离或者是利用分离工具将第一辅助基板130a与第一材料混合层150a分离。
请参照图2D，之后，于第二辅助基板130b上依序形成第二金属层120b与第二非金属层140b，第二金属层120b的材质包括至少一种第一族元素与至少两种第三族元素，第二非金属层140b的材质包括至少一种第六族元素。在本实施例中，第二金属层120b的至少两种第三族元素例如是与第一金属层120a的至少两种第三族元素相同，其中一种第三族元素的含量较佳是大于其它种第三族元素的含量。举例来说，第二金属层120b的材质例如是包括铜铟镓，且以富含镓的铜铟镓(Ga-rich CuInGa)为较佳，其中[In]/{[In]+[Ga]}的原子百分率例如是约介于30％至40％。在本实施例中，第二非金属层140b所包括的第六族元素例如是与第一非金属层140a所包括的第六族元素相同。第二非金属层140b例如是包括硒(Se)。
请参照图2E，接着，将第一材料混合层150a的表面与第二非金属层140b的表面接触后，对第一材料混合层150a与第二金属层120b及第二非金属层140b进行一第二热制程T2，以于基板110与第二辅助基板130b之间形成如图2F所示的一第二材料混合层150b，第二材料混合层150b包括第一材料混合层150a、第二金属层120b及第二非金属层140b所含有的元素。其中，第二热制程T2的制程温度小于基板110与第二辅助基板130b的软化温度。第二热制程T2的制程温度约大于或等于500℃。在本实施例中，第二材料混合层150b例如是包括铜铟镓硒(CIGS)。
请参照图2F，然后，将第二辅助基板130b与第二材料混合层150b分离，以形成图2G所示的光电转换层100。在本实施例中，在形成第二材料混合层150b之后，第二辅助基板130b在冷却后例如是自动与第二材料混合层150b分离或者是利用分离工具将第二辅助基板130b与第二材料混合层150b分离。
在本实施例中，金属层120a、120b皆包含第三族元素与第一族元素，且其中金属层120a中的一种第三族元素的含量较高，以及金属层120b中的另一种第三族元素的含量较高。然后，以两阶段使包含第六族元素的非金属层与包含第三族元素或第一族元素的金属层或材料混合层进行热制程，以形成光电转换层，如此一来，可精确地控制第六族元素与金属层的反应程度，避免不必要的中间反应产物，且能使第三族元素或第一族元素均质地分布于混合层中。因此，本实施例的光电转换层的制造方法适于制作大面积的光电转换层。如此一来，所形成的光电转换层具有较佳的带隙轮廓，因而具有高光电转换效率。再者，由于第六族元素通常具有低融点、高蒸气压以及高污染性，但在本实施例中是分别在不同的腔室中制备金属层与非金属层，再于另一腔室使金属层与非金属层接触，因此，本实施例能避免于溅镀设备中使用第六族元素的气体源或靶材，因而具有高安全性与避免污染腔室的优点，故可简易地维护制程设备，以避免制作成本的增加。
【第三实施例】
图3A至图3G为本发明的第三实施例的一种光电转换层的制造方法的剖面流程示意图，第三实施例中的基板、基板与辅助基板的别名、材料混合层的别名、光电转换层的种类大致与第一实施例中所述相同，而金属层以及非金属层的材料大致与第二实施例中所述相同，以下针对与第二实施例不同处，例如光电转换层的形成步骤进行说明。请参照图3A，首先，于基板110上形成第一金属层120a，第一金属层120a的材质包括至少两种第三族元素与至少一种第一族元素。在本实施例中，第一金属层120a中的第一族元素的含量较佳是指第一族元素的含量大于其它种第三族元素的含量的加总。举例来说，第一金属层120a的材质例如是包括铜铟镓，且以富含铜的铜铟镓(Cu-rich CuInGa)为较佳，其中[Cu]/{[In]+[Ga]}的原子百分率例如是约介于95％至105％。第一金属层120a例如是一合金层、由多个金属层构成的堆栈层或上述的组合。举例来说，第一金属层120a可以是第一金属元素层(诸如铟金属层)、第二金属元素层(诸如镓金属层)以及第三金属元素层(诸如铜金属层)交替堆栈至少两次所形成的堆栈层，其中各金属元素层的形成方法例如是溅镀法或蒸镀法。
