技術領域

本實用新型涉及與太陽能電池背電極相連的柔性金屬襯底。

背景技術

在能源危機的背景下，太陽能電池成為代替能源研究中的熱點。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)薄膜太陽能電池性能穩定、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。與常規能源相比，太陽能電池商業競爭力的實現，在于成本的降低。現階段制約太陽能電池發展的最大瓶頸是過高的原材料成本和生產成本。

CIGS電池的典型結構為：玻璃襯底、(Mo層)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。

硬質鈉鈣玻璃中的Na元素的滲入雖然有利于提高電池的效率，但是過量的Na會致使吸收層在金屬背電極層的界面脫落，影響電池的使用壽命。同時，硬質鈉鈣玻璃為基底的太陽能電池只能采用分批式的工藝制備，成本很高。基于分批式生產所有工藝也總是會增加成本，因此卷帶式的工藝生產對于降低成本而言是至關重要的。柔性襯底可以滿足太陽能電池的大面積卷繞生產。相比聚酰亞胺，金屬帶材襯底更能經受高質量CIGS材料制備所用的高溫度，但是，在吸收層制備過程中金屬襯底的有害元素會擴散到吸收層，影響吸收層的成膜質量。因此，要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。

在Thin?Solid?Films?431-432(2003)392-397中由K.Herz等人所著“Diffusion?barriers?forCIGS?solar?cells?on?metallic?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備Al₂O₃，可以有效的擋基底元素的擴散。專利CN?1836338A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，且制備耗時較長；同時在電池后續制備過程中擴散阻擋層容易出現脫落、開裂等現象，導致電池生產成品率降低，進而增加成本。

電池的背電極，在電池中所起的作用主要有三點：1)與吸收層之間形成良好的歐姆接觸，主要有材料的性質決定；2)在電池使用起到電流傳導層的作用，由材料的性質和膜厚決定；3)連接襯底和電池主體，防止電池開裂、脫落。縱多金屬材料包括Mo、Pt、Au、Al、Ni、Ag、Cu等被試著用來作背電極材料，但是除了Mo和Ni能與CIGS吸收層形成較好的歐姆接觸之外，在制備CIGS薄膜的過程中這些金屬都會和CIGS產生不同程度的擴散。在高溫下Mo有著比Ni更好的穩定性。雖然Mo與CIGS化學以及CIGS沉積相對高的溫度顯示是兼容的，但是容易在后續工藝過程中脫落，即與襯底的結合力較弱。

在Thin?Solid?Films?260(1995)26-31中，由John?H.Scofield等人所著的“Sputtered?molybdenum?bilayer?back?contact?for?copper?indium?diselenide-based?polycrystalline?thin-film?solar?cells”公開了CIGS太陽能電池背電極Mo層的制備方法。文獻中通過磁控濺射制備雙層Mo來分別滿足電池對背電極的要求較高的附著力和較低的電阻。此法，為現在通用的背電極制備工藝。通過雙層結構來達到要求，這樣必定增加了Mo層厚度和濺射時間，即增加了材料和能量的消耗，帶來了額外的成本。

在US005477088A中描述了用于CIS太陽能電池的多相背電極。專利中采用Cu-Mo合金作為背電極，該電極能夠同時提高附著力和導電性能。但是Cu會擴散到吸收層，從而改變吸收層中元素的計量比，影響吸收層的成膜質量。Cu的擴散量及均勻性難以控制，不利于大面積工業生產。

綜上，現有阻擋層、背電極的制備儀器成本高，耗能大，并且襯底、阻擋層、背電極各層的開裂、脫落問題降低了電池的成品率；絕緣的阻擋層使得在制備電池串聯模塊時需要昂貴的精準刻蝕儀器，且刻蝕工藝的增加同時增加了電池的次品率。

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