CN1937260A - 薄膜太阳能电池元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种薄膜太阳能电池元件的制造方法，首先在基底上形成一层第一导电层，然后在第一导电层上形成一层缓冲层，缓冲层是由纳米粒子所构成的。接着，对在缓冲层进行硒化处理。继而在缓冲层上依序形成硒化合金层、第二导电层与抗反射层。

Description

薄膜太阳能电池元件及其制造方法

技术领域

本发明是有关于一种太阳能电池及其制造方法，且特别是有关于一种薄膜太阳能电池元件及其制造方法。

背景技术

为了减少能源消耗与避免燃料能源所造成的环境污染，近年来，最热门的研究课题之一便是发展太阳能这种替代性能源。而薄膜太阳能电池中的铜铟硒(CIS)或铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池，挟其成本低且可以大量生产的优点，已经成为目前应用广泛的太阳能电池之一，举凡时钟、电子计算机、住家屋顶与街灯等民生用电，都可以看到其踪迹。

然而，此种薄膜太阳能电池仍存在着不少问题有待解决。举例来说，由于薄膜界面的接合力不足，因此常会造成膜层间发生剥离的现象，不但会导致电池可靠度与稳定性下降，甚至会使得太阳能电池失效。

现有的技术虽以异质结构作为缓冲层来解决膜层间界面剥离的问题，但异质结构的形成却会降低光电转换效率，造成电池的效率低落，使用上的不便利等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种薄膜太阳能电池元件的制造方法，先形成纳米级(nano-scale)的缓冲层，再进行硒化处理，以达到加强膜层间的接合力，增进导电性的功效。

本发明的另一目的是提供一种薄膜太阳能电池元件，能够避免膜层间的剥离现象，提高膜层间的接合力与元件的导电性。

本发明提出一种薄膜太阳能电池元件的制造方法，首先在基底上形成一层第一导电层。然后在第一导电层上形成一层缓冲层，缓冲层是由纳米粒子所构成的。接着，对在缓冲层进行硒化处理。继而在缓冲层上依序形成硒化合金层、第二导电层与抗反射层。

依照本发明的实施例所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，上述第一导电层的材质为铝或钼。上述缓冲层的材质与第一导电层的材质相同。

依照本发明的实施例所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，上述硒化处理是在含硒气体的环境中进行。含硒气体例如是硒化氢或硒蒸汽。

依照本发明的实施例所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，上述硒化处理的温度介于常温至120℃之间。

依照本发明的实施例所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，上述缓冲层的形成方法例如是物理气相沉积法，如溅镀法或蒸镀法。溅镀法的操作功率例如是介于100～270瓦特(W)之间。蒸镀法的温度例如是介于250～750℃之间。

依照本发明的实施例所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，更包括于上述物理气相沉积法进行中加入惰性气体，该惰性气体的压力介于2～10帕(Pa)之间。

依照本发明的实施例所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，上述构成缓冲层的纳米粒子的粒径小于等于50nm，其例如是介于10～50nm之间。

依照本发明的实施例所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，上述硒化合金层的材质为硒化铜-铟合金或硒化铜-铟-镓合金。上述第二导电层的材质为铟锡氧化物或铟锌氧化物。

依照本发明的实施例所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，上述第一导电层的厚度介于0.2～1.0μm之间。上述缓冲层的厚度介于0.2～1.0μm之间。

本发明提出利用上述方法制造而成的薄膜太阳能电池元件，此元件是由基底、第一导电层、硒化缓冲层、硒化合金层、第二导电层与抗反射层所构成的。第一导电层、硒化合金层、第二导电层与抗反射层基底上。硒化缓冲层设置在第一导电层与硒化合金层之间，硒化缓冲层是由纳米粒子所构成的，且硒化缓冲层的材质包括构成第一导电层的材质。

依照本发明的实施例所述的薄膜太阳能电池元件，上述第一导电层的材质为铝或钼。

依照本发明的实施例所述的薄膜太阳能电池元件，上述构成硒化缓冲层的纳米粒子的粒径小于等于50nm，其例如是介于10～50nm之间。

依照本发明的实施例所述的薄膜太阳能电池元件，上述硒化合金层的材质为硒化铜-铟合金或硒化铜-铟-镓合金。上述第二导电层的材质为铟锡氧化物或铟锌氧化物。

依照本发明的实施例所述的薄膜太阳能电池元件，上述第一导电层的厚度介于0.2～1.0μm之间。上述硒化缓冲层的厚度介于0.2～1.0μm之间。

本发明于硒化合金层与下方的第一导电层之间，先形成一层与第一导电层相同材质的缓冲层，由在缓冲层是由纳米粒子所构成的，因此可以很容易地进行硒化处理。硒化后的缓冲层既包含硒的成分，又具有与下方的第一导电层相同的材质，故而粒子之间的晶格相称(lattice matching)，可以大大地避免剥离现象的产生，更能够增加膜层之间的接合力与导电性。

