CN104393064A - 一种太阳能电池的背电极Mo薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光纤材料领域,提供了一种太阳能电池的背电极Mo薄膜及其制备方法,所述太阳能电池的背电极Mo薄膜制备方法,首先,选择普通玻璃(载玻片)、钠钙玻璃或不锈钢为基体,将其进行洁净处理,并采用高纯氮气吹干备用,其次,采用磁控溅射法在基体上沉积一层金属层,然后再在金属层沉积Mo薄膜。该制备方法简单、易于操作、可重复性强和可精确控制Mo薄膜的厚度,同时,该方法制备的Mo薄膜具有膜基结合力高、电导率低的优点。
Description
技术领域
本发明属于薄膜太阳能电池技术领域,具体涉及一种太阳能电池的背电极Mo薄膜及其制备方法。
背景技术
太阳能电池作为新能源的一种利用形式,其具有永久性,清洁性以及稳定性,从而深得人们的青睐。目前,关于太阳能电池的研究正进行的如火如荼。太阳能电池的主要结构包括衬底,背电极,吸收层,窗口层,电极。纵观目前的研究发现,众学者的研究主要集中在吸收层结构及性能的提高上。而对于背电极的研究却鲜有报道。经过调研,Mo薄膜作为太阳能电池的背电极,其质量对电池的短路电流、填充因子及串联电阻等影响重大。
在太阳能电池中,影响电池性能的,与背电极Mo薄膜质量相关的因素包括:1、所选衬底的自然性能与缺陷;2、衬底清洗的洁净程度;3、Mo薄膜和CIGS薄膜界面处MoSe2存在的可能形态;4、Na离子通过Mo薄膜向CIGS层中的扩散;5、Mo薄膜和衬底、Mo薄膜和CIGS薄膜之间的附着性。
从上述结果来看,Mo薄膜的质量对电池的制备以及性能具有十分重要的作用。而在已有的研究过程中发现,溅射在玻璃衬底上的金属背电极Mo薄膜与衬底的结合力较弱,有的在沉积CIGS薄膜的过程中脱落,有的在缓冲层工序中脱落。因此,研究Mo薄膜与衬底的附着力的提高方法变得尤为重要。这对电池的进展具有至关重要的作用。针对这个问题,已有John H.Scofield等提出分别在高气压和低气压下制备双层Mo薄膜的方法,这很好的解决了Mo薄膜与基体结合力差的问题,庄大明等及黄素梅等提出了使用Cu、Mo合金靶或Cu靶、Mo靶共溅射与基体结合力良好的Cu-Mo合金薄膜作为背电极的方法。方小红等提出以柔性材料钛箔或不锈钢箔为基体时,首先在基体上制备一层金属Cr,再制备一层金属Mo电极,以此来提高Mo薄膜附着力的方法。
发明内容
本发明是这样实现的,一方面,提供了一种简单、易于操作、可重复性强和可精确控制Mo薄膜的厚度的太阳能电池的背电极Mo薄膜的制备方法,包括下述步骤:
(1)基体的选择;
(2)基体的清洗:将基体在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声波中清洗,然后用高纯氮气吹干;
(3)金属层的制备:
采用直流电源、直流脉冲电源或射频电源,以单一金属Al为靶材,电流为0.5A-2A,工作压强为1Pa-5Pa,在所述基体上制备得到金属A1的金属层;或
采用金属Al与Mo的合金靶溅射得到金属A1与Mo混合的金属层;或
采用金属Al靶与Mo靶共溅射制备得到金属A1与Mo混合的金属层。
(4)Mo薄膜的制备:
采用直流电源、直流脉冲电源或射频电源在所述已镀有金属A1的金属层或金属A1与Mo混合的金属层的基体上沉积一层Mo薄膜,其中,Mo靶的靶电流为0.6A-2A,工作压强为0.05Pa-0.5Pa。
具体地,在步骤(1)中,所述基体为载玻片、钠钙玻璃或不锈钢。
具体地,在步骤(2)中,所述超声波清洗的时间为5-15min。
具体地,在步骤(3)中,所述金属层的厚度为8-100nm。
具体地,在步骤(4)中,所述Mo薄膜的厚度为0.5-1.2um。另一方面,提供了一种太阳能电池的背电极Mo薄膜,该太阳能电池的背电极Mo薄膜由上述太阳能电池的背电极Mo薄膜的制备方法制备而成,所述太阳能电池的背电极Mo薄膜包括依次层叠设置的基体、金属层和Mo薄膜;所述金属层沉积在所述基体上,所述Mo薄膜沉积在所述金属层上。
具体地,所述金属层为单一金属Al的金属层或金属Al与Mo混合的金属层。
本发明的有益效果是:本发明技术方案中,采用磁控溅射法在基体上制备一金属层,然后在金属层上制备Mo薄膜,该制备方法简单、易于操作、可重复性强和可精确控制Mo薄膜的厚度,同时,该方法制备的Mo薄膜具有膜基结合力高、电导率低的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的太阳能电池的背电极Mo薄膜的制备方法流程图。
