TWI578550B - 光伏電池的形成方法及系統 - Google Patents

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Description

光伏電池的形成方法及系統
本揭露係有關於薄膜光伏太陽能電池。
在銅/銦/鎵/硒(CIGS)薄膜太陽能電池中，薄膜層疊一般包括：基板、做為背接觸層(亦稱為背電極)之鉬薄膜層，和做為吸收體層之銅/銦/鎵/硒薄膜層。舉例而言，此結構可以進一步包括硫化鎘(CdS)緩衝層。頂電極層(亦稱為前接觸或透明導電氧化層)係提供於緩衝層之上。此結構是首先在基板上沉積鉬薄膜層所形成。銅/銦/鎵/硒吸收層是藉由沉積銅/銦/鎵金屬間前驅物層(intermetallic precursor)在鉬薄膜層之上，接著再於爐內對銅/銦/鎵前驅物進行硒化和選擇性(optionally)地硫化，而將銅/銦/鎵前驅物層轉化成最終的銅/銦/鎵/硒層。
在不同實施例中，形成光伏電池的方法被揭露。此方法包括形成吸收體於背電極上、沉積由鹼金屬構成的材料於吸收體的表面上、對吸收體進行退火以減少吸收體表面上的銅含量等步驟。
在不同實施例中，用於形成光伏電池的系統被揭露。此系統包括配置(configured to)以沉積鹼金屬溶液於吸收體表面上的噴霧器以及配置以對吸收體和鹼金屬溶液進行退火的退火腔室。控制器係配置以控制噴霧器和退火腔室，其中 控制器係配置以在鹼金屬溶液沉積了一個預定週期後啟動退火腔室。
在不同的實施例中，用以形成光伏電池的系統被揭露。此系統包括含鹼金屬溶液於其中的沉浸槽和退火腔室。沉浸槽係配置以接收吸收體於其中。藉由沉浸槽，沉積鹼金屬層在吸收體上。退火腔室係配置以對吸收體和鹼金屬層進行退火。控制器係配置以控制噴霧器和退火腔室，其中控制器係配置以在鹼金屬溶液沉積了一個預定週期後啟動退火腔室。
100‧‧‧太陽能面板
101‧‧‧鹼金屬沉積製程
102‧‧‧電池
104‧‧‧鉬電極
106‧‧‧吸收體
108‧‧‧鹼金屬化合物
109‧‧‧退火氣體
110‧‧‧基板
120‧‧‧背接觸層
130‧‧‧吸收體層
140‧‧‧緩衝層
150‧‧‧前接觸層
170‧‧‧蒐集區域
172‧‧‧內連接結構
P1、P2、P3‧‧‧劃線
204‧‧‧背電極
206‧‧‧吸收體
208‧‧‧鹼金屬層
212a‧‧‧鉀輪廓
212b‧‧‧鹼金屬輪廓
214‧‧‧銅輪廓
216‧‧‧沉積製程
218‧‧‧退火製程
220‧‧‧介面
300‧‧‧濕噴霧系統
302‧‧‧電池
306‧‧‧吸收體
308‧‧‧鹼金屬層
320‧‧‧噴霧手臂
322‧‧‧鹼金屬溶液
324‧‧‧輸送帶
326‧‧‧退火系統
360‧‧‧控制器
400‧‧‧濕沉浸系統
424‧‧‧輸送帶
430‧‧‧槽
432‧‧‧鹼金屬溶液
434‧‧‧吹乾機
436‧‧‧加熱系統
438‧‧‧退火系統
440‧‧‧化學浴沉積槽
442‧‧‧沖洗槽
500‧‧‧圖
502‧‧‧溫度反應曲線
600‧‧‧圖
602a、602b‧‧‧化學成分
702‧‧‧電池
704‧‧‧鉬電極
706‧‧‧吸收體
708‧‧‧鹼金屬層
710‧‧‧銅輪廓
712‧‧‧邊界區域
714a、714b‧‧‧銅輪廓
800‧‧‧方法
802、804、806、808、810‧‧‧步驟
搭配附圖閱讀以下詳細的描述說明可以對本揭露各個面向有更完善的了解。必須強調的是，根據常規作法，附圖中各項特徵並未按照真實比例繪示。事實上，各項特徵尺寸比例可能任意放大或縮小，以使討論內容更清楚明瞭。
第1圖根據一些實施例繪鹼金屬沉積製程的實施例。
