CN101931011A - 薄膜太阳能电池及其基带和制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及薄膜太阳能电池及其基带和制备方法。具体地说，本发明涉及一种薄膜太阳能电池基带，其包括：衬底层，其由合金材料组成；扩散阻挡层，其形成于所述衬底层的上面；和纯铜层，其形成于所述扩散阻挡层的上面。本发明还涉及所述薄膜太阳能电池基带在制备太阳能电池中的用途，包括所述薄膜太阳能电池基带的薄膜太阳能电池，以及所述基带和电池的制备方法。本发明的薄膜太阳能电池及其基带厚度薄、机械性能良好、不会污染功能层。

Description

薄膜太阳能电池及其基带和制备方法

技术领域

本发明涉及一种CIS薄膜太阳能电池，本发明还涉及构成所述太阳能电池的基带，以及所述基带和CIS薄膜太阳能电池的制备方法。

背景技术

薄膜太阳能电池由于生产成本低，能耗小，效率高等特点受到广泛关注。在诸多的薄膜太阳能电池的制备方法中，绝大多数使用真空技术，如磁控溅射和化学气相沉积。在20世纪80年代，德国出现了一种新型的非真空制备电池功能层的方法。该技术在100微米厚的纯铜带上采用卷对卷方式连续电镀纯铜层和纯铟层，并对金属薄膜层进行高温(500-600℃)硫化得到CuInS₂太阳能电池的半导体功能层。例如，US6,117,703中公开了一种以铜为基带的CIS太阳能电池和制作方法，其中使用的铜带厚度为100微米，其原理例如参见图1。目前，功能层的制备真正需要的是高纯度的电镀纯铜层和电镀纯铟层，纯铜带作为半导体层的支撑物，使用纯铜层的关键是减少杂质成分对功能层造成污染，影响光电转换效率，例如，目前通常在纯铜基带(纯度99.95％)上进行电镀Cu-In合金层，再在500-600℃的温度下进行快速硫化处理，硫化时间＜1分钟，形成CuInS₂相作为光电转换的半导体层。现有技术中采用的纯铜带不仅价格昂贵，而且纯铜层的厚度相对于功能层过厚，如果减薄纯铜带厚度不能满足连续电镀和硫化的机械性能要求。

目前以纯铜为基带制作CIS薄膜太阳能电池(亦称为CISCuT太阳能电池)的最大特点是采用卷对卷的方式进行连续电镀和连续高温硫化，因此大大降低了电池的生产成本。由于CISCuT太阳能电池技术的特殊性，需要基带材料不仅有好的导电性易于电镀金属层，而且还要有良好的机械性能和热稳定性，满足在连续电池制备过程中所需要的机械张力和在高温硫化过程中所需要的热稳定性。在该电池的制备技术中，使用纯铜带一方面满足电池连续生产的要求，同时也是为了降低基带中的杂质向功能层进行扩散。然而，尽管使用非真空条件减少了电池的生产成本，但是用纯铜带作为基带，电池的材料成本仍然很高。而且纯铜带的高纯度要求可能会在将来大规模生产CuInS₂(简称为CIS)薄膜电池时对原材料供应造成瓶颈，不利于CIS薄膜电池的推广应用。

此外，出于对电池重量的考虑，采用减薄基带厚度减轻电池的重量的方法不适用于纯铜带。由于纯铜带质地柔软，如果通过减薄厚度来降低基带重量，薄纯铜带不能满足连续制备方法中的机械性能要求。因此本领域技术人员试图寻找其它适合作为薄膜太阳能电池同时又能满足厚度小、机械性能良好的基带。合金材料可能满足上述基带的要求，但是采用合金材料作为基带可能产生的一个重要问题是，由于合金材料组成的复杂性，其中的成分可能在薄膜太阳能电池的制备过程中迁移而导致电池功能层受到污染。寻找令人满意的薄膜太阳能电池基带仍是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服现有薄膜太阳能电池的基带的不足，提供一种厚度薄、机械性能良好、不会污染功能层的新颖的薄膜太阳能电池基带。

本发明人令人惊奇地发现采用电镀性好、机械性能优良、厚度大大减小(例如可以是只有纯铜带厚度约一半)的合金带特别是例如黄铜带，在合金带经过预处理沉积一扩散阻挡层形成复合材料，可以代替纯铜带作为薄膜太阳能电池的基带。本发明提供的该基带不仅降低了材料的成本而且也减轻了电池的重量。

