[发明专利]具有暴露的导电栅极的耐湿光伏器件

说明书

优先权

本非临时专利申请要求来自2010年1月14日由Elowe等提交并且名称为“具有暴露的导电栅极的耐湿光伏器件(MOISTURE RESISTANT PHOTOVOLTAIC DEVICES WITH EXPOSED CONDUCTIVE GRID)”的具有系列号61/294,878的美国临时专利申请在35U.S.C.§119(e)下的优先权，其中所述临时专利申请的全部内容通过引用结合在此。

发明领域

本发明涉及结合有促使容易制造外部电连接的导电收集栅极的这种类型的光伏器件，并且更具体地涉及异质结光伏器件，尤其是基于硫属元素的光伏器件，所述光伏器件具有这些栅极与器件的其他部件之间提高的附着，其中提高的附着有助于提供具有增强的耐湿性的器件。

发明背景

n型硫属化物组合物和/或p型硫属化物组合物都已经被结合至异质结光伏器件的部件中。p型硫属化物组合物在这些器件中已经被用作光伏吸收体区域。示例性p型光伏活性硫属化物组合物通常包括铝(Al)、铜(Cu)、铟(In)和/或镓(Ga)中的至少一种或多种的硫化物和/或硒化物。更典型地存在Cu、In和Ga中的至少两种或者甚至全部三种。这些材料被称为CIS、CIAS、CISS、CIGS和/或CIGSS组合物等(在下文中统称为CIGS组合物)。

基于CIGS组合物的吸收体提供了多种益处。作为其中之一，这些组合物具有非常高的横截面用于吸收入射光。这意味着非常高百分比的入射光可以由非常薄的基于CIGS的吸收体层捕获。例如，在很多器件中，基于CIGS的吸收体层具有在约2μm至约3μm的范围内的厚度。这些薄层使得结合有这些层的器件可以是挠性的。这与基于硅的吸收体相反。基于硅的吸收体具有较低的用于光捕获的截面并且通常必须厚得多以捕获相同量的入射光。基于硅的吸收体倾向于是刚性的，而不是挠性的。

n型硫属化物组合物，尤其是至少结合有镉的那些，已经被作为缓冲层用于光伏器件中。这些材料通常具有可用于帮助形成邻近于n型与p型材料之间的界面的p-n结的带隙。类似于p型材料，n型硫属化物层可以是薄得足以在挠性光伏器件中使用。

这些基于硫属化物的光伏电池经常还包含其他层如透明导电层和窗口层。

异质结光伏电池，尤其是基于p型和n型硫属化物的那些，是水敏感性的并且在过多水的存在下可能过度退化。同样，较薄的挠性层易受热和其他层离或断裂应力损坏。层离和断裂不仅可以损坏器件性能，而且所产生的层离和断裂还可以加重水分入侵。因此，为提高使用寿命，器件部件之间的强附着对于抵抗层离、断裂和湿气侵入是重要的。

为保护异质结光伏太阳能电池，尤其是基于硫属化物的太阳能电池，不受湿气退化的损害，可以将一个或多个气密阻挡膜沉积在器件上。然而，这种阻挡膜可以倾向于显示出对器件的一个或多个顶部表面的差的附着。尤其是，阻挡材料与下面的透明导电氧化物(TCO)材料和/或导电收集栅极之间的附着可能不像所需要的那么强。此外，栅极与其他材料如TCO组合物之间的附着也可能较差。这些问题可能导致过度层离或连续气密阻挡膜的破裂和/或开放的路径使得水侵入能够太过容易地达到硫属化物组合物。这可能导致随后的器件性能劣化和最终的失效。而且，因为阻挡膜典型地是电介质，因此提供用于贯穿彼此互连的电池的电收集的连续导电路径变得有挑战。

已知使用氮化硅膜用于在基于硅的太阳能电池的情况下的钝化。然而，与基于硫属化物的电池相比，基于硅的太阳能电池倾向于较厚并且更加刚性。因此，层间附着在基于硅的太阳能电池的情况下问题小得多。此外，基于硅的太阳能电池具有良好的耐湿性使得对基于硅的太阳能电池关于湿气侵入的关注少得多。

发明概述

本发明提供用于提高透明导电氧化物、导电栅极材料和电介质阻挡层中的两个或更多个之间的附着的策略。结果，这些策略在异质结光伏器件如基于硫属化物的太阳能电池的制造中是特别有用的。所得到的电池更加耐层离、断裂和/或湿气入侵。预期的是通过本发明的策略保护的器件具有提高的使用寿命。本发明的发明人意外地发现，如果形成阻挡层并且之后将栅极施加至阻挡层中的通道，与阻挡层形成在栅极上或栅极周围的情况比较，该结构体具有提高的耐湿性。附着提高至这样一种程度：使得栅极材料和电介质阻挡材料可以结合以提供器件上的气密密封，以使其免于遭受由环境条件引起的损坏，包括归因于水侵入的损坏。这使得收集栅极能够至少部分地暴露在电介质阻挡层上，使得易于制造至器件的电子连接。

一方面，本发明提供一种光伏器件，所述光伏器件包括：