CN103474128B - 一种制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池的方法，包括：(1)将复合导电钼浆通过丝网印刷、刮涂或喷涂于陶瓷基板上，然后经150-250℃烘干、450-1150℃热处理和150-250℃退火，制得背电极，该复合导电钼浆包括如下重量份的组分：粒径0.01-50μm的钼粉50-80重量份、无铅玻璃粉5-15重量份、有机载体10-25重量份和添加剂5-10重量份；其中有机载体包括质量比为1-5:9-20的环氧树脂和有机溶剂，添加剂包括适量NaOH、增稠剂、增塑剂和表面活性剂；(2)在上述背电极的基础上制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池。本发明的方法所使用的复合导电钼浆可采用非真空制备技术来制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池的背电极，工艺简单，降低制造成本。

Description

一种制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池的方法

技术领域

本发明属于太阳能电池电极制备领域，具体涉及一种制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池的方法。

背景技术

在能源危机日益严重的今天，新能源的研究和应用显得日益重要。太阳能作为新能源产业中的重要一员，具有清洁无污染、取之不尽、安全无害等优势。CIGS太阳能电池具有性能稳定、抗辐射能力强、生产成本低、环保高效等特点，可能成为下一代的商品化的薄膜太阳能电池。但是，太阳能行业仍然存在着高成本、不稳定等劣势，在我国，太阳能的应用还基本还停留在大型电站上，而大型电站基本分布在西北地区等人口密度低的地区，在我国其他地区，特别是大城市中应用还很少。作为当今太阳能行业发展的一个具有前景的重要方向，光伏建筑一体化可以很好的解决太阳能在城市地区的应用。当前光伏建筑一体化主要是将硅基等太阳能电池板整合于屋顶等建筑物表面，这种方式既会增加额外的成本，又影响美观。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池的方法。

本发明的技术方案如下：

一种制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池的方法，包括：

(1)将复合导电钼浆通过丝网印刷、刮涂或喷涂于陶瓷基板上，然后经150-250℃烘干、450-1150℃热处理和(150-250℃)退火，制得背电极，该复合导电钼浆包括如下重量份的组分：

其中有机载体包括质量比为1-5:9-20的环氧树脂和有机溶剂，添加剂包括适量NaOH、增稠剂、增塑剂和表面活性剂，环氧树脂为E44和E51环氧树脂中的一种或混合，有机溶剂包括聚乙二醇200，有机溶剂由聚乙二醇200、聚乙二醇400和松油醇组成，其中松油醇与聚乙二醇200的质量比为0-30:55-100，聚乙二醇400与聚乙二醇200的质量比为0-15:55-100；

(2)在上述背电极的基础上制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池。

NaOH主要用于提供钠元素促进铜铟镓硒薄膜的晶粒长大，有利提高太阳能电池效率；增稠剂是一种流变助剂，它的主要作用是用来调节导电浆料的粘稠度和塑性，提高粘结性。

所述粒径0.01-50μm的钼粉：当使用的钼粉颗粒过大时，在钼浆烧结的过程中，钼颗粒间结合的不够紧密，膜层粗糙，烧结缺陷多，电极的各项性能会下降；而当钼粉粒径过小，由于表面能过大，颗粒间更易团聚不容易分散，在某一固定含量以上就不容易印刷和流平，电极制备困难，成本相应也大大增加。

所述无铅玻璃粉使得钼浆在热处理过程中连接、拉紧、固定导电相钼粒子，形成致密的导电薄膜并使整个膜层与基片牢固地粘结在一起。此外，该玻璃粉的加入能够改善导电浆液体系各方面性能，比如使导电浆液各成分分散更均匀；玻璃粉百分组成选取的不同还能调整调节钼浆的热处理温度，制备热处理温度400～1200℃下使用的钼浆。

