層壓板和包含其的薄膜太陽能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種層壓板（laminate)和一種包含其的薄膜太陽能電池。更具體而 言，本發(fā)明涉及一種聚酰亞胺層壓板，其可在至少550°C的高溫下加工且可由于其優(yōu)異的耐 久性和阻隔特性而用于制造具有高柔性和改進的能量轉(zhuǎn)換效率的薄膜太陽能電池，以及一 種包含該層壓板的薄膜太陽能電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 使用銅銦硒（CIS)或銅銦鎵硒（CIGS)類化合物半導(dǎo)體作為用于光吸收層的材料 的薄膜太陽能電池具有高的光電轉(zhuǎn)換效率。與其他類型的太陽能電池相比，薄膜太陽能電 池的優(yōu)點在于光吸收層可成型為厚度為約數(shù)百納米至幾微米的薄膜，這大大減少了材料的 用量。薄膜太陽能電池由于具有低制造成本的優(yōu)點而受到關(guān)注。
[0003] 常規(guī)薄膜太陽能電池具有如下結(jié)構(gòu)：其中金屬電極、光吸收層和透明電極依次層 壓到基板上。大多數(shù)常規(guī)薄膜太陽能電池使用鈉鈣玻璃基板。隨著最近對柔性薄膜太陽能 電池的需求增加，柔性膜已用作基板。與使用玻璃基板的常規(guī)薄膜太陽能電池相比，使用柔 性膜作為基板的薄膜太陽能電池由于其柔性高且重量輕而具有廣泛的應(yīng)用并可通過卷對 卷加工（roll-to-roll processing)制備，所述卷對卷制程適于大規(guī)模制備。
[0004] 最近幾年，大量的研究工作集中于開發(fā)聚酰亞胺作為用于形成柔性膜的材料上。 聚酰亞胺具有優(yōu)異的機械特性、耐熱性、耐化學(xué)性、電絕緣性能。由于這些優(yōu)點，聚酰亞胺可 廣泛地用于電子器件和光波導(dǎo)的各種膜中，如半導(dǎo)體的層間絕緣膜、緩沖涂層、柔性印刷電 路板和液晶取向月吳。
[0005] 然而，使用聚酰亞胺基板的薄膜太陽能電池與使用玻璃基板的薄膜太陽能電池相 比具有更低的能量轉(zhuǎn)換效率且需要在至少450°C的高溫下進行烘烤以防止在光吸收層中形 成缺陷。然而，由于聚酰亞胺的烘干溫度（bake-out temperature)為約45(TC，難以將聚酰 亞胺基板加熱至450°C或以上。當聚酰亞胺基板在500°C或以上的高溫下進行烘烤以制備 薄膜太陽能電池時，其具有翹曲或機械特性差的問題，且電極或光吸收層易于破裂。
[0006] 已提出許多方法以解決在使用聚酰亞胺膜作為基板材料的薄膜太陽能電池的制 備中所遇到的問題。這些方法與將阻擋膜附著至聚酰亞胺膜的背面和使用金屬作為基板材 料有關(guān)。另一種方法是使用具有改善的線膨脹系數(shù)和斷裂拉伸強度的聚酰亞胺膜作為基板 以便滿足柔性基板的要求，如高透明度、低熱膨脹以及高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
[0007] 然而，尚未開發(fā)出具有足以經(jīng)受高溫烘烤的非常高的耐熱性和良好的尺寸穩(wěn)定性 的聚酰亞胺膜。與在聚酰亞胺膜的背面形成阻擋層有關(guān)的方法具有的問題是聚酰亞胺膜在 高溫烘烤時趨于彎曲或切破。盡管與使用金屬基層作為薄膜太陽能電池的基板有關(guān)的方法 的優(yōu)點在于金屬基層可在太陽能電池的制備過程中在500°C或以上的高溫下進行加工，因 此抑制了光吸收層中的缺陷的形成，但是，由于金屬基層的高表面粗糙度和金屬中雜質(zhì)的 存在，其具有的問題是太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率變差、難以進行整體加工且不可避免地 需要用于形成阻擋膜的工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的一個目的是提供一種層壓板，其可在至少550°C的高溫下進行加工且可 由于其優(yōu)異的耐久性和阻隔特性而用于制備具有高柔性和改善的能量轉(zhuǎn)換效率的薄膜太 陽能電池，和一種用于制備該層壓板的方法。
[0009] 本發(fā)明的另一個目的是提供一種包含該層壓板的薄膜太陽能電池，所述薄膜太陽 能電池顯示出高柔性和改善的能量轉(zhuǎn)換效率。
[0010] 本發(fā)明的一個方面的層壓板具有包含聚酰亞胺層和置于聚酰亞胺層的一個表面 上的堿金屬摻雜層的結(jié)構(gòu)。
[0011] 該層壓板還可包含金屬基層，其中聚酰亞胺層置于該金屬基層的一個表面上。
[0012] 該金屬基層可包含銅、錯、鈦、鎳或不銹鋼（steel use stainless, SUS)。
[0013] 該金屬基層可具有IOOnm至100 μ m的厚度。
[0014] 堿金屬可選自鋰、鈉、鉀、銣和銫。
[0015] 堿金屬的摻雜量可為0. 01至5重量％，基于聚酰亞胺膜層的總重量計。
[0016] 聚酰亞胺可通過將四羧酸二酐與二胺聚合以制備聚酰胺酸并酰亞胺化聚酰胺酸 而制備。
[0017] 該聚酰亞胺膜層可具有1至60 μ m的厚度。
[0018] 該層壓板可在100至500°C的溫度范圍內(nèi)具有15ppm/°C或更小的熱膨脹系數(shù)。
