[发明专利]一种柔性薄膜太阳电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于光电材料与新能源技术领域，具体涉及一种柔性薄膜太阳电池及其制造方法。

背景技术

在太阳能的各种利用方式中，太阳电池发电是发展最快、最具活力和最受瞩目的领域，可望成为解决日益严重的能源危机和环境污染问题的有效途径。太阳电池产业自1990年代后半期起进入了快速发展阶段，最近10年太阳电池的年平均增长率为41.3%，最近5年的年平均增长率为49.5%。虽然发展速度如此之快，但目前太阳电池发电在整个社会能源结构中的比例还是非常小，不到1%。因此，太阳电池的发展潜力极其巨大，市场前景广阔。

目前在工业生产和市场上处于主导地位的太阳电池是基于晶体硅（单晶硅和多晶硅）的第一代太阳电池，其光电转化效率高（已分别可达24.7%和20.3%），技术也比较成熟，产量占整个太阳电池90%左右（单晶硅43.4％、多晶硅46.5％）。但由于需要消耗大量昂贵的高纯晶体硅原料，原料成本占总成本60%～80%，导致价格居高不下，已成为光伏产业发展及太阳电池推广应用的主要障碍。为了节省原材料，有效降低太阳电池的成本，基于薄膜技术的第二代太阳电池逐渐显示出巨大优势和发展潜力，成为近些年来太阳电池领域的研究热点。

在各种薄膜太阳电池中，非晶硅薄膜太阳电池虽然成本较低，但效率也较低，且存在光衰效应难以解决；染料敏化太阳电池虽然成本低，但由于采用液体电解质和有机染料，使得制造封装困难、效率不稳定，碲化镉太阳电池虽然效率能达到要求，但需要使用稀有元素碲，还含有剧毒重金属元素镉，铜铟镓硒系薄膜太阳电池具有环境友好、成本低廉和性能优良等优势，但由于铟、镓的使用使其发展情景不被看好，如何避免和降低这些稀有金属的使用是一项非常具有使用情景的课题之一。

传统的无机薄膜半导体太阳电池结构采用刚性材料如钠钙玻璃作基底，这限制了各层薄膜材料的大面积沉积，同时也限制了电池的使用领域。随着太阳电池成本的降低，该种电池越来越来多应用空间如屋顶安装太阳电池板、旅行背包用电源等等，这就要求其使用具有柔性特性的基底，柔性基底具有高比功率、质轻、可卷曲折叠、不怕摔碰、抗辐射能力强等特点，而且还能以卷绕式连续化沉积，其材料和生产成本具有更大的降低空间，无论在军用还是民用，都具有广阔的市场前景和巨大的需求背景。

发明内容

为了克服弥补现有非晶硅、染料敏化、碲化镉和铜铟镓硒等薄膜太阳电池的不足，本发明提供一种结构和制造工艺简单、成本低廉、环境友好、性能稳定、转化效率高的柔性薄膜太阳电池及其制造方法。

本发明的柔性薄膜太阳电池通过以下技术方案予以解决：

所述柔性薄膜太阳电池，从下到上依次由基底、背电极、光吸收层、缓冲层、窗口层和顶电极构成，所述的缓冲层为硫化锌薄膜，其厚度为20～100nm，所述的窗口层为氧化锌铝薄膜，其厚度为0.2～5.0μm，所述的顶电极为镍铝合金薄膜，其厚度为0.2～5.0μm，所述基底为聚亚酰胺（polyimides，缩略词为PI），其厚度为10～100μm，所述的光吸收层为铜铟铝硒（CIAS）薄膜，其厚度为0.5～5.0μm，所述背电极为钼（Mo）膜，其厚度为0.3～3.0μm。

聚亚酰胺具有可折叠、密度小等优点，在短时间高温沉积薄膜工艺过程中，同时具有耐辐射、难老化、不吸水、绝缘性能好等性能，是一种制备柔性薄膜太阳电池较为理想的柔性基底材料之一，光吸收层采用铜铟铝硒薄膜，可降低稀有金属铟、镓的使用，且在聚亚酰胺基底上沉积钼背电极，可以使光吸收层材料与基底保持良好的结合力。

优选的，所述钼膜是纯钼金属膜，或钼铜合金薄膜，其中铜含量的重量百分比为2～40%。

本发明的制造柔性薄膜太阳电池的方法通过以下技术方案予以解决：

所述柔性薄膜太阳电池的制造方法，包括以下步骤：

1）背电极制造：在基底表面上沉积背电极，所述基底为聚亚酰胺，其厚度为10～100μm，所述背电极为钼膜，其厚度为0.3～3.0μm；

2）光吸收层制造：在所述背电极上沉积光吸收层，所述光吸收层为铜铟铝硒薄膜，其厚度为0.5～5.0μm；

3）缓冲层制造：在所述铜铟铝硒薄膜上沉积缓冲层，所述缓冲层为硫化锌薄膜，其厚度为20～100nm；

4）窗口层制造：在所述硫化锌薄膜上沉积窗口层，所述窗口层为氧化锌铝薄膜，其厚度为0.2～5.0μm，其中氧化铝掺杂量的重量百分比为1～5%；

5）顶电极的制造：在所述氧化锌铝薄膜上沉积顶电极，所述顶电极为镍铝合金薄膜，其厚度为0.2～5.0μm，其中铝含量为重量百分比1-100%。