具有背保护层的柔性太阳能电池及其制备方法_2

文档序号:9454633阅读:来源:国知局
电极层、减反层和表面电极层,
[0043] 所述钛箔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:
[0044] 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
[0045] b组:硅的氮化物、氧化物或碳化物;或
[0046] c组:氮化钛、氮化钽、氮化钨或氮化锆;
[0047] 所述背保护层厚度为IOnm~3000nm ;
[0048] 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:
[0049] 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
[0050] B组:硅的氮化物、氧化物或碳化物;或
[0051] C组:氮化钛、氮化钽、氮化钨或氮化锆;
[0052] 所述扩散阻挡层的厚度为IOnm~3000nm。
[0053] 本发明的具有背保护层的钛箔太阳能电池,通过在钛箔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钛箔太阳能电池,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钛箔基底的杂质元素进入 吸收层,还能有效改善阻挡层与钛箔基底和第一电极层的结合力。
[0054] 作为优选,前述的具有背保护层的钛箔太阳能电池,所述第一电极层为钥薄膜层。
[0055] 作为优选,前述的具有背保护层的钛箔太阳能电池,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钛箔基底的损害,且不会给钛箔基底带来更多杂质,且获取方法 简单、生产成本低。
[0056] 作为优选,前述的具有背保护层的钛箔太阳能电池,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。本发明的钛箔太阳能电池,扩散阻挡层通过优 选三层结构,不仅能有效防止钛箔的杂质元素进入吸收层,且与此同时,能够有效提高扩散 阻挡层与钛箔基底和第一电极层的结合力。
[0057] 作为优选,前述的具有背保护层的钛箔太阳能电池,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,可以有效阻 止钛箔的杂质元素在铜铟镓硒电池的高温制备过程中扩散至吸收层,影响电池的性能。
[0058] 作为优选,前述的具有背保护层的钛箔太阳能电池,所述扩散阻挡层的靠近基底 层由钛制成。优选钛制成本发明的扩散阻挡层的靠近基底层,不仅因为钛与钛箔的结合力 为最佳,而且钛在太阳能电池的高温制备过程中不与硒发生化学反应,不会影响电池的性 能以及膜层的结合力。
[0059] 作为优选,前述的具有背保护层的钛箔太阳能电池,所述扩散阻挡层的靠近第一 电极层由钛、铬或氮化钛制成。本发明通过优选靠近第一电极层,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。
[0060] 作为更进一步优选,前述的具有背保护层的钛箔太阳能电池,所述背保护层由氮 化钛制成,所述背保护层厚度为200nm ;所述靠近基底层由钛制成,所述中间层由氮化钛制 成,所述靠近第一电极层由钛制成,所述扩散阻挡层的厚度为1200nm。
[0061] 本发明提供前述具有背保护层的钛箔太阳能电池的制备方法,包括如下步骤:
[0062] (1)钛箔基底进行表面除油处理及表面抛光处理,使所述钛箔基底表面粗糙度达 至Ij Inm ~2000nm ;
[0063] (2)在钛箔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;
[0064] (3)在钛箔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;
[0065] (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。
[0066] 前述的具有背保护层的钛箔太阳能电池,其中的第一电极层的制备方法选自蒸镀 法、磁控滅射法中的任一种。第一电极层的厚度为500nm~3000nm。
[0067] 前述的具有背保护层的钛箔太阳能电池,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。
[0068] 前述的具有背保护层的钛箔太阳能电池,其中的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。
[0069] 前述的具有背保护层的钛箔太阳能电池,其中的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。
