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聚酰亚胺(Polyimide,PI)柔性衬底CIGS薄膜电池因其具有CIGS薄膜电池高转换效率、成本低以及抗辐射等特点,并且同时具有柔性基底太阳电池的高质功比、可折叠、不怕摔碰、适于roll-to-roll工艺等特点受到世界各国研究机构的关注。2013年,瑞士联邦材料科学与技术实验室(Swiss Federal Laboratories forMaterial Science and Technology, EMPA)制备的柔性聚酰亚胺衬底CIGS薄膜电池效率达到20.4%,是目前柔性衬底上CIGS薄膜太阳电池的世界纪录。 本文主要研究适用于PI衬底CIGS薄膜太阳电池的新型背电极,解决柔性基底上薄膜应力过大的难题,减少后续工艺的复杂度,利于柔性太阳电池的产业化。本文在文献调研和大量实验的基础上提出两种新型背电极结构,考察了两种结构下背电极的电学、光学、应力、高温稳定性等特性,并且研究了新型背电极异于传统背电极的特性对CIGS薄膜结构、形貌以及电池器件性能的影响。 由于PI材料与Mo薄膜之间热膨胀系数的失配,传统背电极工艺的双层Mo薄膜残余应力比较大,PI/Mo非常卷曲,薄膜表面出现明显裂痕。针对这一问题,提出了Mo/Ag/Traditional BC(传统背接触)结构与Processl制备工艺,该工艺中电极底层采用高阻Mo层用来提高基底与电极的附着力,中间层采用超薄Ag层用来平衡复合电极结构的整体应力,顶层依然采用传统电极的双层Mo结构,复合结构背电极能够有效减小薄膜应力,并且提高了新型电极的电学、光学特性,提高了CIGS薄膜电池的光谱响应。 针对Processl工艺中电极成本高、工序复杂等缺点,在原有实验的基础上提出了Mo/Ag/Mo结构并探索出Process2工艺,制备的背电极表面形貌更加致密,与Processl工艺相比,薄膜应力进一步降低,并在保持电学特性不变的情况下,降低了背电极的厚度,在后续工艺中证实该背电极未影响到CIGS薄膜的结构及形貌,也未检测到大量Ag元素扩散至CIGS薄膜中。背电极经过优化后,制备的柔性聚酰亚胺衬底CIGS薄膜太阳电池最高效率为10.21%。 此外,本文还研究了Process2工艺下复合结构背电极对超薄CIGS太阳电池性能的影响,Process2工艺下新型背电极具有良好的光学反射率,促进了CIGS薄膜电池在长波段具有较高的光谱响应,提高了超薄CIGS薄膜电池的短路电流密度,目前制备的柔性聚酰亚胺衬底超薄CIGS薄膜电池最高效率已经达到11.1%。