一種柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池制備方法技術

本發明專利技術公開了一種柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池制備方法；其特征在于：包括如下步驟：步驟1、在蘇打玻璃襯底上，采用高溫共蒸發工藝制備CIGS光吸收層；步驟2、黏貼臨時支撐層；步驟3、去除蘇打玻璃襯底；步驟4、鍵合柔性襯底；步驟5、去除臨時支撐層；具體為：首先采用檸檬烯溶解CIGS光吸收層表面的石蠟，將臨時支撐襯底與石蠟去除，并用去離子水清洗，氮氣吹干；然后采用化學水浴法制備工藝沉積厚度為50～80nm的CdS緩沖層；采用磁控濺射工藝在緩沖層上，分為沉積厚度為50nm的本征氧化鋅薄膜和300～800nm的ITO薄膜，采用電子束蒸發工藝在ITO薄膜上制備3μm的鋁電極，完成電池器件的制備。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及銅銦鎵硒薄膜太陽電池
，特別是涉及一種柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池制備方法。
技術介紹
柔性襯底銅銦鎵硒(Cu(In,Ga)Se2，簡稱CIGS)薄膜太陽電池具有質量比功率高、抗輻射能力強、穩定性好等優勢，而且電池組件適合卷對卷制備，在批量生產和降低成本方面具有很大潛力，應用范圍更加廣泛(相比于剛性襯底)。然而，柔性襯底對制備高效率CIGS光吸收層電池也存在一定的限制和不利因素。國外研究表明，在較高的襯底溫度(一般在530℃以上)下，容易制備具有很好結晶質量和光電性質的CIGS光吸收層，有利于電池器件性能的提高。但是，較高的襯底溫度會使不銹鋼襯底中Fe等雜質原子大量擴散進入CIGS吸收層，形成深能級缺陷，造成電池性能的下降。塑料襯底對CIGS吸收層沉積溫度的限制更加明顯。目前，承受沉積溫度最高的塑料襯底是聚酰亞胺(簡稱PI)材料，相應制備的CIGS光吸收層太陽電池的質量比功率最高。然而，PI襯底能夠承受的最高溫度約為450℃-500℃，即使采用低于上限的溫度沉積CIGS光吸收層，由于其熱膨脹系數與電池材料相差較大，經過高溫烘烤后，PI襯底會發生明顯彎曲，影響電池材料的附著性，在批量生產中將造成電池成品率的下降。另一方面，國外進口的PI襯底價格昂貴，而且存在被禁運的風險。國產PI性能基本不能滿足多晶CIGS光吸收層的生長溫度，難以作為柔性襯底材料。先前專利(申請號：200610016182.7；200710150140.6)采用較低的襯底溫度制備CIGS吸收層，實現PI襯底柔性CIGS光吸收層太陽電池。但由于生長溫度影響了CIGS光吸收層的結晶質量和光電性質，造成電池性能的下降。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是：提供一種柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池制備方法，該柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池制備方法以剛性材料(如玻璃等)作為襯底，高溫共蒸發制備CIGS光吸收層，然后通過腐蝕以及金屬鍵合等工藝技術將制備好的吸收層轉移到新的柔性襯底上，再依次沉積緩沖層和窗口層，完成CIGS光吸收層太陽電池的制備。其核心特點是通過使用玻璃等剛性襯底有利于獲得很好結晶質量和光電性質的CIGS光吸收層，不但有利于提高電池效率，而且不受柔性襯底材料雜質以及理化性質的限制，拓寬了柔性襯底的選擇范圍，有利于降低柔性薄膜太陽電池成本。