用于CIGS太阳能电池的铁镍合金金属箔基材制造技术

本发明专利技术涉及一种CIGS太阳能电池专用的合金基材。具体而言，本发明专利技术提供了一种热膨胀系数与CIGS层相似的基材。因为所述基材的热膨胀系数与CIGS层相似，所以根据本发明专利技术的所述基材可防止发生损坏，比如，可防止由不同的热膨胀系数而引起的层间分离发生。

Iron nickel alloy metal foil substrate for CIGS solar cells

The present invention relates to an alloy substrate dedicated for CIGS solar cells. In particular, the present invention provides a substrate having a coefficient of thermal expansion similar to that of the CIGS layer. Because the thermal expansion coefficient of the base material is similar to that of the CIGS layer, the base material according to the present invention prevents damage, for example, to prevent interlayer separation caused by different thermal expansion coefficients.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于CIGS太阳能电池的铁镍合金金属箔基材
本专利技术涉及一种用于Cu-In-Se(CIS)或Cu-In-Ga-Se(CIGS)太阳能电池的合金金属箔基材，更具体地涉及一种基材，该基材能作为柔性CIGS太阳能电池的基材，并由Fe-Ni合金箔制成，同时具有相似于CIGS化合物半导体的热膨胀行为。
技术介绍
CIS太阳能电池和CIGS太阳能电池分别是包括三种元素(Cu、In、Se)和四种元素(Cu、In、Ga、Se)的薄膜太阳能电池。CIGS太阳能电池的光电转换效率比Si薄膜太阳能电池高，所以相关市场在将来有望扩大。通常，CIGS太阳能电池具有基板/Mo电极/CIGS/CdS/TCO等结构。基板由例如塑料、玻璃或金属箔(薄金属基板)材料制成，基板的选择要考虑是否适合制作工艺以及比如柔性等特性。尽管玻璃基板为透明且加工到薄厚度时具有柔性，但却不易处理。由于塑料基板的耐热性不高，因此需要对之施加比如低温气相沉积等特殊处理。同时，在太阳能电池需要制作在不锈钢箔(薄不锈钢基材)或塑料基板上的情况下，当在气相沉积期间或在薄膜电池层形成和硒化过程中对基板加热时，可能会发生层间分离的问题，这是因为基板和CIGS层的热膨胀系数不同。为了克服这个问题，优选地使用热膨胀系数与CIGS层相似的基板，为此，可选用特定的金属箔作为基材。当金属箔加工到薄厚度时可使其具有柔性。此外，金属箔的耐热性较高，因而不需要再设计低温沉积处理。于是，由合金材料制成的、与CIGS具有相似热膨胀系数的基板具有多种优势。可采用多种方法制造金属箔，在这些方法中，经常使用的是轧制技术。轧制技术是一种利用20级轧辊对金属箔进行加工的技术。该技术的局限之处在于会增加被加工金属基材的宽度，因此不利于以降低的生产成本利用大面积生产工艺生产大面积基板。此外，该技术通常很难获得厚度为0.1mm以下的基材。
技术实现思路
技术问题因此，本专利技术的目的在于提供一种大宽度的金属箔基材，这种金属箔基材通过电铸工艺生产，其热膨胀系数与CIGS层相似，与通过传统轧制工艺生产的金属箔相比，这种金属箔基材具有良好的强度和柔性特性。本专利技术的另一目的在于提供一种具有1～100μm的薄厚度以使其易于处理的金属箔基材。技术方案为了实现上述目的，根据本专利技术的优选实施例，提供了一种用于CIGS太阳能电池的Fe-Ni合金金属箔基材，其中，Fe-Ni合金金属箔基材的粒径为0.1μm～10μm，其热膨胀系数为6×10-6/℃～12×10-6/℃。在本专利技术的另一实施例中，所述Fe-Ni合金金属箔基材可由Fe-45～55wt％Ni构成。在本专利技术的另一优选实施例中，所述Fe-Ni合金金属箔基材的厚度是1μm～100μm。根据本专利技术的另一优选实施例中，提供了一种生产用于CIGS太阳能电池的Fe-Ni合金金属箔基材的方法，所述方法包括以下步骤：利用电极通过电铸工艺生产Fe-Ni合金金属箔；通过对所述Fe-Ni合金金属箔进行热处理来稳定所述Fe-Ni金属箔的结构。在本专利技术的另一优选实施例中，稳定所述结构的步骤在400℃～1000℃的温度下执行30分钟～2小时。在本专利技术的另一优选实施例中，所述Fe-Ni合金金属箔基材的宽度由所述电极的宽度确定。在本专利技术的另一优选实施例中，所述Fe-Ni合金金属箔基材的厚度由所述电极的转速控制。