[发明专利]涂覆阻挡层的薄膜光伏电池

说明书

本专利申请要求2010年8月5日提交的美国临时专利申请61/231493的优先权。前述专利申请中的每一个全文均以引用到其中的方式并入本文中。

发明领域

本发明提供薄膜光伏电池，其中一个或多个层通过原子层沉积用无机氧化物阻挡层涂覆以防止湿气或大气对光伏电池的水敏感层和/或氧敏感层的侵入。

发明背景

将太阳辐射或光照转化成电能的光伏(PV)电池需要整年在通常苛刻的室外条件下操作。为了确保25年或更长的使用期限，太阳能电池需要坚固耐用的包装。为了将太阳能电池作为屋顶式薄膜整合到建筑物中，还期望光伏电池为卷筒形式的柔性产品。

薄膜光伏电池能够被加工为金属箔或塑料基板上的卷筒产品。柔性光伏电池的顶片或前片(通过所述顶片或前片来收集太阳辐射)必须具有光学透明性、耐候性和防垢性，对湿气及其它大气具有低的渗透性。

薄膜光伏电池可基于无机材料如非晶硅(a-Si)、碲化镉(CdTe)或铜铟(镓)二硒(CIS/CIGS)，或者基于新兴技术，所述新兴技术基于染料敏化、有机和纳米材料。湿气敏感性为所有薄膜光伏技术面临的问题，但是对于铜铟镓二硒尤其严峻。就实现期望的25年使用期限的铜铟镓二硒光伏电池而言，据信阻挡层必须提供小于5×10^-4g-H₂O/m²/天的水蒸汽传输速率。尽管该要求严格，但是铜铟镓二硒光伏电池仍由于其高效率(就小型实验室规模电池而言为～20％)而吸引人。

用于柔性基板上的薄膜光伏电池的典型包装方案示于图1中。该结构包括光伏电池10在其上加工的基板12、包封材料14和透明的前片16，所述基板12可为金属箔或聚合物。无防潮层时，该结构将具有有限的使用期限，就湿气敏感的薄膜光伏电池而言通常小于1年。前片提供某些防潮特性，并且也可存在居间聚合物片材18，其可包括聚合物(例如，聚酯、含氟聚合物)的一个或多个层(例如，18a和18b)。然而，聚合物的固有渗透性通常过高而不能实现铜铟镓二硒光伏电池所需的保护水平。

借助原子层沉积方法的Al₂O₃薄膜的沉积已被公开用于包封有机发光二极管(OLED)，产生用于此类装置的电位阻挡膜。在原子层沉积方法中，水和臭氧均已用作氧化剂。

也已公开了并五苯/C₆₀异质结有机太阳能电池在顶衬构型中的包封，所述构型具有通过原子层沉积的Al₂O₃层。在此类装置中，通过玻璃基板来采集光线。

目前使用的防潮层无一提供用于薄膜光伏电池(尤其是铜铟镓二硒)的足以获得期望功能使用期限的保护水平。因此，仍需本发明提供的改善的防潮层。

发明概述

在不同的实施方案中，本发明提供光伏电池装置及其制造方法。

在一个实施方案中，提供了一种薄膜光伏电池装置，所述薄膜光伏电池装置包括：基板、连结到所述基板的光伏电池、以及至少一个采用水蒸汽前体和三甲基铝反应物通过原子层沉积方法形成的气体渗透阻挡层。光伏电池包括Cu(In，Ga)Se₂吸收层和CdS窗口层、以及任选的附加层。

在另一个实施方案中，提供了构造光伏电池装置的方法，所述方法包括：(i)提供基板；(ii)在基板上形成包括Cu(In，Ga)Se₂吸收层和CdS窗口层的光伏电池；和(iii)使光伏电池涂覆有采用水蒸汽前体和三甲基铝反应物通过原子层沉积方法形成的气体渗透阻挡层。

在另一个实施方案中，本发明的原子层沉积方法在装有真空室的反应器内实施并按顺序包括以下步骤：(i)使前体蒸汽进入所述室；(ii)从所述室吹扫前体蒸汽以留下薄的前体吸附层；(iii)在热条件下将反应物引入到室中，所述热条件促进与前体的反应以形成期望的气体渗透阻挡层的材料次层；(iv)吹扫室内的反应物及由反应生成的反应产物；和(v)重复前述步骤足够的次数以形成具有预选厚度的气体渗透阻挡层。

附图简述

当参考本发明的以下优选实施方案详述及附图时，本发明将被更充分理解并且其它优点将变得显而易见，其中类似的附图编号指示所有若干视图的相似元件，并且其中：

图1示出了现有技术的光伏电池装置，其包括光伏电池构造在其上的金属箔或聚合物基质、包封材料及透明的前片；