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1、(10)申请公布号 CN 103628043 A (43)申请公布日 2014.03.12 CN 103628043 A (21)申请号 201210302949.8 (22)申请日 2012.08.24 C23C 16/448(2006.01) C23C 16/455(2006.01) H01L 31/18(2006.01) (71)申请人 北儒精密股份有限公司 地址 中国台湾台南市 (72)发明人 黄导阳 谢昆山 张延任 林忠明 (74)专利代理机构 北京泰吉知识产权代理有限 公司 11355 代理人 张雅军 (54) 发明名称 用于太阳能电池的硒化方法及其硒化装置 (57) 摘要 一种用。
2、于太阳能电池的硒化方法及其硒化装 置， 该硒化装置包含一个加热腔体、 安装于该加热 腔体上的一个真空机构与一个加压机构， 以及一 个气流循环机构。该加热腔体包括一个供所述太 阳能电池的半成品放置的反应空间， 以及一个对 该反应空间加热的加热部。该加压机构将硒化反 应气体送入该反应空间。该气流循环机构安装在 该反应空间内， 并使该反应空间内的硒化反应气 体循环流动。 从而使硒化反应气体能均匀分布， 而 与所述半成品均匀地发生硒化反应， 同时还可缩 短升降温时间及硒化反应时间， 并提升生产速度 及生产效率。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 5 页 (19)中华人民。
3、共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103628043 A CN 103628043 A 1/1 页 2 1. 一种用于太阳能电池的硒化方法， 包含 ： 步骤 A ： 将一个表面形成有一个前驱物层的基板单元放入一个加热腔体内 ； 步骤 B ： 将该加热腔体抽真空 ； 其特征在于， 该硒化方法还包含 ： 步骤 C ： 提升该加热腔体内的气流循环性， 并将硒化反应气体通入该加热腔体内以增 加该加热腔体内的气压值， 同时增加该加热腔体内的温度 ； 步骤 D ： 持续将硒化反应气体通入该加热腔体内， 使该加热腔体内的气压值增加至 。
4、26atm 之后进行退火， 使硒化反应气体与该前驱物层反应形成一个光吸收层。 2. 根据权利要求 1 所述的用于太阳能电池的硒化方法， 其特征在于 ： 在步骤 D 中， 持续 将硒化反应气体通入该加热腔体内， 使该加热腔体内的气压值增加并维持在 5atm。 3. 根据权利要求 2 所述的用于太阳能电池的硒化方法， 其特征在于 ： 该前驱物层的材 料为铜铟镓或铜铟， 而硒化反应气体为硒化氢或硒化氢与硫化氢的混合。 4. 根据权利要求 1 至 3 中任一权利要求所述的用于太阳能电池的硒化方法， 其特征在 于 ： 在步骤 D 中， 退火温度为 500600， 并在持温 4060 分钟之后停止对该加热。
5、腔体加热。 5. 一种用于太阳能电池的硒化装置， 通过硒化反应气体使所述太阳能电池的半成品发 生硒化反应， 而该硒化装置包含一个加热腔体， 以及一个安装在该加热腔体上的真空机构， 该加热腔体包括一个供所述半成品放置的反应空间， 以及一个围绕并对该反应空间加热的 加热部， 而该真空机构对该反应空间抽气 ； 其特征在于， 该硒化装置还包含一个安装在该加 热腔体上并将硒化反应气体送入该反应空间的加压机构， 以及一个安装在该反应空间内并 使该反应空间内的硒化反应气体循环流动的气流循环机构。 6. 根据权利要求 5 所述的用于太阳能电池的硒化装置， 其特征在于 ： 该气流循环机构 包括一个可转动地安装于。
