專利名稱：一種不銹鋼基薄膜太陽電池的背保護(hù)薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不銹鋼基薄膜太陽電池，特別是指用于不銹鋼充當(dāng)薄膜太陽電池背電極的不銹鋼基薄膜太陽電池背保護(hù)薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
太陽能發(fā)電是近年來發(fā)展非常迅速的清潔能源技術(shù)之一。學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界普遍認(rèn)為太陽能電池的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了第三代。第一代為單晶硅太陽能電池，第二代為多晶硅、非晶硅等太陽能電池，第三代太陽能電池就是銅銦鎵硒(CIGS)、碲化鎘(CdTe)等化合物薄膜太陽能電池及Si系薄膜太陽能電池。薄膜太陽能電池，其材料使用量少，更容易降低成本，同時(shí)它既是一種高效能源產(chǎn)品，又是一種新型建筑材料，更容易與建筑完美結(jié)合。目前在技術(shù)上已經(jīng)能夠進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。在國際市場硅原材料持續(xù)緊張的背景下，薄膜太陽·電池已成為國際光伏市場發(fā)展的新趨勢和新熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的薄膜太陽能電池通常采用玻璃基底，在玻璃基底上更容易實(shí)現(xiàn)較高的太陽能電池效率。但相對于玻璃基底而言，不銹鋼作為柔性基底擁有多方面優(yōu)勢。首先它可以承受大于600°C高溫，為薄膜太陽能電池在高溫下制備提供可能，而有研究表明有時(shí)高溫下制備出的吸收材料性能更好，并且不銹鋼能夠很好地滿足吸收層材料和電池背電極之間的熱膨脹匹配。其次不銹鋼為柔性、重量輕，可用于空間應(yīng)用以及不平整的光伏建筑一體化(BIPV)應(yīng)用。另外不銹鋼價(jià)格低廉而玻璃基太陽電池的很大成本是花在玻璃基底和封裝玻璃上的，且不銹鋼可實(shí)現(xiàn)卷對卷生產(chǎn)工藝，使得最終生產(chǎn)成本降低。最后不銹鋼基薄膜太陽電池的能量回收時(shí)間短。以上這些因素使得不銹鋼基板近幾年來受到光伏行業(yè)的極大青睞。但是不銹鋼作為薄膜太陽能電池基底也存在著一些問題。不銹鋼中的Fe、Mn等元素受熱后會從不銹鋼中通過背電極擴(kuò)散進(jìn)太陽電池的吸收層，從而降低太陽電池的性能。解決該問題的相應(yīng)技術(shù)措施為，在不銹鋼基底上先沉積制備一層擴(kuò)散勢壘層從而阻止Fe、Mn等元素從不銹鋼基底向吸收層擴(kuò)散?？沙洚?dāng)擴(kuò)散勢壘層的材料有Si0x、Al203、Cr等薄膜。另夕卜，當(dāng)太陽電池基底為不銹鋼時(shí)，若采用單片集成組件工藝，必須將基底上各個(gè)小電池之間進(jìn)行絕緣并做串聯(lián)鏈接。這將涉及到不銹鋼基底上絕緣介質(zhì)層的制備與分離相鄰小電池所需的三道刻膜工序(即通過激光劃線和機(jī)械劃線實(shí)現(xiàn)多層薄膜內(nèi)部級聯(lián))。這對簡化工藝極為不利，而且刻膜工序的復(fù)雜性也將導(dǎo)致生產(chǎn)中太陽電池不良率的增加。若將不銹鋼基底作為太陽電池背電極的一部分而進(jìn)行相鄰電池之間正負(fù)極直接串聯(lián)或并聯(lián)鏈接(即單片合成技術(shù))，則可避免上述的絕緣層制備和刻膜工藝過程。但這類電池在制備(尤其是硒化/硫化或CdCl2退火工藝)及實(shí)際應(yīng)用過程中，不銹鋼基底背面需要采取保護(hù)措施，以防止受到潮濕、腐蝕、硒化(硫化或者氯化)而引起不銹鋼的電阻增大甚至斷路。作為背電極的一部分，該背保護(hù)材料同時(shí)要具有足夠低的電阻率，以保持背電極的低串聯(lián)電阻特性。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述不銹鋼基底作為薄膜太陽電池背電極的電池結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提出一種不銹鋼基薄膜太陽電池的背保護(hù)薄膜及其制備方法。該背保護(hù)薄膜需要同時(shí)滿足對不銹鋼基底具有強(qiáng)附著力、防潮、抗腐蝕、抗硒化等性能以及保持其低電阻特性。本發(fā)明的一種不銹鋼基薄膜太陽電池的背保護(hù)薄膜由鑰鉭合金組成，其中鉭元素的原子含量比例范圍為4-12%，薄膜厚度為200-600nm。所說的薄膜太陽電池為銅銦硒系薄膜電池、碲化鎘薄膜電池或硅系薄膜電池?！N不銹鋼基薄膜太陽電池的背保護(hù)薄膜的制備方法，其步驟如下

