CN117954510A - 一种用于柔性金属衬底太阳电池的背电极及其制备方法 - Google Patents
一种用于柔性金属衬底太阳电池的背电极及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117954510A CN117954510A CN202211275982.6A CN202211275982A CN117954510A CN 117954510 A CN117954510 A CN 117954510A CN 202211275982 A CN202211275982 A CN 202211275982A CN 117954510 A CN117954510 A CN 117954510A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- metal substrate
- back electrode
- metal oxide
- metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 114
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 95
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 179
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 96
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 74
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 74
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 claims abstract description 61
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 48
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 61
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 44
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 34
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 34
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 34
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 abstract description 17
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 34
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 34
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 13
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 11
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 5
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N [Cu].[Se].[Se].[In] Chemical compound [Cu].[Se].[Se].[In] KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 2
- 239000010965 430 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910016001 MoSe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本公开涉及一种用于柔性金属衬底太阳电池的背电极，在沿远离金属衬底的方向上，所述背电极包括在第一主表面上层叠设置的第一金属氧化物层、阻挡层和第一功能层；所述第一金属氧化物层的材料选自MoOx，其中0.001≤x≤0.25，所述第一金属氧化物层的薄膜应力在‑900MPa至‑300MPa之间；所述阻挡层含有金属Cr；所述第一功能层含有金属Mo。本公开的方法制备得到的背电极不仅能够提高背电极对Fe、Cr等有害元素的阻挡效果，还能够平衡多层膜带来的背电极应力性卷曲，提高电池效率的同时满足卷对卷连续生产的需求。
