三步法吸收层前掺钠柔性太阳电池的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种三步法吸收层前掺钠柔性太阳电池的制备方法，过程包括1.制作刚性复合衬底；2.在刚性复合衬底的聚酰亚胺膜上制作柔性太阳电池，所述的太阳电池中制作铜铟镓硒吸收层前先制一层氟化钠预置层，再用三步法制作铜铟镓硒吸收层；3.将聚酰亚胺膜与苏打玻璃分离，完成刚性衬底制作三步法吸收层前掺钠柔性太阳电池的过程。本发明专利技术聚酰亚胺衬底依靠与玻璃之间的附着力，保证高温时聚酰亚胺衬底不变形，生长出的柔性太阳电池不疏松、不脱落，三步法生长吸收层前掺入钠元素，进一步提升了吸收层的电学特性，实现了高转换效率的柔性太阳电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳电池制作
，特别是涉及一种。
技术介绍
铜铟镓硒材料(CIGS)属于1-1I1-VI族四元化合物半导体，具有黄铜矿的晶体结构。铜铟镓硒薄膜太能电池自20世纪70年代出现以来，得到非常迅速的发展，并将逐步实现产业化。此电池有以下特点:①铜铟镓硒的禁带宽度可以在1.04ev-l.67ev范围内调整。②铜铟镓硒是一种直接带隙半导体，对可见光的吸收系数高达105cm-l。铜铟镓硒吸收层厚度只需1.5?2.5 μ m，整个电池的厚度为3?4μ m。③抗辐照能力强，比较适合作为空间电源。④转换效率高。2010年德国太阳能和氢能研究中心(ZSW)研制的小面积铜铟镓硒薄膜太阳电池转换效率已高达20.3%。⑤弱光特性好。因此铜铟镓硒多晶薄膜太阳电池有望成为下一代太阳电池的主流产品之一。 随着科学技术的发展，越来越多的领域需要太阳电池即有较高的质量比功率，又能够在恶劣环境中正常使用，这就促进了柔性太阳电池技术的发展。为实现既具有较高的质量比功率，又具有柔性、可折叠性和不怕摔碰的铜铟镓硒薄膜太阳电池，聚酰亚胺(PI)为衬底的铜铟镓硒薄膜太阳电池脱颖而出。然而由于聚酰亚胺的热膨胀系数无法与铜铟镓硒材料本身具有很好的匹配，并且在温度较高时，作为衬底的聚酰亚胺会产生较大的形变，导致铜铟镓硒薄膜较为疏松，容易脱落，而温度较低时，生长出的铜铟镓硒薄膜结晶质量较差，晶粒细小，缺陷较多，增加了载流子的复合，缩短了少子的寿命，进而影响了电池性能。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种高温时衬底不变形，生长出的铜铟镓硒薄膜不脱落，并且铜铟镓硒薄膜结晶质量好，晶粒大，缺陷少，电学特性好的。 本专利技术包括如下技术方案: ，其特点是:包括以下步骤: 步骤1.制作聚酰亚胺膜-苏打玻璃构成的刚性复合衬底； 步骤2.在刚性复合衬底的聚酰亚胺膜上制作三步法吸收层前掺钠柔性太阳电池；制作过程包括:在步骤I的聚酰亚胺膜上依次制作Mo背接触层、氟化钠预置层、铜铟镓硒吸收层、硫化镉缓冲层、透明窗口层和上电极；所述氟化钠预置层的制作过程包括:制有背接触层的刚性复合衬底置于薄膜制备系统的硒化炉中，将硒化炉抽真空，衬底温度为200-300°C，NaF蒸发源的温度达到800-850°C时，蒸发l_2min ;衬底温度达到400_450°C，在Se气氛下进行退火，其中Se蒸发源的温度为240-280°C，退火时间为20_30min ;背接触层上形成化学分子式为NaF、厚度为20-30nm的氟化钠预置层；所述铜铟镓硒吸收层的制作过程包括:制有氟化钠预置层的刚性复合衬底置于薄膜制备系统的硒化炉中；C0将硒化炉抽真空，刚性复合衬底温度为350-400°C，共蒸发In、Ga、Se，其中In蒸发源温度为850-900°C，Ga蒸发源温度为880-920 °C，Se蒸发源温度为240_280°C，蒸发时间为15_20min，控制原子比例In:Ga=0.7:0.3，(In+Ga):Se为2:3 ;(2)刚性复合衬底升温至550_580°C，共蒸发Cu、Se，其中Cu蒸发源温度为1120-1160°C，Se蒸发源温度为240_280°C，蒸发时间为15-20min ;?