專利名稱：一種與太陽能電池背電極相連的柔性金屬襯底及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及與太陽能電池背電極相連的柔性金屬襯底，以及用低成本卷帶式工藝在金屬基底上依次制備電流主傳導(dǎo)層和多層擴(kuò)散阻擋層的制備方法。
背景技術(shù)：
在能源危機(jī)的背景下，太陽能電池成為代替能源研究中的熱點(diǎn)。其中具有黃銅礦相的薄膜太陽能電池(包括銅銦硒、銅銦硫、銅銦鎵硒等太陽能電池，以下簡稱CIGS)薄膜太陽能電池性能穩(wěn)定、抗輻射能力強(qiáng)，其光電轉(zhuǎn)換效率目前是各種薄膜太陽電池之首，光譜響應(yīng)范圍寬，在陰雨天光強(qiáng)下輸出功率高于其它任何種類太陽電池，被國際上稱為下一時(shí)代最有前途的廉價(jià)太陽電池之一，有可能成為未來光伏電池的主流產(chǎn)品之一。與常規(guī)能源相比，太陽能電池商業(yè)競爭力的實(shí)現(xiàn)，在于成本的降低?，F(xiàn)階段制約太陽能電池發(fā)展的最大瓶頸是過高的原材料成本和生產(chǎn)成本。CIGS電池的典型結(jié)構(gòu)為玻璃襯底、(Mo層)背電極層、(CIGS)吸收層、(CdS)緩沖層、雙層結(jié)構(gòu)的ZnO窗口層本征ZnO(i. ZnO)層和摻Al低阻透明ZnO(Al ZnO)層、鋁電極。硬質(zhì)鈉鈣玻璃中的Na元素的滲入雖然有利于提高電池的效率，但是過量的Na會致使吸收層在金屬背電極層的界面脫落，影響電池的使用壽命。同時(shí)，硬質(zhì)鈉鈣玻璃為基底的太陽能電池只能采用分批式的工藝制備，成本很高?；诜峙缴a(chǎn)所有工藝也總是會增加成本，因此卷帶式的工藝生產(chǎn)對于降低成本而言是至關(guān)重要的。柔性襯底可以滿足太陽能電池的大面積卷繞生產(chǎn)。相比聚酰亞胺，金屬帶材襯底更能經(jīng)受高質(zhì)量CIGS材料制備所用的高溫度，但是，在吸收層制備過程中金屬襯底的有害元素會擴(kuò)散到吸收層，影響吸收層的成膜質(zhì)量。因此，要在金屬襯底與背電極之間制備一層擴(kuò)散阻擋層是很必要的。在Thin Solid Films 431-432 (2003) 392-397 中由 K. Herz 等人所著"Diffusion barriers forCIGS solar cells on metallic substrates”公開了一種擴(kuò)散阻擋層及其制備方法。文中采用射頻磁控濺射的方法在金屬襯底上制備Al2O3，可以有效的擋基底元素的擴(kuò)散。專利CN 1836338A中采用電子束蒸發(fā)的方法制備Al2O3，同時(shí)還在阻擋層中摻雜了金屬元素Na。專利CN 1875127A中制備ZrO來作為阻擋層。雖然上述阻擋層能很好的阻擋金屬襯底元素的擴(kuò)散，但是在生產(chǎn)中所需儀器成本高，且制備耗時(shí)較長；同時(shí)在電池后續(xù)制備過程中擴(kuò)散阻擋層容易出現(xiàn)脫落、開裂等現(xiàn)象， 導(dǎo)致電池生產(chǎn)成品率降低，進(jìn)而增加成本。電池的背電極，在電池中所起的作用主要有三點(diǎn)1)與吸收層之間形成良好的歐姆接觸，主要有材料的性質(zhì)決定；2)在電池使用起到電流傳導(dǎo)層的作用，由材料的性質(zhì)和膜厚決定；3)連接襯底和電池主體，防止電池開裂、脫落?？v多金屬材料包括Mo、Pt、Au、Al、 Ni、Ag、Cu等被試著用來作背電極材料，但是除了 Mo和Ni能與CIGS吸收層形成較好的歐姆接觸之外，在制備CIGS薄膜的過程中這些金屬都會和CIGS產(chǎn)生不同程度的擴(kuò)散。在高溫下Mo有著比Ni更好的穩(wěn)定性。