一种高阻水柔性内联式CIGS太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高阻水柔性内联式CIGS太阳能电池及其制备方法，包括：柔性衬底；用以防止硒蒸汽腐蚀柔性衬底的背保护层；内联式CIGS太阳能电池组件，以及制备在内联式CIGS太阳能电池组件底部的有机无机交替多层复合阻水绝缘层，其包括，高密度绝缘无机阻水膜、有机丙烯酸酯层Ⅰ和无机阻水膜；制备在内联式CIGS太阳能电池顶部的有机无机交替多层复合阻水绝缘减反射增透层，其包括：高密度高阻无机阻水减反射膜、有机丙烯酸酯层Ⅱ和无机阻水减反射膜。本发明专利技术使内联式电池芯片形成的同时完成了器件阻水阻氧迎光面减反射封装，阻水阻氧封装光学薄膜可与电池器件在同一产线大面积沉积，降低了柔性电池阻水阻氧封装工艺难度，有利于大面积商业化生产。

A flexible inline CIGS solar cell with high water resistance and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高阻水柔性内联式CIGS太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于柔性CIGS太阳能电池
，更具体地说，本专利技术涉及一种高阻水柔性内联式CIGS太阳能电池。
技术介绍
铜铟镓硒薄膜太阳能电池器件中的铜、铟、镓、硒、锌等元素比较活泼，暴露在大气中易与水、汽等发生化学反应，使CIGS电池器件失效，影响器件本身寿命。所以需要对CIGS电池器件进行有效封装，将CIGS太阳能电池器件各功能层与大气隔开，延长电池器件寿命。传统的封装方案是在CIGS太阳能电池器件制作完成后，采用事先做好的封装薄膜贴附于器件上实现与大气隔离封装的。由于性能优异的封装阻水阻氧胶膜制备工艺复杂，工艺成本昂贵，再加之尺寸规格需要结合电池器件自身的尺寸配套定制，阻水封装胶膜采购的局限性比较大，不利于柔性CIGS电池组件的成本降低。传统的柔性CIGS太阳能电池子电池串接采用外部串接电路进行连接，串接线路损坏会直接导致电池器件性能下降，甚至失效，所以很难根据客户的需求进行不同形状尺寸的裁切。产品尺寸无法随意定制这一产品特性，极大限制了柔性CIGS太阳能电池的适用范围。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种高阻水柔性内联式CIGS太阳能电池，包括：柔性衬底；用以防止硒蒸汽腐蚀柔性衬底的背保护层，其沉积在柔性衬底的下表面；有机无机交替多层复合阻水绝缘层，其包括：高密度绝缘无机阻水膜，其采用反应磁控溅射或等离子强化化学气相沉积法制备在柔性衬底上；有机丙烯酸酯层Ⅰ，其喷涂在高密度绝缘无机阻水膜上方；无机阻水膜，其采用等离子增强化学气相沉积在有机丙烯酸酯层Ⅰ表面；阻挡层，其采用直流溅射的方法制备在有机无机交替多层复合阻水绝缘层上方；背电极层，其采用直流溅射的方法制备在阻挡层上方；CIGS吸收层，其采用三步共蒸、溅射硒化方法制备在背电极层上方；缓冲层，其采用化学水浴工艺制备在CIGS吸收层上方；窗口层，其采用脉冲直流溅射的方法制备在缓冲层上方；前电极层，其采用脉冲直流溅射的方法制备在窗口层上方；有机无机交替多层复合阻水绝缘减反射增透层，其包括：高密度高阻无机阻水减反射膜，其采用等离子增强化学气相沉积制备在前电极顶