Description
技术领域
本公开涉及太阳能电池技术领域，具体地，涉及一种柔性金属衬底太阳电池的多层结构背电极及其制备方法。
背景技术
柔性CIGS薄膜太阳能电池越来越受关注，一方面柔性电池使用的原材料较少，另一方面其柔性的特点可以实现连续卷对卷的方式进行生产，从而大大降低太阳能电池的成本，最重要的是应用场景除了大型地面电站外，还可广泛用于地面分布式电站(如轻钢屋顶一体化、农业大棚一体化、曲面建筑一体化等)。
不锈钢薄片具有廉价、较好的机械稳定性和耐高温的特性，同时不锈钢具有与CIGS相匹配的热膨胀系数，这使不锈钢作为柔性CIGS太阳能电池的衬底广受青睐。但是，在使用不锈钢作为柔性衬底制备CIGS时，沉积时的高温导致衬底中的Fe元素会通过背电极渗透进入CIGS中，使太阳能电池的效率下降。此外，柔性的衬底会对电池系统总体的应力平衡有更高的要求，以免电池在制备过程中产生撕裂甚至脱膜导致电池失效，同时也可满足卷对卷连续生产对衬底平整度的要求。
因此需要一种背电极结构，能平衡系统应力，并且可以阻止Fe元素渗透进入CIGS有源层中。
发明内容
本公开的目的是提供一种柔性金属衬底太阳电池的多层结构背电极，该电极能有效阻止Fe、Cr等有害元素进入有源层，并且平衡多层膜带来的背电极应力性卷曲。
为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种用于柔性金属衬底太阳电池的背电极，在沿远离金属衬底的方向上，所述背电极包括在第一主表面上层叠设置的第一金属氧化物层、阻挡层和第一功能层；
所述第一金属氧化物层的材料选自MoOx，其中0.001≤x≤0.25，所述第一金属氧化物层的薄膜应力为-900MPa至-300MPa之间；
所述阻挡层含有金属Cr、硅的氧化物、硅的氮氧化物、铝的氧化物、钛的氮化物、钛的氧化物或锆的氧化物；
所述第一功能层含有金属Mo。
可选地，所述背电极还包括设置在所述阻挡层和所述第一功能层之间的第二金属氧化物层，所述第二金属氧化物层的材料选自MoOy，其中0.001 ≤y≤0.25，所述第二金属氧化物层的薄膜应力在-900MPa至-300MPa之间。
可选地，所述第一金属氧化物层的材料选自MoOx，其中0.01≤x≤0.15；所述第二金属氧化物层的材料选自MoOy，其中0.01≤y≤0.15。
可选地，所述第一金属氧化物层和所述第二氧化物层的厚度各自独立地为50-200nm；所述阻挡层的厚度为50-200nm；所述第一功能层的厚度为 100-400nm；所述金属衬底的材料选自不锈钢、铁箔、铬箔或镍箔。
可选地，所述背电极还包括在覆于所述金属衬底的第二主表面的第二功能层，所述第二功能层含有金属Mo，所述第二功能层的厚度为300-600nm，所述第二功能层的薄膜应力在150MPa至600MPa之间。
本公开第二方面提供一种制备用于柔性金属衬底太阳电池的背电极的方法，该方法包括如下步骤：
S1、将第一金属衬底的正面进行第一磁控溅射以沉积第一金属氧化物层，得到第二金属衬底；其中，所述第一金属氧化物层含有MoOx，其中0.001 ≤x≤0.25；
S2、对所述第二金属衬底进行第二磁控溅射，以在所述金属氧化物层上沉积阻挡层，得到第三金属衬底；其中，所述阻挡层含有金属Cr、硅的氧化物、硅的氮氧化物、铝的氧化物、钛的氮化物、钛的氧化物或锆锆的氧化物；
S3、对所述第三金属衬底进行第三磁控溅射，以在所述阻挡层上沉积第一功能层；其中，所述第一功能层含有金属Mo。
可选地，步骤S1包括：在第一工艺气体中，采用第一Mo靶对第一金属衬底的第一主表面进行所述第一磁控溅射；其中，第一工艺气体含有Ar 和O2，O2的流量为5-500sccm，所述第一工艺气体中Ar和O2的流量比为 (1-100)：1；溅射气压为0.002-0.01Torr；溅射功率密度为15kw/m2以下；
步骤S2包括：在第二工艺气体中，采用Cr靶、Si钯、SiAl合金靶、 Ti钯或Zr钯对第二金属衬底进行所述第二磁控溅射；其中，第二工艺气体含有Ar，以及可选的N2和/或O2；溅射气压为0.003-0.02Torr；溅射功率密度为7kw/m2以上；
步骤S3包括：在第三工艺气体中，采用第二Mo靶对第三金属衬底进行所述第三磁控溅射；其中，第三工艺气体含有Ar；溅射气压为 0.003-0.02Torr；溅射功率密度为30kw/m2以上。
可选地，该方法还包括步骤S4：对第一金属衬底的第二主表面进行所述第四磁控溅射，以在所述阻挡层上沉积第二功能层；其中，所述第二功能层含有金属Mo；
优选地，在第四工艺气体中，采用第三Mo靶对第一金属衬底的第二主表面进行所述第四磁控溅射；其中，所述第四工艺气体含有Ar；溅射气压为0.003-0.02Torr；溅射功率密度为30kw/m2以上。
可选地，步骤S2还包括：对所述第二金属衬底进行第二磁控溅射后再对其进行第五磁控溅射，以在所述金属氧化物层上依次沉积所述阻挡层和第二金属氧化物层，得到第三金属衬底；
其中，所述第二金属氧化物层含有MoOy，0.001≤y≤0.25。