为让本发明的上述和其他目的、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1是本发明一实施例的一种薄膜太阳能电池元件的制造流程图。

图2是本发明一实施例的一种薄膜太阳能电池元件的立体剖面示意图。

110、120、130、140：步骤    200：基底

210：第一导电层             220：硒化缓冲层

230：硒化合金层             240：第二导电层

250：抗反射层

具体实施方式

图1是绘示本发明一实施例之一种薄膜太阳能电池元件的制造流程图。

请参阅图1所示，此薄膜太阳能电池元件的制造方法例如是先在基底上形成一层第一导电层(步骤110)。基底的材质例如是玻璃、金属薄片、PET等。第一导电层的材质例如是钼或铝等金属，其形成方法例如是物理气相沉积法。第一导电层的厚度依电流需求不同而异，其例如是介于0.2～1.0μm之间。

然后，在第一导电层上形成一层缓冲层，缓冲层是由纳米粒子所构成的(步骤120)，纳米粒子的粒径例如是小于等于50nm。缓冲层的材质例如是与第一导体层相同的材质，如钼或铝，而缓冲层的厚度依照电流的需求而有不同，其例如是介于0.2～1.0μm之间。

缓冲层的制造方法例如是物理气相沉积法。以溅镀法为例，这些纳米粒子是藉由控制溅镀法进行中所加入的惰性气体的含量与压力等物理参数，使得被镀金属在到达被镀表面(第一导电层表面)的前，与惰性气体撞击，而形成纳米级的粒子。惰性气体的种类例如是氩气、氦气或氖气等，压力例如是介于2～10帕之间，至于溅镀法的操作功率例如是介于100～270瓦特之间。在一实施例中，所形成的缓冲层的纳米粒子的粒径可以是介于10～50nm之间。当然，缓冲层也可能是以蒸镀法而形成的，在蒸镀反应室中，加入惰性气体，控制惰性气体的含量与压力，同样能够形成纳米级的缓冲层。蒸镀法的温度例如是介于250℃～750℃之间。

接着，对在缓冲层进行硒化处理(步骤130)。此一硒化处理例如是将具有缓冲层与第一导电层的基底移入硒化炉之中，加热此基底，将纳米级的缓冲层硒化。硒化炉中具有硒化氢(H₂Se)或硒蒸汽等含硒气体，硒化的时间例如是介于30～600分钟之间，依流量而定。硒化处理的温度例如是介于常温至120℃之间，在一实施例中，硒化的温度例如是介于80℃～90℃之间。本发明所提出的硒化处理的温度比一般硒化所需的温度低许多，这是因为纳米级的缓冲层，其表面活化能很高，所以只需要以此低温即可达到硒化的结果。

继而，在缓冲层上依序形成硒化合金层、第二导电层与抗反射层(步骤140)。硒化合金层的材质例如是硒化铜-铟合金或硒化铜-铟-镓合金，其形成方法例如是物理气相沉积法。第二导电层的材质例如是铟锡氧化物或铟锌氧化物，其形成方法例如是溅镀法。抗反射层的材质例如是金属氧化物、有机介电材料或无机介电材料如氮氧化硅，其形成方法例如是旋转涂布法或是化学气相沉积法。

由于构成缓冲层的纳米粒子具有极高的表面能，故而得以促进缓冲层的硒化，很轻易地就能达成硒化缓冲层的目标。此外，由于后续硒化合金层的制程中，本来就会有硒化的步骤，因此，缓冲层硒化处理的步骤并不需要额外购置设备，就可以整合于生产线上。这种方法可以制造出纳米级的缓冲层，大大地增加了粒子间的凡得瓦力，且缓冲层的晶格大小与上、下膜层(硒化合金层与第一导电层)的晶格匹配(lattice matching)，更可以加强膜层间的接合力。

以下即说明以上述方法所制造出来的薄膜太阳能电池元件。图2便是绘示上述制造方法所形成的薄膜太阳能电池元件的立体剖面示意图。

请参阅图2所示，本发明提出一种薄膜太阳能电池元件，由基底200、第一导电层210、硒化缓冲层220、硒化合金层230、第二导电层240与抗反射层250所组成。第一导电层210、硒化合金层230、第二导电层240与抗反射层250由下而上依序设置于基底200上。硒化缓冲层220设置在第一导电层与硒化合金层之间。

基底200的材质例如是玻璃、金属薄片或PET等，第一导电层210的材质例如是铝或钼，硒化合金层230的材质例如是硒化铜-铟合金或硒化铜-铟-镓合金，第二导电层240的材质例如是铟锡氧化物或铟锌氧化物。

