太陽能電池基板用鐵素體不銹鋼箔的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能電池基板用鐵素體不銹鋼箱（ferriticstainlesssteelfoil forsolarcellsubstrate)。本發(fā)明尤其涉及在通過卷對卷法（roll-to-rollmethod) 制造太陽能電池時能夠維持抑制通板時的壓曲（buckling)等的足夠的硬度的、通板性 (threadingperformance)優(yōu)異的太陽能電池基板用鐵素體不銹鋼箱。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，作為新能源利用太陽光的發(fā)電系統(tǒng)受到關(guān)注。將單晶硅、多晶硅作為構(gòu) 成層的晶體系硅太陽能電池被實用化，這種太陽能電池作為供電用太陽光發(fā)電系統(tǒng)（solar photovoltaicsystemforpowersupply)，承擔重要的作用。但是，對于晶體系娃太陽能 電池的制造，需要制造大塊晶體（bulkcrystal)的工序。因此，使用大量的原料，結(jié)晶生長 花費時間長，而且制造工藝復雜且需要大量的能量，因此制造成本極高。
[0003] 在這種背景下，盛行研究開發(fā)大幅度減少了Si使用量的薄膜類Si太陽能電池、 完全不使用Si的化合物薄膜類太陽能電池（CompoundFilmSolarCell)、有機薄膜類太 陽能電池（OrganicFilmSolarCell)、色素增感型太陽能電池（DyeSensitizedSolar Cell)以及量子點型太陽能電池（QuantumDotSolarCell)等新的太陽能電池，并且開始 將它們實用化。這些太陽能電池均為薄膜類太陽能電池（thinfilmsolarcell)，通過在 基板上成膜非晶Si、化合物半導體（compositesemiconductor)來形成薄膜狀的光吸收層 (absorberlayer)，由此被制造出來。因此，與晶體Si太陽能電池相比，制造工序單純，并 且能夠縮短制造時間。另外，由于光吸收層的厚度為幾十納米~幾微米，所以與晶體Si太 陽能電池相比，能夠大幅度減少使用的原料。
[0004] 根據(jù)以上理由，由于薄膜類太陽能電池制造成本低且量產(chǎn)性高，所以作為下一 代太陽能電池大受期待。特別是作為光吸收層使用了Cu(InlxGax)Se2(以下也存在省略 為CIGS(CopperIndiumGalliumDiSelenide:銅銦鎵二硒）的情況）的化合物薄膜類 太陽能電池亦即CIGS太陽能電池在薄膜類太陽能電池中，光電變換效率（photoelectric conversionefficiency)高且制造成本也廉價，因此關(guān)注度較高。
[0005] 對于薄膜類太陽能電池的基板，主要使用了鈉I丐玻璃（soda-limeglass)等玻璃 板、不銹鋼箱、聚酰亞胺（polyimide)等合成樹脂膜（plasticsfilm)。在它們中，由于玻璃 板不具有撓性，所以以線圈的狀態(tài)連續(xù)地進行處理的卷對卷法無法應(yīng)用，對量產(chǎn)化、低成本 化不利。由于合成樹脂膜的耐熱性（heat-resistingproperty)較差，所以具有在太陽能 電池單元的制造工序中必須限制處理溫度的上限這一缺點。
[0006] 相對于它們，不銹鋼箱的撓性以及耐熱性優(yōu)異。因此，對量產(chǎn)化、低成本化有利的 卷對卷法能夠應(yīng)用。由于不銹鋼箱與合成樹脂膜相比，具有優(yōu)異的耐熱性，所以能夠?qū)崿F(xiàn)太 陽能電池單元生產(chǎn)效率的提高、輕型且具有撓性的薄膜類太陽能電池的制造。
