CN109713052A - 一种柔性薄膜太阳能电池用背电极的制备方法 - Google Patents

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彭寿
马立云
姚婷婷
李刚
沈洪雪
彭赛奥
金克武
王天齐
杨扬
甘治平
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Abstract

本发明公开一种柔性薄膜太阳能电池用背电极的制备方法，包括以下步骤：选取聚合物基板或金属柔性基板作为柔性基底；通过离子源溅射，对柔性基底进行清洗；通过磁控溅射，依次生长合金膜层、ZnAl膜层、降阻膜层、防腐蚀膜层、Mo膜层；最后将得到的膜层结构放入真空炉中退火，得到所述柔性薄膜太阳能电池用背电极；方法制备得到的背电极具有质量轻、可弯曲、便于携带、后期高温硒化不变形、抗腐蚀、低电阻率、薄膜应力小等优点，且多层膜结构与基底附着强度高，能够避免基底中Na+向吸收层的扩散且与CIGS有良好的欧姆接触。

Description

一种柔性薄膜太阳能电池用背电极的制备方法
技术领域
本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，具体是一种柔性薄膜太阳能电池用背电极的制备方法。
背景技术
目前铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池正迅速发展，但多数为玻璃基底，柔性CIGS薄膜太阳能电池刚刚开始，由于其质量轻，可折叠，可弯曲，便于携带，因此可以采用环绕式溅射沉积，有利于实现大规模生产，且显著的降低成本，可大量应用于便携式应急充电背包，光伏帐篷，光伏窗帘，光伏屋顶，太阳能汽车等具有广阔的应用空间，提高柔性CIGS薄膜太阳能电池效率及寿命有利于我国光伏产业的持续健康发展。
传统背电极为Si3N4+Mo复合膜的结构，由于传统Mo背电极中Mo膜较厚，导致薄膜应力大，与基板附着强度较低，且Mo膜制备成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柔性薄膜太阳能电池用背电极的制备方法，该方法制备得到的背电极具有质量轻、可弯曲、便于携带、后期高温硒化不变形、抗腐蚀、低电阻率、薄膜应力小等优点，且多层膜结构与基底附着强度高，能够避免基底中Na+向吸收层的扩散且与CIGS有良好的欧姆接触。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种柔性薄膜太阳能电池用背电极的制备方法，包括以下步骤：
S1、选取聚合物基板或金属柔性基板作为柔性基底；
S2、通过离子源溅射，对柔性基底进行清洗；
S3、通过磁控溅射，在柔性基底顶面溅射生长60～120 nm厚度的合金膜层，合金膜层为CuAl、CuZn、TiAl或TiCu；
S4、通过磁控溅射，在合金膜层顶面溅射生长40～80 nm厚度的ZnAl膜层；
S5、通过磁控溅射，在ZnAl膜层顶面溅射生长20～40 nm厚度的降阻膜层，降阻膜层为Ti、Al、Ag或Cu膜层；
S6、通过磁控溅射，，在降阻膜层顶面溅射生长15～60 nm厚度的防腐蚀膜层，防腐蚀膜层为MoN、MoO、Al2O3、TixNy或TiOxNy等膜层；
S7、通过磁控溅射，在防腐蚀膜层顶面溅射生长55～75 nm厚度的Mo膜层；
S8、将步骤S7得到的膜层结构放入真空炉中退火，得到所述柔性薄膜太阳能电池用背电极。
进一步的，步骤S8所述退火温度为600℃。
进一步的，将步骤S5得到的膜层结构进行300℃的合金化再进行步骤S6。
本发明的有益效果是：
一、采用聚合物基板或金属柔性基板作为柔性基底，质量轻，可折叠，可弯曲，便于携带，因此可以采用环绕式溅射沉积，有利于实现大规模生产，且显著的降低成本。
二、背电极采用多层膜结构，合金膜层以及降阻膜层的加入可以有效提高背电极导电性能。
三、 ZnAl膜层使合金膜层至降阻膜层有较好的结合力，减小整体背电极的薄膜内应力。
四、降阻膜层可相对降低ZnAl膜层至防腐蚀膜层的电阻率，防腐蚀膜层能够防止后期硒化过程中硒对合金膜层的腐蚀，保障顶层Mo膜在硒化时与Se反应均匀，吸收层和顶层Mo膜保持元素分布均匀。
五、Mo膜层使得硒与Mo反应适量并可控，并与作为吸收层的CIGS薄膜形成良好的欧姆接触，有益CIGS薄膜太阳能电池效率的提高。
六、背电极减少了阻挡层和Mo的层数，并降低了Mo的厚度，背电极整体厚度降低，成本降低。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明的流程示意图；
图2是本发明方法得到背电极的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
结合图1与图2所示，本发明提供一种柔性薄膜太阳能电池用背电极的制备方法，包括以下步骤：
S1、选取金属柔性基板作为柔性基底1；金属柔性基板采用铝箔；
S2、通过离子源溅射，对柔性基底进行清洗，同时使柔性基底带有粒子，增强其与上层薄膜的结合力；
S3、通过磁控溅射，在柔性基底1顶面溅射生长合金膜层2，合金膜层为CuAl；
具体为：采用直流磁控溅射，CuAl合金靶，在柔性基底1顶面沉积CuAl膜层，工作压强为0.5Pa，功率为150W，CuAl膜层厚度为80nm；
S4、通过磁控溅射，在合金膜层2顶面溅射生长ZnAl膜层3；