雖然Mo與CIGS化學(xué)以及CIGS沉積相對高的溫度顯示是兼容的，但是容易在后續(xù)工藝過程中脫落，即與襯底的結(jié)合力較弱。在Thin Solid Films 260 (1995)洸_31 中，由 John H. Scofield 等人所著的 “Sputteredmolybdenum bilayer back contact for copper indium diseIenide-based polycrystalline thin-filmsolar cells”公開了 CIGS太陽能電池背電極Mo層的制備方法。文獻(xiàn)中通過磁控濺射制備雙層Mo來分別滿足電池對背電極的要求較高的附著力和較低的電阻。此法，為現(xiàn)在通用的背電極制備工藝。通過雙層結(jié)構(gòu)來達(dá)到要求，這樣必定增加了 Mo層厚度和濺射時(shí)間，即增加了材料和能量的消耗，帶來了額外的成本。在US00M77088A中描述了用于CIS太陽能電池的多相背電極。專利中采用Cu-Mo 合金作為背電極，該電極能夠同時(shí)提高附著力和導(dǎo)電性能。但是Cu會擴(kuò)散到吸收層，從而改變吸收層中元素的計(jì)量比，影響吸收層的成膜質(zhì)量。Cu的擴(kuò)散量及均勻性難以控制，不利于大面積工業(yè)生產(chǎn)。綜上，現(xiàn)有阻擋層、背電極的制備儀器成本高，耗能大，并且襯底、阻擋層、背電極各層的開裂、脫落問題降低了電池的成品率；絕緣的阻擋層使得在制備電池串聯(lián)模塊時(shí)需要昂貴的精準(zhǔn)刻蝕儀器，且刻蝕工藝的增加同時(shí)增加了電池的次品率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種與太陽能電池背電極相連的柔性金屬襯底。該襯底依次包括金屬基底、導(dǎo)電層、多層擴(kuò)散阻擋層，其各層之間有較強(qiáng)的結(jié)合力，不會出現(xiàn)開裂、脫落等現(xiàn)象。與多層擴(kuò)散阻擋層相連的是背電極。多層擴(kuò)散阻擋層可以有效阻擋襯底有害元素向吸收層的擴(kuò)散，同時(shí)該阻擋層可以和背電極(Mo層)進(jìn)行良好的結(jié)合；導(dǎo)電層的設(shè)計(jì)可以降低對背電極(Mo層)厚度的需求，減少貴金屬M(fèi)o的消耗，同時(shí)降低生產(chǎn)能耗。并且該柔性金屬襯底可以在連續(xù)卷帶式電鍍工藝中低成本高效率生產(chǎn)。本發(fā)明的另一目的是提供上述柔性金屬襯底的制備工藝。一種與太陽能電池背電極相連的柔性金屬襯底，以不銹鋼帶為基底，一側(cè)依次鍍覆導(dǎo)電層、多層擴(kuò)散阻擋層；所述導(dǎo)電層為銅鍍層；所述的多層擴(kuò)散阻擋層依次由至少兩層鎳鍍層和至少兩層鎳鉬合金鍍層構(gòu)成，所述的鎳鍍層與銅鍍層相連；與背電極相連的是鎳鉬合金鍍層。所述的銅鍍層厚度為1-3 μ m。所述的多層擴(kuò)散阻擋層優(yōu)選依次由2-5層鎳鍍層和2-10層鎳鉬合金鍍層構(gòu)成。所述的2 5層鎳鍍層的總厚度為3-6 μ m ；所述的2-10層(優(yōu)選2-5層)鎳鉬合金鍍層的總厚度為1-3 μ m。所述的多層擴(kuò)散阻擋層中的鎳鉬合金鍍層沿鍍層生長方向鉬質(zhì)量含量由10%逐層遞增到80%。本發(fā)明柔性金屬襯底就是在金屬基底一側(cè)依次鍍覆有銅鍍層、2 5層鎳鍍層、 2-10層鎳鉬合金鍍層構(gòu)成。所述的不銹鋼帶，厚度0. 1 0. 3mm,表面粗糙度Ra小于0. 5 μ m。所述的柔性金屬襯底的制備方法，包括下述步驟1)、將不銹鋼帶進(jìn)行鍍前表面預(yù)處理；
