一种柔性cigs薄膜太阳能电池阻挡层的制备方法
【专利摘要】本发明主要涉及铜铟镓硒(CIGS)柔性薄膜太阳能电池阻挡层薄膜的一种制备方法。本发明的特点在于采用柔性金属材料作为电池的基底材料，为了防止基底中有害元素的扩散造成电池性能的降低，采用磁控溅射的方法制备钨钛合金阻挡层。此扩散阻挡层的材料和制备工艺成本较低，对于降低生产成本有重要的意义，而且可显著提高背电极和光伏吸收层的结晶质量，提升电池的光学性能。
【专利说明】-种柔性CIGS薄膜太阳能电池阻挡层的制备方法 一、
【技术领域】
[0001] 本发明属于铜铟镓硒薄膜太阳电池【技术领域】，尤其涉及一种柔性衬底上阻挡层的 制备方法。 二、
【背景技术】
[0002] 能源危机和环境污染是当今全球所面临的两大基本问题。太阳能因其覆盖面积 广，取之不尽的优良特性，使之成为解决能源危机的一种重要途径。CIGS薄膜太阳能电池因 为其材料光学带隙可调、抗辐射能力强、电池性能稳定、弱光性好等优点，使之成为薄膜太 阳能电池中最有发展前景的光伏材料之一。
[0003] 柔性衬底的CIGS薄膜太阳能电池以可绕曲的金属箔或者聚合物箔为衬底。其在 空间应用是比较理想的光伏器件，CIGS柔性薄膜电池不仅重量比功率高，而且可弯曲折叠， 不怕碰摔，可以应用在很多特殊的场合，包括屋顶、衣服上、汽车顶以及航空航天领域等等， 具有广阔的应用范围和市场空间。
[0004] 目前，柔性的CIGS薄膜太阳能电池多以聚合物箔和金属箔为衬底，相对于聚合物 箔衬底，金属箔衬底价格较低，可以降低电池的成本，而且，高效率的器件吸收层需要更高 的制备温度，金属箔衬底耐高温性能较好，在600°C以上也还具有比较好的机械稳定性和热 稳定性，而聚合物箔衬底的软化温度低于500°C。
[0005] 但是在高温制备CIGS薄膜的过程中，金属箔衬底中的有害元素（Fe等）会扩散至 CIGS吸收层内，降低电池的光电转换性能。为了阻止衬底中的有害元素扩散至吸收层中，在 沉积Mo背电极之前先沉积一层阻挡层，此阻挡层可以有效阻止有害元素的扩散，提升柔性 电池的光电性能。
[0006] 目前普遍使用的杂质阻挡层有Cr、A1203、SiO x、Si3N4、ZnO等材料，据报道Cr阻挡 层可以有效阻止Fe等杂质元素的扩散，但Cr元素也会扩散到吸收层中，对电池性能的提 升并没有起到有效的作用。A1 203、SiOx、Si3N4、ZnO等阻挡层在电池的制备过程和使用过 程中会出现开裂脱离的问题，从而降低的电池的成品率和使用寿命（Kessled F，Rudmann D.Technological aspects of flexible CIGS solar cells and modules[J]. Solar Energy，2004, 77:685-695)。本发明采用钨钛合金层作为柔性衬底和背电极之间的扩散阻 挡层。 三、
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种柔性CIGS薄膜太阳能电池中扩散阻挡层的制备方 法，采用本发明提供的阻挡层材料和制备方法可以提高柔性CIGS薄膜太阳能电池的光电 转换性能，降低制造成本，提高大面积薄膜制备的稳定性。
[0008] 本发明是通过如下技术方案实现的：
[0009] 所述的柔性CIGS薄膜太阳能电池阻挡层的制备方法，是在柔性衬底上采用磁控 溉射方法制备一层鹤钛合金阻挡层。
[0010] 所述的柔性衬底为不锈钢、铜、铝、镍等金属衬底。
[0011] 所述的磁控溅射法选用的靶材为市售钨钛合金靶，纯度为3N。
[0012] 所述的磁控溅射法中基片与靶材的距离为50-200mm。
[0013] 所述的磁控溅射法中的工作气体为纯度为4N的纯氩气、纯氮气、纯氧气或者其中 两种或两种以上的混合气体。
[0014] 所述的磁控溅射机的本底真空度为1. 0 X l(T4Pa-l. 0 X 10_2Pa，工作气压为 0.lPa-10Pa〇
[0015] 所述的磁控溅射法中基底温度为20-250°C，溅射时间为5-180min。
[0016] 所述的磁控溅射法中溅射功率密度为0. 02-lOW/cm2。
[0017] 所述阻挡层的厚度为0· 01-3 μ m。 四、
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本发明制备的钨钛合金层的表面扫描电子显微镜（SEM)图。
[0019] 图2为本发明制备的钨钛合金层的截面扫描电子显微镜（SEM)图。 五、
【具体实施方式】
[0020] 下面介绍本发明的实施例，但本发明绝非限于实施例。
[0021] 实施例1 :
