在薄膜光伏制品上形成保護層的方法和用這樣的層制成的制品技術

對環(huán)境要素具有良好的抵抗性的硫屬元素化物基光伏器件電池可以通過在膜上直接低溫沉積無機阻擋層而形成。當在PV器件的無機氧化物頂層上反應性濺射氮化硅時，可以在單個步驟中形成獨特的多層阻擋層。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本文中公開的本專利技術總體上涉及薄膜光伏器件(photovoltaics)的領域以及在這樣的光伏器件上形成保護層的方法。
技術介紹
非污染的能源被積極地認為是用于化石燃料的燃燒的替代物。從太陽輻射的能量產生是受到顯著關注的清潔能源的一種類型。太陽能收集器，例如光伏電池(也稱為“太陽能電池”)，可以用于在存在適當的太陽光的地方和時候產生能量。盡管硅基太陽能電池是流行的，但是它們遭受某些不利之處。例如，硅基太陽能板傾向于相對大和重，并且不是撓性的。近年來，已經發(fā)展了與薄膜太陽能電池相關的技術來克服由硅基太陽能電池表現出的這種特征，從而提供具有更加撓性的形態(tài)因子的重量較輕的產品。同樣地，作為對硅基電池的薄膜替代物，已經提出了基于IB-IIIB-硫屬元素化物的太陽能電池。由于光伏制品經常位于室外，因此相當大的努力已經投入了設計這樣的薄膜光伏電池，其足夠結實以抵抗環(huán)境條件，同時保持撓性并且獲得高的效率。已經提出了各種類型的保護層用于這樣的硫屬元素化物基電池。US 2008/0139003 (Pirzada等)教導了通過等離子體增強化學氣相沉積的在低于 150°C的溫度以高的沉積速率的用于太陽能電池鈍化的SiNx，SiO2, SiC等的PECVD沉積的使用。Pirzada等進一步教導氮化硅是薄膜太陽能電池上的良好絕緣材料，氮化硅由于其阻擋性質而為人所知，并且氮化硅通過反應性濺射或PECVD而沉積。Pirzada等教導的是， PECVD技術由于其高的沉積速率和較好的沉積順應性而更具吸引力。然而，Pirzada教導的是，對于硅基薄膜太陽能板的鈍化，必須在< 150°C施加阻擋涂層以避免之前在基板上形成的半導體膜降解。然而，低溫導致在最終產品上的不期望的顆粒形成，這將導致使用者回避這種技術。Pirzada沒有討論硫屬元素化物基光伏器件。Glick等(Silicon Oxynitride Thin Film Barriers for PV Packaging,會議論文NREL/CP-520-38959，2005年11月)還研究了使用低溫PECVD方法施加氧氮化硅膜作為用于光伏器件的阻擋層。然而，Glick報道了在約38，59和85°C以及100%相對濕度的0. 2， 0. 5和13. 45 g/m2/天的水蒸汽滲透率WVTR)。這些WVTR被認為不足以對PV器件提供適當的保護。專利技術概述令人驚奇地，本專利技術人已經發(fā)現，可以在低溫對硫屬元素化物基PV器件施加無機阻擋膜(優(yōu)選地，氮化硅)，以提供良好的阻擋性質。具體地，本申請人已經發(fā)現，可以通過3下列方法形成具有對環(huán)境要素具有改進的抵抗性的硫屬元素化物電池在電池上直接低溫沉積無機阻擋層以提供阻擋層，但是這樣的層不能通過使用標準化學氣相沉積方法形成。 而且，本申請人已經發(fā)現，當將氮化硅反應性濺射到PV器件的無機氧化物頂層上時，可以在單個步驟中形成獨特的多層阻擋層。因此，根據第一實施方案，本專利技術是一種形成光伏制品的方法，所述方法包括提供至少一個硫屬元素化物基光伏電池，在低于200°C的溫度向至少一個硫屬元素化物基光伏電池直接沉積無機阻擋層， 其中得到的光伏制品在暴露于85°C和85%相對濕度至少1000小時以后，保留其至少85% 的效率。根據第二實施方案，本專利技術是一種形成光伏制品的方法，所述方法包括提供至少一個硫屬元素化物基光伏電池，和向所述至少一個電池上磁控濺射無機阻擋層(優(yōu)選地， 氮化硅層)。根據一個優(yōu)選的實施方案，阻擋層是氮化硅，并且將其濺射于其上的層是無機氧化物，并且與形成氮化硅阻擋層同時地，形成氧氮化硅亞層。根據第三實施方案，本專利技術是通過第一和第二實施方案的方法形成的制品。附圖簡述附圖說明圖1是具有氮化硅保護層的示例性光伏電池的示意圖。