本公开第三方面提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括第一方面所述的背电极。
通过上述技术方案，制备得到的背电极通过加入金属氧化物层，不仅能够提高背电极对Fe、Cr等有害元素的阻挡效果，有效减少进入CIGS有源层中Fe、Cr元素的含量，还能够起到平衡薄膜应力的作用，平衡多层膜带来的背电极应力性卷曲；提高电池效率。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开实施例1制备的背电极结构图。
图2是本公开实施例2制备的背电极结构图。
图3是制备本公开的背电极生产工艺流程图。
图4是实施例1制备的背电极中各层的元素含量的测试结果图。
图5是对比例1制备的背电极中各层的元素含量的测试结果图。
附图标记说明
41：金属衬底 43：第一金属氧化物层
44：阻挡层 45：第二金属氧化物层
46：第一功能层 42：第二功能层
22：第一工艺腔室 23：第二工艺腔室
24：第三工艺腔室 25：第四工艺腔室
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
本公开第一方面提供一种用于柔性金属衬底太阳电池的背电极，在沿远离金属衬底的方向上，所述背电极包括在第一主表面上层叠设置的第一金属氧化物层、阻挡层和第一功能层；所述第一金属氧化物层的材料选自MoOx，其中0.001≤x≤0.25，所述第一金属氧化物层的薄膜应力在-900MPa至-300 MPa之间；所述阻挡层含有金属Cr、硅的氧化物、硅的氮氧化物、铝的氧化物、钛的氮化物、钛的氧化物或锆的氧化物；所述第一功能层含有金属Mo。
本公开中的背电极具有特定材料的第一金属氧化物层、阻挡层和第一功能层的结构，其中，在紧挨着金属衬底的第一主表面上设置有第一金属氧化物层MoOx，其不仅能够有效地避免金属衬底中的Fe、Cr等元素扩散进入太阳电池的有源层中，而减少载流子的复合，提高电池的效率；还能够避免金属衬底与阻挡层之间的界面热膨胀系数不匹配而导致的高温脱模现象，以平衡多层膜带来的背电极应力性卷曲，使得该背电极在应用于柔性金属衬底的太阳能电池的大规模卷对卷生产中时，还具有较优的应力平衡性能。因此，具有本申请上述特定结构的背电极具有良好的电池效率和应力平衡性能。
在本公开中，术语“薄膜应力”是指第一金属氧化物层、阻挡层、第一功能层或第二金属氧化物层各自独立的对所述背电极结构产生的应力；术语“残余应力”是指第一金属氧化物层、阻挡层、第一功能层和第二金属氧化物层共同对所述背电极结构产生的应力。
在本公开的一种优选的具体实施方式中，所述阻挡层为金属Cr层；所述第一功能层为金属Mo层。本申请背电极中的阻挡层可以进一步阻挡杂质元素Fe的扩散，第一功能层可以在铜铟镓硒沉积过程中生成MoSe2结构，形成欧姆接触，减少光生电子进入背电极的阻力；同时Mo在高温下相比其他金属具有更好的稳定性。
在本公开的一种优选的具体实施方式中，所述背电极还包括在设置在所述阻挡层和所述第一功能层之间的第二金属氧化物层，所述第二金属氧化物层的材料选自MoOy，其中0.001≤y≤0.25，所述第二金属氧化物层的薄膜应力在-900MPa至-300MPa之间。在该种实施方式中，第二金属氧化物层 MoOx能够更有效地阻挡层中的Fe、Cr元素的扩散进入太阳能电池的有源层中，从而进一步有效地提高电池的效率。
在本公开的一种优选的具体实施方式中，所述第一金属氧化物层的材料选自MoOx，其中0.01≤x≤0.15。
在本公开的一种具体实施方式中，所述第二金属氧化物层的材料选自 MoOy，其中0.01≤y≤0.15。
根据本公开，所述第一金属氧化物层、第二金属氧化物层、阻挡层以及第一功能层的厚度可以在较大的范围内变化。在本公开的一种具体实施方式中，所述第一金属氧化层和第二金属氧化物层的厚度各自独立地为50-200nm，优选为80-150nm；所述阻挡层的厚度为50-200nm，优选为70-120nm；所述第一功能层的厚度为100-400nm，优选为200-400nm。在本公开的上述实施方式中，各层的厚度适宜，可以进一步有效地抑制背电极中Fe、Cr等元素扩散进入太阳电池的有源层中而提高电池的效率，并进一步提高背电极的应力平衡性能。
根据本公开，金属衬底的材料为本领域的技术人员所熟知的，在本公开的一种具体实施方式中，所述金属衬底的材料选自不锈钢(例如430不锈钢)、铁箔、铬箔或镍箔。
根据本公开，所述背电极还可以包括在覆于所述金属衬底的第二主表面的第二功能层。在本公开的一种具体实施方式中，所述第二功能层含有金属 Mo，所述第二功能层的厚度为300-600nm，优选为300-450nm，所述第二功能层的薄膜应力在150MPa至600MPa之间。在本公开的一种优选的具体实施方式中，所述第二功能层为金属Mo层。本公开的上述实施方式中，第二功能层用于平衡整个背电极中第一主表面的多层膜结构所产生的应力，使背电极达到应力中性，以进一步提高背电极的应力平衡性能。如图1所示，在本公开一种优选的具体实施方式中，所述背电极包括金属衬底41，所述金属衬底41含有包括第一主表面和第二主表面，在远离金属衬底41第一主表面的方向上，在第一主表面上层叠设置第一金属氧化物层43、阻挡层44、第二金属氧化物层45和第一功能层46；在金属衬底的第二主表面上设置第二功能层42。