为此，本发明第一方面提供一种CIS型的薄膜太阳能电池基带，其包括：

衬底层，其由合金材料组成；

扩散阻挡层，其形成于所述衬底层的上面；和

纯铜层，其形成于所述扩散阻挡层的上面。

在一个实施方案中，本发明第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带还可以是呈双面基本对称型的结构，即在所述的衬底层的上下两个面由里向外依次形成有扩散阻挡层和纯铜层。因此，根据本发明第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其包括：衬底层，其由合金材料组成；第一扩散阻挡层，其形成于所述衬底层的上面；第一纯铜层，其形成于所述第一扩散阻挡层的上面；第二扩散阻挡层，其形成于所述衬底层的下面；和第二纯铜层，其形成于所述第二扩散阻挡层的下面。根据本实施方案，其中所述的第一扩散阻挡层与第二扩散阻挡层可以具有相同或相似的性能，例如材质、厚度、单一层或复合层结构、等等，因此，在本文的上下文中，如果没有特别用“第一”或“第二”限定该扩散阻挡层，则提及的扩散阻挡层既可以指单面型基带的扩散阻挡层，也可以指双面型基带的第一或第二扩散阻挡层。同样，根据本实施方案，其中所述的第一纯铜层与第二纯铜层可以具有相同或相似的性能，例如材质、厚度、、等等，因此，在本文的上下文中，如果没有特别用“第一”或“第二”限定该纯铜层，则提及的纯铜层既可以指单面型基带的纯铜层，也可以指双面型基带的第一或第二纯铜层。

根据本发明第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述的合金材料选自黄铜合金、不锈钢、铁镍合金。

根据本发明第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述的合金材料为黄铜合金，并且其中铜/锌比为50∶50至80∶20(w/w)，优选55∶45至75∶25(w/w)，更优选60∶40至70∶30(w/w)，例如约60∶40(w/w)，或约65∶35(w/w)，或约70∶30(w/w)。

根据本发明第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述的合金材料的厚度为约10～100μm，优选约10～80μm，更优选约10～60μm，再更优选约20～60μm。例如约30μm，或约40μm，或约50μm，或约60μm。

根据本发明第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述的扩散阻挡层是由一个金属层组成，或者是由不同金属构成的多个金属层组成。

根据本发明第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述的扩散阻挡层是由一个金属层组成，或者是由不同金属构成的多个金属层组成，其中所述的金属选自以下的一种或多种的组合：Ni、Cu、Cr、Mo、W、Sn、V。

根据本发明第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中形成于所述衬底层上的所述扩散阻挡层是选自下列的层：Ni层、Cu层、Cr层、Mo层、W层、Sn层、V层、Ni/Cu复合层、Ni/Cu/Ni复合层、Ni/V复合层、W/Mo复合层、Ni/Cu/Ni/Cu复合层、Cu/Ni/Cu复合层、Cr/Ni复合层。在本文中，对于扩散阻挡层是复合层的情形，例如“Ni/Cu复合层”是指在衬底层上选形成Ni层，然后再在该Ni层上形成Cu层，而不是相反；其它复合层也是该含义，但是应当理解为，在某些情况下相反的镀层顺序也是可行的，本发明并不受其表达顺序的限制。优选的，本发明所述的扩散阻挡层选自：Ni层、Ni/Cu/Ni复合层、Cu/Ni复合层、Cr/Ni复合层、W/Mo复合层、Ni/V复合层。

根据本发明第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中形成所述扩散阻挡层所使用的金属是基本上纯净的。在本文中，术语“基本上”是指考虑在所指情况下的本领域公知的并且可接受的误差范围。

根据本发明第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述的扩散阻挡层是通过电镀方法形成于所述衬底层上的。在一个实施方案中，所述的电镀方法是选自以下的一种或多种的组合：直流电镀、单脉冲电镀、双脉冲电镀、多脉冲电镀。

根据本发明第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述扩散阻挡层的厚度为约0.2～20μm，优选约0.2～15μm，更优选约0.5～15μm，再更优选约1～10μm，仍更优选约2～10μm。

根据本发明第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述扩散阻挡层是由多种金属分别构成的多个复合层，并且每层的厚度为约0.1～10μm，优选约0.2～8μm，更优选约0.5～8μm，再更优选约1～5μm。

根据本发明第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述纯铜层的厚度为约0.5～10μm，优选约1～10μm，更优选约2～8μm，再更优选约3～5μm。

根据本发明第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中形成所述纯铜层的铜是基本上纯净的。

根据本发明第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述的纯铜层是通过电镀方法形成于所述扩散阻挡层上的。在一个实施方案中，所述的电镀方法是选自以下的一种或多种的组合：直流电镀、单脉冲电镀、双脉冲电镀、多脉冲电镀。

