一种太阳能电池隔离层及其制备方法.pdf

本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种太阳能电池隔离层及其制备方法。在不锈钢箔基底上以水蒸气作为反应气体，采用反应溅射法制备Er2O3隔离层：安装靶材，调节靶基距；抽真空至真空度不大于3.0×10-3pa，将基底加热至600～700℃；通入氩气和水蒸气，将气压调至0.1～0.8Pa，其中水分压为0.01～0.04Pa，将溅射功率增加至80～100W，辉光稳定后，沉积20～40分钟，得Er2O3隔离层。反应溅射提高了溅射效率，水蒸气作为反应气体，同时防止了靶材表面和不锈钢箔的氧化，提高了沉积速率的可控性，可满足工业化制备要求，制备的Er2O3隔离层结晶较好。

1.  一种太阳能电池隔离层，其特征在于，该隔离层为Er₂O₃层。

2.  一种太阳能电池隔离层的制备方法，其特征在于，采用反应溅射法制备Er₂O₃隔离层。

3.  根据权利要求2所述的一种太阳能电池隔离层的制备方法，其特征在于，所述反应溅射法制备Er₂O₃隔离层包括以下步骤：
(1)以304不锈钢箔为基底，靶材选用纯金属Er靶，将基底放置在加热器上，安装靶材，调节靶基距为30～50mm；
(2)抽真空至真空度不大于3.0×10^-3Pa，打开加热器电源，将基底加热至600～700℃；
(3)通入氩气和水蒸气，将气压调至0.1～0.8Pa，其中水分压为0.01～0.04Pa，开溅射，将溅射功率增加至80～100W，辉光稳定后，移开挡板，开始沉积；
(4)沉积20～40分钟后，关挡板，关溅射，断开氩气和水蒸气，切断加热电源，关真空系统，得Er₂O₃隔离层。