第2A圖根據一些實施例繪示電池的材料輪廓，此電池具有背電極(例如：鉬)及吸收體形成於其上。
第2B圖繪示第2A圖的電池之材料輪廓，其具有鹼金屬層沉積於其上。
第2C圖根據一些實施例顯示吸收體層的鹼金屬濃度以及經過退火製程後的第2B圖的鹼金屬層。
第3圖根據一些實施例繪示用於沉積鹼金屬溶液的噴霧系統。
第4圖根據一些實施例繪示用於沉積鹼金屬溶液的含浸系統。
第5圖根據一些實施例繪示了退火製程的溫度圖表。
第6圖是根據一些實施例中銅/銦/鎵/硒吸收體的化學成分比較。
第7圖根據一些實施例繪示具有鹼金屬沉積於其上的太陽能電池。
第7A圖根據一些實施例繪示第7圖太陽能電池中銅/銦/鎵/硒吸收體與沉積鹼金屬之間的介面區域。
第8圖根據一些實施例繪示用於減少吸收體表面銅濃度的方法。
第9圖根據一些實施例顯示太陽能電池的輪廓圖。
以下提供許多不同實施例或示例，以施行所請標的之各種特徵。以下描述元件及設置之特定示例以簡化本揭露。當然，此等僅為示例，並非意圖作為限定。舉例而言，在以下”形成第一特徵於第二特徵上或上方”的描述中，可能包含第一特徵及第二特徵形成直接接觸的實施方式，亦可能包含形成額外的特徵於第一特徵及第二特徵之間，而第一特徵與第二特徵並未直接接觸的實施方式。此外，本揭露在不同例子可能使用重複的標號數字及/或字母。此重複係為了簡化及清楚之目的，並非代表所討論之不同實施例及/或結構間具有特定的關係。
再者，本文使用之空間性相對詞語，例如：”下面”、”之下”、”較低”、”之上”、”較高”及其相似者，係為了簡單描述如圖中繪示之元件或特徵相對另一元件或特 徵之關係。這些空間性相對詞語意圖涵蓋除了圖中所繪示方位以外，裝置於使用或操作中之不同方位。此設備或組件亦可轉向(旋轉90度或於其他方向)，而所使用之空間性詞語亦可依此理解。
以銅/銦/鎵/硒吸收體為基礎的薄膜光伏設備表現了優秀的光電轉換效率。為了達成這些高性能水準，將鹼金屬納入銅/銦/鎵/硒層中。鹼金屬可以藉由基板材料提供。然而，包括足夠用於形成銅/銦/鎵/硒吸收體的鹼金屬，可能導致基板的熱性質改變。
本揭露大致上提供了藉由沉積鹼金屬層於其上，以修飾銅/銦/鎵/硒吸收體表面的方法和系統。根據一些實施例，吸收體係形成在鉬(Mo)背電極上。鹼金屬層係沉積於吸收體的上表面。以退火氣體對吸收體進行退火，以驅使鹼金屬層與吸收體間的反應，使吸收體與鹼金屬層之間的介面形成吸收體的缺銅(copper-poor)表面區域。
第9圖是根據一些實施例之太陽能電池的輪廓圖。第9圖顯示太陽能面板100的一部分，其包括內連接結構172，此結構串聯面板100中二個相鄰的太陽能電池。為了清楚呈現，在第9圖中，誇大地顯示內連接結構172之寬度與蒐集區域170之寬度的相對關係，實際上，蒐集區域170較內連接結構172寬許多。
太陽能電池100包括：太陽能電池基板110、背接觸層120、吸收體層130、鹼金屬層108、緩衝層140和前接觸層150。
基板110可以包括任何適合的基板材料，像是玻璃。在一些實施例中，基板110包括玻璃基板，像是鹼石灰玻璃(soda lime glass)、或可撓性(flexible)的金屬薄片、或高分子[例如：聚亞醯胺(polyimide)、聚對苯二甲酸(polyethylene terephthalate,PET)、聚乙烯萘(polyethylene naphthalene,PEN)]。其他實施例仍包括其他基板材料。