部；有机丙烯酸酯层Ⅱ，其喷涂在高密度高阻无机阻水减反射膜表面；无机阻水减反射膜，其采用等离子增强化学气相沉积制备在有机丙烯酸酯层Ⅱ表面；多组刻线，每组刻线包括P1刻线、P2刻线和P3刻线，其中P1刻线采用卷对卷亚纳秒激光下打光方式将阻挡层和背电极层完全刻断，P1刻线一直刻划到有机无机交替多层复合阻水绝缘层表面，使第一道刻线P1刻线两侧的子电池完全绝缘，同时对有机无机交替多层复合阻水绝缘层不造成损伤；P2刻线采用卷对卷机械刻线将CIGS吸收层、缓冲层完全刻断，P2刻线下端刻划至背电极层上表面，保证P2刻线两侧的子电池通过P2刻线沟槽接触导通，且P2刻线与P1刻线是平行设置；P3刻线采用卷对卷机械刻线将前电极层、窗口层、缓冲层以及CIGS吸收层完全刻划刻断，其下端刻划至背电极层上表面，保证P3刻线两侧的子电池的前电极完全断开，同样的，P3刻线与P1刻线保持平行。优选的是，其中，所述柔性衬底为耐高温柔性衬底；背保护层为和柔性衬底结合较好且在高温下特性稳定的涂层；阻挡层为铬阻挡层、铝阻挡层、钛阻挡层、铬镍合金阻挡层或者钨钛合金阻挡层中的一种；背电极层为和CIGS晶格匹配好，高温下特性稳定，导电性好、反光性好的金属涂层；缓冲层为和CIGS晶格匹配度较好的化合物薄膜层；窗口层为高阻高透光薄膜层；前电极层为透明导电氧化物薄膜。优选的是，其中，所述柔性衬底柔性不锈钢衬底或柔性聚酰亚胺衬底；背保护层为背钼保护层，阻挡层为铬阻挡层、铝阻挡层、钛阻挡层、铬镍合金阻挡层或者钨钛合金阻挡层中的一种；电池底部的有机无机交替多层复合阻水绝缘层的厚度为2000～4400nm，其包括的高密度绝缘无机阻水膜为氮化铝高密度绝缘无机阻水膜或氮化硅高密度绝缘无机阻水膜、二氧化硅高密度无机阻水膜中的一种，高密度绝缘无机阻水膜的厚度为800～2000nm，有机丙酸酯层Ⅰ的厚度为200～500nm，无机阻水膜为氮化硅无机阻水膜二氧化硅无机阻水膜，其厚度为800～2000nm；背电极层为背钼电极层，缓冲层为硫化镉缓冲层或硫化铟缓冲层，窗口层为i-ZnO窗口层，前电极层为ITO前电极层、AZO前电极层、FTO前电极层中的一种；电池顶部的有机无机交替多层复合阻水绝缘减反射增透层的厚度为300～1000nm，其中的高密度高阻无机阻水减反射膜为氮化硅高密度高阻无机阻水减反射膜或二氧化硅高密度高阻无机阻水减反射膜，高密度高阻无机阻水减反射膜的厚度为50～200nm，有机丙酸酯层Ⅱ厚度为50～300nm，无机阻水减反射膜为氮化硅无机阻水减反射膜或二氧化硅无机阻水减反射膜，其厚度为50～200nm。优选的是，其中，所述每组的P1刻线、P2刻线和P3刻线，其中，P2刻线位于P1刻线和P2刻线之间，相邻两条P2刻线的间距为5000～6000um，每组刻线中的P1刻线与P2刻线间距为100～150um，每组刻线中的P3刻线与P1刻线间距为200～260um，相邻两条P3刻线间距也为5000～6000um。优选的是，其中，所述每组刻线之间采用平行的间隔设置。优选的是，其中，电池组件四周采用激光或机械刻线技术刻一圈绝缘线，绝缘线刻划掉有电池底部有机无机交替多层复合阻水绝缘层上方所有膜层。