一種柔性cigs薄膜太陽能電池阻擋層的製備方法
2023-08-10 07:24:11
一種柔性cigs薄膜太陽能電池阻擋層的製備方法
【專利摘要】本發明主要涉及銅銦鎵硒(CIGS)柔性薄膜太陽能電池阻擋層薄膜的一種製備方法。本發明的特點在於採用柔性金屬材料作為電池的基底材料，為了防止基底中有害元素的擴散造成電池性能的降低，採用磁控濺射的方法製備鎢鈦合金阻擋層。此擴散阻擋層的材料和製備工藝成本較低，對於降低生產成本有重要的意義，而且可顯著提高背電極和光伏吸收層的結晶質量，提升電池的光學性能。
【專利說明】-種柔性CIGS薄膜太陽能電池阻擋層的製備方法 一、
【技術領域】
[0001] 本發明屬於銅銦鎵硒薄膜太陽電池【技術領域】，尤其涉及一種柔性襯底上阻擋層的 製備方法。 二、
【背景技術】
[0002] 能源危機和環境汙染是當今全球所面臨的兩大基本問題。太陽能因其覆蓋面積 廣，取之不盡的優良特性，使之成為解決能源危機的一種重要途徑。CIGS薄膜太陽能電池因 為其材料光學帶隙可調、抗輻射能力強、電池性能穩定、弱光性好等優點，使之成為薄膜太 陽能電池中最有發展前景的光伏材料之一。
[0003] 柔性襯底的CIGS薄膜太陽能電池以可繞曲的金屬箔或者聚合物箔為襯底。其在 空間應用是比較理想的光伏器件，CIGS柔性薄膜電池不僅重量比功率高，而且可彎曲摺疊， 不怕碰摔，可以應用在很多特殊的場合，包括屋頂、衣服上、汽車頂以及航空航天領域等等， 具有廣闊的應用範圍和市場空間。
[0004] 目前，柔性的CIGS薄膜太陽能電池多以聚合物箔和金屬箔為襯底，相對於聚合物 箔襯底，金屬箔襯底價格較低，可以降低電池的成本，而且，高效率的器件吸收層需要更高 的製備溫度，金屬箔襯底耐高溫性能較好，在600°C以上也還具有比較好的機械穩定性和熱 穩定性，而聚合物箔襯底的軟化溫度低於500°C。
[0005] 但是在高溫製備CIGS薄膜的過程中，金屬箔襯底中的有害元素（Fe等）會擴散至 CIGS吸收層內，降低電池的光電轉換性能。為了阻止襯底中的有害元素擴散至吸收層中，在 沉積Mo背電極之前先沉積一層阻擋層，此阻擋層可以有效阻止有害元素的擴散，提升柔性 電池的光電性能。
[0006] 目前普遍使用的雜質阻擋層有Cr、A1203、SiO x、Si3N4、ZnO等材料，據報導Cr阻擋 層可以有效阻止Fe等雜質元素的擴散，但Cr元素也會擴散到吸收層中，對電池性能的提 升並沒有起到有效的作用。A1 203、SiOx、Si3N4、ZnO等阻擋層在電池的製備過程和使用過 程中會出現開裂脫離的問題，從而降低的電池的成品率和使用壽命（Kessled F，Rudmann D.Technological aspects of flexible CIGS solar cells and modules[J]. Solar Energy，2004, 77:685-695)。本發明採用鎢鈦合金層作為柔性襯底和背電極之間的擴散阻 擋層。 三、
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在於提供一種柔性CIGS薄膜太陽能電池中擴散阻擋層的製備方 法，採用本發明提供的阻擋層材料和製備方法可以提高柔性CIGS薄膜太陽能電池的光電 轉換性能，降低製造成本，提高大面積薄膜製備的穩定性。
[0008] 本發明是通過如下技術方案實現的：
[0009] 所述的柔性CIGS薄膜太陽能電池阻擋層的製備方法，是在柔性襯底上採用磁控 溉射方法製備一層鶴鈦合金阻擋層。
[0010] 所述的柔性襯底為不鏽鋼、銅、鋁、鎳等金屬襯底。
[0011] 所述的磁控濺射法選用的靶材為市售鎢鈦合金靶，純度為3N。
[0012] 所述的磁控濺射法中基片與靶材的距離為50-200mm。
[0013] 所述的磁控濺射法中的工作氣體為純度為4N的純氬氣、純氮氣、純氧氣或者其中 兩種或兩種以上的混合氣體。
[0014] 所述的磁控濺射機的本底真空度為1. 0 X l(T4Pa-l. 0 X 10_2Pa，工作氣壓為 0.lPa-10Pa〇
[0015] 所述的磁控濺射法中基底溫度為20-250°C，濺射時間為5-180min。
[0016] 所述的磁控濺射法中濺射功率密度為0. 02-lOW/cm2。
[0017] 所述阻擋層的厚度為0· 01-3 μ m。 四、
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明製備的鎢鈦合金層的表面掃描電子顯微鏡（SEM)圖。
[0019] 圖2為本發明製備的鎢鈦合金層的截面掃描電子顯微鏡（SEM)圖。 五、
【具體實施方式】
[0020] 下面介紹本發明的實施例，但本發明絕非限於實施例。
[0021] 實施例1 :