2)、將處理后的鋼帶置于鍍槽中，一側(cè)電鍍1 3μπι厚的銅鍍層；3)、在銅鍍層上電鍍至少兩層鎳鍍層；4)、在鎳鍍層之上電鍍至少兩層且隨鍍層生長方向鉬含量逐層遞增的鎳鉬合金鍍層。所述的步驟幻中所述銅鍍層的制備是采用酸性光亮鍍銅；鍍液成分硫酸銅 150 220g/L，濃硫酸50 70g/L，氯離子20 80mg/L，乙二胺四乙酸50 70g/L ；工藝參數(shù)溫度25 :35°C，電流密度2 4A/dm2。所述步驟幻中所述鎳鍍層的制備是在瓦特鍍鎳溶液中，或是在氨基磺酸鹽鍍鎳溶液中直流超聲波電鍍；根據(jù)鎳鍍層的層數(shù)決定進(jìn)行幾次電鍍。所述的瓦特鍍液成分硫酸鎳250 300g/L，氯化鎳30 50g/L，硼酸30 50g/ L ；工藝參數(shù)電流密度3 6A/dm2，pH值3. 4 4. 5，溫度50 60°C，超聲波頻率20 IOOkHz ；所述的氨基磺酸鹽鍍液成分氨基磺酸鎳300 450g/L，氯化鎳0 15g/L，硼酸 30 45g/L ；工藝參數(shù)電流密度2 5A/dm2，pH值3. 5 4. 5，溫度40 60°C，超聲波頻率 20 IOOkHz。所述步驟4)中所述鎳鉬合金鍍層電鍍的鍍液成分焦磷酸鈉160g/L，鉬酸鈉20g/ L,硫酸鎳40g/L，氯化銨20g/L ；工藝參數(shù)電流密度2 20A/dm2，pH值7. 8 9. 3，溫度 20 40°C ；制備時(shí)電流密度由20A/dm2逐漸減小到2A/dm2。本發(fā)明柔性金屬襯底的金屬基底選用不銹鋼帶，厚度為0. 10 0. 30mm,優(yōu)選 0. 10 0. 20mm,以保證良好的柔度和支撐作用。不銹鋼帶具有較強(qiáng)的耐腐蝕性能，可以經(jīng)受電池吸收層制備時(shí)的高溫腐蝕性環(huán)境。因此，在電池制備時(shí)，不需要增加額外的措施或涂層來保護(hù)不銹鋼背面(載有電池主體的另一面)不受到Hje、4S或S蒸汽的腐蝕。背電極不僅要與吸收層形成良好的歐姆接觸，同時(shí)還肩負(fù)著傳導(dǎo)電流的作用，以及與襯底牢固結(jié)合防止電池脫落的任務(wù)。為此，現(xiàn)在背電極Mo層的制備通常通過雙層結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)以上要求，這樣勢必導(dǎo)致Mo層的厚度增加，增加了材料的消耗和生產(chǎn)能耗。Cu是比 Mo相對經(jīng)濟(jì)且導(dǎo)電性更好的金屬，0. 2微米厚的銅可提供如0. 5微米厚的鉬的導(dǎo)電性。本發(fā)明使用銅層來取代鉬層的電流傳導(dǎo)作用，使導(dǎo)流功能和歐姆接觸分離，使背電極Mo層只是承擔(dān)歐姆接觸的作用存在，這將會極大地減少對鉬層厚度的需求。但考慮到在CIGS制備時(shí)的高溫環(huán)境下，銅及基底元素的擴(kuò)散會對吸收層帶來危害。因此需要在導(dǎo)電銅層與背電極Mo層之間插入擴(kuò)散阻擋層。對于擴(kuò)散阻擋層的材料選擇，首先是導(dǎo)體，其次該材料能阻擋銅及基底元素的擴(kuò)散，同時(shí)不能引入新的危害元素。本發(fā)明選用Ni和Ni-Mo合金作為擴(kuò)散阻擋層。Ni與Cu、 狗之間為置換固溶體，形成的固溶體相與基體間界面不分明，達(dá)到原子間的結(jié)合，有利于擴(kuò)散層與基體間的結(jié)合。由于M與Ciui^e原子尺寸相差較小，在擴(kuò)散時(shí)，其之間的擴(kuò)散系數(shù)較小。在電子工業(yè)中，Ni鍍層一直作為Cu/Si或Cu/Sn之間的擴(kuò)散阻擋層，有效地阻擋Cu 向Si或Sn的擴(kuò)散。金屬中的缺陷、孔隙、晶界是擴(kuò)散的快速通道。而單一 Ni鍍層，厚度達(dá)到25微米以上才能達(dá)到無孔。