TWI440202B - Drape solar cells X ZnSnS Y (CZTS) film - Google Patents

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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Description

披覆太陽能電池Cu x ZnSnS y (CZTS)薄膜的方法
本發明係關於一種太陽能薄膜披覆方法，尤指一種用來披覆太陽能電池CuxZnSnSy(CZTS)薄膜的方法。
CuxZnSnSy(CZTS)主要應用於太陽能電池中的吸收層，其製備的方法有溶膠-凝膠法(sol-gel)、電漿濺鍍法(plasma sputtering)、電子束蒸鍍法(electron-beam evaporation)、脈衝雷射沉積法(pulsed laser deposition)等，其中利用溶膠-凝膠法所沉積的CuxZnSnSy薄膜，由於其製程影響的參數相當多，例如沉積溫度、溶度、酸鹼度、時間等較不易掌控，因此沉積的薄膜其品質、厚度、及均勻性不易有效的掌控，至於使用電漿濺鍍法、電子束蒸鍍法、脈衝雷射沉積法等來沉積CuxZnSnSy薄膜，由於需使用真空系統及高昂的設施、配置及控制設備，使得製程變得繁複且成本高。
有鑑於先前技術之問題，本發明者認為應有一種改善之製程，本發明解決先前技術問題之技術手段，係設計一種披覆太陽能電池CuxZnSnSy(CZTS)薄膜的方法，其中0≦x≦2,0≦y≦4，其步驟包括：取可形成CZTS前驅物的化合物加入溶劑形成CZTS前驅物(precursors)之披覆液；以及取一基板置於旋轉工作檯上；將披 覆液滴於基板近中央表面；以動力設備驅動該工作檯旋轉，並以氣流吹驅該工作檯表面，以離心甩動以及氣流驅動，將該披覆液擴散於該基板表面，並取得所需厚度之披覆薄膜；將基板及其該披覆薄膜進行烘烤，以去除殘餘溶劑及結晶。在旋轉塗佈的過程中，加入氣流的驅動，有助於提升CZTS前驅物在基板表面上移動的能量，使CZTS前驅物在旋轉離心的過程更緻密且均勻的散佈在基板的表面，有效的減少後續烘烤過程中，由於CZTS前驅物均勻性或緻密性不足，以致殘餘溶劑蒸發過程中，其所留的空隙造成薄膜龜裂或孔洞等現象。
相較於先前技術之方法，本發明使用一可控制旋轉速度的工作檯，利用離心力披覆太陽能電池CuxZnSnSy(CZTS)的薄膜，具有不需繁複設備及低成本的優點。
由以上所述可知本發明實為一種簡單、有效的方法，本發明加入氣流的設計，可以在玻璃等基板表面上完成太陽能電池CuxZnSnSy(CZTS)薄膜的塗佈，當旋轉塗佈CuxZnSnSy(CZTS)薄膜時，有基板上方的氣流，可以增加CuxZnSnSy前驅物的移動能量，使得CuxZnSnSy前驅物之間更加緻密結合，之後進行烘烤的製程因而可以獲得較均勻且緻密的薄膜，可有效的改善若薄膜的反應先趨物的緻密性不夠時，其殘餘溶劑蒸發後所造成的遺留位置產生龜裂或孔洞現象。
(1)‧‧‧化合物
(2)‧‧‧溶劑
(3)‧‧‧披覆液
(4)‧‧‧基板
(5)‧‧‧旋轉工作檯
(6)‧‧‧旋轉動力設備
(7)‧‧‧氣流裝置
(8)‧‧‧加熱器
(9)‧‧‧CZTS薄膜
(9A)‧‧‧薄膜
第一圖係本發明之形成CZTS前驅物之示意圖
第二圖係本發明薄膜旋轉塗佈製程之示意圖
第三圖係本發明烘烤結晶製程之示意圖
第四圖係本發明之流程圖
以下藉由圖式之輔助，說明本發明之內容、特色以及實施例，請參閱第四圖所示，本發明之具體製法說明如下，本發明係一種披覆太陽能電池CuxZnSnSy(CZTS)薄膜的方法，其中0≦x≦2,0≦y≦4，其步驟包括：
(1).配合第一圖所示，取可形成CZTS前驅物的化合物(1)加入溶劑(2)形成CZTS前驅物(precursors)之披覆液(3)，其中該化合物(1)可以為固體或液體，加入溶劑(2)令該披覆液(3)為液態材料。
該化合物基於容易溶解之目的，較佳可以為：無機金屬化合物：例如氯化亞銅、氯化鋅、氯化錫與硫脲，該溶劑較佳為去離子水與乙醇之溶液。
金屬醋酸鹽水合物：例如銅醋酸塩水合物、鋅醋酸塩水合物、亞錫氯化物二水合物，該溶劑較佳為單乙醇氨油酸塩與甲氧乙醇之溶液。
(2).配合第二圖所示，取一基板(4)置於旋轉工作檯(5)上；本發明之該基板(4)可以因應所需，而為半導體、化合物、塑膠、金屬、玻璃之群組中之其一或二種以上之複合。為求穩定，本發明係以真空吸附方式將該基板(4)吸附於旋轉工作檯(5)。
(3).並將披覆液(3)滴於基板(4)近中央表面。
(4).以旋轉動力設備(6)驅動令該旋轉工作檯(5)旋轉，並設一氣流裝置(7)，於啟動氣流裝置(7)狀態下，以氣流吹驅該旋轉工作檯(5)表面，以離心甩動以及氣流驅動，將該披覆液(3)擴散於該基板(4)表面，並取得所需厚度之披覆薄膜；啟動旋轉工作檯(5)上方的氣流裝置(7)，啟動旋轉動力設備(6)，將披覆液(3)利用離心力由近中心位置往基板(4)表面四周披覆，形成均勻厚度的薄膜(9A)。
(5).配合第三圖所示，將基板(4)及其該披覆薄膜(9A)進行烘烤，以去除殘餘溶劑及結晶。該烘烤較佳是用加熱器(8)進行烘烤，以蒸發去除殘留的溶劑，便可得到所披覆CZTS薄膜(9)。
另外值得一提的是，本發明之步驟較佳是在於一密閉空間進行，利用該密閉空間內之壓力維持固定，保持密閉空間內溶劑的飽和蒸汽壓維持不變，避免披覆液中的溶劑於旋轉披覆過程大量揮發流失，以致於材料無法有效移動，造成披覆不完整或不均勻現象。
本發明更進一步，可以在該密閉空間內可充填惰性氣體。例如氮氣、氦氣、或氬氣，減少材料於旋轉披覆過程中與空氣中的水氣或氧氣產生反應。
本發明對於該旋轉動力設備(6)令該旋轉工作檯(5)旋轉之動作，可先進行低速運轉，接著再進行高速運轉，主要係先以低速運轉可以較低的離心力，將披覆液(3)從基板(4)上中心的位置往外，朝向基板(4)表面的四周散開，可以避免披覆液(3)大量飛濺離開基板(4)表面，造成披覆液(3)披覆不完整的現象，而高速運轉主 要是以較高的離心力，將前述在基板(4)表面上低速運轉所披覆的披覆液(3)，進行薄膜厚度的調整，此旋轉速度愈高，則所得到的薄膜厚度愈薄，在旋轉塗佈的過程中，氣流裝置(7)的運作提供化合物(1)粒子在基板(4)表面上移動的能量，可以提昇基板(4)上所披覆薄膜(9A)的均勻性及緻密性。
藉由本發明可以較為簡易的裝置，在基板表面上可得到具有較高均勻性及緻密性的CZTS薄膜，並可有效的改善一般旋轉塗佈製程所披覆薄膜的龜裂或孔洞現象。
綜上所述，由於認為本創作符合可專利之要件，爰依法提出專利申請。惟上述所陳，為本創作產業上一較佳實施例，舉凡依本創作申請專利範圍所作均等變化，皆屬本案訴求標的之範疇。