具体为：采用直流磁控溅射，ZnAl合金靶，在合金膜层2顶面沉积ZnAl膜层3，工作压强为0.5Pa，功率为70W，ZnAl膜层3厚度为50nm，然后将步骤S4得到的膜系在300℃合金化，提高电导率；
S5、通过磁控溅射，在ZnAl膜层3顶面溅射生长降阻膜层4，降阻膜层4为Ti膜层；
具体为：采用直流磁控溅射，Ti靶，工作压强为0.5Pa，功率为40W，在ZnAl膜层3顶面沉积Ti膜层，Ti膜层厚度为25nm；
S6、通过磁控溅射，在降阻膜层4顶面溅射生长防腐蚀膜层5，防腐蚀膜层5为MoN膜层；
具体为：采用直流磁控溅射，Mo靶，N2流量为6sccm，工作压强为0.5Pa，功率为70W，在降阻膜层4顶面沉积MoN膜层，MoN膜层厚度为30nm；
S7、通过磁控溅射，在防腐蚀膜层5顶面溅射生长Mo膜层6；
具体为：采用直流磁控溅射，Mo靶，工作压强为0.4Pa，功率为80W，在防腐蚀膜层5顶面沉积Mo膜层6，Mo膜层厚度为55nm；
S8、将步骤S7得到的膜层结构放入600℃真空炉中退火，得到所述柔性薄膜太阳能电池用背电极。
将本实施例得到的柔性薄膜太阳能电池用背电极分别进行方阻测试、耐摩擦测试，耐腐蚀测试，方阻1.3Ω/□，采用刮膜器进行实验后发现没有脱模，并进行双85耐腐蚀测试，发现整体背电极曝露在高湿度下能够抵抗湿气长期渗透。
实施例二
结合图1与图2所示，本发明提供一种柔性薄膜太阳能电池用背电极的制备方法，包括以下步骤：
S1、选取聚合物基板作为柔性基底1；聚合物基板采用聚酰亚胺；
S2、通过离子源溅射，对柔性基底进行清洗，同时使柔性基底带有粒子，增强其与上层薄膜的结合力；
S3、通过磁控溅射，在柔性基底1顶面溅射生长合金膜层2，合金膜层为CuZn；
具体为：采用直流磁控溅射，CuZn合金靶，在柔性基底1顶面沉积CuZn膜层，工作压强为0.4Pa，功率为180W，CuZn膜层厚度为90nm；
S4、通过磁控溅射，在合金膜层2顶面溅射生长ZnAl膜层3；
具体为：采用直流磁控溅射，ZnAl合金靶，在合金膜层2顶面沉积ZnAl膜层3，工作压强为0.4Pa，功率为60W，ZnAl膜层3厚度为60nm，然后将步骤S4得到的膜系在300℃合金化，提高电导率；
S5、通过磁控溅射，在ZnAl膜层3顶面溅射生长降阻膜层4，降阻膜层4为Cu膜层；
具体为：采用直流磁控溅射，Cu靶，工作压强为0.5Pa，功率为40W，在ZnAl膜层3顶面沉积Ti膜层，Ti膜层厚度为30nm；
S6、通过磁控溅射，在降阻膜层4顶面溅射生长防腐蚀膜层5，防腐蚀膜层5为TiN膜层；
具体为：采用直流磁控溅射，Ti靶，N2流量为6sccm，工作压强为0.4Pa，功率为90W，在降阻膜层4顶面沉积TiN膜层，TiN膜层厚度为40nm；
S7、通过磁控溅射，在防腐蚀膜层5顶面溅射生长Mo膜层6；
具体为：采用直流磁控溅射，Mo靶，工作压强为0.4Pa，功率为100W，在防腐蚀膜层5顶面沉积Mo膜层6，Mo膜层厚度为70nm；
S8、将步骤S7得到的膜层结构放入600℃真空炉中退火，得到所述柔性薄膜太阳能电池用背电极。
将本实施例得到的柔性薄膜太阳能电池用背电极分别进行方阻测试、耐摩擦测试，耐腐蚀测试，方阻0.8Ω/□，采用刮膜器进行实验后发现没有脱模，并进行双85耐腐蚀测试，发现整体背电极曝露在高湿度下能够抵抗湿气长期渗透。
实施例三
结合图1与图2所示，本发明提供一种柔性薄膜太阳能电池用背电极的制备方法，包括以下步骤：
S1、选取金属柔性基板作为柔性基底1；金属柔性基板采用铁镍合金；
S2、通过离子源溅射，对柔性基底进行清洗，同时使柔性基底带有粒子，增强其与上层薄膜的结合力；
S3、通过磁控溅射，在柔性基底1顶面溅射生长合金膜层2，合金膜层为TiCu；
具体为：采用直流磁控溅射，TiCu合金靶，在柔性基底1顶面沉积TiCu膜层，工作压强为0.5Pa，功率为150W，TiCu膜层厚度为90nm；
S4、通过磁控溅射，在合金膜层2顶面溅射生长ZnAl膜层3；
具体为：采用直流磁控溅射，ZnAl合金靶，在合金膜层2顶面沉积ZnAl膜层3，工作压强为0.5Pa，功率为90W，ZnAl膜层3厚度为70nm，然后将步骤S4得到的膜系在300℃合金化，提高电导率；
S5、通过磁控溅射，在ZnAl膜层3顶面溅射生长降阻膜层4，降阻膜层4为Ag膜层；
具体为：采用直流磁控溅射，Ag靶，工作压强为0.5Pa，功率为40W，在ZnAl膜层3顶面沉积Ag膜层，Ag膜层厚度为35nm；
S6、通过磁控溅射，在降阻膜层4顶面溅射生长防腐蚀膜层5，防腐蚀膜层5为MoO膜层；
具体为：采用直流磁控溅射，Mo靶，O2流量为6sccm，工作压强为0.5Pa，功率为70W，在降阻膜层4顶面沉积MoO膜层，MoO膜层厚度为20nm；
S7、通过磁控溅射，在防腐蚀膜层5顶面溅射生长Mo膜层6；
具体为：采用直流磁控溅射，Mo靶，工作压强为0.4Pa，功率为120W，在防腐蚀膜层5顶面沉积Mo膜层6，Mo膜层厚度为75nm；
S8、将步骤S7得到的膜层结构放入600℃真空炉中退火，得到所述柔性薄膜太阳能电池用背电极。
将上述得到的柔性薄膜太阳能电池用背电极分别进行方阻测试、耐摩擦测试，耐腐蚀测试，方阻0.5Ω/□，采用刮膜器进行实验后发现没有脱模，并进行双85耐腐蚀测试，发现整体背电极曝露在高湿度下能够抵抗湿气长期渗透。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (3)

