專利名稱：具有暴露的導(dǎo)電柵極的耐濕光伏器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)合有促使容易制造外部電連接的導(dǎo)電收集柵極的這種類型的光伏器件，并且更具體地涉及異質(zhì)結(jié)光伏器件，尤其是基于硫?qū)僭氐墓夥骷?，所述光伏器件具有這些柵極與器件的其他部件之間提高的附著，其中提高的附著有助于提供具有增強(qiáng)的 耐濕性的器件。
背景技術(shù)：
η型硫?qū)倩锝M合物和/或P型硫?qū)倩锝M合物都已經(jīng)被結(jié)合至異質(zhì)結(jié)光伏器件的部件中。P型硫?qū)倩锝M合物在這些器件中已經(jīng)被用作光伏吸收體區(qū)域。示例性P型光伏活性硫?qū)倩锝M合物通常包括鋁(Al)、銅(Cu)、銦(In)和/或鎵(Ga)中的至少一種或多種的硫化物和/或硒化物。更典型地存在Cu、In和Ga中的至少兩種或者甚至全部三種。這些材料被稱為CIS、CIAS、CISS、CIGS和/或CIGSS組合物等(在下文中統(tǒng)稱為CIGS組合物)?；贑IGS組合物的吸收體提供了多種益處。作為其中之一，這些組合物具有非常高的橫截面用于吸收入射光。這意味著非常高百分比的入射光可以由非常薄的基于CIGS的吸收體層捕獲。例如，在很多器件中，基于CIGS的吸收體層具有在約2μπι至約3μπι的范圍內(nèi)的厚度。這些薄層使得結(jié)合有這些層的器件可以是撓性的。這與基于硅的吸收體相反?；诠璧奈阵w具有較低的用于光捕獲的截面并且通常必須厚得多以捕獲相同量的入射光?；诠璧奈阵w傾向于是剛性的，而不是撓性的。η型硫?qū)倩锝M合物，尤其是至少結(jié)合有鎘的那些，已經(jīng)被作為緩沖層用于光伏器件中。這些材料通常具有可用于幫助形成鄰近于η型與P型材料之間的界面的ρ-η結(jié)的帶隙。類似于P型材料，η型硫?qū)倩飳涌梢允潜〉米阋栽趽闲怨夥骷惺褂谩＿@些基于硫?qū)倩锏墓夥姵亟?jīng)常還包含其他層如透明導(dǎo)電層和窗口層。異質(zhì)結(jié)光伏電池，尤其是基于P型和η型硫?qū)倩锏哪切?，是水敏感性的并且在過多水的存在下可能過度退化。同樣，較薄的撓性層易受熱和其他層離或斷裂應(yīng)力損壞。層離和斷裂不僅可以損壞器件性能，而且所產(chǎn)生的層離和斷裂還可以加重水分入侵。因此，為提高使用壽命，器件部件之間的強(qiáng)附著對于抵抗層離、斷裂和濕氣侵入是重要的。為保護(hù)異質(zhì)結(jié)光伏太陽能電池，尤其是基于硫?qū)倩锏奶柲茈姵?，不受濕氣退化的損害，可以將一個或多個氣密阻擋膜沉積在器件上。然而，這種阻擋膜可以傾向于顯示出對器件的一個或多個頂部表面的差的附著。尤其是，阻擋材料與下面的透明導(dǎo)電氧化物(TCO)材料和/或?qū)щ娛占瘱艠O之間的附著可能不像所需要的那么強(qiáng)。此外，柵極與其他材料如TCO組合物之間的附著也可能較差。這些問題可能導(dǎo)致過度層離或連續(xù)氣密阻擋膜的破裂和/或開放的路徑使得水侵入能夠太過容易地達(dá)到硫?qū)倩锝M合物。這可能導(dǎo)致隨后的器件性能劣化和最終的失效。而且，因為阻擋膜典型地是電介質(zhì)，因此提供用于貫穿彼此互連的電池的電收集的連續(xù)導(dǎo)電路徑變得有挑戰(zhàn)。已知使用氮化硅膜用于在基于硅的太陽能電池的情況下的鈍化。然而，與基于硫?qū)倩锏碾姵叵啾龋诠璧奶柲茈姵貎A向于較厚并且更加剛性。因此，層間附著在基于硅的太陽能電池的情況下問題小得多。此外，基于硅的太陽能電池具有良好的耐濕性使得對基于娃的太陽能電池關(guān)于濕氣侵入的關(guān)注少得多。發(fā)明概述本發(fā)明提供用于提高透明導(dǎo)電氧化物、導(dǎo)電柵極材料和電介質(zhì)阻擋層中的兩個或更多個之間的附著的策略。結(jié)果，這些策略在異質(zhì)結(jié)光伏器件如基于硫?qū)倩锏奶柲茈?