[發明專利]太陽電池吸收層的制備方法及其熱處理設備

有效

• 申請號: 201310706762.9
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103887364A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 吳宗鑫;吳世雄;張佳文;許弘儒
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 曹玲柱

技術領域

本發明是關于一種太陽電池吸收層的制備方法及其熱處理設備，特別是一種關于銅鋅錫硫吸收層的太陽電池吸收層的制備方法及其熱處理設備。

背景技術

隨著環保意識的抬頭，各界也越來越重視綠色能源的開發。太陽能由于取得容易、污染性低、安全性高，并且幾乎是取之不盡、用之不竭，因而是各界所重視的焦點。

目前主流的太陽電池的吸收層是采用第十一族元素-第十三族元素-第十六族元素的組成，例如銅銦硒(Copper-Indium-Selenide，簡稱CIS)或是銅銦鎵硒(Copper-Indium-Gallium-Selenide，簡稱CIGS)的吸收層。然而，由于上述吸收層使用了第十三族元素中的稀有元素銦(In，Indium)、鎵(Ga，Gallium)，因而大幅增加了太陽電池的生產成本。為了解決上述問題，也隨之開發出不需使用銦、鎵的吸收層。舉例來說，目前已發展出使用第十一族元素-第十二族元素-第十四族元素-第十六族元素的組成作為太陽電池的吸收層，例如使用銅鋅錫硫(Copper-Zinc-Tin-Sulfur，CZTS)、銅鋅錫硒(Copper-Zinc-Tin-Selenide，CZTSe)或者是銅鋅錫硒硫(Copper-Zinc-Tin-Sulfur-Selenide，CZTSSe)的吸收層。

以銅鋅錫硫的吸收層而言，銅鋅錫硫可作為太陽電池的吸收層的晶體型態是鋅黃錫礦(Kesterite)晶體。然而，由于晶體的型態會隨著元素之間的比例而改變，因此在制備吸收層時，就需要維持銅、鋅、錫及硫之間的比例，以避免其他晶體結構的產生。詳細來說，若是在制備太陽電池的過程中，元素因為加熱程序而逸散，那么銅鋅錫硫容易生成其他的晶體型態，例如銅鋅錫硫的黝錫礦(Stannite)晶體。若是太陽電池的吸收層中出現其他型態的晶體，則會因為阻值過高、載子濃度過低，或是不產生光電效應等因素，而導致太陽電池的轉換效率低下甚至失效。由于銅鋅錫硫吸收層的鋅黃錫礦晶體與黝錫礦兩種晶體容易在制備的過程中共存或是互相轉換，并且銅鋅錫硫的黝錫礦晶體并不產生光電效應，因此若是銅鋅錫硫吸收層中有黝錫礦晶體，則會降低所制成的太陽電池的轉換效率。

因此，如何設計一種制備太陽電池吸收層的方法及其熱處理設備，以減少在太陽電池的制備過程中，因為吸收層中元素的逸散而產生不同晶體型態的問題，就成為研究人員需要解決的問題。

發明內容

本發明是關于一種太陽電池吸收層的制備方法及其熱處理設備，借以解決在太陽電池的制備過程中，因為吸收層中元素的逸散而產生不同晶體型態的問題。

本發明一實施例所揭露的太陽電池吸收層的制備方法，包含以下步驟。使位于一腔體內的一固體蒸氣源與位于腔體內的一基材上的一吸收層前驅物保持一預定距離。固體蒸氣源包含錫。吸收層前驅物包含銅、鋅、錫及硫。將腔體內的溫度升溫至一第二溫度，使吸收層前驅物在基材上形成一吸收層。

本發明一實施例所揭露的熱處理設備，用以對一太陽電池的一基材上的一吸收層前驅物進行熱處理。吸收層前驅物包含銅、鋅、錫及硫。熱處理設備包含一第一腔體、一載臺以及一溫度控制裝置。第一腔體設有一基座。基材設置于基座。載臺設置有一固體蒸氣源。載臺選擇性地移動固體蒸氣源至距離吸收層前驅物一預定距離。固體蒸氣源包含錫。溫度控制裝置裝設于第一腔體。溫度控制裝置用以提高或降低第一腔體內的溫度。

本發明一實施例所揭露的熱處理設備，用以對一太陽電池的一基材上的一吸收層前驅物進行熱處理。吸收層前驅物包含銅、鋅、錫及硫。熱處理設備包含一腔體、一移動載臺以及一溫度控制裝置。腔體依次具有一升溫區以及一熱處理區。升溫區的溫度低于熱處理區的溫度。腔體的熱處理區設置有一固體蒸氣源。固體蒸氣源包含錫。移動載臺可移動地設置于腔體內。移動載臺沿著一第一方向而自升溫區移動至熱處理區?；脑O置于移動載臺。溫度控制裝置裝設于腔體。溫度控制裝置用以提高或降低腔體內的溫度。其中，當移動載臺移動至熱處理區，基材上的吸收層前驅物與固體蒸氣源相隔一預定距離。

根據本發明實施例所揭露的制備太陽電池吸收層的方法及其熱處理設備，由于固體蒸氣源可抑制吸收層前驅物中的錫逸散，并維持吸收層前驅物所形成的吸收層的錫占吸收層的比例。因此，在制備太陽電池吸收層的過程中，可形成單一晶體結構的吸收層，因而解決了吸收層會因為吸收層中元素的逸散而產生不同晶體型態的問題。

以上的關于本發明內容的說明及以下的實施方式的說明用以示范與解釋本發明的原理，并且提供本發明的權利要求更進一步的解釋。

附圖說明