不銹鋼襯底柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池阻擋層制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于銅銦鎵砸薄膜太陽電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種不銹鋼襯底柔性銅銦鎵砸薄膜電池絕緣阻擋層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]柔性銅銦鎵砸(CIGS)薄膜太陽電池是根據(jù)光伏市場的實(shí)際需要而逐步發(fā)展起來的一種太陽能電池，其結(jié)構(gòu)與玻璃襯底CIGS太陽電池結(jié)構(gòu)基本相同。柔性CIGS薄膜電池材質(zhì)柔軟可彎曲，可以裝配于各種曲面，實(shí)現(xiàn)各種新穎應(yīng)用;可裁剪，尺寸可變，同時具有較高的重量比功率，非常適合用于航空航天等特殊領(lǐng)域，幾乎可以涵蓋一切需要電能的場合。
[0003]典型的柔性CIGS太陽能電池結(jié)構(gòu)包括柔性襯底，阻擋層，背電極Mo，CIGS光吸收層，CdS緩沖層，1-ZnO窗口層和ZnO: Al透明導(dǎo)電層，最后制備柵極電極并在上面再覆蓋一層減反射層。作為CIGS太陽能電池的柔性襯底材料通常需要滿足以下基本條件:熱穩(wěn)定性好，能承受制備吸收層時的高溫環(huán)境，同時要有與電池的吸收層材料相近的熱膨脹系數(shù)，化學(xué)性能穩(wěn)定性好，制備吸收層時，不與Se反應(yīng)，在化學(xué)水浴法(CBD)制備CdS時不會分解，真空中加熱時不放氣等特性。不銹鋼材料是作為CIGS薄膜電池柔性襯底的最佳選擇之一，也是一種常用的柔性襯底。
[0004]然而，在采用不銹鋼襯底制備柔性CIGS薄膜電池的過程中，襯底中的有害元素(如Fe、Cr等)會擴(kuò)散至CIGS吸收層內(nèi)，降低電池的光電轉(zhuǎn)換性能。為了阻止襯底中的有害元素?cái)U(kuò)散至吸收層中，在沉積Mo背電極之前需先沉積一層阻擋層，起到阻止有害元素的擴(kuò)散的作用。但是，當(dāng)采用刻劃技術(shù)形成子電池內(nèi)聯(lián)方式制備柔性電池組件時，不僅需要該阻擋層具有阻擋有害元素?cái)U(kuò)散的作用，而且還應(yīng)具備電絕緣性能以防止子電池之間短路造成組件性能惡化。
[0005]目前普遍使用的阻擋層主要有金屬材料(如Cr、WTi合金等)以及一些化合物材料(如Al203、Si0x、Si3N4、Zn0等)。金屬材料阻擋層雖然可以有效阻止Fe等雜質(zhì)元素的擴(kuò)散，但金屬材料阻擋層不具備電絕緣性能，不能防止子電池之間短路。通常，化合物材料阻擋層采用溶膠凝膠或PECVD方法制備。雖然化合物材料阻擋層具備電絕緣性能，但是采用溶膠凝膠法制備的化合物薄膜在歷經(jīng)制備吸收層的高溫階段后易出現(xiàn)開裂脫膜，絕緣性變差等問題；采用PECVD方法制備化合物薄膜時沉積速率較低，不利于工業(yè)化生產(chǎn)(Kessled F，Rudmann D.Technological aspects of flexible CIGS solar cells and modules[J].Solar Energy,2004,77:685-695)0

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種不銹鋼襯底柔性CIGS薄膜太陽能電池絕緣阻擋層的制備方法。本發(fā)明采用磁控濺射法制備一層或多層化合物薄膜材料，并且還可以與金屬薄膜形成疊層結(jié)構(gòu)，作為不銹鋼襯底柔性銅銦鎵砸薄膜電池的絕緣阻擋層，既可以有效阻擋襯底中雜質(zhì)元素向吸收層的擴(kuò)散，又可以有效起到電絕緣作用，防止子電池之間短路，并且在制備吸收層的高溫階段不易開裂掉膜，薄膜均勻性好，沉積速率快，適用工業(yè)化生產(chǎn)。
[0007]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種不銹鋼襯底柔性銅銦鎵砸薄膜太陽電池絕緣阻擋層的制備方法，其特征在于，采用磁控濺射法在不銹鋼襯底柔性襯底上制備一層或多層絕緣化合物薄膜作為阻擋層。
[0009]本發(fā)明還進(jìn)一步包括以下優(yōu)選方案:
