CN109768094A - 一种多层背电极、薄膜太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层背电极的制备方法，包括：在基底的一侧表面镀制第一钼层，镀制过程中控制气压由第一气压值连续下降至第二气压值；在第一钼层的表面镀制第二钼层，镀制过程中控制气压保持在第二气压值；在第二钼层的表面镀制第三钼层，镀制过程中控制气压由第二气压值连续升高至第三气压值。本发明通过在镀制背电极膜层即钼薄膜的不同阶段，使用不同的气压，通过控制气压连续变化，优化了背电极膜层的结构，降低了背电极膜层的应力，同时减少了背电极膜层的界面差异，提高了耐高温性能；通过引入高气压的第三钼层，提高了背电极膜层的表面粗糙度，降低了反射率，实现了表面陷光效应，提高了光吸收效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种多层背电极、薄膜太阳能电池及其制备方法。
背景技术
一般地,具有高转换效率的CIGS薄膜电池通常选用普通钠钙玻璃或柔性材料作为基底,用磁控溅射法在其上沉积一层Mo薄膜作为背电极层。大量研究结果表明，磁控溅射制备Mo薄膜时，溅射气压极大地影响了薄膜的性质，通常，在高气压下制备的薄膜疏松多孔，电阻率较高但附着力优异，同时薄膜呈张应力；而在低气压下制备的薄膜致密，导电性好但附着力较差，通常呈压缩应力。
现有技术中通常采用“高气压/低气压”的双层背电极结构，但是，该双层结构的背电极结构存在如下缺陷：
1、因低气压钼层较厚(＞300nm)，通常会在背电极膜层中引入较大的残余应力。
2、在镀制吸收层的高温环境中，背电极膜层将受到热应力作用，导致背电极膜层出现孔洞或开裂等缺陷。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是提供一种多层背电极、薄膜太阳能电池及其制备方法，该多层背电极的制备方法通过在镀制背电极膜层的不同阶段，使用不同的气压，通过控制气压连续变化，优化了背电极膜层的结构，降低了背电极膜层的应力；同时，在第一钼层和第三钼层的镀制过程中，控制气压连续变化，减少了第一钼层、第三钼层与第二钼层之间的界面差异，提高了背电极膜层的耐高温性能；采用该多层背电极的制备方法制备的背电极膜层，其中第三钼层为高气压层，通过引入高气压的第三钼层作为表面层，提高了背电极膜层的表面粗糙度，降低了反射率，实现了表面陷光效应，提高了光吸收效率。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种多层背电极的制备方法，包括：在基底的一侧表面镀制第一钼层，镀制过程中控制气压由第一气压值连续下降至第二气压值；在所述第一钼层的表面镀制第二钼层，镀制过程中控制气压保持在第二气压值；在所述第二钼层的表面镀制第三钼层，镀制过程中控制气压由第二气压值连续升高至第三气压值。
进一步，所述第一气压值的范围为1.0-3.0Pa；和/或所述第二气压值的范围为0.05-0.5Pa；和/或所述第三气压值的范围为0.5-3.0Pa。
进一步，所述第一钼层的厚度范围为10-300nm；和/或所述第二钼层的厚度范围为100-500nm；和/或所述第三钼层的厚度范围为0-200nm。
进一步，所述第一钼层、所述第二钼层和所述第三钼层采用磁控溅射法镀制
进一步，所述在基底的一侧表面镀制第一钼层的步骤之前，还包括：清洗所述基底；控制本底真空度至低于预设真空度；对所述基底进行加热烘烤，去除水汽。
进一步，所述预设真空度为5.0E-4Pa。
根据本发明的另一个方面，提供一种多层背电极，采用上述所述的制备方法制备得到，包括：依次层叠设置的第一钼层、第二钼层和第三钼层。
进一步，所述第一钼层的厚度范围为10-300nm；和/或所述第二钼层的厚度范围为100-500nm；和/或所述第三钼层的厚度范围为0-200nm。
根据本发明的又一方面，提供一种薄膜太阳能电池，包括上述所述的多层背电极，还包括：依次层叠设置在所述多层背电极的第三钼层侧的吸收层、硫化镉层、氧化锌层、氧化锌铝层和栅电极。
根据本发明的又一方面，提供一种薄膜太阳能电池的制备方法，包括：采用上述所述的制备方法制备得到多层背电极。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
