[發明專利]一種柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件及其制備方法

無效

• 申請號: 201310241044.9
• 申請日: 2013-06-18
• 公開（公告）號: CN103346173A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 劉瑋;李志國;孫云;周志強;張毅
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/18
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明涉及太陽電池技術領域，特別是涉及一種柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件及其制備方法。

背景技術

銅銦鎵硒薄膜太陽電池具有高轉換效率、抗輻照能力強，不衰減等性能優點，是國際光伏界研究和投資的熱點，是最具發展前景的薄膜太陽電池之一。CIGS薄膜太陽電池屬于第二代光伏電池，以多晶CIGS材料為電池的吸收層，自七十年代以來取得了迅速的發展，目前CIGS薄膜太陽電池的最高實驗室效率已經達到20.4%，與多晶硅電池的轉換效率接近，是所有薄膜電池中轉換效率最高的。柔性CIGS薄膜電池具有高質量功率比、適合卷對卷規模化生產和單片集成等優勢，此外還具有柔性、可折疊和不怕摔碰等物理特性，可用于航天航空、地面曲面建筑物和移動電站等領域，其商業發展前景受到廣泛關注。

小面積CIGS薄膜太陽電池采用Ni/Al柵電極收集電流，而對于大面積電池來說，為了消除柵線帶來的遮光損失，提高光伏電池的美觀程度，適應實際應用中對電源電壓和電流的要求，一般采用劃線的方式將大面積CIGS薄膜電池分割成單體子電池，通過內部串聯的方式形成CIGS薄膜太陽電池組件。玻璃襯底CIGS薄膜電池組件采用激光劃線的方式從背面切割背電極，形成薄膜電池組件的基礎，但是聚酰亞胺或者柔性金屬材料不透明，激光難以穿過柔性基板，不能采用背面切割背電極的方法劃線，而采用正面機械劃線的方式切割背電極，機械刀頭會陷入柔性基板內部，同時產生大量碎片殘留在刻槽中，造成組件子電池短路。因此需要針對柔性基板CIGS薄膜太陽電池組件的特點，研發新型柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件及其制備方法。

發明內容

本發明的目的是針對上述存在的問題，提供一種柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件及其制備方法。

本發明的技術方案：

一種柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件，由柔性基板、雙層Mo金屬背電極、銅銦鎵硒薄膜吸收層、CdS緩沖層、本征ZnO薄膜阻擋層和透明導電摻鋁ZnO薄膜窗口層組成并依次形成疊層結構，各層的厚度為：雙層Mo金屬背電極中第一層Mo薄膜厚度為200-300nm、第二層Mo薄膜厚度為300-1200nm、銅銦鎵硒薄膜吸收層1-3μm、CdS緩沖層50-100nm、本征ZnO薄膜阻擋層50-100nm、透明導電摻鋁ZnO薄膜窗口層300-800nm。

一種所述柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件的制備方法，步驟如下：

1）將柔性基板超聲清洗吹干后，采用直流磁控濺射法沉積金屬背電極，然后從背電極正面遠處發射激光束，激光束焦點落到背電極表面，在惰性氣體氮氣或氬氣保護下劃出第一條刻槽；

2）刻有第一條刻槽的背電極超聲清洗、吹干后，采用多源共蒸發法或濺射預制層后硒化法制備銅銦鎵硒薄膜吸收層，基板加熱溫度為350-550^oC；

3）接著采用化學水浴法制備CdS緩沖層；

4）再采用高頻磁控濺射法制備本征ZnO薄膜阻擋層，然后采用機械刀頭在第一條刻槽旁劃出第二條刻槽，刻槽深度到背電極表面，同時采用高壓干燥氣體空氣或氮氣吹掉劃線過程中產生的殘渣和碎片；

5）在現有多層膜和第二條刻槽上采用孿生對靶直流磁控濺射法沉積透明導電薄膜形成窗口層，然后采用機械刀頭在第二條刻槽旁邊劃出第三條刻槽，刻槽深度到背電極表面，同時采用高壓干燥氣體空氣或氮氣吹掉劃線過程中產生的殘渣和碎片。

所述柔性基底材料為聚酰亞胺、不銹鋼箔、Mo箔、Cu箔、Al箔或Ti箔。

所述第一條刻槽的寬度為30-50μm，激光源功率為9W或25W，激光束波長為532nm或1064nm，頻率為14-30kHz，電流為20-28A，激光劃線速度為200-300mm/s；第二條和第三條刻槽的寬度為50-100μm，機械劃線速度為150-300mm/s。

所述第一條與第二條、第二條與第三條的刻槽間距均為50-200μm。

本發明的優點：1）適合卷對卷工藝規?；苽浯竺娣e柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件，滿足實際應用中對光伏組件電壓和電流的要求，同時提高生產效率，降低生產成本；2）在惰性氣體保護下，采用激光光束正面切割背電極的方式劃開第一條刻槽，惰性氣體可以降低激光對基板的損傷，同時清除第一條刻槽中的金屬熔渣，保證金屬背電極中刻槽完全被劃開，背電極間的絕緣性良好；?3）第二條和第三條刻槽劃線時，高壓干燥氣體可吹除刻槽中的殘渣和碎片，刻槽寬度均勻一致，組件子電池之間的電學絕緣性好。

附圖說明

圖1為柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池組件的結構示意圖。