[發明專利]含有聚酰亞胺層的柔性基板、含有聚酰亞胺層的柔性太陽能電池用基板、柔性太陽能電池以及它們的制造方法

有效

• 申請號: 201380025071.0
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN104284777B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 服部公一;平石克文;太田拓平;寺嶋晉一;須田秀昭;黑崎將夫;田中將元;長崎俢司;水山淳
• 申請（專利權）人: 新日鐵住金化學株式會社
• 主分類號: B32B15/08
• 分類號: B32B15/08;B05D1/00;B05D3/02;H01L31/04;H01L31/18
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 苗堃,金世煜

技術領域

本發明涉及適合作為太陽能電池基板以及印刷布線基板的含有聚酰亞胺層的柔性基板、含有聚酰亞胺層的柔性太陽能電池用基板、使用其的柔性太陽能電池以及它們的制造方法。

背景技術

作為太陽能電池，開發了使用硅的單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池或者化合物半導體太陽能電池、色素敏化太陽能電池、有機薄膜太陽能電池等各種太陽能電池。這些太陽能電池中，當然要求光電轉換效率高，伴隨著向多樣的用途的展開，不斷要求輕型、高耐久以及可自由彎曲的柔性。

隨著該高柔性需求的提高，使用了具有撓性的基板的化合物系薄膜太陽能電池備受矚目。迄今為止，主要使用玻璃基板作為薄膜系太陽能電池用基板，但玻璃基板存在易破裂、操作需要充分注意，并且缺乏柔性的缺點。另一方面，對太陽能電池要求大型化·大面積化·輕型化，因此，如上所述，今后越來越考慮追求代替玻璃的輕型且柔性的基板。

作為化合物系薄膜太陽能電池，已知使用CdS/CdTe、CIS[CuInS₂]、CIGS[Cu(In，Ga)Se₂]等化合物半導體作為光電轉換層(光吸收層)的化合物系薄膜太陽能電池。這些化合物系薄膜太陽能電池用途中，作為滿足輕型且柔性的要求的基板，提出了樹脂基板、鋁合金基板等。應予說明，使用鋁合金等金屬基板作為集成型太陽能電池的基板時，在基板與光電轉換層之間設有陽極氧化被膜等絕緣層。因此，構成基板的材料多層化，由于各構成材料所具有的熱膨脹系數的不同，層疊物潛在地容易剝離。因此，在今后要求以往不成為問題的高等級的柔性變形性的情況下，對于以往的層疊基材而言由伴隨變形產生的形變可能導致層疊物剝離。

形成上述化合物系半導體的薄膜作為光電轉換層的情況下，在基板上配置上述化合物，根據化合物的種類在350～600℃進行燒結。例如，連續生產中形成CIGS層(薄膜)時，優選在350～500℃、以4～20m/分鐘的線速度進行燒結，因此，對基板材料要求對該溫度的耐熱性。為了略微提高CIGS的轉換效率而提高上述成膜溫度是有效的，因此希望基板材料具有耐受500℃的耐熱性，但屬于通用材料的錫、鋅，因為其熔點分別為232℃、420℃，所以如果使用這些金屬作為金屬基板的材質，則上述CIGS層成膜時金屬熔融，因而不優選。另一方面，因為鋁、銅、鎳或鋼熔點分別為660℃、1084℃、1455℃、超過1200℃(取決于鋼中的組成)，所以適合于本用途。

應予說明，鋁單獨時高溫強度不足，該燒結時的形狀保持是困難的，所以為了賦予高溫強度，使用鋁合金作為金屬基板。

例如，專利文獻1公開了使用含有Si、Fe、Cu、Mn、Sc以及Zr等多個金屬元素的鋁合金。

但是，這些金屬或合金即便進行高精度軋制，金屬表面的平滑性以Ra計也僅為30nm左右，在基板表面殘存突起物。因此如果使用這些金屬或合金作為基板，則在無意地施加應力時，應力集中在上述突起物上，損傷在其上層疊的太陽能電池的電路，因而不優選。即，以往的由金屬或合金構成的基板，平滑性不充分。或者，即便選擇鋁作為鍍覆種，鍍覆后將鋁陽極氧化，也存在上述的添加元素成為金屬間化合物，成為作為絕緣膜的陽極氧化被膜的缺陷，而使耐絕緣性降低的問題。

專利文獻2公開了為了防止該耐絕緣性的降低，使用含有2.0～7.0質量％鎂的鋁合金。

另外，專利文獻3公開了使用樹脂基板代替鋁合金作為基板，而且使用由用撓性的PET樹脂進行兩面層壓的電解銅箔構成的柔性連接器來賦予柔性的柔性色素敏化太陽能電池模塊。樹脂基板的缺點是缺乏耐熱性，上述專利文獻3中為了確保耐熱性而使用昂貴的樹脂。然而，考慮到近來的太陽能電池的大幅的低成本要求，優選使用廉價的聚酰亞胺，但一般而言，聚酰亞胺的玻璃化轉變溫度僅為300℃左右，不耐受上述的高溫工藝。另外，對于樹脂單體而言，排熱性不充分，強度也不足，所以為了確保排熱性，優選層疊金屬箔和樹脂層而成的結構。

對于化合物系薄膜太陽能電池的情況，如上所述，為了形成光電轉換層需要350～600℃的溫度下的燒結工序。此時，使用鋁等金屬合金作為基板時，存在該金屬成分通過絕緣層向光電轉換層滲透·擴散而對光電效率造成不良影響的問題，專利文獻2的技術無法解決該問題。另外，專利文獻3的技術，在柔性連接器部分具有柔性，但基板整體缺乏柔性。另外，還有光電轉換層的燒結時的耐熱性不充分的缺點。

專利文獻4公開了在導體上形成聚酰亞胺樹脂層的柔性層疊基板的制造方法。

然而，既需要維持高柔性，也需要提高高耐熱性、平滑性以及金屬防擴散性。

現有技術文獻