6、该反应空间内的风扇， 以及一个位于该风扇与所述半成品之间的 导流座， 该导流座具有一个供硒化反应气体流动于所述半成品与该风扇之间的导流通道。 7. 根据权利要求 6 所述的用于太阳能电池的硒化装置， 其特征在于 ： 该导流座的导流 通道具有一个朝向所述半成品的大径开口， 以及一个朝向该风扇且口径小于该大径开口的 小径开口。 8. 根据权利要求 7 所述的用于太阳能电池的硒化装置， 其特征在于 ： 该硒化装置还包 含一个安装于该加热腔体的反应空间内的固定座单元， 该固定座单元包括一个供所述半成 品放置且供该导流座安装的固定板。 9. 根据权利要求 6 至 8 中任一权利要求所述的用于太阳能电池的。
7、硒化装置， 其特征在 于 ： 该加热腔体还包括分别设置在该加热部的相反两侧且与该加热部共同圈围该反应空间 的一个安装部与一个开口部， 该风扇、 该真空机构及该加压机构安装于该安装部， 所述半成 品通过该开口部进出该反应空间。 权 利 要 求 书 CN 103628043 A 2 1/5 页 3 用于太阳能电池的硒化方法及其硒化装置 技术领域 0001 本发明涉及一种硒化方法及其硒化装置， 特别是涉及一种用于太阳能电池的硒化 方法及其硒化装置。 背景技术 0002 近年来薄膜太阳能电池的研发与应用相当热门， 其中， 由于铜铟镓硒 (CIGS) 太阳 能电池为直接能隙半导体， 且具有制作成本较低、。
8、 光吸收率较高等优点， 再加上除了可应用 于硬式的玻璃基板之外， 也可应用在高分子材料、 不锈钢、 铝箔或铜箔等可挠式的基板上， 因而成为最具发展潜力的薄膜太阳能电池。 0003 一般铜铟镓硒太阳能电池通常包含一个基板， 以及由邻近而远离该基板而设置的 一个背电极层、 一个光吸收层、 一个缓冲层与一个透明电极层。其中， 该光吸收层就是铜铟 镓硒薄膜， 其制造方法相当多种， 主要可分为真空制程与非真空制程， 而所述真空制程例如 共蒸镀 (Co-evaporation)、 溅镀 (Sputtering) 及硒化法 (Selenization)。 0004 所谓的硒化法， 是先在背电极层上溅镀一层材。
9、料为铜铟镓 （CuInGa） 的前驱物层， 接着放入一个常压或真空的腔体内并通入含有硒元素的硒化反应气体， 如硒化氢 （H2Se） ， 同时在高温环境下使硒化反应气体裂解产生硒气态原子， 进而与所述前驱物层产生硒化反 应而形成该光吸收层。 0005 在硒化处理时， 均匀分布的硒化反应气体以及均匀受热的基板是两个关键的要 素， 然而在一般硒化装置的腔体内， 硒化反应气体的流动状况不理想， 导致腔体内的硒化反 应气体分布不均， 同时一般硒化装置的腔体通常维持在常压或者真空， 因此热传导与热对 流效果不佳， 热能只能通过热辐射方式传递， 导致基板受热不均匀而无法均匀发生硒化反 应， 使得该光吸收层的。
10、质量与转换效率都不理想。 0006 此外， 由于一般硒化装置的腔体内的导热效果较差， 因此腔体内的升降温速度慢， 往往需要花费时间等待腔体升降温度， 因而增加制程的时间并导致生产速度慢、 生产效率 低。 发明内容 0007 本发明的目的在于提供一种能让硒化反应均匀发生， 并可提升生产速度及生产效 率的用于太阳能电池的硒化方法及其硒化装置。 0008 本发明用于太阳能电池的硒化方法， 包含 ： 步骤 A ： 将一个表面形成有一个前驱物 层的基板单元放入一个加热腔体内 ； 步骤 B ： 将该加热腔体抽真空 ； 步骤 C ： 提升该加热腔 体内的气流循环性， 并将硒化反应气体通入该加热腔体内以增加该。
