[发明专利]芳香族聚酰亚胺膜、层压板以及太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有极高耐热性和尺寸稳定性的聚酰亚胺膜，这种膜能够承受等于或高于450℃的热处理，或进一步地，等于或高于约500℃的热处理，因而可尤其适合用作CIS太阳能电池的基板。本发明也涉及一种包括聚酰亚胺膜的层压板，以及一种具有高转换效率的CIS太阳能电池。

背景技术

近年来，一种包括黄铜矿半导体层，例如铜铟硒(CuInSe₂)层以及铜铟硒的含镓固溶体(即Cu(In，Ga)Se₂)的太阳能电池(CIS太阳能电池)由于具有较高的光电转换效率而引起了人们的广泛关注。CIS太阳能电池一般包括基板、背电极层、作为吸光层的黄铜矿半导体层、缓冲层、透明电极层以及该次序下的引出电极。

通常，玻璃(钠钙玻璃)用作CIS太阳能电池的基板，而钼(Mo)用作其上形成的背电极。另外，CIS太阳能电池包括之前提出的作为基板(例如，参见专利文件1)的柔性膜。与包括玻璃基板的传统太阳能电池不同，本发明的太阳能电池包括柔性基板，有望在柔韧性和轻质方面有更广泛的应用。柔性基板的另一个优点是，太阳能电池能在“卷到卷”工序(roll-to-roll process)中生产，适合大规模生产。

然而，与包括玻璃基板的太阳能电池相比，包括柔性基板(诸如聚酰亚胺基板)的CIS太阳能电池更容易具有较低的转换效率。这是因为，虽然作为一种高度耐热树脂的聚酰亚胺最高能承受约450℃的高温，需要在等于或高于450℃的温度，优选等于或高于约500℃的温度下进行热处理时，为了形成低缺陷密度的高品质CIS半导体薄膜，也不能加热到等于或高于450℃的温度。

专利文件2公开了一种生产包括聚酰亚胺基板的具有高转换效率的CIS太阳能电池的方法，包括以下步骤：

在聚酰亚胺基板上形成电极膜；

在电极膜表面或上面(即，直接或间接在电极膜之上)形成含铜、铟、和/或镓、以及硒、和/或硫的薄膜；以及

把薄膜快速加热到等于或高于450℃的温度，优选500℃至600℃，并维持薄膜处于这一温度10秒钟至300秒钟，从而形成黄铜矿半导体膜。

专利文件2还公开了一种生产CIS太阳能电池的方法，包括以下步骤：

在聚酰亚胺基板上形成电极膜；

在电极膜表面或上面形成含铜、铟、和/或镓的薄膜；以及

把薄膜快速加热到等于或高于450℃的温度，优选500℃至600℃，并在含硒和/或硫的环境下维持薄膜处于这一温度10秒钟至300秒钟，从而形成黄铜矿半导体膜。

在这些方法中，形成作为半导体膜前体的薄膜的步骤以及加热前体薄膜的步骤独立进行，在加热前体薄膜以使晶体生长的步骤中进行快速加热，因而在较短时间内进行等于或高于500℃的热处理，从而制得适合用做太阳能电池吸光层的黄铜矿半导体薄膜。然而在这些方法中，仍需要高温下的热处理，纵使热处理进行的时间比较短，聚酰亚胺基板的机械性能也可能明显受损，使用传统聚酰亚胺膜时，并可能发生聚酰亚胺基板的卷曲以及电极膜和/或半导体膜的开裂。

专利文件3公开了一种包括基板膜以及层压板的太阳能电池，该层压板包括在该基板表面或上面的至少一个电极层以及黄铜矿半导体薄膜，其中基板膜是芳香族二胺与芳香族四羧酸二酐通过缩聚作用制得的聚酰亚胺膜，该膜具有3μm至200μm之间的厚度，1ppm/℃至10ppm/℃的范围内不超过300℃的平均热膨胀系数，300MPa或以上的纵向扯断强度。专利文件3也公开了优选的基板膜是具有苯并恶唑结构的芳香族二胺与芳香族四羧酸二酐通过缩聚作用制得的聚酰亚胺苯并恶唑膜。实施例8公开了一种CIS太阳能电池，包括作为基板的聚酰亚胺膜，该聚酰亚胺膜由3，3′，4，4′-联苯四羧酸二酐和对苯二胺通过热亚胺化反应制得。然而，对于在专利文件3中公开的聚酰亚胺膜，虽然高达300℃的升温步骤才考虑尺寸的变化，在高温下(高达500℃或以上)尺寸变化和机械性能的劣化也应纳入考虑范围。

专利文件4公开了一种生产聚酰亚胺绝缘膜的方法，包括以下步骤：

用聚酰胺酸清漆涂覆基板，然后

固化涂膜以形成聚酰亚胺绝缘膜；

其中

在成膜步骤中，加热膜并维持100℃至160℃的温度至少30分钟，目的是降低绝缘膜的残余应力(特别是降低热膨胀系数)。然而，对于专利文件4，在高温下(高达500℃或以上)尺寸变化和机械性能的劣化也应纳入考虑范围。

对比文件列表

专利文件

专利文件1：WO 98/50962 A1