于第一辅助基板130a上形成第一非金属层140a，第一非金属层140a的材质包括至少一种第六族元素。第一辅助基板130a例如是玻璃基板(诸如钠钙玻璃(soda-lime glass，SLG)基板)或前文所述的其它基板。第一非金属层140a的材质例如是包括硒。
请参照图3B，接着，将第一金属层120a的表面与第一非金属层140a的表面接触后，对第一金属层120a与第一非金属层140a进行一第一热制程T1，以于基板110与第一辅助基板130a之间形成如图3C所示的一第一材料混合层150a，第一材料混合层150a包括至少两种第三族元素、至少一种第一族元素以及至少一种第六族元素。在本实施例中，第一热制程T1例如是包括一快速回火制程或一热炉管制程。其中，第一热制程T1的制程温度小于基板110与第一辅助基板130a的软化温度。由于进行热制程的材料层包括第一族元素及/或第六族元素。在本实施例中，第一热制程T1的制程温度约大于或等于500℃。在本实施例中，第一金属层120a例如是包括铜铟镓(CuInGa)、第一非金属层140a例如是包括硒(Se)，因此第一材料混合层150a例如是包括铜铟镓硒(CIGS)。
请参照图3C，然后，将第一辅助基板130a与第一材料混合层150a分离。在本实施例中，在形成第一材料混合层150a之后，第一辅助基板130a在冷却后例如是自动与第一材料混合层150a分离。
请参照图3D，之后，于第二辅助基板130b上依序形成第二金属层120b与第二非金属层140b，第二金属层120b的材质包括至少一种第一族元素与至少两种第三族元素，第二非金属层140b的材质包括至少一种第六族元素。在本实施例中，第二金属层120b的至少两种第三族元素例如是与第一金属层120a的至少两种第三族元素相同，其中一种第三族元素的含量较佳是大于其它种第三族元素的含量。举例来说，第二金属层120b的材质例如是包括铜铟镓，且以贫铜含量的铜铟镓(Cu-poor CuInGa)为较佳，其中[Cu]/{[In]+[Ga]}的原子百分率例如是约介于70％至85％。在本实施例中，第二非金属层140b所包括的第六族元素例如是与第一非金属层140a所包括的第六族元素相同。第二非金属层140b例如是包括硒(Se)。
请参照图3E，接着，将第一材料混合层150a的表面与第二非金属层140b的表面接触后，对第一材料混合层150a与第二金属层120b及第二非金属层140b进行一第二热制程T2，以于基板110与第二辅助基板130b之间形成如图3F所示的一第二材料混合层150b，第二材料混合层150b包括第一材料混合层150a、第二金属层120b及第二非金属层140b所含有的元素。其中，第二热制程T2的制程温度小于主基板110与第二辅助基板130b的软化温度。第二热制程T2的制程温度约大于或等于500℃。在本实施例中，第二材料混合层150b例如是包括铜铟镓硒(CIGS)。
请参照图3F，然后，将第二辅助基板130b与第二材料混合层150b分离，以形成图3G所示的光电转换层100。在本实施例中，在形成第二材料混合层150b之后，第二辅助基板130b在冷却后例如是自动与第二材料混合层150b分离。
在本实施例中，金属层120a、120b皆包含第三族元素与第一族元素，且其中金属层120a中的第一族元素与第三族元素单位体积原子数比值较高，以及金属层120b中的第一族元素与第三族元素单位体积原子数比值较低。然后，以两阶段使包含第六族元素的非金属层与包含第三族元素或第一族元素的金属层或材料混合层进行热制程，以形成光电转换层；如此一来，于第一阶段热处理时，富含第一族元素的金属合金层或金属多层堆栈可与第六族元素反应成晶粒较大且均质性较好的化合物，确保成膜致密性，然后再以第一族元素的金属合金层或金属多层堆栈进行第二阶段热处理，此步骤在确保形成的光电转换层具备良好的p型半导体特性。因此，本实施例的光电转换层的制造方法适于制作大面积的光电转换层。所形成的光电转换层能有较大的晶粒、较佳的材料均质性与致密性，并且同时具有良好的p型半导体特性，如此一来，光电转换层中的缺陷与杂质密度能有效降低，p型载子浓度得以提高，进而达成提高开路电流与光电转换效率的目的。再者，由于第六族元素通常具有低融点、高蒸气压以及高污染性，但在本实施例中是分别在不同的腔室中制备金属层与非金属层，再于另一腔室使金属层与非金属层接触，因此，本实施例能避免于溅镀设备中使用第六族元素的气体源或靶材，因而具有高安全性与避免污染腔室的优点，故可简易地维护制程设备，以避免制作成本的增加。
【第四实施例】
图4A至图4G为本发明的第四实施例的一种光电转换层的制造方法的剖面流程示意图，第四实施例中的基板、基板与辅助基板的别名、材料混合层的别名、光电转换层的种类大致与第一实施例中所述相同，请参阅第一实施例中所述。而金属层以及非金属层的材料大致与第二实施例中所述相同，以下针对与第二实施例不同处，例如光电转换层的形成步骤进行说明。
请参照图4A，首先，于基板110上形成第一金属层120a，第一金属层120a的材质包括至少两种第三族元素与至少一种第一族元素。在本实施例中，第一金属层120a的材质例如是包括铜铟镓。第一金属层120a的形成方法例如是溅镀法或蒸镀法。
于第一辅助基板130a上形成第一非金属层140a，第一非金属层140a的材质包括至少一种第六族元素。第一非金属层140a的材质例如是包括硒。
请参照图4B，接着，将第一金属层120a的表面与第一非金属层140a的表面接触后，对第一金属层120a与第一非金属层140a进行一第一热制程T1，以于基板110与第一辅助基板130a之间形成如图4C所示的一第一材料混合层150a，第一材料混合层150a包括至少两种第三族元素、至少一种第一族元素以及至少一种第六族元素。在本实施例中，第一热制程T1的制程温度约大于或等于500℃，较佳为520℃至560℃。第一材料混合层150a例如是包括铜铟镓硒(CIGS)。
请参照图4C，然后，将第一辅助基板130a与第一材料混合层150a分离。在本实施例中，在形成第一材料混合层150a之后，第一辅助基板130a在冷却后例如是自动与第一材料混合层150a分离或者是利用分离工具将第一辅助基板130a与第一材料混合层150a分离。
请参照图4D，之后，于第二辅助基板130b上依序形成第二金属层120b与第二非金属层140b，第二金属层120b的材质包括至少一种第一族元素与至少两种第三族元素，第二非金属层140b的材质包括至少一种第六族元素。在本实施例中，第二金属层120b的材料例如是与第一金属层120a相同，第一金属层120a的材质例如是包括铜铟镓。第二非金属层140b的材质例如是硒。
请参照图4E，接着，将第一材料混合层150a的表面与第二非金属层140b的表面接触后，对第一材料混合层150a与第二金属层120b及第二非金属层140b进行一第二热制程T2，以于基板110与第二辅助基板130b之间形成如图4F所示的一第二材料混合层150b，第二材料混合层150b包括第一材料混合层150a、第二金属层120b及第二非金属层140b所含有的元素。在本实施例中，第二热制程T2的制程温度约大于或等于500℃，较佳为520℃至560℃。第一材料混合层150a例如是包括铜铟镓硒(CIGS)。
请参照图4F，然后，将第二辅助基板130b与第二材料混合层150b分离。在本实施例中，在形成第二材料混合层150b之后，第二辅助基板130b在冷却后例如是自动与第二材料混合层150b分离或者是利用分离工具将第二辅助基板130b与第二材料混合层150b分离。
