專利名稱：一種柔性薄膜太陽能電池制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池制作方法，特別涉及一種柔性薄膜太陽能電池制備方法。
背景技術(shù)：
在該技術(shù)領(lǐng)域，目前研究最多的太陽能電池有硅太陽能電池、化合物半導(dǎo)體太陽 能電池和染料敏化太陽能電池。硅材料的研究主要受益于微電子行業(yè)的高速發(fā)展，這很大 地促進(jìn)了單晶硅制備技術(shù)的提高，直接促進(jìn)了太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的提高，其技術(shù)是現(xiàn)在 最成熟的。在實(shí)驗(yàn)室里其效率最高可達(dá)到24%，商品電池的效率為17%。但是高純晶體硅的提 煉是一個高成本、高污染的過程，為了節(jié)省硅材料成本，發(fā)展了多晶硅和非晶硅薄膜電池， 但是其轉(zhuǎn)換效率不高、存在光衰減等缺陷仍然制約有硅太陽能電池的發(fā)展。作為化合物半導(dǎo)體太陽能電池的代表，銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池具有高效率、 低成本、無光衰退、適合大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為太陽能主要發(fā)展的方向。德國一家太 陽能和氫能研究機(jī)構(gòu)ZSW共同研制的采用共蒸發(fā)法銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池的光電轉(zhuǎn) 化效率達(dá)到20. 3%，創(chuàng)造了新的世界記錄，大面積薄膜電池組件的效率已經(jīng)達(dá)到13%。由于 柔性襯底具有質(zhì)量輕，性能穩(wěn)定，最重要的是其可采用卷對卷(roll-to-roll)生產(chǎn)方式可 以大幅度降低生產(chǎn)成本。因此采用柔性襯底是CIGS薄膜電池的發(fā)展趨勢之一。柔性襯底 可以是不銹鋼、鈦、鉬、銅片等金屬，也可以是聚合物(聚酰亞胺)。采用柔性襯底可與卷繞 技術(shù)相結(jié)合，大規(guī)模制備質(zhì)量輕、可彎曲的電池。NRE采用共蒸發(fā)法，創(chuàng)造了不銹鋼襯底上小 面積電池效率17. 5%;德國Hahn — Meitner-Institute在鈦襯底上共蒸發(fā)得到CIGS電池 效率為16. 2% ；美國GlobalSolar公司0. 4MW中試線生產(chǎn)不銹鋼襯底上小面積電池效率 為12. 5% ;ETH(SWI)采用共蒸發(fā)法在聚合物襯底上制得的CIGS電池效率為12. 8%。日 本的產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所已確認(rèn)該公司采用柔性底板的CIGS型太陽能電池實(shí)現(xiàn)了 17. 7% 的單元轉(zhuǎn)換效率世界記錄。這一效率值在柔性CIGS型太陽能電池中估計(jì)達(dá)到了全球最高 水平。研究表面在制造柔性CIGS型太陽能電池時，存在ρ型半導(dǎo)體形成方面的問題。CIGS 型太陽能電池的P型半導(dǎo)體的載流子密度由添加鈉(Na)等堿金屬來進(jìn)行控制。此次，產(chǎn) 總研開發(fā)出了 “Alkali-silicate Glass Thin Layer (ASTL)法”，該技術(shù)首先在底板上形 成硅酸鹽玻璃層，然后通過控制該層的成膜條件來控制經(jīng)過背面電極層擴(kuò)散至光吸收層的 堿金屬量。這樣一來，便能夠輕松地添加堿金屬，并使再現(xiàn)性得到提高，從而大幅提高了太 陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，但是控制條件復(fù)雜并且提高了制作成本。
制作高性能的太陽能電池，襯底溫度要求始終高于350°C，并對襯底的膨脹系數(shù)、表面 粗糙度、化學(xué)穩(wěn)定性都有要求。硬性玻璃襯底不僅滿足上述條件并且加入鈉可以向吸收層 自發(fā)的擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)鈉的滲入以改進(jìn)太陽能電池的電學(xué)性質(zhì)，所以柔性襯底太陽能電池轉(zhuǎn)換效 率始終低于傳統(tǒng)硬性太陽能電池轉(zhuǎn)換效率。但硬性襯底易碎并且無靈活性嚴(yán)格限制了其應(yīng) 用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)在制作高性能太陽能電池制作條件要求高的問題，提出了一種柔 性薄膜太陽能電池制備方法，在傳統(tǒng)的薄膜太陽能電池制作基礎(chǔ)上，其中關(guān)鍵技術(shù)就是在 硬性襯底和薄膜太陽能電池之間生長犧牲層。利用共蒸發(fā)、濺射或化學(xué)技術(shù)在硬性襯底上 形成一層犧牲層。通過剝離處理犧牲層使得薄膜太陽能電池從硬性襯底上轉(zhuǎn)移到柔性襯底 上。這樣既有利于制作高效的太陽能電池，又發(fā)揮了柔性襯底的優(yōu)勢。且制造成本低、設(shè)備 簡單。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種柔性薄膜太陽能電池制備方法，具體包括以下步驟
