[发明专利]柔性衬底薄膜太阳电池及专用设备

说明书

技术领域

本发明属于H01L31/00对红外辐射、光、较短波长的电磁辐射敏感的，并且适用于把 所述的辐射能转换为电能的半导体器件及其特有的制造方法和设备领域。具体地说，本发 明属于柔性衬底、化合物半导体、异质结薄膜太阳电池领域。

技术背景

以柔性材料为衬底的薄膜太阳电池，根据太阳电池主体材料的不同目前主要有非晶硅 薄膜太阳电池、碲化镉薄膜太阳电池、铜铟镓硒(铜铟硫)薄膜太阳电池、染料敏化薄膜 太阳电池，其中与本发明最接近的技术方案是采用三段蒸发法沉积吸收层、以光辐照为基 础的快速热处理技术完成吸收层的化合反应制作的铜铟镓硒薄膜太阳电池，选用的衬底为 钼、钛(不锈钢衬底)、聚合物，因其衬底材料都是刚性的，因此它们不需要其他支撑结构。 但是钼和钛都是贵重金属，要达到一定强度，箔材厚度要超过25微米，这样就会浪费资源 并增加薄膜太阳电池的生产成本；而以聚合物为衬底材料，成本确实降下来了，但由于聚 合物耐温性较低(低于450℃)，而吸收层的硒化反应温度要500℃以上，因而降低了薄膜 太阳电池的转换效率和可靠性。

在三段蒸发法沉积吸收层工艺中，铜、铟、硒(或和)硫是通过热蒸发沉积到衬底上 的，工艺复杂，难以定量控制，稀有的铟、硒材料和贵重金属铜浪费严重。我们知道，热 的传递方式有三种：辐射、传导和对流，而硒化工艺大都以光辐照为基础的快速热处理技 术，而灯本身发光效率较低，因此三段蒸发法沉积吸收层工艺费时、费电，且原材料利用 率较低。

发明内容

本发明的目的：

一)采用非刚性材料做柔性薄膜太阳电池衬底，通过低成本刚性支撑结构降低电池的制 作成本。

二)采用简单的工艺方式，提高材料的利用率，节能降耗，从而降低生产成本。

三)设计完成一套与本发明相适应的专用硒化设备，高效实现批量工业化生产。

本发明的内容：

一种低成本柔性衬底薄膜太阳电池及其特有的制作设备。

本发明的有如下附图：

图1为柔性薄膜太阳电池结构图。

图2为卷绕式喷涂化合反应设备结构示意图。

图1中，柔性薄膜太阳电池由衬底材料和电池基体组成，电池基体由上电极(1)、窗 口层(2)、缓冲层(3)、吸收层(4)、下电极(5)、衬底(6)组成。

本发明的技术方案是：

以铝为衬底材料，吸收层的组分为铜铟镓硒，缓冲层为硫化锌，窗口层为氧化锌/氧 化锌铝。

本柔性薄膜太阳电池的制作工艺过程为：

1.在铝衬底材料生长氧化铝绝缘层。

2.磁控溅射沉积氮化钛下电极。

3.制作吸收层。

3.1磁控溅射生长铜铟镓堆叠层，节约使用贵重金属铜、铟、镓。。

3.2非真空方法在吸收层中掺入硒或(和)硫，可减化工艺过程，提高产量。

3.3用衬底材料自发热方式使吸收层升温，完成吸收层的硒化反应，减少能源消耗。

4.独特的化学水浴装置最佳反应条件下生长缓冲层。

5.磁控溅射生长窗口层。

6.掩膜制作上电极。

除一些相关太阳电池行业通用设备外，本柔性薄膜太阳电池的制作还需要一台专用硒 化设备。

图2为柔性薄膜太阳电池的特殊专用卷绕式喷涂化合反应设备，由粉末喷头(1)、设 备壳体(2)、内部反应室(3)、接触电极(4)、卷绕滚轮(5)等组成，并在壳体(2)上 设置两个气体调节口(6)。

本发明的有益效果是：

1衬底材料更廉价。

2衬底材料耐受温度达到了吸收层化合反应温度要求，保证薄膜电池性能更加优异。

3采用先进的工艺，节约资源，预想的一些新型薄膜电池生产成本更低。

4降低生产能耗。

5简化生产设备。

本发明的的实施例：选用厚度为25微米、宽度为20厘米的铝箔做衬底材料，以卷到 卷的方式生产柔性薄膜太阳电池。