刚性复合衬底温度保持550_580°C，共蒸发In、Ga、Se，其中In蒸发源温度为850-900°C,Ga蒸发源温度为880-920°C，Se蒸发源温度为240_280°C，In和Ga的蒸发时间为2-4min，控制Cu/(In+Ga)在0.88-0.92，衬底冷却到350_400°C，关闭Se蒸发源，刚性复合衬底冷却到25°C时，氟化钠预置层上形成1.5-2 μ m厚的p-CIGS薄膜，即为铜铟镓硒吸收层。 步骤3.将聚酰亚胺膜与苏打玻璃分离，完成刚性衬底制作三步法吸收层前掺钠柔性太阳电池的过程。 本专利技术还可以采用如下技术措施: 步骤I中刚性复合衬底的制作过程包括:⑴对苏打玻璃进行表面清洗#)将聚酰亚胺胶均匀涂覆于苏打玻璃表面，形成聚酰亚胺预制膜；(3)将涂有聚酰亚胺预制膜的苏打玻璃放入烘箱内进行固化，即得到聚酰亚胺膜-苏打玻璃构成的刚性复合衬底。 步骤3中聚酰亚胺膜与苏打玻璃分离过程包括:⑴将制有三步法吸收层前掺钠柔性太阳电池的刚性复合衬底放入真空烘箱，加热至80-90°C，持续2-3min J2)将刚性复合衬底取出蘸入零下100°C的液氮后，自然回复至室温，聚酰亚胺膜自动从苏打玻璃上脱落，完成刚性衬底制作三步法吸收层前掺钠柔性太阳电池的过程。 本专利技术具有的优点和积极效果: 1、本专利技术采用三步法制作铜铟镓硒吸收层薄膜，并在制作吸收层前掺入钠元素，可以进一步提升的电学特性；采用聚酰亚胺膜-苏打玻璃刚性复合衬底，充分利用了苏打玻璃与铜铟镓硒吸收层薄膜热膨胀系数接近和耐高温的特点，聚酰亚胺依靠与玻璃之间的附着力，高温时聚酰亚胺衬底不变形，生长出的铜铟镓硒薄膜不疏松、不脱落，并且铜铟镓硒薄膜结晶质量好，晶粒大，缺陷少，分离掉刚性的苏打玻璃后，实现了具有较大柱状晶粒高转换效率的三步法吸收层前掺钠柔性太阳电池。 2、本专利技术将聚酰亚胺胶涂于玻璃表面，可以较好改善衬底的粗糙度；具有制作工艺简单、易于实施，制作出的产品能够适应于各种环境，具有极其广泛的应用前景。 【附图说明】 图1是本专利技术在刚性复合衬底上制作的三步法吸收层前掺钠柔性太阳电池分离刚性衬底前的示意图。 图中，1-苏打玻璃，2-聚酰亚胺膜，3-背接触层，4-铜铟镓硒吸收层，5-氟化钠预置层，6-硫化镉缓冲层，7-透明窗口层，8-上电极。 【具体实施方式】 为能进一步公开本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，特例举以下实例并结合附图进行详细说明如下: ，包括以下制备步骤: 步骤1.制作聚酰亚胺膜2-苏打玻璃I构成的刚性复合衬底； 步骤2.在刚性复合衬底的聚酰亚胺膜上制作三步法吸收层前掺钠柔性太阳电池；制作过程包括:在步骤I的聚酰亚胺膜上依次制作Mo背接触层3、氟化钠预置层5、铜铟镓硒吸收层4、硫化镉缓冲层6、透明窗口层7和上电极8 ;所述氟化钠预置层的制作过程包括:制有背接触层的刚性复合衬底置于薄膜制备系统的硒化炉中，将硒化炉抽真空，衬底温度为200-300°C，NaF蒸发源的温度达到800-850°C时，蒸发l_2min ;衬底温度达到400-450°C，在Se气氛下进行退火，其中Se蒸发源的温度为240_280°C，退火时间为20-30min ;背接触层上形成化学分子式为NaF、厚度为20_30nm的氟化钠预置层；所述铜铟镓硒吸收层的制作过程包括:制有氟化钠预置层的刚性复合衬底置于薄膜制备系统的硒化炉中；⑴将硒化炉抽真空，刚性复合衬底温度为350-400°C，共蒸发In、Ga、Se，其中In蒸发源温度为850-900°C，Ga蒸发源温度为880_920°C，Se蒸发源温度为240-280°C，蒸发时间为15-20min，控制原子比例In:Ga=0.7:0.3，(In+Ga):Se为2:3 刚性复合衬底升温至550-580°C，共蒸发Cu、Se，其中Cu蒸发源温度为1120_1160°C，Se蒸发源温度为240-280°C，蒸发时间为15-20mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
