本发明专利技术公开了一种与太阳能电池背电极相连的柔性金属衬底及其制备方法。本发明专利技术衬底的结构为不锈钢带/铜/镍/镍钼合金。镍与镍钼合金镀层作为扩散阻挡层，均为多层结构镀层，且扩散阻挡层中的镍钼合金镀层沿镀层生长方向钼质量含量由10％逐层递增到80％。有效阻挡了铜及钢带中Fe元素的扩散，同时没有引入新的危害元素，且具有高Mo含量的镍钼合金提高了衬底与背电极(Mo层)的结合力。同时Cu层担当主要的电流传导层，使Mo层只是作为能与吸收层形成良好欧姆接触的背接触层。因此，采用本发明专利技术作为CIGS太阳能电池的衬底可以大大降低对Mo层厚度的需求，且本发明专利技术所述的柔性金属衬底可以在连续电镀生产线上低成本高效率生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及与太阳能电池背电极相连的柔性金属衬底，以及用低成本卷带式工艺在金属基底上依次制备电流主传导层和多层扩散阻挡层的制备方法。
技术介绍
在能源危机的背景下，太阳能电池成为代替能源研究中的热点。其中具有黄铜矿相的薄膜太阳能电池(包括铜铟硒、铜铟硫、铜铟镓硒等太阳能电池，以下简称CIGS)薄膜太阳能电池性能稳定、抗辐射能力强，其光电转换效率目前是各种薄膜太阳电池之首，光谱响应范围宽，在阴雨天光强下输出功率高于其它任何种类太阳电池，被国际上称为下一时代最有前途的廉价太阳电池之一，有可能成为未来光伏电池的主流产品之一。与常规能源相比，太阳能电池商业竞争力的实现，在于成本的降低。现阶段制约太阳能电池发展的最大瓶颈是过高的原材料成本和生产成本。CIGS电池的典型结构为玻璃衬底、(Mo层)背电极层、(CIGS)吸收层、(CdS)缓冲层、双层结构的ZnO窗口层本征ZnO(i. ZnO)层和掺Al低阻透明ZnO(Al ZnO)层、铝电极。硬质钠钙玻璃中的Na元素的渗入虽然有利于提高电池的效率，但是过量的Na会致使吸收层在金属背电极层的界面脱落，影响电池的使用寿命。同时，硬质钠钙玻璃为基底的太阳能电池只能采用分批式的工艺制备，成本很高。基于分批式生产所有工艺也总是会增加成本，因此卷带式的工艺生产对于降低成本而言是至关重要的。柔性衬底可以满足太阳能电池的大面积卷绕生产。相比聚酰亚胺，金属带材衬底更能经受高质量CIGS材料制备所用的高温度，但是，在吸收层制备过程中金属衬底的有害元素会扩散到吸收层，影响吸收层的成膜质量。因此，要在金属衬底与背电极之间制备一层扩散阻挡层是很必要的。在Thin Solid Films 431-432 (2003) 392-397 中由 K. Herz 等人所著"Diffusion barriers forCIGS solar cells on metallic substrates”公开了一种扩散阻挡层及其制备方法。文中采用射频磁控溅射的方法在金属衬底上制备Al2O3，可以有效的挡基底元素的扩散。专利CN 1836338A中采用电子束蒸发的方法制备Al2O3，同时还在阻挡层中掺杂了金属元素Na。专利CN 1875127A中制备ZrO来作为阻挡层。虽然上述阻挡层能很好的阻挡金属衬底元素的扩散，但是在生产中所需仪器成本高，且制备耗时较长；同时在电池后续制备过程中扩散阻挡层容易出现脱落、开裂等现象， 导致电池生产成品率降低，进而增加成本。电池的背电极，在电池中所起的作用主要有三点1)与吸收层之间形成良好的欧姆接触，主要有材料的性质决定；2)在电池使用起到电流传导层的作用，由材料的性质和膜厚决定；3)连接衬底和电池主体，防止电池开裂、脱落。纵多金属材料包括Mo、Pt、Au、Al、 Ni、Ag、Cu等被试着用来作背电极材料，但是除了 Mo和Ni能与CIGS吸收层形成较好的欧姆接触之外，在制备CIGS薄膜的过程中这些金属都会和CIGS产生不同程度的扩散。在高温下Mo有着比Ni更好的稳定性。虽然Mo与CIGS化学以及CIGS沉积相对高的温度显示是兼容的，但是容易在后续工艺过程中脱落，即与衬底的结合力较弱。在Thin Solid Films 260 (1995)洸_31 中，由 John H. Scofield 等人所著的 “Sputteredmolybdenum bilayer back contact for copper indium diseIenide-based polycrystalline thin-filmsolar cells”公开了 CIGS太阳能电池背电极Mo层的制备方法。