[发明专利]一种柔性CIGS薄膜太阳能电池阻挡层的制备方法

说明书

一、技术领域

本发明属于铜铟镓硒薄膜太阳电池技术领域，尤其涉及一种柔性衬底上阻挡层的制备方法。

二、背景技术

能源危机和环境污染是当今全球所面临的两大基本问题。太阳能因其覆盖面积广，取之不尽的优良特性，使之成为解决能源危机的一种重要途径。CIGS薄膜太阳能电池因为其材料光学带隙可调、抗辐射能力强、电池性能稳定、弱光性好等优点，使之成为薄膜太阳能电池中最有发展前景的光伏材料之一。

柔性衬底的CIGS薄膜太阳能电池以可绕曲的金属箔或者聚合物箔为衬底。其在空间应用是比较理想的光伏器件，CIGS柔性薄膜电池不仅重量比功率高，而且可弯曲折叠，不怕碰摔，可以应用在很多特殊的场合，包括屋顶、衣服上、汽车顶以及航空航天领域等等，具有广阔的应用范围和市场空间。

目前，柔性的CIGS薄膜太阳能电池多以聚合物箔和金属箔为衬底，相对于聚合物箔衬底，金属箔衬底价格较低，可以降低电池的成本，而且，高效率的器件吸收层需要更高的制备温度，金属箔衬底耐高温性能较好，在600℃以上也还具有比较好的机械稳定性和热稳定性，而聚合物箔衬底的软化温度低于500℃。

但是在高温制备CIGS薄膜的过程中，金属箔衬底中的有害元素(Fe等)会扩散至CIGS吸收层内，降低电池的光电转换性能。为了阻止衬底中的有害元素扩散至吸收层中，在沉积Mo背电极之前先沉积一层阻挡层，此阻挡层可以有效阻止有害元素的扩散，提升柔性电池的光电性能。

目前普遍使用的杂质阻挡层有Cr、Al₂O₃、SiO_x、Si₃N₄、ZnO等材料，据报道Cr阻挡层可以有效阻止Fe等杂质元素的扩散，但Cr元素也会扩散到吸收层中，对电池性能的提升并没有起到有效的作用。Al₂O₃、SiO_x、Si₃N₄、ZnO等阻挡层在电池的制备过程和使用过程中会出现开裂脱离的问题，从而降低的电池的成品率和使用寿命(Kessled F,Rudmann D.Technological aspects of flexible CIGS solar cells and modules[J].Solar Energy,2004,77:685-695)。本发明采用钨钛合金层作为柔性衬底和背电极之间的扩散阻挡层。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性CIGS薄膜太阳能电池中扩散阻挡层的制备方法，采用本发明提供的阻挡层材料和制备方法可以提高柔性CIGS薄膜太阳能电池的光电转换性能，降低制造成本，提高大面积薄膜制备的稳定性。

本发明是通过如下技术方案实现的：

所述的柔性CIGS薄膜太阳能电池阻挡层的制备方法，是在柔性衬底上采用磁控溅射方法制备一层钨钛合金阻挡层。

所述的柔性衬底为不锈钢、铜、铝、镍等金属衬底。

所述的磁控溅射法选用的靶材为市售钨钛合金靶，纯度为3N。

所述的磁控溅射法中基片与靶材的距离为50-200mm。

所述的磁控溅射法中的工作气体为纯度为4N的纯氩气、纯氮气、纯氧气或者其中两种或两种以上的混合气体。

所述的磁控溅射机的本底真空度为1.0×10^-4Pa-1.0×10^-2Pa，工作气压为0.1Pa-10Pa。

所述的磁控溅射法中基底温度为20-250℃，溅射时间为5-180min。

所述的磁控溅射法中溅射功率密度为0.02-10W/cm²。

所述阻挡层的厚度为0.01-3μm。

四、附图说明

图1为本发明制备的钨钛合金层的表面扫描电子显微镜(SEM)图。

图2为本发明制备的钨钛合金层的截面扫描电子显微镜(SEM)图。

五、具体实施方式

下面介绍本发明的实施例，但本发明绝非限于实施例。

实施例1：

制备柔性电池阻挡层：选用不锈钢(S430)作为柔性CIGS薄膜太阳能电池的衬底，将基片清洗干净后放入磁控溅射仪中。工作气体采用氩气，本底真空为1.0E-2Pa，工作气压为0.1Pa，溅射功率密度为0.03W/cm²，靶基距为200mm，溅射时间为20min，制备0.4μm的钨钛合金层。