一种铜铟镓硒表面硫化的工艺方法技术

本发明专利技术提供了一种铜铟镓硒表面硫化的工艺方法。该方法包含：利用沉积技术，在铜铟镓硒层上沉积硫单质层；以及进行退火程序，在所述铜铟镓硒层表面上形成硫化处理层。利用沉积技术，较容易控制硫单质层的膜厚，也较容易控制硫单质层的均匀性，而且不需要现有技术工艺中气体的混合及均匀化过程，故工艺的稳定性也相对较高。使用硫单质作为制造材料，提高了工艺的安全性。此外，利用沉积技术亦能够提高制造速度，减少工艺工时，能够更进一步减少制造的成本。该工艺方法使铜铟镓硒层的表面转化为铜铟镓硫硒(CIGSxSe1-x)，以提升铜铟镓硒薄膜太阳能电池的发电效率与性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铜铟镓硒(CIGSe)太阳能电池板的制造方法，尤其关于一种铜铟镓硒表面硫化的工艺方法，使铜铟镓硒层的表面转化为铜铟镓硫硒(CIGSxSe1-x)，以提升铜铟镓硒太阳能电池的发电效率与性能。
技术介绍
薄膜太阳能电池的材质中CIGSe(copper indium gallium(di)selenide)为铜、铟、镓以及硒所组成的化合物半导体材料，以多晶薄膜的形式存在，其为太阳能电池中的主要吸光材料，其本身属于p型半导体，通常搭配n型半导体以形成p-n接面后，可使吸光产生的电子电洞对分离，在正负两端收集电流而发电。图1为现有技术中的铜铟镓硒太阳能电池板中一个电池单元(cell)的结构示意图；图2为现有技术中铜铟镓硒太阳能电池板的示意图。铜铟镓硒太阳能电池单元100的第一电极层112设置在玻璃基板111上。第一电极层112可以为钼金属层。铜铟镓硒层(CIGSe)113设置在第一电极层112上。n型半导体硫化镉层114设置于铜铟镓硒层113上。设置第二电极层115于硫化镉层114上。第二电极层115可以为氧化锌(ZnO)、氧化铟锡(ITO)层或AZO(在ZnO体系中掺杂Al得到ZnO:Al透明导电薄膜，即AZO薄膜)层等。根据现有技术，如：美国专利US 5981868，在p型半导体CIGSe层与n型半导体层之间，加入一层铜铟镓硫硒(CIGSxSe1-x)后可进一步提高铜铟镓硒的光电转换效率，得到发电量较大的薄膜太阳能电池。该铜铟镓硫硒层的形成方式主要为，将铜铟镓硒层置于高温下，引入含硫单质的前驱物，使硫与铜铟镓硒进行化学反应，取代原铜铟镓硒层表面的部分硒元素，进而形成铜铟镓硫硒/铜铟镓硒双层结构，一般称为(表面)硫化工艺。之后，在铜铟镓硫硒层上继续成长n型半导体层与后段工艺，以得到完整的薄膜太阳能电池。在现有技术中，硫化工艺主要使用H2S、H2S/O2等气体前驱物作为硫单质的来源，如美国专利US 8614114 B2中针对金属前驱物加入H2Se、H2S的热处理方式，说明其最佳的工艺温度曲线、压力与环境气体种类有关。然而，硫化氢本身带有毒性，吸入高浓度硫化氢可于短时间内致命，而低浓度的硫化氢对眼、呼吸系统及中枢神经都有影响，因此，该工艺需要在高度安全的状态下进行，造成生产设备、检测及监控设备、及维护成本增加，同时对工作人员也存在安全隐患。此外，以气体前驱物进行工艺时，工艺所需时间较长，并需额外测试与控制气体浓度、气体流场分布等工艺参数，不但费时还不易达到工业上所需的大面积、均匀、连续生产、稳定等要求。有鉴于此，本专利技术提供一种能够改善上述工艺的缺点的硫化方式。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种铜铟镓硒表面硫化的工艺方法。为达到上述目的，本专利技术提供一种铜铟镓硒表面硫化的工艺方法，该方法包含：利用沉积技术，在铜铟镓硒层上沉积硫单质层；以及进行退火程序，在所述铜铟镓硒层的表面形成硫化处理层。根据本专利技术所述的铜铟镓硒表面硫化的工艺方法，优选地，所述铜铟镓硒层被承载在基板上，该基板的材料为玻璃、聚酰亚胺薄膜或不锈钢箔。根据本专利技术所述的铜铟镓硒表面硫化的工艺方法，优选地，所述基板上包含有一层导电材料薄膜作为电极层。根据本专利技术所述的铜铟镓硒表面硫化的工艺方法，优选地，所述导电材料包括金属或透明导电材料。根据本专利技术所述的铜铟镓硒表面硫化的工艺方法，优选地，所述金属包括钼、钨或铜；所述透明导电材料包括氧化锌。根据本专利技术所述的铜铟镓硒表面硫化的工艺方法，优选地，所述硫单质层的厚度为0.1至10微米。根据本专利技术所述的铜铟镓硒表面硫化的工艺方法，优选地，所述沉积技术包括蒸镀法、旋转涂布法、浸涂法、喷雾式涂布或刮片法。根据本专利技术所述的铜铟镓硒表面硫化的工艺方法，优选地，所述退火程序包含升温至350-700℃的升温步骤、持温步骤和降温至室温的降温步骤。