1.一种柔性薄膜太阳能电池用背电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选取聚合物基板或金属柔性基板作为柔性基底；
S2、通过离子源溅射，对柔性基底进行清洗；
S3、通过磁控溅射，在柔性基底顶面溅射生长60～120 nm厚度的合金膜层，合金膜层为CuAl、CuZn、TiAl或TiCu；
S4、通过磁控溅射，在合金膜层顶面溅射生长40～80 nm厚度的ZnAl膜层；
S5、通过磁控溅射，在ZnAl膜层顶面溅射生长20～40 nm厚度的降阻膜层，降阻膜层为Ti、Al、Ag或Cu膜层；
S6、通过磁控溅射，，在降阻膜层顶面溅射生长15～60 nm厚度的防腐蚀膜层，防腐蚀膜层为MoN、MoO、Al2O3、TixNy或TiOxNy等膜层；
S7、通过磁控溅射，在防腐蚀膜层顶面溅射生长55～75 nm厚度的Mo膜层；
S8、将步骤S7得到的膜层结构放入真空炉中退火，得到所述柔性薄膜太阳能电池用背电极。
2.根据权利要求1所述的一种柔性薄膜太阳能电池用背电极的制备方法，其特征在于，步骤S8所述退火温度为600℃。
3.根据权利要求1所述的一种柔性薄膜太阳能电池用背电极的制备方法，其特征在于，将步骤S5得到的膜层结构进行300℃的合金化再进行步骤S6。
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