有益效果根据本专利技术所生产的Fe-Ni合金金属箔基材的热膨胀系数与CIS或CIGS的热膨胀系数相似。因此，当其用作太阳能电池的基板时，太阳能电池制作工艺不需要特殊加工设计，甚至在制成太阳能电池后，也不会发生由太阳能电池中的热膨胀引起的层间分离。此外，本专利技术采用了一种与轧制工艺不同的利用简单加工系统的电铸技术。从而，本专利技术可以生产较宽、较薄且具有柔性的金属箔基材。附图说明图1是示出了根据本专利技术实施例的用于生产Fe-Ni合金金属箔基材的方法的示意图。图2是示出了根据本专利技术另一实施例的用于生产Fe-Ni合金金属箔基材的方法的示意图。图3示出了由Fe-46wt％Ni构成的合金金属箔基材的热膨胀系数和结构稳定处理的温度之间的函数关系。图4示出了由Fe-48wt％Ni构成的合金金属箔基材的热膨胀系数和结构稳定处理的温度之间的函数关系。图5示出了由Fe-50wt％Ni构成的合金金属箔基材的热膨胀系数和结构稳定处理的温度之间的函数关系。图6示出了由Fe-52wt％Ni构成的合金金属箔基材的热膨胀系数和结构稳定处理的温度之间的函数关系。最优实施方式本专利技术的Fe-Ni合金金属箔基材的特点在于，该Fe-Ni合金金属箔基材通过电铸技术生产，然后对其进行结构稳定处理，使其具有适合用于太阳能电池的热膨胀系数和粒径。如本文中使用到的，术语“结构稳定处理”是指将能量不稳定的纳米粒子结构变为稳定的微米粒子结构的处理。该处理包括在400℃～1000℃温度下对基材进行加热处理30分钟～2小时。本专利技术的Fe-Ni合金金属箔基材的热膨胀系数为6×10-6/℃～12×10-6/℃，优选为7×10-6/℃～10×10-6/℃。该基材的热膨胀系数与用于CIGS太阳能电池的CIS或CIGS层的热膨胀系数相似。在包括与基板接触的CIGS层的太阳能电池模块的制作期间，或在制作完成后使用太阳能电池的期间，由于该相似的热膨胀系数，可以防止由应力引起的层间分离或开裂的发生，从而防止太阳能电池使用寿命的缩短。本专利技术的专利技术人为研发具有上述热膨胀系数的金属箔进行了大量研究，结果发现，合金金属箔基材的成分最优选为Fe-45～55wt％Ni。如本文中使用到的，表达式“Fe-45～55wt％Ni”的意思是在总合金成分中镍的含量为45wt％～55wt％。用于CIGS太阳能电池的基材由Fe-45～55wt％Ni构成，这样可以防止由热膨胀对太阳能电池造成的损坏。通过电铸工艺可生产具有上述成分的Fe-Ni合金金属箔基材。图1和图2示意性地示出了通过根据本专利技术的电铸工艺生产Fe-Ni合金金属箔基材的过程。下文中，将参见附图对根据本专利技术生产Fe-Ni合金金属箔基材的过程进行说明。参见图1，本专利技术的合金金属箔基材通过所谓的电铸工艺产生。具体而言，将电解质溶液装入由SUS等导电金属制成的电解槽600中，将具有导电金属表面的负极700和正极100浸入电解质溶液中。当向正极100和负极700施加电压时，根据电镀原理，金属沉积在负极700的表面，从而产生基材。使负极700与电压源的负(-)极相连，使正极与电压源的正(+)极连接。将含有待镀金属离子的电解质溶液装入电解槽600。在这种情况下，通过电铸形成的金属箔可由期望的合金金属材料制成，该期望的合金金属基于电解质溶液的成分而确定。通过混合含铁盐和含镍盐来制备电解质溶液。例如，电解质溶液可含有硫酸铁(ironsulfate)、氯化亚铁(ferrouschloride)、硫酸镍(nickelsulfate)、氯化镍(nickelchloride)、氨基磺酸镍(nickelsulfamate)等。更优选地，电解质溶液含有硫酸铁和氯化镍。为了得到Fe-45～55wt％Ni的合金成分，电解质溶液优选地包含100～300g/L的氨基磺酸镍和10～30g/L的氯化铁(ironchloride)。将电解质溶液的pH控制在2.5～3.5，温度控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过电铸工艺制备的用于柔性CIGS太阳能电池的Fe‑Ni合金金属箔基材，其中，所述Fe‑Ni合金金属箔基材由Fe‑46～52wt％Ni构成，其粒径为0.1μm～5μm，厚度为10μm～50μm，其热膨胀系数为6×10

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.16 KR 10-2011-01195951.一种通过电铸工艺制备的用于柔性CIGS太阳能电池的Fe-Ni合金金属箔基材，其中，所述Fe-Ni合金金属箔基材由Fe-46～52wt％Ni构成，其粒径为0.1μm～5μm，厚度为10μm～50μm，其热膨胀系数为6×10-6/℃～12×10-6/℃，所述Fe-Ni合金金属箔基材的粒子结构通过在400℃～600℃的温度下稳定所述结构而形成。2.一种生产用于柔性CIGS太阳能电池的Fe-Ni合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：任泰泓，李兴烈，黄太珍，宋永植，赵荣基，李敏秀，韩允浩，
申请(专利权)人：韩国生产技术研究院，
类型：发明
国别省市：韩国,KR