本发明专利技术公开了一种真空卷对卷镀膜用可挠性基材及薄膜的制备方法，使用整卷不锈钢为基材，第一层下电极薄膜的制备使用钼钠靶材，高温CIGS蒸镀成膜时藉由扩散过程钠元素会进入CIGS膜层中以提高电池的效率，缓冲层方面使用溅镀的锌镁氧膜层取代传统的水浴法的CdS膜，使得CIGS太阳能电池能够实现整卷的生产，利用卷对卷溅镀机镀下电极(MoNa)、缓冲层(ZnMgO)及透明导电膜(95ITO)层，再利用卷对卷蒸镀机制备CIGS吸收层，实现CIGS电池的生产在全真空的制程下完成，确保大面积的均匀性，大幅提高电池的生产效率及产率，大幅降低人力工时，提高了薄膜质量及性能，符合CIGS薄膜太阳能电池的生产需求。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，使用整卷不锈钢为基材，第一层下电极薄膜的制备使用钼钠靶材，高温CIGS蒸镀成膜时藉由扩散过程钠元素会进入CIGS膜层中以提高电池的效率，缓冲层方面使用溅镀的锌镁氧膜层取代传统的水浴法的CdS膜，使得CIGS太阳能电池能够实现整卷的生产，利用卷对卷溅镀机镀下电极(MoNa)、缓冲层(ZnMgO)及透明导电膜(95ITO)层，再利用卷对卷蒸镀机制备CIGS吸收层，实现CIGS电池的生产在全真空的制程下完成，确保大面积的均匀性，大幅提高电池的生产效率及产率，大幅降低人力工时，提高了薄膜质量及性能，符合CIGS薄膜太阳能电池的生产需求。【专利说明】
本专利技术涉及，属于太阳能光伏领域。
技术介绍
全球能源需求逐年攀高，在节能及环保意识抬头下，发展再生能源为全球共同的目标；以再生能源来说，无论水力、风力、地热发电来说，均需以动能转换方式来获得转换效率，而太阳能发电则是利用太阳光转换成电能之发电系统，在太阳能发电系统中无可动部分，不像风力、水力、地热等发电系统中均须用到转动机械，因此不会有高温高压及噪音等困扰，在发电过程中不造成环境负担，为一洁净地绿色能源。另外，太阳光源取之不尽用之不竭的特性，使得太阳能发电系统能具有永续利用之一大优点；虽然现今太阳能发电之光电转换效率尚不高，但太阳能发电系统不需耗费额外的能源成本为其优势，换句话说，这些原本不被人们利用的能源现在有部分比例作为电力来源。太阳每天照射到地表的能量，超过全人类30年所需要的能源，太阳能电池已成为未来替代能源的主流。预估至2100年全球能源使用太阳能的利用率将达60%。太阳能电池的种类众多，而CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池拥有高转换效率及发展潜力而受到瞩目，目前CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池最高转换效率由美国再生能源实验室(NREL)所创造，其效率已达20%。CIGS从1995年发展至今转换效率已经提高足足有7%之多，相较于同样时间内CdTe的4%、单晶硅与多晶硅各为3%以及非晶硅的1%，足以看出CIGS在转换效率上的发展潜力。CIGS属于1-1I1-VI族的多晶黄铜矿结构(Chalcopyrite)化合物，是一种由I1- VI族化合物闪锋矿结构(Zinc-Blend Structure)所衍生而来的半导体材料，由两个闪锌矿之单位晶胞堆栈而成，原属II族元素之晶格位置由I族及III族所取代而形成，而黄铜矿内部In所处晶格位置则可为所添加之Ga元素取代。CIGS (铜铟镓硒)具有直接能隙(Direct band-gap)性质的P_type半导体特性,并且有相当高的光吸收系数α (a =IO4^lO5 cnT1)，是单晶硅的100倍，能涵盖大部分的太阳光谱，与其它太阳能电池相比，故仅需1~3μπι的厚度，即可吸收99%以上的入射太阳光。目前CIGS薄膜太阳能电池最高转换效率由美国再生能源实验室(NREL)所创造，其效率已达20%。且NREL于2011年评估报告显示，CIGS (铜铟镓硒)在转换效率上会以每年0.3%往上成长。CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池发展至今其组件结构大致件由上电极(AL/Ni)、抗反射层(MgF2)、光窗层(ΑΖ0/ΙΤ0)、缓冲层(CdS)、吸收层(CIGS)、背电极(Mo)与基板(SS/GLASS/PET)所组成；在单一膜层内，各材料成份比之参数调配、薄膜晶体结构、制程方式与优化制程等各种因素为其制备上的挑战，此外，还需考虑到各膜层堆栈成组件的匹配性、各膜层制备方式与制程间的相互影响等众多因素，尤其从相关文献显示CIGS(铜铟镓硒)对于各种制程参数下对于组件影响极其敏感，更增添CIGS (铜铟镓硒)薄膜太阳能电池在制备上的困难，同时也使得技术门坎相对地提高，在国际光伏界认为是技术难度比较大的一种太阳电池。靶材是具有固定形状用于溅射镀膜之母材。靶材若依材料分类可简单地分为金属与陶瓷两大类，若依制程分类通常可大略区分为熔炼制程与粉末冶金制程两大类。大多数金属靶材采熔炼制程，少数靶材鉴于使用时晶粒大小控制、合金成份熔点差距太大等诸因素才采用粉末冶金制程。针对金属或者合金靶材一般采用真空感应熔炼来调配成分，并经过后段的锻造及热处理等机加工方式获得所需靶材。目前光电及半导体产业中如触控屏、集成电路、液晶屏、建筑玻璃、光学膜及薄膜太阳能电池等，为获得大面积均匀性及量产性，相关薄膜均大量使用真空磁控溅镀制程。