纳米薄膜太阳能电池基板材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种纳米薄膜太阳能电池基板材料及其制备方法，组分及各组分质量份数如下：不锈钢100份，氧化锌1~8份，碳酸镁1~4份，氧化锂1~3份，氮化铝4~10份。优选为不锈钢100份，氧化锌2~6份，碳酸镁2~3份，氧化锂1.2~2.7份，氮化铝5~8份。该基板材料以钢为主体材料，创造性的加入氧化锌、碳酸镁和氧化锂，制得的基板材料具有耐高温、耐腐蚀、导电性能优越、延展性好的优点，制备方法简单易操作，条件可控，重复性高，制备得到的基板材料表面平整度高、表面粗糙度小，厚度最薄可以达到0.05mm。
【专利说明】纳米薄膜太阳能电池基板材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能电池材料【技术领域】，具体涉及一种纳米薄膜太阳能电池基板材 料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 短缺的能源已严重影响人们的生活和制约社会的发展。丰富的太阳能是重要的清 洁能源，是取之不尽、用之不竭、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。第一次石油危机 之后，各国竞相开展太阳能、水能、风能等清洁和可再生能源的应用研究，尤其是太阳能的 应用研究最为广泛。
[0003] 太阳能作为一种绿色能源对环境没有任何无污染性，而且它的来源简单，可以说 是在人类的生存年限内其是取之不尽用之不竭的。太阳能不仅是一次性能源，还是清洁能 源，它资源丰富、普遍存在、无需运输、还可免费使用、最重要的是对环境没有任何污染。太 阳能电池也因太阳能的特殊性具有许多其他发电方式所不具备的优点：不受地域限制、不 消耗燃料、规模可大可小、灵活性大、无污染、无噪音、安全可靠、建设周期短、维护简单、最 具有大规模应用的可能性。所以很多专家把太阳能能源作为可替代的能源去开发，希望太 阳能够造福于人类。现如今所使用的太阳能有很大一部分是由太阳电池转换得来的。因为 太阳能电池对光有感应，能够把照射在其表面的光能转换为电能。目前，在有关专家的努 力下，太阳能电池己经走向了商业化和产业化。
[0004] 薄膜太阳能电池属于新一代太阳能电池，按衬底种类可分为硬衬底和柔性衬底两 大类。以往，柔性薄膜太阳能电池主要以聚合物PET及PEN为导电衬底，但研究发现，聚合 物衬底的低熔点及易老化等问题限制了电池的制备及使用。因此，寻求一种适合的柔性材 料作为太阳能电池用基底成为了柔性太阳能电池应用研究道路上的重要课题。在诸多材料 当中，鉴于不锈钢具有耐高温、耐腐蚀、导电性能优越、延展性好及成本低廉等优点，不锈钢 成为了取代PET及PEN作为薄膜太阳能电池柔性衬底的首选材料。以不锈钢作为薄膜太阳 能电池基底，有利于实现柔性电池卷对卷的生产工艺，对电池的大面积连续生产更具有经 济价值。柔性太阳能电池用不锈钢基板属于精密不锈钢箔材，厚度一般不超过〇. 3_，具有 品质要求高，技术含量高，附加值高等特点，且对其板形及表面品质要求尤为严格。目前超 薄精密钢箔的生产主要集中在美国、日本、法国和芬兰等国，其厚度最薄可达〇. 01mm，国产 不锈钢箔厚度可达〇.〇5_，但受生产设备及工艺的制约，产品存在厚度偏差大、表面品质差 等缺陷，难以满足作为电池基板的要求。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种纳米薄膜太阳能电池基板材料及其制备方法，该基板材 料以钢为主体材料，创造性的加入氧化锌、碳酸镁和氧化锂，制得的基板材料具有耐高温、 耐腐蚀、导电性能优越、延展性好的优点，制备方法简单易操作，条件可控，重复性高，制备 得到的基板材料表面平整度高、表面粗糙度小，厚度最薄可以达到〇. 〇5_。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术手段为： 一种纳米薄膜太阳能电池基板材料，组分及各组分质量份数如下：不锈钢100份，氧 化锌1~8份，碳酸镁1~4份，氧化锂1~3份，氮化铝4~10份。
[0007] 所述纳米薄膜太阳能电池基板材料，组分及各组分质量份数如下：不锈钢100 份，氧化锌2飞份，碳酸镁2~3份，氧化锂1.2~2.7份，氮化铝5~8份。