[0022] 制备柔性电池阻挡层：选用不锈钢（S430)作为柔性CIGS薄膜太阳能电池的衬底， 将基片清洗干净后放入磁控溅射仪中。工作气体采用氩气，本底真空为1. 0E-2Pa，工作气压 为0. IPa，溅射功率密度为0. 03W/cm2,靶基距为200mm，溅射时间为20min，制备0. 4 μ m的 鹤钛合金层。
[0023] 在所制备的阻挡层表面溅射背电极钥层和光伏吸收层CIGS，高温退火后，采用 化学浴沉积法制备硫化镉层，磁控溅射法制备本征氧化锌层和掺铝氧化锌层，制成柔性 的 CIGS 薄膜太阳能电池 （Patrick Reinhard，Fabian Pianezzi.Flexible Cu(In，Ga)Se2 solar cells with reducedabsorber thickness[J]· Prog. Photvolt, 2013,2420)〇
[0024] 实施例2 :
[0025] 制备柔性电池阻挡层：选用铜箔作为柔性CIGS薄膜太阳能电池的衬底，将基片清 洗干净后放入磁控溅射仪中。工作气体采用氮气，本底真空为4. 0E-3Pa，工作气压为3Pa， 溅射功率密度为l〇W/cm2，靶基距为50mm，溅射时间为180min，制备3μπι的钨钛合金层。
[0026] 在所制备的阻挡层表面溅射背电极钥层和光伏吸收层CIGS，高温退火后，采用 化学浴沉积法制备硫化镉层，磁控溅射法制备本征氧化锌层和掺铝氧化锌层，制成柔性 的 CIGS 薄膜太阳能电池 （Patrick Reinhard，Fabian Pianezzi.Flexible Cu(In，Ga)Se2 solar cells with reducedabsorber thickness[J]· Prog. Photvolt, 2013,2420)〇
[0027] 实施例3 :
[0028] 制备柔性电池阻挡层：选用镍箔作为柔性CIGS薄膜太阳能电池的衬底，将基片清 洗干净后放入磁控溅射仪中。工作气体采用氩气，本底真空为1. 0E-4Pa，工作气压为10Pa， 溅射功率密度为3W/cm2,靶基距为100mm，溅射时间为20min，制备0. 4μ m的钨钛合金层。
[0029] 在所制备的阻挡层表面溅射背电极钥层和光伏吸收层CIGS，快高温退火后，采 用化学浴沉积法制备硫化镉层，磁控溅射法制备本征氧化锌层和掺铝氧化锌层，制成柔性 的 CIGS 薄膜太阳能电池 （Patrick Reinhard，Fabian Pianezzi.Flexible Cu(In，Ga)Se2 solar cells with reducedabsorber thickness[J]· Prog. Photvolt，2013,2420)〇
【权利要求】
1. 一种柔性CIGS薄膜太阳能电池阻挡层的制备方法，其特征在于，在柔性衬底上采用 磁控溅射工艺沉积一层阻挡层。
2. 根据权利要求1所述的柔性CIGS薄膜太阳能电池阻挡层的制备方法，其特征在于， 采用的柔性衬底的材料为金属，优选为：不锈钢、铜、铝、镍。
3. 根据权利要求1所述的柔性CIGS薄膜太阳能电池阻挡层的制备方法，其特征在于， 所述磁控溅射法选用的靶材为市售钨钛合金靶，纯度为3N。
4. 根据权利要求1所述的柔性CIGS薄膜太阳能电池阻挡层的制备方法，其特征在于， 所述磁控溉射法中基片与祀材的距离为50-200mm。
5. 根据权利要求1所述的柔性CIGS薄膜太阳能电池阻挡层的制备方法，其特征在于， 所述磁控溅射法中的工作气体为纯度为4N的纯氩气、纯氮气、纯氧气，或者其中两种或两 种以上的混合气体。
6. 根据权利要求1所述的柔性CIGS薄膜太阳能电池阻挡层的制备方法，其特征在于， 磁控溅射机的本底真空度为1. 〇 X l(T4Pa-l. Ο X 10_2Pa，工作气压为0. IPa-lOPa。
7. 根据权利要求1所述的柔性CIGS薄膜太阳能电阻挡层的制备方法，其特征在于，所 述磁控溅射法中基底温度为20-250°C，溅射时间为5-180min。
8. 根据权利要求1所述的柔性CIGS薄膜太阳能电池阻挡层的制备方法，其特征在于， 所述磁控溅射法中溅射功率密度为0. 02-lOW/cm2。
9. 根据权利要求1所述的柔性CIGS薄膜太阳能电池阻挡层的制备方法，其特征在于， 所述阻挡层的厚度为〇. 01-3 y m。
【文档编号】H01L31/18GK104124310SQ201410395198
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】张宁, 余新平, 孙哲, 陈玉峰 申请人:北京四方继保自动化股份有限公司