图2是本发明实施例提供的太阳能电池的背电极Mo薄膜的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明实施例提供了一种太阳能电池的背电极Mo薄膜的制备方法,其制备方法参见图1所示,包括下述步骤:
S01、基体的选择;
S02、基体的清洗:将基体在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声波中清洗,然后用高纯氮气吹干;
S03、金属层的制备:
采用直流电源、直流脉冲电源或射频电源,以单一金属Al为靶材,电流为0.5A-2A,工作压强为1Pa-5Pa,在所述基体上制备得到金属A1的金属层;或
采用金属Al与Mo的合金靶溅射得到金属A1与Mo混合的金属层;或
采用金属Al靶与Mo靶共溅射制备得到金属A1与Mo混合的金属层。
S04、Mo薄膜的制备:
采用直流电源、直流脉冲电源或射频电源在所述已镀有金属A1的金属层或金属A1与Mo混合的金属层的基体上沉积一层Mo薄膜,其中,Mo靶的靶电流为0.6A-2A,工作压强为0.05Pa-0.5Pa。
具体的,上述步骤S01中,用于制备太阳能电池的背电极Mo薄膜的基板可为玻璃、陶瓷、金属、塑料基板,优选地,所述基体为载玻片、钠钙玻璃或不锈钢。
该S02 步骤中,所述基板使用前需要经过清洗,玻璃基板的清洗方法为依次用丙酮、乙醇及去离子水超声清洗1~20min,超声功率为300~600w,然后用高纯氮气吹干。
上述步骤S03中,金属层的制备采用磁控溅射法,利用直流电源,直流脉冲电源或射频电源,用单一金属Al(Cr,Cu,Ag,Au)靶材在靶电流为0.5A-2A,工作压强为1Pa-5Pa时在清洁的基体上制备厚度为8-100nm的金属Al(Cr,Cu,Ag,Au)层;
或者采用金属Al(Cr,Cu,Ag,Au)与Mo的合金靶溅射Mo与金属的混合层;或者采用金属Al(Cr,Cu,Ag,Au)靶与Mo靶共溅射制备金属与Mo的混合层,这样,在基体上沉积金属层,保证了膜基结合力。
上述步骤S04中,Mo薄膜的制备采用直流电源、直流脉冲电源或射频电源在所述已镀有金属A1的金属层或金属A1与Mo混合的金属层的基体上沉积一层Mo薄膜,其中,Mo靶的靶电流为0.6A-2A,工作压强为0.05Pa-0.5Pa,这样,薄膜具有良好的电学性能及附着力,且薄膜厚度可精确控制,减少薄膜内针孔。
本发明提供了一种太阳能电池的背电极Mo薄膜的制备方法,该方法采用磁控溅射法在基体上制备一金属层,然后在金属层上制备Mo薄膜,该方法制备的Mo薄膜具有膜基结合力高、电导率低的特点,同时,该制备方法简单、易于操作、可重复性强和可精确控制膜层厚度。
相应地,如图2所示,本发明实施例还提供了一种太阳能电池的背电极Mo薄膜,其由上述制备方法制备而成,该太阳能电池的背电极Mo薄膜具有膜基结合力高、电导率低的优点。
具体的,该太阳能电池的背电极Mo薄膜包括依次层叠设置的基体10、金属层20和Mo薄膜30;所述金属层20沉积在所述基体10上,所述Mo薄膜30沉积在所述金属层20上,优选的,所述太阳能电池的背电极Mo薄膜为在清洁的基体10上以单一金属Al(Cr、Cu、Ag、Au)靶制备一层厚度为8-100nm的Al(Cr、Cu、Ag、Au)金属层20之后以纯Mo靶在其上制备一层厚度为0.8um-1.2um的Mo薄膜30;或者所述太阳能电池的背电极Mo薄膜也可以在清洁的基体10上首先以金属Al(Cr、Cu、Ag、Au)与Mo的合金靶溅射制备一层厚度为8-100nm的Al(Cr、Cu、Ag、Au)与Mo混合的金属层20,然后以纯Mo靶在其上制备一层厚度为0.8-1.2um的Mo薄膜30;或者所述太阳能电池的背电极Mo薄膜也可以在清洁的基体10上首先以金属Al(Cr、Cu、Ag、Au)靶和Mo靶共溅射制备一层厚度为8-100nm的Al(Cr、Cu、Ag、Au)与Mo混合的金属层20,然后以纯Mo靶在其上制备一层厚度为0.8-1.2um的Mo薄膜30。
现结合具体实例,对本发明实施例掺太阳能电池的背电极Mo薄膜及其制备方法进行进一步详细说明。
实施例1
太阳能电池的背电极Mo薄膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)基体选择:以不锈钢为基体;
(2)基体清洗:依次在丙酮,无水乙醇及去离子水中清洗15min,并用高纯氮气吹干;
(3)金属层制备:利用直流电源采用纯Cr靶在靶电流为0.8A,工作压强为3.2Pa时在清洁的基体上制备厚度为15nm的Cr薄膜;
