CN109427488A - 结合电化学及纳米转印的薄膜太阳能电池磊晶法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种结合电化学及纳米转印的薄膜太阳能电池磊晶法，其包括：纳米化薄膜材料，其是将薄膜太阳能电池材料纳米化成为粉末材料；进行混胶，其是将粉末材料与紫外线硬化胶混合成混胶材料；植入离子及极化，其是将混胶材料进行电离子植入并高电场极化以产生离子极化薄膜材料；薄膜印制，其是将离子极化薄膜材料涂布于基材上，进行纳米压印及紫外光固化以产生薄膜太阳能电池；以及制作电极，其是于薄膜太阳能电池的两侧制作电极。借由本发明的实施，可以达到快速、有效及节能的量产薄膜太阳能电池。
Description
技术领域
本发明为一种结合电化学及纳米转印的薄膜太阳能电池磊晶法，特别为一种应用于薄膜太阳能电池制造的结合电化学及纳米转印的薄膜太阳能电池磊晶法。
背景技术
现有习知技术一：电化学气相沉积法，简单而言就是在真空腔体(室)内进行制造过程反应，而真空的义意就是为了创造一个更为干净的环境，并且让温度更容易到达并维持，当制造过程环境维持在一定的程度时，此时便将电化学气体导人，电化学气体的电子浓度因温度而产生活化点时，原子将因此环境形成时，找到适合的键合轨道而形成结晶薄膜…。
现有习知技术二：电化学液相沉积法，简单而言就是在液体槽内进行制造过程反应，而液体的意义就是为了创造一个更为干净的环境，并且让温度更容易到达并维持，当环境维持一定的程度时，此时便将第二电化学药剂导人，当第一药剂与第二药剂混合，电子浓度因温度而产生活化点，原子将因此环境形成时，找到适合的键合轨道而形成结晶薄膜…。
现有习知技术三：分子束磊晶法(MBE)在成长薄膜的过程中没有电化学反应发生(没有电化学键的断裂)，故属于「物理气相沉积」，由于必须使用「超高真空」，即反应腔体内的空气必须几乎完全抽光，再使原子一颗一颗地蒸发到基板上沉积，因此成本极高，但是在成长磊晶的过程中，因为制造过程参数容易控制，所以很容易控制每个坩埚中固体原子蒸发出来的数量，因此一般都使用在研究单位或是科技公司的研发单位部门。
发明内容
本发明为一种结合电化学及纳米转印的薄膜太阳能电池磊晶法，其主要是要解决高耗能及高价设备制造薄膜太阳电池的问题。
本发明提供一种结合电化学及纳米转印的薄膜太阳能电池磊晶法，其包括：纳米化薄膜材料，其是将制作薄膜太阳能电池的材料予以纳米化成为粉末材料；进行混胶，其是将粉末材料与紫外线硬化胶进行混合以形成混胶材料；植入离子及极化，其是将混胶材料进行电离子的植入并于高电场环境下进行极化以产生离子极化薄膜材料；薄膜印制，其是将离子极化薄膜材料涂布于基材上，然后进行纳米压印及紫外光固化以产生薄膜太阳能电池；以及制作电极，其是于薄膜太阳能电池的两侧制作电极。
前述的薄膜太阳能电池磊晶法，其中该薄膜材料为非晶硅(a-Si)、砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)、硫化镉(CdS)、铜铟镓硒(CIGS)、染料敏化材料(DSSC)、或铜锌锡硫(CZTS)的薄膜材料。
前述的薄膜太阳能电池磊晶法，其中该粉末材料进一步包括混入电荷控制剂。
前述的薄膜太阳能电池磊晶法，其中该粉末材料与该紫外线硬化胶是以重量1:1的方式进行混合。
前述的薄膜太阳能电池磊晶法，其中该植入离子及极化步骤之前，进一步包括微胶囊制造过程，其包括下列步骤：形成碳粉颗，是将该混胶材料加热以形成碳粉颗粒；二次混胶，是将该碳粉颗粒再次加入该紫外光硬化胶，以进行第二次混胶；以及二次凝聚，是将该碳粉颗经过该第二次混胶后，经过凝聚将混胶材料形成微胶囊结构。
前述的薄膜太阳能电池磊晶法，其中该粉末材料与该紫外线硬化胶是在温度5-9摄氏度的环境下进行混合。
前述的薄膜太阳能电池磊晶法，其中该植入离子步骤是在负4大气压的环境下进行电离子植入。
前述的薄膜太阳能电池磊晶法，其中该植入离子步骤是在负4大气压的环境下进行电离子植入。
借由本发明的实施，至少可以达成下列的进步功效：
一、可以在一般环境一下进行薄膜太阳能电池的磊晶。
二、不需要使用昂贵的设备，又可以印刷方式制作，因此可大幅降低成本。
