太阳能电池背电极和太阳能电池及其制备方法技术

技术编号:19324609 阅读:35 留言:0更新日期:2018-11-03 12:57
本发明专利技术提供了太阳能电池领域,具体公开了一种太阳能电池背电极和太阳能电池及其制备方法。所述太阳能电池背电极的制备方法包括采用磁控溅射法在基底的一侧表面上依次循环交替沉积高气压钼层和低气压钼层以作为底电极,不同高气压钼层的厚度各自独立地为30‑200nm,不同低气压钼层的厚度各自独立地为40‑300nm,沉积不同高气压钼层的压力各自独立地为0.7‑3.0Pa,沉积不同低气压钼层的压力各自独立地为0.01‑0.5Pa。本发明专利技术利用高、低气压下制备周期性多层交替钼层结构,能够使得到的太阳能电池背电极具有良好的电学性质、附着力及高温稳定性,同时降低其残余应力。

Solar cell back electrode and solar cell and preparation method thereof

The invention provides the field of solar cells, in particular discloses a solar cell back electrode and a solar cell and a preparation method thereof. The preparation method of the back electrode of the solar cell includes alternately depositing high-pressure molybdenum layer and low-pressure molybdenum layer on one side of the substrate by magnetron sputtering as bottom electrode in turn. The thickness of different high-pressure molybdenum layer is 30 to 200 nm independently, and the thickness of different low-pressure molybdenum layer is 40 to 300 nm independently. The pressure of depositing molybdenum layers at different high pressure is 0.7 3.0 Pa independently, and the pressure of depositing molybdenum layers at different low pressure is 0.01 0.5 Pa independently. The invention utilizes the periodic multi-layer alternating molybdenum layer structure prepared at high and low pressure to make the solar cell back electrode have good electrical properties, adhesion and high temperature stability, while reducing its residual stress.