a)犧牲層制作采用真空蒸發(fā)法在玻璃、硅片硬質(zhì)材料襯底上蒸發(fā)、濺射沉積或化學(xué) 沉積方法制備IO-IOOOnm的犧牲層；
b)太陽能電池薄膜制作采用濺射或真空蒸發(fā)或化學(xué)合成方法在長有犧牲層的硬質(zhì) 襯底上生長高性能薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)；
c)和柔性襯底粘合將柔性襯底在干燥的環(huán)境下與步驟2)所得薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu) 粘合；
d)剝離處理將粘合后的夾層結(jié)構(gòu)，即柔性襯底、太陽能電池、硬質(zhì)襯底，在常溫下剝 離，經(jīng)過一段時間后薄膜從犧牲層處與硬質(zhì)襯底分離，并形成柔性襯底上的太陽能電池層 結(jié)構(gòu)；
e)得到太陽能電池繼續(xù)在上述柔性襯底上的太陽能電池結(jié)構(gòu)上完成完整的太陽能 電池工藝，得到最終的高性能太陽能電池結(jié)構(gòu)。所述犧牲層可以是氟化鈉層，硅化鈉、硫化鈉。所述步驟C)中的粘合過程可以在室溫或烘烤條件下進(jìn)行，同時可以用粘性膠帶、 銀漿輔助進(jìn)行。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明柔性薄膜太陽能電池制備方法，具有高效率、高穩(wěn) 定的優(yōu)勢，又發(fā)揮了柔性襯底節(jié)約材料容易加工的特點(diǎn)，減少工藝步驟，降低成本。適合大 規(guī)模生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明柔性薄膜太陽能電池制備方法實(shí)施例1圖； 圖2為本發(fā)明柔性薄膜太陽能電池制備方法實(shí)施例2圖3為本發(fā)明柔性薄膜太陽能電池制備方法實(shí)施例3圖。
具體實(shí)施例方式傳統(tǒng)的薄膜太陽能電池制作基礎(chǔ)上，其中關(guān)鍵技術(shù)就是在硬性襯底和薄膜太陽能 電池之間生長犧牲層。利用共蒸發(fā)、濺射或化學(xué)技術(shù)在硬性襯底上形成一層犧牲層。通過 剝離處理犧牲層使得薄膜太陽能電池從硬性襯底上轉(zhuǎn)移到柔性襯底上。具體包括以下步驟
a)犧牲層制作所用犧牲層可以是但不限于氟化鈉層，硅化鈉、硫化鈉；采用真空蒸發(fā) 法在玻璃、硅片等硬質(zhì)材料襯底上蒸發(fā)、濺射沉積或化學(xué)沉積方法制備IO-IOOOnm的犧牲層。b)太陽能電池薄膜制作采用濺射或真空蒸發(fā)或化學(xué)合成方法在長有犧牲層的 硬質(zhì)襯底上生長高性能薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，如Mo電極，CIGS吸收層，CdS, ZnO,Ni/Al電
極層等。c)和柔性襯底粘合將柔性襯底在干燥的環(huán)境下與上述薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)粘 合，粘合過程可以在室溫或烘烤條件下進(jìn)行，同時可以用粘性膠帶、銀漿等輔助進(jìn)行，粘合 完成后也可以采用各種加固技術(shù)。d)剝離處理將粘合后的夾層結(jié)構(gòu)(即柔性襯底+太陽能電池+硬質(zhì)襯底)在常溫 下剝離，經(jīng)過一段時間后薄膜從犧牲層處與硬質(zhì)襯底分離，并形成柔性襯底上的太陽能電 池層結(jié)構(gòu)。所述薄膜與硬性襯底的剝離可以放入適合的溶液中也可以是用其它剝離方法。e)得到太陽能電池繼續(xù)在上述柔性襯底上的太陽能電池結(jié)構(gòu)上完成完整的太 陽能電池工藝，如用Mo或ITO導(dǎo)電玻璃層等作為背電極，采用絲網(wǎng)印刷、光刻、電子束蒸發(fā)、 電子鍍等制作前電極，得到最終的高性能太陽能電池結(jié)構(gòu)。所述太陽能電池工藝以不破壞 犧牲層為前提；或者以特殊的保護(hù)工藝來防止太陽能電池工藝對犧牲層可能存在的破壞作 用；具體的工藝參數(shù)條件可以根據(jù)所選硬質(zhì)襯底、犧牲層材料和最優(yōu)太陽能電池性能的需 要共同決定。如圖1、2、3所示方法中包括硬性襯底1、透明柔性襯底2、犧牲層3、Mo電極4、CIGS 吸收層5、電極層6、粘合劑7、CdTe太陽能電池構(gòu)件8。如圖1所示，柔性薄膜太陽能電池制備方法實(shí)施例1，采用真空蒸發(fā)法在玻璃硬質(zhì) 材料襯底ι上蒸發(fā)10-500nm的犧牲層。蒸發(fā)環(huán)境壓力為1. 2X 10_3Pa，硬性襯底溫度為常 溫，濺射電壓1-10萬伏，濺射時間數(shù)分鐘。