薄膜太阳能电池及其基带和制备方法技术

本发明专利技术涉及薄膜太阳能电池及其基带和制备方法。具体地说，本发明专利技术涉及一种薄膜太阳能电池基带，其包括：衬底层，其由合金材料组成；扩散阻挡层，其形成于所述衬底层的上面；和纯铜层，其形成于所述扩散阻挡层的上面。本发明专利技术还涉及所述薄膜太阳能电池基带在制备太阳能电池中的用途，包括所述薄膜太阳能电池基带的薄膜太阳能电池，以及所述基带和电池的制备方法。本发明专利技术的薄膜太阳能电池及其基带厚度薄、机械性能良好、不会污染功能层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种CIS薄膜太阳能电池，本专利技术还涉及构成所述太阳能电池的基 带，以及所述基带和CIS薄膜太阳能电池的制备方法。
技术介绍
薄膜太阳能电池由于生产成本低，能耗小，效率高等特点受到广泛关注。在诸多 的薄膜太阳能电池的制备方法中，绝大多数使用真空技术，如磁控溅射和化学气相沉积。 在20世纪80年代，德国出现了一种新型的非真空制备电池功能层的方法。该技术在100 微米厚的纯铜带上采用卷对卷方式连续电镀纯铜层和纯铟层，并对金属薄膜层进行高温 (500-600°C )硫化得到CuInS2太阳能电池的半导体功能层。例如，US6, 117，703中公开了 一种以铜为基带的CIS太阳能电池和制作方法，其中使用的铜带厚度为100微米，其原理 例如参见图1。目前，功能层的制备真正需要的是高纯度的电镀纯铜层和电镀纯铟层，纯铜 带作为半导体层的支撑物，使用纯铜层的关键是减少杂质成分对功能层造成污染，影响光 电转换效率，例如，目前通常在纯铜基带(纯度99. 95% )上进行电镀Cu-In合金层，再在 500-600°C的温度下进行快速硫化处理，硫化时间< 1分钟，形成CuInS2相作为光电转换的 半导体层。现有技术中采用的纯铜带不仅价格昂贵，而且纯铜层的厚度相对于功能层过厚， 如果减薄纯铜带厚度不能满足连续电镀和硫化的机械性能要求。目前以纯铜为基带制作CIS薄膜太阳能电池(亦称为CISCuT太阳能电池)的最 大特点是采用卷对卷的方式进行连续电镀和连续高温硫化，因此大大降低了电池的生产成 本。由于CISCuT太阳能电池技术的特殊性，需要基带材料不仅有好的导电性易于电镀金属 层，而且还要有良好的机械性能和热稳定性，满足在连续电池制备过程中所需要的机械张 力和在高温硫化过程中所需要的热稳定性。在该电池的制备技术中，使用纯铜带一方面满 足电池连续生产的要求，同时也是为了降低基带中的杂质向功能层进行扩散。然而，尽管使 用非真空条件减少了电池的生产成本，但是用纯铜带作为基带，电池的材料成本仍然很高。 而且纯铜带的高纯度要求可能会在将来大规模生产CuInS2(简称为CIS)薄膜电池时对原 材料供应造成瓶颈，不利于CIS薄膜电池的推广应用。此外，出于对电池重量的考虑，采用减薄基带厚度减轻电池的重量的方法不适用 于纯铜带。由于纯铜带质地柔软，如果通过减薄厚度来降低基带重量，薄纯铜带不能满足连 续制备方法中的机械性能要求。因此本领域技术人员试图寻找其它适合作为薄膜太阳能电 池同时又能满足厚度小、机械性能良好的基带。合金材料可能满足上述基带的要求，但是采 用合金材料作为基带可能产生的一个重要问题是，由于合金材料组成的复杂性，其中的成 分可能在薄膜太阳能电池的制备过程中迁移而导致电池功能层受到污染。寻找令人满意的 薄膜太阳能电池基带仍是本领域技术人员急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是克服现有薄膜太阳能电池的基带的不足，提供一种厚度4薄、机械性能良好、不会污染功能层的新颖的薄膜太阳能电池基带。本专利技术人令人惊奇地发现采用电镀性好、机械性能优良、厚度大大减小(例如可 以是只有纯铜带厚度约一半)的合金带特别是例如黄铜带，在合金带经过预处理沉积一扩 散阻挡层形成复合材料，可以代替纯铜带作为薄膜太阳能电池的基带。本专利技术提供的该基 带不仅降低了材料的成本而且也减轻了电池的重量。为此，本专利技术第一方面提供一种CIS型的薄膜太阳能电池基带，其包括衬底层，其由合金材料组成；扩散阻挡层，其形成于所述衬底层的上面；和纯铜层，其形成于所述扩散阻挡层的上面。在一个实施方案中，本专利技术第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带还可以是 呈双面基本对称型的结构，即在所述的衬底层的上下两个面由里向外依次形成有扩散阻挡 层和纯铜层。