之后，重复进行图4D至图4F的步骤数次，以形成如图4G所示的光电转换层100。在本实施例中，例如是重复进行图4D至图4F的步骤三次，也就是共进行五次热制程。其中，由于每一次热制程中的金属层皆具有相同组成，因此可使每一次的金属层的厚度具有较薄厚度，举例来说，每一次所形成的金属层的厚度可为光电转换层的预定厚度的约1/5，使得各元素较易混合均匀，且能缩短各热制程的时间。特别一提的是，当金属层与非金属层形成均质化合物，对于金属元素具有固定作用，因此能进一步改善金属元素分布不均的现象。再者，由于会重复于辅助基板上依序形成金属层与非金属层的步骤，因此可以批次的方式形成其上已形成有金属层与非金属层的多个辅助基板，以节省制程时间。特别注意的是，虽然在上述的实施例中是以光电转换层包括第一族元素、第三族元素及第六族元素为例，诸如包括Cu(In1-xGax)(Se1-ySy)2、Ag(Al1-xGax)(Se1-yTey)2，但在另一实施例中，上述的制作方法亦可应用于制作包括(Cd1-xHgx)(Te1-ySy)2、Zn(Se1-ySy)与CuZnSnS(CZTS)等材料的系统中或其它成份的光电转换层。
综上所述，在本发明的光电转换层的制造方法中，是分别制备金属层与非金属层后，才使两者接触以形成材料混合层。如此一来，能精确地控制金属层被非金属化的程度，避免不必要的中间反应产物，且能使第三族元素或第一族元素均质地分布于混合层中。因此，所形成的光电转换层具有较佳的带隙轮廓与较高的光电转换效率。再者，由于第六族元素通常具有低融点、高蒸气压以及高污染性，但本发明是分别在不同的腔室中制备金属层与非金属层，再于另一腔室使金属层与非金属层接触，因此，能避免于溅镀设备中使用第六族元素的气体源或靶材，具有高安全性与避免污染腔室的优点。换言之，本发明的光电转换层的制造方法有助于维护制程设备，进而避免制作成本的增加。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
Claims (20)
1.一种光电转换层的制造方法，包括：
于一基板上形成一第一金属层，该第一金属层的材质包括至少两种第三族元素；
于一第一辅助基板上形成一第一非金属层，该第一非金属层的材质包括至少一种第六族元素；
将该第一金属层的表面与该第一非金属层的表面接触后，对该第一金属层与该第一非金属层进行一第一热制程，以于该基板与该第一辅助基板之间形成一第一材料混合层，该第一材料混合层包括该至少两种第三族元素与该至少一种第六族元素；
将该第一辅助基板与该第一材料混合层分离；
于一第二辅助基板上依序形成一第二金属层与一第二非金属层，该第二金属层的材质包括至少一种第一族元素，该第二非金属层的材质包括至少一种第六族元素；
将该第一材料混合层的表面与该第二非金属层的表面接触后，对该第一材料混合层与该第二金属层及该第二非金属层进行一第二热制程，以于该基板与该第二辅助基板之间形成一第二材料混合层，该第二材料混合层包括该第一材料混合层、该第二金属层及该第二非金属层所含有的元素；以及
将该第二辅助基板与该第二材料混合层分离。
2.根据权利要求1所述的光电转换层的制造方法，其特征在于，该第一金属层的材质更包括至少一种第一族元素。
3.根据权利要求2所述的光电转换层的制造方法，其特征在于，该第一金属层的材质包括铟、镓及铜。
4.根据权利要求1所述的光电转换层的制造方法，其特征在于，该第一非金属层的材质包括硒。
5.根据权利要求1所述的光电转换层的制造方法，其特征在于，第二金属层的材质更包括至少两种第三族元素。
6.根据权利要求5所述的光电转换层的制造方法，其特征在于，该第二金属层的该至少两种第三族元素与该第一金属层的该至少两种第三族元素相同。
7.根据权利要求6所述的光电转换层的制造方法，其特征在于，该第一金属层中之一种第三族元素的含量大于其它种第三族元素的含量，以及该第二金属层中的另一种第三族元素的含量大于其它种第三族元素的含量。
8.根据权利要求5所述的光电转换层的制造方法，其特征在于，该第二金属层的材质包括铟、镓及铜。
9.根据权利要求1所述的光电转换层的制造方法，其特征在于，该第二非金属层的材质包括硒。
10.根据权利要求1所述的光电转换层的制造方法，其特征在于，更包括：
于一第三辅助基板上依序形成一第三金属层与一第三非金属层，该第三金属层的材质包括至少两种第三族元素，该第三非金属层的材质包括至少一种第六族元素；
将该第二材料混合层的表面与该第三非金属层的表面接触后，对该第二材料混合层与该第三金属层及该第三非金属层进行一第三热制程，以于该基板与该第三辅助基板之间形成一第三材料混合层，该第三材料混合层包括该第二材料混合层、该第三金属层及该第三非金属层所含有的元素；以及