[0008] 所述纳米薄膜太阳能电池基板材料，组分及各组分质量份数如下：不锈钢100 份，氧化锌2. 8份，碳酸镁2. 2份，氧化锂1. 9份，氮化铝6. 4。
[0009] 所述纳米薄膜太阳能电池基板材料，组分及各组分质量份数如下：不锈钢100 份，氧化锌4. 9份，碳酸镁2. 8份，氧化锂2. 4份，氮化铝7. 2份。
[0010] 所述不锈钢为304不锈钢。
[0011] 所述纳米薄膜太阳能电池基板材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤： 1) 、将不锈钢高温固溶处理，固溶处理采用程序升温，初始温度为30°C，以1(T2(TC / min的升温速率升温至35(T400°C，在该温度下保温0. 5~lh，然后以4~8°C /min的升温速率 升温至 80(Tl00(rC，保温:T6h ; 2) 、将氧化锌、碳酸镁、氧化锂和氮化铝以2(T30°C /min的升温速率升温至 180(T220(rC，搅拌至混合均匀，以5?8°C /min的降温速率降温至80(Tl00(TC，添加到步骤 1)保温的不锈钢中，继续升温至1300°C，保温l(T30min，退火，退火温度为90(Tl00(rC，退 火时间为3(T40min ; 3) 、将步骤2)退火处理的不锈钢材料在机械式拉力试验机上以l~3mm/min的拉伸速度 拉伸为不锈钢板，厚度为〇. 05~0. 2mm。
[0012] 步骤1)中初始温度为30°C，以15°C /min的升温速率升温至380°C，在该温度下 保温0. 5,然后以6°C /min的升温速率升温至900°C，保温4h。
[0013] 步骤2)中以25°C /min的升温速率升温至2000°C，搅拌至混合均匀，以6°C /min 的降温速率降温至900°C 步骤2)中退火温度为900°C，退火时间为35min。
[0014] 步骤3)中拉伸速度为2mm/min。
[0015] 本发明纳米薄膜太阳能电池基板材料中添加了氮化铝，氧化锂能够起到细化组 织，提高不锈钢的强度和韧性，使切削力增加。
[0016] 304不锈钢的加热温度是101(Tll5(rC，因此步骤1)固溶处理的温度不宜过高， 以免因温度过高使钢中析出铁素体而引起钢的晶粒粗化，另一方面固溶处理温度过高还会 增加钢的晶间腐蚀敏感性。本发明在固溶过程中，采用了程序升温，控制升温速率，如缓慢 升温，在中间温度时碳化物会充分析出，为了将其固溶就要耗费很长时间，升温过快，会使 表面变得粗糙，如出现粗大晶粒组织，无论是从延伸率和脆性方面，还是从加工后的表面 粗糙度方面来考虑，都是不利的。退火温度及保温时间对基板材料影响显著，保温时间过 长，会使晶粒增长过快。
[0017] 有益效果：本发明提供的纳米薄膜太阳能电池基板材料及其制备方法，该基板材 料以钢为主体材料，创造性的加入氧化锌、碳酸镁和氧化锂，制得的基板材料具有耐高温、 耐腐蚀、导电性能优越、延展性好的优点，制备方法简单易操作，条件可控，重复性高，制备 得到的基板材料表面平整度高、表面粗糙度小，厚度最薄可以达到0. 〇5_。
【具体实施方式】
[0018] 实施例1 纳米薄膜太阳能电池基板材料，组分及各组分质量份数如下：不锈钢100份，氧化锌8 份，碳酸镁1份，氧化锂3份，氮化铝4份。
[0019] 制备方法，其特征在于包括如下步骤： 1) 、将不锈钢高温固溶处理，固溶处理采用程序升温，初始温度为30°c，以15°C /min的 升温速率升温至380°C，在该温度下保温0. 5h，然后以6°C /min的升温速率升温至900°C， 保温4h ; 2) 、将氧化锌、碳酸镁、氧化锂和氮化铝以25°C/min的升温速率升温至2000°C，搅拌 至混合均匀，以6°C /min的降温速率降温至900°C，添加到步骤1)保温的不锈钢中，继续升 温至1300°C，保温20min，退火，退火温度为900°C，退火时间为35min ; 3) 、将步骤2)退火处理的不锈钢材料在机械式拉力试验机上以2mm/min的拉伸速度拉 伸为不锈钢板。
[0020] 实施例2 纳米薄膜太阳能电池基板材料，组分及各组分质量份数如下：不锈钢100份，氧化锌 1份，碳酸镁4份，氧化锂1份，氮化铝10份。
