CN102074596A - 铜铟镓硒太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜铟镓硒太阳能电池及其制作方法，该热膨胀缓冲层包括硫化亚铜或硒化亚铜，位于合金薄膜层与铜铟镓硒薄膜层之间，是利用硫化亚铜或硒化亚铜靶材，以连续式溅镀机进行溅镀操作而制成，并在热膨胀缓冲层上形成铜铟镓硒薄膜层后，利用热处理进行不同界面间的铜离子融合作用以增加结合性，并使各层薄膜的膨胀系数相近，避免在不同温度下因膨胀性差异而使薄膜龟裂脱膜。

Description

铜铟镓硒太阳能电池及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种铜铟镓硒太阳能电池与制作方法，尤其涉及一种将热膨胀缓冲层溅镀于合金薄膜层与铜铟镓硒薄膜层之间的太阳能电池及其制作方法。

背景技术

铜铟镓硒(Cuprum/Indium/Gallium/Selenium，CIGS)太阳能电池被认为是最有潜力的低成本太阳能电池之一，其主要特点为：(1)在各类薄膜电池技术中，相对效率较高，目前小面积组件效率已可达19％，大面积效率已达13％；(2)其制程可以使用低成本大面积的化学沉积方法；(3)可抵抗高强辐射且质量又轻。

参阅图，为现有技术的铜铟镓硒太阳能电池的结构示意图。CIGS太阳能电池1包含一基板10、一钼薄膜层20、一合金薄膜层50以及一CIGS薄膜层80，其中该钼薄膜层20是以溅镀法在基板10上形成，作为背面电极，而合金薄膜层50是在钼薄膜层20上以溅镀法形成，用以提高导电率以及降低阻抗系数。利用同步蒸镀法或硒化法，在合金薄膜层50上形成CIGS薄膜层80，当作CIGS太阳能电池1的吸光层。

然而，现有技术中，由于CIGS太阳能电池持续曝晒在太阳光下，使得温度上升，合金薄膜层以及CIGS薄膜层之间会因膨胀系数不同所产生的膨胀性差异而导致薄膜龟裂脱膜，使得CIGS太阳能电池的光电转换效率变差，甚至失效。

发明内容

本发明针对上述现有技术的缺点，提供一种铜铟镓硒太阳能电池及其制造方法。

本发明所述铜铟镓硒太阳能电池的结构，包含一基板、一钼薄膜层、一合金薄膜层、一热膨胀缓冲层以及一CIGS薄膜层，其中热膨胀缓冲层位于合金薄膜层与CIGS薄膜层之间，此热膨胀缓冲层包括硫化亚铜(Cu2S)或硒化亚铜(Cu2Se)。

本发明还提供一种铜铟镓硒太阳能电池的制作方法，在位于基底上的合金薄膜层上，利用连续式溅镀机形成热膨胀缓冲层，再于热膨胀缓冲层上沉积CIGS薄膜层。

本发明提供的铜铟镓硒太阳能电池的制作方法，对具有钼薄膜层、合金薄膜层、热膨胀缓冲层以及CIGS薄膜层的基板进行热处理，让合金薄膜层、热膨胀缓冲层以及CIGS薄膜层的铜离子融合，以增加薄膜层之间的结合性。

本发明通过加入热膨胀缓冲层以降低不同薄膜层之间的热胀差异性，使各层薄膜的膨胀系数相近，解决在不同温度下因膨胀性差异而使薄膜龟裂而脱膜的问题。

附图说明

图1为现有技术中铜铟镓硒太阳能电池的结构示意图。

图2为本发明铜铟镓硒太阳能电池的结构示意图。

图3为本发明的热膨胀缓冲层的制造示意图。

图4为本发明的融合热处理的示意图。

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2，为本发明的铜铟镓硒太阳能电池的结构示意图，CIGS太阳能电池2包括基板10、钼薄膜层20、合金薄膜层50、热膨胀缓冲层60以及CIGS薄膜层80，且基板10、钼薄膜层20、合金薄膜层50、热膨胀缓冲层60以及CIGS薄膜层80依序由下而上堆栈。

合金薄膜层50由钼、铜或铝或银所组成的合金，其中合金薄膜层的膨胀系数为5.0～10.5×10^-6cm/℃以及厚度为0.1～0.25um。

热膨胀缓冲层60为硫化亚铜或硒化亚铜，其中硫化亚铜以及硒化亚铜的膨胀系数为5.0～10.5×10^-6cm/℃，而热膨胀缓冲层60厚度约为0.2～0.5um。CIGS薄膜层80的膨胀系数为5.0～9.3×10^-6cm/℃以及厚度为0.2～0.5um。

参阅图3，为本发明的热膨胀缓冲层的制造示意图。首先，将含有钼薄膜层20以及合金薄膜层50的基板10放在一组滚轮90上，使含有钼薄膜层20以及合金薄膜层50的基板10往箭头方向移动。接着，利用溅镀机100，在合金薄膜层50上形成热膨胀缓冲层60。溅镀机100位于含有钼薄膜层20以及合金薄膜层50的基板10上方。溅镀机100具有多个靶材室110，而每个靶材室110包括一靶材112、一溅镀枪(图中未显示)，且具有一溅镀喷头111，其中靶材112可为硫化亚铜或硒化亚铜。如果靶材112为硫化亚铜，则热膨胀缓冲层60为硫化亚铜热膨胀缓冲层，如果靶材112为硒化亚铜，则热膨胀缓冲层60为硒化亚铜热膨胀缓冲层。藉调整溅镀鎗的功率以控制溅镀喷头111所喷出的靶材量，进而控制热膨胀缓冲层60的形成速率，而且合金薄膜层50是经由多个溅镀喷头111以连续方式溅镀而形成，因此可提高厚度的均一性。热膨胀缓冲层60的厚度约0.2～0.5um。