[0007] 由于不銹鋼箱具有優(yōu)異的撓性，所以將其作為基板的薄膜類太陽能電池在向 曲面的施工中，也能夠進行，作為所謂的柔性（flexible)的太陽能電池，能夠期待太陽 能電池的進一步的用途的開展。特別是，在不銹鋼中，鐵素體不銹鋼的線性熱膨脹系數(shù)(coefficientoflinearthermalexpansion)的值與CIGS是同種程度，因此積極地研究 了作為薄膜類太陽能電池的基板用材料的應(yīng)用。
[0008] 薄膜類太陽能電池單元通過在基板依次成膜例如由Mo層構(gòu)成的背面電極層 (backcontactlayer)、光吸收層、緩沖層（bufferlayer)以及透明導電層（transparent contactlayer)而被制造。另外，也存在在基板與背面電極層之間設(shè)置絕緣層（insulating layer)的情況。
[0009] 在使用不銹鋼箱作為上述基板的情況下，在基板成膜光吸收層等時，能夠應(yīng)用對 量產(chǎn)化有利的卷對卷法。
[0010] 在卷對卷法中，設(shè)置退繞線圈狀的基板（不銹鋼箱）的輥與卷繞基板的輥。并且， 在2個輥之間配置背面電極層用的薄膜制造裝置、光吸收層用的薄膜制造裝置等。在從退 繞輥被搬運的基板上依次形成有背面電極層、光吸收層、緩沖層、透明導電層之后，通過卷 繞輥卷繞。因此，若基于卷對卷法，則能夠連續(xù)且大量地制造多個太陽能電池單元，并且能 夠?qū)崿F(xiàn)太陽能電池的量產(chǎn)化、低成本化。
[0011] 這里，作為太陽能電池用基板的不銹鋼箱的厚度為20~300ym，非常薄。因此， 若強度（硬度）不夠，則在卷對卷法中的通板時，在不銹鋼箱產(chǎn)生壓曲，從而容易產(chǎn)生皺褶 (wrinkles)、破碎（break)、頸縮（drawing)等。這樣，在卷對卷法那樣的連續(xù)工序中，若在 通板時在基板產(chǎn)生皺褶等，則無法制造太陽能電池或者制造出的太陽能電池光電變換效率 降低。因此，成為太陽能電池用基板的材料的不銹鋼箱為抑制上述那樣的壓曲而具備足夠 的強度（硬度），并且在卷對卷法等的連續(xù)工序中通板性良好也很重要。
[0012] 關(guān)于通過使用了卷對卷法的連續(xù)工序制造太陽能電池單元的情況下的不銹鋼箱 (基板）的通板性，在專利文獻1中提出了如下技術(shù)：通過對不銹鋼材料實施壓下率50%以 上的冷乳，并且根據(jù)需要在惰性氣體環(huán)境中實施400~700°C的熱處理成為不銹鋼箱，從而 使在垂直于不銹鋼箱的乳制方向（rollingdirection)的直角方向的拉伸強度（tensile strength)為930MPa以上。而且，在專利文獻1所提出的技術(shù)中，即便應(yīng)用于使用了卷對卷 法的連續(xù)工序，也能夠獲得難以引起壓曲的太陽能電池基板用不銹鋼箱。
[0013] 專利文獻1 :日本特開2012 - 138571號公報（國際公開W02012/077827號公報）。
[0014] 若基于專利文獻1的技術(shù)，在卷對卷法的連續(xù)工序中，能夠某種程度地抑制不銹 鋼箱（基板）的壓曲，改善通板性。
[0015] 然而，在專利文獻1中提出的技術(shù)中，針對經(jīng)過了光吸收層成膜工序（absorber layergrowthprocess)之后的不銹鋼箱（基板）的通板性，并未考慮。
[0016] 在形成有背面電極層的基板成膜光吸收層時的基板的溫度取決于構(gòu)成光吸收層 的材料的種類。例如在成膜CIGS類的化合物薄膜類太陽能電池的光吸收層（CIGS層）時， 一般是450~650°C的高溫工藝。因此，即使使用具有規(guī)定的強度（硬度）的不銹鋼箱作為 基板也會產(chǎn)生如下問題：在光吸收層成膜工序中基板（不銹鋼箱）軟化，在之后的制造工序 中，在基板產(chǎn)生壓曲，從而容易產(chǎn)生皺褶、破碎或者頸縮等。
