柔性太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种柔性太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着人类能源消耗的不断增加，不可再生的能源如化石燃料的耗尽已是亟待解决 的问题。化石能源消耗总量将于约2030年出现拐点，可再生能源的比重将不断上升，其中， 太阳能在未来能源结构中的比重将越来越大，保守估计这一比重于2100年会超过60 %。太 阳能是众多可再生能源中最为丰富的能源，全球太阳光一小时的能量就相当于地球一年的 能耗，远远高于风能、地热、水电、海洋能、生物能等能源。
[0003] 太阳电池的重要发展方向是多用途的柔性衬底太阳电池。与常规太阳电池以刚性 材料（玻璃等）作为基底的区别在于，柔性太阳电池的基底材料是柔软、可弯曲的金属箔片 或者有机高分子材料，例如不锈钢箔、铝箔、聚酰亚胺薄膜等。柔性太阳电池是一种高端的 光伏产品，它具有如下明显优势：（1)电池组件可以弯曲，适用于非平面的安装条件；(2)电 池组件轻质,质量比功率高；（3)衬底材料消耗量小，成本低廉。
[0004] 柔性太阳电池脱离了传统的衬底材料玻璃，使其具备轻质可弯曲的特性，但同时 也带来了新的问题：柔性金属衬底中大量存在的一些元素，比如Fe,容易在电池制备的高 温工艺中通过金属电极向吸收层扩散，造成吸收层深能级掺杂，极大地影响电池的光电性 能。而这种影响对于钠钙玻璃衬底是几乎可以忽略的。因此，柔性太阳电池需要一层高度 化学稳定的阻挡层，以防止类似于Fe的有害元素的扩散。
[0005] 专利CN101268608A公开了一种具有传导性阻挡层和具有铝箔基底的光生伏打器 件。该专利公开的阻挡层适用于铝箔基底，而不适用于其他柔性基底，例如钥箔基底、不锈 钢带基底、导电铜带等。原因在于，其他柔性基底的热膨胀系数与铝箔不同，因此适用于铝 箔的扩散阻挡层不能适应其他柔性基底，往往会导致扩散阻挡层与柔性基底的结合力不 够。
[0006] 因此，在有效防止金属衬底的杂质元素在高温工艺中通过金属电极向吸收层扩散 的同时，进一步加强阻挡层与基底及第一电极层的结合力问题，尚需要进一步探索。
【发明内容】
[0007] 本发明的主要目的是针对上述现有技术中存在的柔性太阳能电池的扩散阻挡层 的阻挡效果和结合力不理想的问题，提供一种柔性太阳能电池及其制备方法，与此同时，本 发明提供一种柔性太阳能电池扩散阻挡层。
[0008] 为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
[0009] 柔性太阳能电池，包括柔性基底和在柔性基底上依次形成的扩散阻挡层、第一电 极层、吸收层、缓冲层、第二电极层、减反层和表面电极层，所述扩散阻挡层为三层或三层以 上结构，所述扩散阻挡层的每一层任选由以下组制成：
[0010] A组：铝、钥、钛、镍、铜、锆、铌、铬、钌、铑、钯、钽、钨、铱、锇、钼、金或银，或它们的 合金；或
[0011] B组：硅的氮化物、氧化物或碳化物；或
[0012] C组：氮化钛、氮化钽、氮化钨或氮化锆；
[0013] 所述扩散阻挡层的厚度为IOnm~3000nm。
[0014] 本发明的柔性太阳能电池，选择多层结构的扩散阻挡层，并甄选扩散阻挡层的组 成，本发明获得的柔性太阳能电池，其扩散阻挡层不仅能有效防止柔性基底的杂质元素进 入吸收层，还能有效改善阻挡层与柔性基底和第一电极层的结合力。本发明的柔性太阳能 电池，所述的柔性基底可以为现有技术已有的各种柔性基底，包括导电钥箔、不锈钢、聚酰 亚胺箔等。
[0015] 作为优选，前述的柔性太阳能电池，所述柔性基底为导电钥箔。
[0016] 作为优选，前述的柔性太阳能电池，所述第一电极层为钥薄膜层。