[0010]所述一層化合物薄膜材質(zhì)為Si02、Al203、Ti02、Zn0、Si3N4或TiN等；
[0011]所述多層化合物復(fù)合薄膜為Si02、Al203、Ti02、Zn0、Si3N4以及TiN中兩種或多種化合物薄膜的疊層，或?yàn)镾i02、Al203、Ti02、Zn0、Si3N4或TiN—種或多種化合物薄膜與金屬薄膜的疊層結(jié)構(gòu)。
[0012]在不銹鋼襯底上先沉積化合物薄膜，然后再沉積金屬薄膜，即形成不銹鋼襯底/一種或多種化合物薄膜/金屬薄膜/Mo背電極層的結(jié)構(gòu)形式。
[0013]金屬薄膜的材質(zhì)為鉻、鋁、鈦、鉻鎳合金、鎢鈦合金等。
[0014]所述化合物薄膜采用反應(yīng)磁控濺射方法制備，濺射時的本底真空度<1.0X 10一2Pa,功率密度為0.1?20W/cm2，工作氣壓為0.1?1Pa，不銹鋼襯底溫度為20?300°C，濺射時間為5?180min，派射革El材材質(zhì)為娃、招、鈦、鋅等金屬材料，派射時通入02+Ar或N2+Ar混合氣體。
[0015]所述絕緣阻擋層的總厚度為0.05?3μπι。本發(fā)明所述的絕緣阻擋層不僅工藝簡單、易于控制、成本低廉、生產(chǎn)效率高，而且可以顯著提高銅銦鎵砸吸收層的電學(xué)性能，對于改善柔性襯底CIGS薄膜電池的均勻性和光電轉(zhuǎn)換效率有明顯效果。
【附圖說明】
[0016]圖1為采用本發(fā)明絕緣阻擋層的CIGS薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]其中，1-柔性不銹鋼襯底，2-雙層復(fù)合薄膜阻擋層，3-Mo薄膜層。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)介紹，但本發(fā)明絕非限于實(shí)施例。
[0019]實(shí)施例1:
[0020]將柔性不銹鋼箔襯底清洗干凈后放入磁控濺射機(jī)中。濺射靶材為Zn、工作氣體采用O2，本底真空為3.0E-3Pa，工作氣壓為2Pa，濺射功率密度為0.02ff/cm2，濺射時間為1min，制備0.Ιμπι的氧化鋅薄膜層;然后在氧化鋅薄膜上制備金屬鈦薄膜，待真空度為3.0E-3Pa之后，通入純Ar，工作氣壓為3Pa，濺射功率密度為6W/cm2，靶基距為60mm，濺射時間為50min，制備0.5μπι金屬Ti薄膜，形成ZnO/Ti復(fù)合薄膜作為絕緣阻擋層，總厚度為0.6μπι。
[0021]在所制備的阻擋層表面制備背電極鉬層和吸收層CIGS，然后依次制備硫化鎘層，本征氧化鋅層和摻鋁氧化鋅層，鎳鋁柵電極，制成柔性的CIGS薄膜太陽能電池器件。
[0022]實(shí)施例2:
[0023]將柔性不銹鋼箔襯底清洗干凈后放入磁控濺射機(jī)中。工作氣體采用02+Ν2，本底真空為3.0E-3Pa，工作氣壓為0.3Pa，濺射功率密度為4W/cm2，靶基距為60mm，濺射時間為20min，制備0.3μπι的氮氧化鈦薄膜;待真空度為3.0E_3Pa之后，通入純Ar，工作氣壓為3Pa，濺射功率密度為6W/cm2，靶基距為60mm，濺射時間為20min，制備0.2μπι金屬Ti薄膜，形成T1N/Ti復(fù)合薄膜作為絕緣阻擋層，總厚度為0.5μπι。
[0024]在所制備的阻擋層表面制備背電極鉬層和吸收層CIGS，然后依次制備硫化鎘層，本征氧化鋅層和摻鋁氧化鋅層，鎳鋁柵電極，制成柔性的CIGS薄膜太陽能電池。
[0025]實(shí)施例3:
[0026]將柔性不銹鋼箔襯底清洗干凈后放入磁控濺射機(jī)中。濺射靶材材質(zhì)為Al、工作氣體采用I: I的氬氧混合氣，本底真空為3.0E-3Pa，工作氣壓為0.4Pa，濺射功率密度為6W/cm2，革E基距為60mm，派射時間為20m i η，制備0.3μηι的A12 03薄膜絕緣阻擋層。
[0027]在所制備的阻擋層表面制備背電極鉬層和吸收層CIGS，然后依次制備硫化鎘層，本征氧化鋅層和摻鋁氧化鋅層，鎳鋁柵電極，制成柔性的CIGS薄膜太陽能電池。
[0028]實(shí)施例4:
[0029]將柔性不銹鋼箔襯底清洗干凈后放入磁控濺射機(jī)中。濺射靶材材質(zhì)為S1、工作氣體采用氧氣，本底真空為3.0E-3Pa，工作氣壓為2Pa，濺射功率密度為2W/cm2，靶基距為60mm，派射時間為20min，制備0.4μηι的Si02薄膜絕緣阻擋層。