[0021] 制备方法，其特征在于包括如下步骤： 1) 、将不锈钢高温固溶处理，固溶处理采用程序升温，初始温度为30°c，以15°C /min的 升温速率升温至380°C，在该温度下保温0. 5h，然后以6°C /min的升温速率升温至900°C， 保温4h ; 2) 、将氧化锌、碳酸镁、氧化锂和氮化铝以25°C/min的升温速率升温至2000°C，搅拌 至混合均匀，以6°C /min的降温速率降温至900°C，添加到步骤1)保温的不锈钢中，继续升 温至1300°C，保温20min，退火，退火温度为900°C，退火时间为35min ; 3) 、将步骤2)退火处理的不锈钢材料在机械式拉力试验机上以2mm/min的拉伸速度拉 伸为不锈钢板。
[0022] 实施例3 纳米薄膜太阳能电池基板材料，组分及各组分质量份数如下：不锈钢100份，氧化锌 7份，碳酸镁2. 5份，氧化锂1. 8份，氮化铝6. 4份。
[0023] 制备方法，其特征在于包括如下步骤： 1) 、将不锈钢高温固溶处理，固溶处理采用程序升温，初始温度为30°C，以15°C /min的 升温速率升温至380°C，在该温度下保温0. 5h，然后以6°C /min的升温速率升温至900°C， 保温4h ; 2) 、将氧化锌、碳酸镁、氧化锂和氮化铝以25°C/min的升温速率升温至2000°C，搅拌 至混合均匀，以6°C /min的降温速率降温至900°C，添加到步骤1)保温的不锈钢中，继续升 温至1300°C，保温20min，退火，退火温度为900°C，退火时间为35min ; 3) 、将步骤2)退火处理的不锈钢材料在机械式拉力试验机上以2mm/min的拉伸速度拉 伸为不锈钢板。
[0024] 实施例4 纳米薄膜太阳能电池基板材料，组分及各组分质量份数如下：不锈钢100份，氧化锌6 份，碳酸镁3份，氧化锂2. 7份，氮化铝8份。
[0025] 制备方法，其特征在于包括如下步骤： 1) 、将不锈钢高温固溶处理，固溶处理采用程序升温，初始温度为30°C，以15°C /min的 升温速率升温至380°C，在该温度下保温0. 5h，然后以6°C /min的升温速率升温至900°C， 保温4h ; 2) 、将氧化锌、碳酸镁、氧化锂和氮化铝以25°C/min的升温速率升温至2000°C，搅拌 至混合均匀，以6°C /min的降温速率降温至900°C，添加到步骤1)保温的不锈钢中，继续升 温至1300°C，保温20min，退火，退火温度为900°C，退火时间为35min ; 3) 、将步骤2)退火处理的不锈钢材料在机械式拉力试验机上以2mm/min的拉伸速度拉 伸为不锈钢板。
[0026] 实施例5 纳米薄膜太阳能电池基板材料，组分及各组分质量份数如下：不锈钢100份，氧化锌 2份，碳酸镁2份，氧化锂1.2份，氮化铝5份。
[0027] 制备方法，其特征在于包括如下步骤： 1) 、将不锈钢高温固溶处理，固溶处理采用程序升温，初始温度为30°C，以15°C /min的 升温速率升温至380°C，在该温度下保温0. 5h，然后以6°C /min的升温速率升温至900°C， 保温4h ; 2) 、将氧化锌、碳酸镁、氧化锂和氮化铝以25°C/min的升温速率升温至2000°C，搅拌 至混合均匀，以6°C /min的降温速率降温至900°C，添加到步骤1)保温的不锈钢中，继续升 温至1300°C，保温20min，退火，退火温度为900°C，退火时间为35min ; 3) 、将步骤2)退火处理的不锈钢材料在机械式拉力试验机上以2mm/min的拉伸速度拉 伸为不锈钢板。
[0028] 实施例6 纳米薄膜太阳能电池基板材料，组分及各组分质量份数如下：不锈钢100份，氧化锌 2. 8份，碳酸镁2. 2份，氧化锂1. 9份，氮化铝6. 4。
[0029] 制备方法，其特征在于包括如下步骤： 1) 、将不锈钢高温固溶处理，固溶处理采用程序升温，初始温度为30°C，以15°C /min的 升温速率升温至380°C，在该温度下保温0. 5h，然后以6°C /min的升温速率升温至900°C， 保温4h ; 2) 、将氧化锌、碳酸镁、氧化锂和氮化铝以25°C/min的升温速率升温至2000°C，搅拌 至混合均匀，以6°C /min的降温速率降温至900°C，添加到步骤1)保温的不锈钢中，继续升 温至1300°C，保温20min，退火，退火温度为900°C，退火时间为35min ; 3) 、将步骤2)退火处理的不锈钢材料在机械式拉力试验机上以2mm/min的拉伸速度拉 伸为不锈钢板。
