柔性CIGS太阳能电池及其金属基底制备方法技术

本发明专利技术提供一种太阳能的吸收率和转化率较高的柔性CIGS太阳能电池。它包括柔性金属基底；金属基底上有贯穿的内壁成碗形的孔洞，透明珠体位于孔洞内，且透明珠体的上下端分别凸出金属基体；在凸出金属基底上表面的透明珠体表面上，由内至外依次有珠体下电极层、铜铟镓硒吸收转换层、缓冲层、上电极层；在金属基底下表面上有绝缘层，绝缘层上有与珠体下电极层相通的下电极层。本发明专利技术还提供效率高、可重复性好的柔性金属基底的制备方法，包括清洗，涂敷感光胶，固化，双面曝光，显影，坚膜，双面蚀刻，剥胶等步骤，采用Fe2Cl3溶液作为蚀刻剂对金属基底双面同时进行蚀刻，两侧蚀刻剂喷射压力分别为2-4bar、1-3.5bar，形成一边孔大、一边孔小的如碗形的贯穿孔洞。

【技术实现步骤摘要】
柔性CIGS太阳能电池及其金属基底制备方法
本专利技术技术涉及一种柔性CIGS太阳能电池及其柔性金属基底制备方法。
技术介绍
铜铟镓硒薄膜太阳电池具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等特点，光电转换效率居各种薄膜太阳能电池之首，接近晶体硅太阳电池，而成本则是晶体硅电池的三分之一，被国际上称为“下一时代非常有前途的新型薄膜太阳电池”。此外，该电池具有柔软、均匀及一定的硬度和强度，适合在非平整表面贴敷，如大型建筑物的非规则幕墙、汽车顶棚等等领域有很大市场。但是现有的铜铟镓硒薄膜太阳电池均是层叠结构的平板，太阳能的吸收率和转化率仍较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种太阳能的吸收率和转化率较高的柔性CIGS太阳能电池。本专利技术的柔性CIGS太阳能电池，包括柔性金属基底；金属基底上有贯穿的孔洞，在金属基底上表面一侧的孔大，金属基底下表面一侧的孔小，孔洞内壁成碗形；透明珠体位于孔洞内，并且透明珠体的上下端分别凸出于金属基体的上下表面；在与空洞内壁相对的透明珠体表面上以及在凸出于金属基底上表面的透明珠体表面上，由内至外依次有珠体下电极层、铜铟镓硒吸收转换层、缓冲层；在金属基底上表面上和凸出于金属基底上表面的缓冲层上有上电极层；在金属基底下表面上有绝缘层，绝缘层上有下电极层，下电极层与珠体下电极层相通。本专利技术的有益效果：柔性CIGS太阳能电池的工作原理是光线经上电极层照射在铜铟镓硒吸收转换层，经吸收转换层的光化学效应直接把光能转化成电能，在上电极层与下电极层间形成电流。相对于平面CIGS太阳能电池来说，由于本专利技术采用珠体结构，单位面积的受光面积增大、吸收层体积增大，使材料吸收率提高，吸收系数高达105/cm，电池转换效率可达20%以上。上电极层的厚度过厚影响光线透过率，降低了光转换效率，上电极层厚度过于薄，电阻增加影响输出电流。本专利技术由于采用导电金属作为珠体的连接体，与上电极层连通，因此虽降低上电极层厚度，由于金属导体的作用，降低了上电极层电阻，有利于光线透过率的提高，提升转换效率。上述的柔性CIGS太阳能电池，所述金属基底是不锈钢基底，厚度20-500um；上电极层的厚度为10-180um。所述金属基底是具有导电性能、不因环境影响而生锈的金属，例如不锈钢基底。基底厚度偏小，孔壁有效面积少，与珠体接触面积就少，粘附珠体的力小，珠体容易脱落。基底厚度过厚，空洞腐蚀加工困难，同时要求更大的珠体。珠体大了重量增加，凹凸差值增加，使用中易受外力影响而脱落。优选采用厚度20-500um的不锈钢基底。上述的柔性CIGS太阳能电池，所述下电极层和珠体下电极层均为钼电极层。上述的柔性CIGS太阳能电池，上电极层为透明导电层ZnO。上述的柔性CIGS太阳能电池，珠体下电极层、铜铟镓硒吸收转换层、缓冲层、凸出于金属基底上表面的缓冲层上的上电极层均为球冠形；相邻两个孔洞之间的间距等于凸出于金属基底上表面的缓冲层上的球冠形上电极层的外径。上述的柔性CIGS太阳能电池，缓冲层是ZnS。