[发明专利]一种制备真空卷对卷镀膜用可挠性基材及薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种真空卷对卷镀膜用可挠性基材及薄膜的制备方法，属于太阳能光伏领域。

背景技术

全球能源需求逐年攀高，在节能及环保意识抬头下，发展再生能源为全球共同的目标；以再生能源来说，无论水力、风力、地热发电来说，均需以动能转换方式来获得转换效率，而太阳能发电则是利用太阳光转换成电能之发电系统，在太阳能发电系统中无可动部分，不像风力、水力、地热等发电系统中均须用到转动机械，因此不会有高温高压及噪音等困扰，在发电过程中不造成环境负担，为一洁净地绿色能源。另外，太阳光源取之不尽用之不竭的特性，使得太阳能发电系统能具有永续利用之一大优点；虽然现今太阳能发电之光电转换效率尚不高，但太阳能发电系统不需耗费额外的能源成本为其优势，换句话说，这些原本不被人们利用的能源现在有部分比例作为电力来源。太阳每天照射到地表的能量,超过全人类30年所需要的能源，太阳能电池已成为未来替代能源的主流。预估至2100年全球能源使用太阳能的利用率将达60%。

     太阳能电池的种类众多，而CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池拥有高转换效率及发展潜力而受到瞩目，目前CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池最高转换效率由美国再生能源实验室(NREL)所创造，其效率已达20%。CIGS从1995年发展至今转换效率已经提高足足有7%之多，相较于同样时间内CdTe的4%、单晶硅与多晶硅各为3%以及非晶硅的1%，足以看出CIGS在转换效率上的发展潜力。CIGS属于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族的多晶黄铜矿结构 (Chalcopyrite) 化合物，是一种由Ⅱ-Ⅵ族化合物闪锌矿结构 (Zinc-Blend Structure) 所衍生而来的半导体材料，由两个闪锌矿之单位晶胞堆栈而成，原属Ⅱ族元素之晶格位置由Ⅰ族及Ⅲ族所取代而形成，而黄铜矿内部In所处晶格位置则可为所添加之Ga元素取代。CIGS(铜铟镓硒)具有直接能隙(Direct band-gap)性质的P-type半导体特性，并且有相当高的光吸收系数α(α=10⁴~10⁵ cm^-1)，是单晶硅的100倍，能涵盖大部分的太阳光谱，与其它太阳能电池相比，故仅需1~3μm的厚度，即可吸收99%以上的入射太阳光。目前CIGS薄膜太阳能电池最高转换效率由美国再生能源实验室(NREL)所创造，其效率已达20%。且NREL于2011年评估报告显示，CIGS(铜铟镓硒)在转换效率上会以每年0.3%往上成长。

CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池发展至今其组件结构大致件由上电极(AL/Ni)、抗反射层(MgF2)、光窗层(AZO/ITO)、缓冲层( CdS)、吸收层(CIGS)、背电极(Mo)与基板(SS/GLASS/PET)所组成；在单一膜层内，各材料成份比之参数调配、薄膜晶体结构、制程方式与优化制程等各种因素为其制备上的挑战，此外，还需考虑到各膜层堆栈成组件的匹配性、各膜层制备方式与制程间的相互影响等众多因素，尤其从相关文献显示CIGS(铜铟镓硒)对于各种制程参数下对于组件影响极其敏感，更增添CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池在制备上的困难，同时也使得技术门坎相对地提高，在国际光伏界认为是技术难度比较大的一种太阳电池。

靶材是具有固定形状用于溅射镀膜之母材。靶材若依材料分类可简单地分为金属与陶瓷两大类，若依制程分类通常可大略区分为熔炼制程与粉末冶金制程两大类。大多数金属靶材采熔炼制程，少数靶材鉴于使用时晶粒大小控制、合金成份熔点差距太大等诸因素才采用粉末冶金制程。针对金属或者合金靶材一般采用真空感应熔炼来调配成分,并经过后段的锻造及热处理等机加工方式获得所需靶材。目前光电及半导体产业中如触控屏、集成电路、液晶屏、建筑玻璃、光学膜及薄膜太阳能电池等，为获得大面积均匀性及量产性，相关薄膜均大量使用真空磁控溅镀制程。

多元化合物太阳能电池为目前最受属目的材料之一，系为以Ⅰ族-Ⅲ族-Ⅳ族所构成的太阳能电池吸收层可以其成份调控进行能系改变而达到最佳光电转换效率，其中，Ⅰ族为铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)，Ⅲ族为铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)，Ⅳ族为硫(S)、硒(Se)、锑(Te)，目前以铜铟镓硒太阳能电池光电转换效率最高。