[发明专利]柔性薄膜太阳能光电池及其大规模连续自动化生产方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源技术领域，涉及一种新型柔性化合物薄膜太阳能光电池及其大规模连续自动化生产方法，特别涉及以铜铟镓硒(CIGS)、铜铟铝硫(CIAS)、铜铟镓硫硒(CIGSS)作为光吸收层半导体材料的化合物光电池大规模连续化的生产方法。

背景技术

以铜铟镓硒(CIGS)为代表的，以其化合物半导体为光吸收层的薄膜太阳能光电池，具有制造成本低，光电转换率高，使用寿命长，抗幅射性强和弱光发电性能好，可卷曲的优良特性被国际上公认为最有发展前景的第三代太阳能光电池。目前正处在大规模产业化的前期。

关于光电池的膜层结构，有着诸多的报导，但总结起来一般为：减反射膜、金属栅电极、透明电极层、窗口层、过渡层、光吸收层、金属背电极、衬底。多年的诸多研发主要是对各功能膜层的改进和光电效率的提高，如专利US3978510报导以CTS为吸收层，CdS为窗口层；专利US4335266报导以CTGS作吸收层；专利US4611091中提出以CdZnS，ZnSe和CdSe为窗口层，专利WO97/22152提出在玻璃基材上用氧化锌铝作上电极，用氧化锌作窗口层，硫化镉作缓冲层，因镉有毒性，因此尽量少用以减少污染。后来专利CN12300031A报导用氧化锌作窗口层，用氧化铟饧(ITO)作上电极；专利021040737提到用硫化锌作窗口层，但使用的是化学镀法，使用的玻璃基材，这会带来电解液污水处理问题。

在成膜工艺上，研究和生产方法较多，如磁控溅射法、共蒸发法、电镀法、喷涂法、印刷法，但实现量产的还是以磁控溅射法和共蒸发法为主流，在玻璃基材上做的较多，在柔性基材上做的很少，目前我国尚是空白。

在使用生产设备上：目前国际上还都是分段式生为主，虽然也有报导采用由卷到卷，即由基材卷到产品卷的连续生产，但这只是局部的，而且只是制备吸收层工序生产过程的连续，而对光电池制造中的其他工序仍是分段生产。因此，如何实现由基材卷到光电池成品卷即卷到卷的完全连续自动化生产成为该技术领域亟待解决的问题。

发明内容

鉴于上述背景技术的不足和缺陷，本发明提供以下技术方案：一种柔性薄膜太阳能光电池，其特征在于：所述柔性薄膜太阳能光电池的膜层结构是从上到下依次为：减反射层、透明上电极层、隔离层、窗口层、保护层、吸收层、反射层、金属背电极层、绝緣层、基材层和助焊层，所述减反射层材料为氟化镁，所述透明上电极层材料为氧化锌铝，所述隔离层材料为本征氧化锌，所述保护层材料为硫或锌，所述窗口层材料为硫化锌，所述吸收层材料为铜铟镓硒或者铜铟铝硫，所述反射层材料为铝，所述金属背电极层材料为铜钼钠合金，所述绝缘层材料为氧化钛，所述基材层材料为不锈钢箔、铜箔、铝箔钛箔或者聚酰亚胺薄膜，所述助焊层材料为饧。

一种制造权利要求1所述旳柔性薄膜太阳能光电池的大规模连续自动化生产方法，其特征在于：所述制造方法包括以下步骤：

A、将所述基材经辉光放电等离子净化后，在其表面通过交流中频磁控溅射法形成所述绝缘层；

B、在所述绝缘层上用铜-钼-氟化钠旋转靶通过直流溅射法形成所述金属背电极层；

C、反射层是在所述背电极层上，采用金属铝靶通过直流磁控溅射法制成反射膜层；

D、在所述的反射层上，用铜铟镓硒四元合金靶直流磁控溅射法形成所述吸收层，所述吸收层为P型半导体；

E、将D步骤中所得到的材料在350～550℃下进行固态、光催化硒化和重结晶，同时用氩气带入硒、硫蒸气，在其表面形成铜铟镓硒硫薄膜层，此时由于硫的作用在吸收层表面形成缓冲防护层，在硒化硫化后的吸收层上通过脉冲磁控溅射法形成硫化锌膜层，得到所述窗口层，所述窗口层为N型半导体；

F、在所述窗口层上通过交流中频磁控溅射法形成所述隔离层，所述隔离层为纳米级本征氧化锌隔离层；

G、在所述隔离层上用含2％铝的氧化锌靶材通过交流磁控溅射法形成所述透明上电极层；

H、将G步骤得到的大面积产品进行横向切割，划分成内部串联的多个子电池单元，再用氟化镁靶材通过交流中频磁控溅射法形成所述减反射层。

作为本发明的一种优选方案，所述背电极材料为铜钼钠合金，所述铜钼钠合金包括0.2％氟化钠。

作为本发明的又一种优选方案，窗口层材料为硫化锌，所述窗口层硫化锌是通过脉冲RF磁控溅射法来制作产生。

作为本发明的再一种优选方案，步骤H中所述对大面积产品进行切割，通过将预先制作好的金属格栅放置于所要进行切割的产品表面，所述金属栅格挡住需要切割的位置，经过进行溅射镀膜后在需要切割的位置就自然形成切割线。