因此，根据本专利技术第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其包括衬底 层，其由合金材料组成；第一扩散阻挡层，其形成于所述衬底层的上面；第一纯铜层，其形 成于所述第一扩散阻挡层的上面；第二扩散阻挡层，其形成于所述衬底层的下面；和第二 纯铜层，其形成于所述第二扩散阻挡层的下面。根据本实施方案，其中所述的第一扩散阻挡 层与第二扩散阻挡层可以具有相同或相似的性能，例如材质、厚度、单一层或复合层结构、 等等，因此，在本文的上下文中，如果没有特别用“第一”或“第二”限定该扩散阻挡层，则提 及的扩散阻挡层既可以指单面型基带的扩散阻挡层，也可以指双面型基带的第一或第二扩 散阻挡层。同样，根据本实施方案，其中所述的第一纯铜层与第二纯铜层可以具有相同或相 似的性能，例如材质、厚度、、等等，因此，在本文的上下文中，如果没有特别用“第一”或“第 二”限定该纯铜层，则提及的纯铜层既可以指单面型基带的纯铜层，也可以指双面型基带的 第一或第二纯铜层。根据本专利技术第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述的合金材料选 自黄铜合金、不锈钢、铁镍合金。根据本专利技术第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述的合金材料为 黄铜合金，并且其中铜/锌比为50 50至80 20(w/w)，优选55 45至75 25 (w/w)，更 优选 60 40 至 70 30(w/w)，例如约 60 40 (w/w)，或约 65 35 (w/w)，或约 70 30 (w/ w)。根据本专利技术第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述的合金材料的 厚度为约10 100 u m,优选约10 80 i! m,更优选约10 60 y m,再更优选约20 60 y m。 例如约30 u m,或约40 u m,或约50 u m,或约60 u m。根据本专利技术第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述的扩散阻挡层 是由一个金属层组成，或者是由不同金属构成的多个金属层组成。根据本专利技术第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述的扩散阻挡层 是由一个金属层组成，或者是由不同金属构成的多个金属层组成，其中所述的金属选自以 下的一种或多种的组合Ni、Cu、Cr、Mo、W、Sn、V。根据本专利技术第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中形成于所述衬底层 上的所述扩散阻挡层是选自下列的层Ni层、Cu层、Cr层、Mo层、W层、Sn层、V层、Ni/Cu 复合层、Ni/Cu/Ni复合层、Ni/V复合层、W/Mo复合层、Ni/Cu/Ni/Cu复合层、Cu/Ni/Cu复合层、Cr/Ni复合层。在本文中，对于扩散阻挡层是复合层的情形，例如“Ni/Cu复合层”是指 在衬底层上选形成M层，然后再在该M层上形成Cu层，而不是相反；其它复合层也是该含 义，但是应当理解为，在某些情况下相反的镀层顺序也是可行的，本专利技术并不受其表达顺序 的限制。优选的，本专利技术所述的扩散阻挡层选自附层、Ni/Cu/Ni复合层、Cu/Ni复合层、 Cr/Ni复合层、W/Mo复合层、Ni/V复合层。根据本专利技术第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中形成所述扩散阻挡 层所使用的金属是基本上纯净的。在本文中，术语“基本上”是指考虑在所指情况下的本领 域公知的并且可接受的误差范围。根据本专利技术第一方面任一项所述的薄膜太阳能电池基带，其中所述的扩散阻挡层 是通过电镀方法形成于所述衬底层上的。在一个实施方案中，所述的电镀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜太阳能电池基带，其包括：衬底层，其由合金材料组成；扩散阻挡层，其形成于所述衬底层的上面；和纯铜层，其形成于所述扩散阻挡层的上面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡小萍，方玲，刘迎春，卢志超，周少雄，
申请(专利权)人：安泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]