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    • 专利摘要:
    一種銅銦鎵硒膜層硒化燒結裝置，係包含一具有外管體及導管之容置單元；一設於外管體內且位於導管一側之載體；多數設於載體一面上之反應體；設於外管體內且位於導管另一側之硒粉；以及一用以對容置單元進行多段式加熱之加熱單元，可使硒粉產生硒蒸氣並經由導管分散於各反應體表面，藉以進行硒化反應，而將各反應體製成CIGS光吸收層材料。藉此，可應用於製作CIGS薄膜型太陽能電池之光吸收層材料，而達到構造簡易、方便使用、實用性佳以及可進行多段式溫度硒化反應之功效。
    公开号:TW201304175A
    申请号:TW100123981
    申请日:2011-07-07
    公开日:2013-01-16
    发明作者:bai-rong Zhang；Song-Cheng Hu；yong-tian Lu
    申请人:Chung Shan Inst Of Science；
    IPC主号:Y02E10-00
    专利说明:
    銅銦鎵硒膜層硒化燒結裝置
    本發明是有關於一種銅銦鎵硒膜層硒化燒結裝置，尤指一種可應用於製作CIGS薄膜型太陽能電池之光吸收層材料，而達到構造簡易、方便使用、實用性佳以及可進行多段式溫度硒化反應之功效者。
    按，尋找可再生、廉價、清潔之新能源已成為當前迫切課題。太陽能是一種清潔、安全、環保且可再生之能源。目前較受再生能源各界研究單位注重的太陽能電池為化合物薄膜型太陽能電池，學術界和產業界普遍認為太陽能電池的發展已經進入了第三代。第一代為單晶矽太陽能電池，第二代為多晶矽、非晶矽等太陽能電池，第三代太陽能電池就是銅銦鎵硒CIGS(CIS中摻入Ga)等化合物薄膜太陽能電池及薄膜Si系太陽能電池。CuInSe2(簡稱為CIS)是一種直接帶隙材料，光吸收係數高達105數量級，是目前已知材料中光吸收性較好的半導體薄膜材料，其光電轉換效率高，而使得CIS薄膜太陽能電池成為當今的研究熱點。對於太陽光的吸收要求，材料的最佳帶隙約在1.45eV左右，而CuInSe2的帶隙為1.04eV。為了提高材料的帶隙寬度，通常在CuInSe2中摻入一定比例的Ga，製成Cu(In,Ga)Se2(簡稱CIGS)化合物，能提高太陽能電池的轉換效率。
    一般之CIGS光電池，光電效率最高可達約20.3%，就模組而言，最高亦可達約13%，而CIGS隨著銦鎵含量的不同，其光吸收範圍可從1.02ev至1.68ev，此項特徵可加以利用於多層堆疊模組，可近一步提升電池組織效能，此外，由於高吸光效率(a>105 cm-1)，所需光電材料厚度不需超過1μm，99%以上的光子均可被吸收，因此，所需之材料少，而可被製做成薄膜使用。
    由於其載體係可使用具可撓性材質，因此，製程可以利用roll-to-roll方式進行，而目前商業化製程是由Shell Solar所開發出來，其製程中包含一系列真空程序，不但造成硬體投資與製造成本均相當高昂，且更會有製程相當複雜、花費較大及製程放大不易等缺失。
    本發明之主要目的係在於，可應用於製作CIGS薄膜型太陽能電池之光吸收層材料，而達到構造簡易、方便使用、實用性佳以及可進行多段式溫度硒化反應之功效。
    為達上述之目的，本發明係一種銅銦鎵硒膜層硒化燒結裝置，包含有：一具有外管體及導管之容置單元；一設於外管體內且位於導管一側之載體；多數設於載體一面上之反應體；設於外管體內且位於導管另一側之硒粉；以及一用以對容置單元進行多段式加熱之加熱單元，可使硒粉產生硒蒸氣並經由導管分散於各反應體表面，藉以進行硒化反應，而將各反應體製成CIGS光吸收層材料
    於本發明之一實施例中，該外管體及導管係可為石英玻璃之材質，而該導管係呈一漏斗型且以燒焊於外管體內。
    於本發明之一實施例中，該外管體之兩端係分別設有一塞體。
    於本發明之一實施例中，該載體係為鈉玻璃之材質。
    於本發明之一實施例中，各反應體係分別包含有氯化銅(CuCl2)、氯化銦(InCl3)、氯化鎵(GaCl3)及硒粉(Se)之材質。
    於本發明之一實施例中，各反應體之製備至少包含有下列步驟：
    (1)反應液配置：將氯化銅(CuCl2)、氯化銦(InCl3)、氯化鎵(GaCl3)以及硒粉(Se)加入乙二胺溶劑(ethylenediamine)中攪拌溶解形成反應液；