11、加热腔体内的气压值， 同时增加该加热腔体内的温度 ； 步骤 D ： 持续将硒化反应气体通入该加热腔体内， 使该加热 腔体内的气压值增加至 26atm 之后进行退火， 使硒化反应气体与该前驱物层反应形成一 个光吸收层。 0009 本发明所述的用于太阳能电池的硒化方法， 在步骤 D 中， 持续将硒化反应气体通 说 明 书 CN 103628043 A 3 2/5 页 4 入该加热腔体内， 使该加热腔体内的气压值增加并维持在 5atm。 0010 本发明所述的用于太阳能电池的硒化方法， 该前驱物层的材料为铜铟镓或铜铟， 而硒化反应气体为硒化氢或硒化氢与硫化氢的混合。 0011 本发明所述的用于太阳能。
12、电池的硒化方法， 在步骤 D 中， 退火温度为 500600， 并在持温 4060 分钟之后停止对该加热腔体加热。 0012 本发明的另一个目的， 在于提供一种用于太阳能电池的硒化装置， 通过硒化反应 气体使所述太阳能电池的半成品发生硒化反应， 而该硒化装置包含一个加热腔体， 以及一 个安装在该加热腔体上的真空机构， 该加热腔体包括一个供所述半成品放置的反应空间， 以及一个围绕并对该反应空间加热的加热部， 而该真空机构对该反应空间抽气。该硒化装 置还包含一个安装在该加热腔体上并将硒化反应气体送入该反应空间的加压机构， 以及一 个安装在该反应空间内并使该反应空间内的硒化反应气体循环流动的气流循环。
13、机构。 0013 本发明所述的用于太阳能电池的硒化装置， 该气流循环机构包括一个可转动地安 装于该反应空间内的风扇， 以及一个位于该风扇与所述半成品之间的导流座， 该导流座具 有一个供硒化反应气体流动于所述半成品与该风扇之间的导流通道。 0014 本发明所述的用于太阳能电池的硒化装置， 该导流座的导流通道具有一个朝向所 述半成品的大径开口， 以及一个朝向该风扇且口径小于该大径开口的小径开口。 0015 本发明所述的用于太阳能电池的硒化装置， 该硒化装置还包含一个安装于该加热 腔体的反应空间内的固定座单元， 该固定座单元包括一个供所述半成品放置且供该导流座 安装的固定板。 0016 本发明所述的。
14、用于太阳能电池的硒化装置， 该加热腔体还包括分别设置在该加热 部的相反两侧且与该加热部共同圈围该反应空间的一个安装部与一个开口部， 该风扇、 该 真空机构及该加压机构安装于该安装部， 所述半成品通过该开口部进出该反应空间。 0017 本发明的有益效果在于 ： 在该加热腔体内充填高压且循环流动的硒化反应气体， 通过前述创新的设计， 使硒化反应气体能均匀分布并帮助导热， 而所述半成品也能均匀受 热并均匀地发生硒化反应， 有助于制作出质量良好的太阳能电池， 同时还可缩短升降温时 间及硒化反应时间， 并提升生产速度及生产效率。 附图说明 0018 图 1 是一个俯视剖视示意图， 显示本发明硒化装置的一。
15、个较佳实施例的使用状 态， 图中该硒化装置对数个太阳能电池的半成品进行硒化处理 ； 0019 图 2 是一个流程示意图， 显示所述半成品的一个前驱物层与硒化反应气体发生硒 化反应而形成一个光吸收层 ； 0020 图 3 是一个流程方块图， 说明本发明硒化方法的一个较佳实施例 ； 0021 图 4 是该较佳实施例进行前半段步骤的一个制造流程示意图 ； 0022 图 5 是该较佳实施例进行后半段步骤的一个制造流程示意图。 具体实施方式 0023 下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。 0024 参阅图 1、 2， 本发明硒化装置的较佳实施例， 通过硒化反应气体 8 对数个太阳能电 说 明 书 。