根据本专利技术所述的铜铟镓硒表面硫化的工艺方法，优选地，所述升温步骤的升温速率介于25至300℃/min之间。根据本专利技术所述的铜铟镓硒表面硫化的工艺方法，优选地，所述持温步骤的持温时间介于1至30分钟。根据本专利技术所述的铜铟镓硒表面硫化的工艺方法，上述铜铟镓硒层为本领域的公知技术常识，本申请没有对铜铟镓硒层的各组分含量进行改进；上述铜铟镓硒层可通过共蒸镀法(co-evaporation)、溅镀法(sputtering)、快速热退火法(RTA)、硒化氢法(H2Se)等本领域常规的方法沉积于基板之上。另外，在本申请的铜铟镓硒表面硫化的工艺方法中，上述电极层、硫化处理层均为本领域的常规技术常识，本申请没有对电极层、硫化处理层的厚度等进行限定。根据本专利技术所述的铜铟镓硒表面硫化的工艺方法，可利用蒸镀法(evaporation)、旋转涂布法(spin-coating)、浸涂法(dip-coating)、喷雾式涂布(Spray Coating)或刮片法(doctor-blading)等方法将上述硫单质层沉积到铜铟镓硒层上；蒸镀法(evaporation)、旋转涂布法(spin-coating)、浸涂法(dip-coating)、喷雾式涂布(Spray Coating)或刮片法(doctor-blading)均为本领域的常规技术方法，本申请没有对上述方法进行改进。在本专利技术中，铜铟镓硒表面硫化方式包含：将铜铟镓硒层置于基板上，该基板可以包含有第一电极层；沉积一层单质硫在该铜铟镓硒层上；将镀有单质硫的铜铟镓硒层置入高温炉进行退火工艺后，在该铜铟镓硒层表面上形成铜铟镓硫硒层。依本专利技术的实施例，将铜铟镓硒表面硫化的工艺方法包含：利用沉积技术，在铜铟镓硒层上沉积硫单质层；以及进行退火程序，在该铜铟镓硒层的表面形成硫化处理层。于一实施例中，该铜铟镓硒层被承载于基板上，该基板材料为玻璃、聚酰亚胺薄膜或不锈钢箔。于一实施例中，该基板上包含有一层导电材料薄膜作为电极层。于一实施例中，该硫单质层的厚度为0.1至10微米。于一实施例中，该沉积技术包括蒸镀法(evaporation)、旋转涂布法(spin-coating)、浸涂法(dip-coating)、喷雾式涂布(Spray Coating)或刮片法(doctor-blading)。于一实施例中，该退火程序包含升温步骤、持温步骤和降温步骤。于一实施例中，该升温步骤的升温速率介于25至300℃/min之间。于一实施例中，该持温步骤的持温时间介于1至30分钟。于本专利技术优选实施例中，所述的铜铟镓硒为太阳能电池板中的铜铟镓硒。依据本专利技术的实施例，以沉积单质硫的方式，可较容易地控制硫单质层317的膜厚的大小与均匀性，而且不需要现有技术中将气体混合及均匀化的程序，同时去除了退火工艺时气流大小与流场分布对工艺的影响，故工艺的稳定性与产品的优良率(yield)较高。附图说明图1为现有技术中铜铟镓硒太阳能电池板中一个电池单元(cell)的示意图；图2为现有技术中铜铟镓硒太阳能电池板的示意图；图3为本专利技术实施例的铜铟镓硒太阳能电池板的制造方法的流程图；图4为本专利技术实施例制造过程中铜铟镓硒太阳能电池单元的剖面的示意图；图5为本专利技术实施例的铜铟镓硒太阳能电池单元的剖面的示意图。主要附图标号说明：100电池单元 111玻璃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜铟镓硒表面硫化的工艺方法，其中，该方法包含：利用沉积技术，在铜铟镓硒层上沉积硫单质层；以及进行退火程序，在所述铜铟镓硒层的表面形成硫化处理层。

【技术特征摘要】
2014.12.09 TW 1031427231.一种铜铟镓硒表面硫化的工艺方法，其中，该方法包含：利用沉积技术，在铜铟镓硒层上沉积硫单质层；以及进行退火程序，在所述铜铟镓硒层的表面形成硫化处理层。2.根据权利要求1所述的铜铟镓硒表面硫化的工艺方法，其中，所述铜铟镓硒层被承载在基板上，该基板的材料为玻璃、聚酰亚胺薄膜或不锈钢箔。3.根据权利要求2所述的铜铟镓硒表面硫化的工艺方法，其中，所述基板上包含有一层导电材料薄膜作为电极层。4.根据权利要求3所述的铜铟镓硒表面硫化的工艺方法，其中，所述导电材料包括金属或透明导电材料。5.根据权利要求4所述的铜铟镓硒表面硫化的工艺方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯惟仁，陈梓斌，李升翰，郭峻江，
申请(专利权)人：新能光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71