本公开第二方面提供一种制备用于柔性金属衬底太阳电池的背电极的方法，该方法包括如下步骤：
S1、将第一金属衬底的正面进行第一磁控溅射以沉积第一金属氧化物层，得到第二金属衬底；其中，所述第一金属氧化物层含有MoOx，其中0.001 ≤x≤0.25；
S2、对所述第二金属衬底进行第二磁控溅射，以在所述金属氧化物层上沉积阻挡层，得到第三金属衬底；其中，所述阻挡层含有金属Cr、硅的氧化物、硅的氮氧化物、铝的氧化物、钛的氮化物、钛的氧化物或锆锆的氧化物；
S3、对所述第三金属衬底进行第三磁控溅射，以在所述阻挡层上沉积第一功能层；其中，所述第一功能层含有金属Mo。
采用本公开的方法可以制备得到具有特定材料的第一金属氧化物层、阻挡层和第一功能层的结构，在紧挨着金属衬底的第一主表面上设置有第一金属氧化物层MoOx，其不仅能够有效地避免金属衬底中的Fe、Cr等元素扩散进入太阳电池的有源层中，而减少载流子的复合，提高电池的效率；还能够避免金属衬底与阻挡层之间的界面热膨胀系数不匹配而导致的高温脱模现象，以平衡多层膜带来的背电极应力性卷曲，使得该背电极在应用于柔性金属衬底的太阳能电池的大规模卷对卷生产中时，还具有较优的应力平衡性能，满足对该柔性金属衬底平整度的要求。
在本公开中，磁控溅射为本领域的技术人员所熟知的操作，其具体操作方法在此不再赘述。
在本公开的一种优选的具体实施方式中，步骤S1可以包括：将金属衬底进行清洗、烘干后再送入镀膜真空腔室内进行抽真空处理，得到第一金属衬底。其中，抽真空处理达到真空度小于1×10-6Torr。清洗采用的溶液为本领域的技术人员所常规采用的，例如可以为去离子水。在烘干步骤之前可以先用N2对清洗的金属衬底进行吹干。本公开对烘干的条件不做具体限制，只要是可以将金属衬底表面的溶液去除即可。
根据本公开，步骤S1可以包括：在第一工艺气体中，采用第一Mo靶对第一金属衬底的第一主表面进行所述第一磁控溅射；其中，第一工艺气体含有Ar和O2，O2的流量为5-500sccm，所述第一工艺气体中Ar和O2的流量比为(1-100)：1，优选为(3-20)：1；溅射气压为0.002-0.01Torr；溅射功率密度为15kw/m2以下；步骤S2可以包括：在第二工艺气体中，采用Cr 靶、Si钯、SiAl合金靶、Ti钯或Zr钯对第二金属衬底进行所述第二磁控溅射；其中，第二工艺气体含有Ar，以及可选的N2和/或O2；溅射气压为 0.003-0.02Torr；溅射功率密度为7kw/m2以上；步骤S3可以包括：在第三工艺气体中，采用第二Mo靶对第三金属衬底进行所述第三磁控溅射；其中，第三工艺气体含有Ar；溅射气压为0.003-0.02Torr；溅射功率密度为30kw/m2以上。
在本公开的一种优选的具体实施方式中，该方法还包括步骤S4：该方法还包括步骤S4：对第一金属衬底的第二主表面进行所述第四磁控溅射，以在所述阻挡层上沉积第二功能层；其中，所述第二功能层含有金属Mo。更优选地，在第四工艺气体中，采用第三Mo靶对第一金属衬底的第二主表面进行所述第四磁控溅射；其中，所述第四工艺气体含有Ar；溅射气压为 0.003-0.02Torr；溅射功率密度为30kw/m2以上。
在本公开的一种具体实施方式中，步骤S2还包括：对所述第二金属衬底进行第二磁控溅射后再对其进行第五磁控溅射，以在所述金属氧化物层上依次沉积所述阻挡层和第二金属氧化物层，得到第三金属衬底；其中，所述第二金属氧化物层含有MoOy，0.001≤y≤0.25。
本公开第三方面提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括本公开第一方面所述的背电极。
根据本公开，太阳能电池可以为铜铟镓硒薄膜太阳能电池、铜铟镓硒/ 钙钛矿叠层电池、非晶硅薄膜太阳能电池。太阳能电池具体的结构为本领域的技术人员所熟知的，在此不再赘述。
下面通过实施例来进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。
实施例1
如图5所示，将不锈钢衬底用去离子水清洗干净，并进行烘干，将烘干的不锈钢衬底放入真空腔室内，抽真空达到本底真空度小于1×10-6Torr后，使不锈钢衬底依次经过第一工艺腔室22、第二工艺腔室23、第三工艺腔室 24和第四工艺腔室25进行磁控溅射处理。
如图2所示，其中，在第一工艺腔室中通入流量为40sccm的Ar，调节第一工艺腔室的Mo靶的溅射功率密度为30kw/m2、溅射气压为0.003Torr，在不锈钢衬底的背面沉积400nm的第二功能层42(Mo薄膜)；