三、不需要耗费大量的能源，可以达到环保功效。以及
四、可以使用任何材质的基材，因此大幅提供应用价值。
附图说明
图1A为本发明的一种结合电化学及纳米转印的薄膜太阳能电池磊晶法一实施例。
图1B为本发明的一种结合电化学及纳米转印的薄膜太阳能电池磊晶法二实施例。
图1C为本发明的一种结合电化学及纳米转印的薄膜太阳能电池磊晶法的操作状态实施例。
图2A为本发明的一种光阻形成于玻璃基板的实施例图。
图2B为本发明的一种将聚二甲基硅氧烷形成于光阻及玻璃基板上的实施例图。
图2C为本发明的一种纳米压印膜具的实施例图。
图2D为本发明的一种施加压力使用纳米压印膜具进行纳米压印的实施例图。
图2E为本发明的一种压印后接着进行紫外光固化的实施例图。
图2F为本发明的一种产生薄膜太阳能电池磊晶的实施例图。
图3为本发明的一种薄膜太阳能电池磊晶在电子显微镜下放大的实施例图。
图4为本发明的一种薄膜太阳能电池板结构的实施例图。
【主要元件符号说明】
100：气墙式防沾粘的喷涂结构
100：结合电化学及纳米转印的薄膜太阳能电池磊晶法
S10：纳米化薄膜材料 S20：进行混胶
S30：植入离子及极化 S40：薄膜印制
S50：制作电极 S25：微胶囊制造过程
S251：形成碳粉颗 S252：二次混胶
S253：二次凝聚 10：粉末材料
20：电荷控制剂 25：紫外光硬化胶
30：混胶材料 310：微胶囊结构
320：离子极化混胶材料 410：光阻
420：玻璃基板 430：聚二甲基硅氧烷
440：纳米压印膜具 441：压力
442：紫外光 450：基材
460：薄膜太阳能电池磊晶 50：薄膜太阳能电池
510：电极
具体实施方式
如图1A至图1C所示，本实施例为一种结合电化学及纳米转印的薄膜太阳能电池磊晶法100，其包括：纳米化薄膜材料S10；进行混胶S20；植入离子及极化S30；薄膜印制S40；以及制作电极S50。
纳米化薄膜材料S10，其是将制作薄膜太阳能电池的材料予以纳米化成为粉末材料10。有关制作薄膜太阳能电池的材料，至少可以为非晶硅(a-Si)、砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)、硫化镉(CdS)、铜铟镓硒(CIGS)、染料敏化材料(DSSC)、或铜锌锡硫(CZTS)的薄膜材料…等。
上述纳米化薄膜材料S10，完成纳米化并成为粉末材料10后，可将粉末材料10进一步包括混入电荷控制剂20，以便后续的纳米压印制造过程，能有效的使粉末材料10进行纳米压印。
进行混胶S20，其是将上述各种粉末材料10与紫外光硬化胶25进行混合以形成混胶材料30；在混合时，粉末材料10与紫外光硬化胶25是可以重量1:1的方式进行混合。又为了保持材料的稳定性，因此粉末材料10与紫外光硬化胶25，是可以在温度5-9摄氏度的环境下进行混合。
微胶囊制造过程S25，为了避免混胶后的混胶材料30产生材料的分离，因此可以在上述植入离子及极化S30步骤之前，进一步包括微胶囊制造过程S25，其包括：形成碳粉颗S251；二次混胶S252；以及二次凝聚S253。
形成碳粉颗S251，是将混胶材料30加热以形成碳粉颗；二次混胶S252，其是将碳粉颗粒再次加入紫外光硬化胶25的树酯乳液以进行第二次混胶；以及二次凝聚S253，碳粉颗S251经过第二次混胶后，经过凝聚即可将混胶材料30形成微胶囊结构310。
植入离子及极化S30，其是将混胶材料30进行电离子的植入，当电离子植入混胶材料30后，由于混胶材料30内的紫外光硬化胶25为树酯，因此可借由紫外光硬化胶25提供绝佳的环境，使粉末材料10能有效的分级结合，又为了有效的进行植入离子，因此植入离子的步骤是可以在负4大气压的环境下进行电离子植入。
当混胶材料30被植入离子后，此时即可进行极化步骤，借由极化步骤使所有材料的晶格方向一致，又为了使混胶材料30能有效的被极化，因此相关极化的程序，是可以于高电场环境下进行，最终借由将混胶材料30进行植入离子及极化S30的作用，可以产生制作薄膜太阳能电池的离子极化混胶材料320。
如图2A至图2F所示，薄膜印制S40，其是先将光阻410形成于玻璃基板420上，然后再将聚二甲基硅氧烷430(Polydimethylsiloxane,PDMS)形成于光阻410及玻璃基板420上，先使其固化，然后与玻璃基板420分离成为纳米压印膜具440。