16、CN 103628043 A 4 3/5 页 5 池的半成品 7 进行硒化处理， 以利于后续制作出完整的太阳能电池。每一个半成品 7 都包 括一个基板单元 71， 以及一个设置在该基板单元 71 上的前驱物层 72。而每一个基板单元 71 具有一个基板本体 711， 以及一个设置于该基板本体 711 与该前驱物层 72 之间的背电极 层 712。 0025 所述背电极层 712 以溅镀方式将钼 （Mo） 沉积在所述基板本体 711 上而形成， 而所 述前驱物层 72 可通过电镀、 溅镀或蒸镀等方式沉积在所述背电极层 712 上， 并且所述前驱 物层 72 的材料可为铜铟镓 （CuInGa） 或。
17、者铜铟 （CuIn） 。此外， 该硒化反应气体 8 可为硒化 氢 （H2Se） 或硒化氢与硫化氢 （H2S） 的混合。 0026 本实施例的硒化装置包含一个加热腔体 1、 安装于该加热腔体 1 上的一个真空机 构2与一个加压机构3， 以及安装于该加热腔体1内的一个固定座单元4与一个气流循环机 构 5。 0027 本实施例的加热腔体 1 包括一个开口部 11、 一个与该开口部 11 间隔的安装部 12、 一个连接于该开口部 11 与该安装部 12 之间的加热部 13， 以及一个由该开口部 11、 该安装 部 12 与该加热部 13 共同圈围而成并供所述半成品 7 放置的反应空间 14。 0028。
18、 在本实施例中， 该开口部 11 为盖板门的形式， 并可供所述半成品 7 进出该反应空 间 14。而该加热部 13 具有一个围绕该反应空间 14 的内壁 131、 一个与该内壁 131 间隔的 外壁 132， 以及一个设置在该内壁 131 与该外壁 132 之间并可对该反应空间 14 加热的热源 模组133。 其中， 该内壁131为石英管的形式， 而该热源模组133为热电阻式加热器， 然而在 实施上不以本实施例所公开的形式为限制。至于该热源模组 133 如何被驱动而对该反应空 间 14 进行加热非本发明改良的重点， 不再说明。 0029 本实施例的真空机构 2 例如是一个泵， 安装在该加热腔体。
19、 1 的安装部 12 上， 并对 该反应空间 14 抽气。而该加压机构 3 也安装在该安装部 12 上， 并将硒化反应气体 8 送入 该反应空间 14。由于该真空机构 2 如何对该反应空间 14 抽气， 以及该加压机构 3 如何对该 反应空间 14 通气皆非本发明改良的重点， 也不再说明。 0030 本实施例的固定座单元4安装于该反应空间14内， 并包括数个沿着一个第一方向 61 延伸并设置在该加热部 13 上的第一支架 42、 数个沿着一个第二方向 62 延伸并架设在所 述第一支架 42 上的第二支架 43， 以及一个沿着该第一方向 61 延伸并架设在所述第二支架 43 上的固定板 41。其。
20、中， 该第一方向 61 垂直该第二方向 62， 而所述半成品 7 是直立地放置 于该固定板 41 上。 0031 本实施例的气流循环机构 5 安装在该反应空间 14 内， 并使该反应空间 14 内的硒 化反应气体 8 循环流动。该气流循环机构 5 包括一个可转动地安装于该安装部 12 上的风 扇 51， 以及一个安装于该固定板 41 的一端且位于该风扇 51 与所述半成品 7 之间的导流座 52。该导流座 52 具有一个供硒化反应气体 8 流动于所述半成品 7 与该风扇 51 之间的导流 通道 521， 该导流通道 521 具有一个朝向所述半成品 7 的大径开口 522， 以及一个朝向该风 扇。
21、 51 且口径小于该大径开口 522 的小径开口 523。由于该风扇 51 如何被驱动而转动非本 发明改良的重点， 不再详述。 0032 需要说明的是， 该导流通道 521 的大径开口 522 朝向所述半成品 7 的设计， 可以有 效地收集通过所述半成品7的硒化反应气体8， 方便该风扇51抽吸， 从而形成良好的气流循 环， 但在实施上， 该导流座 52 的结构不限于此。 说 明 书 CN 103628043 A 5 4/5 页 6 0033 参阅图 2、 3、 4、 5， 本发明硒化方法的较佳实施例为制造所述太阳能电池的工序中 的其中一个制程， 在进行该硒化方法前， 会先在所述太阳能电池的半成。
