CIGS薄膜太阳能电池之单靶溅镀制程及应用

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1、2O09年第5期上海电力CIGS薄膜太阳能电池之单靶溅镀制程及应用黄文謦(台湾威奈联合科技股份有限公司，中国台湾)摘要：运用溶剂浴热法合成四元化合物Cu(InGa)Se2粉末，利用XRD、SEM、XRF及uV—Vis测定其晶相结构、形貌、成分比例及能隙后，压制成靶材，以单源靶溅镀方式溅镀薄膜，采用in—linesputter技术制造出薄膜太阳能电池模块，其转换效率达lO。单靶溅镀制程实现自动化、制程简单，设备维护成本低。关键词：Cu(InGa)Se；薄膜太阳能电池；磁控溅镀中图分类号：TM914．4文献标识码：A半导体材料，其能隙值涵盖大部分之太阳光谱，具1薄膜太阳能电池有相当高的光吸收系数，

2、并可根据调变本身的组自20世纪以来，地球每年平均温度不断上成来改变其能隙大小，因此十分适合用来作为高升，其中温室气体浓度升高更是造成地球温度上效率太阳能电池之主吸收层材料l_I{j。升的主要原因之～，而随着石油、煤矿、天然气以在转换效率方面，CIGS太阳能电池在标准及各种能源价格的高涨，发展无污染又兼具永续环境测试下可达19．95(NREI，2006)，超过发展的替代性能源，已成为各国关注的议题。太单晶硅和多晶硅14～16的转换效率一。此阳能、潮汐能、生质能、地热能、对流能、水力发电外，CIGS薄膜太阳能电池的制造技术均较单晶等，都属于此范畴u]。硅与多晶硅太阳能电池简易，且成本低，目前市场太

3、阳能最具发展潜力，其应用范围宽广、利上大多以共蒸镀(CO—evaporation)，或硒化法制作用率及可行性较高。太阳能电池产生电力的来源CIGS太阳能电池[6'。取之不尽、用之不竭，太阳光照射整个地球表面i近年来，CIGS薄膜太阳能电池以其制程简h内的能量约为5×10。J，约可供全人类使用1单、设备成本低、转换效率高、生产不受上游原物a，只要有太阳的地方，就可以使用太阳能板来发料影响、材料成本低等优点，深受学术界以及产业电。界的重视。一般高效率的硅太阳能电池是以单晶硅掺杂2实验方法与结果Ⅲ、V族的元素作为半导体吸收层，由于单晶硅近年来需求增大、价格抬高，使得整个模块的价格无有别于传统制程，威

4、奈联合科技公司的CIGS法降低，以致发电成本不符合经济效益。为了推薄膜太阳能电池的制程分成两部分，分别为CIGS进太阳能电池的大面积应用，发展薄膜太阳能电粉末合成与CIGS薄膜太阳能电池制造。池_3J也成为必然趋势。2．1CIGS粉末合成薄膜太阳能电池可大幅节省原物料使用量，威奈联合科技公司利用溶剂浴热法(solvo—其厚度约为硅晶圆的1／50(5／250m)，并可在价thermalroute)合成吸光层CIGS粉末，经检测仪格低廉的玻璃、塑料或不锈钢基板上制造。大面器分析后，经高温、高压方式制成靶材，再使用单积太阳能板可广泛布置于发电厂建筑，或与建筑源溅镀方式制造CIGS薄膜太阳能电池。物(

5、住宅商业和工业大楼)整合，还能配置在交通溶剂浴热法是在130~250℃下操作，所制得工具、电子消费组件上作为电源的来源。的粉末具有团聚少、纯度高、结晶性高、均相化、粒太阳能电池结构中吸收层材料深具研究价径分布窄等特征。利用溶剂浴热法合成CIGS粉值。铜铟镓二硒(copperindiumgalliumdise—末，反应在惰性气体下进行_8]。将CuC1。、InC1。、lenide，CIGS)为目前全世界公认的最佳薄膜太GaC1。、NaSe加入有机胺化物的乙二胺中搅拌，阳能电池材料，主要是由于CIGS为直接能隙的以乙二胺作为螯合溶剂；螯合溶剂是指可与金属一351—上海电力2009年第5期形成配位共

6、价键的多芽配位基【9]。该类溶剂具有极佳的配位功能，除了具备对金属化合物之螯合能力，在实验中更可以吸收合成反应所释放的多余热量，并可增加前驱盐在溶剂中的溶解度，以驱使其完全反应。在合成机制上，CIGS粉末合成反应如下：2InCl3+3Na2Se—In2Se3+6NaCI2GaCI3-+-3Na2Se—Ga2Se3+6NaC1In2Se3+Se一2InSe图2CIGS粉末的SEM图Ga2Se3+Se一·2GaSe。一2．2CIGS薄膜溅镀Cu+2en一[Cu(en)2]

7、高效率CIGS太阳能电池都以共蒸镀或硒化[Cu(en)，]+xlnSe。卜+1一xGaSe卜—+Cu法镀制CIGS薄膜。共蒸镀

8、技术即使用Cu、(InGa卜)Se2+2enIn、Ga、Se元素的蒸镀源所挥发出来的元素会沉乙二胺在合成材料中占有极重要的角色，该积在一加热的基板上，而反应形成Cu(InGa一)溶剂的N一螯合基可与Cu。。离子形成稳定的[CuSe薄膜。此技术制程不易控制、镀率慢、无法真(en)2]错合物u，并与In2Se3、Ga2Se3合成黄铜空添料，以致于优良率低、均匀度低、稼动率低、产矿结构之Cu(InGa一