在第二工艺腔室中通入流量为25sccm的氩气作为溅射气体，另外通入流量为5sccm氧气作为反应溅射气体，氩气和氧气的流量之比为5：1，调节第二工艺腔室的Mo靶的溅射功率密度为12kw/m2、溅射气压为0.002Torr，在不锈钢衬底的正面沉积110nm的第一金属氧化物层43(MoOx薄膜)；
在第三工艺腔室中通入流量为30sccm的Ar，调节第三工艺腔室的Cr 靶的溅射功率密度为7kw/m2、溅射气压为0.003Torr，在第一金属氧化物层之上沉积110nm的阻挡层44(Cr薄膜)；
在第四工艺腔室中通入流量为40sccm的Ar，调节第第四工艺腔室的 Mo靶的溅射功率密度为30kw/m2、溅射气压为0.003Torr，在阻挡层之上沉积400nm的第一功能层46(Mo薄膜)；得到背电极基片。
使用蒸发法在背电极的第二功能层之上制备厚度为2.2μm的CIGS有源层，得到太阳能电池样品。
用辉光放电光谱仪(GDOES)检测所得样品中各元素的含量，获得的太阳能电池样品中CIGS有源层中Cr、Fe杂质元素的信号强度。结果如表1、 2和图4所示。
图4中，横坐标为GDOES的处理时间，经过平移后，将CIGS有源层与背电极的界面处设为零点，其左侧(即负数侧)为CIGS有源层区，右侧依次为金属Mo层、金属Cr层、MoOx层和不锈钢衬底区，并用纵向黑色实线表示膜层间界面的位置；纵坐标为元素信号强度百分比，其中Fe元素的信号强度以不锈钢中的强度为100％，Cr元素的信号强度以金属Cr膜层的强度为100％，以此得到Fe和Cr杂质元素在CIGS有源层和背电极中的信号强度百分比，以表征其在CIGS有源层内的扩散程度。
从图4中可以看出，来自不锈钢衬底的Fe元素在进入CIGS有源层时，已经降至不锈钢结构中的0.05％左右(该数据用以表征Fe的扩散量，具体表示CIGS有源层内Fe元素的信号强度与不锈钢中Fe元素的信号强度的比值为0.05％)，在深度约为440nm的CIGS层内进行短程的扩散后，最终在 CIGS有源层内稳定在0.01％附近，直至表面CIGS表面；来自不锈钢衬底的 Cr元素在MoOx层已经在一定程度上被阻挡，在Cr元素扩散至CIGS/Mo界面处，仍具有约0.16％的信号强度，之后迅速下降，同样在大约440nm深度 CIGS内进行短程扩散后，Cr元素的信号强度最终稳定在0.0015％-0.002％左右。以上结论说明，该背电极结构能够有效阻挡来自不锈钢衬底和金属Cr 层的杂质元素进入CIGS有源层，其在CIGS中的扩散深度约为440nm。
实施例2
将不锈钢衬底用去离子水清洗干净，并进行烘干，将烘干的不锈钢衬底放入真空腔室内，抽真空达到到本底真空度小于1×10-6Torr后，使不锈钢衬底依次经过第一工艺腔室、第二工艺腔室、第三工艺腔室、第四工艺腔室和第五工艺腔室进行磁控溅射处理。
如图1所示，在第一工艺腔室中通入流量为40sccm的Ar，调节第一工艺腔室的Mo靶的溅射功率密度为30kw/m2、溅射气压为0.003Torr，在不锈钢衬底的背面沉积400nm的第二功能层42(Mo薄膜)；
在第二工艺腔室中通入流量为25sccm的氩气作为溅射气体，另外通入流量为5sccm氧气作为反应溅射气体，氩气和氧气的流量之比为5：1，调节第二工艺腔室的Mo靶的溅射功率密度为12kw/m2、溅射气压为0.002Torr，在不锈钢衬底的正面沉积110nm的第一金属氧化物层43|(MoOx薄膜)；
在第三工艺腔室中通入流量为30sccm的Ar，调节第三工艺腔室的Cr 靶的溅射功率密度为7kw/m2、溅射气压为0.003Torr，在第一金属氧化物层之上沉积110nm的阻挡层44(Cr薄膜)；
在第四工艺腔室中通入流量为25sccm的氩气作为溅射气体，另外通入流量为5sccm氧气作为反应溅射气体，氩气和氧气的比例为5：1，调节第四工艺腔室的Mo靶的溅射功率密度为12kw/m2、溅射气压为0.002Torr，在不锈钢衬底的正面沉积110nm的第二Mo金属氧化物层45(MoOx薄膜)；
在第五工艺腔室中通入流量为40sccm的Ar，调节第四工艺腔室的Mo 靶的溅射功率密度为30kw/m2、溅射气压为0.003Torr，在阻挡层之上沉积 400nm的第一功能层46(Mo薄膜)；得到背电极基片。
使用蒸发法在背电极的第二功能层之上制备厚度为2.2μm的CIGS有源层，得到太阳能电池样品。
用辉光放电光谱仪(GDOES)检测所得样品中各元素的含量。结果如表1、2所示。
实施例3
采用与实施例1相同的方法制备的太阳能电池样品，不同之处在于，在第二工艺腔室中通入流量为25sccm的氩气作为溅射气体，另外通入流量为 12.5sccm氧气作为反应溅射气体，氩气和氧气的流量之比为2：1，调节第二工艺腔室的Mo靶的溅射功率密度为12kw/m2、溅射气压为0.002Torr，在不锈钢衬底的正面沉积110nm的第一金属氧化物层(MoOx薄膜)；
用辉光放电光谱仪(GDOES)检测所得样品中各元素的含量。结果如表1、2所示。
实施例4