[0017] 根據(jù)以上的理由，在成為太陽能電池基板的材料的不銹鋼箱中，具備能夠抑制由 光吸收層成膜工序引起的軟化的足夠的耐熱性，并且在卷對卷法的連續(xù)工序中，光吸收層 成膜工序后通板性優(yōu)異也很重要。在專利文獻1所提出的技術(shù)中，這種問題完全未被研究。
[0018]因此，在專利文獻1所提出的技術(shù)中，在卷對卷法的連續(xù)工序中，即便在光吸收層 成膜工序前的不銹鋼箱（基板）未產(chǎn)生皺褶等且通板性良好，也會因在光吸收層成膜工序 時被加熱至450~650°C的高溫，從而不銹鋼箱（基板）軟化。其結(jié)果是，在上述光吸收層 成膜工序以后的連續(xù)工序中，無法避免不銹鋼箱（基板）的由壓曲引起的皺褶等的產(chǎn)生，太 陽能電池的生產(chǎn)率和光電變換效率會降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明有利于解決上述問題，目的在于提供在使用卷對卷法制造太陽能電池單元 時，在光吸收層成膜工序后的連續(xù)工序中也能夠抑制由基板的壓曲引起的皺褶等的產(chǎn)生、 并且通板性良好的太陽能電池基板用鐵素體系不銹鋼箱。
[0020] 本發(fā)明人們?yōu)榱私鉀Q上述課題，專心地研究了如下手段，即，在使用了卷對卷法的 太陽能電池單元制造時，在經(jīng)過了光吸收層的成膜（成膜處理）那樣的高溫工序之后的連 續(xù)工序中，也抑制不銹鋼基板的壓曲、起伏，維持通板性。其結(jié)果是，清楚了解到：使用了卷 對卷法制造太陽能電池單元時不銹鋼基板產(chǎn)生壓曲、起伏的有無、即通板性的好壞，很大程 度取決于作為基板使用的不銹鋼箱的維氏硬度（Vickershardness)。而且，確認到若不銹 鋼箱的維氏硬度為Hv250以上450以下，則表現(xiàn)出優(yōu)異的通板性。
[0021] 并且，本發(fā)明人們深入地研究的結(jié)果是發(fā)現(xiàn)：在使用卷對卷法制造太陽能電池 單元的情況下，在經(jīng)過了光吸收層成膜工序那樣的高溫工序之后，具體而言，經(jīng)過了在從 450°C以上650°C以下的溫度區(qū)域中選擇的任意的溫度中保持時間1分以上的光吸收層成 膜工序之后的不銹鋼箱若維氏硬度維持Hv250以上450以下的硬度，則在光吸收層成膜工 序后，也難以引起基板（不銹鋼箱）的壓曲、起伏，能夠維持優(yōu)異的通板性。
[0022] 另外，本發(fā)明人們對賦予不銹鋼箱上述硬度特性的手段進行了摸索，S卩，對維氏硬 度為Hv250以上450以下并且即便在經(jīng)過了在450°C以上650°C以下的溫度區(qū)域中保持時 間1分以上的光吸收層成膜工序之后維氏硬度也能夠確保Hv250以上450以下的硬度的 硬度特性（耐熱性）的手段進行了模索。其結(jié)果是徹底查出了在對含有規(guī)定量的Cr與Nb 的鐵素體不銹鋼鋼板實施了退火以及冷乳之后以規(guī)定的條件實施熱處理是有效的手段。而 且，本發(fā)明人們觀察到：通過規(guī)定不銹鋼的成分、冷乳的壓下率并且根據(jù)太陽能電池制造時 的光吸收層成膜工序時的基板的溫度決定熱處理的熱處理溫度，并規(guī)定熱處理條件（至熱 處理溫度的升溫速度、以熱處理溫度的保持時間、以熱處理溫度保持后的冷卻速度），能夠 賦予不銹鋼箱上述所希望的硬度特性。
[0023] 本發(fā)明立足于上述見解，其主要構(gòu)成如下。
[0024] [1] -種太陽能電池基板用鐵素體不銹鋼箱，其以質(zhì)量％含有14%以上24%以下 的Cr以及0. 1%以上0. 6%以下的Nb，維氏硬度為Hv250以上450以下，將基板在450°C以 上650°C以下的溫度區(qū)域中保持1分以上的光吸收層成膜工序后的維氏硬度為Hv250以上 450以下。
[0025] [2]對于[1]所