多層結(jié)構(gòu)的鍍層相對單層鍍層，更能有效避免鍍層針孔的存在。在M鍍層中添加擴(kuò)散阻擋元素Mo原子，可以改善M鍍層的結(jié)構(gòu)，增加對Cu原子的擴(kuò)散阻擋作用，降低對M鍍層厚度的需求。隨鍍層中Mo含量的增加，Ni-Mo合金鍍層由晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅艿姆蔷B(tài)結(jié)構(gòu)，鍍層缺陷少、無針孔，且鍍層熱穩(wěn)定性較好。但是，Ni-Mo合金鍍層應(yīng)力較大，鍍層厚度增加時(shí)易出現(xiàn)裂紋。本發(fā)明采用Ni/M-Mo多層結(jié)構(gòu)鍍層作為擴(kuò)散阻擋層，其中M-Mo鍍層為沿鍍層生長的方向Mo的含量由10%增加到80%的梯度多層結(jié)構(gòu)。 多層結(jié)構(gòu)可以有效避免鍍層中針孔的存在，同時(shí)多層結(jié)構(gòu)可以降低鍍層應(yīng)力避免裂紋的出現(xiàn)。相對單層結(jié)構(gòu)，鎳鍍層采用多層結(jié)構(gòu)對于鍍層中出現(xiàn)的針孔、缺陷有更好的防止效果。多層鎳的鍍層可以通過在連續(xù)生產(chǎn)線上增加鍍槽的個(gè)數(shù)來實(shí)現(xiàn)。用未加光亮劑的瓦特鎳鍍液和氨基磺酸鹽鍍鎳溶液，得到的鎳鍍層晶態(tài)為柱狀結(jié)構(gòu)，而在添加光亮劑的瓦特鍍液中得到的鎳鍍層晶態(tài)為塊狀結(jié)構(gòu)。塊狀鎳含有很多微細(xì)的晶體，晶界較多。在低于 700°C溫度下，Cu在M中的擴(kuò)散主要為晶界擴(kuò)散，因此，本發(fā)明采用的未加光亮劑的瓦特鍍鎳溶液或氨基磺酸鹽鍍鎳溶液獲得的柱狀鎳對銅的擴(kuò)散效能比較高。同時(shí)采用超聲波電鍍，可加快氫氣的析出，減少鍍層的孔隙率，降低鍍層的內(nèi)應(yīng)力，避免鍍層出現(xiàn)開裂，使鍍層更為平整、致密。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的用于CIGS薄膜太陽能電池卷繞生產(chǎn)的柔性金屬襯底，各層結(jié)合力高，不會出現(xiàn)開裂、脫落，提高電池生產(chǎn)成品率。制備所需設(shè)備簡單，不需要大型昂貴儀器，材料利用率高，制備時(shí)間短。本發(fā)明能有效地降低電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的材料成本和制造成本。導(dǎo)電的金屬阻擋層使電池的串聯(lián)可以通過電池片之間以疊瓦片的方式實(shí)現(xiàn)，避免了對昂貴的高精度可視設(shè)備的使用，簡化了制備過程，且提高了電池的成品率。本發(fā)明所述的柔性金屬襯底各層之間Ni與i^e、Ni與Cu、Ni與Ni-Mo之間能夠形成牢固的結(jié)合力，不會出現(xiàn)鍍層脫落的問題。且具有高M(jìn)o含量的M-Mo鍍層提高了 Mo與背電極之間的結(jié)合力。同時(shí)Cu層擔(dān)當(dāng)主要的電流傳導(dǎo)層，使Mo層(背電極)只是作為能與吸收層形成良好歐姆接觸的背接觸層。因此，采用本發(fā)明的柔性金屬襯底可以大大降低對Mo層厚度的需求，且本發(fā)明所述的柔性金屬襯底可以在連續(xù)電鍍生產(chǎn)線上低成本生產(chǎn)。 制備所需設(shè)備簡單，不需要大型昂貴儀器，材料利用率高，制備時(shí)間短。本發(fā)明能有效地降低了電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的材料成本和制造成本。


