层压板和包含其的薄膜太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种层压板（laminate)和一种包含其的薄膜太阳能电池。更具体而 言，本发明涉及一种聚酰亚胺层压板，其可在至少550°C的高温下加工且可由于其优异的耐 久性和阻隔特性而用于制造具有高柔性和改进的能量转换效率的薄膜太阳能电池，以及一 种包含该层压板的薄膜太阳能电池。
【背景技术】
[0002] 使用铜铟硒（CIS)或铜铟镓硒（CIGS)类化合物半导体作为用于光吸收层的材料 的薄膜太阳能电池具有高的光电转换效率。与其他类型的太阳能电池相比，薄膜太阳能电 池的优点在于光吸收层可成型为厚度为约数百纳米至几微米的薄膜，这大大减少了材料的 用量。薄膜太阳能电池由于具有低制造成本的优点而受到关注。
[0003] 常规薄膜太阳能电池具有如下结构：其中金属电极、光吸收层和透明电极依次层 压到基板上。大多数常规薄膜太阳能电池使用钠钙玻璃基板。随着最近对柔性薄膜太阳能 电池的需求增加，柔性膜已用作基板。与使用玻璃基板的常规薄膜太阳能电池相比，使用柔 性膜作为基板的薄膜太阳能电池由于其柔性高且重量轻而具有广泛的应用并可通过卷对 卷加工（roll-to-roll processing)制备，所述卷对卷制程适于大规模制备。
[0004] 最近几年，大量的研究工作集中于开发聚酰亚胺作为用于形成柔性膜的材料上。 聚酰亚胺具有优异的机械特性、耐热性、耐化学性、电绝缘性能。由于这些优点，聚酰亚胺可 广泛地用于电子器件和光波导的各种膜中，如半导体的层间绝缘膜、缓冲涂层、柔性印刷电 路板和液晶取向月吴。
[0005] 然而，使用聚酰亚胺基板的薄膜太阳能电池与使用玻璃基板的薄膜太阳能电池相 比具有更低的能量转换效率且需要在至少450°C的高温下进行烘烤以防止在光吸收层中形 成缺陷。然而，由于聚酰亚胺的烘干温度（bake-out temperature)为约45(TC，难以将聚酰 亚胺基板加热至450°C或以上。当聚酰亚胺基板在500°C或以上的高温下进行烘烤以制备 薄膜太阳能电池时，其具有翘曲或机械特性差的问题，且电极或光吸收层易于破裂。
[0006] 已提出许多方法以解决在使用聚酰亚胺膜作为基板材料的薄膜太阳能电池的制 备中所遇到的问题。这些方法与将阻挡膜附着至聚酰亚胺膜的背面和使用金属作为基板材 料有关。另一种方法是使用具有改善的线膨胀系数和断裂拉伸强度的聚酰亚胺膜作为基板 以便满足柔性基板的要求，如高透明度、低热膨胀以及高玻璃化转变温度。
[0007] 然而，尚未开发出具有足以经受高温烘烤的非常高的耐热性和良好的尺寸稳定性 的聚酰亚胺膜。与在聚酰亚胺膜的背面形成阻挡层有关的方法具有的问题是聚酰亚胺膜在 高温烘烤时趋于弯曲或切破。尽管与使用金属基层作为薄膜太阳能电池的基板有关的方法 的优点在于金属基层可在太阳能电池的制备过程中在500°C或以上的高温下进行加工，因 此抑制了光吸收层中的缺陷的形成，但是，由于金属基层的高表面粗糙度和金属中杂质的 存在，其具有的问题是太阳能电池的能量转换效率变差、难以进行整体加工且不可避免地 需要用于形成阻挡膜的工艺。
【发明内容】
[0008] 本发明的一个目的是提供一种层压板，其可在至少550°C的高温下进行加工且可 由于其优异的耐久性和阻隔特性而用于制备具有高柔性和改善的能量转换效率的薄膜太 阳能电池，和一种用于制备该层压板的方法。
[0009] 本发明的另一个目的是提供一种包含该层压板的薄膜太阳能电池，所述薄膜太阳 能电池显示出高柔性和改善的能量转换效率。
[0010] 本发明的一个方面的层压板具有包含聚酰亚胺层和置于聚酰亚胺层的一个表面 上的碱金属掺杂层的结构。
[0011] 该层压板还可包含金属基层，其中聚酰亚胺层置于该金属基层的一个表面上。
[0012] 该金属基层可包含铜、错、钛、镍或不锈钢（steel use stainless, SUS)。
[0013] 该金属基层可具有IOOnm至100 μ m的厚度。
[0014] 碱金属可选自锂、钠、钾、铷和铯。
[0015] 碱金属的掺杂量可为0. 01至5重量％，基于聚酰亚胺膜层的总重量计。
[0016] 聚酰亚胺可通过将四羧酸二酐与二胺聚合以制备聚酰胺酸并酰亚胺化聚酰胺酸 而制备。
[0017] 该聚酰亚胺膜层可具有1至60 μ m的厚度。
[0018] 该层压板可在100至500°C的温度范围内具有15ppm/°C或更小的热膨胀系数。
[0019] 该层压板可具有至少550°C的玻璃化转变温度。