背接觸層120包括任何適合的背接觸材料，像是金屬。在一些實施例中，背接觸層120包括鉬(Mo)、鉑(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、鎳(Ni)或銅(Cu)。其他實施例仍包括其他背接觸材料。在一些實施例中，背接觸層120之厚度約50nm至約2μm。
在一些實施例中，吸收體層130包括任何適合的吸收體材料，像是p型半導體。在一些實施例中，吸收體層130可以包括黃銅礦系的材料，包括：銅/銦/鎵/硒(Cu(In,Ga)Se2,CIGS)、碲化鎘(cadmium telluride,CdTe)、銅/銦/硒(CulnSe2,CIS)、銅/鎵/硒(CuGaSe2,CGS)、銅/銦/鎵/硒(Cu(In,Ga)Se2,CIGS)、銅/銦/鎵/硒/硫(Cu(In,Ga)(Se,S)2,CIGSS)、碲化鎘(CdTe)或非晶矽(amorphous silicon)。其他實施例仍包括其他吸收體材料。在一些實施例中，吸收體層140之厚度約0.3μm至約8μm。
沉積緩衝層140於吸收體130之上，以形成p/n接面(p/n junction)。緩衝層140可以包括任何適合的緩衝材料，像是n型半導體。在一些實施例中，緩衝層140可以包括硫化鎘(cadmium sulphide,CdS)、硫化鋅(zinc sulphide,ZnS)、硒化鋅 (zinc selenide,ZnSe)硫化銦(indium sulfide,In2S3)、硒化銦(indium selenide,In2Se3)或氧化鋅鎂族(Zn1-xMgxO)(例如：氧化鋅)。其他實施例仍包括其他緩衝材料。在一些實施例中，緩衝層140之厚度約1nm至約500nm。
在一些實施例中，前接觸層150包括經退火(annealed)的透明導電氧化層(TCO)，其一般的厚度為約100nm或更多。“前接觸”和”TCO層”這二個名詞在本文中可互相交換使用；前者係有關層150的功能，後者係有關於它的成分。在一些實施例中，TCO層150的載流子(charge carrier)密度可以從約1x1017cm-3至約1x1018cm-3。用以做為經退火之TCO層的TCO層材料可以包括適合的前接觸材料，像是金屬氧化物和金屬氧化前驅物。在一些實施例中，TCO材料可以包括AZO、GZO、AGZO、BZO或類似的材料。AZO：摻鋁氧化鋅；GZO：摻鎵氧化鋅；AGZO：鋁鎵共摻雜氧化鋅；BZO：摻硼氧化鋅。在其他實施例中，TCO材料可以是氧化鎘(cadmium oxide,CdO)、氧化銦(indium oxide,In2O3)、氧化錫(tin dioxide,SnO2)、氧化鉭(tantalum pentoxide,Ta2O5)、氧化鎵銦(gallium indium oxide,GaInO3)、氧化鎘銻(CdSb2O3)或氧化銦錫(indium oxide,ITO)。TCO材料也可以摻雜適合的摻雜物。
在一些實施例中，在經摻雜的TCO層150中，氧化錫(SnO2)可以摻雜銻(Sb)、氟(F)、砷(As)、鈮(Nb)或鉭(Ta)。在一些實施例中，氧化鋅(ZnO2)可以摻雜任何的鋁(Al)、鎵(Ga)、硼(B)、銦(In)、釔(Y)、鈧(Sc)、氟(F)、釩(V)、矽(Si)、鍺(Ge)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鎂(Mg)、砷(As)或氫(H)。 在其他實施例中，氧化銦(In2O3)可以摻雜錫(Sn)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、鎢(W)、鋯(Zr)、氟(F)、鍺(Ge)、鈮(Nb)、鉿(Hf)或鎂(Mg)。在其他實施例中，氧化鎘可以摻雜銦(In)或錫(Sn)。在其他實施例中，氧化鎵銦(GaInO3)可以摻雜錫(Sn)或鍺(Ge)。在其他實施例中，氧化鎘銻(CdSb2O3)可以摻雜釔(Y)。在其他實施例中，氧化銦錫(ITO)可以摻雜錫(Sn)。其他實施例仍包括其他TCO材料和對應的摻雜物。