多元化合物太阳能电池为目前最受属目的材料之一，系为以I族-1II族-1V族所构成的太阳能电池吸收层可以其成份调控进行能系改变而达到最佳光电转换效率，其中，I 族为铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)，III族为铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)，IV族为硫(S)、硒(Se)、锑(Te)，目前以铜铟镓硒太阳能电池光电转换效率最高。 CIGS膜层中吸收层是影响电池效率及生产方式的重要膜层，吸收层一般使用真空蒸镀及真空磁控溅镀加后硒化热处理的两种主要制程，具有大面积成膜及获得较佳均匀性的特性。典型CIGS太阳能电池依基材由下往上为Mo (钥背电极层)/CIGS (铜铟镓硒吸收层)/CdS (硫化镉缓冲层)/ZnO+AZO (氧化锌与参杂铝氧化铝光窗层)/Al (铝上电极层)，一般背电极层、光窗层采真空溅镀方式，缓冲层采化学水域方式，相较于组件结构各膜层中，吸收层制备方式共分两大类:1.真空制程，包含共蒸镀及溅镀前趋物与硒化制程；2.非真空制程，包含电镀及涂布等；其中使用以化学浴方式制备缓冲层主要原因为目前阶段所制作吸收层表面非常粗大，需藉由水浴法来达到缓冲层完整批覆于吸收层上，然而，在整个生产CIGS太阳电池过程中，使用水浴法制程方式有几种限制:1.对于生产连续性不佳；2.大面积均匀性不易控制；3.水浴法制作过程中需耗大量水；4.水浴法所使用化学溶剂后续处理成本高。若能将吸收层的表面平坦化就可以不采用水域法的CdS来做缓冲层，避免生产的不连续性来提高生产效率与良率，并降低生产成本，且避免未来对环境的污染。为大量与大面积化的制备吸收层薄膜，目前制程方式系采用溅镀前趋物与后硒化制程，其中，早期前趋物金属薄膜设计为单一元素或双元合金金属采用多枪溅镀，制程道次多、时间长且有低熔点合金制程不稳定性等因素，但由于前趋层含低熔点的铟元素，使用传统镀膜参数将使的前驱物薄膜表面粗糙度变大(>300nm)，将来高温硒化后的CIGS表面将无法达到理想的平坦化，不利于后续缓冲层及光窗层的制备，且所需形成吸收层相变化温度降低，造成后续硒化无法持续扩散至前趋物薄膜中进行反应，使得硒化不完全及转换效率无法有效提升，因上述原因而提高制造成本与降低了制程良率及产率。且本专利技术以前CIGS太阳能电池大都是采用单片式生产，量产率低，所需的人工较多，相对的生产成本也无法大幅下降。另外有些人采用在PI上卷对卷蒸镀成膜的方式来制作CIGS电池，可以达到轻量化的需求，但由于制程温度无法拉高(〈300°C )，无法形成有效均一的CIGS相，所以电池效率一直停留在5-10%，尚无法突破。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，首创在可挠性不锈钢基材中不使用传统水浴法的硫化镉(CdS)来做缓冲层，而使用真空溅镀的锌镁氧(ZnMgO)来当作缓冲层本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种真空卷对卷镀膜用可挠性基材及薄膜的制备方法，其特征为：使用幅宽15?150cm的整卷不锈钢为基材，不锈钢的厚度小于1.0mm，镀膜前先针对不锈钢的基材表面进行清洗处理，然后使用钼钠靶材在真空卷对卷度镀膜机中先镀制MoNa薄膜，首先把不锈钢基材置入卷对卷真空溅镀机，然后以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10?5?0.9×10?5?torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为5×10?3torr，使用DC电源在不锈钢基材上溅镀第一层500nm厚的MoNa薄膜；然后再使用卷对卷共蒸镀机制造第二层2000nm厚的CIGS吸收层薄膜，共蒸镀镀膜时基材加热至300?550℃；接着以真空溅镀法制备第三层锌镁氧薄膜，将锌镁氧靶材放在溅镀机上，以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10?5?0.9×10?5?torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2.5×10?3torr，以RF电源进行溅镀制程，制得厚度100nm的锌镁氧薄膜；最后镀制第四层透明导电膜，使用氧化铟锡靶材，将氧化铟锡靶材放入真空腔中，然后以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10?5?0.9×10?5?torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2×10?3torr，以DC电源进行溅镀制备，制得厚度100nm的透明导电氧化铟锡薄膜，即得。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄信二，
申请(专利权)人：研创应用材料赣州有限公司，
类型：发明
国别省市：
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