[发明专利]对柔性衬底的扩散阻挡层修饰

说明书

技术领域

本发明涉及对柔性CIGS薄膜太阳电池中柔性衬底的修饰，主要是对柔性衬底添加阻挡层的制备方法。

背景技术

不锈钢箔能适应高效率器件所需的高温制备环境，其价格远低于钛箔和钼箔，是柔性CIGS薄膜太阳电池衬底的首选材料。但是不锈钢衬底中的一些元素如Fe、Cu元素的扩散，会降低电池的质量。因此，探寻合适的扩散阻挡层材料及其低成本制备工艺，对于提高器件效率和降低生产成本有重要意义。

以柔性材料为衬底的铜铟镓硒(简称CIGS)薄膜太阳电池，在空间应用、建筑一体化等领域具有广泛的应用前景，更重要的是具有柔性衬底的太阳能电池可以采用卷-卷工艺沉积，有利于实现大规模生产，并显著降低生产成本。在现有柔性衬底材料中，不锈钢相比于聚酰亚胺更能适应制备高效率CIGS吸收层的高温(高于500℃)环境，同时其成本只有钛箔和钼箔的1/4，有利于降低电池的成本。但是，在吸收层形成的过程中不锈钢中的有害元素如Fe、Cu会向吸收层扩散，会影响吸收层Cu元素的成分比例，因此高质量的柔性CIGS薄膜太阳电池需要在衬底和背电极Mo之间制备一层扩散阻挡层。

有研究表明，绝缘的氧化物Al₂O₃和SiO_x等是较好的材料，绝缘的氧化层除了可以在单片集成电池和金属衬底之间作为电绝缘层，同事还是金属衬底和电池之间的扩散阻挡层。但是由于氧化物与金属衬底之间存在应力匹配的问题，在以后的刻蚀过程中容易出现开裂现象从而降低电池的成品率。相对于氧化物材料，由金属材料制得的扩散阻挡层能与柔性金属衬底形成较高的结合力。因此选择金属铬作为柔性衬底和背电极之间的扩散阻挡层。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种在柔性CIGS薄膜太阳电池中，采用直流磁控溅射法对柔性衬底添加铬阻挡层的修饰方法，以保证整个柔性CIGS薄膜太阳电池的转化效率。

本发明所述的对柔性衬底添加铬阻挡层的修饰方法，是在柔性衬底上采用直流磁控溅射工艺沉积一层铬扩散阻挡层。

所述柔性衬底为不锈钢衬底，厚度为25μm。不锈钢衬底需经过超声清洗，高纯氮气吹干。

所述直流磁控溅射法采用的是卧式对向磁控溅射靶设备，选用的铬靶材纯度为99.5％以上，靶材尺寸为

所述直流磁控溅射法中的工作气体为氩气，纯度为99.999％，气体流量为30ml/min，工作气压为2.0Pa。

所述直流磁控溅射法中基片与靶材的距离为100mm。

所述直流磁控溅射法中本底真空为3.0×10^-3Pa。

所述直流磁控溅射法中基底温度为200℃。

所述直流磁控溅射法中溅射电流为0.10A，0.25A，0.40A，溅射电压为0.26kV，0.52kV。

所述直流磁控溅射法中溅射时间为5-20min。

所述扩散阻挡层厚度为1-2μm。

附图说明

图1为本发明中所用直流磁控溅射装置的示意图。

其中1-磁极，2-屏蔽罩，3-基片，4-基片加热装置，5-溅射靶，6-磁力线，7-电场，8-挡板，9-进气口，10-接真空系统。

具体实施方式

结合以下实例对本发明作进一步的详细说明。

选用厚度为25μm不锈钢为柔性衬底，采用超声清洗的方法，使用溶剂及顺序为：不锈钢清洗剂(15min)→去离子水(15min)→氮气吹干。

将清洗好的不锈钢衬底置于卧式对向磁控溅射靶设备中，采用纯度99.5％以上的铬靶，溅射气体为纯度99.999％的氩气，工作气压为2.0Pa，本底真空为3.0×10^-3Pa，基底温度为200℃，靶材距离基片为100mm。溅射时先通氩气预溅以清洁靶面，待辉光稳定后开始溅射。溅射5-20min结束。

采用此法在柔性不锈钢衬底上溅射1-2μm厚的铬阻挡层，经KLA-Tencor XP 100型台阶仪测量，添加铬阻挡层能显著降低不锈钢衬底上生长的背电极钼层和CIGS吸收层的粗糙度，进一步提高整个柔性CIGS薄膜电池的转化效率。