不銹鋼基底的清洗首先將不銹鋼基底放入由堿液、丙酮和乙醇，配比為2 1 :2，濃度為50%的混合液中清洗，然后再用去離子水沖洗干凈，并用高純N2氣吹干。背保護(hù)薄膜的制備首先將上述高純N2氣吹干后的不銹鋼基底和鑰鉭合金靶材放入射頻磁控濺射設(shè)備的真空室中，待本底真空抽到低于4X 10_4Pa時(shí)，沖入高純Ar氣充當(dāng)工作氣體，且工作氣壓Pto保持在O. 35-0. 60Pa范圍內(nèi)；磁控濺射參數(shù)范圍設(shè)定濺射功率保持在80-150 范圍內(nèi)，濺射溫度保持在20-200°C范圍內(nèi)，靶材與基底之間的間距保持在5-lOcm范圍內(nèi)，濺射時(shí)間根據(jù)薄膜厚度要求而定；所說的鑰鉭合金靶材純度不低于99. 97%，其中鉭元素所占的原子含量比例范圍為 4-12%.本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于該背保護(hù)薄膜對不銹鋼具有強(qiáng)附著力、優(yōu)異的防潮、防腐蝕和抗硒化(硫化或氯化)性能，且保持其足夠低的電阻率特性。該背保護(hù)薄膜材料結(jié)構(gòu)簡單，工藝操作簡便，適合工業(yè)化生產(chǎn)。


圖I為具有本發(fā)明背保護(hù)薄膜的不銹鋼基薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明圖I為具有本發(fā)明背保護(hù)薄膜的不銹鋼基薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖，該薄膜太陽電池依次由背保護(hù)薄膜1，不銹鋼基底2，擴(kuò)散勢壘層C r膜層3(添加該層作為不銹鋼的防擴(kuò)散層)，金屬電極層4，PN結(jié)或PIN層5和透明電極層6組成。其中背保護(hù)薄膜1，不銹鋼基底2, Cr膜層3和金屬電極層4構(gòu)成一復(fù)合背電極。本發(fā)明的背保護(hù)薄膜I由鑰鉭合金組成，其中鉭元素的原子含量比例范圍為4-12%，薄膜厚度為 200-600nm。本發(fā)明的不銹鋼基薄膜太陽電池背保護(hù)薄膜的制備工藝如下不銹鋼基底的清洗首先將不銹鋼基底放入由堿液、丙酮和乙醇，配比為2 1 :2，濃度為50%的混合液中清洗，然后再用去離子水沖洗干凈，并用高純N2氣吹干。背保護(hù)薄膜的制備首先將上述高純N2氣吹干后的不銹鋼基底和鑰鉭合金靶材放入射頻磁控濺射設(shè)備的真空室中，待本底真空抽到低于4X 10_4Pa時(shí)，沖入高純Ar氣充當(dāng)工作氣體，且工作氣壓PAr保持在O. 4Pa ；磁控濺射參數(shù)設(shè)定濺射功率為140w，濺射溫度為室溫狀態(tài)，靶材與基底之間的間距為8cm，濺射時(shí)間為14分鐘。最后經(jīng)測量所制備的鑰鉭合金薄膜厚度為350nm，其電阻率為17. 4μ Ω 其中鉭元素在合金薄膜中的原子含量為6. 0% (與鑰鉭合金靶材中鉭元素含量保持一致)，達(dá)到本發(fā)明的目的?！?br> 權(quán)利要求
1.一種不銹鋼基薄膜太陽電池的背保護(hù)薄膜，其特征在于該背保護(hù)薄膜由鑰鉭合金組成，其中鉭元素的原子含量比例范圍為4-12%，薄膜厚度為200-600nm。
2.一種不銹鋼基薄膜太陽電池的背保護(hù)薄膜的制備方法，其步驟如下 A.不銹鋼基底的清洗 首先將不銹鋼基底放入由堿液、丙酮和乙醇，配比為2 1 :2，濃度為50%的混合液中清洗，然后再用去離子水沖洗干凈，并用高純N2氣吹干； B.背保護(hù)薄膜的制備 首先將上述高純N2氣吹干后的不銹鋼基底和鑰鉭合金靶材放入射頻磁控濺射設(shè)備的真空室中，待本底真空抽到低于4X 10_4Pa時(shí)，沖入高純Ar氣充當(dāng)工作氣體，且工作氣壓Pto保持在O. 35-0. 60Pa范圍內(nèi)； 磁控濺射參數(shù)范圍設(shè)定濺射功率保持在80-150 范圍內(nèi)，濺射溫度保持在20-200°C范圍內(nèi)，靶材與基底之間的間距保持在5-lOcm范圍內(nèi)，濺射時(shí)間根據(jù)薄膜厚度要求而定；所說的鑰鉭合金靶材，其中鉭元素的原子含量比例范圍為4-12%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種不銹鋼基薄膜太陽電池的背保護(hù)薄膜，其特征在于該背保護(hù)薄膜由單層鉬鉭合金組成。該背保護(hù)薄膜制備方法的特征是在不銹鋼基底的背面，采用磁控濺射技術(shù)通過對鉬鉭合金靶材進(jìn)行濺射沉積，獲得一定厚度的單層鉬鉭合金薄膜。該背保護(hù)薄膜對不銹鋼基底具有優(yōu)異的附著力、防潮、防腐蝕性能與抗硒化、硫化或氯化性能，而且具有足夠低的電阻率特性。該背保護(hù)薄膜材料結(jié)構(gòu)簡單，工藝操作簡便，適合工業(yè)化生產(chǎn)。該背保護(hù)薄膜特別適用于不銹鋼充當(dāng)電池背電極的不銹鋼基薄膜太陽電池的背保護(hù)。
文檔編號H01L31/18GK102790109SQ20121030137
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月22日
發(fā)明者左少華, 明靜, 楊立紅, 石富文, 褚君浩, 陶嘉華, 馬小鳳 申請人:上海太陽能電池研究與發(fā)展中心