优选的是，其中所述的高阻水柔性内联式CIGS太阳能电池的制备方法包括以下步骤：步骤一、制备柔性衬底背保护层：在厚度为20～150um的柔性衬底背面制备100～1000nm厚的背保护层，用以防止制备CIGS吸收层过程中硒蒸汽腐蚀柔性衬底；制备使用的靶材是钼靶，制备过程中通入Ar，溅射时的本底真空度小于等于5.0×10﹣3Pa，溅射功率为3～10kW，工作气压为0.1～10Pa，柔性衬底温度为20～400℃，溅射时间为5～20min，Ar的流量为90～200sccm；步骤二、制备电池底部的有机无机交替多层复合阻水绝缘层：在厚度为20～120um的柔性衬底正面上方采用反应磁控溅射方法制备1000nm高密度绝缘无机阻水膜，溅射靶材材质为铝，溅射时通入N2和Ar混合气体，溅射时的本底真空度小于等于5.0×10﹣3Pa，功率密度为0.1～20W/cm2，工作气压为0.1～10Pa，不锈钢衬底温度为20～400℃，溅射时间为5～20min，N2流量为10～30sccm，Ar流量为90～150sccm。在无机阻水膜表面再采用喷涂工艺均匀的涂布一层50nm～500nm厚的有机丙烯酸脂，该有机层可缓解上下无机膜层堆叠应力，防止膜裂，另一方面可加长水汽透过的路径，防止水汽进入电池器件，将常温的有机丙烯酸脂溶液通过涂布机均匀的涂布在底部无机阻水膜表面，溶液的供给压力为0.2～0.5MPa，涂布完成后再经过80～200℃烘烤，烘烤时间为4min，将有机丙烯酸脂溶液均匀的固化在无机阻水膜表面形成均匀的缓冲薄膜。在有机丙烯酸脂膜层表面再采用等离子增强化学气相沉积工艺沉积一层1000nm～2000nm的无机阻水膜，反应气体为硅烷和氮气，本底真空不低于5.0×1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高阻水柔性内联式CIGS太阳能电池，其特征在于，包括：柔性衬底；用以防止硒蒸汽腐蚀柔性衬底的背保护层，其沉积在柔性衬底的下表面；有机无机交替多层复合阻水绝缘层，其包括：高密度绝缘无机阻水膜，其采用反应磁控溅射或等离子强化化学气相沉积法制备在柔性衬底上；有机丙烯酸酯层Ⅰ，其喷涂在高密度绝缘无机阻水膜上方；无机阻水膜，其采用等离子增强化学气相沉积在有机丙烯酸酯层Ⅰ表面；阻挡层，其采用直流溅射的方法制备在有机无机交替多层复合阻水绝缘层上方；背电极层，其采用直流溅射的方法制备在阻挡层上方；CIGS吸收层，其采用三步共蒸、溅射硒化方法制备在背电极层上方；缓冲层，其采用化学水浴工艺制备在CIGS吸收层上方；窗口层，其采用脉冲直流溅射的方法制备在缓冲层上方；前电极层，其采用脉冲直流溅射的方法制备在窗口层上方；有机无机交替多层复合阻水绝缘减反射增透层，其包括：高密度高阻无机阻水减反射膜，其采用等离子增强化学气相沉积制备在前电极顶部；有机丙烯酸酯层Ⅱ，其喷涂在高密度高阻无机阻水减反射膜表面；无机阻水减反射膜，其采用等离子增强化学气相沉积制备在有机丙烯酸酯层Ⅱ表面；多组刻线，每组刻线包括P1刻线、P2刻线和P3刻线，其中P1刻线采用卷对卷亚纳秒激光下打光方式将阻挡层和背电极层完全刻断，P1刻线一直刻划到有机无机交替多层复合阻水绝缘层表面，使第一道刻线P1刻线两侧的子电池完全绝缘，同时对有机无机交替多层复合阻水绝缘层不造成损伤；P2刻线采用卷对卷机械刻线将CIGS吸收层、缓冲层完全刻断，P2刻线下端刻划至背电极层上表面，保证P2刻线两侧的子电池通过P2刻线沟槽接触导通，且P2刻线与P1刻线是平行设置；P3刻线采用卷对卷机械刻线将前电极层、窗口层、缓冲层以及CIGS吸收层完全刻划刻断，其下端刻划至背电极层上表面，保证P3刻线两侧的子电池的前电极完全断开，同样的，P3刻线与P1刻线保持平行。...