采用与实施例1相同的方法制备的太阳能电池样品，不同之处在于，在第二工艺腔室中通入流量为25sccm的氩气作为溅射气体，另外通入流量为 5sccm氧气作为反应溅射气体，氩气和氧气的流量之比为5：1，调节第二工艺腔室的Mo靶的溅射功率密度为12kw/m2、溅射气压为0.002Torr，在不锈钢衬底的正面沉积110nm的第一金属氧化物层；
在第三工艺腔室中通入流量为30sccm的Ar，调节第三工艺腔室的Cr 靶的溅射功率密度为7kw/m2、溅射气压为0.003Torr，在第一金属氧化物层之上沉积50nm的阻挡层(Cr薄膜)；
在第四工艺腔室中通入流量为40sccm的Ar，调节第第四工艺腔室的 Mo靶的溅射功率密度为30kw/m2、溅射气压为0.003Torr，在阻挡层之上沉积400nm的第一功能层(Mo薄膜)；得到背电极基片。
用辉光放电光谱仪(GDOES)检测所得样品中各元素的含量。结果如表1、2所示。
对比例1
将不锈钢衬底用去离子水清洗干净，并进行烘干，将烘干的不锈钢衬底放入真空腔室内，抽真空达到本底真空度小于1×10-6Torr后，使不锈钢衬底依次经过第一工艺腔室、第二工艺腔室和第三工艺腔室进行磁控溅射处理。
在第一工艺腔室中通入流量为40sccm的Ar，调节第四沉积室的Mo靶的溅射功率密度为30kw/m2、溅射气压为0.003Torr，在不锈钢衬底的背面沉积400nm的第二功能层(Mo薄膜)；
在第二工艺腔室中通入流量为30sccm的Ar，调节第二工艺腔室的Cr 靶的溅射功率密度为7kw/m2、溅射气压为0.003Torr，在不锈钢衬底之上沉积110nm的阻挡层(Cr薄膜)；
在第三工艺腔室中通入流量为40sccm的Ar，调节第三工艺腔室的Mo 靶的溅射功率密度为30kw/m2、溅射气压为0.003Torr，在阻挡层之上沉积 400nm的第一功能层(Mo薄膜)；得到背电极基片。
使用蒸发法在背电极的第二功能层之上制备厚度为2.2μm的CIGS有源层，得到太阳能电池样品。
用辉光放电光谱仪(GDOES)检测所得样品中各元素的含量，获得的太阳能电池样品中CIGS有源层中Cr、Fe杂质元素的信号强度和残余应力。结果如表1、2和图5所示。
图5中，横坐标为GDOES的处理时间，经过平移后，将CIGS有源层与背电极的界面处设为零点，其左侧(即负数侧)为CIGS有源层区，右侧依次为金属Mo层、金属Cr层和不锈钢衬底区，并用纵向黑色实线表示膜层间界面的位置；纵坐标为元素信号强度百分比，其中Fe元素的信号强度以不锈钢中的强度为100％，Cr元素的信号强度以金属Cr膜层的强度为100％，以此得到Fe和Cr杂质元素在CIGS有源层和背电极中的信号强度百分比。
从图5中可以看出，经过该背电极结构的阻挡，来自衬底的Fe元素在进入CIGS有源层时，已经降至不锈钢结构中的0.35％左右，持续扩散过经近1650nm的CIGS层后，才达到稳定，最终在在CIGS有源层内稳定在0.01％附近，直至表面CIGS表面；来自衬底和金属Cr层的Cr元素扩散至Mo/CIGS 界面处，仍具有约0.25％的信号强度，在大约1100nm深度CIGS内进行扩散后，Cr元素的信号强度百分比稳定在0.005％左右，并在CIGS膜层中保持稳定，直至大约距离表面550nm的位置，Cr的含量发生骤降，最终保持在0.002％-0.003％之间，直至表面。
测试例1
CIGS有源层中Cr、Fe杂质元素的信号强度的测试：
用辉光放电光谱仪(GDOES)检测所得样品中各元素的含量，获得的太阳能电池样品中CIGS有源层中Cr、Fe杂质元素的信号强度。
测试例2
以残余应力来表征背电极表面卷曲度，残余应力采用如下方法检测得到：使用厚度为1mm的钢板作为衬底的等效替代，在制备背电极膜系前使用台阶仪扫描记录钢板的表面轮廓线，制备相应的背电极样品后，再使用台阶仪在同一位置扫描记录钢板轮廓线，将前后两轮廓线进行拟合计算曲率半径，通过Stoney公式计算各样品的残余应力。
残余应力越接近0，则背电极卷曲度越小。
薄膜应力的测试方法同残余应力的测试方法。
表1
表2
综上所述，表1和2数据可知，由实施例1-4和对比例1的数据可以看出，本公开提供的背电极中加入的MoOx层，能够抑制Fe、Cr元素在CIGS 层中的扩散效果，同时在Mo/CIGS界面处，含有MoOx层的背电极结构可以有效减少进入CIGS有源层中Fe、Cr元素的含量，且含有一层MoOx层的背电极的残余应力更接近0，其背电极卷曲度越小，说明MoOx层能够平衡多层膜带来的背电极应力性卷曲。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (10)
1.一种用于柔性金属衬底太阳电池的背电极，其特征在于，在沿远离金属衬底的方向上，所述背电极包括在第一主表面上层叠设置的第一金属氧化物层、阻挡层和第一功能层；
所述第一金属氧化物层的材料选自MoOx，其中0.001≤x≤0.25，所述第一金属氧化物层的薄膜应力在-900MPa至-300MPa之间；
所述阻挡层含有金属Cr、硅的氧化物、硅的氮氧化物、铝的氧化物、钛的氮化物、钛的氧化物或锆的氧化物；