22、品 7 的基板单元 71 上沉积所述前驱物层72， 接着才对所述前驱物层72进行硒化处理。 而该硒化方法包含以下 步骤 ： 0034 （1） 进行步骤91 ： 开启该硒化装置的加热腔体1的开口部11， 并将所述半成品7放 入该反应空间14内， 其中， 所述半成品7是如图4所示地平行该第一方向61， 并间隔且直立 地摆放于该固定板 41 上， 使两两相互间隔的所述半成品 7 之间所界定出的间隙 70 的延伸 方向平行该第一方向 61。然后， 关闭该开口部 11 以封闭该反应空间 14。 0035 进一步说明的是， 本实施例是一次将数个半成品7放入该反应空间14内进行硒化 处理， 以节省制造时间，。
23、 但在实施上， 也可以只针对一个半成品 7 进行硒化处理。此外， 本实 施例将所述半成品 7 以平行该第一方向 61 的方式放置， 使所述间隙 70 直线地对应该导流 通道 521 的大径开口 522， 以利硒化反应气体 8 循环流动， 但实施上所述半成品 7 的摆放方 式依需求而定， 不需限制。 0036 （2） 进行步骤 92 ： 启动该真空机构 2 对该反应空间 14 抽真空， 在本实施例中， 待该 反应空间 14 的气压值为 0.01torr 时， 就可以进行下一个步骤。 0037 （3） 进行步骤 93 ： 关闭该真空机构 2 并启动该气流循环机构 5 而驱动该风扇 51 转 动， 。
24、借以提升该反应空间14的气流循环性。 接着启动该加压机构3， 并将硒化反应气体8通 入该反应空间 14 以增加该加热腔体 1 内的气压值， 同时驱动该加热腔体 1 的加热部 13 加 热， 以增加该反应空间 14 的温度。 0038 此时， 该风扇 51 会抽吸位于所述间隙 70 与该导流座 52 的导流通道 521 内的硒化 反应气体 8， 造成气体流动， 并将抽吸而来的硒化反应气体 8 连同该加压机构 3 所通入的硒 化反应气体 8 一起吹向该加热部 13。受到该加热部 13 加温后的硒化反应气体 8 则流往所 述半成品 7， 并通过所述间隙 70 流入该导流通道 521， 而再次被吸往该。
25、风扇 51。 0039 （4） 进行步骤 94 ： 持续将硒化反应气体 8 通入该反应空间 14， 使该反应空间 14 内 的气压值增加至 26atm， 较佳可使该反应空间 14 内的气压值维持在 5atm。在此同时， 将该 反应空间 14 的温度增加至 250之后持温 10 分钟以上， 以对所述半成品 7 进行硒化预热。 0040 接着将该反应空间14的温度增加至450之后持温20分钟以上， 使硒化反应气体 8 裂解形成硒与硫的气态原子， 并扩散至所述前驱物层 72 内而进行硒化反应。最后将该反 应空间14的温度增加至500600， 并持温4060分钟进行硫化退火， 使硒与硫和所述前驱 物层。
26、 72 发生反应而再结晶形成如图 2 所示的光吸收层 73， 所述光吸收层 73 的材料为铜铟 镓硒 （CIGS） 或铜铟硒 （CIS） 且为黄铜矿结构。之后， 停止对该反应空间 14 加热。 0041 需要说明的是， 实施时可以通过调整所述前驱物层 72 与硒化反应气体 8 中的镓、 铟、 铜、 硒与硫之间的比例， 来调整所述光吸收层 73 的能隙宽与材料特性， 所以在材料的选 用上依需求而定。 0042 （5） 进行步骤 95 ： 待该反应空间 14 内的温度降至 120以下， 就可以关闭该风扇 51， 并启动该真空机构 2 将硒化反应气体 8 排出该反应空间 14 之外。 0043 （6。