圖1為本發(fā)明柔性金屬襯底橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1-基底，2-銅鍍層，3-鎳鍍層，4-鎳鉬合金鍍層；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1在模擬電池吸收層制備環(huán)境(600°C，30min)退火后，截面元素隨EDS線掃距離分布圖。從圖中可以看到，Ni鍍層沒有完全阻擋Fe、Cr和Cu等擴(kuò)散元素的擴(kuò)散，但經(jīng)過 Ni的擴(kuò)散阻擋作用，擴(kuò)散元素在鍍層中的相對含量迅速降低。最后，由Mo含量逐漸增加的 Ni-Mo合金鍍層完全阻斷擴(kuò)散元素向吸收層方向的擴(kuò)散。同時(shí)從圖中看到，鍍層與基底以及各鍍層之間有一定的相互擴(kuò)散層，保證了鍍層與基底以及各層之間的結(jié)合性能。圖3是在實(shí)施例1樣品鍍層表面濺射背電極Mo層薄膜退火(600°C，30min)后的表面形貌。從圖中可以看到，在本發(fā)明樣品上制備的Mo層薄膜，經(jīng)退火后，晶粒大小均勻排列緊密，沒有出現(xiàn)開裂脫落的現(xiàn)象。這說明，本發(fā)明的柔性金屬襯底與Mo層薄膜之間結(jié)合力高，且熱膨脹系數(shù)與Mo層薄膜相近，所以經(jīng)過熱處理，柔性金屬襯底表面的Mo層薄膜沒有開裂脫落的現(xiàn)象。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例旨在說明本發(fā)明而不是對本發(fā)明的進(jìn)一步限定。實(shí)施例1選用0. 2毫米厚、粗糙度為0. 2微米的不銹鋼帶為基底。對鋼帶進(jìn)行鍍前表面預(yù)處理，即除油、預(yù)鍍鎳處理。除油為高溫化學(xué)除油，氫氧化鈉70g/L，碳酸鈉40g/L，磷酸鈉25g/L，硅酸鈉10g/L，溫度80°C，除油3分鐘。除油完全后， 用蒸餾水將試樣表面沖洗干凈，再放入預(yù)鍍鎳鍍槽中進(jìn)行預(yù)鍍一層鎳以提高結(jié)合力，氯化鎳240g/L，濃鹽酸120ml/L，電流密度3A/dm2，預(yù)鍍1分鐘。將處理之后的鋼帶置入鍍銅鍍槽中，在一側(cè)電鍍2微米厚的銅鍍層。鍍銅條件，硫酸銅180g/L，濃硫酸55g/L，氯離子70mg/L，乙二胺四乙酸55g/L，溫度35°C，電流密度2A/ dm2 ο在銅鍍層之上采用超聲波電鍍的方式在未加光亮劑的瓦特鍍鎳溶液中電鍍4層鎳鍍層，總厚度為3微米。本例中設(shè)置4個(gè)瓦特鎳鍍槽，每個(gè)鍍槽中鍍液相同，鍍液配方硫酸鎳270g/L，氯化鎳45g/L，硼酸40g/L，工藝參數(shù)電流密度4A/dm2，pH值4. 5，溫度55°C， 陽極為純鎳板，超聲波頻率分別為^kHz、50kHz、80kHz、45kHz。在鎳鍍層之上電鍍5層，且隨鍍層生長方向鉬含量呈梯度增加的鎳鉬合金鍍層， 總厚度2. 5微米。制備工藝，焦磷酸鈉160g/L，鉬酸鈉20g/L，硫酸鎳40g/L，氯化銨20g/L， 電流密度2 20A/dm2，pH值8. 0，溫度35°C，惰性陽極。制備中電流密度由20A/dm2逐漸減小到2A/dm2，鍍層中Mo含量由10%增大到80%。在連續(xù)電鍍生產(chǎn)線上，帶材依次經(jīng)過5個(gè)鎳鉬鍍槽，在每個(gè)鍍槽中電流密度依次為20A/dm2、15A/dm2、10A/dm2、5A/dm2、2A/dm2。實(shí)施例2選用厚度為0. 10毫米、粗糙度為0. 3的不銹鋼帶為基底。對鋼帶進(jìn)行鍍前表面預(yù)處理。處理方法與實(shí)施例1相同。將處理之后的鋼帶置入鍍銅鍍槽中，在一側(cè)電鍍1微米厚的銅鍍層。