本发明第二方面提供本发明第一方面任一项所述的基带在制备太阳能电池中的用途。

根据本发明第二方面的用途，其中所述的太阳能电池是薄膜太阳能电池。

根据本发明第二方面的用途，其中所述的太阳能电池是CIS型薄膜太阳能电池。

本发明第三方面提供一种CIS型的薄膜太阳能电池，其包括：

本发明第一方面任一项所述的基带；

CIS层，其形成于所述基带的纯铜层上；

缓冲层，其形成于所述的CIS层上；和

透明导电氧化物层，其形成于所述缓冲层上。

根据本发明第三方面任一项所述的薄膜太阳能电池，其中所述的CIS层是由选自以下的薄膜构成：Cu(In，Ga)S₂、CuInS₂、CuGaS₂、Cu(In，Ga)Se₂、CuInSe₂、和CuGaSe₂。在本发明第三方面所述薄膜太阳能电池的一个实施方案中，其中所述的CIS层是由选自以下的物质构成：Cu(In，Ga)S₂、CuInS₂、CuGaS₂。在本发明第三方面所述薄膜太阳能电池的一个实施方案中，其中所述的CIS层是由选自以下的薄膜构成：CuInS₂。

根据本发明第三方面任一项所述的薄膜太阳能电池，其中所述的CIS层的厚度为约0.1～10μm，优选约0.2～8μm，更优选约0.5～8μm，再更优选约1～5μm。

根据本发明第三方面任一项所述的薄膜太阳能电池，其中所述的缓冲层是由选自以下的物质构成：硫化镉(CdS)、硫化镉锌(CdZnS)、硒化锌(ZnSe)，优选由硫化镉(CdS)构成。

根据本发明第三方面任一项所述的薄膜太阳能电池，其中所述的透明导电氧化物层是由包括II族、VI族的元素构成的。在一个实施方案中，其中所述的透明导电氧化物层是由包括II族、IIIA族、VI族的元素构成的。

根据本发明第三方面任一项所述的薄膜太阳能电池，其中所述的透明导电氧化物层是由包括氧和锌的元素构成的。在一个实施方案中，其中所述的透明导电氧化物层是由氧化锌(ZnO)构成的。在一个实施方案中，其中所述的透明导电氧化物层是由包括氧、锌和铝的元素构成的。

在一个实施方案中，本发明第三方面任一项所述的薄膜太阳能电池还可以采用呈双面基本对称型结构的本发明第一方面任一项所述的基带，即在所述基带在所述衬底层的上下两个面由里向外依次形成有扩散阻挡层和纯铜层，在此情况下，本发明第三方面任一项所述的薄膜太阳能电池的其它功能层只在该基带的一侧形成，即在此实施方案中，本发明提供的CIS型的薄膜太阳能电池，其包括：呈双面基本对称型结构的本发明第一方面任一项所述的基带；CIS层，其形成于所述基带一侧的纯铜层上；缓冲层，其形成于所述的CIS层上；和透明导电氧化物层，其形成于所述缓冲层上。本领域技术人员清楚，在呈双面基本对称型结构的本发明第一方面基带的两面均形成上述CIS层、缓冲层和透明导电氧化物层是没有必要的，尽管理论上并不应排除这种设计的可能性。另外，在呈双面基本对称型结构的本发明第一 方面基带的一面依次形成上述CIS层、缓冲层和透明导电氧化物层， 而在另一侧仍然裸露纯铜层也是有益的，例如在此情况下，该裸露的 纯铜层可以作为具有良好导电性能的太阳能电池的背电极。

本发明第四方面提供一种制备本发明第一方面任一项所述基带的方法，其包括以下步骤：

a)提供一衬底层；

b)在所述衬底层的上面形成一扩散阻挡层；和

c)在所述扩散阻挡层的上面形成一纯铜层。

本发明第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带还可以是呈双面基本对称型的结构，即在所述的衬底层的上下两个面由里向外依次形成有扩散阻挡层和纯铜层。因此，在一个实施方案中，根据本发明第四方面任一项所述的方法，其包括以下步骤：

a)提供一衬底层；

b)在所述衬底层的上面形成第一扩散阻挡层；

c)在所述第一扩散阻挡层的上面形成第一纯铜层；

d)在所述衬底层的下面形成第二扩散阻挡层；和

e)在所述第二扩散阻挡层的下面形成第二纯铜层。

本发明第四方面任一项所述的方法，其中在所述衬底层的上面形成一扩散阻挡层的步骤是可以通过电镀方法进行的。在一个实施方案中，所述的电镀方法是选自以下的一种或多种的组合：直流电镀、单脉冲电镀、双脉冲电镀、多脉冲电镀。