[0030]在所制備的阻擋層表面制備背電極鉬層和吸收層CIGS，然后依次制備硫化鎘層，本征氧化鋅層和摻鋁氧化鋅層，鎳鋁柵電極，制成柔性的CIGS薄膜太陽能電池。
[0031]以上所述僅為用以解釋本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非企圖據(jù)以對本發(fā)明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的創(chuàng)作精神下所作有關(guān)本發(fā)明的任何修飾或變更，皆仍應(yīng)包括在本發(fā)明意圖保護(hù)的范疇。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種不銹鋼襯底柔性銅銦鎵砸薄膜太陽電池絕緣阻擋層的制備方法，其特征在于: 采用磁控濺射法在柔性襯底上制備一層或多層化合物復(fù)合薄膜作為絕緣阻擋層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼襯底柔性銅銦鎵砸薄膜太陽電池絕緣阻擋層的制備方法，其特征在于: 所述一層化合物薄膜材質(zhì)為Si02、A1203、Ti02、Zn0、Si3N4或TiN等； 所述多層化合物復(fù)合薄膜為Si02、Al203、Ti02、Zn0、Si3N4以及TiN中兩種或多種化合物薄膜的疊層，或?yàn)镾i02、Al203、Ti02、Zn0、Si3N4或TiN—種或多種化合物薄膜與金屬薄膜的疊層結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的不銹鋼襯底柔性銅銦鎵砸薄膜太陽電池絕緣阻擋層的制備方法，其特征在于: 在不銹鋼襯底上先沉積化合物薄膜，然后再沉積金屬薄膜，即形成不銹鋼襯底/ 一種或多種化合物薄膜/金屬薄膜/Mo背電極層的結(jié)構(gòu)形式。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的不銹鋼襯底柔性銅銦鎵砸薄膜太陽電池絕緣阻擋層的制備方法，其特征在于: 金屬薄膜的材質(zhì)為鉻、鋁、鈦、鉻鎳合金、鎢鈦合金等。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼襯底柔性銅銦鎵砸薄膜太陽電池絕緣阻擋層的制備方法，其特征在于: 所述化合物薄膜采用反應(yīng)磁控濺射方法制備，濺射時的本底真空度< 1.0 X 10—2Pa，功率密度為0.1?20W/cm2，工作氣壓為0.1?1Pa，不銹鋼襯底溫度為20?300°C，濺射時間為5?180min，派射革E材材質(zhì)為娃、招、鈦、鋅等金屬材料，派射時通入02+Ar或N2+Ar混合氣體。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼襯底柔性銅銦鎵砸薄膜太陽電池絕緣阻擋層的制備方法，其特征在于: 所述絕緣阻擋層的總厚度為0.05?3μπι。
【專利摘要】一種不銹鋼襯底柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池絕緣阻擋層制備方法。所述柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)包括不銹鋼襯底、阻擋層、背電極、吸收層、緩沖層、窗口層、頂電極和減反射層。其特點(diǎn)在于在可彎曲的柔性不銹鋼襯底上通過磁控濺射方法制備一層或多層絕緣化合物薄膜作為阻擋層。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，一方面可以有效阻擋襯底材料中的某些雜質(zhì)元素對銅銦鎵硒吸收層的影響，另一方面可以在背電極與柔性襯底之間形成絕緣層，阻礙電流導(dǎo)通。本發(fā)明所述的絕緣阻擋層不僅工藝簡單、易于控制、成本低廉、生產(chǎn)效率高，而且可以顯著提高銅銦鎵硒吸收層的電學(xué)性能，對于改善柔性襯底CIGS薄膜電池的均勻性和光電轉(zhuǎn)換效率有明顯效果。
【IPC分類】H01L31/0216, H01L31/18
【公開號】CN105449010
【申請?zhí)枴緾N201510794472
【發(fā)明人】張寧, 余新平, 張偉, 孫哲
【申請人】北京四方創(chuàng)能光電科技有限公司, 北京四方繼保自動化股份有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月18日