太阳能电池基板用铁素体不锈钢箔的制作方法

文档序号:9332874阅读:653来源:国知局
太阳能电池基板用铁素体不锈钢箔的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能电池基板用铁素体不锈钢箱(ferriticstainlesssteelfoil forsolarcellsubstrate)。本发明尤其涉及在通过卷对卷法(roll-to-rollmethod) 制造太阳能电池时能够维持抑制通板时的压曲(buckling)等的足够的硬度的、通板性 (threadingperformance)优异的太阳能电池基板用铁素体不锈钢箱。
【背景技术】
[0002] 近年来,作为新能源利用太阳光的发电系统受到关注。将单晶硅、多晶硅作为构 成层的晶体系硅太阳能电池被实用化,这种太阳能电池作为供电用太阳光发电系统(solar photovoltaicsystemforpowersupply),承担重要的作用。但是,对于晶体系娃太阳能 电池的制造,需要制造大块晶体(bulkcrystal)的工序。因此,使用大量的原料,结晶生长 花费时间长,而且制造工艺复杂且需要大量的能量,因此制造成本极高。
[0003] 在这种背景下,盛行研究开发大幅度减少了Si使用量的薄膜类Si太阳能电池、 完全不使用Si的化合物薄膜类太阳能电池(CompoundFilmSolarCell)、有机薄膜类太 阳能电池(OrganicFilmSolarCell)、色素增感型太阳能电池(DyeSensitizedSolar Cell)以及量子点型太阳能电池(QuantumDotSolarCell)等新的太阳能电池,并且开始 将它们实用化。这些太阳能电池均为薄膜类太阳能电池(thinfilmsolarcell),通过在 基板上成膜非晶Si、化合物半导体(compositesemiconductor)来形成薄膜状的光吸收层 (absorberlayer),由此被制造出来。因此,与晶体Si太阳能电池相比,制造工序单纯,并 且能够缩短制造时间。另外,由于光吸收层的厚度为几十纳米~几微米,所以与晶体Si太 阳能电池相比,能够大幅度减少使用的原料。
[0004] 根据以上理由,由于薄膜类太阳能电池制造成本低且量产性高,所以作为下一 代太阳能电池大受期待。特别是作为光吸收层使用了Cu(InlxGax)Se2(以下也存在省略 为CIGS(CopperIndiumGalliumDiSelenide:铜铟镓二硒)的情况)的化合物薄膜类 太阳能电池亦即CIGS太阳能电池在薄膜类太阳能电池中,光电变换效率(photoelectric conversionefficiency)高且制造成本也廉价,因此关注度较高。
[0005] 对于薄膜类太阳能电池的基板,主要使用了钠I丐玻璃(soda-limeglass)等玻璃 板、不锈钢箱、聚酰亚胺(polyimide)等合成树脂膜(plasticsfilm)。在它们中,由于玻璃 板不具有挠性,所以以线圈的状态连续地进行处理的卷对卷法无法应用,对量产化、低成本 化不利。由于合成树脂膜的耐热性(heat-resistingproperty)较差,所以具有在太阳能 电池单元的制造工序中必须限制处理温度的上限这一缺点。
[0006] 相对于它们,不锈钢箱的挠性以及耐热性优异。因此,对量产化、低成本化有利的 卷对卷法能够应用。由于不锈钢箱与合成树脂膜相比,具有优异的耐热性,所以能够实现太 阳能电池单元生产效率的提高、轻型且具有挠性的薄膜类太阳能电池的制造。
[0007] 由于不锈钢箱具有优异的挠性,所以将其作为基板的薄膜类太阳能电池在向 曲面的施工中,也能够进行,作为所谓的柔性(flexible)的太阳能电池,能够期待太阳 能电池的进一步的用途的开展。特别是,在不锈钢中,铁素体不锈钢的线性热膨胀系数(coefficientoflinearthermalexpansion)的值与CIGS是同种程度,因此积极地研究 了作为薄膜类太阳能电池的基板用材料的应用。
[0008] 薄膜类太阳能电池单元通过在基板依次成膜例如由Mo层构成的背面电极层 (backcontactlayer)、光吸收层、缓冲层(bufferlayer)以及透明导电层(transparent contactlayer)而被制造。另外,也存在在基板与背面电极层之间设置绝缘层(insulating layer)的情况。
[0009] 在使用不锈钢箱作为上述基板的情况下,在基板成膜光吸收层等时,能够应用对 量产化有利的卷对卷法。
[0010] 在卷对卷法中,设置退绕线圈状的基板(不锈钢箱)的辊与卷绕基板的辊。并且, 在2个辊之间配置背面电极层用的薄膜制造装置、光吸收层用的薄膜制造装置等。在从退 绕辊被搬运的基板上依次形成有背面电极层、光吸收层、缓冲层、透明导电层之后,通过卷 绕辊卷绕。因此,若基于卷对卷法,则能够连续且大量地制造多个太阳能电池单元,并且能 够实现太阳能电池的量产化、低成本化。
[0011] 这里,作为太阳能电池用基板的不锈钢箱的厚度为20~300ym,非常薄。因此, 若强度(硬度)不够,则在卷对卷法中的通板时,在不锈钢箱产生压曲,从而容易产生皱褶 (wrinkles)、破碎(break)、颈缩(drawing)等。这样,在卷对卷法那样的连续工序中,若在 通板时在基板产生皱褶等,则无法制造太阳能电池或者制造出的太阳能电池光电变换效率 降低。因此,成为太阳能电池用基板的材料的不锈钢箱为抑制上述那样的压曲而具备足够 的强度(硬度),并且在卷对卷法等的连续工序中通板性良好也很重要。
[0012] 关于通过使用了卷对卷法的连续工序制造太阳能电池单元的情况下的不锈钢箱 (基板)的通板性,在专利文献1中提出了如下技术:通过对不锈钢材料实施压下率50%以 上的冷乳,并且根据需要在惰性气体环境中实施400~700°C的热处理成为不锈钢箱,从而 使在垂直于不锈钢箱的乳制方向(rollingdirection)的直角方向的拉伸强度(tensile strength)为930MPa以上。而且,在专利文献1所提出的技术中,即便应用于使用了卷对卷 法的连续工序,也能够获得难以引起压曲的太阳能电池基板用不锈钢箱。
[0013] 专利文献1 :日本特开2012 - 138571号公报(国际公开W02012/077827号公报)。
[0014] 若基于专利文献1的技术,在卷对卷法的连续工序中,能够某种程度地抑制不锈 钢箱(基板)的压曲,改善通板性。
[0015] 然而,在专利文献1中提出的技术中,针对经过了光吸收层成膜工序(absorber layergrowthprocess)之后的不锈钢箱(基板)的通板性,并未考虑。
[0016] 在形成有背面电极层的基板成膜光吸收层时的基板的温度取决于构成光吸收层 的材料的种类。例如在成膜CIGS类的化合物薄膜类太阳能电池的光吸收层(CIGS层)时, 一般是450~650°C的高温工艺。因此,即使使用具有规定的强度(硬度)的不锈钢箱作为 基板也会产生如下问题:在光吸收层成膜工序中基板(不锈钢箱)软化,在之后的制造工序 中,在基板产生压曲,从而容易产生皱褶、破碎或者颈缩等。
[0017] 根据以上的理由,在成为太阳能电池基板的材料的不锈钢箱中,具备能够抑制由 光吸收层成膜工序引起的软化的足够的耐热性,并且在卷对卷法的连续工序中,光吸收层 成膜工序后通板性优异也很重要。在专利文献1所提出的技术中,这种问题完全未被研究。
[0018]因此,在专利文献1所提出的技术中,在卷对卷法的连续工序中,即便在光吸收层 成膜工序前的不锈钢箱(基板)未产生皱褶等且通板性良好,也会因在光吸收层成膜工序 时被加热至450~650°C的高温,从而不锈钢箱(基板)软化。其结果是,在上述光吸收层 成膜工序以后的连续工序中,无法避免不锈钢箱(基板)的由压曲引起的皱褶等的产生,太 阳能电池的生产率和光电变换效率会降低。