【技术特征摘要】
1.一种高阻水柔性内联式CIGS太阳能电池，其特征在于，包括：柔性衬底；用以防止硒蒸汽腐蚀柔性衬底的背保护层，其沉积在柔性衬底的下表面；有机无机交替多层复合阻水绝缘层，其包括：高密度绝缘无机阻水膜，其采用反应磁控溅射或等离子强化化学气相沉积法制备在柔性衬底上；有机丙烯酸酯层Ⅰ，其喷涂在高密度绝缘无机阻水膜上方；无机阻水膜，其采用等离子增强化学气相沉积在有机丙烯酸酯层Ⅰ表面；阻挡层，其采用直流溅射的方法制备在有机无机交替多层复合阻水绝缘层上方；背电极层，其采用直流溅射的方法制备在阻挡层上方；CIGS吸收层，其采用三步共蒸、溅射硒化方法制备在背电极层上方；缓冲层，其采用化学水浴工艺制备在CIGS吸收层上方；窗口层，其采用脉冲直流溅射的方法制备在缓冲层上方；前电极层，其采用脉冲直流溅射的方法制备在窗口层上方；有机无机交替多层复合阻水绝缘减反射增透层，其包括：高密度高阻无机阻水减反射膜，其采用等离子增强化学气相沉积制备在前电极顶部；有机丙烯酸酯层Ⅱ，其喷涂在高密度高阻无机阻水减反射膜表面；无机阻水减反射膜，其采用等离子增强化学气相沉积制备在有机丙烯酸酯层Ⅱ表面；多组刻线，每组刻线包括P1刻线、P2刻线和P3刻线，其中P1刻线采用卷对卷亚纳秒激光下打光方式将阻挡层和背电极层完全刻断，P1刻线一直刻划到有机无机交替多层复合阻水绝缘层表面，使第一道刻线P1刻线两侧的子电池完全绝缘，同时对有机无机交替多层复合阻水绝缘层不造成损伤；P2刻线采用卷对卷机械刻线将CIGS吸收层、缓冲层完全刻断，P2刻线下端刻划至背电极层上表面，保证P2刻线两侧的子电池通过P2刻线沟槽接触导通，且P2刻线与P1刻线是平行设置；P3刻线采用卷对卷机械刻线将前电极层、窗口层、缓冲层以及CIGS吸收层完全刻划刻断，其下端刻划至背电极层上表面，保证P3刻线两侧的子电池的前电极完全断开，同样的，P3刻线与P1刻线保持平行。2.如权利要求1所述的柔性衬底内联式太阳能电池，其特征在于，所述柔性衬底为耐高温柔性衬底；背保护层为和柔性衬底结合较好且在高温下特性稳定的涂层；阻挡层为铬阻挡层、铝阻挡层、钛阻挡层、铬镍合金阻挡层或者钨钛合金阻挡层中的一种；背电极层为和CIGS晶格匹配好，高温下特性稳定，导电性好、反光性好的金属涂层；缓冲层为和CIGS晶格匹配度较好的化合物薄膜层；窗口层为高阻高透光薄膜层；前电极层为透明导电氧化物薄膜。3.如权利要求1所述的高阻水柔性内联式CIGS太阳能电池，其特征在于，所述柔性衬底柔性不锈钢衬底或柔性聚酰亚胺衬底；背保护层为背钼保护层，阻挡层为铬阻挡层、铝阻挡层、钛阻挡层、铬镍合金阻挡层或者钨钛合金阻挡层中的一种；电池底部的有机无机交替多层复合阻水绝缘层的厚度为2000～4400nm，其包括的高密度绝缘无机阻水膜为氮化铝高密度绝缘无机阻水膜或氮化硅高密度绝缘无机阻水膜、二氧化硅高密度无机阻水膜中的一种，高密度绝缘无机阻水膜的厚度为800～2000nm，有机丙酸酯层Ⅰ的厚度为200～500nm，无机阻水膜为氮化硅无机阻水膜二氧化硅无机阻水膜，其厚度为800～2000nm；背电极层为背钼电极层，缓冲层为硫化镉缓冲层或硫化铟缓冲层，窗口层为i-ZnO窗口层，前电极层为ITO前电极层、AZO前电极层、FTO前电极层中的一种；电池顶部的有机无机交替多层复合阻水绝缘减反射增透层的厚度为300～1000nm，其中的高密度高阻无机阻水减反射膜为氮化硅高密度高阻无机阻水减反射膜或二氧化硅高密度高阻无机阻水减反射膜，高密度高阻无机阻水减反射膜的厚度为50～200nm，有机丙酸酯层Ⅱ厚度为50～300nm，无机阻水减反射膜为氮化硅无机阻水减反射膜或二氧化硅无机阻水减反射膜，其厚度为50～200nm。