技術領域

本發明涉及太陽能電池的柔性金屬襯底與背電極之間的金屬擴散阻擋層及其制備方法，特別是涉及在柔性金屬基底上制備多層金屬鍍層作為CIGS太陽能電池擴散阻擋層的制備方法。

背景技術

太陽能電池是一種將光能裝換為電能的裝置，其中具有黃銅礦相的薄膜太陽能電池(包括銅銦硒、銅銦硫、銅銦鎵硒等太陽能電池，以下簡稱CIGS)性能穩定、抗輻射能力強，其光電轉換效率目前是各種薄膜太陽電池之首，光譜響應范圍寬，在陰雨天光強下輸出功率高于其它任何種類太陽電池，被國際上稱為下一時代最有前途的廉價太陽電池之一，有可能成為未來光伏電池的主流產品之一。

CIGS電池的典型結構為：玻璃襯底/(Mo)背電極層/(CIGS)吸收層/(CdS)緩沖層/雙層結構的ZnO窗口層：本征ZnO(i.ZnO)層和摻Al低阻透明ZnO(AI:ZnO)層/鋁電極。

以玻璃為襯底的銅銦鎵硒薄膜太陽電池具有成本低、性能優異的特點，而銅銦鎵硒薄膜太陽電池可以采用柔性金屬(不銹鋼帶、鎳鐵合金帶、銅帶、鈦箔等)或聚酰亞胺薄膜為襯底制成柔性薄膜太陽電池。以柔性材料為襯底的太陽能電池生產成本低，容易實現卷對卷大面積生產。柔性襯底重量輕不僅提高了太陽電池的質量比功率，而且可以任意彎曲。這些優點有利于太陽能電池在航天器、衛星、空間站等特殊場合應用。

CIGS薄膜太陽能電池吸收層的制備需要經過高溫硒化或硫化過程，研究表明較高的硒化溫度(600～700℃)有利于高質量吸收層的形成。但是由于自身軟化溫度的限制，玻璃和聚酰亞胺最高只能承受450～550℃的溫度。相比玻璃和聚酰亞胺，金屬襯底更能經受制備高質量吸收層所需的高溫度。但是，在吸收層制備過程中金屬襯底中的Fe、Cu等元素會擴散到吸收層，影響吸收層的成膜質量。因此，在金屬襯底與背電極之間制備一層擴散阻擋層是很必要的。

背電極Mo本身對襯底中元素的擴散有較好的阻擋的作用。但是為了達到隔絕擴散的效果，需要增加Mo層的厚度。Mo層是通過磁控濺射來制備，其沉積速率較低。Mo層厚度的增加，同時增加了材料的消耗和制備時間的延長，對于低成本高效率的生產不利。在Thin?SolidFilms?431-432(2003)392-397中由K.Herz等人所著“Diffusion?barriers?for?CIGS?solar?cells?onmetallic?substrates”公開了一種擴散阻擋層及其制備方法。文中采用射頻磁控濺射的方法在金屬襯底上制了3微米厚的Al₂O₃。該阻擋層可以有效的阻擋基底元素的擴散。專利CN1836338A中采用電子束蒸發的方法制備Al₂O₃，同時還在阻擋層中摻雜了金屬元素Na。專利CN?1875127A中制備ZrO來作為阻擋層。

雖然上述阻擋層能很好的阻擋金屬襯底元素的擴散，但是在生產中所需儀器成本高，且制備需時較長；同時在電池后續制備過程中擴散阻擋層容易與襯底或背電極之間出現脫落、開裂等現象，導致電池生產成品率降低，進而增加成本。此外上述阻擋層為絕緣材料，在制備電池時，需要三步刻蝕工藝以形成電池的內聯模式。刻蝕工藝的增加，需要精準的昂貴儀器，同時增加了電池的次品率。

與絕緣的氧化物相比，金屬材料能與金屬襯底或背電極Mo之間形成較高的結合力。導電的金屬阻擋層使電池的串聯可以通過電池片之間以疊瓦片的方式實現，避免了對昂貴的高精度可是設備的使用，簡化了制備過程，且提高了電池的成品率。

文獻[金屬Cr阻擋層對柔性不銹鋼襯底Cu(In，Ga)Se2太陽電池性能的影響，CHINESEJOURNAL?OF?SEMICONDUCTORS，2006，27：1781-1784]中張力、何青等人在不銹鋼上采用磁控濺射的方法制備了2微米厚的Cr作為擴散阻擋層。Cr對不銹鋼襯底中Fe元素的擴散起到了一定的阻擋作用，且與襯底、背電極間有較高的結合力，但是Cr本身會擴散到電池內部形成污染。

發明內容

本發明的目的在于針對現有柔性金屬襯底CIGS薄膜太陽能電池阻擋層的開裂、脫落現象及制造成本昂貴等問題，提供一種可低成本制備且具有高結合力的多層金屬擴散阻擋層及其制備方法。

擴散阻擋層材料的選擇要遵循以下幾點要求：1)、能有效阻擋金屬襯底元素向電池主體的擴散，同時不能引入新的危害元素；2)、能與襯底、背電極之間形成較高的結合力；3)、材料價格較為便宜，且可以低成本制備。