本发明第四方面任一项所述的方法，其中形成于所述衬底层上的所述扩散阻挡层是选自下列的层：Ni层、Cu层、Cr层、Mo层、W层、Sn层、V层、Ni/Cu复合层、Ni/Cu/Ni复合层、Ni/V复合层、W/Mo复合层、Ni/Cu/Ni/Cu复合层、Cu/Ni/Cu复合层、Cr/Ni复合层等。在由复合层组成扩散阻挡层的情况下，其中该复合层的每一层是通过电镀方法形成于其上一层上的。在一个实施方案中，形成所述复合层所用的电镀方法是选自以下的一种或多种的组合：直流电镀、单脉冲电镀、双脉冲电镀、多脉冲电镀。

本发明第四方面任一项所述的方法，其中所述的衬底层、扩散阻挡层、和纯铜层具有本发明第一方面任一项所述薄膜太阳能电池基带所定义的含义。

本发明第五方面提供一种制备本发明第三方面任一项所述薄膜太阳能电池的方法，其包括以下步骤：

i)提供本发明第一方面任一项所述的基带；

ii)在所述基带的纯铜层上形成纯铟层(In)；

iii)对所述纯铟层进行高温硫化处理并形成所述CIS层；

iv)在所述CIS层上形成缓冲层；和

v)在所述缓冲层上形成透明导电氧化物层。

根据本发明第五方面任一项所述的方法，其中所述提供本发明第一方面任一项所述的基带的步骤是通过本发明第四方面任一项所述的方法进行的。

根据本发明第五方面任一项所述的方法，其中所述在所述基带的纯铜层上形成纯铟层(In)的步骤是可以通过电镀方法进行的。在一个实施方案中，所述的电镀方法是选自以下的一种或多种的组合：直流电镀、单脉冲电镀、双脉冲电镀、多脉冲电镀。

根据本发明第五方面任一项所述的方法，其中所述对所述纯铟层进行高温硫化处理并形成所述CIS层的步骤可以是在500-600℃的温度下进行快速硫化处理，硫化时间可是＜1分钟，形成CIS层(特别是CuInS₂相)可以作为光电转换的半导体层。

根据本发明第五方面任一项所述的方法，其中所述在所述CIS层上形成缓冲层的步骤是可以通过喷涂方法进行的。

根据本发明第五方面任一项所述的方法，其中所述在所述缓冲层上形成透明导电氧化物层的步骤是可以通过溅射方法进行的。

本发明第五方面任一项所述的方法，其中所述的基带、CIS层、缓冲层、和透明导电氧化物层具有本发明第四方面任一项所述薄膜太阳能电池所定义的含义。

在一个实施方案中，本发明第三方面任一项所述的薄膜太阳能电池还可以采用呈双面基本对称型结构的本发明第一方面任一项所述的基带，即在所述基带在所述衬底层的上下两个面由里向外依次形成有扩散阻挡层和纯铜层，在此情况下，本发明第三方面任一项所述的薄膜太阳能电池的其它功能层只在该基带的一侧形成。因此，在一个实施方案中，根据本发明第五方面任一项所述的方法可以制备此情况下的薄膜太阳能电池，其包括以下步骤：

i)呈双面基本对称型结构的本发明第一方面任一项所述的基带；

ii)在所述基带一侧的纯铜层上形成纯铟层(In)；

iii)对所述纯铟层进行高温硫化处理并形成所述CIS层；

iv)在所述CIS层上形成缓冲层；和

v)在所述缓冲层上形成透明导电氧化物层。

本发明提供的新型复合材料可以替代非真空方法制备CuInS₂薄膜电池中的高纯铜基带。通常，在非真空设备上进行连续制备CuInS₂薄膜电池时主要使用高纯铜带作为电池的基带，在纯铜带上电镀纯铟层后进行高温硫化得到CuInS₂电池功能层。高纯铜带不仅价格高，而且由于纯铜带材质柔软需要较厚的厚度(100微米)才能满足电池连续制备过程中所要求的机械强度。本发明的新型复合材料使用薄合金带(例如黄铜带)作为最底层通过连续电镀单层或多层金属层形成扩散阻挡层，然后进行电镀制备功能层所需要的纯铜层，最终形成用于制备CuInS₂薄膜电池的新型复合基带材料。为了防止在制备电池所必须经历的高温退火工艺中发生黄铜带中的锌等杂质元素向纯铜层甚至半导体层中发生扩散，本发明采用单层纯镍层或多层镍/铜交替叠层作为扩散阻挡层。所采用的薄黄铜带不仅有良好的可镀性，可以节约电镀工序降低生产成本，而且在本发明中所采用的复合基带厚度可以达到纯铜带的1/2左右。