[0022] 製備柔性電池阻擋層：選用不鏽鋼（S430)作為柔性CIGS薄膜太陽能電池的襯底， 將基片清洗乾淨後放入磁控濺射儀中。工作氣體採用氬氣，本底真空為1. 0E-2Pa，工作氣壓 為0. IPa，濺射功率密度為0. 03W/cm2,靶基距為200mm，濺射時間為20min，製備0. 4 μ m的 鶴鈦合金層。
[0023] 在所製備的阻擋層表面濺射背電極鑰層和光伏吸收層CIGS，高溫退火後，採用 化學浴沉積法製備硫化鎘層，磁控濺射法製備本徵氧化鋅層和摻鋁氧化鋅層，製成柔性 的 CIGS 薄膜太陽能電池 （Patrick Reinhard，Fabian Pianezzi.Flexible Cu(In，Ga)Se2 solar cells with reducedabsorber thickness[J]· Prog. Photvolt, 2013,2420)〇
[0024] 實施例2 :
[0025] 製備柔性電池阻擋層：選用銅箔作為柔性CIGS薄膜太陽能電池的襯底，將基片清 洗乾淨後放入磁控濺射儀中。工作氣體採用氮氣，本底真空為4. 0E-3Pa，工作氣壓為3Pa， 濺射功率密度為l〇W/cm2，靶基距為50mm，濺射時間為180min，製備3μπι的鎢鈦合金層。
[0026] 在所製備的阻擋層表面濺射背電極鑰層和光伏吸收層CIGS，高溫退火後，採用 化學浴沉積法製備硫化鎘層，磁控濺射法製備本徵氧化鋅層和摻鋁氧化鋅層，製成柔性 的 CIGS 薄膜太陽能電池 （Patrick Reinhard，Fabian Pianezzi.Flexible Cu(In，Ga)Se2 solar cells with reducedabsorber thickness[J]· Prog. Photvolt, 2013,2420)〇
[0027] 實施例3 :
[0028] 製備柔性電池阻擋層：選用鎳箔作為柔性CIGS薄膜太陽能電池的襯底，將基片清 洗乾淨後放入磁控濺射儀中。工作氣體採用氬氣，本底真空為1. 0E-4Pa，工作氣壓為10Pa， 濺射功率密度為3W/cm2,靶基距為100mm，濺射時間為20min，製備0. 4μ m的鎢鈦合金層。
[0029] 在所製備的阻擋層表面濺射背電極鑰層和光伏吸收層CIGS，快高溫退火後，採 用化學浴沉積法製備硫化鎘層，磁控濺射法製備本徵氧化鋅層和摻鋁氧化鋅層，製成柔性 的 CIGS 薄膜太陽能電池 （Patrick Reinhard，Fabian Pianezzi.Flexible Cu(In，Ga)Se2 solar cells with reducedabsorber thickness[J]· Prog. Photvolt，2013,2420)〇
【權利要求】
1. 一種柔性CIGS薄膜太陽能電池阻擋層的製備方法，其特徵在於，在柔性襯底上採用 磁控濺射工藝沉積一層阻擋層。
2. 根據權利要求1所述的柔性CIGS薄膜太陽能電池阻擋層的製備方法，其特徵在於， 採用的柔性襯底的材料為金屬，優選為：不鏽鋼、銅、鋁、鎳。
3. 根據權利要求1所述的柔性CIGS薄膜太陽能電池阻擋層的製備方法，其特徵在於， 所述磁控濺射法選用的靶材為市售鎢鈦合金靶，純度為3N。
4. 根據權利要求1所述的柔性CIGS薄膜太陽能電池阻擋層的製備方法，其特徵在於， 所述磁控溉射法中基片與祀材的距離為50-200mm。
5. 根據權利要求1所述的柔性CIGS薄膜太陽能電池阻擋層的製備方法，其特徵在於， 所述磁控濺射法中的工作氣體為純度為4N的純氬氣、純氮氣、純氧氣，或者其中兩種或兩 種以上的混合氣體。
6. 根據權利要求1所述的柔性CIGS薄膜太陽能電池阻擋層的製備方法，其特徵在於， 磁控濺射機的本底真空度為1. 〇 X l(T4Pa-l. Ο X 10_2Pa，工作氣壓為0. IPa-lOPa。
7. 根據權利要求1所述的柔性CIGS薄膜太陽能電阻擋層的製備方法，其特徵在於，所 述磁控濺射法中基底溫度為20-250°C，濺射時間為5-180min。
8. 根據權利要求1所述的柔性CIGS薄膜太陽能電池阻擋層的製備方法，其特徵在於， 所述磁控濺射法中濺射功率密度為0. 02-lOW/cm2。
9. 根據權利要求1所述的柔性CIGS薄膜太陽能電池阻擋層的製備方法，其特徵在於， 所述阻擋層的厚度為〇. 01-3 y m。
【文檔編號】H01L31/18GK104124310SQ201410395198
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月12日 優先權日:2014年8月12日
【發明者】張寧, 餘新平, 孫哲, 陳玉峰 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司