[发明专利]一种铜铟镓硒柔性薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳电池制备技术领域，特别是涉及一种铜铟镓硒柔性薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

以黄铜矿结构的化合物半导体铜铟硒（CuInSe₂，简写为CIS）系列混溶晶体为直接带隙材料，以其作为吸收层的薄膜太阳电池，被认为是最有发展前景的第三代化合物光伏电池之一，其组成包括：CuInSe₂，CuIn_1－XGa_XSe₂，CuInS₂，CuIn_1－XGa_XS₂，CuIn_1－XGa_XSe_2－XS₂等。现有的铜铟（镓）硒（硫）薄膜太阳电池，是在20世纪80年代后期开发出来的新型太阳电池，是在衬底上分别沉积多层薄膜构成的光伏器件，典型结构为如下的多层膜结构：衬底/底电极/吸收层/缓冲层/窗口层/透明导电层/减反射膜/上电极。

铜铟镓硒薄膜太阳电池衬底可使用玻璃或其它廉价材料，亦可采用柔性材料。柔性衬底的薄膜太阳电池由于重量轻、可卷曲的特性，具有便携、高质量比功率、易于一体化等优点，极大的拓展了太阳电池的应用领域。柔性薄膜太阳电池便于采用卷对卷的连续沉积工艺，成本较高但更可连续大面积生产。柔性薄膜太阳电池若用于建设大型电站，则可大大降低运输费用和电站的建设成本。柔性薄膜太阳电池不仅可适用于平流层飞艇、无人机等空间军事运用，同时亦可用于单兵作战系统、救生系统等地面军用和便携式充电、一体化帐篷、衣物一体化、野外、救生、车载、移动等顾客要求的军用和民用地面特殊市场，并更适用于BIPV等光伏应用的传统领域。

目前，柔性薄膜太阳电池基本均是在柔性衬底上制备，柔性衬底的选择包括柔性金属箔和聚合物膜等。柔性衬底表面沉积功能层的设备与现行的刚性衬底的设备不兼容，价格高昂，工艺复杂。柔性衬底材料的选择受到铜铟镓硒薄膜太阳电池制备工艺等限制，需要满足热稳定性、真空适应性、热膨胀性能、表面平滑性、化学惰性抗湿性等苛刻的要求。同时，在柔性衬底上沉积薄膜的设备与现有的刚性材料（如玻璃）上沉积薄膜的设备不兼容，且价格高昂，工艺复杂。

若采用刚性衬底制备而后柔性衬底转移技术实现柔性薄膜太阳电池的制作，则不仅可实现现有设备工艺的兼容；同时获得的柔性薄膜太阳电池与传统的以柔性衬底为材料的相比较，衬底厚度可控，不需受卷对卷工艺限制，可实现衬底超薄，进一步降低重量，从而可实现超轻、超薄、高效的柔性薄膜太阳电池。

另一方面，早在1993年，Hedstroem及其同事们就发现Na的“污染”对于CIGS吸收层至关重要。加入钠的传统方法即为采用普通廉价的钠钙玻璃作为薄膜太阳电池的衬底，此种玻璃衬底中含有的Na可以通过底电极Mo薄膜向CIGS吸收层薄膜中扩散。但如果采用不含钠的其他材料做衬底，如柔性金属箔（不锈钢、钛、钼等）和聚合物（如：聚酰亚胺，PI）为衬底，则必须采用适当的方法往CIGS吸收层薄膜中掺入Na。

因此，本发明针对以上问题，拟以铜铟镓硒柔性薄膜太阳电池体系为主要研究对象，引入衬底转移技术，并增加含Na的功能层制备工艺步骤以期实现高效率低成本的轻质柔性铜铟镓硒薄膜太阳电池的开发。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明针对目前商业开发的可适用于太阳电池的聚合物衬底价格高昂并且在高温性能以及热膨胀系数等方面尚存在缺陷，探索新的材料体系以及新的工艺和思路解决柔性薄膜太阳电池的柔性衬底耐温性能与光伏电池工艺高温过程的矛盾，针对聚合物薄膜层与刚性衬底的剥离过程，引入了剥离层的概念，以使聚合物及铜铟镓硒薄膜太阳电池功能层完整良好的实现转移。另一方面，针对柔性衬底无Na的特质，引入含Na功能层制备工序，考虑到传统的钠加入方式的可控性，拟采用在底电极Mo薄膜制备工艺之前制备含Na功能层，以期使得Na的掺入过程与以钠钙玻璃衬底的过程相似，工艺简单、钠微量掺入，从而实现高效率低成本的轻质柔性铜铟镓硒薄膜太阳电池的开发。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种铜铟镓硒柔性薄膜太阳能电池的制备方法，至少包括以下步骤：

1）提供刚性衬底，于所述刚性衬底表面形成剥离层；

2）于所述的剥离层表面形成聚合物薄膜层；

3）于所述的聚合物薄膜层表面形成铜铟镓硒薄膜太阳电池功能层系；