[发明专利]用于制备薄膜型太阳能电池的组合式连续电沉积设备

说明书

有关申请的交叉引用

本发明的优先权是基于2011年3月12日提交的申请号为 13/046710 的美国专利申请。

技术领域

本专利发明是有关一种卷对卷组合式电沉积生产线，它能够被用于沉积多层金属或合金吸收薄膜以用于制备基于IB-IIIA或IIB-VIA元素族多晶化合物的薄膜型太阳能电池。

背景技术

随着温室效应的不断发展，环境污染的严重恶化以及化石燃料的持续耗尽，太阳能电池作为一种领先的绿色能源已经受到了越来越多的关注。尽管晶硅太阳能电池目前仍然统治着太阳能电池的国际市场，薄膜太阳能电池基于其低成本，可弯曲性及规模化工业生产的能力已经展示了其光明的前景。在此薄膜电池的家族中，铜铟镓硒 (CIGS) 太阳能电池具有高达 20% 的最高光电转换率，高于碲化镉 (CdTe) 电池 16% 的转换率。在元素周期表中， 铜铟镓硒吸收膜位于IB-IIIA-VIA族而碲化镉则位于IIB-VIA族，鉴于它们的应用前景，不同的镀膜技术已经被开发来制造这些薄膜太阳能电池。按照制备过程所用的材料和环境，这些技术能够被粗略地划分为干湿两组。干法基本上涉及到真空过程，例如溅射，蒸发以及升华之类的物理气相沉积法 (PVD) 及化学气相沉积法 (CVD)。尽管这些干法已被很好地开发，一些诸如喷雾，印刷及电沉积的湿法也已被发展，这是由于它们的低成本以及其简单的过程。

在这些湿法过程中，喷雾和印刷已被应用于制造薄膜太阳能电池。例如， NanoSolar开发了印刷法来制备铜铟镓硒太阳能电池。此法必须通过复杂的程序来制备纳米微粒并且需应用一些特殊的方法以将铜铟镓硒纳米微粒紧密地浓缩于基体表面。否则，膜会在溶液蒸发以后变成多孔。电沉积方法则是将金属从它们的电解质溶液中镀于某种导电的或甚至于不导电的物体表面，并具有可准确控制的量及高质量的表面形态。这种非真空的程序比之于真空方法有许多优越性。例如，所镀金属的表面形态可通过改进溶液成份而加以优化，而一些基体表面上的微缺陷可被所镀金属填充，因为电镀溶液可完全浸润这些微通道的全部内表面。电镀时，金属阳离子由库仑力所驱动而吸附到基体表面还原成紧密排列的原子而形成高质量的金属膜。此外，电沉积方法能够产生大面积厚度均匀的金属膜，而这对于大多数高真空沉积仍然是一个大问题。当然电化学方法也有其缺点。例如，电沉积材料也许被其还原电位所限制并且由于不同材料之间的相互作用而对一些特殊的基体敏感。更有甚者，氢的释放在阴极电沉积中总是一个问题。可尽管这些不利因素，电镀方法仍被广泛应用于铜铟镓硒薄膜的电沉积。例如，SoloPower已经成功使用电沉积方法沉积CIGS吸收膜。尤其是，诸如铜铟镓硒之类的不同材料能够被共沉积于导电基体的表面形成CIGS薄膜。可尽管许多有关电化学共沉积CIGS膜的研究被发表或专利授权，由于难以控制所镀CIGS膜的成份及均匀性， 这些研究很难被应用于工业制造过程。因此，逐层沉积CIGS膜的电镀程序对于制备CIGS太阳能电池也许更为实用。