4.如权利要求1所述的高阻水柔性内联式CIGS太阳能电池，其特征在于，所述每组的P1刻线、P2刻线和P3刻线，其中，P2刻线位于P1刻线和P2刻线之间，相邻两条P2刻线的间距为5000～6000um，每组刻线中的P1刻线与P2刻线间距为100～150um，每组刻线中的P3刻线与P1刻线间距为200～260um，相邻两条P3刻线间距也为5000～6000um。5.如权利要求1所述的高阻水柔性内联式CIGS太阳能电池，其特征在于，所述每组刻线之间采用平行的间隔设置。6.如权利要求1所述的高阻水柔性内联式CIGS太阳能电池，其特征在于，电池组件四周采用激光或机械刻线技术刻一圈绝缘线，绝缘线刻划掉有电池底部有机无机交替多层复合阻水绝缘层上方所有膜层。7.一种如权利要求1-6任一项所述的高阻水柔性内联式CIGS太阳能电池，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：步骤一、制备柔性衬底背保护层：在厚度为20～150um的柔性衬底背面制备100～1000nm厚的背保护层，用以防止制备CIGS吸收层过程中硒蒸汽腐蚀柔性衬底；制备使用的靶材是钼靶，制备过程中通入Ar，溅射时的本底真空度小于等于5.0×10﹣3Pa，溅射功率为3～10kW，工作气压为0.1～10Pa，柔性衬底温度为20～400℃，溅射时间为5～20min，Ar的流量为90～200sccm；步骤二、制备电池底部的有机无机交替多层复合阻水绝缘层：在厚度为20～120um的柔性衬底正面上方采用反应磁控溅射方法制备1000nm高密度绝缘无机阻水膜，溅射靶材材质为铝，溅射时通入N2和Ar混合气体，溅射时的本底真空度小于等于5.0×10﹣3Pa，功率密度为0.1～20W/cm2，工作气压为0.1～10Pa，不锈钢衬底温度为20～400℃，溅射时间为5～20min，N2流量为10～30sccm，Ar流量为90～150sccm。在无机阻水膜表面再采用喷涂工艺均匀的涂布一层50nm～500nm厚的有机丙烯酸脂，该有机层可缓解上下无机膜层堆叠应力，防止膜裂，另一方面可加长水汽透过的路径，防止水汽进入电池器件，将常温的有机丙烯酸脂溶液通过涂布机均匀的涂布在底部无机阻水膜表面，溶液的供给压力为0.2～0.5MPa，涂布完成后再经过80～200℃烘烤，烘烤时间为4min，将有机丙烯酸脂溶液均匀的固化在无机阻水膜表面形成均匀的缓冲薄膜。在有机丙烯酸脂膜层表面再采用等离子增强化学气相沉积工艺沉积一层1000nm～2000nm的无机阻水膜，反应气体为硅烷和氮气，本...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈培专，陈亚栋，李劼，魏昌华，高翔，
申请(专利权)人：绵阳金能移动能源有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51