27、） 进行步骤 96 ： 待该反应空间 14 内的气压值降低至 1torr 以下时， 关闭该真空 机构 2 而停止抽气， 并启动该加压机构 3 将气体如氮气 （N2） 通入该反应空间 14 内。当该反 应空间14内的气压值增加至100torr以上时， 就可以关闭该加压机构3， 并开启该加热腔体 说 明 书 CN 103628043 A 6 5/5 页 7 1 的开口部 11 而将所述半成品 7 取出。需要说明的是， 本实施例的加压机构 3 除了可以将 硒化反应气体8通入该反应空间14来发生硒化反应之外， 也可将如氮气的气体通入该反应 空间 14 来破该加热腔体 1 的真空。 0044 在此之后，。
28、 可在所述半成品 7 的光吸收层 73 上依序溅镀缓冲层、 透明电极层等膜 层， 便可完成所述太阳能电池的制造。 0045 综上所述， 本发明通过该气流循环机构 5 使该反应空间 14 内的硒化反应气体 8 均 匀地受热且均匀地分布， 相较于一般硒化装置只能靠热辐射的方式传递热能， 本发明还可 以通过硒化反应气体8的热传导与热对流， 快速地将该加热部13所发出的热能均匀地传送 到每一个半成品 7。就发明人实验的结果， 每一个半成品 7 的温度差可缩小在 3内， 而该 反应空间 14 内的局部区域的温度差也可缩小在 10内。此外， 优异的导热效果， 更可缩短 耗费在等待升降温的时间， 相较于一般。
29、硒化处理需要耗费 45 小时， 本发明硒化方法可在 3 小时内完成， 并提高生产效率 15% 以上。 0046 进一步说明的是， 只要能提升硒化反应气体 8 的气流循环性， 就可以达成本发明 的目的， 至于该反应空间 14 内的气流动向， 乃因制程需求、 该气流循环机构 5 设置的位置， 以及所述半成品 7 的摆放方式等因素而有所改变， 因此不以本实施例所公开的形式为限 制。 0047 另一方面， 本发明通过该加压机构 3 将硒化反应气体 8 持续地通入该反应空间 14 内， 以增加该反应空间 14 的气压值并提高硒化反应气体 8 的浓度， 从而可提升硒化反应气 体 8 与所述前驱物层 72 。
30、的反应速率， 并缩短反应时间。 0048 需要说明的是， 该反应空间 14 内的气压值维持在 26atm 的范围内进行硒化反应 为佳。若气压值小于 2atm 时， 硒化反应气体 8 的浓度过低， 因而降低硒化反应速率及热能 传导效果。若气压值大于 6atm 时， 又会因为过度的硒化反应， 使所述半成品 7 的光吸收层 73 内的元素比例失衡， 而影响所述光吸收层 73 的能隙宽与材料特性。 0049 由以上说明可知， 本发明通过该气流循环机构5与该加压机构3创新的设置， 使硒 化反应气体 8 能均匀分布并帮助导热， 而所述半成品 7 也能均匀受热并均匀地发生硒化反 应， 因而可制造出质量优异且转换效率高的光吸收层 73， 同时还可缩短制程时间并提升生 产速度及生产效率。 说 明 书 CN 103628043 A 7 1/5 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103628043 A 8 2/5 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 103628043 A 9 3/5 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 103628043 A 10 4/5 页 11 图 4 说 明 书 附 图 CN 103628043 A 11 5/5 页 12 图 5 说 明 书 附 图 CN 103628043 A 12 。