池的制造中是特別有用的。所得到的電池更加耐層離、斷裂和/或濕氣入侵。預(yù)期的是通過本發(fā)明的策略保護(hù)的器件具有提高的使用壽命。本發(fā)明的發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，如果形成阻擋層并且之后將柵極施加至阻擋層中的通道，與阻擋層形成在柵極上或柵極周圍的情況比較，該結(jié)構(gòu)體具有提高的耐濕性。附著提高至這樣一種程度使得柵極材料和電介質(zhì)阻擋材料可以結(jié)合以提供器件上的氣密密封，以使其免于遭受由環(huán)境條件引起的損壞，包括歸因于水侵入的損壞。這使得收集柵極能夠至少部分地暴露在電介質(zhì)阻擋層上，使得易于制造至器件的電子連接。一方面，本發(fā)明提供一種光伏器件，所述光伏器件包括a)基板，所述基板具有光入射表面和后表面并且包含至少一種光伏吸收體，優(yōu)選含硫?qū)倩锏墓夥阵w，其中所述基板包括在所述吸收體與所述光入射表面之間插入的至少一個透明導(dǎo)電氧化物層；b)電介質(zhì)阻擋層，所述電介質(zhì)阻擋層位于所述透明導(dǎo)電氧化物層之上；c)至少一個通道，所述至少一個通道存在于所述電介質(zhì)阻擋層中，所述通道終止于所述器件中的某個位置使得所述通道提供經(jīng)過所述電介質(zhì)阻擋層至所述透明導(dǎo)電氧化物層的開放連通，而不一直穿過所述透明導(dǎo)電氧化物層；以及d)電接觸，所述電接觸電連接至所述透明導(dǎo)電氧化物層，所述電接觸包含在所述通道中形成的基座和在所述電介質(zhì)阻擋層上凸出的帽。另一方面，本發(fā)明涉及一種光伏器件，所述光伏器件包括a)基板，所述基板具有光入射表面和后表面并且包含至少一種光伏吸收體，優(yōu)選含硫?qū)倩锏墓夥阵w，其中所述基板包括在所述吸收體與所述光入射表面之間插入的至少一個透明導(dǎo)電氧化物層；b)電介質(zhì)阻擋層，所述電介質(zhì)阻擋層位于所述透明導(dǎo)電氧化物層之上；c)至少一個通道，所述至少一個通道存在于所述電介質(zhì)阻擋層中，所述通道終止于所述器件中的某個位置使得所述通道提供經(jīng)過所述電介質(zhì)阻擋層至所述透明導(dǎo)電氧化物層的開放連通，而不一直穿過所述透明導(dǎo)電氧化物層；以及d)電接觸，所述電接觸電連接至所述透明導(dǎo)電氧化物層，所述電接觸包含在所述通道中形成的基座和在所述電介質(zhì)阻擋層上凸出的帽，所述帽在至少一個維度上比所述通道的至少一部分寬。
另一方面，本發(fā)明提供一種制備光伏器件的方法。該方法包括以下步驟a)提供基板，所述基板具有光入射表面和后表面并且包含至少一種光伏吸收體，其中所述基板包括在所述吸收體與所述光入射表面之間插入的至少一個透明導(dǎo)電氧化物層；b)使得電介質(zhì)阻擋層位于所述透明導(dǎo)電氧化物層之上；c)使得至少一個通道存在于所述電介質(zhì)阻擋層中，所述通道終止于所述器件中的某個位置使得所述通道提供經(jīng)過所述電介質(zhì)阻擋層至所述透明導(dǎo)電氧化物層的開放連通，而不一直穿過所述透明導(dǎo)電氧化物層；以及d)形成電連接至所述透明導(dǎo)電氧化物層的電接觸，所述電接觸包含在所述通道中形成的基座和在所述電介質(zhì)阻擋層上凸出的帽。
附圖
簡述通過結(jié)合附圖參考下面的本發(fā)明實施方案的描述，本發(fā)明的以上提到的和其他益處，以及獲得它們的方式，將變得更顯而易見并且本發(fā)明自身將被更好的理解，在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明的原理的光伏器件的一個實施方案的示意性橫截面；并且圖2是作為本發(fā)明樣品相對于比較的測量濕氣阻擋層品質(zhì)的方式的包含光學(xué)密度特性的圖。當(dāng)前優(yōu)選實施方案詳述下面描述的本發(fā)明的實施方案不意欲窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制至以下詳述中公開的準(zhǔn)確形式。相反地，選擇并描述實施方案以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解并明白本發(fā)明的原理和實施方式。本文引用的所有的專利、待決專利申請、已公開專利申請和技術(shù)文章用于所有目的通過引用以它們的相應(yīng)全部內(nèi)容結(jié)合在此。圖I示意性地示出了本發(fā)明的光伏器件10的一個實施方案。器件10適宜地是撓性的以允許將器件10安裝至帶有一定曲率的表面。在優(yōu)選的實施方案中，器件10是足夠撓性的以能夠卷繞在具有50cm的直徑，優(yōu)選約40cm的直徑，更優(yōu)選約25cm的直徑的心軸周圍而在25°C的溫度不斷裂。器件10包括接收光射線16的光入射面12和后面14。器件10包括結(jié)合有含硫?qū)倩锏墓夥阵w區(qū)域20的基板18。區(qū)域20可以是如所示的單個的整體層，也可以由一個以上的層形成。區(qū)域20吸收光射線16中包含的光能并且之后將該光能光伏轉(zhuǎn)化為電能。硫?qū)倩镂阵w區(qū)域20優(yōu)選結(jié)合有至少一種IB-IIIB-硫?qū)倩?，如IB-IIIB-硒化物、IB-IIIB-硫化物和IB-IIIB-硒化物-硫化物，其包含銅、銦和/或鎵中的至少一種。在很多實施方案中，這些材料以多晶形式存在。有益地，這些材料展現(xiàn)出色的用于光吸收的橫截面，其使得區(qū)域20能夠是非常薄的并且是撓性的。在示例性實施方案中，典型的吸收體區(qū)域20可以具有在約Iym至約5 μ m,優(yōu)選約2 μ m至約3 μ m的范圍內(nèi)的厚度。這些IB-IIIB-硫?qū)倩锏拇硇詫嵗私Y(jié)合有硒和/或硫之外，還結(jié)合有銅、銦和/或鎵中的一種以上。一些實施方案包括銅和銦的硫化物或硒化物。其他實施方案包括銅、銦和鎵的硒化物或硫化物。具體實例包括但是不限于硒化銅銦、硒化銅銦鎵、硒化銅鎵、硫化銅銦、硫化銅銦鎵、硒化銅鎵、硫化硒化銅銦、硫化硒化銅鎵、硒化銅銦招和硫化硒化銅銦鎵(在本文將它們?nèi)糠Q為CIGS)材料?？梢詫⒘?qū)倩镂阵w用本領(lǐng)域中已知的其他材料如鈉摻雜。
在代表性實施方案中，具有光伏性質(zhì)的CIGS材料可以由式CuIn(1_x)GaxSe(2_y)Sy表示，其中X是O至I并且y是O至2。硒化銅銦和硒化銅銦鎵是優(yōu)選的。吸收體區(qū)域20可以通過任何合適的方法使用一種或多種技術(shù)中的各種如蒸發(fā)、濺射、電沉積、噴涂和燒結(jié)形成。一種優(yōu)選的方法是來自一個或多個合適的靶標(biāo)的組成元素的共蒸發(fā)，其中將單獨的組成元素以一次性同時、相繼或這些的組合的方式熱蒸發(fā)在熱表面上以形成區(qū)域20。在沉積之后，可以對所沉積的材料進(jìn)行一種或多種進(jìn)一步的處理，以完成區(qū)域20。在很多實施方案中，CIGS材料具有P型特性。除吸收體區(qū)域20之外，基板18還可以包括一個或多個其他部件，包括載體22、后側(cè)電接觸區(qū)域24、緩沖區(qū)域28和透明導(dǎo)電氧化物(TCO)區(qū)域30。如所示，這些區(qū)域的每一個可以是如所述的單一的整合層，也可以由一個以上的層形成。載體22可以是剛性的或撓性的，但是在那些其中器件10可以與非平面表面結(jié)合使用的實施方案中適宜地是撓性的。 載體22可以由寬范圍的材料形成。這些材料包括玻璃、石英、其他陶瓷材料、聚合物、金屬、金屬合金、金屬間組合物、紙、紡織物或無紡織物，這些的組合等。不銹鋼是優(yōu)選的。后側(cè)電接觸區(qū)域24提供將器件10電連接至外部電路的方便方式。接觸區(qū)域24可以由寬范圍的導(dǎo)電材料形成，所述導(dǎo)電材料包括Cu、Mo、Ag、Al、Cr、Ni、Ti、Ta、Nb、W、這些的組合等中的一種或多種。在示例性實施方案中可以使用結(jié)合有Mo的導(dǎo)電組合物。后側(cè)電接觸區(qū)域24還有助于將吸收體區(qū)域20與載體隔離，以最小化載體成分向吸收體層中的遷移。例如，后側(cè)電接觸區(qū)域24可以有助于阻擋不銹鋼載體22的Fe和Ni成分向吸收體區(qū)域20中的遷移。如果在吸收體區(qū)域20的形成中使用Se，則后側(cè)電接觸區(qū)域24還可以如通過保護(hù)不受Se的影響而保護(hù)載體22?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)在已知的或之后開發(fā)的傳統(tǒng)實踐在與后面14相鄰處使用任選的層(未示出)，以幫助增強(qiáng)后側(cè)電接觸區(qū)域24與載體22之間和/或后側(cè)電接觸區(qū)域24與吸收體區(qū)域20之間的附著。此外，也可以將一個或多個阻擋層(未示出)設(shè)置在后側(cè)電接觸區(qū)域24之上，以有助于將器件10與環(huán)境隔離和/或有助于將器件10電絕緣。也可以出于多種原因，將一個或多個這種附加的層(未示出)沉積至載體22的后側(cè)上，所述原因包括有助于防止電池制造過程中基板的硒化。這種一個或多個層典型地包含鑰。與具有單質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的基于硅的半導(dǎo)體電池相反，當(dāng)基于硫?qū)倩锊牧蠒r器件10通常設(shè)置有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。異質(zhì)結(jié)可以形成在吸收體區(qū)域20與由緩沖區(qū)域28緩沖的TCO區(qū)域30之間。還可以存在任選的窗口區(qū)域26。這些區(qū)域的每一個顯示為單一的整體層，但是可以是如所示的單一的整體層，也可以由一個以上的層形成。緩沖區(qū)域28通常包含具有合適的帶隙的η型半導(dǎo)體材料，以有助于在臨近吸收體區(qū)域20與緩沖區(qū)域28之間的界面32處形成ρ-η結(jié)。當(dāng)吸收體層是具有在約I. O至約I. 6eV的范圍內(nèi)的帶隙的CIGS材料時，用于緩沖區(qū)域28的合適的帶隙通常在約I. 7eV至約
3.6eV的范圍內(nèi)。CdS具有約2. 4eV的帶隙。示例性緩沖層實施方案通?？梢跃哂性诩sIOnm至約200nm的范圍內(nèi)的厚度?？梢允褂脤挿秶摩切桶雽?dǎo)體材料形成緩沖區(qū)域28。示例性材料包括鎘、鋅、鉛、銦、錫、這些的組合等中的一種或多種的硒化物、硫化物和/或氧化物，任選地被材料摻雜，所述材料包括氟、鈉、這些的組合等中的一種或多種。在一些示例性實施方案中，緩沖區(qū)域28是包含鎘和任選地包含至少一種其他金屬如鋅的硒化物和/或硫化物。其他示例性實施方案將包括鋅的硫化物和/或硒化物。另外的示例性實施方案可以結(jié)合有被一種或多種材料如氟摻雜的錫的氧化物。可以使用寬范圍的方法來形成緩沖區(qū)域28，所述方法例如化學(xué)浴沉積、部分電解質(zhì)處理、蒸發(fā)、濺射或其他沉積技術(shù)?；?8可以包括任選的窗口層。窗口區(qū)域26可以有助于保護(hù)不受分流的影響。窗口區(qū)域26還可以在TCO區(qū)域30的隨后沉積過程中保護(hù)緩沖區(qū)域28。窗口區(qū)域26可以由寬范圍的材料形成，并且通常由電阻性的、透明氧化物如Zn、In、Cd、Sn、這些的組合等的氧化物形成。示例性的窗口材料是本征ZnO。典型的窗口區(qū)域26可以具有在約IOnm至約200nm,優(yōu)選約50nm至約150nm,更優(yōu)選約80nm至約120nm的范圍內(nèi)的厚度。TCO區(qū)域30被插入在緩沖區(qū)域28與光入射表面12之間，并且電連接至緩沖區(qū)域28，以提供用于基板18的頂部導(dǎo)電電極。在很多合適的實施方案中，TCO層具有在約IOnm 至約1500nm,優(yōu)選約150nm至約200nm的范圍內(nèi)的厚度。如所示，TCO區(qū)域30與窗口區(qū)域26接觸。作為另一種選擇的實例，TCO區(qū)域30可以直接與緩沖區(qū)域28接觸?？梢杂糜诙喾N原因如促進(jìn)附著、增強(qiáng)電性能等將一個或多個插入層任選地插入?？梢詫挿秶亩喾N透明導(dǎo)電氧化物或這些的組合結(jié)合至TCO區(qū)域30中。實例包括氟摻雜的氧化錫、氧化錫、氧化銦、氧化銦錫(ITO)、招摻雜的氧化鋅(AZO)、氧化鋅、這些的組合等。在一個示例性實施方案中，TCO區(qū)域30是氧化銦錫。TCO層方便地經(jīng)由濺射或其他合適的沉積技術(shù)形成。電介質(zhì)阻擋區(qū)域34和導(dǎo)電收集柵極36位于基板18上方。柵極適宜地至少包含導(dǎo)電金屬如鎳、銅、銀等和/或它們的組合。在一個示例性實施方案中，柵極具有包含鎳和銀的雙層構(gòu)造。因為這些材料不是透明的，因此將它們沉積為空間上間隔線的柵極以使得柵極在表面上占據(jù)相對小的覆蓋區(qū)(footprint)(例如，在一些實施方案中，柵極占與光捕獲相關(guān)的總表面積的約5%以下，甚至約2%以下，或者甚至約1%以下，以使得將光活性材料暴露至入射光)。如所示，區(qū)域34是單層。然而，如果需要，區(qū)域34可以由多于一個層形成。作為本發(fā)明用于形成器件10的這些部件的方法的綜述，阻擋區(qū)域34的至少一部分在柵極36的至少一部分的形成之前形成。優(yōu)選地，至少基本上所有的阻擋區(qū)域34在形成柵極36之前形成。將在TCO區(qū)域30中暴露TCO材料的通道38設(shè)置在區(qū)域34中。隨后將柵極36的至少一部分形成在通道38中，任選地在材料之間的界面使用附著增進(jìn)膜(未示出)從而完成氣密封套以保護(hù)下面的層。有益地，本發(fā)明的方法增強(qiáng)在基于硫?qū)倩锏墓夥骷⑶矣绕涫菗闲缘幕贑IGS的器件的情況下阻擋區(qū)域34與柵極36之間的附著品質(zhì)。該方法以提高阻擋區(qū)域34與柵極36之間界面處的附著，從而對層離和濕氣入侵提供增強(qiáng)的保護(hù)。作為結(jié)果，器件壽命延長。這是令人驚訝的，因為如果首先形成柵極36，則層離和水侵入容易出現(xiàn)得多。此夕卜，因為組成柵極36 —部分的接觸40在電介質(zhì)阻擋層之上凸出，易于使用標(biāo)準(zhǔn)的不昂貴的技術(shù)制備至器件10的電連接。在優(yōu)選的實施方案中，在區(qū)域34之上凸出的接觸的部分比下面的通道38寬，這不僅使電連接容易，而且還在接觸40與阻擋區(qū)域34之間的界面處建立曲折的路徑。這種曲折的路徑使得水更加難以穿入器件10中。更詳細(xì)地，電介質(zhì)阻擋區(qū)域34由一種或多種合適的電介質(zhì)材料形成，其具有足夠低的介電常數(shù)以有助于將TCO區(qū)域34與周圍環(huán)境電絕緣，除了在那些需要通過組成導(dǎo)電柵極36的元件的電接觸40電接觸的位置以外。在很多實施方案中，電介質(zhì)阻擋區(qū)域34具有在2至約120，優(yōu)選2至約50，更優(yōu)選3至約10的范圍內(nèi)的介電常數(shù)。此外，電介質(zhì)區(qū)域34還適宜地提供對水蒸氣侵入的阻擋保護(hù)。在很多實施方案中，電介質(zhì)阻擋區(qū)域34的特征在于在10°至約10_5g/m2 ·天的水蒸氣透過率(WVTR),但是最優(yōu)選小于5 X 10_4g/m2 ·天。材料的WVTR可以根據(jù)ASTM E 96中描述的方法或在其他測試如鈣測試(Wolf等，等離子體工藝和聚合物(Plasma Processes and Polymers)，2007，4，S185-S189)中測定。電介質(zhì)阻擋區(qū)域34可以由多種材料形成。優(yōu)選地，在阻擋區(qū)域34中使用的材料是無孔的。在本發(fā)明中可使用的阻擋涂層在400nm-1300nm的透射波長范圍內(nèi)優(yōu)選展現(xiàn)光透射率> 80%并且在相同范圍內(nèi)更優(yōu)選展現(xiàn)> 85%透射率。電介質(zhì)阻擋區(qū)域34可以具有寬范圍的厚度。如果太薄，則電絕緣性質(zhì)和對濕氣侵入的保護(hù)可能不像可能所需要的那樣堅固。如果過厚，則透明性可能過度受損而沒有提供足夠的額外性能。平衡這些顧慮，阻擋區(qū)域34的示例性實施方案可以具有在IOnm至約 IOOOnm,優(yōu)選約IOnm至約250nm,更優(yōu)選約50nm至約150nm的范圍內(nèi)的厚度。電介質(zhì)阻擋區(qū)域34可以選自由金屬氧化物、碳化物、氮化物等或它們的組合組成的組。在一個優(yōu)選的實施方案中，阻擋層材料是硅的氧化物和/或氮化物。這些實施方案提供出色的電介質(zhì)和濕氣保護(hù)。在一些實施方案中，電介質(zhì)阻擋區(qū)域34優(yōu)選由氮化硅或結(jié)合有硅、氮和氧(氧氮化硅)的材料形成。在其中電介質(zhì)阻擋區(qū)域34由兩個以上子層形成的其他實施方案中，第一子層可以由氮化硅形成，并且第二子層可以由氧氮化硅形成。當(dāng)使用兩個以上子層時，優(yōu)選的是底部層(即，與TCO層接觸的層)是氮化硅。氮化硅的代表性實施方案可以由式SiNx表示，并且氧氮化硅的代表性實施方案可以由式SiOyNz表示，其中X在約I. 2至約I. 5，優(yōu)選約I. 3至約I. 4的范圍內(nèi)；y優(yōu)選在大于O至約O. 8，優(yōu)選約O. I至約O. 5的范圍內(nèi)；并且Z在約O. 8至約I. 4，優(yōu)選約I. O至約I. 3的范圍內(nèi)。適宜地，選擇x、y和z以使得阻擋區(qū)域34，或者適宜時，其每個子層，具有在約
I.80至約3的范圍內(nèi)的折射率。作為一個合適的實施方案的實例，式Si\3并且具有2. 03的折射率的氮化硅在本發(fā)明的實施中將是合適的。電介質(zhì)阻擋區(qū)域34可以以多種方式形成在TCO區(qū)域30上。根據(jù)一種示例性方法，將電介質(zhì)阻擋區(qū)域34通過在低于約200°C，優(yōu)選低于約150°C，更優(yōu)選低于約100°C進(jìn)行的低溫方法沉積在太陽能電池上。在上下文中的溫度是指沉積出現(xiàn)的表面處的溫度。優(yōu)選地，無機(jī)阻擋層經(jīng)由磁控管濺射沉積。在將要形成優(yōu)選的氮化硅層的情況下，電介質(zhì)阻擋層優(yōu)選使用硅靶和氮氣和氬氣的混合物經(jīng)由反應(yīng)性磁控管濺射沉積。氣體進(jìn)料中氮的摩爾分?jǐn)?shù)優(yōu)選大于O. 1，更優(yōu)選大于O. 2并且優(yōu)選小于I. 0，更優(yōu)選小于O. 5。在沉積之前，室中的合適的底壓力(base pressure)在約1Χ1(Γ8至約1Χ1(Γ5托的范圍內(nèi)。派射發(fā)生的操作壓力適宜地在約2毫托至約10毫托的范圍內(nèi)。當(dāng)使用這些濺射條件形成電介質(zhì)阻擋區(qū)域34時，據(jù)信隙間的、相對薄的子層(未示出)適宜地鄰近于TCO區(qū)域30與電介質(zhì)阻擋區(qū)域34之間的界面形成。電介質(zhì)阻擋區(qū)域34的較厚的電介質(zhì)子層(未示出)形成在其上。基于掃描電子顯微鏡(SEM)分析中所示的對比度區(qū)別，據(jù)信隙間子層與區(qū)域34的主體相比展現(xiàn)具有低密度。隙間子層的元素組成的表征可能傾向于具有比區(qū)域34的主體的氧含量大的氧含量。