接着将离子极化混胶材料320涂布于基材450上，然后施加压力441使用纳米压印膜具440进行纳米压印，压印后接着进行紫外光442固化，最后将纳米压印膜具440取下，即可产生薄膜太阳能电池磊晶460；由于离子极化混胶材料320是属于纳米级的材料，因此经过纳米压印后，很容易形成致密的结构。
如图3所示，当使用紫外光442进行固化时，由于紫外光442是作用于纳米级的材料上，因此每一纳米级单位可以接收到紫外光442的能量，将会高于每一非纳米级材料单位可以接收到紫外光442的能量，借此形成于离子极化混胶材料320内的紫外光硬化胶25，将因紫外光442的照射产生化学热，此时具有纳米粉末的离子极化混胶材料320，将吸收该化学热并将化学热作用于不同型态的材料，又材料因为热反应而使原子结合并因为热比重现象产生物理性分离，因而使磊晶制造过程完成磊晶。
如图4所示，制作电极S50，当薄膜太阳能电池50完成磊晶后，为了使薄膜太阳能电池50能将电力有效的输出，因此于薄膜太阳能电池50磊晶体的两侧可以制作电极510，以作为电力输出的端子。由于基材450可以是任何材料所制成，且可以制作成电路板的结构，因此薄膜太阳能电池50可以通过基材450的电路进行串并联及电力输出。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，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做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做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种结合电化学及纳米转印的薄膜太阳能电池磊晶法，其特征在于其包括：
纳米化薄膜材料，其是将制作薄膜太阳能电池的材料予以纳米化成为粉末材料；
进行混胶，其是将该粉末材料与紫外线硬化胶进行混合以形成混胶材料；
植入离子及极化，其是将该混胶材料进行电离子的植入并于高电场环境下进行极化以产生离子极化薄膜材料；
薄膜印制，其是将该离子极化薄膜材料涂布于基材上，然后进行纳米压印及紫外光固化以产生薄膜太阳能电池；以及
制作电极，其是于该薄膜太阳能电池的两侧制作电极。
2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池磊晶法，其特征在于：其中该薄膜材料为非晶硅(a-Si)、砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)、硫化镉(CdS)、铜铟镓硒(CIGS)、染料敏化材料(DSSC)、或铜锌锡硫(CZTS)的薄膜材料。
3.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池磊晶法，其特征在于：其中该粉末材料进一步包括混入电荷控制剂。
4.根据权利要求1或3所述的薄膜太阳能电池磊晶法，其特征在于：其中该粉末材料与该紫外线硬化胶是以重量1:1的方式进行混合。
5.根据权利要求1或3所述的薄膜太阳能电池磊晶法，其特征在于，其中该植入离子及极化步骤之前，进一步包括微胶囊制造过程，其包括下列步骤：
形成碳粉颗，是将该混胶材料加热以形成碳粉颗粒；
二次混胶，是将该碳粉颗粒再次加入该紫外光硬化胶，以进行第二次混胶；以及
二次凝聚，是将该碳粉颗经过该第二次混胶后，经过凝聚将混胶材料形成微胶囊结构。
6.根据权利要求1或3所述的薄膜太阳能电池磊晶法，其特征在于：其中该粉末材料与该紫外线硬化胶是在温度5-9摄氏度的环境下进行混合。
7.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池磊晶法，其特征在于：其中该植入离子步骤是在负4大气压的环境下进行电离子植入。
8.根据权利要求5所述的薄膜太阳能电池磊晶法，其特征在于：其中该植入离子步骤是在负4大气压的环境下进行电离子植入。
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