本发明的思路是，采用厚度例如只有纯铜带1/2的合金带(例如黄铜带，约50微米)电镀扩散阻挡层镍层(例如0.5-3微米)和纯铜层(例如1-5微米)代替纯铜带作为非真空方法连续制备CuInS₂薄膜电池的基带。用镀镍层作为扩散阻挡层阻挡在电池制备过程中由于高温(550-600℃)热处理造成的基底杂质元素向纯铜层的扩散。镀镍层的制备方式可以是直流电镀也可以是单脉冲电镀，双脉冲和多脉冲方法，通过调整脉冲电镀的参数改变镀镍层的晶粒大小，得到多层结构，提高镀镍层对杂质进行热扩散的阻挡作用。所涉及的薄膜电池的制备方法包括在柔性金属基底上连续电沉积半导体的工艺方式。

本发明的薄膜太阳能电池基带和薄膜太阳能电池以及它们的各结构层、组成材料、组成材料的性能等具有本领域技术人员公知的含义。此外，本发明的薄膜太阳能电池基带和薄膜太阳能电池的制备方法的各操作步骤可以由本领域技术人员根据已有知识和/或参考现有技术来实现，例如，可以参见US6,117,703；US6,429,369；WO03/007386；CN101235471A；CN101378094A；M.Winkler，et al.，CISCuT-solarcells and modules on the basis of CuInS₂ on Cu-tape，Solar energy，77(2001)：705-716；和J.Penndorf，et at.，CuInS₂ thin film formation ona Cu tape substrate for photovoltaic applications，Solar EnergyMaterials and solar cells，53(1998)：285-298，上述文献以其全部内容通过引用并入本文。

尽管制备本发明薄膜太阳能电池基带和薄膜太阳能电池的方法的各个操作步骤是已知的，但本发明人仍然愿意在此作更详细的说明。

采用卷对卷方式连续制备薄膜太阳能电池基带和薄膜太阳能电池。以黄铜带为例，对基带两侧同时电镀，先电镀扩散阻挡层镍层再电镀纯铜层，完成薄膜电池基带的预处理。然后，对镀铜黄铜带进行单面电镀纯铟层作为预制功能层，再对铜铟层进行在高温条件下的单面快速硫化处理。通过刻蚀的方法清洗硫化后的条带，将形成的Cu₂S清洗掉，将CuInS₂结构的半导体保留下来，然后用喷涂的方法将过渡层CuI沉积在半导体层表面，最后用溅射的方法将ZnO:Al作为透光层沉积在CuI层表面上，完成电池的功能层的制备。

本发明薄膜太阳能电池基带和薄膜太阳能电池中的各材料层的厚度可以用本领域技术人员已知的方法来确定或测定的，例如通过辉光光谱法逐层剥离检验元素分布，或用扫描电镜测量样品横截面从而得到镀层的厚度。

本发明所引述的所有文献，它们的全部内容通过引用并入本文，并且如果这些文献所表达的含义与本发明不一致时，以本发明的表述为准。此外，本发明使用的各种术语和短语具有本领域技术人员公知的一般含义，即便如此，本发明仍然希望在此对这些术语和短语作更详尽的说明和解释，提及的术语和短语如有与公知含义不一致的，以本发明所表述的含义为准。

如本文所述的，术语“衬底层”有时也称为“基底层”、“柔性金属基底层”、“载体膜层”等，通常是指用于支撑半导体层的基体材料，可以是金属，有机物和无机物等。

如本文所述的，术语“扩散阻挡层”是指用于屏蔽基底材料中的杂质元素在热处理条件下向半导体层进行扩散。在本专利中所采用的扩散阻挡层适合快速热处理条件，即在短时间热处理时，该阻挡层能起到阻挡杂质元素扩散的作用。

如本文所述的，术语“纯铜层”在该专利中是指既可以作为半导体的导电层又可以作为半导体CuInS₂合成过程中提供铜元素的铜源。

如本文所述的，术语“CIS层”是指作为光电吸收层的具有n-型或p-型的Cu(In，Ga)S₂、CuInS₂、CuGaS₂、Cu(In，Ga)Se₂、CuInSe₂、和CuGaSe₂等半导体。