缓冲层为低带隙CIGS吸收转换层与高带隙ZnO窗口层之间形成过渡,减少两者带隙的晶格失配和带隙失调,并可防止溅射ZnO窗口层时给CIGS吸收转换层带来损害等,对提高CIGS薄膜太阳能电池效率起了重要作用。本专利技术同时提供一种高效率、可重复性好、可以获得较好的孔洞碗形内壁的形成的柔性CIGS太阳能电池中的柔性金属基底的制备方法。本专利技术所述的柔性CIGS太阳能电池中的柔性金属基底的制备方法，所述金属基底上有贯穿的孔洞，在金属基底上表面一侧的孔大，金属基底下表面一侧的孔小，孔洞内壁成碗形；该金属基底的制备方法包括下述步骤：a、清洗柔性金属基底，去除表面油污、杂质；b、在柔性金属基底两侧涂敷水溶性感光胶，胶膜厚度控制4-10um；将涂敷的感光胶干燥固化；c、使用两块具有掩膜图案的光掩膜板放在柔性金属基底两侧；以紫外光照射柔性金属基底两侧表面的感光胶形成与掩膜板图案相同的潜图案，紫外光强度250-1000mw/cm2、曝光时间20-120s；d、使用具有一定温度的纯水作为显影剂，以水流方式流经金属基底两侧表面感光胶，经过水浴将未经紫外曝光部分感光胶被水溶解，紫外曝光部分感光胶保留下来，让柔性金属基底两侧表面感光胶形成的潜图案得以显现，使得需要蚀刻的金属表面裸露出来；e、对保留部分的感光胶使用浓度为10-30%、温度30-70℃的铬酸流水溶液冲洗，时间2min以内，使保留部分的感光胶发生聚合作用，再通过180-220℃、6min以内的红外烘干，使保留部分的感光胶形成保护层；f、使用密度为1.2-1.8g/ml、温度50-80℃的Fe2Cl3溶液作为金属蚀刻剂对金属基底双面同时进行蚀刻，蚀刻时间60min以内；大孔侧金属蚀刻剂喷射压力2-4bar、小孔侧金属蚀刻剂喷射压力1-3.5bar；没有保护层地方的金属被Fe2Cl3蚀刻液侵蚀掉，在刻蚀液作用下形成一边孔大、一边孔小的贯穿孔洞，同时在横向蚀刻作用下使孔洞内壁形状如同碗形；g、将作为保护层的感光胶剥离掉，使金属表面完全裸露出来。上述的金属基底的制备方法，步骤g中，使用浓度为不高于20%、温度75-95℃、压力1-3bar的碱液，将遗留在金属表面作为保护层的感光胶剥离、冲洗掉，使金属表面完全裸露出来。碱液为氢氧化钠或者氢氧化钾。碱液浓度过高将对金属表面形成腐蚀作用，温度低、压力低感光胶剥离效果差、剥离速度慢。压力大了容易造成金属薄膜变形。上述的金属基底的制备方法，步骤g后有：步骤h：清洗，使用1-3bar压力的纯水对剥离感光胶后的金属基底进行清洗，去除表面杂质；步骤i：干燥，使用真空将金属基底表面水分去除，经过180-200℃的烘烤将遗留在金属基底上的水份烘干。上述的金属基底的制备方法，将卷绕成卷材的金属基底放卷，依次经过权利要求1所述的各步骤后，然后收卷。一般情况下，放卷速度不超过2m/min，并可调节、控制。优选，步骤b中所述水溶性感光胶的粘度值6-9cp。经过试验，放卷速度2m/min时，水溶性感光胶粘度值6-9cp时自然流淌速度均匀，感光胶在金属基底表面形成的厚度符合要求。否则，形成的胶膜不是过厚，就是过于薄。胶膜过厚不利于蚀刻作用（蚀刻困难），胶膜过薄，经过光刻形成保护膜在腐蚀时易于脱落，不利于在蚀刻中形成保护作用。本专利技术的有益效果：该制作的方法采用清洗，涂敷感光胶，固化，双面曝光，显影，坚膜，双面蚀刻，剥胶等步骤，能够在太阳电池中使用的金属基底上制备出规则排列的、尺寸均一的孔洞，而且孔洞内壁呈碗形弧状。采用双面掩膜曝光、双面蚀刻、且双面蚀刻速率可控，以此获得较好的蚀刻深度和内壁形状，该制作的方法高效、可重复性好。放卷速度不超过2m/min，当紫外光强度低于250mw/cm2、曝光时间小于20s时易造成曝光不足，感光胶产生的光固化效果降低，显影或蚀刻时膜易脱落；紫外光强度高于1000mw/cm2、曝光时间大于120s时易造成过曝光，使得不应固化位置的感光胶也产生光固化，降低了图形分辨率及位置的准确度；Fe2Cl3蚀刻剂的密度超出1.2-1.8g/ml、温度超出50-80℃时，对金属基底的腐蚀准确产生影响，不是多腐蚀了，就是少腐蚀了；根据大小孔尺寸刻蚀量比例，大孔侧金属蚀刻剂喷射压力与小孔侧喷射压力比本文档来自技高网...

