[发明专利]具有改善的屏障膜粘附的抗湿光伏器件

说明书

优先权

本非临时专利申请基于35U.S.C.§119(e)要求DeGroot等于2010年2月9日提交的序列号为61/302,687和名称为“具有改善的屏障膜粘附的抗潮湿光伏器件”的美国临时专利申请的优先权，其中所述临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及整合了有利于形成外部电连接的方便性的导电集电栅(conductive collection grid)的光伏器件类型，且更特别地涉及具有改善的屏障层与器件中的相邻层之间的粘附的含硫属元素化物的光伏器件，其中改善的粘附有助于为该器件提供增强的抗湿性。

背景技术

n-型硫属元素化物成分和/或p-型硫属元素化物成分两者都被引入异质结光伏器件的元件中。p-型硫属元素化物成分在这些器件中用作光电吸收剂区。说明性的p-型光电活性硫属元素化物成分通常包括铝(Al)、铜(Cu)、铟(In)和/或镓(Ga)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中的至少两种或甚至所有三种。这类材料称为CIS、CIAS、CISS、CIGS和/或CIGSS成分等等(下面统称为CIGS成分)。

基于CIGS成分的吸收剂提供了几种优势。其一，这些成分具有非常高的用于吸收入射光的截面，这意味着非常薄的基于CIGS的吸收剂层可以捕获非常高百分比的入射光。例如，在许多器件中，基于CIGS的吸收剂层具有约2μm-约3μm的厚度。这些薄层允许整合这些层的器件为柔性的。这与基于硅的吸收剂相反。基于硅的吸收剂具有用于光捕获的较低截面且一般必须厚得多以捕获相同量的入射光。基于硅的吸收剂倾向于是刚性的而非柔性的。

n-型硫属元素化物成分，特别是至少引入了镉的那些，作为缓冲层用于光伏器件中。这些材料一般具有可用于帮助形成接近于n-型和p-型材料之间界面的p-n结的带隙。如p-型材料一样，n-型硫属元素化物层可以足够薄以用于柔性光伏器件中。

这些基于硫属元素化物的光生伏打电池通常也包括其它层如透明导电层和窗口层。

异质结光生伏打电池，特别是基于p-型和n-型硫属元素化物的那些，是水敏感的且可能在太多水存在的情况下发生过度退化。而且，较薄的、柔性的层易受热和其它分层或破裂应力的影响。分层和破裂不仅可以破坏器件性能，而且所导致的分层和破裂也可以加剧湿汽侵入。因此，为增加使用寿命，器件元件之间的强粘附对于抵抗分层、破裂和湿汽侵入是重要的。

为保护异质结光电太阳能电池(特别是基于硫属元素化物的太阳能电池)免于有害的湿汽退化，一个或多个密封屏障膜可以沉积在器件上。图1示意性地显示这样的一种方式。这一器件包括载体2、背侧电接触3、吸收剂层4、缓冲层5、透明导电层6、导电栅7和屏障层8。

这种器件的屏障层8可能倾向于显示对于器件顶表面的不良粘附。特别地，屏障材料与底下的透明导电材料和/或导电集电栅之间的粘附可能不如希望的那样强。另外，该栅与其它材料如TCO组合物之间的粘附也可能是差的。这些问题可能导致过度分层100或导致连续密封屏障膜的碎裂和/或开放路径100，从而允许水侵入而过于容易地达到硫属元素化物成分。这可导致后续的器件性能退化和最终地失效。

在基于硅的太阳能电池的情况中使用氮化硅进行钝化是已知的。但是，基于硅的太阳能电池倾向于比基于硫属元素化物的电池更厚和刚性强得多的。因此，层间粘附在基于硅的太阳能电池的情况中远不是一个问题。另外，基于硅的太阳能电池具有良好的抗湿性以至于湿汽侵入对于基于硅的太阳能电池是更少考虑的问题。

发明概述

本发明提供了用于改善光伏器件的屏障层和其它层如透明导电层或区域和/或导电栅材料之间的粘附的策略。结果，这些策略特别可用于制造异质结太阳能电池如基于硫属元素化物的太阳能电池。所得的电池对于分层、碎裂和/或湿汽侵入具有更高抗性。受到本发明的策略保护的器件具有增加的使用寿命。令人惊异的是，发明人发现在(a)电池的顶层(例如透明导电层，在其一部分表面上具有电连接器，通常为导电栅)和(b)屏障层之间引入独特的粘附促进层或区域提供了具有改善的保护和最引人注目地对于基于硫属元素化物的电池，如通过器件随时间保持的效率所测量的，提供了改善的抗湿性的光伏器件。粘附改善达到这样的程度以使得粘附促进层和介电屏障材料可以协同作用以在器件上提供密封，从而对抗由环境条件引起的损伤(包括由于水侵入导致的损伤)。另外，粘附促进层起到针对各种元素如Na、Li和镧系元素(Ln)迁移到屏障层中的屏障的作用。