所述第一功能层含有金属Mo。
2.根据权利要求1所述的背电极，其中，所述背电极还包括设置在所述阻挡层和所述第一功能层之间的第二金属氧化物层，所述第二金属氧化物层的材料选自MoOy，其中0.001≤y≤0.25，所述第二金属氧化物层的薄膜应力在-900MPa至-300MPa之间。
3.根据权利要求2所述的背电极，其中，所述第一金属氧化物层的材料选自MoOx，其中0.01≤x≤0.15；
所述第二金属氧化物层的材料选自MoOy，其中0.01≤y≤0.15。
4.根据权利要求2所述的背电极，其中，所述第一金属氧化物层和所述第二金属氧化物层的厚度各自独立地为50-200nm；所述阻挡层的厚度为50-200nm；所述第一功能层的厚度为100-400nm；
所述金属衬底的材料选自不锈钢、铁箔、铬箔或镍箔。
5.根据权利要求1所述的背电极，其中，所述背电极还包括在覆于所述金属衬底的第二主表面的第二功能层，所述第二功能层含有金属Mo，所述第二功能层的厚度为300-600nm，所述第二功能层的薄膜应力在150MPa至600MPa之间。
6.一种制备用于柔性金属衬底太阳电池的背电极的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、将第一金属衬底的正面进行第一磁控溅射以沉积第一金属氧化物层，得到第二金属衬底；其中，所述第一金属氧化物层含有MoOx，其中0.001≤x≤0.25；
S2、对所述第二金属衬底进行第二磁控溅射，以在所述金属氧化物层上沉积阻挡层，得到第三金属衬底；其中，所述阻挡层含有金属Cr、硅的氧化物、硅的氮氧化物、铝的氧化物、钛的氮化物、钛的氧化物或锆的氧化物；
S3、对所述第三金属衬底进行第三磁控溅射，以在所述阻挡层上沉积第一功能层；其中，所述第一功能层含有金属Mo。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，步骤S1包括：在第一工艺气体中，采用第一Mo靶对第一金属衬底的第一主表面进行所述第一磁控溅射；其中，第一工艺气体含有Ar和O2，O2的流量为5-500sccm，所述第一工艺气体中Ar和O2的流量比为(1-100)：1；溅射气压为0.002-0.01Torr；溅射功率密度为15kw/m2以下；
步骤S2包括：在第二工艺气体中，采用Cr靶、Si钯、SiAl合金靶、Ti钯或Zr钯对第二金属衬底进行所述第二磁控溅射；其中，第二工艺气体含有Ar，以及可选的N2和/或O2；溅射气压为0.003-0.02Torr；溅射功率密度为7kw/m2以上；
步骤S3包括：在第三工艺气体中，采用第二Mo靶对第三金属衬底进行所述第三磁控溅射；其中，第三工艺气体含有Ar；溅射气压为0.003-0.02Torr；溅射功率密度为30kw/m2以上。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，该方法还包括步骤S4：对第一金属衬底的第二主表面进行所述第四磁控溅射，以在所述阻挡层上沉积第二功能层；其中，所述第二功能层含有金属Mo；
优选地，在第四工艺气体中，采用第三Mo靶对第一金属衬底的第二主表面进行所述第四磁控溅射；其中，所述第四工艺气体含有Ar；溅射气压为0.003-0.02Torr；溅射功率密度为30kw/m2以上。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，步骤S2还包括：对所述第二金属衬底进行第二磁控溅射后再对其进行第五磁控溅射，以在所述金属氧化物层上依次沉积所述阻挡层和第二金属氧化物层，得到第三金属衬底；
其中，所述第二金属氧化物层含有MoOy，0.001≤y≤0.25。
10.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括权利要求1-5中任意一项所述的背电极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211275982.6A CN117954510A (zh) | 2022-10-18 | 2022-10-18 | 一种用于柔性金属衬底太阳电池的背电极及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211275982.6A CN117954510A (zh) | 2022-10-18 | 2022-10-18 | 一种用于柔性金属衬底太阳电池的背电极及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117954510A true CN117954510A (zh) | 2024-04-30 |
Family
ID=90799974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211275982.6A Pending CN117954510A (zh) | 2022-10-18 | 2022-10-18 | 一种用于柔性金属衬底太阳电池的背电极及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117954510A (zh) |