Claims (6)

  1. 一種披覆太陽能電池CuxZnSnSy(CZTS)薄膜的方法，其中0≦x≦2,0≦y≦4，其步驟包括：取可形成CZTS前驅物的化合物加入溶劑形成CZTS前驅物(precursors)之披覆液；以及取一基板置於旋轉工作檯上；將披覆液滴於基板近中央表面；以動力設備驅動該工作檯旋轉，並以該氣流吹驅該工作檯表面，且該旋轉工作檯與提供該氣流之氣流裝置均設於同一密閉空間而無區隔，以離心甩動以及氣流驅動，將該披覆液擴散於該基板表面，並取得所需厚度之披覆薄膜；將基板及其該披覆薄膜進行烘烤，以去除殘餘溶劑及結晶。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之披覆太陽能電池CuxZnSnSy(CZTS)薄膜的方法，其中該密閉空間內可充填惰性氣體。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之披覆太陽能電池CuxZnSnSy(CZTS)薄膜的方法，其中該化合物為固體或液體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之披覆太陽能電池CuxZnSnSy(CZTS)薄膜的方法，其中該基板選自半導體、化合物、塑膠、金屬、玻璃之群組中之其一或二種以上之複合。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之披覆太陽能電池CuxZnSnSy(CZTS)薄膜的方法，該基板置於旋轉工作檯上，係以真空吸附方式將該基板吸附於旋轉工作檯。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之披覆太陽能電池CuxZnSnSy(CZTS)薄膜的方法，該步驟以動力設備驅動該工作檯，分別係以該動力設 備先進行低速驅動旋轉，再以高速驅動旋轉。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109427488A (zh) * 2017-08-28 2019-03-05 絜静精微有限公司 结合电化学及纳米转印的薄膜太阳能电池磊晶法

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