[發明專利]薄膜太陽能電池的制造方法及其制造設備

有效

• 申請號: 201210173508.2
• 申請日: 2012-05-30
• 公開（公告）號: CN103456830A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 游明輝;陳阿賜;梁望遵;高家榮;張量然;李威錚
• 申請（專利權）人: 臺技工業設備股份有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 趙根喜;馮志云

技術領域

本發明涉及一種太陽能電池的制造方法及其制造設備，尤其涉及一種CIGS薄膜太陽能電池的硒化的制造方法及其制造設備。

背景技術

太陽能產業是未來的重點產業，而其中又以CIGS薄膜太陽能電池因為具有高轉換效率以及近來制造成本的逐漸降低，使得CIGS薄膜太陽能電池發展受到矚目。CIGS薄膜太陽能電池是使用銅、銦、鎵、硒(Cu、In、Ga、Se)作為CIGS薄膜太陽能電池中的吸收層的成分組成，因此稱為CIGS薄膜太陽能電池，而CIGS薄膜太陽能電池在實驗室環境中已達成了出色的轉換率(>19.5%)，因此CIGS薄膜太陽能電池受到業界的重視及關注。

現今而言，多數的CIGS薄膜太陽能電池吸收層是以兩種技術所達成：共蒸鍍法(co-evaporation)或硒化法(selenization)。共蒸鍍法為同時蒸鍍銅、銦、鎵及硒四種材質，然后使用RTP方式形成吸收層薄膜，但由于四種不同的元素各具有不同的熔點，使得要控制化學計量化合物在一大型基板上的形成較為困難，且利用共蒸鍍形成的薄膜其附著力較弱，也是此種工藝上待克服的問題。而硒化法是先將銅、銦及鎵濺鍍于一基板上形成前驅物膜之后，再將前驅物膜以特定濃度的H₂Se或Se蒸氣的反應氣氛在400℃至600℃的溫度下進行硒化反應以形成吸收層。雖然在前驅物膜已經精確控制銅、銦、鎵三元金屬的比例，但在硒化過程中生成的二元硒化物在反應過程可能會揮發，導致整體的組成偏離計量比。且硒化長晶過程亦可能造成相分離而影響元件性質，如CuInSe₂與CuGaSe₂分層造成Voc偏低。因此如何控制H₂Se濃度，使吸收層成長為單一相、結晶性佳、無孔隙、薄的MoSe₂厚度及大面積成份均勻的CIGS吸收層，已成為CIGS薄膜太陽能電池致勝的關鍵。

發明內容

本發明的目的在于提供一種CIGS薄膜太陽能電池的制造方法及其制造設備。CIGS薄膜太陽能電池的制造方法是通過在不同的溫度階段分別通入含不同硒濃度的工藝氣體，而達到減少吸收層膜剝落及解決MoSe₂層過厚的問題。另外，CIGS薄膜太陽能電池的制造設備，則采用紅外線加熱器不會因熱脹冷縮因素而產生變形。且加熱器組成多個加熱組，這些加熱組可動態調整，使用者可根據需求調整功率分配，達到爐腔內較佳的均溫性。并且通過冷卻裝置，可使得擴散爐冷卻效率提高。

本發明實施例提供一種CIGS薄膜太陽能電池的制造方法，其包括以下步驟。首先，提供一基板，將基板置入一擴散爐內，于擴散爐內通入第一硒化氣體。進行多階段式加熱升溫，升溫至第一預定溫度之后持溫第一預定時間，之后抽出第一硒化氣體。進行升溫以后并且通入第二硒化氣體于擴散爐內，在第二預定溫度持溫第二預定時間，最后在降溫過程中抽出第二硒化氣體。

本發明實施例的薄膜太陽能電池的制造方法，優選的，該基板的材質為鍍鉬的鈉玻璃、鍍鉬的陶瓷基材、鍍鉬的高分子基材或鍍鉬的金屬基材。

本發明實施例的薄膜太陽能電池的制造方法，優選的，該第一硒化氣體含H₂Se的濃度大于該第二硒化氣體含H₂Se的濃度。

本發明實施例的薄膜太陽能電池的制造方法，優選的，該第一硒化氣體為含有介于3%至20%的H₂Se的惰性氣體，該第二硒化氣體為含有介于0%至20%的H₂Se的惰性氣體。

本發明實施例的薄膜太陽能電池的制造方法，優選的，該第一預定溫度范圍介于400至500℃之間，該第二預定溫度范圍介于500至600℃之間。

本發明實施例的薄膜太陽能電池的制造方法，優選的，該第一預定時間范圍介于20至40分鐘之間，該第二預定時間范圍介于3至30分鐘之間。

本發明實施例另提供一種CIGS薄膜太陽能電池的制造設備，其包括一擴散爐、一冷卻單元、一氣體控制單元及一控制接口單元。擴散爐其包括一外爐膛、一內爐膛及多個紅外線加熱器。內爐膛設置于外爐膛內，內爐膛內部形成有一爐腔。紅外線加熱器設置于外爐膛上，紅外線加熱器具有加熱段及連接于加熱段的固定段，紅外線加熱器的加熱段位于外爐膛內，紅外線加熱器的固定段固定于外爐膛外。冷卻單元設置于擴散爐中，冷卻單元具有冷卻管路。氣體控制單元與爐腔內部達成互相通連，氣體控制單元具有氣體管路及氣體系統。控制接口單元電性連接該擴散爐、冷卻單元及氣體控制單元，該控制接口單元用以控制擴散爐、冷卻單元及氣體控制單元。