[发明专利]一种铜铟镓硒柔性薄膜电池的钼层制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种铜铟镓硒柔性薄膜电池的钼层制备方法，属于薄膜太阳能电池生产制作技术领域。

背景技术

铜铟镓硒(Cu(In，Ga)Se2，简称CIGS) 薄膜太阳能电池具有低成本、高效率、稳定性好等优点，是公认的最具有发展和市场潜力的第二代太阳能电池。人们对其研究兴起于上个世纪八十年代初，经过近三十年的发展，铜铟镓硒薄膜太阳能电池的理论研究以及制备工艺取得了可喜的成果，目前其最高实验室光电转化效率达到 20.3％，是目前转化效率最高的薄膜光伏电池。

但传统晶硅太阳能电池及钢性衬底的太阳能电池存在一定的刚性硬度及不可折叠的性质，成为传统太阳能电池的一大缺陷。然而，柔性衬底CIGS薄膜太阳电池能被安置在流线型汽车的顶部、帆船、赛艇、摩托艇的船舱等不平整表面,或房屋等建筑物的楼顶与外墙面且可折叠，可谓是应用范围非常广泛。另外由于柔性CIGS薄膜电池具有较高的质量比功率(500W/kg)，同时具有可弯曲性，非常适用于对地观测的平流层飞艇表面，军事上及航空航天等。

铜铟镓硒柔性衬底选用的是聚酰亚胺薄膜。在铜铟镓硒太阳能电池制作过程中，首先要在聚酰亚胺衬底正面制备一层钼薄膜，然后在钼薄膜层上制作CIGS薄膜层和后续的其它功能薄膜层。钼的热膨胀系数为5.2E-6/K，聚酰亚胺的热膨胀系数为15E-6/K，两者差距很大，在温度发生变化的情况下，聚酰亚胺衬底伸张或收缩的尺度比钼薄膜大，柔性薄膜受应力作用容易发生卷曲；在溅射过程中钼靶本身被大电流加热，钼原子被高能的Ar离子撞击激发飞离钼靶携带有大量动能，在钼原子到达PI膜表面沉积时，钼原子的动能转变成热能积聚在PI膜表面，随着溅射过程的进行，PI膜的温度也被快速提升，整个溅射过程PI膜的温度可以被加热到200℃-400℃，PI膜由于温度升高，膜面产生一定程度的延展，此时镀的钼膜是和延展后的PI膜面积保持一致的。当溅射工艺结束后，不再有钼原子撞击并沉积到PI膜表面,再加上PI膜在传动的过程中与低温的传动轮接触，PI膜温度快速降低；当衬底发生卷曲后会影响到后面几道工序的正常进行，严重时会导致钼层在后续工序中脱落，危及CIGS的转化效率及电池的制作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种制备方法简单可靠，主要应用在聚酰亚胺柔性薄膜衬底上，以防止聚酰亚胺与钼之间因热膨胀系数差异导致的、在有温度变化情况下聚酰亚胺柔性衬底产生卷曲现象、以及能防止铜铟镓硒柔性薄膜太阳能电池脱落及卷曲的铜铟镓硒柔性薄膜电池的钼层制备方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种铜铟镓硒柔性薄膜电池的钼层制备方法，所述的钼层制备方法包括如下步骤：

a）选取优质的聚酰亚胺薄膜作为铜铟镓硒太阳能电池的衬底，用化学水浴法将聚酰亚胺薄膜表面清洗干净；

b）采用多靶溅射方法：首先在聚酰亚胺薄膜的正面采用溅射靶机溅射至少一层疏松的钼层，然后在所述疏松的钼层基础上再采用溅射靶机溅射至少一层致密的钼层；其次在背面以同样方式用溅射靶机溅射有至少一层平衡正面钼层应力的镀层，该背面镀层选用与正面应力相当的金属或金属氧化物。

作为优选：所述的多靶溅射至少包括3个溅射靶机，其中第一溅射靶机在聚酰亚胺薄膜的正面溅射至少一层疏松的钼层，第二溅射靶机在聚酰亚胺薄膜的背面溅射至少一层钼层，第三溅射靶机在聚酰亚胺薄膜的正面疏松的钼层基础上面再溅射至少一层致密的钼层。

作为优选：所述的多靶溅射是在一个真空腔体内进行，在该真空腔体内安装有卷绕有衬底薄膜的卷绕设备；

首先，对真空腔体抽真空，使真空腔体内的真空度达到5E-4Pa；

其次，对衬底薄膜进行加热，使衬底温度为150℃~200℃之间；

再次，通入工艺气体Ar，使气压稳定在0.1pa~1pa之间，开启第一溅射靶机的电源，使第一溅射靶机进行磁控溅射，该第一溅射靶机区域的压强控制在0.5Pa，溅射靶机的直流电源功率控制为2kW，完成衬底薄膜正面的第一层疏松的钼层；开启第三溅射靶机的电源，使第三溅射靶机进行磁控溅射，该第三溅射靶机区域的压强控制在0.3Pa，溅射靶机的直流电源功率控制为1kW，完成衬底薄膜正面的第二层致密的钼层。

作为优选：开启第二溅射靶机的电源，使第二溅射靶机进行磁控溅射，该第二溅射靶机区域的压强控制在0.1Pa，溅射靶直流电源功率控制为2kW，完成衬底薄膜背面的第一层钼层；