[0019] 該層壓板可具有至少550°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
[0020] 該層壓板還可包含置于聚酰亞胺膜層上的金屬電極層。
[0021] 包含金屬電極層的層壓板可具有至少600°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的其他方面，提供了一種用于制備層壓板的方法，其包括：形成聚酰亞 胺層；和在聚酰亞胺層的一個表面上形成包含堿金屬源的涂層，然后進行烘烤以形成堿金 屬摻雜層。
[0023] 聚酰亞胺層可形成于金屬基層的一個表面上。
[0024] 聚酰亞胺層可通過以下步驟而形成：將四羧酸二酐與二胺聚合以制備聚酰胺酸， 在金屬基層的一個表面上燒鑄包含聚酰胺酸的聚酰亞胺清漆（polyimide varnish),并酰 亞胺化聚酰胺酸，或使聚酰亞胺清漆酰亞胺化以形成聚酰亞胺膜并在金屬基層上層壓聚酰 亞胺膜。
[0025] 堿金屬源可為選自鋰、鈉、鉀、銣和銫的堿金屬，或包含堿金屬的化合物。
[0026] 烘烤可通過在80至15CTC下的軟烘烤法（soft-baking process)和在150至 500°C下的硬供烤法（hard-baking process)進行。
[0027] 該涂層可通過涂覆包含堿金屬源和乙二醇類有機溶劑的堿金屬摻雜溶液而形成。
[0028] 堿金屬摻雜溶液還可包含至少一種選自丙二醇單甲醚乙酸酯（PGMEA)、乙酸丁酯、 乳酸乙酯和乳酸丁酯的溶劑。
[0029] 該方法還可包括在堿金屬摻雜層上形成金屬電極層。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種包含該層壓板的薄膜太陽能電池。
[0031] 該薄膜太陽能電池可包含金屬基層、置于金屬基層的一個表面上的聚酰亞胺層、 置于聚酰亞胺層上的堿金屬摻雜層、置于堿金屬摻雜層上的金屬電極層、置于金屬電極層 上且包含化合物半導(dǎo)體的光吸收層以及置于光吸收層上的透明電極層。
[0032] 該金屬電極層可包含鑰（Mo)、鋁（Al)，銀（Ag)、金（Au)，鉬（Pt)、鎳（Ni)或銅 (Cu)。
[0033] 該金屬電極層可具有IOOnm至1 μ m的厚度。
[0034] 該化合物半導(dǎo)體可具有其中晶體優(yōu)選在（200)方向上取向的結(jié)構(gòu)。
[0035] 本發(fā)明的其他實施方案的詳情包含在以下描述中。
[0036] 本發(fā)明的層壓板可在至少550°C的高溫下進行加工且可由于其優(yōu)異的耐久性和阻 隔特性而用于制備具有高柔性和改善的能量轉(zhuǎn)換效率的薄膜太陽能電池。
[0037] 此外，層壓板（其可在至少550°C的高溫下進行加工）的使用消除了對形成阻擋膜 的工藝的需求且能夠通過整體法（monolithic process)制備薄膜太陽能電池。
【附圖說明】
[0038] 圖1為示意性地顯示本發(fā)明的一個實施方案的薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)的橫截面 視圖。
[0039] 圖2為顯示實施例1中制備的層壓板和對比實施例1中制備的聚酰亞胺膜的熱機 械分析（TM)的結(jié)果的圖。
[0040] 圖3為顯示實施例2的步驟1中制備的層壓板、對比實施例1中制備的聚酰亞胺 膜和對比實施例2中制備的聚酰亞胺膜-鑰金屬電極層層壓板的熱機械分析（TM)的結(jié)果 的圖。
[0041] 圖4為實施例2中制備的薄膜太陽能電池的照片。
[0042] 圖5a為顯示實施例2中制備的薄膜太陽能電池的橫截面的場發(fā)射掃描電子顯微 鏡（FE-SEM)圖像，而圖5b為顯示該薄膜太陽能電池的最上層的表面的FE-SEM圖像。
[0043] 圖6a為顯示對比實施例3中制備的薄膜太陽能電池的橫截面的FE-SEM圖像，而 圖6b為顯示該薄膜太陽能電池的最上層的表面的FE-SEM圖像。
[0044] 圖7為顯示實施例2中制備的薄膜太陽能電池的電流-電壓特性的圖。
[0045] 圖8為顯示對比實施例3中制備的薄膜太陽能電池的電流-電壓特性的圖。
[0046] 圖9為顯示實施例1中的一部分通過施用并硬烘烤的堿金屬摻雜溶液而形成的堿 金屬摻雜層的SEM/EDX的結(jié)果的圖像。
[0047] 圖10至12分別為在激光照射之后在實施例2和3以及對比實施例2中通過Mo 層沉積而形成的鑰（Mo)/聚酰亞胺層的光學(xué)顯微鏡（OM)圖像。
【具體實施方式】
[0048] 由于本發(fā)明允許有各種變化和多種實施方案，具體實施方案將在附圖中闡明并在 書面說明書中詳細描述。然而，其并不旨在將本發(fā)明限定于具體的實施方式中，而應(yīng)理解所 有不偏離本發(fā)明的實質(zhì)和技術(shù)范圍的變型、等價物和替代物都包含在本發(fā)明中。在本發(fā)明 的說明書中，當認為相關(guān)技術(shù)可不必要地使本發(fā)明的本質(zhì)模糊時，則省略相關(guān)技術(shù)的詳細 解釋。
[0049] 應(yīng)理解，當一個元件（如層、膜（membrane)、薄膜（film)或基）板被稱為在另一個 元件"上面（above) "或"上（on)"時，其可直接在另一個元件上或還可存