[發明專利]具有背保護層的柔性太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201410246505.6
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN105206695B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 葉勤燕;梅軍;廖成;劉江;何緒林;劉煥明
• 申請（專利權）人: 中物院成都科學技術發展中心
• 主分類號: H01L31/049
• 分類號: H01L31/049;H01L31/18
• 代理公司: 四川力久律師事務所51221
• 代理人: 曹晉玲,劉雪蓮

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，特別涉及一種具有背保護層的柔性太陽能電池及其制備方法。

背景技術

隨著人類能源消耗的不斷增加，不可再生的能源如化石燃料的耗盡已是亟待解決的問題。化石能源消耗總量將于約2030年出現拐點，可再生能源的比重將不斷上升，其中，太陽能在未來能源結構中的比重將越來越大，保守估計這一比重于2100年會超過60％。太陽能是眾多可再生能源中最為豐富的能源，全球太陽光一小時的能量就相當于地球一年的能耗，遠遠高于風能、地熱、水電、海洋能、生物能等能源。

太陽電池的重要發展方向是多用途的柔性襯底太陽電池。與常規太陽電池以剛性材料(玻璃等)作為基底的區別在于，柔性太陽電池的基底材料是柔軟、可彎曲的金屬箔片或者有機高分子材料，例如不銹鋼箔、鋁箔、鈦箔、聚酰亞胺薄膜等。柔性太陽電池是一種高端的光伏產品，它具有如下明顯優勢：(1)電池組件可以彎曲，適用于非平面的安裝條件；(2)電池組件輕質，質量比功率高；(3)襯底材料消耗量小，成本低廉。

柔性太陽電池脫離了傳統的基底材料玻璃，使其具備輕質可彎曲的特性，但同時也帶來了新的問題。玻璃具有較高的強度和相對高溫(<600℃)氣氛下的穩定性，因此在各種薄膜太陽電池的生長工藝中都能夠起到有效的支撐和保護作用。而對于金屬材料來說，在高溫下將嚴重地受到含有硫、硒、氧、氯等元素的氣氛腐蝕，高分子材料在高溫下更是容易發生分解變性，均無法作為穩定的襯底存在。因此，柔性太陽電池技術的一個核心關鍵問題是發展對襯底的保護方法，使其在保持柔性特征的同時能夠最大限度地保護襯底，抵御高溫腐蝕性氣氛和外部機械性損傷。同時由于柔性金屬襯底中大量存在的一些元素，比如Fe，容易在電池制備的高溫工藝中通過金屬電極向吸收層擴散，造成吸收層深能級摻雜，極大地影響電池的光電性能。而這種影響對于鈉鈣玻璃襯底是幾乎可以忽略的。因此，柔性太陽電池需要一層高度化學穩定的阻擋層，以防止類似于Fe的有害元素的擴散。

專利CN 102386248 A公開了一種太陽能電池結構和一種制造太陽能電池的方法，太陽能電池包括：半導體基底；鈍化膜，設置在所述半導體基底的一側上；保護層，設置在所述鈍化膜的與所述半導體基底相對的一側上；電極，設置在所述保護層的與所述鈍化膜相對的一側上。其中，保護層是吉布斯自由能的絕對值比所述玻璃料的每個組分的吉布斯自由能的絕對值小的材料，包含銅、鈀、銥、它們的合金、它們的氧化物或者它們的組合。這些材料中，含銅類的材料活性較高保護性能有限，而鈀、銥類材料屬于稀有貴金屬，成本高昂，不利于大規模產業化開發以及商業產品成本的控制。

專利CN 101268608 A公開了一種具有傳導性阻擋層和具有鋁箔基底的光生伏打器件。該專利公開的阻擋層適用于鋁箔基底，而不適用于其他柔性基底，例如鉬箔基底、不銹鋼帶基底、導電銅帶等。原因在于，其他柔性基底的熱膨脹系數與鋁箔不同，因此適用于鋁箔的擴散阻擋層不能適應其他柔性基底，往往會導致擴散阻擋層與柔性基底的結合力不夠。

因此，有效保護柔性基底，并防止金屬基底的雜質元素在高溫工藝中通過金屬電極向吸收層擴散的同時，進一步加強阻擋層與基底及第一電極層的結合力問題，尚需要進一步探索。

發明內容

本發明的主要目的是針對上述現有技術中存在的柔性太陽能電池的基底易受腐蝕、在高溫下容易發生分解變性，擴散阻擋層的阻擋效果和結合力不理想的問題，提供一種具有背保護層的柔性太陽能電池及其制備方法。

為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

具有背保護層的柔性太陽能電池，所述柔性太陽能電池的柔性基底的太陽能接收側依次形成有擴散阻擋層、第一電極層、吸收層、緩沖層、第二電極層、減反層和表面電極層：

所述柔性基底的太陽能接收側的相對側形成有背保護層，所述背保護層為單層，所述背保護層任選由以下組制成：

a組：鋁、鉬、鈦、鎳、銅、鋯、鈮、鉻、釕、銠、鈀、鉭、鎢、銥、鋨、鉑、金或銀，或它們的合金；或

b組：硅的氮化物、氧化物或碳化物；或

c組：氮化鈦、氮化鉭、氮化鎢或氮化鋯；

所述背保護層厚度為10nm～3000nm；

所述擴散阻擋層為三層或三層以上結構，所述擴散阻擋層的每一層任選由以下組制成：

A組：鋁、鉬、鈦、鎳、銅、鋯、鈮、鉻、釕、銠、鈀、鉭、鎢、銥、鋨、鉑、金或銀，或它們的合金；或

B組：硅的氮化物、氧化物或碳化物；或

C組：氮化鈦、氮化鉭、氮化鎢或氮化鋯；