(4)Mo薄膜制备:利用直流电源采用纯Mo靶在靶电流为1A,工作气压为0.1Pa时在含有纯Cr镀层的基体上制备厚度为1um的Mo薄膜;
(5)本实施例制备的太阳能电池的背电极Mo薄膜的电学性能达到8×10-5Ω·cm,与基体的结合力通过tape-test。
实施例2
太阳能电池的背电极Mo薄膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)基体选择:以普通载玻片为基体;
(2)基体清洗:依次在丙酮,无水乙醇及去离子水中清洗5min,并用高纯氮气吹干;
3)过渡层金属层制备:利用直流电源采用纯Al靶在靶电流为1A,工作压强为3.8Pa时在清洁的基体上制备厚度为50nm的Al薄膜;
(4)Mo薄膜制备:利用直流电源采用纯Mo靶在靶电流为1.3A,工作气压为0.15Pa时在含有纯Al镀层的基体上制备厚度为1.1um的Mo薄膜;
(5)本实施例制备的太阳能电池的背电极Mo薄膜的电学性能达到6.5×10-5Ω·cm,与基体的结合力通过tape-test。
实施例3
太阳能电池的背电极Mo薄膜的制备方法,包括如下步骤:
(1)基体选择:以钠钙玻璃为基体;
(2)基体清洗:依次在丙酮,无水乙醇及去离子水中清洗10min,并用高纯氮气吹干;
(3)过渡层金属层制备:利用直流电源采用纯Cu靶在靶电流为1.2A,工作压强为2.5Pa时在清洁的基体上制备厚度为30nm的Cu薄膜;
(4)Mo薄膜制备:利用直流电源采用纯Mo靶在靶电流为1.5A,工作气压为0.3Pa时在含有纯Cu镀层的基体上制备厚度为0.8um的Mo薄膜;
(5)本实施例制备的太阳能电池的背电极Mo薄膜的电学性能达到7×10-5Ω·cm,与基体的结合力通过tape-test。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种太阳能电池的背电极Mo薄膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)基体的选择;
(2)基体的清洗:将基体在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声波中清洗,然后用高纯氮气吹干;
(3)金属层的制备:
采用直流电源、直流脉冲电源或射频电源,以金属Al为靶材,电流为0.5A-2A,工作压强为1Pa-5Pa,在所述基体上制备得到单一金属A1的金属层;或
采用金属Al与Mo的合金靶溅射得到金属A1与Mo混合的金属层;或
采用金属Al靶与Mo靶共溅射制备得到金属A1与Mo混合的金属层;
(4)Mo薄膜的制备:
采用直流电源、直流脉冲电源或射频电源在所述已镀有金属A1的金属层或金属A1与Mo混合的金属层的基体上沉积一层Mo薄膜,其中,Mo靶的靶电流为0.6A-2A,工作压强为0.05Pa-0.5Pa。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的背电极Mo薄膜的制备方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述基体为载玻片、钠钙玻璃或不锈钢。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池的背电极Mo薄膜的制备方法,其特征在于,在步骤(2)中,所述超声波清洗的时间为5-15min。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池的背电极Mo薄膜的制备方法,其特征在于,在步骤(3)中,所述金属层的厚度为8-100nm。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池的背电极Mo薄膜的制备方法,其特征在于,在步骤(4)中,所述Mo薄膜的厚度为0.5-1.2um。
6.一种太阳能电池的背电极Mo薄膜,其特征在于,由权利要求1-5任一项所述太阳能电池的背电极Mo薄膜的制备方法制备而成,所述太阳能电池的背电极Mo薄膜包括依次层叠设置的基体、金属层和Mo薄膜;所述金属层沉积在所述基体上,所述Mo薄膜沉积在所述金属层上。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池的背电极Mo薄膜,其特征在于,所述金属层为单一金属Al的金属层或金属Al与Mo混合的金属层。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |