[发明专利]具有弹性聚硅氧烷保护层的耐湿光伏器件

说明书

优先权

本非临时专利申请在35U.S.C.§119(e)下要求来自2010年1月6日由Popa等提交，并且名称为具有弹性聚硅氧烷保护层的耐湿光伏器件(MOISTURE RESISTANT PHOTOVOLTAIC DEVICES WITH ELASTOMERIC，POLYSILOXANE PROTECTION LAYER)的具有系列号61/292,646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结合在此。

发明领域

本发明涉及结合有导电收集栅极的类型的光伏器件，所述导电收集栅极有利于容易进行外部电连接，并且更具体地涉及基于硫属元素的光伏器件，其中收集栅极在至少一侧上与弹性聚硅氧烷保护层接触。

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、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体入射光。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1μm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能够是挠性的。这与基于晶体硅的吸收体相反。基于晶体硅的吸收体具有较低的用于光捕获的横截面并且通常必须较厚以捕获相同量的入射光。基于晶体硅的吸收体倾向于是刚性的，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，已经被作为吸收体层用于光伏器件中。这些材料通常具有有助于形成邻近于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。

为保护基于硫属化物的太阳能电池不受有害的潮湿退化，可以将一个或多个气密阻挡层膜沉积在器件之上。不幸地，基于p型和n型硫属化物的光伏电池是水敏感的并且在过多的水的存在下可能过度退化。改善的阻挡层策略是适宜的。

发明概述

本发明提供改善的保护系统，所述保护系统用于结合有一个或多个电导体如电子收集栅极的这种类型的基于CIGS的微电子器件。本发明的保护系统结合具有在基于CIGS的器件的范围内不寻常地高的水蒸气透过率的弹性体。相当令人惊讶地，即使弹性材料对水蒸气是高度可渗透的，集成的保护系统对水损伤仍然提供出色的保护。

保护系统被结合至器件中，使得保护系统位于下面的电子收集栅极的至少一部分之上并将其掩盖。保护系统不仅保护器件不受环境影响，而且还包含容纳并保护器件不受层离应力影响的特征。示意性地，可以将保护系统视为结合有弹性区域，所述弹性区域起到作为三维冲击吸收体的作用，以帮助吸收并分散层离应力。

即使当弹性阻挡层坚固地连接至下面的电子栅极时，系统也非常好地容纳应力。这是重要的，因为层离应力和这种附着特征之间的结合在过去是有问题的。作为这种结合的结果，很多传统的用于阻挡层膜的方案对于给出基于硫属化物的太阳能电池所需要的长期保护通常是不足的。另一方面，传统的阻挡层膜的一些实施方案倾向于显示对器件的一个或多个顶部表面差的附着。尤其是，阻挡层材料与下面的导电收集栅极之间的附着可能不像所需要的那样强。这些附着问题可以导致过度层离或导致连续气密阻挡层膜的断裂和/或提供允许水过于容易地侵入达到硫属化物组合物的开放路径。另一方面，如果使用很多传统的策略加强阻挡层膜对栅极的附着，则层离应力可能倾向于通过栅极传播并且导致器件中其他位置的层离问题。简而言之，传统的阻挡层膜与栅极之间良好的附着与较差的附着两者都导致层离问题，从而导致器件性能退化并最终失效。本发明在以下方面是有意义的：弹性体层的使用将有助于将层离应力与栅极附着脱开关系，从而使得强栅极附着与电池寿命过程中基本上消除的层离风险一同实现。