最后，在热膨胀缓冲层60上形成CIGS薄膜层80，再对基板10、钼薄膜层20、合金薄膜层50、热膨胀缓冲层60以及CIGS薄膜层80进行融合热处理，以形成低膨胀差异性的CIGS太阳能电池。

参阅图4，为本发明的融合热处理的示意图。如图4所示，发明的融合热处理先以5～10℃/sec的升温速度，使温度在0.2～1.0分内上升至400～800℃，如图4中的温度T1以及第一时间t1所示。接着，在恒温下进行烘烤，持续10～20分，如图4中的温度T2以及第二时间t2所示。最后，利用通氩气或氮气进行快速冷却，使温度于15～200分间下降至50～200℃，如图4中的温度T3以及第三时间t3所示。因此，融合热处理所需的时间为40～180分。本发明的融合热处理可以让合金薄膜层50、热膨胀缓冲层60以及CIGS薄膜层80的铜离子融合，使各薄层相互附着，增加结合性。热膨胀缓冲层的功能在于使各层薄膜的膨胀系数相接近，降低在不同温度下因膨胀性差异而使薄膜龟裂而脱膜的情形。

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 (15)

1.一种铜铟镓硒太阳能电池，其特征在于，包括：

一基板；

一钼薄膜层，形成于该基板上方；

一合金薄膜层，由钼以及铜、铝或银所组成，形成于钼薄膜层上方；

一热膨胀缓冲层，经由一溅镀机连续式溅镀于该合金薄膜层上而形成；以及

一铜铟镓硒薄膜层，沉积于该热膨胀缓冲层上方。

2.如权利要求1所述的铜铟镓硒太阳能电池，其特征在于，该热膨胀缓冲层包括硫化亚铜或硒化亚铜。

3.如权利要求1所述的铜铟镓硒太阳能电池，其特征在于，该热膨胀缓冲层的膨胀系数为5.0～10.5×10^-6cm/℃，而厚度为0.2～0.5um。

4.如权利要求1所述的铜铟镓硒太阳能电池，其特征在于，该合金薄膜层的膨胀系数为5.0～10.5×10^-6cm/℃，而厚度为0.1～0.25um。

5.如权利要求1所述的铜铟镓硒太阳能电池，其特征在于，该CIGS薄膜层的膨胀系数为5.0～9.3×10^-6cm/℃，而厚度为0.2～0.5um。

6.一种铜铟镓硒太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括：

将含有一钼薄膜层以及一合金薄膜层的一基板放在一组滚轮上，该钼薄膜层以及该合金薄膜层是以溅镀方式在该基板上形成；

驱动该组滚轮朝一方向移动，藉以使该组滚轮上的该基板朝该方向移动；

利用位于该合金薄膜层上方的一溅镀机，在该合金薄膜层上进行一溅镀操作，形成一热膨胀缓冲层；

在该热膨胀缓冲层上，藉一薄膜形成方式以形成一CIGS薄膜层；以及

对含有该钼薄膜层、该合金薄膜层、该热膨胀缓冲层以及该CIGS薄膜层的该基板进行一融合热处理。

7.如权利要求6所述的铜铟镓硒太阳能电池的制作方法，其特征在于，该溅镀机具有多个靶材室，而所述靶材室的每一靶材室包含一靶材、一溅镀枪以及具有一溅镀喷头，该溅镀操作是调整该溅镀枪的功率用以调节该靶材的喷出量，该靶材包括硫化亚铜或硒化亚铜。

8.如权利要求6所述的铜铟镓硒太阳能电池的制作方法，其特征在于，薄膜形成方式为同步蒸镀法或硒化法。

9.如权利要求6所述的铜铟镓硒太阳能电池的制作方法，其特征在于，该热膨胀缓冲层的膨胀系数为5.0～10.5×10^-6cm/℃，而厚度为0.2～0.5um。

10.如权利要求6所述的铜铟镓硒太阳能电池的制作方法，其特征在于，该合金薄膜层的膨胀系数为5.0～10.5×10^-6cm/℃，而厚度为0.1～0.25um。

11.如权利要求6所述的铜铟镓硒太阳能电池的制作方法，其特征在于，该CIGS薄膜层的膨胀系数为5.0～9.3×10^-6cm/℃，而厚度为0.2～0.5um。

12.如权利要求6所述的铜铟镓硒太阳能电池的制作方法，其特征在于，该融合热处理包括一升温阶段、一恒温阶段以及一降温阶段。

13.如权利要求12所述的铜铟镓硒太阳能电池的制作方法，其特征在于，该升温阶段是以5～10℃/sec的升温速度，使温度在0.2～1.0分内上升至400～800℃。

14.如权利要求12所述的铜铟镓硒太阳能电池的制作方法，其特征在于，该恒温阶段为在固定温度下持续烘烤10～20分钟。

15.如权利要求12所述的铜铟镓硒太阳能电池的制作方法，其特征在于，该降温阶段采用通以氩气或氮气进行快速冷却，使温度于15～200分间下降至50～200℃。

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