[0017] 作为优选，前述的柔性太阳能电池，所述扩散阻挡层为三层结构，包括靠近基底 层、中间层和靠近第一电极层。本发明的柔性太阳能电池，扩散阻挡层通过优选三层结构， 能够有效阻挡基底，如钥箔的杂质元素在太阳能电池高温制备过程中向吸收层的扩散，从 而减少这些杂质元素对吸收层的破坏，提高电池的性能，并且与此同时，能够有效提高扩散 阻挡层与柔性基底和第一电极层的结合力。
[0018] 作为优选，前述的柔性太阳能电池，所述扩散阻挡层的中间层由氮化钛、氮化钽、 氮化钨或氮化锆的任一种制成。通过优选中间层的前述组成，扩散阻挡层的阻挡作用有进 一步提商。
[0019] 作为优选，前述的柔性太阳能电池，所述扩散阻挡层的靠近基底层由钥、钛、铬、氮 化钛或氮化钽制成。通过前述优选，靠近基底层与钥箔的结合力有效提高，且靠近基底层与 中间层也能更好地结合。
[0020] 作为优选，前述的柔性太阳能电池，所述扩散阻挡层的靠近第一电极层为由钛、铬 或氮化钛制成。本发明通过优选第一电极层，因钛、铬及氮化钛在制备过程中都生长为柱状 晶结构，而钥同样为柱状晶结构，属于同质外延生长类型，能够有效提高扩散阻挡层与第一 电极层的结合力。
[0021] 作为更进一步优选，前述的柔性太阳能电池，所述靠近基底层由钥制成，所述中间 层由氮化钛制成，所述靠近第一电极层由铬制成，所述扩散阻挡层的厚度为1200nm，所述第 一电极层为钥薄膜层。
[0022] 作为本发明的第二个目的，本发明提供前述柔性太阳能电池的制备方法，包括如 下步骤：
[0023] (1)基底进行表面除油处理及表面抛光处理，使所述基底表面粗糙度达到Inm~ 2000nm ；
[0024] (2)在基底上制备扩散阻挡层，所述制备方法选自化学镀膜法、电化学镀膜法、化 学气相沉积法、蒸镀法或磁控溅射法的任一种；
[0025] (3)在扩散阻挡层上依次制备第一电极层、吸收层、缓冲层、第二电极层、减反层和 表面电极层。
[0026] 作为本发明的第三个目的，本发明提供柔性太阳能电池扩散阻挡层，设置于太阳 能电池柔性基底和第一电极层之间，所述扩散阻挡层为三层或三层以上结构，所述扩散阻 挡层的每一层可任选由以下组制成：
[0027] A组：铝、钥、钛、镍、铜、锆、铌、铬、钌、铑、钯、钽、钨、铱、锇、钼、金或银，或它们的 合金；或
[0028] B组：硅的氮化物、氧化物或碳化物；或
[0029] C组：氮化钛、氮化钽、氮化钨或氮化锆；
[0030] 所述扩散阻挡层的厚度为IOnm~3000nm，所述柔性基底为导电钥箱，所述第一电 极层为钥薄膜层。
[0031] 作为优选，前述的柔性太阳能电池扩散阻挡层，所述扩散阻挡层为三层结构，包括 靠近基底层、中间层和靠近第一电极层。
[0032] 作为优选，前述的柔性太阳能电池扩散阻挡层，所述扩散阻挡层的中间层由氮化 钛、氮化钽、氮化钨或氮化锆的任一种制成。
[0033] 作为优选，前述的柔性太阳能电池扩散阻挡层，所述扩散阻挡层的靠近基底层由 钥、钛、铬、氮化钛或氮化钽制成。
[0034] 作为优选，前述的柔性太阳能电池扩散阻挡层，所述扩散阻挡层的靠近第一电极 层为由钛、铬或氮化钛制成。
[0035] 作为更进一步优选，前述的柔性太阳能电池扩散阻挡层，所述靠近基底层由钥制 成，所述中间层由氮化钛制成，所述靠近第一电极层由铬制成，所述扩散阻挡层的厚度为 1200nm。
[0036] 前述柔性太阳能电池扩散阻挡层，其制备方法可以选自化学镀膜法、电化学镀膜 法、化学气相沉积法、蒸镀法或磁控溅射法的任一种。
[0037] 前述的柔性太阳能电池以及柔性太阳能电池扩散阻挡层，其中的第一电极层，优 选为钥薄膜层。第一电极层的制备方法选自蒸镀法、磁控溅射法中的任一种。第一电极层 的厚度为500nm~3000nm。
[0038] 前述的柔性太阳能电池以及柔性太阳能电池扩散阻挡层，其中的吸收层可以选自 铜铟镓硒薄膜、铜锌锡硫薄膜、铜铟硫薄膜、碲化镉薄膜、染敏太阳能电池薄膜以及有