【发明内容】

[0019] 本发明有利于解决上述问题,目的在于提供在使用卷对卷法制造太阳能电池单元 时,在光吸收层成膜工序后的连续工序中也能够抑制由基板的压曲引起的皱褶等的产生、 并且通板性良好的太阳能电池基板用铁素体系不锈钢箱。
[0020] 本发明人们为了解决上述课题,专心地研究了如下手段,即,在使用了卷对卷法的 太阳能电池单元制造时,在经过了光吸收层的成膜(成膜处理)那样的高温工序之后的连 续工序中,也抑制不锈钢基板的压曲、起伏,维持通板性。其结果是,清楚了解到:使用了卷 对卷法制造太阳能电池单元时不锈钢基板产生压曲、起伏的有无、即通板性的好坏,很大程 度取决于作为基板使用的不锈钢箱的维氏硬度(Vickershardness)。而且,确认到若不锈 钢箱的维氏硬度为Hv250以上450以下,则表现出优异的通板性。
[0021] 并且,本发明人们深入地研究的结果是发现:在使用卷对卷法制造太阳能电池 单元的情况下,在经过了光吸收层成膜工序那样的高温工序之后,具体而言,经过了在从 450°C以上650°C以下的温度区域中选择的任意的温度中保持时间1分以上的光吸收层成 膜工序之后的不锈钢箱若维氏硬度维持Hv250以上450以下的硬度,则在光吸收层成膜工 序后,也难以引起基板(不锈钢箱)的压曲、起伏,能够维持优异的通板性。
[0022] 另外,本发明人们对赋予不锈钢箱上述硬度特性的手段进行了摸索,S卩,对维氏硬 度为Hv250以上450以下并且即便在经过了在450°C以上650°C以下的温度区域中保持时 间1分以上的光吸收层成膜工序之后维氏硬度也能够确保Hv250以上450以下的硬度的 硬度特性(耐热性)的手段进行了模索。其结果是彻底查出了在对含有规定量的Cr与Nb 的铁素体不锈钢钢板实施了退火以及冷乳之后以规定的条件实施热处理是有效的手段。而 且,本发明人们观察到:通过规定不锈钢的成分、冷乳的压下率并且根据太阳能电池制造时 的光吸收层成膜工序时的基板的温度决定热处理的热处理温度,并规定热处理条件(至热 处理温度的升温速度、以热处理温度的保持时间、以热处理温度保持后的冷却速度),能够 赋予不锈钢箱上述所希望的硬度特性。
[0023] 本发明立足于上述见解,其主要构成如下。
[0024] [1] -种太阳能电池基板用铁素体不锈钢箱,其以质量%含有14%以上24%以下 的Cr以及0. 1%以上0. 6%以下的Nb,维氏硬度为Hv250以上450以下,将基板在450°C以 上650°C以下的温度区域中保持1分以上的光吸收层成膜工序后的维氏硬度为Hv250以上 450以下。
[0025] [2]对于[1]所
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