4.  根据权利要求3所述的一种太阳能电池隔离层的制备方法，其特征在于，所述纯金属Er靶纯度为99.9％。

5.  根据权利要求3所述的一种太阳能电池隔离层的制备方法，其特征在于，所述水蒸气由真空蓄水罐提供，真空蓄水罐保持恒温，以保持水蒸气蒸发量的恒定。

一种太阳能电池隔离层及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种太阳能电池隔离层及其制备方法。
背景技术
柔性薄膜太阳能电池具有成本低、重量轻、可弯曲等优点，是太阳能电池发展的重要方向。柔性薄膜太阳能电池是采用薄膜制备技术在柔性衬底(如不锈钢箔、铝箔、镍箔、有机聚合物膜等)上沉积电池各功能层的方法制备。目前应用较多的是不锈钢箔衬底，为防止不锈钢衬底元素扩散进入太阳能电池吸收层，降低太阳能电池转换效率，必须在衬底和电池底电极之间制备一层隔离层，以阻止衬底元素扩散进电池吸收层，降低转换效率。一般要求隔离层具有良好的化学稳定性、高的沉积速率、与衬底和底电极热膨胀系数匹配较好。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能电池隔离层及其制备方法。
一种太阳能电池隔离层，其特征在于，该隔离层为Er₂O₃层。
一种太阳能电池隔离层的制备方法，其特征在于，采用反应溅射法制备Er₂O₃隔离层。
所述反应溅射法制备Er₂O₃隔离层包括以下步骤：
(1)以304不锈钢箔为基底，将基底放置在加热器上，安装靶材，调节靶基距为30～50mm；
(2)抽真空至真空度不大于3.0×10^-3Pa，打开加热器电源，将基底加热至600～700℃；
(3)通入氩气和水蒸气，将气压调至0.1～0.8Pa，其中水分压为0.01～0.04Pa，开溅射，将溅射功率增加至80～100W，辉光稳定后，移开挡板，开始沉积；
(4)沉积20～40分钟后，关挡板，关溅射，断开氩气和水蒸气，切断加热电源，关真空系统，得Er₂O₃隔离层。
所述纯金属Er靶纯度为99.9％。
所述水蒸气由真空蓄水罐提供，真空蓄水罐保持恒温，以保持水蒸气蒸发量的恒定。
本发明的有益效果为：Er₂O₃具有优良的抗腐蚀性能、沉积速率较高，与衬底和底电极热膨胀系数匹配较好，在电池各功能层制备工艺窗口内无相变，是柔性薄膜太阳能电池较为适合的隔离层，所以本发明隔离层材料选用Er₂O₃层。
本发明在不锈钢箔基底上以水蒸气作为反应气体，采用反应溅射法制备Er₂O₃隔离层。反应溅射提高了溅射效率，水蒸气作为反应气体，同时防止了靶材表面和不锈钢箔的氧化，提高了沉积速率的可控性，可满足工业化制备要求，制备的Er₂O₃隔离层结晶较好。
附图说明
图1是本发明所使用设备结构示意图；
图2是本发明实施例1所制备的Er₂O₃隔离层x射线θ-2θ扫描图；
图3是本发明实施例1所制备的Er₂O₃隔离层SEM形貌图；
图4是本发明实施例2所制备的Er₂O₃隔离层x射线θ-2θ扫描图；
图5是本发明实施例2所制备的Er₂O₃隔离层SEM形貌图；
图6是本发明实施例3所制备的Er₂O₃隔离层x射线θ-2θ扫描图；
图7是本发明实施例3所制备的Er₂O₃隔离层SEM形貌图；
图8是本发明实施例3所制备的Er₂O₃隔离层断面形貌图；
图中标号：1-Ar气质量流量计；2-截止阀；3-溅射靶；4-挡板；5-加热器；6-分子泵；7-机械泵；8-真空计；9-闸板阀；10-蓄水罐；11-控制阀；12-混气室。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
以下实施例均在如图1所示的装置中进行。本发明所使用设备结构示意图如图1所示，该设备主要由Ar气质量流量计1，截止阀2、溅射靶3、挡板4、加热器5、分子泵6、机械泵7、真空计8、闸板阀9、蓄水罐10、控制阀11及混气室12组成，采用分子泵6和机械泵7对系统抽真空，以下实施例中均采用此设备。反应溅射所用水蒸气由蓄水罐提供，蓄水罐温度保持25℃，以保持水蒸气蒸发量的恒定。
实施例1
采用反应溅射法制备Er₂O₃隔离层，以Φ75×5mm的纯金属Er靶(纯度为99.9％)为靶材，包括以下步骤：
(1)将304不锈钢箔先放入酒精中进行超声波清洗2分钟，除去表面的水分；然后放入丙酮中进行超声波清洗3分钟，除去表面的油污；最后用电吹风吹干；将石英基底放置在加热器上，安装靶材，调节靶基距为40mm；
(2)抽真空至真空度不大于3.0×10^-3Pa，打开加热器电源，将基底加热至600℃；
(3)通入氩气，调节水蒸气控制阀，水蒸气由蓄水罐提供，蓄水罐温度保持℃，以保持水蒸气蒸发量的恒定，真空计显示水蒸气为1.5×10^-2Pa，调节闸板阀至气压为0.5Pa，开溅射，将溅射功率增加至100W，辉光稳定后，移开挡板，开始沉积；
(4)沉积20分钟后，关挡板，关溅射，断开氩气和水蒸气，切断加热电源，关真空系统，得Er₂O₃隔离层。
Er₂O₃隔离层x射线θ-2θ扫描见图2，半高宽约0.920°，表明Er₂O₃隔离层结晶较好，Er₂O₃隔离层为立方相，且呈(222)取向择优生长。Er₂O₃隔离层SEM形貌图见图3，表明Er₂O₃隔离层表面平整、致密、无裂纹。
实施例2
采用反应溅射法制备Er₂O₃隔离层，以Φ75×5mm的纯金属Er靶(纯度为99.9％)为靶材，包括以下步骤：
(1)将304不锈钢箔先放入酒精中进行超声波清洗2分钟，除去表面的水分；然后放入丙酮中进行超声波清洗3分钟，除去表面的油污；最后用电吹风吹干；将石英基底放置在加热器上，安装靶材，调节靶基距为40mm；
(2)抽真空至真空度不大于3.0×10^-3Pa，打开加热器电源，将基底加热至650℃；
(3)通入氩气，调节水蒸气控制阀，水蒸气由蓄水罐提供，蓄水罐温度保持25℃，以保持水蒸气蒸发量的恒定，真空计显示水蒸气为1.5×10^-2Pa，调节闸板阀至气压为0.5Pa，开溅射，将溅射功率增加至100W，辉光稳定后，移开挡板，开始沉积；
(4)沉积20分钟后，关挡板，关溅射，断开氩气和水蒸气，切断加热电源，关真空系统，得Er₂O₃隔离层。
Er₂O₃隔离层x射线θ-2θ扫描见图4，半高宽约0.812°，表明Er₂O₃隔离层结晶较好，Er₂O₃隔离层为三方相，且呈(101)取向择优生长。Er₂O₃隔离层SEM形貌图见图5，表明Er₂O₃隔离层表面平整、致密、无裂纹，且呈双晶向生长。
实施例3
采用反应溅射法制备Er₂O₃隔离层，以Φ75×5mm的纯金属Er靶(纯度为99.9％)为靶材，包括以下步骤：
(1)将304不锈钢箔先放入酒精中进行超声波清洗2分钟，除去表面的水分；然后放入丙酮中进行超声波清洗3分钟，除去表面的油污；最后用电吹风吹干；将石英基底放置在加热器上，安装靶材，调节靶基距为40mm；
(2)抽真空至真空度不大于3.0×10^-3Pa，打开加热器电源，将基底加热至650℃；
(3)通入氩气，调节水蒸气控制阀，水蒸气由蓄水罐提供，蓄水罐温度保持25℃，以保持水蒸气蒸发量的恒定，真空计显示水蒸气为3.0×10^-2Pa，调节闸板阀至气压为0.5Pa，开溅射，将溅射功率增加至100W，辉光稳定后，移开挡板，开始沉积；
(4)沉积20分钟后，关挡板，关溅射，断开氩气和水蒸气，切断加热电源，关真空系统，得Er₂O₃隔离层。
Er₂O₃隔离层x射线θ-2θ扫描见图2，半高宽约0.612°，表明Er₂O₃隔离层结晶较好，Er₂O₃隔离层为立方相，且呈(222)取向择优生长。Er₂O₃隔离层SEM形貌图见图5，表明Er₂O₃隔离层表面平整、致密、无裂纹。Er₂O₃隔离层断面形貌见图8，表明涂层与衬底结合良好，且呈柱状生长，涂层生长速率为40nm/min。