如本文所述的，术语“缓冲层”有时也称为“光活化膜层”、“II-VI膜层”等，一方面是指在CIS半导体表面形成一层高阻层以减少CIS薄膜的短路，另一方面也是为了与CIS半导体层pn结，可以作为缓冲层的材料有硫化镉(CdS)、碘化亚铜(CuI)、硫化镉锌(CdZnS)和硒化锌(ZnSe)等。

如本文所述的，术语“透明导电氧化物层”是指作为窗口材料的禁带宽度大的透明半导体材料，既具有导电性可以帮助电子输出，又具有透光性不会影响半导体层对光的吸收。

本发明通过对衬底层进行预处理，在合金带(例如黄铜带)上电镀热扩散阻挡层，然后再电镀一层纯铜层，达到制备CIS薄膜电池的基带要求。本发明不仅降低了CIS基体材料的成本，减轻了电池的重量，还拓宽了CIS薄膜电池基带材料的范围。

在合金带(例如黄铜带)上电镀致密的扩散阻挡层(例如纯镍层和纯铜层)，形成一个复合基带，作为CuInS₂功能层的基体，该扩散阻挡层可以有效地防止合金带中的杂元素(例如锌元素)向纯铜层扩散。本发明提供的薄膜太阳能电池基带和薄膜太阳能电池具有以下优异的性能：1、采用非高纯度的基带作为电池的支撑材料，降低了基带材料的成本；2、由于合金基带有良好的机械性能，可以减薄基带的厚度并仍然保持良好的机械性能；3、通过采用电镀一层或多层扩散阻挡层后再电镀纯铜层的方法，达到了电池制备功能层的材料要求，防止了合金基带中杂质对功能层造成污染的问题。本发明不仅提供了CuInS₂薄膜电池基带的多样性的思路，而且用本发明中的基带制备方法可以制备不同组合的复合基带的制备方法。该发明不仅拓宽了CuInS₂薄膜电池的基带材料的选择范围，而且可以通过变换不同的材料减少基带的厚度，减轻电池条带的重量。

附图说明：

图1显示了现有技术(US6,117,703)的一种典型带状太阳能电池的结构，其中使用了厚度达Cu作为衬底。

图2显示了本发明一个实施方案中的薄膜太阳能电池基带的横断面结构示意图。

图3显示了本发明另一个实施方案中的薄膜太阳能电池基带的横断面结构示意图。

图4显示了本发明一种典型的薄膜太阳能电池的横断面结构示意图。

图5显示了本发明另一个实施方案中的薄膜太阳能电池基带的横断面结构示意图，即在所述的衬底层的上下两个面由里向外依次形成有扩散阻挡层和纯铜层。

图6显示了镀铜处理的黄铜带在580℃热处理炉中通过卷对卷方式连续运行50秒后，用辉光光谱方法检测得到的铜和锌元素沿镀层深度的分布曲线。

图7显示了镀镍镀铜处理的黄铜带在580℃热处理炉中通过卷对卷方式连续运行50秒后，用辉光光谱方法检测得到的铜，锌和镍元素沿镀层深度的分布曲线。

图8显示了两层镀镍镀铜处理的黄铜带(Cu/Ni/Cu/Ni/黄铜带)，在580℃热处理炉中通过卷对卷方式连续运行50秒后，用辉光光谱方法检测得到的铜，锌和镍元素沿镀层深度的分布曲线。

本发明所涉及的主要附图标记概括如下：

1                     衬底层

2、21、22、23、2’    扩散阻挡层

3、3’                纯铜层

4                     CIS层

5                     缓冲层

6                     透明导电氧化物层

具体实施方式：

下面结合附图详述和实施例/试验例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些附图详述和实施例/试验例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。

本发明对试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性和/或具体的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。

图2是本发明一个实施方案中的薄膜太阳能电池基带的横断面结构示意图，图中显示，以具有本发明所示厚度的本发明所述的合金带作为衬底层1，在该衬底层1上可以通过例如电渡的方式沉积一本发明所述的扩散阻挡层2(例如为Ni层)，然后再在该扩散阻挡层2上可以通过例如电渡的方式沉积一本发明所述的纯铜层3，由此形成本发明的薄膜太阳能电池基带，其可用于CIS型薄膜太阳能电池。