【技术实现步骤摘要】
太阳能电池背电极和太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池领域,具体地,涉及一种太阳能电池背电极的制备方法、由该方法制备得到的太阳能电池背电极、一种太阳能电池、一种制备太阳能电池的方法以及由该方法制备得到的太阳能电池。
技术介绍
由于化石能源逐渐枯竭,新型能源如太阳能、风能逐渐兴起。太阳能电池作为一种直接将太阳能转化为电能的装置,具有安装形式多样、安全无污染、取之不尽、用之不竭的优点,近年来得到了大力发展。铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池作为一种非常重要的太阳能电池,其通常包括基底以及依次层叠在基底上的底电极(钼层)、吸收层、硫化镉层、氧化锌层、氧化锌铝层和前电极(Ni-Ag层或Ni-Al层等),其中,在玻璃基板上镀制一层底电极薄膜通常统称为背电极。底电极通常采用直流磁控溅射法形成,具体地,在真空环境下,通入氩气并电离成Ar+,Ar+在阴极电压下的加速下轰击钼靶材,被轰击的原子或原子团沉积到玻璃基板上形成薄膜,其中,沉积温度通常为常温至200℃。吸收层通常采用三步共蒸镀法形成,具体地,将基底温度升至约300℃后共蒸镀In-Ga-Se制得(In,Ga)2Se3层,然后关闭In源、Ga源和Se源,将温度升至约550℃,开启Cu源,制得富铜CIGS层,接着在富铜CIGS层表面制备少量的In-Ga-Se层以使CIGS层贫铜。硫化镉层通常采用化学水浴法形成,具体地,将镉源(如硫酸镉、氯化镉、醋酸镉等)体系采用化学水浴法制备硫化镉(CdS)层,沉积温度通常为60-90℃。氧化锌层和氧化锌铝层均可以采用射频磁控溅射法形成,具体地,在真空环境下,通入氩气并电离成Ar+,Ar+在阴极电压的加速下分别轰击ZnO靶材和ZnO:Al靶材,被轰击的ZnO原子或原子团、ZnO:Al原子或原子团沉积形成薄膜,其中,沉积温度通常为常温至200℃。前电极通常采用电子束蒸发法形成,具体地,在真空条件下,利用高能电子束加热蒸发材料Ni-Ag或Ni-Al等,使蒸发材料气化并向基板运输,在基板上凝结形成薄膜。大量研究结果表明,当采用磁控溅射法制备背电极时,溅射气压极大地影响了薄膜的性质。通常来说,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。在文献溅射钼双层背接触铜铟硒基多晶薄膜太阳能电池(Scofield,J.H.,etc.ThinSolidFilms,260(1995)26-31)中,通过在玻璃基底上先沉积一层高气压钼层作为附着力层,然后在其上沉积一层较厚(约1μm)的低气压钼层作为导电层,由此同时具有良好附着力和导电性的膜层。目前,以上方案被广泛用在CIGS薄膜太阳能电池中,即先沉积一层较薄(50-200nm)的高气压钼层用来提高薄膜附着力,然后再沉积一层较厚(大于300nm且小于等于1000nm)的低气压钼层作为导电层。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新的太阳能电池背电极的制备方法、由该方法制备得到的太阳能电池背电极、一种太阳能电池、一种太阳能电池的制备方法以及由该方法制备得到的太阳能电池。本专利技术的专利技术人经过深入研究之后发现,现有技术采用“高气压/低气压”的双层背电极结构虽然可以有效地解决膜层附着力和导电性的问题,但是该双层结构因低气压膜层较厚(厚度>300nm),这样通常会在膜层中引入较大的残余应力,同时,在镀制吸收层的高温环境中,由于玻璃的热膨胀系数大于钼背电极层,钼膜层将受到热应力作用,即膜层受到玻璃基板较大的挤压力,而致密的膜层无法释放该挤压力,导致膜层出现孔洞或开裂等缺陷。而在“高气压钼/低气压钼/……/高气压钼/低气压钼”的周期性多层底电极结构中,高气压钼层为疏松结构,能够有效释放高温时的热应力,从而有效解决低气压膜层出现空洞或开裂的问题,并且能够有效调制钼层薄膜整体的自身应力并提高其高温耐受性。基于此,完成了本专利技术。具体地,第一方面,本专利技术提供了一种太阳能电池背电极的制备方法,其中,该方法包括采用磁控溅射法在基底的一侧表面上依次循环交替沉积高气压钼层和低气压钼层以作为底电极,各个高气压钼层的厚度各自独立地为30-200nm,各个低气压钼层的厚度各自独立地为40-300nm,沉积各个高气压钼层的压力各自独立地为0.7-3.0Pa,沉积各个低气压钼层的压力各自独立地为0.01-0.5Pa。第二方面,本专利技术提供了由前述第一方面的方法制备得到的太阳能电池背电极。第三方面,本专利技术提供了一种太阳能电池,该太阳能电池包括本专利技术前述第二方面的太阳能电池背电极。第四方面,本专利技术还提供了一种太阳能电池,该太阳能电池包括太阳能电池背电极,所述太阳能电池背电极包括采用磁控溅射法在基底的一侧表面上依次循环交替沉积高气压钼层和低气压钼层而形成的底电极,各个高气压钼层的厚度各自独立地为30-200nm,各个低气压钼层的厚度各自独立地为40-300nm,沉积各个高气压钼层的压力各自独立地为0.7-3.0Pa,沉积各个低气压钼层的压力各自独立地为0.01-0.5Pa。