一种柔性内联式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柔性内联式CIGS太阳能电池和制备方法，包括：柔性衬底；背保护层沉积在柔性衬底的下表面；绝缘层，其采用磁控溅射的方法制备在柔性衬底上方；阻挡层采用溅射的方法制备在绝缘层上方；背电极层用溅射的方法制备在阻挡层上方；CIGS吸收层用三步共蒸、溅射硒化方法制备在背电极层上方；缓冲层采用化学水浴工艺制备在CIGS吸收层上方；窗口层用溅射的方法制备在缓冲层上方；前电极层采用溅射的方法制备在窗口层上方；多组刻线，每组刻线包括P1刻线、P2刻线和P3刻线，每组刻线对不同的功能膜层进行刻划，实现了电池内部串联。本发明专利技术提高了电池的有效发电面积和电池的效率，产品的质量高、成本低，有利于商业化规模生产。

A flexible in-line CIGS solar cell and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种柔性内联式CIGS太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于太阳能电池
，更具体地说，本专利技术涉及一种柔性内联式CIGS太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
由于CIGS太阳能电池需要经过500℃以上的高温硒化，所以其衬底就需要耐高温，不锈钢箔具有的柔性和耐高温等特性非常适合制备柔性CIGS太阳能电池，在柔性CIGS电池商业化制造领域得到了普遍采用。目前柔性衬底的CIGS太阳能电池子电池集成互联技术业内普遍采用外部连接方式。外联方式需要在电池片上采用丝网印刷或其它技术制备金属栅线将电流收集引出至Busbar，然后再通过Busbar将子电池的正极和下一片子电池的负极焊接起来，实现子电池互联。该方式的缺陷是死区面积大，占到整个电池面积的6～8％，组件效率损失非常高；同时丝网印刷及Busbar焊接工艺复杂，工艺重复性差，需要消耗大量的银浆，因此电池制造成本下降空间非常小。本专利技术提供的柔性衬底CIGS太阳能电池，内部采用集成子电池互联的方式，通过使用波长为1064nm、532nm等波长的亚纳秒激光结合机械划线技术进行电池内部串联，避免了在子电池表面制备栅线收集电流，也无需在子电池之间额外使用Busbar实现子电池的正负极串接，大大降低了电池的“死区”面积，降低了工艺难度，提高电池组件效率的同时，也降低了电池生产成本。
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衬底的背保护层，其沉积在柔性衬底的下表面；用以保护柔性衬底不受激光损伤的绝缘层，其采用反应磁控溅射的方法制备在衬底上方；阻挡层，其采用直流溅射的方法制备在绝缘层上方；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；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、缓冲层两层薄膜完全刻断，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比较稳定的涂层；绝缘层为氮化铝绝缘层、二氧化硅绝缘层、二氧化钛绝缘层、氧化锌绝缘层、氮化硅绝缘层和三氧化二铝绝缘层中的一种；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，所述柔性衬底为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，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。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，绝缘线刻划掉绝缘层上方所有膜层。优选的是，其中，所述绝缘层采用加厚的设置。优选的是，其中，柔性内联式CIGS太阳能电池制备方法包括以下步骤：步骤一、在厚度为20～150um的柔性衬底上制备1500～2000nm厚的绝缘层，制备方法为反应磁控溅射方法，使用的溅射靶材材质为铝，并且在溅射时通入N2和Ar的混合气体，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；步骤二、在绝缘层上采用直流溅射的方法制备厚度为50～200nm的阻挡层，制备使用的靶材是铬靶，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3～6kW，工作气压为0.5～0.8Pa，不锈钢衬底温度为20～400℃，溅射时间为5～10min，Ar流量为100～150sccm；步骤三、在阻挡层上采用直流溅射的方法制备厚度为300nm～700nm的背电极层，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0.5～0.8Pa，不锈钢衬底温度为20～400℃，溅射时间为5～10min，Ar流量为100～200sccm；步骤四、采用波长为1064nm或532nm的卷对卷亚纳秒激光下打光方式对已经制备的阻挡层和背电极层进行刻划，形成第一道划线P1刻线，划线宽度为40～80um，P1刻线一直划到绝缘层上表面，使P1刻线两侧的子电池阻挡层和背电极层完全绝缘，同时不能损伤底部的绝缘层，所使用的亚纳秒激光脉冲宽度为600～2000皮秒，光束模式为TEM00重复频率为10kHZ～100kHZ，激光功率为0.5～3W，刻线速度为1200mm/s；步骤五、在背电极层上采用三步共蒸方法制备厚度为1500～2400nm的CIGS吸收层，本底真空度小于等于5.0×10﹣4Pa，第一步蒸发铟、镓、硒，衬底温度300～350℃，镓源温度900～1200℃、铟源温度700～1100℃，硒源温度300～450℃；第二步蒸发铜、硒，衬底温度480～580℃，铜源蒸发温度1200～1500℃，硒源蒸发温度300～450℃；第三步蒸发铟、镓、硒，衬底温度450～550℃，镓源温度900～1200℃、铟源温度700～1100℃，硒源温度300～450℃；沉积时间5～10min；步骤六、在CIGS吸收层上采用化学水浴工艺制备50nm厚的缓冲层，化学水浴使用的氨水浓度为10～26wt％，硫酸镉浓度0.1～1wt％，硫脲浓度3～8wt％，纯水流量1000～1500ml/min，氨水流量600～1200ml/min，硫脲流量3000～3600ml/min，硫酸镉流量350ml～600ml，药液预热温度30～60℃，水浴反应温度50至80℃，水浴沉积时间3min～10min；步骤七、采用卷对卷机械刻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性内联式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衬底的背保护层，其沉积在柔性衬底的下表面；用以保护柔性衬底不受激光损伤的绝缘层，其采用反应磁控溅射的方法制备在衬底上方；阻挡层，其采用直流溅射的方法制备在绝缘层上方；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；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、缓冲层两层薄膜完全刻断，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衬底的背保护层，其沉积在柔性衬底的下表面；用以保护柔性衬底不受激光损伤的绝缘层，其采用反应磁控溅射的方法制备在衬底上方；阻挡层，其采用直流溅射的方法制备在绝缘层上方；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；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、缓冲层两层薄膜完全刻断，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比较稳定的涂层；绝缘层为氮化铝绝缘层、二氧化硅绝缘层、二氧化钛绝缘层、氧化锌绝缘层、氮化硅绝缘层和三氧化二铝绝缘层中的一种；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所述的柔性内联式CIGS太阳能电池，其特征在于，所述柔性衬底为耐高温，性能稳定的材料，比如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，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。4.如权利要求1所述的柔性内联式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，绝缘线刻划掉绝缘层上方所有膜层。7.如权利要求1所述的柔性内联式CIGS太阳能电池，其特征在于，所述绝缘层采用加厚的设置。8.一种如权利要求1～7任一项所述的柔性内联式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、在厚度为20～150um的柔性衬底上制备1500～2000nm厚的绝缘层，制备方法为反应磁控溅射方法，使用的溅射靶材材质为铝，并且在溅射时通入N2和Ar的混合气体，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；步骤二、在绝缘层上采用直流溅射的方法制备厚度为50～200nm的阻挡层，制备使用的靶材是铬靶，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3～6kW，工作气压为0.5～0.8Pa，不锈钢衬底温度为20～400℃，溅...

【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