图3是本发明另一个实施方案中的薄膜太阳能电池基带的横断面结构示意图，图中显示，以具有本发明所示厚度的本发明所述的合金带作为衬底层1，在该衬底层1上可以通过例如电渡的方式沉积一个材料层(例如，图中显示三个层，例如分别是Ni层21、Cu层22和Ni层23)作为本发明所述的复合型的扩散阻挡层2，然后再在该扩散阻挡层2上可以通过例如电镀的方式沉积一本发明所述的纯铜层3，由此形成本发明的薄膜太阳能电池基带，其可用于CIS型薄膜太阳能电池。

图4显示了本发明一种典型的薄膜太阳能电池的横断面结构示意图。图中显示，在本发明提供的(例如图2所示)一种薄膜太阳能电池基带的基础上，在其纯铜层上再镀一层纯铟层(图中未显示出)，然后再进行CIS化处理，以形成本发明薄膜太阳能电池的CIS层4。如图所示，根据需要进行的CIS化处理，其处理程度可以根据实际需要而有所不同，例如可以使纯铜层全部CIS化，也可以使其中的一部分纯铜层CIS化，而剩余部分仍保持原有的纯铜相态，图4中显示了尚有部分纯铜层3未被CIS化。当然，在本发明第一方面提供的薄膜太阳能电池基带的基础上制作电池时，可以根据实际需要，在该基带铜层的表面再镀一或多层的纯铜层，以增加纯铜层的厚度。然后，在所述CIS层4上形成缓冲层5，其方法可以例如是喷涂方法。在此基础上，在所述缓冲层5上形成透明导电氧化物层6，其方法可以例如是溅射方法。

图5是本发明另一个实施方案中的薄膜太阳能电池基带的横断面结构示意图，即在所述的衬底层的上下两个面由里向外依次形成有扩散阻挡层和纯铜层。图中显示，以具有本发明所示厚度的本发明所述的合金带作为衬底层1，在该衬底层1的两个面上(即上面和下面)可以分别通过例如电渡的方式分别沉积本发明所述的扩散阻挡层即第一扩散阻挡层2和第二扩散阻挡层2’貌一新(其例如为Ni层)，然后再在该第一扩散阻挡层2(上面)和第二扩散阻挡层2’(下面)上可以通过例如电渡的方式分别沉积一本发明所述的纯铜层即，第一纯铜层3和第二纯铜层3’)，由此形成本发明呈双面基本对称型结构的薄膜太阳能电池基带，其可用于CIS型薄膜太阳能电池。

实施例1：薄膜太阳能电池基带的制备

薄膜太阳能电池基带的制备主要通过卷对卷连续电镀的方式，主要步骤如下：

第一步对黄铜带进行连续除油水洗；

第二步对黄铜带进行连续电镀镍层并进行水洗；

第三步对镀镍后的黄铜带进行连续电镀铜，并进行水洗；

第四步对完成电镀的条带进行烘干和卷取。

镀层的厚度可以通过控制电镀电流，以及用控制连续走带速度控制基带在电镀槽中停留的时间来控制电镀时间，从而达到控制镀层厚度的目的。例如，控制电流密度为0.5A/cm²，在电镀槽中停留的时间为2min，可以将电镀镍层控制在1～5μm，电镀铜层控制在2～8μm。本实施例的方法可以方便地制备呈双面基本对称型结构的薄膜太阳能电池基带。

试验例1：热处理后基带元素的分布

对不同条件电镀处理的黄铜带在保护气氛中进行卷对卷连续热处理，电镀处理条件包括：

在黄铜带经过除油水洗后直接进行电镀铜层，即没有扩散阻挡层；

在黄铜带经过除油水洗后先电镀镍再电镀铜层，即有一层镀镍层作为扩散阻挡层Ni/Cu；

在黄铜带经过除油水洗后，先进行一次电镀镍和电镀铜层，然后再进行一次电镀镍和电镀铜层，即有三层扩散阻挡层，Ni/Cu/Ni。

将完成电镀处理的样品在氮气保护气氛中进行580℃连续热处理，走带速度0.6米/每分钟。将热处理后的样品用辉光光谱的方法进行逐层成分检验，如图6、7和8所示。由图中所示结果可见，电镀不同镀层结构的黄铜带经过热处理后，基底黄铜带中的锌元素在有镍层作为阻挡层存在的情况下即使经过热处理，基带中的主要的杂质元素锌不会扩散到最外层的纯铜层中。

Claims (16)

1.一种薄膜太阳能电池基带，其包括：

衬底层，其由合金材料组成；

扩散阻挡层，其形成于所述衬底层的上面；和

纯铜层，其形成于所述扩散阻挡层的上面。

2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池基带，其包括：

衬底层，其由合金材料组成；

第一扩散阻挡层，其形成于所述衬底层的上面；

第一纯铜层，其形成于所述第一扩散阻挡层的上面；

第二扩散阻挡层，其形成于所述衬底层的下面；和

第二纯铜层，其形成于所述第二扩散阻挡层的下面。

3.根据权利要求1或2所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述的合金材料选自黄铜合金、不锈钢、铁镍合金。

