[发明专利]芳香聚酰亚胺膜，层压制品及太阳电池

说明书

技术领域

本发明涉及具有极高耐热性和尺寸稳定性的聚酰亚胺膜，其能承受在等于或高于500℃温度下的热处理，因此尤其适用作为CIS太阳电池的基底。本发明也涉及包括该聚酰亚胺膜的层压制品，以及具有高转换效率的CIS太阳电池。

背景技术

近年来，包括黄铜矿半导体层(例如CuInSe₂层)和Ga在CuInSe₂中的固溶体(例如Cu(In，Ga)Se₂)的太阳电池(CIS太阳电池)作为具有高光电转换效率的太阳电池而吸引了大量的注意。CIS太阳电池通常按如下顺序包括基底，背电极层，作为吸光层的黄铜矿半导体层，缓冲层，透明电极层和提取电极。

传统上，玻璃(钠钙玻璃)被用作CIS太阳电池的基底，钼(Mo)被用作在基底上形成的背电极。另外，包括柔韧性膜作为基底的CIS太阳电池已经被提出(例如，参见专利文献1)。同传统的包括玻璃基底的太阳电池相比，包括柔性基底的太阳电池因其柔韧性和重量轻而期望会得到广泛的应用。柔性基底的另一优点是太阳电池可以用卷到卷(roll-to-roll)工艺生产，这种工艺适合于批量生产。

然而，包括柔性基底例如聚酰亚胺基底的CIS太阳电池，与包括玻璃基底的CIS太阳电池相比，容易具有较低的转换效率。这是因为即使被称为耐热树脂的聚酰亚胺，也仅可以承受最高450℃左右的温度，而不可以被加热到等于或高于450℃的温度，而为了形成具有低缺陷密度的高质量CIS半导体薄膜，需要在等于或高于450℃温度下，优选在等于或高于500℃温度下的热处理。

专利文献2公开了用于生产包括聚酰亚胺基底和具有高转换效率的CIS太阳电池的工艺，其包括的步骤是：在聚酰亚胺基底上形成电极膜；在电极膜上方(换言之，直接或间接地在电极膜上)，形成包含Cu，In和/或Ga，以及Se和/或S的薄膜；以及快速地加热该薄膜至等于或高于450℃的温度，优选500～600℃，且保持该薄膜在该温度下10秒～300秒，从而形成黄铜矿半导体膜。并且也公开了用于生产CIS太阳电池的工艺，其包括的步骤是：在聚酰亚胺基底上形成电极膜；在电极膜上方，形成包含Cu，以及In和/或Ga的薄膜；以及快速地加热该薄膜至等于或高于450℃的温度，优选500～600℃，且在包含Se和/或S的环境下保持膜在该温度下10秒～300秒，从而形成黄铜矿半导体膜。在这些工艺中，形成半导体膜前体的薄膜的步骤和加热该前体薄膜的步骤是分开进行的，在加热该前体薄膜的步骤中进行快速加热来使晶体生长，因此在等于或高于500℃下在更短的时间内进行的热处理可以制备出适用于太阳电池吸光层的黄铜矿半导体薄膜。然而在这些工艺中，高温下的热处理仍然是需要的，即使热处理是在短时间内进行的；所以当使用传统的聚酰亚胺膜时，可能发生聚酰亚胺基底的卷曲以及电极膜和/或半导体膜的裂缝。

专利文献3公开了包括基底膜的太阳电池，以及包括至少一个电极层和一个形成在基底膜上的黄铜矿半导体薄膜的层压制品，其中基底膜是芳香二胺和芳香四羧酸二酐经缩聚反应制得的聚酰亚胺膜，其具有在3～200μm的范围内的厚度，最高至300℃、在1～10ppm/℃的范围内的平均热膨胀系数，以及在300MPa或更高的长度方向上断裂的拉伸强度。专利文献3也公开了优选的基底膜是由具有苯并恶唑结构的芳香二胺和芳香四羧酸二酐经缩聚反应制得的聚酰亚胺-苯并恶唑膜。在实施例8中，公开了包括聚酰亚胺膜基底的CIS太阳电池，该基底是利用3，3′，4，4′-苯基四羧酸二酐和对苯二胺通过热酰亚胺化反应制得的。然而，虽然考虑了最高至300℃的升温过程中的尺寸变化率，但是在升高的温度下(高至500℃或更高)和降温过程中的尺寸变化率并没有得到考虑。专利文献3中公开的聚酰亚胺膜可能不具有作为CIS太阳电池的基底的足够性能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：WO 98/50962

专利文献2：JP2003-179238

专利文献3：JP2007-317834

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明的一个目的是提供一种用于得到具有高转换效率的柔性CIS太阳电池的聚酰亚胺膜。具体地，提供具有极高耐热性和尺寸稳定性的聚酰亚胺膜，其能承受在等于或高于500℃温度下的热处理。本发明的另一个目的是提供包括该聚酰亚胺膜和导电层的一种层压制品，其中导电层直接或间接在该聚酰亚胺膜上形成(即导电层与该聚酰亚胺膜直接接触或不相接触)，且在CIS太阳电池中作为电极使用。

解决技术问题的方案