第五方面,本专利技术提供一种制备太阳能电池的方法,该方法包括按照本专利技术第一方面所述的方法形成太阳能电池背电极。第六方面,本专利技术提供由前述第五方面的方法制备得到的太阳能电池。本专利技术提供的太阳能电池背电极具有以下几个特点:1)导电性可控:在CIGS薄膜太阳能电池中,载流子在背电极中沿着膜层表面横向传输,因而周期性多层钼层结构相当于多层膜之间形成并联,可通过调整周期性多层钼层的周期数或厚度而调整电阻大小,实现导电性的可控;2)附着力良好:与基底接触的第一层为高气压钼层,该层为附着力功能层,能够确保薄膜具有良好的附着力。3)能够降低膜层的应力:高气压钼层薄膜通常具有张应力,低气压钼层具有压缩应力,该周期性多层膜中的应力分布为“张应力/压缩应力/……/张应力/压缩应力”,即应力也呈周期性交替分布,有效降低了整体膜层的应力。4)高温耐受性良好:在镀制吸收层的高温环境下(400-600℃),钼层薄膜将受到热应力作用;高气压制备的薄膜疏松多孔,高温耐受性好;低气压下制备的薄膜致密无孔,高温下易出现孔洞和开裂等。而本专利技术提供的周期性多层膜的结构特征可表示为“疏松/致密/……/疏松/致密”的交替结构,其中疏松层可有效的缓冲致密层的热应力,从而有效提高膜层的高温耐受性。综上,本专利技术利用高、低气压下制备周期性多层交替钼层结构,能够使得到的太阳能电池背电极具有良好的电学性质、附着力及高温稳定性,同时降低其残余应力。本专利技术的其它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专利技术的进一步理解,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专利技术,但并不构成对本专利技术的限制。在附图中:图1为本专利技术提供的太阳能电池背电极的截面示意图;图2为由实施例1的方法形成的吸收层的光学显微镜照片;图3为由实施例4的方法形成的吸收层的光学显微镜照片;图4为由对比例1的方法形成的吸收层的光学显微镜照片。具体实施方式以下对本专利技术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专利技术,并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种太阳能电池背电极的制备方法,其特征在于,该方法包括采用磁控溅射法在基底的一侧表面上依次循环交替沉积高气压钼层和低气压钼层以作为底电极,各个高气压钼层的厚度各自独立地为30‑200nm,各个低气压钼层的厚度各自独立地为40‑300nm,沉积各个高气压钼层的压力各自独立地为0.7‑3.0Pa,沉积各个低气压钼层的压力各自独立地为0.01‑0.5Pa。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能电池背电极的制备方法,其特征在于,该方法包括采用磁控溅射法在基底的一侧表面上依次循环交替沉积高气压钼层和低气压钼层以作为底电极,各个高气压钼层的厚度各自独立地为30-200nm,各个低气压钼层的厚度各自独立地为40-300nm,沉积各个高气压钼层的压力各自独立地为0.7-3.0Pa,沉积各个低气压钼层的压力各自独立地为0.01-0.5Pa。2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述循环交替的次数为2-10;优选为3-6。3.根据权利要求1所述的方法,其中,各个高气压钼层的厚度各自独立地为50-100nm,各个低气压钼层的厚度各自独立地为100-200nm。4.根据权利要求1所述的方法,其中,沉积各个高气压钼层的压力各自独立地为1.0-2.0Pa,沉积各个低气压钼层的压力各自独立地为0.05-0.3Pa。5.根据权利要求1所述的方法,其中,沉积各个高气压钼层的速率各自独立地为5-30nm/min,沉积各个低气压钼层的速率各自独立地为5-20nm/min。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法,其中,该方法还包括在所述高气压钼层和低气压钼层沉积完成之后,采用磁控溅射法在最外侧低气压钼层表面沉积表面钼层,沉积所述表面钼层的压力为0.01-3.0Pa。7.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法,其中,该方法还包括在沉积高气压钼层和低气压钼层之前,先将所述基底进行预处理,所述预处理的方法包括将所述基底表面清洗干净,接着放入镀膜腔中抽真空至5.0E-3Pa以下,接着在1...

【专利技术属性】
技术研发人员:李新连于涛张传升宋斌斌郭凯左宁赵树利
申请(专利权)人:神华集团有限责任公司北京低碳清洁能源研究所
类型:发明
国别省市:北京,11

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