[发明专利]一种基于聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底的铜铟镓硒薄膜

说明书

技术领域

 本发明涉及薄膜太阳电池技术领域，特别是一种基于聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底的铜铟镓硒薄膜。

背景技术

铜铟镓硒材料属于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族四元化合物半导体，具有黄铜矿的晶体结构。铜铟镓硒薄膜太能电池自20世纪70年代出现以来，得到非常迅速的发展，并将逐步实现产业化。此电池有以下特点：1）铜铟镓硒的禁带宽度可以在1.04ev-1.67ev范围内调整；2）铜铟镓硒是一种直接带隙半导体，对可见光的吸收系数高达10⁵cm^-1，铜铟镓硒吸收层厚度只需1.5-2.5μm，整个电池的厚度为3-4μm；3）抗辐照能力强，比较适合作为空间电源；4）转换效率高，2010年德国太阳能和氢能研究中心（ZSW）研制的小面积铜铟镓硒太阳电池转换效率已高达20.3%；5）弱光特性好。因此铜铟镓硒多晶薄膜太阳电池有望成为下一代太阳电池的主流产品之一。

航空航天领域需要太阳电池有较高的质量比功率，即希望单位质量的太阳电池能发出更多的电量。对于地面光伏建筑物的曲面造型和移动式的光伏电站等要求太阳电池具有柔性、可折叠性和不怕摔碰，这就促进了柔性太阳电池的发展。由于相对较强的耐高温能力和较为适合的膨胀系数，聚酰亚胺（PI）在其中脱颖而出。

然而聚酰亚胺的热膨胀系数还是无法与铜铟镓硒材料本身很好的匹配。在温度较高时，聚酰亚胺会产生较大的形变，导致铜铟镓硒薄膜较为疏松，容易脱落。所以，目前基于聚酰亚胺衬底的铜铟镓硒制备时衬底温度较低。从而导致生长出的薄膜结晶质量较差，晶粒细小，缺陷较多，增加了载流子的复合，缩短了少子的寿命，进而影响了电池性能。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种基于聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底的铜铟镓硒薄膜及其制备方法，首先将聚酰亚胺胶涂于苏打玻璃表面，固化成聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底，其次在其表面制备铜铟镓硒薄膜，在完整的铜铟镓硒太阳电池制备完成后，将其与苏打玻璃衬底分离，得到以聚酰亚胺膜为衬底的柔性铜铟镓硒太阳电池。其核心特点为：以钢性衬底制备柔性电池。此种此种基于聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底的铜铟镓硒薄膜结晶质量较好，晶粒较大，缺陷较少。

本发明的技术方案：

一种基于聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底的铜铟镓硒薄膜，化学分子式为CuIn_1-xGa_xSe₂，式中x为0.25-0.35，导电类型为p型；该铜铟镓硒薄膜CuIn_1-xGa_xSe₂薄膜沉积于聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底表面，厚度为1.5-2μm。

所述酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底，由苏打玻璃及生长于其表面的聚酰亚胺膜构成，其中苏打玻璃的厚度为1.5-2mm，聚酰亚胺膜厚度为25-30μm；采用匀胶、固化制备工艺制备，步骤如下：

1）将苏打玻璃表面清理干净；

2）聚酰亚胺预制膜的制备：将聚酰亚胺胶涂覆于苏打玻璃表面，采用匀胶工艺进行匀胶，匀胶工艺的工艺参数为：转速为1300-1500r/min，时间为35-45s；

3）聚酰亚胺预制膜的固化：将匀胶后的苏打玻璃放入烘箱内按温度控制参数进行固化，即可得到聚酰亚胺膜-苏打玻璃复合衬底。

所述苏打玻璃表面的清洗方法为：1）将10cm×10cm的苏打玻璃放入重铬酸钾-浓硫酸溶液，其由300克重铬酸钾、3升质量百分比浓度为98%的浓硫酸和300毫升去离子水配置而成，浸泡2h；2）将苏打玻璃取出用去离子水冲洗2-3次；3）将冲洗洁净的苏打玻璃置于质量百分比浓度为99.5%的丙酮溶液中，放入超声波清洗机中清洗，超声波频率为20-30kHz，清洗时间为20-25min；4）将苏打玻璃从丙酮溶液中取出，用去离子水冲洗2-3次；5）然后将苏打玻璃置于质量百分比浓度为99.7%的乙醇中，放入超声波清洗机中清洗，超声波频率为20-30kHz，清洗时间为20-25min；6）最后将苏打玻璃从乙醇中取出，放入盛有去离子水的烧杯中，置于超声波清洗机中清洗，超声波频率为20-30kHz，清洗时间为20-25min。