具有背保护层的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，特别涉及一种具有背保护层的柔性太阳能电池 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、钛箔、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基底材料玻璃，使其具备轻质可弯曲的特性，但同时 也带来了新的问题。玻璃具有较高的强度和相对高温（〈600°C )气氛下的稳定性，因此在各 种薄膜太阳电池的生长工艺中都能够起到有效的支撑和保护作用。而对于金属材料来说， 在高温下将严重地受到含有硫、硒、氧、氯等元素的气氛腐蚀，高分子材料在高温下更是容 易发生分解变性，均无法作为稳定的衬底存在。因此，柔性太阳电池技术的一个核心关键问 题是发展对衬底的保护方法，使其在保持柔性特征的同时能够最大限度地保护衬底，抵御 高温腐蚀性气氛和外部机械性损伤。同时由于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CN 102386248 A公开了一种太阳能电池结构和一种制造太阳能电池的方法， 太阳能电池包括：半导体基底；钝化膜，设置在所述半导体基底的一侧上；保护层，设置在 所述钝化膜的与所述半导体基底相对的一侧上；电极，设置在所述保护层的与所述钝化膜 相对的一侧上。其中，保护层是吉布斯自由能的绝对值比所述玻璃料的每个组分的吉布斯 自由能的绝对值小的材料，包含铜、钯、铱、它们的合金、它们的氧化物或者它们的组合。这 些材料中，含铜类的材料活性较高保护性能有限，而钯、铱类材料属于稀有贵金属，成本高 昂，不利于大规模产业化开发以及商业产品成本的控制。
[0006] 专利CN 101268608 A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。
[0007] 因此，有效保护柔性基底，并防止金属基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】
[0008] 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基底易受腐 蚀、在高温下容易发生分解变性，扩散阻挡层的阻挡效果和结合力不理想的问题，提供一种 具有背保护层的柔性太阳能电池及其制备方法。
[0009] 为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
[0010] 具有背保护层的柔性太阳能电池，所述柔性太阳能电池的柔性基底的太阳能接收 侧依次形成有扩散阻挡层、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：
[0011] 所述柔性基底的太阳能接收侧的相对侧形成有背保护层，所述背保护层为单层， 所述背保护层任选由以下组制成：
[0012] 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
[0013] b组：硅的氮化物、氧化物或碳化物；或
[0014] c组：氮化钛、氮化钽、氮化钨或氮化锆；
[0015] 所述背保护层厚度为IOnm~3000nm ;
[0016] 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：
[0017] 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
[0018] B组：硅的氮化物、氧化物或碳化物；或
[0019] C组：氮化钛、氮化钽、氮化钨或氮化锆；
[0020] 所述扩散阻挡层的厚度为IOnm~3000nm。
[0021] 本发明的具有背保护层的柔性太阳能电池，通过在基底的太阳能接收侧的对侧形 成背保护层，并筛选背保护层的组成，同时选择多层结构的扩散阻挡层，并甄选扩散阻挡层 的组成，本发明获得的具有背保护层的柔性太阳能电池，背保护层能有效防止高温腐蚀性 气氛工艺过程中对基底的损害，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。本发明的具有背保护层的柔 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、钛 箔、不锈钢箔、聚酰亚胺箔等。
[0022] 作为优选，前述的具有背保护层的柔性太阳能电池，所述柔性基底为导电钥箔。
[0023] 作为优选，前述的具有背保护层的柔性太阳能电池，所述第一电极层为钥薄膜层。
[0024] 作为优选，前述的具有背保护层的柔性太阳能电池，所述背保护层由氮化硅、氧化 硅、碳化硅、氮化钛、氮化钽、氮化钨或氮化锆制成。通过筛选前述化合物，能有效避免高温 腐蚀性气氛工艺过程中对基底的损害，且不会给基底带来更多杂质，且获取方法简单、生产 成本低。
[0025] 作为优选，前述的具有背保护层的柔性太阳能电池，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。本发明的具有背保护层的柔性太阳能电池，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，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。
[0026] 作为优选，前述的具有背保护层的柔性太阳能电池，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高。
[0027] 作为优选，前述的具有背保护层的柔性太阳能电池，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。
[0028] 作为优选，前述的具有背保护层的柔性太阳能电池，所述扩散阻挡层的靠近第一 电极层由钛、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。
[0029] 作为更进一步优选，前述的柔性太阳能电池，所述背保护层由氮化钛制成，所述背 保护层的厚度为200nm ;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。
[0030] 作为本发明的第二个目的，本发明提供前述具有背保护层的柔性太阳能电池的制 备方法，包括如下步骤：
[0031] (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 ；
[0032] (2)在基底的太阳能接收侧的相对侧制备背保护层，所述制备方法选自蒸镀法、磁 控溅射法、化学气相沉积法、电化学沉积法或化学沉积法的任一种；
[0033] (3)在基底的太阳能接收侧制备扩散阻挡层，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；
[0034] (4)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。
[0035] 前述的具有背保护层的柔性太阳能电池，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锻法、磁控滅射法中的任一种。第一电极层的厚度为500nm~ 3000nm〇
[0036] 前述的具有背保护层的柔性太阳能电池，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机太阳能电池薄膜的 任一种。吸收层的制备方法可以选自电化学沉积法、纳米晶颗粒涂覆法、蒸镀法或磁控溅射 法的任一种。
[0037] 前述的具有背保护层的柔性太阳能电池，缓冲层选自硫化锌或硫化镉的任一种。 缓冲层的制备方法选自溶液法、化学水浴法或磁控溅射法的任一种。
[0038] 前述的具有背保护层的柔性太阳能电池，第二电极层材料选自氧化锡掺铟、氧化 锡掺氟、氧化锌掺铝、氧化锌掺硼或氧化锌掺镓的任一种。第二电极层的制备方法选自磁控 溅射法、反应溅射法、电子束蒸发法中的任一种。
[0039] 前述的具有背保护层的柔性太阳能电池，减反层材料选自氟化镁、二氧化钛、氮化 硅、二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁或二氧化铈的任一种。减反层制备方法选自为蒸发法、溅 射法或化学法中的任一种。
[0040] 前述的具有背保护层的柔性太阳能电池，表面电极层材料选自镍、铝、银等。表面 电极层的制备方法通常为蒸发法。
[0041] 作为优选，前述的具有背保护层的柔性太阳能电池，所述柔性基底为钛箔。
[0042] 具有背保护层的钛箔太阳能电池，包括钛箔基底和在钛箔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