-
2022
- 2022-10-18 CN CN202211275982.6A patent/CN117954510A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6172296B1 (en) | Photovoltaic cell | |
| EP3778982B1 (en) | Method of coating one or more metal components of a fuel cell stack, component of a fuel cell stack and apparatus for coating one or more components of a fuel cell stack | |
| JP3792281B2 (ja) | 太陽電池 | |
| US6660931B2 (en) | Substrate for solar cell, solar cell having the same, and production process of solar cell | |
| EP0841706A2 (en) | Transparent conductive film of thin-film solar cell and method for producing the transparent conductive film | |
| US5668050A (en) | Solar cell manufacturing method | |
| JPH06204527A (ja) | 太陽電池 | |
| JP2000353531A (ja) | 固体高分子型燃料電池用セパレータおよびその製造方法 | |
| FR2514201A1 (fr) | Pile solaire a semi-conducteur amorphe | |
| TW201042065A (en) | Methods for fabricating copper indium gallium diselenide (CIGS) compound thin films | |
| WO2010084758A1 (ja) | 太陽電池の製造方法及び太陽電池 | |
| US20110056549A1 (en) | Thin-film solar module and method of making | |
| JP5533448B2 (ja) | 透明導電膜積層体及びその製造方法、並びに薄膜太陽電池及びその製造方法 | |
| JP3697190B2 (ja) | 太陽電池 | |
| CN117954510A (zh) | 一种用于柔性金属衬底太阳电池的背电极及其制备方法 | |
| CN110970626B (zh) | 燃料电池双极板及其涂层 | |
| US20100095866A1 (en) | Transparent conductive zinc oxide film and production method therefor | |
| US8518833B2 (en) | Transparent electroconductive oxide layer and photoelectric converter using the same | |
| JP4562220B2 (ja) | 薄膜太陽電池 | |
| JP3006701B2 (ja) | 薄膜半導体太陽電池 | |
| EP3604606A1 (fr) | Revetement pour la diminution de la resistance de contact d'un substrat metallique passif avant application d'une couche conductrice apportant une resistance a la corrosion | |
| Kuo et al. | Effects of growth parameters on surface-morphological, structural and electrical properties of Mo films by RF magnetron sputtering | |
| JP2952121B2 (ja) | 光起電力素子 | |
| JP2713847B2 (ja) | 薄膜太陽電池 | |
| JPH06196734A (ja) | 半導体太陽電池の製造方法及びその半導体太陽電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |