本發明專利技術公開了一種制備卷對卷真空鍍膜可撓性基板及薄膜的方法，使用整卷鋁箔或鋁合金箔為基材，鍍膜前先針對基板表面進行陽極處理，并同時添加鈉元素，高溫CIGS蒸鍍成膜時藉由擴散過程鈉元素會進入CIGS膜層中以提高電池的效率。首創使用鋁或者鋁合金箔當作基材，緩沖層方面并使用濺鍍的鋅鎂氧膜層取代傳統的水浴法的CdS膜，使得CIGS太陽能電池能夠實現整卷的生產，利用卷對卷濺鍍機鍍下電極、緩沖層及透明導電膜層，利用卷對卷蒸鍍機制備CIGS吸收層，實現CIGS電池的生產在全真空的制程下完成，確保大面積的均勻性，大幅提高電池的生產效率及產率，提高了薄膜質量及性能，符合CIGS薄膜太陽能電池的生產需求。
【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了一種制備卷對卷真空鍍膜可撓性基板及薄膜的方法，使用整卷鋁箔或鋁合金箔為基材，鍍膜前先針對基板表面進行陽極處理，并同時添加鈉元素，高溫CIGS蒸鍍成膜時藉由擴散過程鈉元素會進入CIGS膜層中以提高電池的效率。首創使用鋁或者鋁合金箔當作基材，緩沖層方面并使用濺鍍的鋅鎂氧膜層取代傳統的水浴法的CdS膜，使得CIGS太陽能電池能夠實現整卷的生產，利用卷對卷濺鍍機鍍下電極、緩沖層及透明導電膜層，利用卷對卷蒸鍍機制備CIGS吸收層，實現CIGS電池的生產在全真空的制程下完成，確保大面積的均勻性，大幅提高電池的生產效率及產率，提高了薄膜質量及性能，符合CIGS薄膜太陽能電池的生產需求?！緦＠f明】
本專利技術涉及ー種真空卷對卷鍍膜用可撓性基材及薄膜的制備方法，屬于太陽能光伏領域。
技術介紹
全球能源需求逐年攀高，在節能及環保意識抬頭下，發展再生能源為全球共同的目標；以再生能源來說，無論水力、風力、地熱發電來說，均需以動能轉換方式來獲得轉換效率，而太陽能發電則是利用太陽光轉換成電能之發電系統，在太陽能發電系統中無可動部分，不像風力、水力、地熱等發電系統中均須用到轉動機械，因此不會有高溫高壓及噪音等困擾，在發電過程中不造成環境負擔，為ー潔凈地綠色能源。另外，太陽光源取之不盡用之不竭的特性，使得太陽能發電系統能具有永續利用之一大優點；雖然現今太陽能發電之光電轉換效率尚不高，但太陽能發電系統不需耗費額外的能源成本為其優勢，換句話說，這些原本不被人們利用的能源現在有部分比例作為電カ來源。太陽每天照射到地表的能量，超過全人類30年所需要的能源，太陽能電池已成為未來替代能源的主流。預估至2100年全球能源使用太陽能的利用率將達60%。太陽能電池的種類眾多，而CIGS(銅銦鎵硒)薄膜太陽能電池擁有高轉換效率及發展潛カ而受到矚目，目前CIGS(銅銦鎵硒)薄膜太陽能電池最高轉換效率由美國再生能源實驗室(NREL)所創造，其效率已達20%。CIGS從1995年發展至今轉換效率已經提高足足有7%之多，相較于同樣時間內CdTe的4%、單晶硅與多晶硅各為3%以及非晶硅的1%，足以看出CIGS在轉換效率上的發展潛力。CIGS屬于1-1I1-VI族的多晶黃銅礦結構(Chalcopyrite)化合物，是一種由I1- VI族化合物閃鋒礦結構(Zinc-Blend Structure)所衍生而來的半導體材料，由兩個閃鋅礦之単位晶胞堆棧而成，原屬II族元素之晶格位置由I族及III族所取代而形成，而 黃銅礦內部In所處晶格位置則可為所添加之Ga元素取代。CIGS (銅銦鎵硒)具有直接能隙(Direct band-gap)性質的P_type半導體特性,并且有相當高的光吸收系數a (a =IO4^lO5 cnT1)，是單晶硅的100倍，能涵蓋大部分的太陽光譜，與其它太陽能電池相比，故僅需的厚度，即可吸收99%以上的入射太陽光。目前CIGS薄膜太陽能電池最高轉換效率由美國再生能源實驗室(NREL)所創造，其效率已達20%。且NREL于2011年評估報告顯示，CIGS (銅銦鎵硒)在轉換效率上會以每年0.3%往上成長。CIGS(銅銦鎵硒)薄膜太陽能電池發展至今其組件結構大致件由上電極(AL/Ni)、抗反射層(MgF2)、光窗層(AZ0/IT0)、緩沖層(CdS)、吸收層(CIGS)、背電極(Mo)與基板(SS/GLASS/PET)所組成；在単一膜層內，各材料成份比之參數調配、薄膜晶體結構、制程方式與優化制程等各種因素為其制備上的挑戰，此外，還需考慮到各膜層堆棧成組件的匹配性、各膜層制備方式與制程間的相互影響等眾多因素，尤其從相關文獻顯示CIGS(銅銦鎵硒)對于各種制程參數下對于組件影響極其敏感，更增添CIGS (銅銦鎵硒)薄膜太陽能電池在制備上的困難，同時也使得技術門坎相對地提高，在國際光伏界認為是技術難度比較大的ー種太陽電池。靶材是具有固定形狀用于濺射鍍膜之母材。靶材若依材料分類可簡單地分為金屬與陶瓷兩大類，若依制程分類通常可大略區分為熔煉制程與粉末冶金制程兩大類。大多數金屬靶材采熔煉制程，少數靶材鑒于使用時晶粒大小控制、合金成份熔點差距太大等諸因素才采用粉末冶金制程。針對金屬或者合金靶材一般采用真空感應熔煉來調配成分，并經過后段的鍛造及熱處理等機加工方式獲得所需靶材。目前光電及半導體產業中如觸控屏、集成電路、液晶屏、建筑玻璃、光學膜及薄膜太陽能電池等，為獲得大面積均勻性及量產性，相關薄膜均大量使用真空磁控濺鍍制程。多元化合物太陽能電池為目前最受屬目的材料之一，系為以I族-1II族-1V族所構成的太陽能電池吸收層可以其成份調控進行能系改變而達到最佳光電轉換效率，其中，I族為銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)，III族為鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)，IV族為硫(S)、硒(Se)、銻(Te)，目前以銅銦鎵硒太陽能電池光電轉換效率最高。CIGS膜層中吸收層是影響電池效率及生產方式的重要膜層，吸收層一般使用真空蒸鍍及真空磁控濺鍍加后硒化熱處理的兩種主要制程，具有大面積成膜及獲得較佳均勻性的特性。典型CIGS太陽能電池依基材由下往上為Mo (鑰背電極層)/CIGS (銅銦鎵硒吸收層)/CdS (硫化鎘緩沖層)/ZnO+AZO (氧化鋅與參雜鋁氧化鋅光窗層)/Al (鋁上電極層)，一般背電極層、光窗層采真空濺鍍方式，緩沖層采化學水域方式，相較于組件結構各膜層中，吸收層制備方式共分兩大類:1.真空制程，包含共蒸鍍及濺鍍前趨物與硒化制程；2.非真空制程，包含電鍍及涂布等；其中使用以化學浴方式制備緩沖層主要原因為目前階段所制作吸收層表面非常粗大，需藉由水浴法來達到緩沖層完整批覆于吸收層上，然而，在整個生產CIGS太陽電池過程中，使用水浴法制程方式有幾種限制:1.對于生產連續性不加；2.大面積均勻性不易控制；3.水浴法制作過程中需耗大量水；4.水浴法所使用化學溶劑后續處理成本高。若能將吸收層的表面平坦化就可以不采用水域法來做緩沖層，避免生產的不連續性來提高生產效率與良率，并降低生產成本。為大量與大面積化的制備吸收層薄膜，目前制程方式系采用濺鍍前趨物與后硒化制程，其中，早期前趨物金屬薄膜設計為單一元素或雙元合金金屬采用多槍濺鍍，制程道次多、時間長且有低熔點合金制程不穩定性等因素，但由于前趨層含低熔點的銦元素，使用傳統鍍膜參數將使的前驅物薄膜表面粗糙度變大(>300nm)，將來高溫硒化后的CIGS表面將無法達到理想的平坦化，不利于后續緩沖層及光窗層的制備，且所需形成吸收層相變化溫度降低，造成后續硒化無法持續擴散至前趨物薄膜中進行反應，使得硒化不完全及轉換效率無法有效提升，因上述原因而提高制造成本與降低了制程良率及產率。且本專利技術以前CIGS太陽能電池大都是采用單片式生產，量產率低，所需的人工較多，相對的生產成本也無法大幅下降。另外有些人采用在PI上卷對卷蒸鍍成膜的方式來制作CIGS電池，可以達到輕量化的需求，但由于制程溫度無法拉高(〈300°C )，無法形成有效均一的CIGS相，所以電池效率一直停留在5-10%，尚無法突破。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種制備真空卷對卷鍍膜用可撓性基板及薄膜的方法，使用整卷鋁箔或鋁合金箔為基材，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種制備真空卷對卷鍍膜可撓性基材及薄膜的方法，其特征為：使用幅寬15?150cm的整卷鋁箔或鋁合金為基材，鋁箔或鋁合金的厚度小于1.0mm，鍍膜前先針對基材表面進行陽極化處理，陽極化處理的工藝參數為：陽極為鋁，陰極為鉛，電解液組成成分為：濃硫酸和硫代硫酸鈉，其中濃硫酸和硫代硫酸鈉的體積比為2:7?9，硫代硫酸鈉為1?5mol/L,電流密度為1.5?2.0A/dm2?，反應時間為30?50min，反應溫度：15?25℃，使得基材中添加的鈉元素的質量占基材總質量的0.1?10%；接著把基材置入卷對卷真空濺鍍機腔體內，然后以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至0.7×10?5?0.9×10?5?torr后，利用氬氣當作工作氣體，透過節流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為5×10?3torr，使用DC電源在基材上濺鍍第一層500nm厚的Mo薄膜；然后再使用卷對卷共蒸鍍機制造第二層2000nm厚的CIGS吸收層薄膜，共蒸鍍鍍膜時基材加熱至300?550℃；接著以真空濺鍍法制備第三層鋅鎂氧薄膜，使用鋅鎂氧靶材放在濺鍍機上，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至0.7×10?5?0.9×10?5?torr后，利用氬氣當作工作氣體，透過節流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為2.5×10?3torr，以RF電源進行濺鍍制程，制得厚度100nm的鋅鎂氧薄膜；最后鍍制第四層透明導電膜，使用氧化銦錫靶材放入真空腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至0.7×10?5?0.9×10?5?torr后，利用氬氣當作工作氣體，透過節流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為2×10?3torr，以RF電源進行濺鍍制程，制得厚度100nm的透明導電氧化銦錫薄膜，即得。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃信二，
申請(專利權)人：研創應用材料贛州有限公司，
類型：發明
國別省市：
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