鍍液成分硫酸銅200g/L，濃硫酸60g/L，氯離子45mg/L，乙二胺四乙酸65g/L，溫度30°C，電流密度4A/ dm2 ο在銅鍍層之上采用超聲波電鍍的方式在未加光亮劑的瓦特鍍鎳溶液中電鍍總厚度6微米的多層鎳鍍層。在連續(xù)電鍍生產(chǎn)線上，通過增加鎳鍍槽的個(gè)數(shù)來獲得多層結(jié)構(gòu)的鎳鍍層。本例中設(shè)置5個(gè)瓦特鎳鍍槽，每個(gè)鍍槽中鍍液相同，只是改變超聲波的頻率。鍍液配方硫酸鎳250g/L，氯化鎳40g/L，硼酸45g/L，電流密度3A/dm2，pH值4. 5，溫度50°C，陽極為純鎳板，超聲波頻率沿走帶方向依次為^kHz、45kHz、IOOkHz、50kHz、80kHz。在鎳鍍層之上電鍍3層，且隨鍍層生長方向鉬含量呈梯度增加的鎳鉬合金鍍層； 總厚度1微米。制備工藝，焦磷酸鈉160g/L，鉬酸鈉20g/L，硫酸鎳40g/L，氯化銨20g/L，電流密度2 20A/dm2，pH值8. 0，溫度35°C，惰性陽極。制備中電流密度由18A/dm2逐漸減小到3A/dm2，鍍層中Mo含量由15%增大到70%。在連續(xù)電鍍生產(chǎn)線上，帶材依次經(jīng)過3個(gè)鎳鉬鍍槽，在每個(gè)鍍槽中電流密度依次為18A/dm2、10A/dm2、3A/dm2。
實(shí)施例3選用厚度為0. 10毫米、粗糙度為0. 2的不銹鋼帶為基底。對鋼帶進(jìn)行鍍前表面預(yù)處理。方法與實(shí)施例1相同。將處理之后的鋼帶置入鍍銅鍍槽中，在一側(cè)電鍍3微米厚的銅鍍層。鍍銅條件，硫酸銅200g/L，濃硫酸65g/L，氯離子50mg/L，乙二胺四乙酸60g/L，溫度30°C，電流密度3A/ dm2 ο在銅鍍層之上電鍍2層鎳鍍層，總厚度3微米。鎳鍍層是在氨基磺酸鎳鍍液中制備。本例中設(shè)置3個(gè)鍍槽，每個(gè)鍍槽中鍍液相同，鍍液配方氨基磺酸鎳380g/L，氯化鎳IOg/ L,硼酸40g/L，工藝參數(shù)電流密度4A/dm2，pH值4. 0，溫度55°C，陽極為純鎳板，超聲波頻率 28kHz、IOOkHz、45kHz。在鎳鍍層之上電鍍8層，且隨鍍層生長方向鉬含量呈梯度增加的鎳鉬合金鍍層； 總厚度3微米。制備工藝，焦磷酸鈉160g/L，鉬酸鈉20g/L，硫酸鎳40g/L，氯化銨20g/L，電流密度2 20A/dm2，pH值8. 0，溫度35°C，惰性陽極。制備中電流密度由20A/dm2逐漸減小到2A/dm2，鍍層中Mo含量由10%增大到80%。在連續(xù)電鍍生產(chǎn)線上，帶材依次經(jīng)過8個(gè)鎳鉬鍍槽，在每個(gè)鍍槽中電流密度依次為20A/dm2、15A/dm2、12A/dm2、10A/dm2、8A/dm2、5A/dm2、 3A/dm2、2A/dm2。
權(quán)利要求
1.一種與太陽能電池背電極相連的柔性金屬襯底，其特征在于所述的柔性金屬襯底以不銹鋼帶為基底，一側(cè)依次鍍覆導(dǎo)電層、多層擴(kuò)散阻擋層；所述導(dǎo)電層為銅鍍層；所述的多層擴(kuò)散阻擋層依次由至少兩層鎳鍍層和至少兩層鎳鉬合金鍍層構(gòu)成，所述的鎳鍍層與銅鍍層相連；與背電極相連的是鎳鉬合金鍍層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性金屬襯底，其特征在于，所述的銅鍍層厚度為1-3μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性金屬襯底，其特征在于，所述的多層擴(kuò)散阻擋層依次由 2-5層鎳鍍層和2-10層鎳鉬合金鍍層構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性金屬襯底，其特征在于，所述的2 5層鎳鍍層的總厚度為3-6 μ m ；所述的2-10層鎳鉬合金鍍層的總厚度為1-3 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所述的柔性金屬襯底，其特征在于所述的多層擴(kuò)散阻擋層中的鎳鉬合金鍍層沿鍍層生長方向鉬質(zhì)量含量由10%逐層遞增到80%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性金屬襯底，其特征在于所述的不銹鋼帶，厚度0.1 0. 3mm,表面粗糙度Ra小于0. 5 μ m。