1、本发明提供的多层背电极的制备方法，通过在镀制背电极膜层的不同阶段，使用不同的气压，通过控制气压连续变化，即通过高气压/低气压/高气压连续变化，镀制张应力/压应力/张应力的背电极膜层结构，优化了背电极膜层的结构，使得背电极膜层应力连续变化，降低了背电极膜层的应力；同时，在第一钼层和第三钼层的镀制过程中，控制气压连续变化，减少了第一钼层、第三钼层与第二钼层之间的界面差异，提高了背电极膜层的耐高温性能；采用该多层背电极的制备方法制备的背电极膜层，其中第三钼层为高气压层，通过引入高气压的第三钼层作为表面层，提高了背电极膜层的表面粗糙度，降低了反射率，实现了表面陷光效应，提高了光吸收效率。
2、本发明提供的多层背电极，通过采用本发明提供的多层背电极的制备方法制备得到，优化了背电极膜层的结构，降低了背电极膜层的应力；同时，减少了第一钼层、第三钼层与第二钼层之间的界面差异，提高了背电极膜层的耐高温性能；由于第三钼层为高气压层，通过引入高气压的第三钼层作为表面层，提高了背电极膜层的表面粗糙度，降低了反射率，实现了表面陷光效应，提高了光吸收效率。
3、本发明提供的薄膜太阳能电池，通过采用本发明的多层背电极，优化了背电极膜层的结构，降低了背电极膜层的应力；同时，减少了第一钼层、第三钼层与第二钼层之间的界面差异，提高了背电极膜层的耐高温性能；由于第三钼层为高气压层，通过引入高气压的第三钼层作为表面层，提高了背电极膜层的表面粗糙度，降低了反射率，实现了表面陷光效应，提高了光吸收效率。
4、本发明提供的薄膜太阳能电池的制备方法，通过采用本发明提供的多层背电极的制备方法，优化了背电极膜层的结构，降低了背电极膜层的应力；同时，减少了第一钼层、第三钼层与第二钼层之间的界面差异，提高了背电极膜层的耐高温性能；由于第三钼层为高气压层，通过引入高气压的第三钼层作为表面层，提高了背电极膜层的表面粗糙度，降低了反射率，实现了表面陷光效应，提高了光吸收效率。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的多层背电极的制备方法的流程图；
图2是本发明一实施例提供的多层背电极镀制过程中的气压变化图；
图3本发明另一实施例提供的多层背电极的结构示意图。
附图标记：
1、基底，2、第一钼层，3、第二钼层，4、第三钼层，d1、第一钼层厚度，d2、第二钼层厚度，d3、第三钼层厚度，P1、第一气压值，P2、第二气压值，P3、第三气压值。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在介绍本发明提供的多层背电极的制备方法之前，首先介绍现有技术中的背电极结构的制备方法:
现有技术中的背电极结构，通常通过在玻璃基底上先沉积一层高气压层作为附着力层，然后在其上沉积一层较厚的低气压层作为导电层，实现了约1μm厚，同时具有良好附着力和导电性的膜层。该方案被广泛用在CIGS薄膜太阳能电池中，即先沉积一薄层(约50-200nm)高气压层用来提高薄膜附着力，然后沉积较厚(300-1000nm)的低气压层作为导电层。上述采用“高气压/低气压”的双层背电极结构，虽然可以在一定程度上解决膜层附着力和导电性的问题，但是，因低气压钼层较厚(＞300nm)，通常会在背电极膜层中引入较大的残余应力；且在镀制吸收层的高温环境中，背电极膜层将受到热应力作用，导致背电极膜层出现孔洞或开裂等缺陷。
图1是本发明一实施例提供的多层背电极的制备方法的流程图。
图2是本发明一实施例提供的多层背电极镀制过程中的气压变化图。
请参照图1和图2，本发明一实施例提供一种多层背电极的制备方法，包括：
S100，在基底的一侧表面镀制第一钼层，镀制过程中控制气压由第一气压值P1连续下降至第二气压值P2，此过程为镀制钼层的第1阶段。
可选的，基底包括但不限于玻璃基底、柔性基底或者不锈钢基底。其中，玻璃基底可以为普通玻璃基底，也可以为耐高温玻璃基底；柔性基底可以为聚酰亚胺薄膜(简称PI膜)。
可选的，玻璃基底为钠钙玻璃板、硼酸盐玻璃板和磷酸盐玻璃板中的至少一种。
可选的，基底的厚度范围为10-35mm。
可选的，基底的厚度范围为25-33mm。
可选的，第一气压值P1的范围为1.0-3.0Pa。
可选的，第一气压值P1的范围为1.5-2.5Pa。
优选的，第一气压值P1包括但不限于1.0Pa、1.2Pa、1.5Pa、1.8Pa、2.0Pa、2.3Pa、2.5Pa、2.8Pa、3.0Pa。
可选的，第二气压值P2的范围为0.05-0.5Pa。
可选的，第二气压值P2的范围为0.1-0.3Pa。