在一些實施例中，複數個太陽能電池100彼此相鄰設置，經由每個太陽能電池的前接觸150導通電流到下一個相鄰太陽能電池。每個太陽能電池100包括內連接結構172，其用以自太陽能電池的前接觸150傳送載流子至相同面板上的下一個相鄰太陽能電池的背接觸120。在蒐集區域(collect region)170中提供層120、130、140和150。內連接結構172也包括三條線，稱為P1、P2和P3。P1劃線延伸通過背接觸層130並填滿吸收體層材料。P2劃線延伸通過緩衝層140和吸收體層130，且接觸下一個相鄰太陽能電池的背接觸120，因而以串聯方式連接相鄰太陽能電池。P3線延伸通過前接觸層150、緩衝層140和吸收體層130。相鄰太陽能電池的P3線係緊鄰太陽能電池100之蒐集區域170的左邊。
P3線分離相鄰太陽能電池的前接觸150、緩衝層140和吸收體層130，以使每個前接觸可以經由P2劃線傳輸電流到下一個相鄰太陽能電池的背接觸，而不在相鄰之前接觸之間形成短路。
第1圖繪示鹼金屬沉積製程101的實施例。電池102 包括鉬電極104，而鉬電極104包括吸收體106於其上，例如：銅/銦/鎵/硒(CIGS)吸收體。吸收體106可以由任何適合的製程所形成，例如：共蒸鍍製程、二階段製程(two-step process)、溶液製程及/或其他適合的製程。形成吸收體106後，將鹼金屬化合物108沉積於吸收體106的上側。鹼金屬化合物108可以使用任何適合的方法沉積，例如：濺鍍製程、蒸鍍製程、溶液製程及/或其他適合的製程。在下文中將更仔細討論適用於此目的之各類濕沉積舉例。
當鹼金屬化合物108沉積於吸收體106之上後，電池102在退火氣體109中進行退火。退火氣體109驅使吸收體106和鹼金屬化合物108的交互作用，導致吸收體106上表面的銅濃度減少。退火氣體109能由任何適合的退火氣體組成，例如：硒、硫、硒化氫、硫化氫及/或任何其他適合的退火氣體。
第2A圖繪示電池202的材料輪廓(material profile)，包括背電極(例如：鉬)204及形成於其上之吸收體206。在第2A圖中，縱軸顯示吸收體層中不同深度之吸收體的鹼金屬濃度。吸收體206包括鹼金屬輪廓(例如：如果鹼金屬層是鉀，則為鉀輪廓212a)及銅輪廓214。
在第2B圖中，沉積(沉積製程216)鹼金屬層208在吸收體206上。鹼金屬層208包括鹼金屬輪廓212b(例如：鉀鹼金屬層的鉀輪廓)。鉀輪廓212b指出，鹼金屬材料層208中之鹼金屬係高於整個吸收體206的鉀濃度。
第2C圖顯示吸收體層206及經過退火製程218的鹼金屬層208之鹼金屬濃度。退火製程使得鹼金屬層208與吸收體 206之表面交互作用，改變在吸收體206和鹼金屬層208之間的介面220的銅材料濃度214。鹼金屬原子在很多位置取代銅原子。退火製程218產生缺銅、富鉀(potassium-rich)的表面220。
在一些實施例中，使用濕式製程沉積鹼金屬化合物108。第3圖繪示用以沉積鹼金屬層308在吸收體306上的濕噴霧系統300。如第3圖所示，具有吸收體306形成在鉬電極(未顯示)上之電池302，被運送到噴霧手臂320之下，而噴霧手臂320係配置(configured to)以噴灑鹼金屬溶液322在吸收體306上。電池302可以被移動，例如：藉由輸送帶324及/或任何其他適合的運輸系統。