7.權(quán)利要求1所述的柔性金屬襯底的制備方法，其特征在于，包括下述步驟1)、將不銹鋼帶進(jìn)行鍍前表面預(yù)處理；2)、將處理后的鋼帶置于鍍槽中，一側(cè)電鍍1 3μ m厚的銅鍍層；3)、在銅鍍層上電鍍至少兩層鎳鍍層；4)、在鎳鍍層之上電鍍至少兩層且隨鍍層生長方向鉬含量逐層遞增的鎳鉬合金鍍層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的步驟2)中所述銅鍍層的制備是采用酸性光亮鍍銅；鍍液成分硫酸銅150 220g/L，濃硫酸50 70g/L，氯離子20 80mg/L，乙二胺四乙酸50 70g/L ；工藝參數(shù)溫度25 35°C，電流密度2 4A/dm2。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟3)中所述鎳鍍層的制備是在瓦特鍍鎳溶液中，或是在氨基磺酸鹽鍍鎳溶液中直流超聲波電鍍；所述的瓦特鍍液成分硫酸鎳250 300g/L，氯化鎳30 50g/L，硼酸30 50g/L ；工藝參數(shù)電流密度3 6A/dm2，pH值3. 4 4. 5，溫度50 60°C，超聲波頻率20 IOOkHz ；所述的氨基磺酸鹽鍍液成分氨基磺酸鎳300 450g/L，氯化鎳0 15g/L，硼酸30 45g/L ；工藝參數(shù)電流密度2 5A/dm2，pH值3. 5 4. 5，溫度40 60°C，超聲波頻率20 IOOkHz。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟4)中所述鎳鉬合金鍍層電鍍的鍍液成分焦磷酸鈉160g/L，鉬酸鈉20g/L，硫酸鎳40g/L，氯化銨20g/L ；工藝參數(shù)電流密度2 20A/dm2，pH值7. 8 9. 3，溫度20 40 0C ；制備時(shí)電流密度由20A/dm2逐漸減小到2A/dm2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種與太陽能電池背電極相連的柔性金屬襯底及其制備方法。本發(fā)明襯底的結(jié)構(gòu)為不銹鋼帶/銅/鎳/鎳鉬合金。鎳與鎳鉬合金鍍層作為擴(kuò)散阻擋層，均為多層結(jié)構(gòu)鍍層，且擴(kuò)散阻擋層中的鎳鉬合金鍍層沿鍍層生長方向鉬質(zhì)量含量由10％逐層遞增到80％。有效阻擋了銅及鋼帶中Fe元素的擴(kuò)散，同時(shí)沒有引入新的危害元素，且具有高M(jìn)o含量的鎳鉬合金提高了襯底與背電極(Mo層)的結(jié)合力。同時(shí)Cu層擔(dān)當(dāng)主要的電流傳導(dǎo)層，使Mo層只是作為能與吸收層形成良好歐姆接觸的背接觸層。因此，采用本發(fā)明作為CIGS太陽能電池的襯底可以大大降低對Mo層厚度的需求，且本發(fā)明所述的柔性金屬襯底可以在連續(xù)電鍍生產(chǎn)線上低成本高效率生產(chǎn)。
文檔編號H01L31/02GK102201456SQ20111007878
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者劉曉銣, 向奎, 向陽, 尹業(yè)文, 潘俊安, 郭立波 申請人:株洲永盛電池材料有限公司