所述环氧树脂为E44和E51环氧树脂中的一种或混合。其具有优良的粘结力、抗氧化、耐腐蚀的特性，还可以调节浆液粘稠度，此外还可以添加微量聚氨酯改性，使其更易固化。

有机溶剂包括聚乙二醇200，有机溶剂由聚乙二醇200、聚乙二醇400和松油醇组成，其中松油醇与聚乙二醇200的质量比为0-30:55-100，聚乙二醇400与聚乙二醇200的质量比为0-15:55-100。上述这些有机溶剂无毒，对钼粉的浸润性比较好，能够将钼粉颗粒均匀包裹起来利于钼粉颗粒的均匀分散，使导电浆料不容易产生团聚和沉淀，其中松油醇为无色黏稠液体，沸点为220.85℃，结构中含有氧原子，可以减少钼纳米级颗粒的团聚，同时还可以在浆料干燥时控制挥发速度，防止涂覆膜层局部因为溶剂挥发过快而导致膜层收缩不均产生开裂；相对分子量较低的聚乙二醇具有与各种溶剂的广泛相容性，是很好的溶剂和增溶剂，使得整个浆液体系混合更均匀，并且控制浆料的干燥速率以及增稠剂等添加剂的溶解度。此外聚乙二醇-400还是消泡剂，可以在搅拌的过程中起到避免液面出现气泡，聚乙二醇-200还用作保湿剂，粘度稀释剂，如果浆液粘稠度太高可以加入聚乙二醇-200调节。烧结过程中，这些溶剂能够逐步挥发或分解，避免在膜层表面及内部产生空洞，到一定的温度时挥发干净，无残留灰分。

在本发明的一个优选实施方案中，所述增稠剂为乙基纤维素、丁基纤维素、羟乙基纤维素和甲基羟乙基纤维素中的一种或混合；不仅可以使浆料增稠，在浆料烧结后具有一定机械强度，还能使浆料不容易氧化和沉淀，改善浆料流变性，赋予导电浆料优异的机械性能和贮存稳定性，在一定温度下有机溶剂挥发后形成坚韧膜，高温下(约300℃以上)能够热分解逸出而无残留灰分。

所述增塑剂为具有柔性基团的有机高分子增塑剂；

所述表面活性剂包括乙醇、甲苯、山梨醇酐三油酸酯、卵磷脂中的一种或混合。其中山梨醇酐三油酸酯在有机介质中有良好的相溶性，提高有机溶剂的润湿性，此外较高的羟值和分子量可以在吸附较多金属颗粒的同时保证其悬浮，对浆料的稳定性有促进作用；乙醇对钼粉颗粒的润湿性好，而且对其他添加剂比如乙基纤维素的溶解性好。

在本发明的一个优选实施方案中，所述增塑剂包括邻苯二甲酸二丁酯、聚酯类增塑剂或多元醇酯类增塑剂。上述增塑剂能够增加聚合物塑性和导电浆料粘度，达到优化导电浆料流平性和触变性以及加工性能的目的。

最后还可以根据不同的应用条件，比如不同的基板，加入其他流动控制剂、胶凝剂、触变剂等助剂，来改变导电浆料的流变性和触变性等性能。

本发明的有益效果是：

1、与现有技术相比，本发明的方法所使用的复合导电钼浆可采用非真空制备技术来制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池的背电极，即采用丝网印刷法、喷涂法或者刮涂法，工艺简单，降低制造成本。

2、本发明制备的太阳能电池可以直接整合于建筑材料上，有利于实现光伏建筑一体化。

3、本发明制备的复合导电钼浆在陶瓷上形成的钼膜耐高温，在制备铜铟镓硒其他层时方便高温处理。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的复合导电钼浆在陶瓷基板上经1100℃热处理后的扫描电镜照片之一；

图2为本发明实施例1制备的复合导电钼浆在陶瓷基板上经1100℃热处理后的扫描电镜照片之二；

图3为本发明实施例2制备的复合导电钼浆在陶瓷基板上经900℃热处理后的扫描电镜照片之一；

图4为本发明实施例2制备的复合导电钼浆在陶瓷基板上经900℃热处理后的扫描电镜照片之二。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。

实施例1

将7g钼粉(粒径0.01-50μm)、0.5g玻璃粉(无铅玻璃粉)、0.5g松油醇、1g聚乙二醇-200、0.25g聚乙二醇-400、0.1g环氧树脂E44(或E51)、0.005gNaOH、0.1g乙基纤维素、0.01g邻苯二甲酸二丁酯、0.03g司班85(山梨醇酐三油酸酯)、0.5g乙醇、0.005g有机硅油放在一起混合均匀，制得复合导电钼浆。