文献中通过磁控溅射制备双层Mo来分别满足电池对背电极的要求较高的附着力和较低的电阻。此法，为现在通用的背电极制备工艺。通过双层结构来达到要求，这样必定增加了 Mo层厚度和溅射时间，即增加了材料和能量的消耗，带来了额外的成本。在US00M77088A中描述了用于CIS太阳能电池的多相背电极。专利中采用Cu-Mo 合金作为背电极，该电极能够同时提高附着力和导电性能。但是Cu会扩散到吸收层，从而改变吸收层中元素的计量比，影响吸收层的成膜质量。Cu的扩散量及均勻性难以控制，不利于大面积工业生产。综上，现有阻挡层、背电极的制备仪器成本高，耗能大，并且衬底、阻挡层、背电极各层的开裂、脱落问题降低了电池的成品率；绝缘的阻挡层使得在制备电池串联模块时需要昂贵的精准刻蚀仪器，且刻蚀工艺的增加同时增加了电池的次品率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种与太阳能电池背电极相连的柔性金属衬底。该衬底依次包括金属基底、导电层、多层扩散阻挡层，其各层之间有较强的结合力，不会出现开裂、脱落等现象。与多层扩散阻挡层相连的是背电极。多层扩散阻挡层可以有效阻挡衬底有害元素向吸收层的扩散，同时该阻挡层可以和背电极(Mo层)进行良好的结合；导电层的设计可以降低对背电极(Mo层)厚度的需求，减少贵金属Mo的消耗，同时降低生产能耗。并且该柔性金属衬底可以在连续卷带式电镀工艺中低成本高效率生产。本专利技术的另一目的是提供上述柔性金属衬底的制备工艺。一种与太阳能电池背电极相连的柔性金属衬底，以不锈钢带为基底，一侧依次镀覆导电层、多层扩散阻挡层；所述导电层为铜镀层；所述的多层扩散阻挡层依次由至少两层镍镀层和至少两层镍钼合金镀层构成，所述的镍镀层与铜镀层相连；与背电极相连的是镍钼合金镀层。所述的铜镀层厚度为1-3 μ m。所述的多层扩散阻挡层优选依次由2-5层镍镀层和2-10层镍钼合金镀层构成。所述的2 5层镍镀层的总厚度为3-6 μ m ；所述的2-10层(优选2-5层)镍钼合金镀层的总厚度为1-3 μ m。所述的多层扩散阻挡层中的镍钼合金镀层沿镀层生长方向钼质量含量由10%逐层递增到80%。本专利技术柔性金属衬底就是在金属基底一侧依次镀覆有铜镀层、2 5层镍镀层、 2-10层镍钼合金镀层构成。所述的不锈钢带，厚度0. 1 0. 3mm,表面粗糙度Ra小于0. 5 μ m。所述的柔性金属衬底的制备方法，包括下述步骤1)、将不锈钢带进行镀前表面预处理；2)、将处理后的钢带置于镀槽中，一侧电镀1 3μπι厚的铜镀层；3)、在铜镀层上电镀至少两层镍镀层；4)、在镍镀层之上电镀至少两层且随镀层生长方向钼含量逐层递增的镍钼合金镀层。所述的步骤幻中所述铜镀层的制备是采用酸性光亮镀铜；镀液成分硫酸铜 150 220g/L，浓硫酸50 70g/L，氯离子20 80mg/L，乙二胺四乙酸50 70g/L ；工艺参数温度25 :35°C，电流密度2 4A/dm2。所述步骤幻中所述镍镀层的制备是在瓦特镀镍溶液中，或是在氨基磺酸盐镀镍溶液中直流超声波电镀；根据镍镀层的层数决定进行几次电镀。所述的瓦特镀液成分硫酸镍250 300g/L，氯化镍30 50g/L，硼酸30 50g/ L ；工艺参数电流密度3 6A/dm2，pH值3. 4 4. 5，温度50 60°C，超声波频率20 IOOkHz ；所述的氨基磺酸盐镀液成分氨基磺酸镍300 450g/L，氯化镍0 15g/L，硼酸 30 45g/L ；工艺参数电流密度2 5A/dm2，pH值3. 5 4. 5，温度40 60°C，超声波本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种与太阳能电池背电极相连的柔性金属衬底，其特征在于：所述的柔性金属衬底以不锈钢带为基底，一侧依次镀覆导电层、多层扩散阻挡层；所述导电层为铜镀层；所述的多层扩散阻挡层依次由至少两层镍镀层和至少两层镍钼合金镀层构成，所述的镍镀层与铜镀层相连；与背电极相连的是镍钼合金镀层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：潘俊安，向奎，刘晓铷，尹业文，向阳，郭立波，
申请(专利权)人：株洲永盛电池材料有限公司，
类型：发明
国别省市：43
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。