[发明专利]薄膜太阳能电池的制造方法及其制造设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池的制造方法及其制造设备，尤其涉及一种CIGS薄膜太阳能电池的硒化的制造方法及其制造设备。

背景技术

太阳能产业是未来的重点产业，而其中又以CIGS薄膜太阳能电池因为具有高转换效率以及近来制造成本的逐渐降低，使得CIGS薄膜太阳能电池发展受到瞩目。CIGS薄膜太阳能电池是使用铜、铟、镓、硒(Cu、In、Ga、Se)作为CIGS薄膜太阳能电池中的吸收层的成分组成，因此称为CIGS薄膜太阳能电池，而CIGS薄膜太阳能电池在实验室环境中已达成了出色的转换率(>19.5%)，因此CIGS薄膜太阳能电池受到业界的重视及关注。

现今而言，多数的CIGS薄膜太阳能电池吸收层是以两种技术所达成：共蒸镀法(co-evaporation)或硒化法(selenization)。共蒸镀法为同时蒸镀铜、铟、镓及硒四种材质，然后使用RTP方式形成吸收层薄膜，但由于四种不同的元素各具有不同的熔点，使得要控制化学计量化合物在一大型基板上的形成较为困难，且利用共蒸镀形成的薄膜其附着力较弱，也是此种工艺上待克服的问题。而硒化法是先将铜、铟及镓溅镀于一基板上形成前驱物膜之后，再将前驱物膜以特定浓度的H₂Se或Se蒸气的反应气氛在400℃至600℃的温度下进行硒化反应以形成吸收层。虽然在前驱物膜已经精确控制铜、铟、镓三元金属的比例，但在硒化过程中生成的二元硒化物在反应过程可能会挥发，导致整体的组成偏离计量比。且硒化长晶过程亦可能造成相分离而影响元件性质，如CuInSe₂与CuGaSe₂分层造成Voc偏低。因此如何控制H₂Se浓度，使吸收层成长为单一相、结晶性佳、无孔隙、薄的MoSe₂厚度及大面积成份均匀的CIGS吸收层，已成为CIGS薄膜太阳能电池致胜的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CIGS薄膜太阳能电池的制造方法及其制造设备。CIGS薄膜太阳能电池的制造方法是通过在不同的温度阶段分别通入含不同硒浓度的工艺气体，而达到减少吸收层膜剥落及解决MoSe₂层过厚的问题。另外，CIGS薄膜太阳能电池的制造设备，则采用红外线加热器不会因热胀冷缩因素而产生变形。且加热器组成多个加热组，这些加热组可动态调整，使用者可根据需求调整功率分配，达到炉腔内较佳的均温性。并且通过冷却装置，可使得扩散炉冷却效率提高。

本发明实施例提供一种CIGS薄膜太阳能电池的制造方法，其包括以下步骤。首先，提供一基板，将基板置入一扩散炉内，于扩散炉内通入第一硒化气体。进行多阶段式加热升温，升温至第一预定温度之后持温第一预定时间，之后抽出第一硒化气体。进行升温以后并且通入第二硒化气体于扩散炉内，在第二预定温度持温第二预定时间，最后在降温过程中抽出第二硒化气体。

本发明实施例的薄膜太阳能电池的制造方法，优选的，该基板的材质为镀钼的钠玻璃、镀钼的陶瓷基材、镀钼的高分子基材或镀钼的金属基材。

本发明实施例的薄膜太阳能电池的制造方法，优选的，该第一硒化气体含H₂Se的浓度大于该第二硒化气体含H₂Se的浓度。

本发明实施例的薄膜太阳能电池的制造方法，优选的，该第一硒化气体为含有介于3%至20%的H₂Se的惰性气体，该第二硒化气体为含有介于0%至20%的H₂Se的惰性气体。

本发明实施例的薄膜太阳能电池的制造方法，优选的，该第一预定温度范围介于400至500℃之间，该第二预定温度范围介于500至600℃之间。

本发明实施例的薄膜太阳能电池的制造方法，优选的，该第一预定时间范围介于20至40分钟之间，该第二预定时间范围介于3至30分钟之间。

本发明实施例另提供一种CIGS薄膜太阳能电池的制造设备，其包括一扩散炉、一冷却单元、一气体控制单元及一控制接口单元。扩散炉其包括一外炉膛、一内炉膛及多个红外线加热器。内炉膛设置于外炉膛内，内炉膛内部形成有一炉腔。红外线加热器设置于外炉膛上，红外线加热器具有加热段及连接于加热段的固定段，红外线加热器的加热段位于外炉膛内，红外线加热器的固定段固定于外炉膛外。冷却单元设置于扩散炉中，冷却单元具有冷却管路。气体控制单元与炉腔内部达成互相通连，气体控制单元具有气体管路及气体系统。控制接口单元电性连接该扩散炉、冷却单元及气体控制单元，该控制接口单元用以控制扩散炉、冷却单元及气体控制单元。