优选的，第二气压值P2包括但不限于0.05Pa、0.08Pa、0.1Pa、0.15Pa、0.2Pa、0.25Pa、0.3Pa、0.35Pa、0.4Pa、0.45Pa、0.5Pa。
可选的，第一钼层的厚度d1范围为10-300nm。
可选的，第一钼层的厚度d1范围为20-100nm。
优选的，第一钼层的厚度d1包括但不限于10nm、20nm、30nm、50nm、80nm、100nm、120nm、150nm、180nm、200nm、220nm、240nm、260nm、280nm、300nm。
S200，在第一钼层的表面镀制第二钼层，镀制过程中控制气压保持在第二气压值P2，此过程为镀制钼层的第2阶段。
可选的，第二钼层的厚度d2范围为100-500nm。
可选的，第二钼层的厚度d2范围为200-400nm。
优选的，第二钼层的厚度d2包括但不限于100nm、120nm、130nm、150nm、180nm、200nm、220nm、250nm、280nm、300nm、320nm、340nm、360nm、380nm、400nm、430nm、450nm、480nm、500nm。
S300，在第二钼层的表面镀制第三钼层，镀制过程中控制气压由第二气压值P2连续升高至第三气压值P3，此过程为镀制钼层的第3阶段。
可选的，可选的，第三气压值P3的范围为0.5-3.0Pa。
可选的，第三气压值P3的范围为1.0-2.0Pa。
优选的，第三气压值P3包括但不限于0.5Pa、1.0Pa、1.2Pa、1.5Pa、1.8Pa、2.0Pa、2.3Pa、2.5Pa、2.8Pa、3.0Pa。
可选的，第三钼层的厚度d3范围为0-200nm。
可选的，第三钼层的厚度d3范围为10-100nm。
优选的，第三钼层的厚度包括但不限于0.5nm、5nm、10nm、20nm、30nm、50nm、80nm、100nm、120nm、150nm、180nm、200nm。
可选的，第一钼层、第二钼层和第三钼层采用磁控溅射法镀制，上述气压为溅射气压。
在本实施例中，为提高背电极膜层即钼层在基底表面的附着力，在步骤S100之前，还包括预处理的步骤，该预处理步骤包括：
S001，清洗基底，目的是将基底的表面清洗干净。
可选的，清洗的方式可以为碱洗、醇洗、水洗中的至少一种。
可选的，碱洗的清洗液为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、氨水中的至少一种。
S002，控制本底真空度至低于预设真空度。具体地，将清洗后的基底放入镀膜腔体中，对镀膜腔体抽真空使其本底真空度低于预设真空度。
可选的，预设真空度为5.0E-4Pa。但本发明不以此为限制，预设真空度的具体数值可根据实际需要适当调整。
S003，对基底进行加热烘烤，去除水汽。具体地，对抽真空之后的基底进行加热烘烤，以去除水汽。
可选的，烘烤温度为100-200℃，烘烤时间为10-30分钟。但本发明不以此为限制，烘烤温度和烘烤时间可根据实际需要适当调整。
可选的，烘烤温度为150℃，烘烤时间为20分钟。
可选的，烘烤温度包括但不限于100℃、120℃、150℃、180℃、200℃。
可选的，烘烤时间包括但不限于10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、30分钟。
本实施例提供的多层背电极的制备方法，通过在镀制背电极膜层的不同阶段，使用不同的气压，通过控制气压连续变化，即通过高气压/低气压/高气压连续变化，镀制张应力/压应力/张应力的背电极膜层结构，优化了背电极膜层的结构，使得背电极膜层应力连续变化，降低了背电极膜层的应力；同时，在第一钼层和第三钼层的镀制过程中，通过控制气压连续变化，减少了第一钼层、第三钼层与第二钼层之间的界面差异，提高了背电极膜层的耐高温性能；采用该多层背电极的制备方法制备的背电极膜层，其中第三钼层为高气压层，通过引入高气压的第三钼层作为表面层，提高了背电极膜层的表面粗糙度，降低了反射率，实现了表面陷光效应，提高了光吸收效率。
图3本发明另一实施例提供的多层背电极的结构示意图。
请参照图3，本发明另一实施例提供一种多层背电极，采用实施例一中的多层背电极的制备方法制备得到，包括：依次层叠设置的第一钼层2、第二钼层3和第三钼层4。
可选的，第一钼层的厚度d1范围为10-300nm。
可选的，第一钼层的厚度d1范围为20-100nm。
可选的，第二钼层的厚度d2范围为100-500nm。
可选的，第二钼层的厚度d2范围为200-400nm。