本專利技術為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池制備方法，至少包括如下步驟：步驟101、在蘇打玻璃襯底上，采用高溫共蒸發工藝制備CIGS光吸收層；步驟102、黏貼臨時支撐層；具體為：將石蠟覆蓋在CIGS光吸收層表面、邊緣及側面，并加熱到70～120℃，待石蠟融化后粘附臨時支撐層；所述臨時支撐層的材料為PI或PET或PEN中的一種；步驟103、去除蘇打玻璃襯底；具體為：待石蠟固化后，將上述黏貼有臨時支撐層的蘇打玻璃襯底浸沒于質量分數為40％的氫氟酸中，并加熱至80℃～100℃，將蘇打玻璃襯底腐蝕掉；步驟104、鍵合柔性襯底；步驟105、去除臨時支撐層；具體為：首先采用檸檬烯溶解CIGS光吸收層表面的石蠟，將臨時支撐襯底與石蠟去除，并用去離子水清洗，氮氣吹干；然后采用化學水浴法制備工藝沉積厚度為50～80nm的CdS緩沖層；采用磁控濺射工藝在緩沖層上，分為沉積厚度為50nm的本征氧化鋅薄膜和300～800nm的ITO薄膜，采用電子束蒸發工藝在ITO薄膜上制備3μm的鋁電極，完成電池器件的制備。進一步：所述蘇打玻璃襯底的厚度范圍是1.5mm～2mm。更進一步：所述步驟101具體為：步驟1011、利用丙酮浸泡蘇打玻璃襯底，然后進行超聲清洗40min；隨后經過離子水沖洗后浸泡在乙醇中超聲清洗20min，最后利用去離子水反復沖洗；步驟1012、制備電池正極；具體為：在蘇打玻璃襯底上采用直流磁控濺射工藝沉積0.5μm～1μm厚的Mo薄膜作為電池正極；濺射工藝采用本底真空為1×10-3Pa，通過調節Ar氣通入流量分別在氣壓1～5Pa和氣壓為0.01～0.5Pa條件下，先后沉積兩層Mo薄膜，兩層薄膜厚度之比約為1:9；步驟1013、高溫沉積CIGS吸收層；具體為：采用共蒸發三步法在Mo電極層上制備CIGS光吸收層，沉積溫度約為530℃～570℃。進一步：所述步驟104中的柔性襯底為柔性塑料襯底，步驟104具體為：將步驟103得到的樣品用去離子水清洗，并用氮氣吹干后，采用直流磁控濺射工藝在Mo襯底表面先后沉積厚度為0.5-1μm的Cr薄膜和0.5-1μm的In薄膜；在柔性塑料襯底上沉積0.5-3μm的Sn薄膜，在真空條件下，將In與Sn薄膜緊密貼合，加熱至100℃～150℃后，保持5min～20min，實現In-Sn金屬鍵合，形成鍵合金屬合金層。更進一步：所述柔性塑料襯底為聚酰亞胺襯底或聚對苯二甲酸乙二醇酯襯底。進一步：所述步驟104中的柔性襯底為柔性金屬襯底，步驟104具體為：將步驟103得到的樣品用去離子水清洗，并用氮氣吹干后，采用直流磁控濺射工藝在Mo襯底表面先后沉積厚度為0.5-1μm的Cu-Ga合金薄膜；將柔性金屬襯底進行拋光，然后在柔性金屬襯底上沉積0.5-3μm的In-Sn合金薄膜，在真空條件下，將In-Sn合金薄膜與Cu-Ga合金薄膜緊密貼合，加熱至100℃～150℃后，保持15min～30min，形成鍵合金屬合金層。更進一步：所述柔性金屬襯底為不銹鋼、鈦箔、銅箔、鉬箔中的一種。更進一步：還包括步驟106，采用化學水浴法在CIGS光吸收層表面沉積厚度為50～80nm的CdS緩沖層；采用磁控濺射工藝在CdS緩沖層上，分別沉積厚度為50nm的本征氧化鋅薄膜和300～800nm的透明導電薄膜。更進一步：所述ITO薄膜為摻雜10mol％錫的氧化銦。本專利技術具有的優點和積極效果是：通過采用上述技術方案：1)在蘇打玻璃等剛性襯底上沉積CIGS光吸收層，然后再將其轉移至柔性襯底上，避免了直接在柔性襯底上制備CIGS光吸收層時存在的雜質擴散、承受溫度不高等限制，采用高溫蒸發工藝制備的CIGS光吸收層具有更好的結晶質量和光電性質。2)采用蘇打玻璃襯底沉積CIGS，此過程中玻璃內部的堿金屬原子擴散進入CIGS吸收層，改善其電學性質。然后再將其轉移至柔性襯底上，在提高電池性能的同時，省去了在柔性襯底上制備CIGS光吸收層時的堿金屬摻雜工藝。3)玻璃襯底上沉積CIGS光吸收層，然后轉移至柔性襯底上，避免了塑料襯底熱膨脹系數與Mo和CIGS光吸收層不匹配的問題，解決了在柔性襯底上制備CIGS光吸收層時存在的薄膜開裂、甚至脫落等問題，有利于提高批量生產時電池的成品率。4)本專利提出的制備柔性襯底CIGS光吸收層太陽電池的方法避免了柔性襯底經歷高溫烘烤，拓寬了柔性襯底材料的選擇范圍，更過廉價、輕質但耐溫性差的材料可用于柔性CIGS光吸收層太陽電池，有利于降低批產電池的成本。