三步法吸收层前掺钠柔性太阳电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1.制作聚酰亚胺膜‑苏打玻璃构成的刚性复合衬底；步骤2.在刚性复合衬底的聚酰亚胺膜上制作三步法吸收层前掺钠柔性太阳电池；制作过程包括：在步骤1的聚酰亚胺膜上依次制作Mo背接触层、氟化钠预置层、铜铟镓硒吸收层、硫化镉缓冲层、透明窗口层和上电极；所述氟化钠预置层的制作过程包括：制有背接触层的刚性复合衬底置于薄膜制备系统的硒化炉中，将硒化炉抽真空，衬底温度为200‑300℃，NaF蒸发源的温度达到800‑850℃时，蒸发1‑2min；衬底温度达到400‑450℃，在Se气氛下进行退火，其中Se蒸发源的温度为240‑280℃，退火时间为20‑30min；背接触层上形成化学分子式为NaF、厚度为20‑30nm的氟化钠预置层；所述铜铟镓硒吸收层的制作过程包括：制有氟化钠预置层的刚性复合衬底置于薄膜制备系统的硒化炉中；⑴将硒化炉抽真空，刚性复合衬底温度为350‑400℃，共蒸发In、Ga、Se，其中In蒸发源温度为850‑900℃，Ga蒸发源温度为880‑920℃，Se蒸发源温度为240‑280℃，蒸发时间为15‑20min，控制原子比例In：Ga=0.7:0.3，(In+Ga)：Se为2:3；⑵刚性复合衬底升温至550‑580℃，共蒸发Cu、Se，其中Cu蒸发源温度为1120‑1160℃，Se蒸发源温度为240‑280℃，蒸发时间为15‑20min；⑶刚性复合衬底温度保持550‑580℃，共蒸发In、Ga、Se，其中In蒸发源温度为850‑900℃，Ga蒸发源温度为880‑920℃，Se蒸发源温度为240‑280℃，In和Ga的蒸发时间为2‑4min，控制Cu/(In+Ga)在0.88‑0.92，衬底冷却到350‑400℃，关闭Se蒸发源，刚性复合衬底冷却到25℃时，氟化钠预置层上形成1.5‑2μm厚的p‑CIGS薄膜，即为铜铟镓硒吸收层。步骤3.将聚酰亚胺膜与苏打玻璃分离，完成刚性衬底制作三步法吸收层前掺钠柔性太阳电池的过程。...

【技术特征摘要】
1.三步法吸收层前掺钠柔性太阳电池的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤1.制作聚酰亚胺膜-苏打玻璃构成的刚性复合衬底； 步骤2.在刚性复合衬底的聚酰亚胺膜上制作三步法吸收层前掺钠柔性太阳电池；制作过程包括:在步骤I的聚酰亚胺膜上依次制作Mo背接触层、氟化钠预置层、铜铟镓硒吸收层、硫化镉缓冲层、透明窗口层和上电极；所述氟化钠预置层的制作过程包括:制有背接触层的刚性复合衬底置于薄膜制备系统的硒化炉中，将硒化炉抽真空，衬底温度为200-300°C，NaF蒸发源的温度达到800-850°C时，蒸发l_2min ;衬底温度达到400_450°C，在Se气氛下进行退火，其中Se蒸发源的温度为240-280°C，退火时间为20_30min ;背接触层上形成化学分子式为NaF、厚度为20-30nm的氟化钠预置层；所述铜铟镓硒吸收层的制作过程包括:制有氟化钠预置层的刚性复合衬底置于薄膜制备系统的硒化炉中；C0将硒化炉抽真空，刚性复合衬底温度为350-400°C，共蒸发In、Ga、Se，其中In蒸发源温度为850-900°C，Ga蒸发源温度为880-920°C，Se蒸发源温度为240_280°C，蒸发时间为15_20min，控制原子比例In:Ga=0.7:0.3，(In+Ga):Se为2:3 ;(2)刚性复合衬底升温至550_580°C，共蒸发Cu、Se，其中Cu蒸发源温度为1120-1160°C，Se蒸发源温度为240-280...

【专利技术属性】
技术研发人员：李微，张嘉伟，赵彦民，乔在祥，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12