可选的，第三钼层的厚度d3范围为0-200nm。
可选的，第三钼层的厚度d3范围为10-100nm。
本实施例提供的多层背电极，通过采用上述实施例中的多层背电极的制备方法制备得到，优化了背电极膜层的结构，降低了背电极膜层的应力；同时，减少了第一钼层、第三钼层与第二钼层之间的界面差异，提高了背电极膜层的耐高温性能；由于第三钼层为高气压层，通过引入高气压的第三钼层作为表面层，提高了背电极膜层的表面粗糙度，降低了反射率，实现了表面陷光效应，提高了光吸收效率。
本发明又一实施例提供一种薄膜太阳能电池，包括上述实施例中的多层背电极，还包括：依次层叠设置在多层背电极的第三钼层侧的吸收层、硫化镉层、氧化锌层、氧化锌铝层和栅电极。
可选的，吸收层的材料包括但不限于铜铟镓硒薄膜层。
可选的，吸收层的厚度范围为1000-3000nm。
可选的，吸收层的厚度范围为1500-2500nm。
优选的，吸收层的厚度包括但不限于1000nm、1200nm、1500nm、1800nm、2000nm、2300nm、2500nm、2800nm、3000nm。
可选的，硫化镉层的厚度范围为30-70nm。
可选的，硫化镉层的厚度范围为40-60nm。
优选的，硫化镉层的厚度包括但不限于30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm。
可选的，氧化锌层的厚度范围为30-100nm。
可选的，氧化锌层的厚度范围为40-60nm。
优选的，氧化锌层的厚度包括但不限于30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm、100nm。
可选的，氧化锌铝层的厚度范围为100-300nm。
可选的，氧化锌铝层的厚度范围为150-250nm。
优选的，氧化锌铝层的厚度包括但不限于100nm、120nm、150nm、180nm、200nm、220nm、250nm、280nm、300nm。
可选的，栅电极的材料为Ni-Ag层或Ni-Al层。
可选的，栅电极的厚度范围为500-2000nm。
可选的，栅电极的厚度范围为750-1500nm。
优选的，栅电极的厚度包括但不限于500nm、600nm、750nm、900nm、1100nm、1300nm、1500nm、1700nm、1900nm、2000nm。
在本实施例中，该薄膜太阳能电池还包括基底1，设置在多层背电极的第一钼层2侧。
可选的，基底包括但不限于玻璃基底、柔性基底或者不锈钢基底。其中，玻璃基底可以为普通玻璃基底，也可以为耐高温玻璃基底；柔性基底可以为聚酰亚胺薄膜(简称PI膜)。
可选的，玻璃基底为钠钙玻璃板、硼酸盐玻璃板和磷酸盐玻璃板中的至少一种。
可选的，基底的厚度范围为10-35mm。
可选的，基底的厚度范围为25-33mm。
优选的，基底的厚度包括但不限于10mm、13mm、15mm、18mm、20mm、23mm、25mm、28mm、30mm、33mm、35mm。
本实施例提供的薄膜太阳能电池，通过采用上述实施例中的多层背电极，优化了背电极膜层的结构，降低了背电极膜层的应力；同时，减少了第一钼层、第三钼层与第二钼层之间的界面差异，提高了背电极膜层的耐高温性能；由于第三钼层为高气压层，通过引入高气压的第三钼层作为表面层，提高了背电极膜层的表面粗糙度，降低了反射率，实现了表面陷光效应，提高了光吸收效率。
本发明又一实施例提供一种薄膜太阳能电池的制备方法，包括：采用上述实施例中的多层背电极的制备方法制备得到多层背电极。
可选的，该薄膜太阳能电池的制备方法还包括：在多层背电极的第三钼层侧依次形成吸收层、硫化镉层、氧化锌层、氧化锌铝层和栅电极。
本实施例提供的薄膜太阳能电池的制备方法，通过采用本发明提供的多层背电极的制备方法，优化了背电极膜层的结构，降低了背电极膜层的应力；同时，减少了第一钼层、第三钼层与第二钼层之间的界面差异，提高了背电极膜层的耐高温性能；由于第三钼层为高气压层，通过引入高气压的第三钼层作为表面层，提高了背电极膜层的表面粗糙度，降低了反射率，实现了表面陷光效应，提高了光吸收效率。
本发明又一实施例提供一种薄膜太阳能电池，采用上述实施例中的薄膜太阳能电池的制备方法制备得到。
本发明旨在保护一种多层背电极、薄膜太阳能电池及其制备方法，具有如下有益的技术效果：