鹼金屬溶液322可以由任何適合的鹼金屬組成，例如：鈉系(Na based)或鉀系(K based)的鹼金屬。一些符合此目的適合的鹼金屬，包括例如：氟化鈉(NaF)、氯化鈉(NaCl)、溴化鈉(NaBr)、氟化鉀(KF)、氯化鉀(KCl)及/或溴化鉀(KBr)，但不限於此。鹼金屬溶液322是由鹼金屬和溶劑所混合而成，溶劑例如：去離子水、蒸餾水、乙醇、異丙醇及/或任何其他適合的溶劑。鹼金屬溶液322包括濃度範圍從0.01M至0.05M的鹼金屬。也可以使用其他適合的鹼金屬濃度。鹼金屬溶液322可以於任何適合的溫度進行沉積，例如：從約25℃至約75℃的範圍。鹼金屬層208可以沉積成任何適合的厚度，例如：從約10nm至約1mm的厚度。沉積溫度和厚度可能被一個或更多的吸收體表面的性質所影響，例如：潤濕特性(wetting behavior)。
鹼金屬化合物322可以在具有加熱系統的腔室內 進行沉積(未顯示)。加熱系統係配置以加熱電池302，以在電池302被運入退火系統326之前，乾燥鹼金屬層308。加熱系統可加熱電池302至任何適合的溫度以乾燥鹼金屬層308。舉例而言，在一些實施例中，加熱系統可加熱電池302到約50℃至約100℃，例如：75℃。溫度約50℃係包括例如：溫度高於或低於50℃，像是49℃或52℃。溫度約100℃係包括例如：溫度高於或低於100℃，像是99℃或102℃。退火系統326係配置以在退火氣體中對電池302進行退火，驅使鹼金屬層308與吸收體306之間的交互作用，進而在吸收體306與鹼金屬層308之間的介面220產生缺銅區域。進行退火後，電池302被運往額外的製程，例如：形成緩衝層於其上。
控制器360係配置以控制濕噴霧系統300中的一個或更多元件之操作。舉例而言，在一些實施例中，控制器360係配置以控制輸送帶324、噴霧手臂320、加熱系統及/或退火系統326至少其一。控制器360可能係配置以在沉積鹼金屬溶液322後之一段預定時間週期起始退火製程。舉例而言，在一些實施例中，此預定時間週期相應於足夠讓鹼金屬層308乾燥的時間週期。在其他實施例中，啟動退火製程與電池302的位置及/或一個或更多其餘的參數相關。
第4圖繪示濕沉浸系統400之一個實施例，其用以沉積鹼金屬層108在銅/銦/鎵/硒吸收體106之上。將具有由背電極104(例如：鉬)形成於吸收體106上之電池102，運入含有鹼金屬溶液432於其中的槽430內。將電池102沉浸在鹼金屬溶液432中，以形成鹼金屬層108於其上。在沉浸之後，從槽430中移出 電池102並通過用以乾燥鹼金屬層108的吹乾機434和加熱系統436。舉例而言，在一些實施例中，加熱系統可以加熱電池102達約50℃至約100℃之溫度，例如：75℃。吹乾機434可以提供氮氣氣流。乾燥後的電池102被送進退火系統438，以對其施加退火製程。退火製程驅使鹼金屬層108與吸收體106進行交互作用，而在吸收體106與鹼金屬層108之間的介面產生缺銅區域。在一些實施例中，表面的300nm之內的銅濃度被減少至零。有效地減少銅層可提升銅/銦/鎵/硒吸收體106的電性表現。