[0030] 实施例7 纳米薄膜太阳能电池基板材料，组分及各组分质量份数如下：不锈钢100份，氧化锌 4. 9份，碳酸镁2. 8份，氧化锂2. 4份，氮化铝7. 2份。
[0031] 制备方法，其特征在于包括如下步骤： 1) 、将不锈钢高温固溶处理，固溶处理采用程序升温，初始温度为30°C，以15°C /min的 升温速率升温至380°C，在该温度下保温0. 5h，然后以6°C /min的升温速率升温至900°C， 保温4h ; 2) 、将氧化锌、碳酸镁、氧化锂和氮化铝以25°C/min的升温速率升温至2000°C，搅拌 至混合均匀，以6°C /min的降温速率降温至900°C，添加到步骤1)保温的不锈钢中，继续升 温至1300°C，保温20min，退火，退火温度为900°C，退火时间为35min ; 3) 、将步骤2)退火处理的不锈钢材料在机械式拉力试验机上以lmm/min的拉伸速度拉 伸为不锈钢板。
[0032] 对实施例1~7中制备得到的纳米薄膜太阳能电池基板材料进行性能测试，测试标 准见相邻国家标准，结果见表1。
[0033] 表 1 :
【权利要求】
1. 一种纳米薄膜太阳能电池基板材料，其特征在于组分及各组分质量份数如下：不锈 钢100份，氧化锌1~8份，碳酸镁1~4份，氧化锂1~3份，氮化铝4~10份。
2. 根据权利要求1所述纳米薄膜太阳能电池基板材料，其特征在于组分及各组分质量 份数如下：不锈钢100份，氧化锌2飞份，碳酸镁2~3份，氧化锂1.2~2. 7份，氮化铝5~8 份。
3. 根据权利要求2所述纳米薄膜太阳能电池基板材料，其特征在于组分及各组分质量 份数如下：不锈钢100份，氧化锌2. 8份，碳酸镁2. 2份，氧化锂1.9份，氮化铝6.4。
4. 根据权利要求2所述纳米薄膜太阳能电池基板材料，其特征在于组分及各组分质量 份数如下：不锈钢100份，氧化锌4. 9份，碳酸镁2. 8份，氧化锂2. 4份，氮化铝7. 2份。
5. 根据权利要求2所述纳米薄膜太阳能电池基板材料，其特征在于：所述不锈钢为304 不锈钢。
6. 权利要求1所述纳米薄膜太阳能电池基板材料的制备方法，其特征在于包括如下步 骤： 1) 、将不锈钢高温固溶处理，固溶处理采用程序升温，初始温度为30°C，以1(T2(TC / min的升温速率升温至35(T400°C，在该温度下保温0. 5~lh，然后以4~8°C /min的升温速率 升温至 80(Tl00(rC，保温:T6h ; 2) 、将氧化锌、碳酸镁、氧化锂和氮化铝以2(T30°C /min的升温速率升温至 180(T220(rC，搅拌至混合均匀，以5?8°C /min的降温速率降温至80(Tl00(TC，添加到步骤 1)保温的不锈钢中，继续升温至1300°C，保温l(T30min，退火，退火温度为90(Tl00(rC，退 火时间为3(T40min ; 3) 、将步骤2)退火处理的不锈钢材料在机械式拉力试验机上以l~3mm/min的拉伸速度 拉伸为不锈钢板，厚度为〇. 05~0. 2mm。
7. 根据权利要求6所述纳米薄膜太阳能电池基板材料的制备方法，其特征在于：步骤 1) 中初始温度为30°C，以15°C /min的升温速率升温至380°C，在该温度下保温0. 5,然后 以6°C /min的升温速率升温至900°C，保温4h。
8. 根据权利要求6所述纳米薄膜太阳能电池基板材料的制备方法，其特征在于：步骤 2) 中以25°C /min的升温速率升温至2000°C，搅拌至混合均匀，以6°C /min的降温速率降 温至900°C。
9. 根据权利要求6所述纳米薄膜太阳能电池基板材料的制备方法，其特征在于：步骤 2) 中退火温度为900°C，退火时间为35min。
10. 根据权利要求6所述纳米薄膜太阳能电池基板材料的制备方法，其特征在于：步骤 3) 中拉伸速度为2mm/min。
【文档编号】H01L31/02GK104409521SQ201410639419
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】黄新东, 刘天人 申请人:无锡中洁能源技术有限公司