    (2)熱溶劑反應：採用將反應液倒入高壓反應釜(autoclave)，密封後進行反應；
    (3)粉體處理：待反應液反應後經離心分離、水洗、乙醇洗及真空乾燥後獲得CIGS粉體；
    (4)漿液調配：將製備出之CIGS粉體經與纖維素、溶劑，混合均勻分散成可供塗佈之漿液狀反應體；以及
    (5)成膜：採用刮塗法(doctor-blade)將反應體於刮塗載體上，之後再進行硒化反應。
    於本發明之一實施例中，該反應液配置步驟中之氯化銅(CuCl2)、氯化銦(InCl3)、氯化鎵(GaCl3)、硒粉(Se)，之比例為1：0.78：0.26：2.29，濃度為0.03M，加入乙二胺溶劑中攪拌時間為2小時。
    於本發明之一實施例中，該熱溶劑反應步驟中反應溫度係藉於200～280℃之間，而反應時間為6～36小時。
    於本發明之一實施例中，該粉體處理步驟中係以8000rpm之高速離心機進行離心分離、水洗及離心2次、無水乙醇洗及離心2次，最後再以60℃真空乾燥6小時。
    於本發明之一實施例中，該加熱單元至少包含有一底座、一與底座對應蓋合之上蓋、分別設於底座與上蓋相對應面上之凹槽、分別設於底座與上蓋中之加熱棒、及一與各加熱棒連接之調溫器。
    請參閱『第1、2、3及第4圖』所示，係分別為本發明之分解示意圖、本發明之外觀示意圖、本發明之反應體製備步驟流程圖及本發明之硒化反應示意圖。如圖所示：本發明係一種銅銦鎵硒膜層硒化燒結裝置，其至少包含有一容置單元1、一載體2、多數反應體3、硒粉4以及一加熱單元5所構成。
    上述所提之容置單元1係包含有一外管體11、及一連通設於外管體11內之導管12，其中該外管體11及導管12係可為石英玻璃之材質，而該導管12係呈一漏斗型且以燒焊於外管體11內，且該外管體11之兩端係分別設有一塞體13。
    該載體2係設於外管體11內且位於導管12之一側，而該載體2係為鈉玻璃之材質。
    各反應體3係設於載體1之一面上，而各反應體3係分別包含有氯化銅(CuCl2)、氯化銦(InCl3)、氯化鎵(GaCl3)及硒粉(Se)之材質，其中各反應體3之製備至少包含有下列步驟：
    (1)反應液配置31：將氯化銅(CuCl2)、氯化銦(InCl3)、氯化鎵(GaCl3)以及硒粉(Se)以1：0.78：0.26：2.29之比例以及0.03M之濃度加入乙二胺溶劑(ethylenediamine)中攪拌2小時，使其溶解形成反應液；
    (2)熱溶劑反應32：採用將反應液倒入高壓反應釜(autoclave)，密封後進行反應，而其反應溫度係藉於200～280℃之間，且反應時間為6～36小時。
    (3)粉體處理33：待反應液反應後，以8000rpm之高速離心機進行離心分離、水洗及離心2次、無水乙醇洗及離心2次，最後再以60℃真空乾燥6小時後獲得CIGS粉體；
    (4)漿液調配34：將製備出之CIGS粉體經與纖維素、溶劑，混合均勻分散成可供塗佈之漿液狀反應體3；以及
    (5)成膜35：採用刮塗法(doctor-blade)將反應體3於刮塗載體2上。
    該硒粉4係設於外管體11內且位於導管12之另一側。
    該加熱單元5至少包含有一底座51、一與底座51對應蓋合之上蓋52、分別設於底座51與上蓋52相對應面上之凹槽511、521、分別設於底座51與上蓋52中之加熱棒53、及一與各加熱棒53連接之調溫器54，係用以將容置單元1置放於底座51與上蓋52之間且限位於各凹槽511、521中，並以調溫器54控制各加熱棒53進行多段式加熱，使硒粉4產生硒蒸氣並經由導管12分散於各反應體3表面，藉以進行硒化反應，而將各反應體3製成CIGS光吸收層材料；而當進行加熱溫度設定時，係可利用調溫器54設定各加熱棒53間無溫度差，使各反應體3於相同溫度下進行熱處理，另亦可設定各加熱棒53之間具有溫度差，使各反應體3於不同溫度下進行熱處理，例如： T=20℃，各反應體3依序於溫度530℃、510℃、490℃、470℃、450℃...下進行熱處理。
    綜上所述，本發明銅銦鎵硒膜層硒化燒結裝置可有效改善習用之種種缺點，可應用於製作CIGS薄膜型太陽能電池之光吸收層材料，而達到構造簡易、方便使用、實用性佳以及可進行多段式溫度硒化反應之功效；進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合消費者使用之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。
    惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
    1．．．容置單元
    11．．．外管體
    12．．．導管
    13．．．塞體
    2．．．載體
    3．．．反應體
    31．．．反應液配置
    32．．．熱溶劑反應
    33．．．粉體處理
    34．．．漿液調配
    35．．．成膜
    4．．．硒粉
    5．．．加熱單元
    51．．．底座
    52．．．上蓋
    511、521．．．凹槽
    53．．．加熱棒
    54．．．調溫器
    第1圖，係本發明之分解示意圖。
    第2圖，係本發明之外觀示意圖。
    第3圖，係本發明之反應體製備步驟流程圖。
    第4圖，係本發明之硒化反應示意圖。
    1．．．容置單元
    11．．．外管體
    12．．．導管
    13．．．塞體
    2．．．載體
    3．．．反應體
    4．．．硒粉
    5．．．加熱單元
    51．．．底座
    52．．．上蓋
    511、521．．．凹槽
    53．．．加熱棒
    54．．．調溫器
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] 一種銅銦鎵硒膜層硒化燒結裝置，其包括有：一容置單元，係包含有一外管體、及一連通設於外管體內之導管；一載體，係設於外管體內且位於導管之一側；多數反應體，係設於載體之一面上；硒粉，係設於外管體內且位於導管之另一側；以及一加熱單元，係用以對容置單元進行多段式加熱，使硒粉產生硒蒸氣並經由導管分散於各反應體表面，藉以進行硒化反應，而將各反應體製成CIGS光吸收層材料。
    [2] 依申請專利範圍第1項所述之銅銦鎵硒膜層硒化燒結裝置，其中，該外管體及導管係可為石英玻璃之材質，而該導管係呈一漏斗型且以燒焊於外管體內。
    [3] 依申請專利範圍第1項所述之銅銦鎵硒膜層硒化燒結裝置，其中，該外管體之兩端係分別設有一塞體。
    [4] 依申請專利範圍第1項所述之銅銦鎵硒膜層硒化燒結裝置，其中，該載體係為鈉玻璃之材質。
    [5] 依申請專利範圍第1項所述之銅銦鎵硒膜層硒化燒結裝置，其中，各反應體係分別包含有氯化銅(CuCl2)、氯化銦(InCl3)、氯化鎵(GaCl3)及硒粉(Se)之材質。
    [6] 依申請專利範圍第1項所述之銅銦鎵硒膜層硒化燒結裝置，其中，各反應體之製備至少包含有下列步驟：(1)反應液配置：將氯化銅(CuCl2)、氯化銦(InCl3)、氯化鎵(GaCl3)以及硒粉(Se)加入乙二胺溶劑(ethylenediamine)中攪拌溶解形成反應液；(2)熱溶劑反應：採用將反應液倒入高壓反應釜(autoclave)，密封後進行反應；(3)粉體處理：待反應液反應後經離心分離、水洗、乙醇洗及真空乾燥後獲得CIGS粉體；(4)漿液調配：將製備出之CIGS粉體經與纖維素、溶劑，混合均勻分散成可供塗佈之漿液狀反應體；以及(5)成膜：採用刮塗法(doctor-blade)將反應體於刮塗載體上，之後再進行硒化反應。
    [7] 依申請專利範圍第6項所述之銅銦鎵硒膜層硒化燒結裝置，其中，該反應液配置步驟中之氯化銅(CuCl2)、氯化銦(InCl3)、氯化鎵(GaCl3)、硒粉(Se)，之比例為1：0.78：0.26：2.29，濃度為0.03M，加入乙二胺溶劑中攪拌時間為2小時。
    [8] 依申請專利範圍第6項所述之銅銦鎵硒膜層硒化燒結裝置，其中，該熱溶劑反應步驟中反應溫度係藉於200～280℃之間，而反應時間為6～36小時。
    [9] 依申請專利範圍第6項所述之銅銦鎵硒膜層硒化燒結裝置，其中，該粉體處理步驟中係以8000rpm之高速離心機進行離心分離、水洗及離心2次、無水乙醇洗及離心2次，最後再以60℃真空乾燥6小時。
    [10] 依申請專利範圍第1項所述之銅銦鎵硒膜層硒化燒結裝置，其中，該加熱單元至少包含有一底座、一與底座對應蓋合之上蓋、分別設於底座與上蓋相對應面上之凹槽、分別設於底座與上蓋中之加熱棒、及一與各加熱棒連接之調溫器。
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