采用真空蒸發(fā)在長有犧牲層的玻璃硬質(zhì)襯底上 生長高性能薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，如Mo電極，CIGS吸收層，CdS, ZnO,Ni/Al電極層等。將 柔性襯底在干燥的環(huán)境下與上述薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)粘合，粘合完成后也可以采用各種加 固技術(shù)。將粘合后的夾層結(jié)構(gòu)(即柔性襯底+太陽能電池+硬質(zhì)襯底)在常溫下放入合適的 溶液中，經(jīng)過一段時間后薄膜從犧牲層處與硬質(zhì)襯底分離，并形成柔性襯底上的太陽能電 池層結(jié)構(gòu)，得到最終的高性能太陽能電池結(jié)構(gòu)。如圖2所示柔性薄膜太陽能電池制備方法實(shí)施例2，薄膜太陽能電池CIGS吸收層 制作方法，采用真空蒸發(fā)法在玻璃硬質(zhì)材料襯底1上蒸發(fā)10-200nm的犧牲層，工藝標(biāo)準(zhǔn)如 上所述。采用真空蒸發(fā)在長有犧牲層的硬質(zhì)襯底上生長Mo電極和高性能薄膜太陽能電池 吸收層CIGS。將柔性襯底在干燥的環(huán)境下與上述薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)用膠帶粘合。將粘合 后的夾層結(jié)構(gòu)(即柔性襯底+CIGS+硬質(zhì)襯底)在常溫下放入溶劑中，經(jīng)過一段時間后薄膜從 犧牲層處與硬質(zhì)襯底分離，并形成柔性襯底上的CIGS吸收層。然后再繼續(xù)依次生長CdS， ZnO, ZAO，Ni/Al 電極層等。如圖3所示柔性薄膜太陽能電池制備方法實(shí)施例3，CdTe太陽能電池制作方法，采 用真空蒸發(fā)法在玻璃硬質(zhì)材料襯底1上蒸發(fā)10-200nm的犧牲層，工藝標(biāo)準(zhǔn)如上所述。在犧 牲層上生長CdTe薄膜太陽能電池構(gòu)件，將柔性襯底在干燥的環(huán)境下與上述薄膜太陽能電 池結(jié)構(gòu)用膠帶粘合。將粘合后的夾層結(jié)構(gòu)(即柔性襯底+CdTe太陽能電池+硬質(zhì)襯底)在常 溫下放入溶液中，經(jīng)過一段時間后薄膜從犧牲層處與硬質(zhì)襯底分離，并形成柔性襯底上的 CdTe薄膜太陽能電池。
權(quán)利要求
1.一種柔性薄膜太陽能電池制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟a)犧牲層制作采用真空蒸發(fā)法在玻璃、硅片硬質(zhì)材料襯底上蒸發(fā)、濺射沉積或化學(xué) 沉積方法制備IO-IOOOnm的犧牲層；b)太陽能電池薄膜制作采用濺射或真空蒸發(fā)或化學(xué)合成方法在長有犧牲層的硬質(zhì) 襯底上生長高性能薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)；c)和柔性襯底粘合將柔性襯底在干燥的環(huán)境下與步驟2)所得薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu) 粘合；d)剝離處理將粘合后的夾層結(jié)構(gòu)，即柔性襯底、太陽能電池、硬質(zhì)襯底，在常溫下剝 離，經(jīng)過一段時間后薄膜從犧牲層處與硬質(zhì)襯底分離，并形成柔性襯底上的太陽能電池層 結(jié)構(gòu)；e)得到太陽能電池繼續(xù)在上述柔性襯底上的太陽能電池結(jié)構(gòu)上完成完整的太陽能 電池工藝，得到最終的高性能太陽能電池結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述柔性薄膜太陽能電池制備方法，其特征在于，所述犧牲層可以 是氟化鈉層，硅化鈉、硫化鈉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述柔性薄膜太陽能電池制備方法，其特征在于，所述步驟c)中的 粘合過程可以在室溫或烘烤條件下進(jìn)行，同時可以用粘性膠帶、銀漿輔助進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種柔性薄膜太陽能電池制備方法，在傳統(tǒng)的薄膜太陽能電池制作基礎(chǔ)上，其中關(guān)鍵技術(shù)就是在硬性襯底和薄膜太陽能電池之間生長犧牲層。利用共蒸發(fā)、濺射或化學(xué)技術(shù)在硬性襯底上形成一層犧牲層。通過剝離處理犧牲層使得薄膜太陽能電池從硬性襯底上轉(zhuǎn)移到柔性襯底上。具有高效率、高穩(wěn)定的優(yōu)勢，又發(fā)揮了柔性襯底節(jié)約材料容易加工的特點(diǎn)，減少工藝步驟，降低成本，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號H01L31/18GK102104087SQ20101058891
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者安正華, 李紅琴, 楊斌, 田子傲, 門傳玲 申請人:上海理工大學(xué)