【技术保护点】
柔性CIGS太阳能电池，其特征是：它包括柔性金属基底；金属基底上有贯穿的孔洞，在金属基底上表面一侧的孔大，金属基底下表面一侧的孔小，孔洞内壁成碗形；透明珠体位于孔洞内，并且透明珠体的上下端分别凸出于金属基体的上下表面；在与空洞内壁相对的透明珠体表面上以及在凸出于金属基底上表面的透明珠体表面上，由内至外依次有珠体下电极层、铜铟镓硒吸收转换层、缓冲层；在金属基底上表面上和凸出于金属基底上表面的缓冲层上有上电极层；在金属基底下表面上有绝缘层，绝缘层上有下电极层，下电极层与珠体下电极层相通。

【技术特征摘要】
1.柔性CIGS太阳能电池，其特征是：它包括柔性金属基底；金属基底上有贯穿的孔洞，在金属基底上表面一侧的孔大，金属基底下表面一侧的孔小，孔洞内壁成碗形；透明珠体位于孔洞内，并且透明珠体的上下端分别凸出于金属基体的上下表面；在与孔洞内壁相对的透明珠体表面上以及在凸出于金属基底上表面的透明珠体表面上，由内至外依次有珠体下电极层、铜铟镓硒吸收转换层、缓冲层；在金属基底上表面上和凸出于金属基底上表面的缓冲层上有上电极层；在金属基底下表面上有绝缘层，绝缘层上有下电极层，下电极层与珠体下电极层相通。2.如权利要求1所述的柔性CIGS太阳能电池，其特征是：所述金属基底是不锈钢基底，厚度20-500um；上电极层的厚度为10-180um。3.如权利要求1所述的柔性CIGS太阳能电池，其特征是：所述下电极层和珠体下电极层均为钼电极层。4.如权利要求1所述的柔性CIGS太阳能电池，其特征是：上电极层为透明导电层ZnO。5.如权利要求1所述的柔性CIGS太阳能电池，其特征是：珠体下电极层、铜铟镓硒吸收转换层、缓冲层、凸出于金属基底上表面的缓冲层上的上电极层均为球冠形；相邻两个孔洞之间的间距等于凸出于金属基底上表面的缓冲层上的球冠形上电极层的外径。6.柔性CIGS太阳能电池中的柔性金属基底的制备方法，所述金属基底上有贯穿的孔洞，在金属基底上表面一侧的孔大，金属基底下表面一侧的孔小，孔洞内壁成碗形；其特征是：该金属基底的制备方法包括下述步骤：a、清洗柔性金属基底，去除表面油污、杂质；b、在柔性金属基底两侧涂敷水溶性感光胶，胶膜厚度控制4-10um；将涂敷的感光胶干燥固化；c、使用两块具有掩膜图案的光掩膜板放在柔性金属基底两侧；以紫外光照射柔性金属基底两侧表面的感光胶形成与掩膜板图案相同的潜图案，紫外光强度250-1000mw/cm2、曝光时间20...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鲁南，王建华，窦立峰，
申请(专利权)人：南京汇金锦元光电材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32