[0070] 前述的具有背保护层的钛箔太阳能电池,其中的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。
[0071] 前述的具有背保护层的钛箔太阳能电池,其中的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。
[0072] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0073] -、本发明的具有背保护层的柔性太阳能电池及具有背保护层的钛箔太阳能电 池,通过在基底的太阳能接收侧的相对侧形成背保护层,并筛选背保护层的组成,得到的背 保护层能有效避免高温腐蚀性气氛工艺过程中对基底的损害,避免高温下发生分解变性, 且不会给基底带来更多杂质,且获取方法简单、生产成本低。
[0074] 二、本发明的具有背保护层的柔性太阳能电池及具有背保护层的钛箔太阳能电 池,通过在太阳能接收侧形成扩散阻挡层,并优选得到扩散阻挡层的结构及各结构的组成 成分,获得的扩散阻挡层能有效阻挡基底杂质元素进入吸收层,同时,能够显著增加扩散阻 挡层与基底、第一电极层的结合力。
【附图说明】
[0075] 图1是本发明的具有背保护层的柔性太阳能电池的结构示意图;
[0076] 图2是实施例1制得的柔性太阳能电池薄膜硒化后的照片;
[0077] 图3、图4是实施例1制得的柔性太阳能电池的结合力测试照片;
[0078] 图5是实施例1制得的柔性太阳能电池的扩散阻挡层的EDS测试结果图;
[0079] 图6是对比试验制得的柔性太阳能电池薄膜硒化后的照片;
[0080] 图7是实施例6制得的钛箔太阳能电池薄膜硒化后的照片;
[0081] 图8是实施例6制得的钛箔太阳能电池的结合力测试照片;
[0082] 图9是实施例6制得的钛箔太阳能电池的扩散阻挡层的EDS测试结果图;
[0083] 图10、图11是对比试验2制得的太阳能电池薄膜硒化后的照片。
[0084] 其中,1-基底,2-背保护层,3-扩散阻挡层,4-第一电极层,5-吸收层,6-缓冲层, 7_第二电极层,8-减反层,9-表面电极层,301-靠近基底层,302-中间层,303-靠近第一电 极层。
【具体实施方式】
[0085] 下面结合【具体实施方式】对本发明的上述
【发明内容】
作进一步的详细描述。
[0086] 但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上 述技术思想情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段,做出各种替换和变更,均应包括 在本发明的范围内。
[0087] 实施例1本实施例是关于柔性太阳能电池及制备方法。
[0088] 柔性太阳能电池,结构为:基底1为钥箔;背保护层2为氮化钛,厚度为200nm ;扩 散阻挡层3为三层结构,厚度为1200nm,其中靠近基底层301为钥,中间层302为氮化钛, 靠近第一电极层303为铬;第一电极层4为钥;吸收层5为铜铟镓硒薄膜;缓冲层6为硫化 镉;第二电极层7为氧化锌掺铝;减反层8为氟化镁;表面电极层9为镍/铝/镍。
[0089] 制备方法:
[0090] (1)钥箔基底1的处理:采用甲醇与浓硫酸的混合溶液进行抛光处理,甲醇:浓硫 酸的体积比为1:5,抛光时间300s,电压6V。
[0091] ⑵背保护层2的制备:采用磁控溅射法,在气压为4mt〇rr的氩气与氮气的混合 气体中,功率为210W条件下溅射钛靶获得,厚度为200nm。
[0092] (3)扩散阻挡层3的制备:
[0093] 靠近基底层301为钥,采用磁控溅射法,在气压4mtorr的氩气中采用210W的功率 溅射钥靶制备获得,厚度约为300nm。
[0094] 中间层302为氮化钛,采用磁控溅射法,在气压为4mtorr的氩气与氮气的混合气 体中,功率为210W条件下溅射钛靶获得,厚度约为600nm。
[0095] 靠近第一电极层303为铬,采用磁控溅射法,在气压为4mt〇rr的氩气下,功率为 240W条件下溅射铬靶获得,厚度约为300nm。
[0096] (4)第一电极层4为钥,磁控溅射法,气压为4mt〇rr的氩气,溅射功率为210W,溅 射革El材为钥祀,厚度约为l〇〇〇nm。
[0097] (5)吸收层5为铜铟镓硒薄膜,采用磁控溅射法,气压为4mt〇rr的氩气,溅射功率 为120W,靶材为铜铟镓硒靶材,获得厚度约为800nm的预制膜。薄膜制备后,在快速硒化炉 中,采用快速升温的升温方式对吸收层薄膜在600°C的温度下,硒化处理30nm,获得铜铟镓 硒薄膜。
[0098] (6)缓冲层6为硫化镉,化学水浴法制备,水浴温度为80°C,薄膜厚度约为60nm。
[0099] (7)第二电极层7为氧化锌
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