附圖說明圖1是本專利技術優選實施例步驟101得到的樣品結構；圖2是本專利技術優選實施例步驟102得到的樣品結構；圖3是本專利技術優選實施例步驟103得到的樣品結構；圖4是本專利技術優選實施例步驟104鍵合前的準備工作樣品結構；圖5是本專利技術優選實施例步驟104鍵合后的樣品結構；；圖6是本專利技術優選實施例步驟105中去除臨時支撐層的樣品結構本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池制備方法；其特征在于：至少包括如下步驟：步驟101、在蘇打玻璃襯底上，采用高溫共蒸發工藝制備CIGS光吸收層；步驟102、黏貼臨時支撐層；具體為：將石蠟覆蓋在CIGS光吸收層表面、邊緣及側面，并加熱到70～120℃，待石蠟融化后粘附臨時支撐層；所述臨時支撐層的材料為PI或PET或PEN中的一種；步驟103、去除蘇打玻璃襯底；具體為：待石蠟固化后，將上述黏貼有臨時支撐層的蘇打玻璃襯底浸沒于質量分數為40％的氫氟酸中，并加熱至80℃～100℃，將蘇打玻璃襯底腐蝕掉；步驟104、鍵合柔性襯底；步驟105、去除臨時支撐層；具體為：首先采用檸檬烯溶解CIGS光吸收層表面的石蠟，將臨時支撐襯底與石蠟去除，并用去離子水清洗，氮氣吹干；然后采用化學水浴法制備工藝沉積厚度為50～80nm的CdS緩沖層；采用磁控濺射工藝在緩沖層上，分為沉積厚度為50nm的本征氧化鋅薄膜和300～800nm的ITO薄膜，采用電子束蒸發工藝在ITO薄膜上制備3μm的鋁電極，完成電池器件的制備。

【技術特征摘要】
1.一種柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池制備方法；其特征在于：至少包括如下步驟：步驟101、在蘇打玻璃襯底上，采用高溫共蒸發工藝制備CIGS光吸收層；步驟102、黏貼臨時支撐層；具體為：將石蠟覆蓋在CIGS光吸收層表面、邊緣及側面，并加熱到70～120℃，待石蠟融化后粘附臨時支撐層；所述臨時支撐層的材料為PI或PET或PEN中的一種；步驟103、去除蘇打玻璃襯底；具體為：待石蠟固化后，將上述黏貼有臨時支撐層的蘇打玻璃襯底浸沒于質量分數為40％的氫氟酸中，并加熱至80℃～100℃，將蘇打玻璃襯底腐蝕掉；步驟104、鍵合柔性襯底；步驟105、去除臨時支撐層；具體為：首先采用檸檬烯溶解CIGS光吸收層表面的石蠟，將臨時支撐襯底與石蠟去除，并用去離子水清洗，氮氣吹干；然后采用化學水浴法制備工藝沉積厚度為50～80nm的CdS緩沖層；采用磁控濺射工藝在緩沖層上，分為沉積厚度為50nm的本征氧化鋅薄膜和300～800nm的ITO薄膜，采用電子束蒸發工藝在ITO薄膜上制備3μm的鋁電極，完成電池器件的制備。2.根據權利要求1所述柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池制備方法，其特征在于：所述蘇打玻璃襯底的厚度范圍是1.5mm～2mm。3.根據權利要求2所述柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池制備方法，其特征在于：所述步驟101具體為：步驟1011、利用丙酮浸泡蘇打玻璃襯底，然后進行超聲清洗40min；隨后經過離子水沖洗后浸泡在乙醇中超聲清洗20min，最后利用去離子水反復沖洗；步驟1012、制備電池正極；具體為：在蘇打玻璃襯底上采用直流磁控濺射工藝沉積0.5μm～1μm厚的Mo薄膜作為電池正極；濺射工藝采用本底真空為1×10-3Pa，通過調節Ar氣通入流量分別在氣壓1～5Pa和氣壓為0.01～0.5Pa條件下，先后沉積兩層Mo薄膜，兩層薄膜厚度之比約為1:9；步驟1013、高溫沉積CIGS吸收層；具體為：采用共蒸發三步法在Mo電極層上制備CIGS光吸...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王赫，姚立勇，楊亦桐，張超，楊立，鄧超文，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第十八研究所，
類型：發明
國別省市：天津;12