将钼浆丝网印刷或者刮涂在陶瓷基板上，在200℃烘干，然后在1100℃下热处理0.5小时，200℃下保温2小时，制备出导电钼薄膜电极(即所述背电极)。通过使用扫描电子显微镜(SEM)观察它们的表面与横截面(如图1和图2所示)，使用四探针电阻测试仪测量薄膜方块电阻进行表征，并计算电阻率。采用美国材料与试验协会(AmericanSocietyforTestingMaterials,ASTM)标准试验方法ASTM-D3359-08，StandardTestMethodsforMeasuringAdhesionbyTapeTest进行薄膜的粘结性测试表征，测试结果如下表1所示：

表1试样电阻率与粘结性测试结果

继续在该导电钼薄膜电极上制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池。

实施例2

将7g钼粉(粒径0.01-50μm)、0.5g玻璃粉(无铅玻璃粉)、0.5g松油醇、1g聚乙二醇-200、0.25g聚乙二醇-400、0.1g环氧树脂E44(或E51)、0.005gNaOH、0.1g乙基纤维素、0.01g邻苯二甲酸二丁酯、0.03g司班85(山梨醇酐三油酸酯)、0.5g乙醇、0.005g有机硅油放在一起混合均匀，制得复合导电钼浆。

将钼浆丝网印刷或者刮涂在陶瓷基板上，在200℃烘干，然后在900℃下热处理0.5小时，200℃下保温2小时，制备出导电钼薄膜电极。通过使用扫描电子显微镜(SEM)观察它们的表面与横截面(如图3和图4所示)，使用四探针电阻测试仪测量薄膜方块电阻进行表征，并计算电阻率。采用美国材料与试验协会(AmericanSocietyforTestingMaterials,ASTM)标准试验方法ASTM-D3359-08，StandardTestMethodsforMeasuringAdhesionbyTapeTest进行薄膜的粘结性测试表征，测试结果如下表2所示：

表2试样电阻率与粘结性测试结果

继续在该导电钼薄膜电极上制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池。

本领域技术人员可在下述工艺条件内进行调整，而得到与上述实施例相同或相近的技术效果：

退火温度150-250℃；

所述有机溶剂还包括松油醇和/或聚乙二醇400，松油醇与聚乙二醇200的质量比为0-30:55-100，聚乙二醇400与聚乙二醇200的质量比为0-15:55-100。

所述增稠剂为乙基纤维素、丁基纤维素、羟乙基纤维素和甲基羟乙基纤维素中的一种或混合；

所述增塑剂为具有柔性基团的有机高分子增塑剂，优选包括邻苯二甲酸二丁酯、聚酯类增塑剂或多元醇酯类增塑剂；

所述表面活性剂包括乙醇、甲苯、山梨醇酐三油酸酯、卵磷脂中的一种或混合。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (3)

1.一种制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池的方法，其特征在于：包括：

(1)将复合导电钼浆通过丝网印刷、刮涂或喷涂于陶瓷基板上，然后经150-250℃烘干、450-1150℃热处理和150-250℃退火，制得背电极，该复合导电钼浆由如下重量份的组分组成：

其中有机载体包括质量比为1-5:9-20的环氧树脂和有机溶剂，添加剂包括适量NaOH、增稠剂、增塑剂和表面活性剂，环氧树脂为E44和E51环氧树脂中的一种或混合，有机溶剂包括聚乙二醇200，有机溶剂由聚乙二醇200、聚乙二醇400和松油醇组成，其中松油醇与聚乙二醇200的质量比为0-30:55-100，聚乙二醇400与聚乙二醇200的质量比为0-15:55-100；

(2)在上述背电极的基础上制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池。

2.如权利要求1所述的一种制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池的方法，其特征在于：所述增稠剂为乙基纤维素、丁基纤维素、羟乙基纤维素和甲基羟乙基纤维素中的一种或混合；所述增塑剂为具有柔性基团的有机高分子增塑剂；所述表面活性剂包括乙醇、甲苯、山梨醇酐三油酸酯、卵磷脂中的一种或混合。

3.如权利要求2所述的一种制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池的方法，其特征在于：所述增塑剂包括邻苯二甲酸二丁酯、聚酯类增塑剂或多元醇酯类增塑剂。