鹼金屬溶液432可包括任何適合的鹼金屬，鹼金屬要能取代位於吸收體層與鹼金屬層間之介面的銅位置，例如：鈉系(Na based)或鉀系(K based)的鹼金屬。鹼金屬包括氟化鈉(NaF)、氯化鈉(NaCl)、溴化鈉(NaBr)、氟化鉀(KF)、氯化鉀(KCl)及/或溴化鉀(KBr)，但不限於此。鹼金屬溶液432是由鹼金屬與溶劑混合而成，例如：去離子水、蒸餾水、乙醇、異丙醇及/或任何其他適合的溶劑。鹼金屬溶液432包括從約0.01M至約0.1M之濃度。此領域的技術人員會知道可以使用任何適合的鹼金屬濃度。可配製適合的濃度以產生均勻的、無明顯沉澱物的鹼金屬層。適合的濃度可能被一個或更多吸收體表現特性影響，例如：潤濕特性(wetting behavior)。在一些實施例中，較低的濃度產生非均勻的覆蓋；而較高的濃度形成較厚的鹼金屬層，但可能導致一些沉澱。鹼金屬沉澱可能導致水的吸收(absorption)和表面品質降低。鹼金屬溶液432可以於任何適合的溫度進行沉積，例如：約25℃至約75℃。鹼金屬層108可以沉積成任何適合的厚度，例如：約10nm至約1mm的厚度。在 銅/銦/鎵/硒吸收體106上形成缺銅表面後，可以移除鹼金屬層108。鹼金屬層108可以在退火製程期間及/或之後被移除。
在電池102進行退火後，可以執行額外的製程。舉例而言，如第4圖所示，運送退火後的電池102到化學浴沉積(CBD)槽440。將電池102沉浸在化學浴沉積槽440的化學浴之中，以形成緩衝層於其上。經過化學浴沉積槽440之後，將電池102運送到沖洗槽442。電池102可以經歷額外的製程。
控制器360係配置以控制一個或更多的濕沉浸系統400的元件操作。舉例而言，在一些實施例中，控制器360係配置以控制輸送帶424、加熱系統436及/或退火系統438至少其一。控制器360係配置以在沉積鹼金屬溶液432後之一段預定時間週期起始退火製程。舉例而言，在一些實施例中，此預定時間週期係相應於足夠讓鹼金屬層108乾燥的時間週期。在其他實施例中，啟動退火製程與電池102的位置及/或一個或更多其他的參數相關。
如本文中所述，具有鹼金屬層之吸收體106、306相較於不具鹼金屬層之相似吸收體可提供較高之效率。舉例而言，在一個實施例中，相較於基線(base line,BSL)吸收體，利用氯化鉀溶液之鉀沉浸處理(potassium dip treatment,PDT)提升約0.7%的效率。氯化鉀溶液係沉積約200nm的厚度。表1顯示鉀沉浸處理後的吸收體與基線吸收體之間的比較。
退火系統326、438係配置以進行退火製程，驅使吸收體106與鹼金屬層108之間的交互作用。在不同的實施例中，退火氣體可以根據吸收體的化學成分做選擇。舉例而言，在一些實施例中，吸收體106包括銅/銦/鎵/硒[Cu(In1-xGax)Se2]吸收體。在這些實施例中，退火氣體包括：硒蒸氣、硫蒸氣、硒化氫氣體及/或硫化氫氣體。在其他實施例中，吸收體106包括銅/銦/鎵/硒/硫[Cu(In1-xGax)Se2-ySy]吸收體。在這個實施例中，退火氣體包括硫蒸氣、硫化氫氣體或其組合。在退火程序中，硫會取代硒的位置，導致表面價帶(band gap)增加，進而增加開路電壓(open voltage,Voc)。相對於銅/銦/鎵/硒吸收體，如果是銅/銦/鎵/硒/硫吸收體，額外的硒會取代一些硫且減少吸收體的斷路電壓和性能，因此，銅/銦/鎵/硒/硫吸收體的退火氣體應該僅限於硫系氣體。
在一些實施例中，退火製程包括快速熱處理(RTP)步驟。具有鹼金屬層108形成於吸收體106上的電池102被置放於退火腔室內。退火腔室中充滿處於一個起始溫度退火氣體，例如：高於200℃。退火氣體充滿腔室，其壓力約500-650托(torr)。在一些實施例中，以某個上升速率(ramp rate)加熱退火氣體至退火溫度，例如：以上升速率約每分鐘7℃-20℃加熱至 350℃-450℃。在預定時間週期內，退火氣體會維持於退火溫度。在退火週期後，電池102和退火氣體被允許降溫至低於預定溫度，例如：200℃。從腔室中清除(purged)退火氣體且運送電池102到額外的處理。
第5圖是圖500，其繪示一實施例中電池退火製程的溫度反應曲線502，例如：電池102。將高於200℃之退火氣體引入退火腔室。溫度以約每分鐘7℃-20℃的速率上升直至到達預定溫度，例如：約350℃-450℃。在預定時間週期內，溫度會被維持，例如：約20-40分鐘。退火之後，在運送到額外的製程前，允許電池102進行冷卻。
第6圖是吸收體的化學成分602a、602b的比較，繪示吸收體中銅原子百分比相對於吸收體厚度。化學成分602a係相應於未經處理的吸收體，其在接近吸收體的表面具有富銅部份。對於二階段的銅/銦/鎵/硒製造流程(也就是銅/銦/鎵，接著是硒)，在形成的過程中，銅會傾向堆積在吸收體的表面。化學成分602b係相應於具有經過如本文中所述鹼金屬處理的吸收體。化學成分602b包括位於鄰近吸收體表面的缺銅區域。在吸收體經過鹼金屬處理後，表面的銅含量會降低。
第7圖繪示包括吸收體706形成於鉬電極704上之電池702，其具有銅輪廓710。鹼金屬層708係形成於吸收體706之上。對電池702進行退火，使鹼金屬層708與吸收體708交互作用。此交互作用減少吸收體706接近鹼金屬層708的邊界712之銅輪廓710。第7A圖是邊界區域712的細部放大圖。虛線繪示未處理的邊界區域712的銅輪廓714a。在鹼金屬處理後，邊界 區域712具有相應於缺銅區域之銅輪廓714b。舉例而言，在繪示的實施例中，在距離表面300nm之內，邊界區域712包括一至少減少5%銅的範圍。
第8圖繪示減少吸收體表面的銅濃度的方法800。在第一個步驟802，形成吸收體在背(例如：鉬)電極上。可以藉由任何適合的製程形成吸收體，例如：共蒸鍍製程、二階段製程、溶液製程及/或任何其他適合的製程。吸收體可以包括例如：銅/銦/鎵/硒吸收體。在第二個步驟804，鹼金屬層沉積於吸收體之上。鹼金屬層可以藉由任何適合的方法進行沉積，例如：濕方法。濕方法包括：例如噴霧法及/或沉浸法。鹼金屬層可使用鹼金屬溶液進行沉積，其溶液包括一種或更多預定濃度之鹼金屬，例如：0.01M-0.05M的氟化鈉(NaF)、氯化鈉(NaCl)、溴化鈉(NaBr)、氟化鉀(KF)、氯化鉀(KCl)、或溴化鉀(KBr)溶液。
在第三個步驟806，鹼金屬層進行乾燥。鹼金屬層可以藉由任何適合的製程進行乾燥，例如：以加熱器加熱吸收體至預定溫度，例如：約50℃-100℃之間。也可以使用吹乾製程對鹼金屬層進行乾燥。
在第四個步驟808，吸收體在退火氣體中進行退火以驅使鹼金屬層與吸收體之間的反應。可以根據吸收體層的化學成分選擇退火氣體。舉例而言，對於銅/銦/鎵/硒吸收體，退火氣體包括硫系或硒系氣體。在另一個例子，對於銅/銦/鎵/硒/硫吸收體，退火氣體包括硫系氣體。
吸收體進行退火後，可以在第五個步驟810施加緩 衝層。
本揭露提供了經由沉積鹼金屬層在吸收體上，以產生缺銅區域於吸收體表面的系統和方法。相對於未經處理吸收體所具有的富銅表面，缺銅區域提供了提昇的效率。可以藉由任何適合的沉積法沉積鹼金屬層，例如：濕沉積法。沉積鹼金屬層後對吸收體進行退火，使鹼金屬層與吸收體反應，以減少位於鹼金屬層與吸收體之間的介面的吸收體銅濃度。
在不同實施例中，形成光伏電池的方法被揭露。此方法包括形成吸收體於背電極上、沉積由鹼金屬構成的材料於吸收體之表面上、對吸收體進行退火以減少吸收體表面上的銅含量等步驟。
在不同實施例中，用於形成光伏電池的系統被揭露。此系統包括：配置以沉積鹼金屬溶液於吸收體表面上的噴霧器以及配置以對吸收體和鹼金屬溶液進行退火的退火腔室。控制器係配置以控制噴霧器和退火腔室，其中控制器係配置以在鹼金屬溶液沉積了一個預定週期後啟動退火腔室。