4.根据权利要求1或2或3所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述的合金材料为黄铜合金，并且其中铜/锌比为50∶50至80∶20(w/w)，优选55∶45至75∶25(w/w)，更优选60∶40至70∶30(w/w)，例如约60∶40(w/w)，或约65∶35(w/w)，或约70∶30(w/w)。

5.根据权利要求1～4任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述的合金材料的厚度为约10～100μm，优选约10～80μm，更优选约10～60μm，再更优选约20～60μm。例如约30μm，或约40μm，或约50μm，或约60μm。

6.根据权利要求1～5任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述的扩散阻挡层是由一个金属层组成，或者是由不同金属构成的多个金属层组成，其中所述的金属选自以下的一种或多种的组合：Ni、Cu、Cr、Mo、W、Sn、V。

7.根据权利要求6所述的薄膜太阳能电池基带，其中形成于所述衬底层上的所述扩散阻挡层是选自下列的层：Ni层、Cu层、Cr层、Mo层、W层、Sn层、V层、Ni/Cu复合层、Ni/Cu/Ni复合层、Ni/V复合层、W/Mo复合层、Ni/Cu/Ni/Cu复合层、Cu/Ni/Cu复合层、Cr/Ni复合层；优选Ni层、Ni/Cu/Ni复合层、Cu/Ni复合层、Cr/Ni复合层、W/Mo复合层、Ni/V复合层。

8.根据权利要求1～7任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其特征在于：

其中所述扩散阻挡层的厚度为约0.2～20μm，优选约0.2～15μm，更优选约0.5～15μm，再更优选约1～10μm，仍更优选约2～10μm；和/或

其中所述扩散阻挡层是由多种金属分别构成的多个复合层，并且每层的厚度为约0.1～10μm，优选约0.2～8μm，更优选约0.5～8μm，再更优选约1～5μm。

9.根据权利要求1～8任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述纯铜层的厚度为约0.5～10μm，优选约1～10μm，更优选约2～8μm，再更优选约3～5μm。

10.权利要求1～9任一项所述的薄膜太阳能电池基带在制备太阳能电池中的用途。

11.一种薄膜太阳能电池，其包括：

权利要求1～9任一项所述的薄膜太阳能电池基带；

CIS层，其形成于所述基带的纯铜层上；

缓冲层，其形成于所述的CIS层上；和

透明导电氧化物层，其形成于所述缓冲层上。

12.根据权利要求11所述的薄膜太阳能电池，其中所述的CIS层是由选自以下的薄膜构成：Cu(In，Ga)S₂、CuInS₂、CuGaS₂、Cu(In，Ga)Se₂、CuInSe₂、和CuGaSe₂；优选所述的CIS层是由选自以下的物质构成：Cu(In，Ga)S₂、CuInS₂、CuGaS₂；更优选所述的CIS层是由选自以下的薄膜构成：CuInS₂。

13.根据权利要求11或12所述的薄膜太阳能电池，其中所述的缓冲层是由选自以下的物质构成：硫化镉(CdS)、硫化镉锌(CdZnS)、硒化锌(ZnSe)，优选由硫化镉(CdS)构成。

14.根据权利要求11或12或13所述的薄膜太阳能电池，其中所述的透明导电氧化物层是由包括II族、VI族的元素构成的；优选的，其中所述的透明导电氧化物层是由包括II族、IIIA族、VI族的元素构成的；更优选的，其中所述的透明导电氧化物层是由包括氧和锌的元素构成的；再更优选的，其中所述的透明导电氧化物层是由包括氧、锌和铝的元素构成的。

15.制备权利要求1～9任一项所述的薄膜太阳能电池基带的方法，其包括以下步骤：

a)提供一衬底层；

b)在所述衬底层的上面形成一扩散阻挡层；和

c)在所述扩散阻挡层的上面形成一纯铜层。

16.制备权利要求11～14任一项所述的薄膜太阳能电池的方法，其包括以下步骤：

i)提供权利要求1～9任一项所述的薄膜太阳能电池基带；

ii)在所述基带的纯铜层上形成纯铟层(In)；

iii)对所述纯铟层进行高温硫化处理并形成所述CIS层；

iv)在所述CIS层上形成缓冲层；和

v)在所述缓冲层上形成透明导电氧化物层。

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