圖2是顯示在無機氧化物和反應性濺射的氮化硅之間的界面層的基板的SEM。專利技術詳述參考圖1，顯示本專利技術的光伏制品10的一個實施方案。此制品10包括基板1，后側電接觸層(electrical contact) 2，硫屬元素化物吸收層(absorber) 3，緩沖層4，光學前側電接角蟲窗口層(optional front side electrical contact window layer)5,還可以包括收集柵(collection grid) 7的透明導電氧化物層6，和反應性濺射的氮化硅保護層8。注意的是，基板1和后側電接觸層2備選地可以是單種部件例如金屬箔。還可以提供在光伏電池中標準使用的另外的層。如在本文中有時候使用的，電池的頂部是接收太陽光的側面， 即，含有所述柵和頂涂層的側面。基板1可以是剛性或撓性基板。合適的基板的實例包括但不限于玻璃，聚合物，陶瓷，金屬和它們的組合。然而，優(yōu)選地，基板是撓性的并且是不銹鋼或鈦。后側電接觸層2可以是鉬，鎢，鉭和鈮，但是優(yōu)選為鉬。可以將其通過濺射或如上所述的方法施加到基板上，該層可以同時起到基板和后側電接觸層的作用，在此情況下不包括分離的基板1。硫屬元素化物吸收層3優(yōu)選是IB-IIIB-硫屬元素化物如IB-IIIB-硒化物， IB-IIIB-硫化物和IB-IIIB-硒化物-硫化物的層。更具體的實例包括硒化銦銅，硒化鎵銦銅，硒化鎵銅，硫化銦銅，硫化鎵銦銅，硒化鎵銅，硫化硒化銦銅(copper indium sulfide selenides)和硫化硒化鎵銅(copper gallium sulfide selenides)和硫化硒化鎵銦銅 (copper indium gallium sulfide selenides)(它們在本文中都稱為 CIGSS)。這些還可以由式CuhdyGiiJeteySy表示，其中χ為0至1而y為0至2。優(yōu)選硒化銦銅和硒化鎵銦銅。此層可以通過已知方法形成在基板1和電接觸層2上。吸收層可以使用多種技術沉積或生長，所述多種技術例如為蒸發(fā)，濺射，電沉積，噴射和燒結。一種優(yōu)選的方法是構造元素的共蒸發(fā)，其中將單獨的構造元素同時地熱蒸發(fā)到熱表面上，并且與此同時形成復合物半導體吸收層。緩沖層4優(yōu)選是η-型材料，如Cd、Zn、In、Sn的硫化物、硒化物和氧化物以及它們的組合。最優(yōu)選的緩沖層4是CdS。該層可以通過已知的方法形成在吸收層3上，例如化學浴沉積，局部電解液處理，蒸發(fā)或濺射。在典型的實施方案中，前側電接觸層5和透明導電氧化物(TCO)層6位于η-型緩沖層上方。層5是優(yōu)選的但是并非必需的。其典型稱為窗口層，并且其可以起到保護器件免受短路(shunts)并且可以在透明導電氧化物的沉積過程中保護緩沖層。窗口層典型是電阻性透明氧化物，例如Si，In, Cd，Sn的氧化物，但是優(yōu)選是本征SiO。合適的TCO第二層，或對于使用單一化合物層而言相等地合適的材料備選物包括氟摻雜的氧化錫，氧化錫， 氧化銦，氧化錫銦(ITO)，氧化鋅鋁(AZO)和氧化鋅。優(yōu)選地，TCO是氧化鋅和ITO或AZO的第二層的雙層。該雙層可以例如通過濺射形成。光學電子柵收集結構7可以沉積在TCO層的上方以減小該層的薄層電阻。柵層優(yōu)選由Ag，Al，Cu，Cr，Ni，Ti，Ta和它們的組合組成。優(yōu)選地，柵由Ag制成。該層可以由絲網或類似的絲結構制成，它可以通過下列方法形成絲網印刷，噴墨印刷，電鍍，和使用物理氣相沉本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種形成光伏制品的方法，所述方法包括：提供至少一個硫屬元素化物基光伏電池，和在所述光伏電池上反應性濺射無機阻擋層。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：馬蒂·W·德格魯特，麗貝卡·K·費斯特，馬克·T·貝爾紐斯，威廉·F·班霍爾策，楊鐘希，阿提卡納·N·斯里拉姆，羅伯特·P·小黑利，
申請(專利權)人：陶氏環(huán)球技術有限責任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：US