[发明专利]用于制造光电池的带金属膜衬底

说明书

本发明涉及一种用于制造光电池的带金属膜衬底，所述金属膜的第一面用于设置光电（photovoltaik）吸收层。本发明还涉及一种包含这种衬底的光电池。

高效光电器件如太阳能电池包括由例如IB、IIIA和VIA族元素（例如铜与铟和/或镓的合金，或者铝与硒和/或硫的合金）形成的吸收层。上述元素的常规组合是铜-铟-镓-联硒化物（CIGS），由此制成的器件常被称作CIGS太阳能电池。CIGS吸收层可沉积在衬底上。最好在铝膜衬底上制造这种吸收层，因为铝膜相对便宜，重量轻且柔性好。

由US 2007/0000537A1已知一种具有在铝膜上形成的CIGS吸收层的太阳能电池。在最高达600°C的温度下对这种涂覆在铝膜上的吸收层进行数分钟的退火处理。在将基于溶液的吸收材料涂布或印刷到衬底上以及随后在升高的温度下进行固化的这两个过程，铝膜都会受到蒸汽和气体形态的化学物质的腐蚀。铝固有的氧化物层和电解产生的氧化物层的耐化学性不好，或者说对腐蚀性化学品的耐蚀能力不佳。另外，铝膜在高温的作用下变软，因此机械强度下降。

本发明的目的是提供一种前述类型的衬底，其与现有技术中的衬底相比具有更好的耐化学性，或者说对于制造光电池所使用的化学试剂具有更好的耐受力。此外，本发明所提供的衬底易于制造，成本低廉。

本发明用来达成上述目的解决方案为：在金属膜的第二面设置由硅基溶胶-凝胶涂层形成的保护层，以便改善升高的温度下的耐化学性和耐蚀性。

优选地，所述金属膜至少在所述第一面上经高光泽辊压和/或电解抛光处理，以便获得Ra<100nm（纳米），优选Ra<50nm的表面粗糙度。

优选地，所述保护层在干燥或固化的状态下的厚度优选介于约0.5μm与4μm之间。

所述金属膜优选是由铝或一种铝合金形成的膜。由溶胶-凝胶涂层形成的保护层除耐化学性以外还具有其他优点，其能够支撑在高温的作用下变软的铝膜，赋予其更好的机械稳定性。

直接在所述金属膜（特别是由铝或铝合金形成的薄膜）上实现的保护层是溶胶-凝胶涂层，该溶胶-凝胶涂层来自于直接涂在金属膜上的溶胶-凝胶体系。形状稳定、容易变形且富含液体的分散体系被称为凝胶，由固定的不规则三维网状结构和液体构成。溶胶-凝胶体系在此理解为这样一种由溶胶-凝胶工艺制成的溶胶-凝胶涂层，其在按照具体产品进行相应的施用与固化后会形成一个与衬底（在此是一种金属膜）固定连接的固化保护层。该层优选是透明固化的溶胶-凝胶涂层，其能显露出衬底基色。透明固化的溶胶-凝胶涂层理解为特别是清澈无色的透明层。衬底干净表面上的涂覆层优选溶胶-凝胶涂层，特别是由聚硅氧烷形成的溶胶-凝胶涂层，优选由硅烷醇溶液（特别是烷氧基硅烷溶液）和水性胶体硅酸溶液制成的聚硅氧烷形成的溶胶-凝胶涂层。聚硅氧烷是由交联硅氧烷构成的聚合物。聚硅氧烷特别通过经水解的可交联硅烷（特别是烷氧基硅烷）与胶体硅酸之间的缩合反应而产生。

经水解的硅烷（特别是烷氧基硅烷）之间的缩合反应以及水解硅烷（特别是烷氧基硅烷）与胶体硅酸之间的缩合反应会产生聚硅氧烷的无机网状结构。与此同时，有机基团，特别是烷基（或低级烷基）通过碳键被纳入该无机网状结构。但是，有机基团或烷基不直接参与聚合反应或硅氧烷的交联过程，即，这些有机基团不用于形成有机聚合物体系，而仅仅用于官能化。其官能化作用为：有机基团（特别是烷基）在溶胶-凝胶过程中附着于聚硅氧烷外侧，由此形成对外疏水层，该疏水层会赋予溶胶-凝胶涂层突出的疏水性。

如前所述，上述溶胶-凝胶法可以通过选择性水解以及硅的醇盐与硅酸之间的缩合反应产生由无机网状结构以及结合在其中的烷基所构成的溶胶-凝胶涂料。因此，由此而获得的聚硅氧烷确切而言应该属于无机聚合物。

在制备作为保护层的溶胶-凝胶涂层的一种优选实施方案中，合适的是从两种基础溶液A和B开始制备。

溶液A是一种或多种不同烷氧基硅烷的醇溶液，其中，所述烷氧基硅烷以非水解形态存在于不含水介质中。醇适合用作溶剂，例如甲醇、乙醇、丙醇或丁醇，优选使用异丙醇。

烷氧基硅烷可由通式X_nSi(OR)_4-n描述，其中，“R”是低级烷基，优选选自甲基、乙基、丙基和丁基。“X”同样合适为烷基，优选选自甲基、乙基、丙基和丁基。合适的烷氧基硅烷例如为四甲氧基硅烷（TMOS），优选四乙氧基硅烷（TEOS）和甲基三甲氧基硅烷（MTMOS）及其他烷氧基硅烷。