[发明专利]具有背保护层的不锈钢箔太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种具有背保护层的不锈钢箔太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着人类能源消耗的不断增加，不可再生的能源如化石燃料的耗尽已是亟待解决的问题。化石能源消耗总量将于约2030年出现拐点，可再生能源的比重将不断上升，其中，太阳能在未来能源结构中的比重将越来越大，保守估计这一比重于2100年会超过60％。太阳能是众多可再生能源中最为丰富的能源，全球太阳光一小时的能量就相当于地球一年的能耗，远远高于风能、地热、水电、海洋能、生物能等能源。

太阳电池的重要发展方向是多用途的柔性衬底太阳电池。与常规太阳电池以刚性材料(玻璃等)作为基底的区别在于，柔性太阳电池的基底材料是柔软、可弯曲的金属箔片或者有机高分子材料，例如不锈钢箔、铝箔、聚酰亚胺薄膜等。柔性太阳电池是一种高端的光伏产品，它具有如下明显优势：(1)电池组件可以弯曲，适用于非平面的安装条件；(2)电池组件轻质，质量比功率高；(3)衬底材料消耗量小，成本低廉。

不锈钢箔作为一种柔性基底的太阳电池，脱离了传统的衬底材料玻璃，使其具备轻质可弯曲的特性，但同时也带来了新的问题。玻璃具有较高的强度和相对高温(<600℃)气氛下的稳定性，因此在各种薄膜太阳电池的生长工艺中都能够起到有效的支撑和保护作用。而对于不锈钢箔来说，在高温下将严重地受到含有硫、硒、氧、氯等元素的气氛腐蚀，高分子材料在高温下更是容易发生分解变性，均无法作为稳定的基底存在。因此，不锈钢箔太阳电池技术的一个核心关键问题是发展对基底的保护方法，使其在保持柔性特征的同时能够最大限度地保护基底，抵御高温腐蚀性气氛和外部机械性损伤。同时由于不锈钢箔衬底中大量存在的一些元素，比如Fe，容易在电池制备的高温工艺中通过金属电极向吸收层扩散，造成吸收层深能级掺杂，极大地影响电池的光电性能。而这种影响对于钠钙玻璃衬底是几乎可以忽略的。因此，不锈钢箔太阳电池需要一层高度化学稳定的阻挡层，以防止类似于Fe的有害元素的扩散。

专利CN102386248A公开了一种太阳能电池结构和一种制造太阳能电池的方法，太阳能电池包括：半导体基底；钝化膜，设置在所述半导体基底的一侧上；保护层，设置在所述钝化膜的与所述半导体基底相对的一侧上；电极，设置在所述保护层的与所述钝化膜相对的一侧上。其中，保护层是吉布斯自由能的绝对值比所述玻璃料的每个组分的吉布斯自由能的绝对值小的材料，包含铜、钯、铱、它们的合金、它们的氧化物或者它们的组合。这些材料中，含铜类的材料活性较高保护性能有限，而钯、铱类材料属于稀有贵金属，成本高昂，不利于大规模产业化开发以及商业产品成本的控制。

专利CN101268608A公开了一种具有传导性阻挡层和具有铝箔基底的光生伏打器件。该专利公开的阻挡层适用于铝箔基底，而不适用于其他柔性基底，例如不锈钢箔基底等。原因在于，不锈钢箔的热膨胀系数与铝箔不同，因此适用于铝箔的扩散阻挡层不能适应不锈钢箔基底，往往会导致扩散阻挡层与不锈钢箔基底的结合力不够。

因此，有效保护不锈钢箔基底，并防止不锈钢箔基底的杂质元素在高温工艺中通过金属电极向吸收层扩散的同时，进一步加强阻挡层与不锈钢箔基底及第一电极层的结合力问题，尚需要进一步探索。

发明内容

本发明的主要目的是针对上述现有技术中存在的不锈钢箔太阳能电池的基底易受腐蚀、在高温下容易发生分解变性，扩散阻挡层的阻挡效果和结合力不理想的问题，提供一种具有背保护层的不锈钢箔太阳能电池及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

具有背保护层的不锈钢箔太阳能电池，包括不锈钢箔基底和在不锈钢箔基底上依次形成的扩散阻挡层、第一电极层、吸收层、缓冲层、第二电极层、减反层和表面电极层，

所述不锈钢箔基底的太阳能接收侧的相对侧形成有背保护层，所述背保护层为单层，所述背保护层任选由以下组制成：

a组：铝、钼、钛、镍、铜、锆、铌、铬、钌、铑、钯、钽、钨、铱、锇、铂、金或银，或它们的合金；或

b组：硅的氮化物、氧化物或碳化物；或

c组：氮化钛、氮化钽、氮化钨或氮化锆；

所述背保护层厚度为10nm～3000nm；

所述扩散阻挡层为三层或三层以上结构，所述扩散阻挡层的每一层任选由以下组制成：

A组：铝、钼、钛、镍、铜、锆、铌、铬、钌、铑、钯、钽、钨、铱、锇、铂、金或银，或它们的合金；或

B组：硅的氮化物、氧化物或碳化物；或

C组：氮化钛、氮化钽、氮化钨或氮化锆；