1、本发明提供的多层背电极的制备方法，通过在镀制背电极膜层的不同阶段，使用不同的气压，通过控制气压连续变化，即通过高气压/低气压/高气压连续变化，镀制张应力/压应力/张应力的背电极膜层结构，优化了背电极膜层的结构，使得背电极膜层应力连续变化，降低了背电极膜层的应力；同时，在第一钼层和第三钼层的镀制过程中，通过控制气压连续变化，减少了第一钼层、第三钼层与第二钼层之间的界面差异，提高了背电极膜层的耐高温性能；采用该多层背电极的制备方法制备的背电极膜层，其中第三钼层为高气压层，通过引入高气压的第三钼层作为表面层，提高了背电极膜层的表面粗糙度，降低了反射率，实现了表面陷光效应，提高了光吸收效率。
2、本发明提供的多层背电极，通过采用本发明提供的多层背电极的制备方法制备得到，优化了背电极膜层的结构，降低了背电极膜层的应力；同时，减少了第一钼层、第三钼层与第二钼层之间的界面差异，提高了背电极膜层的耐高温性能；由于第三钼层为高气压层，通过引入高气压的第三钼层作为表面层，提高了背电极膜层的表面粗糙度，降低了反射率，实现了表面陷光效应，提高了光吸收效率。
3、本发明提供的薄膜太阳能电池，通过采用本发明的多层背电极，优化了背电极膜层的结构，降低了背电极膜层的应力；同时，减少了第一钼层、第三钼层与第二钼层之间的界面差异，提高了背电极膜层的耐高温性能；由于第三钼层为高气压层，通过引入高气压的第三钼层作为表面层，提高了背电极膜层的表面粗糙度，降低了反射率，实现了表面陷光效应，提高了光吸收效率。
4、本发明提供的薄膜太阳能电池的制备方法，通过采用本发明提供的多层背电极的制备方法，优化了背电极膜层的结构，降低了背电极膜层的应力；同时，减少了第一钼层、第三钼层与第二钼层之间的界面差异，提高了背电极膜层的耐高温性能；由于第三钼层为高气压层，通过引入高气压的第三钼层作为表面层，提高了背电极膜层的表面粗糙度，降低了反射率，实现了表面陷光效应，提高了光吸收效率。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种多层背电极的制备方法，其特征在于，包括：
在基底的一侧表面镀制第一钼层，镀制过程中控制气压由第一气压值连续下降至第二气压值；
在所述第一钼层的表面镀制第二钼层，镀制过程中控制气压保持在第二气压值；
在所述第二钼层的表面镀制第三钼层，镀制过程中控制气压由第二气压值连续升高至第三气压值。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述第一气压值的范围为1.0-3.0Pa；和/或
所述第二气压值的范围为0.05-0.5Pa；和/或
所述第三气压值的范围为0.5-3.0Pa。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，
所述第一钼层的厚度范围为10-300nm；和/或
所述第二钼层的厚度范围为100-500nm；和/或
所述第三钼层的厚度范围为0-200nm。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，
所述第一钼层、所述第二钼层和所述第三钼层采用磁控溅射法镀制。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述在基底的一侧表面镀制第一钼层的步骤之前，还包括：
清洗所述基底；
控制本底真空度至低于预设真空度；
对所述基底进行加热烘烤，去除水汽。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，
所述预设真空度为5.0E-4Pa。
7.一种多层背电极，其特征在于，采用权利要求1-6中任意一项所述的制备方法制备得到，包括：依次层叠设置的第一钼层(2)、第二钼层(3)和第三钼层(4)。
8.根据权利要求7所述的多层背电极，其特征在于，
所述第一钼层(2)的厚度范围为10-300nm；和/或
所述第二钼层(3)的厚度范围为100-500nm；和/或
所述第三钼层(4)的厚度范围为0-200nm。
9.一种薄膜太阳能电池，其特征在于，包括权利要求7或8所述的多层背电极，还包括：
依次层叠设置在所述多层背电极的第三钼层(4)侧的吸收层、硫化镉层、氧化锌层、氧化锌铝层和栅电极。
10.一种薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
采用权利要求1-6中任意一项所述的制备方法制备得到多层背电极。
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