[发明专利]一种柔性衬底上制备高结合力吸收层的方法在审

专利信息
申请号: 201410652857.1 申请日: 2014-11-17
公开(公告)号: CN105679877A 公开(公告)日: 2016-06-15
发明(设计)人: 王赫;乔在祥;赵彦民;李微;张超;杨亦桐;王胜利;杨立 申请(专利权)人: 中国电子科技集团公司第十八研究所
主分类号: H01L31/18 分类号: H01L31/18
代理公司: 天津市鼎和专利商标代理有限公司 12101 代理人: 李凤
地址: 300384 天津*** 国省代码: 天津;12
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摘要:
搜索关键词: 一种 柔性 衬底 制备 结合 吸收 方法
【说明书】:

技术领域

本发明属于铜铟镓硒薄膜太阳电池技术领域,特别是涉及一种柔性衬底上制备高结合 力吸收层的方法。

背景技术

目前,柔性衬底铜铟镓硒(Cu(In,Ga)Se2,简称CIGS)薄膜太阳电池具有质量比功率 高、抗辐射能力强、稳定性好等优势,特别是柔性衬底CIGS薄膜电池,其质量比功率一 般大于600W/kg,而且电池组件适合卷对卷制备和单片集成,在批量生产和降低成本方面 具有很大潜力,应用范围更加广泛(相比于刚性衬底)。目前,制约该类电池性能提高的 关键问题和技术难点是高性能CIGS吸收层的沉积技术。

CIGS吸收层是该类太阳电池的核心,提高CIGS吸收层结晶质量,优化其光电性质是 实验室中获得高效率CIGS薄膜太阳电池的关键,同时也是商业化生产中提高电池组件成 品率,降低成本的基础。然而,对于柔性衬底,特别是聚酰亚胺塑料衬底(Polyimide, 简称PI衬底),除了吸收层结构和光电性质外,CIGS薄膜与衬底和底电极之间的结合力 也是影响电池性能的重要因素之一。薄膜层之间的结合力与材料的热膨胀系数和内部应力 有关。目前,能够承受的最高温度接近500℃的商业化PI材料只有KaptonE和UpilexS 两种规格,它们的热膨胀系数(CTE)与CIGS材料和Mo电极材料热膨胀系数存在较大差 别,如表1所示。在CIGS吸收层生长过程中,衬底温度为450℃-500℃,沉积时间一般 大于20分钟。PI衬底受热发生形变,由于PI与各膜层间热膨胀系数差别较大,CIGS薄 膜内部积累了较大应力。在化学水浴、溅射沉积等后续工艺处理中,较大的内应力将导致 CIGS薄膜从Mo/PI衬底上脱落,从而影响电池的性能和成品率。

先前有专利(专利号:CN200610016182.7)提出柔性CIGS薄膜太阳电池的结构为: PI衬底/Mo/CIGS/CdS/i-ZnO/ZnO:Al/栅电极。专利(专利号:CN200710151040.6和专利 号:CN201210464942.6)提出了PI衬底上CIGS吸收层的制备方法。这些专利没有考虑 PI衬底上沉积CIGS吸收层的附着性问题。实验结果证明,按照上述专利提出的电池结构 和制备方法沉积的CIGS薄膜与衬底和底电极的结合力较差,吸收层裂痕较多,部分吸收 层甚至出现脱落现象,如图3(a)所示。这将导致柔性CIGS薄膜太阳电池性能下降,甚 至失效。特别对于大面积CIGS薄膜制备,这种现象更加严重。

表1柔性衬底及相关半导体材料的热膨胀系数

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种柔性衬底上制备高结合力吸收 层的方法。

本发明的目的是提供一种能够获得高结合力CIGS吸收层,有效避免了柔性衬底上的 CIGS薄膜因内应力而开裂、甚至脱落等问题,改善了吸收层电学性质,改善CIGS薄膜结 晶质量等特点的柔性衬底上制备高结合力吸收层的方法。

本发明通过在CIGS吸收层与Mo电极层之间设计一应力缓冲层,在柔性衬底上得到高 结合力的CIGS吸收层,避免了CIGS薄膜的脱落问题,能够有效提高柔性CIGS薄膜太阳 电池的性能和成品率。

柔性CIGS薄膜太阳电池包含多层结构,如附图1所示。采用柔性衬底(包括PI衬底, 金属衬底等),其上结构依次为:Mo底电极(厚度约为0.5~1μm);应力缓冲层(In1-x,Gax) 2Se3薄膜(厚度约为100nm~1000nm);p型CIGS吸收层(厚度在1~3μm之间);n型 CdS缓冲层(厚度约为50nm);i-ZnO层和ZnO:Al窗口层(厚度分别为50nm和300~500nm); Ni/Al金属栅电极。对于小面积CIGS薄膜太阳电池,为了减小因电池表面反射而造成的 光吸收损失,提高电池性能,在上述电池结构的表面沉积一层厚度约为100nm的MgF2减反 射层,如附图2所示。

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