在不同的實施例中，用以形成光伏電池的系統被揭露。此系統包括含有鹼金屬溶液於其中的沉浸槽和退火腔室。沉浸槽係配置以接收吸收體於其中。藉由沉浸槽，沉積鹼金屬層在吸收體上。退火腔室係配置以對吸收體和鹼金屬層進行退火。控制器係配置以控制噴霧器和退火腔室，其中控制器係配置以在鹼金屬溶液沉積了一個預定週期後啟動退火腔室。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之 精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
101‧‧‧鹼金屬沉積製程
102‧‧‧電池
104‧‧‧鉬電極
106‧‧‧吸收體
108‧‧‧鹼金屬化合物
109‧‧‧退火氣體

Claims (10)

  1. 一種光伏電池的形成方法，包括以下步驟：形成一吸收體於一背電極上；沉積一包含鹼金屬之材料於該吸收體之一表面上；以及降低位於該吸收體表面之銅含量，其中係藉由退火該吸收體及該包含鹼金屬之材料以降低銅含量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池的形成方法，其中該鹼金屬係經由一濕式製程沉積而得。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光伏電池的形成方法，其中該濕式製程包括一噴霧製程(spray process)。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之光伏電池的形成方法，其中該濕式製程包括一沉浸製程(dip process)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池的形成方法，其中在沉積該包含鹼金屬之一鹼金屬溶液後，更包括：乾燥該吸收體之步驟。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池的形成方法，其中退火該吸收體包括：將該吸收體暴露於退火氣體之步驟。
  7. 一種形成光伏電池之系統，包括：一噴霧器，其配置以沉積一鹼金屬溶液於一吸收體上；一退火腔室，其配置以退火該吸收體及該鹼金屬層，其中該退火腔室包含壓力為500-650托(torr)之退火氣體；以及一控制器，其配置以控制該噴霧器及該退火腔室，其中該控制器係配置以在沉積該鹼金屬溶液後之一預定時間週期啟動該退火腔室。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之形成光伏電池之系統，更包括一加熱器，其配置以在沉積該鹼金屬溶液後乾燥該吸收體。
  9. 一種形成光伏電池之系統，包括：一沉浸槽，具有一鹼金屬溶液於其中，該沉浸槽係配置以接收一吸收體於其中，其中一鹼金屬層係經由該沉浸槽沉積於該吸收體上；一退火腔室，其配置以退火該吸收體及該鹼金屬層，其中該退火腔室包含壓力為500-650托(torr)之退火氣體；以及一控制器，其配置以控制該退火腔室，其中該控制器係配置以在沉積該鹼金屬溶液後之一預定時間週期啟動該退火腔室。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之形成光伏電池之系統，更包括：一加熱器，其配置以在自該沉浸槽中移除該吸收體後乾燥該吸收體。
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