将该第三辅助基板与该第三材料混合层分离。
11.根据权利要求10所述的光电转换层的制造方法，其特征在于，该第一金属层的材质包括铟镓。
12.根据权利要求10所述的光电转换层的制造方法，其特征在于，第二金属层的材质包括铜。
13.根据权利要求10所述的光电转换层的制造方法，其特征在于，该第三金属层的该至少两种第三族元素与该第一金属层的该至少两种第三族元素相同。
14.根据权利要求10所述的光电转换层的制造方法，其特征在于，该第三非金属层的材质包括硒。
15.根据权利要求1所述的光电转换层的制造方法，其特征在于，该第一金属层与该基板之间先形成一电极层。
16.根据权利要求1所述的光电转换层的制造方法，其特征在于，该第一金属层与该第二金属层中任一者包括一合金层、多个金属层或上述的组合。
17.根据权利要求1所述的光电转换层的制造方法，其特征在于，该第一金属层与该第二金属层中任一者的形成方法包括溅镀法或蒸镀法。
18.根据权利要求1所述的光电转换层的制造方法，其特征在于，各该热制程包括一快速回火制程或一热炉管制程。
19.根据权利要求1所述的光电转换层的制造方法，其特征在于，该第二热制程的温度与该第一热制程的温度皆小于该基板、该第一辅助基板与该第二辅助基板的软化温度。
20.根据权利要求10所述的光电转换层的制造方法，其特征在于，该第三热制程的温度小于该第三辅助基板的软化温度。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW100114920 | 2011-04-28 | ||
| TW100114920A TWI441344B (zh) | 2011-04-28 | 2011-04-28 | 光電轉換層的製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102354718A true CN102354718A (zh) | 2012-02-15 |
Family
ID=45578247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2011103546038A Pending CN102354718A (zh) | 2011-04-28 | 2011-10-26 | 光电转换层的制造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102354718A (zh) |
| TW (1) | TWI441344B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105164814A (zh) * | 2013-05-03 | 2015-12-16 | 法国圣戈班玻璃厂 | 用于光伏电池或模块的背接触式基板 |
-
2011
- 2011-04-28 TW TW100114920A patent/TWI441344B/zh not_active IP Right Cessation
- 2011-10-26 CN CN2011103546038A patent/CN102354718A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105164814A (zh) * | 2013-05-03 | 2015-12-16 | 法国圣戈班玻璃厂 | 用于光伏电池或模块的背接触式基板 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI441344B (zh) | 2014-06-11 |
| TW201244127A (en) | 2012-11-01 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 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: 20120215 |