硒化缓冲层220的材质是由粒径小于等于50nm的纳米粒子所构成的，且硒化缓冲层220的材质包括构成第一导电层210的材质，例如是硒化钼或硒化铝。硒化缓冲层220的纳米粒子的粒径例如是介于10～50nm之间。硒化缓冲层220与第一导电层210的厚度例如是依太阳能电池元件的电流需求而形成不同的厚度，其例如是介于0.2～1.0μm之间。

本发明在第一导电层与硒化合金层之间，加入一层缓冲层，由在缓冲层是由纳米粒子所构成的，使得缓冲层的比表面积可以大幅度地增加，进而大大地提高粒子间的凡得瓦力(van der Waals forces)与表面能。如此一来，不但可以避免硒化合金层与第一导电层之间产生剥离现象，且有助在缓冲层的硒化处理。

硒化处理后的缓冲层既包含硒的成分，又具有与下方的第一导电层相同的材质，因此，粒子之间的结构相近、晶格相称(lattice matching)，更可以进一步加强缓冲层上下的硒化合金层与第一导电层之间的接合力，进而提升元件的可靠性与导电性以及薄膜太阳能电池的光电转换效率。

除此的外，由于硅化缓冲层的材质中具有与第一导电层相同的材质，因此，本发明所提出的薄膜太阳能电池元件还可以避免因异质介面所产生的电阻上升的问题，增进薄膜太阳能电池的光电转换效率。

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，任何熟习此技艺者，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，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (26)

1、一种薄膜太阳能电池元件的制造方法，其特征在于其包括：

在一基底上形成一第一导电层；

在该第一导电层上形成一缓冲层，该缓冲层是由纳米粒子所构成的；

对该缓冲层进行一硒化处理；以及

在该缓冲层上依序形成一硒化合金层、一第二导电层与一抗反射层。

2、根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，其特征在于其中所述的第一导电层的材质为铝或钼。

3、根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，其特征在于其中所述的缓冲层的材质与该第一导电层的材质相同。

4、根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，其特征在于其中所述的硒化处理是在一含硒气体的环境中进行。

5、根据权利要求4所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，其特征在于其中所述的含硒气体包括硒化氢或硒蒸汽。

6、根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，其特征在于其中所述的硒化处理的温度介于常温至120℃之间。

7、根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，其特征在于其中所述的缓冲层的形成方法包括物理气相沉积法。

8、根据权利要求7所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，其特征在于更包括在该物理气相沉积法进行中加入惰性气体。

9、根据权利要求8所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，其特征在于其中所述的惰性气体的压力介于2～10帕之间。

10、根据权利要求8所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，其特征在于其中所述的物理气相沉积法包括一溅镀法或一蒸镀法。

11、根据权利要求10所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，其特征在于其中所述的溅镀法的操作功率介于100～270瓦特之间。

12、根据权利要求10所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，其特征在于其中所述的蒸镀法的温度例如是介于250℃～750℃之间。

13、根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，其中构成该缓冲层的纳米粒子的粒径小于等于50nm。

14、根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，其特征在于构成该缓冲层的纳米粒子的粒径介于10～50nm之间。

15、根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，其特征在于其中所述的硒化合金层的材质为硒化铜-铟合金或硒化铜-铟-镓合金。

16、根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，其特征在于其中所述的第二导电层的材质为铟锡氧化物或铟锌氧化物。

17、根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，其特征在于其中所述的第一导电层的厚度介于0.2～1.0μm之间。

18、根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池元件的制造方法，其特征在于其中所述的缓冲层的厚度介于0.2～1.0μm之间。

19、一种根据权利要求1的方法所制造的薄膜太阳能电池元件，其特征在于其包括：

一基底；

一第一导电层、一硒化合金层、一第二导电层与一抗反射层，由下而上依序设置在该基底上；以及

一硒化缓冲层，设置在该第一导电层与该硒化合金层之间，该硒化缓冲层是由纳米粒子所构成的，且该硒化缓冲层的材质包括构成该第一导电层的材质。

20、根据权利要求19所述的薄膜太阳能电池元件，其特征在于其中所述的第一导电层的材质为铝或钼。

21、根据权利要求19所述的薄膜太阳能电池元件，其中构成该硒化缓冲层的纳米粒子的粒径小于等于50nm。

22、根据权利要求19所述的薄膜太阳能电池元件，其中构成该硒化缓冲层的纳米粒子的粒径介于10～50nm之间。

23、根据权利要求19所述的薄膜太阳能电池元件，其特征在于其中所述的硒化合金层的材质为硒化铜-铟合金或硒化铜-铟-镓合金。

24、根据权利要求19所述的薄膜太阳能电池元件，其特征在于其中所述的第二导电层的材质为铟锡氧化物或铟锌氧化物。

25、根据权利要求19所述的薄膜太阳能电池元件，其特征在于其中所述的第一导电层的厚度介于0.2～1.0μm之间。

26、根据权利要求19所述的薄膜太阳能电池元件，其特征在于其中所述的硒化缓冲层的厚度介于0.2～1.0μm之间。

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