[0020] 该层压板还可包含置于聚酰亚胺膜层上的金属电极层。
[0021] 包含金属电极层的层压板可具有至少600°C的玻璃化转变温度。
[0022] 根据本发明的其他方面，提供了一种用于制备层压板的方法，其包括：形成聚酰亚 胺层；和在聚酰亚胺层的一个表面上形成包含碱金属源的涂层，然后进行烘烤以形成碱金 属掺杂层。
[0023] 聚酰亚胺层可形成于金属基层的一个表面上。
[0024] 聚酰亚胺层可通过以下步骤而形成：将四羧酸二酐与二胺聚合以制备聚酰胺酸， 在金属基层的一个表面上烧铸包含聚酰胺酸的聚酰亚胺清漆（polyimide varnish),并酰 亚胺化聚酰胺酸，或使聚酰亚胺清漆酰亚胺化以形成聚酰亚胺膜并在金属基层上层压聚酰 亚胺膜。
[0025] 碱金属源可为选自锂、钠、钾、铷和铯的碱金属，或包含碱金属的化合物。
[0026] 烘烤可通过在80至15CTC下的软烘烤法（soft-baking process)和在150至 500°C下的硬供烤法（hard-baking process)进行。
[0027] 该涂层可通过涂覆包含碱金属源和乙二醇类有机溶剂的碱金属掺杂溶液而形成。
[0028] 碱金属掺杂溶液还可包含至少一种选自丙二醇单甲醚乙酸酯（PGMEA)、乙酸丁酯、 乳酸乙酯和乳酸丁酯的溶剂。
[0029] 该方法还可包括在碱金属掺杂层上形成金属电极层。
[0030] 根据本发明的另一个方面，提供了一种包含该层压板的薄膜太阳能电池。
[0031] 该薄膜太阳能电池可包含金属基层、置于金属基层的一个表面上的聚酰亚胺层、 置于聚酰亚胺层上的碱金属掺杂层、置于碱金属掺杂层上的金属电极层、置于金属电极层 上且包含化合物半导体的光吸收层以及置于光吸收层上的透明电极层。
[0032] 该金属电极层可包含钥（Mo)、铝（Al)，银（Ag)、金（Au)，钼（Pt)、镍（Ni)或铜 (Cu)。
[0033] 该金属电极层可具有IOOnm至1 μ m的厚度。
[0034] 该化合物半导体可具有其中晶体优选在（200)方向上取向的结构。
[0035] 本发明的其他实施方案的详情包含在以下描述中。
[0036] 本发明的层压板可在至少550°C的高温下进行加工且可由于其优异的耐久性和阻 隔特性而用于制备具有高柔性和改善的能量转换效率的薄膜太阳能电池。
[0037] 此外，层压板（其可在至少550°C的高温下进行加工）的使用消除了对形成阻挡膜 的工艺的需求且能够通过整体法（monolithic process)制备薄膜太阳能电池。
【附图说明】
[0038] 图1为示意性地显示本发明的一个实施方案的薄膜太阳能电池的结构的横截面 视图。
[0039] 图2为显示实施例1中制备的层压板和对比实施例1中制备的聚酰亚胺膜的热机 械分析（TM)的结果的图。
[0040] 图3为显示实施例2的步骤1中制备的层压板、对比实施例1中制备的聚酰亚胺 膜和对比实施例2中制备的聚酰亚胺膜-钥金属电极层层压板的热机械分析（TM)的结果 的图。
[0041] 图4为实施例2中制备的薄膜太阳能电池的照片。
[0042] 图5a为显示实施例2中制备的薄膜太阳能电池的横截面的场发射扫描电子显微 镜（FE-SEM)图像，而图5b为显示该薄膜太阳能电池的最上层的表面的FE-SEM图像。
[0043] 图6a为显示对比实施例3中制备的薄膜太阳能电池的横截面的FE-SEM图像，而 图6b为显示该薄膜太阳能电池的最上层的表面的FE-SEM图像。
[0044] 图7为显示实施例2中制备的薄膜太阳能电池的电流-电压特性的图。
[0045] 图8为显示对比实施例3中制备的薄膜太阳能电池的电流-电压特性的图。
[0046] 图9为显示实施例1中的一部分通过施用并硬烘烤的碱金属掺杂溶液而形成的碱 金属掺杂层的SEM/EDX的结果的图像。
[0047] 图10至12分别为在激光照射之后在实施例2和3以及对比实施例2中通过Mo 层沉积而形成的钥（Mo)/聚酰亚胺层的光学显微镜（OM)图像。
【具体实施方式】
[0048] 由于本发明允许有各种变化和多种实施方案，具体实施方案将在附图中阐明并在 书面说明书中详细描述。然而，其并不旨在将本发明限定于具体的实施方式中，而应理解所 有不偏离本发明的实质和技术范围的变型、等价物和替代物都包含在本发明中。在本发明 的说明书中，当认为相关技术可不必要地使本发明的本质模糊时，则省略相关技术的详细 解释。
[0049] 应理解，当一个元件（如层、膜（membrane)、薄膜（film)或基）板被称为在另一个 元件"上面（above) "或"上（on)"时，其可直接在另一个元件上或还可存