不希望被束縛，假定該隙間子層的形成可以有益于區(qū)域34的環(huán)境阻擋性質(zhì)并且還可以促進(jìn)由膜形成過程中過度的電子和離子轟擊引起的晶格缺陷的減少/修復(fù)。使用低溫工藝沉積電介質(zhì)阻擋區(qū)域34的這種方法進(jìn)一步描述在2009年3月25日以DeGroot等的名義提交的并且具有代理人案號67695的受讓人的共同待決申請“在薄膜光伏制品上形成保護(hù)層的方法和用這種層制備的制品(METHOD OF FORMING A PROTECTIVE LAYER ON THIN-FILM PHOTOVOLTAIC ARTICLESAND ARTICLES MADE WITH SUCH LAYER) ” 中(現(xiàn)在公開為 US2010/0243046)。作為選擇，電介質(zhì)阻擋區(qū)域34也可以通過其他方法制備，所述方法包括但是不限于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的低溫真空方法，包括化學(xué)氣相沉積(CVD)，等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(PECVD)，原子層沉積(ALD)以及其他。電介質(zhì)阻擋區(qū)域34的優(yōu)選實施方案在約400nm至約1300nm的透射波長范圍內(nèi)展現(xiàn)光透射率> 80%，并且在相同范圍內(nèi)優(yōu)選展現(xiàn)> 85%透射率。此外，電介質(zhì)阻擋區(qū)域34的優(yōu)選實施方案可以展現(xiàn)小于lX10_2g/m2 天并且優(yōu)選小于5X10_4g/m2 天的水蒸氣透過率。電介質(zhì)阻擋區(qū)域34可以作為單層或作為多個子層應(yīng)用。 至少一個通道38存在于電介質(zhì)阻擋區(qū)域34中。用于示例的目的，示出了兩個通道?？梢詫⑼ǖ?8以多種方式形成在區(qū)域34中。根據(jù)一個選擇，通道38可以通過遮掩下方的結(jié)構(gòu)體的對應(yīng)區(qū)域形成。之后可以將電介質(zhì)材料沉積在下方的結(jié)構(gòu)體之上，之后將掩模移除以露出穿過電介質(zhì)的通道38。通道38也可以由通過在形成區(qū)域34之后但是在電接觸40形成之前移除電介質(zhì)阻擋區(qū)域34的一部分的后沉積形成。材料移除可以以多種方式進(jìn)行，如通過激光消融、在掩模的存在下的化學(xué)刻蝕、光刻、這些的組合等進(jìn)行。當(dāng)將通道38用下面進(jìn)一步描述的柵極組成成分填充時，阻擋區(qū)域34和柵極36合作以形成器件10上的氣密封套。如所示，至少一個通道38從表面12延伸至在形成柵極組成成分之前暴露TCO區(qū)域30的底部44。如所示，至少一個通道38的底部44結(jié)束于鄰近表面44處。在其他實施方案(未示出)中，可以設(shè)置底部44以使得通道38穿入但是不穿過TCO區(qū)域30。這使得電接觸40電連接至TCO層。只要器件10包括至少一個具有該構(gòu)造的通道38，則如果需要，可以使用以更低或更高的程度穿入器件10中的其他通道。更優(yōu)選地，雖然，至少大多數(shù)的，并且優(yōu)選至少基本上所有的形成在區(qū)域34中的通道終止于TCO區(qū)域30處或終止于其內(nèi)。將構(gòu)成導(dǎo)電柵極36的至少一部分的電接觸40形成在通道38中并且電連接至TCO區(qū)域30。提供至少一個連接至TCO區(qū)域30的而不是連接至器件10中更深的另一個層的接觸40提供多種益處。首先，對于水能夠沿接觸40的側(cè)部穿入器件10的程度，接觸40僅向下延伸至TCO區(qū)域34的深度。因此，器件10的更深的層，如基于硫?qū)倩锏奈阵w區(qū)域20受到更多保護(hù)以免于水侵入。在本發(fā)明的一些實施方案中，僅有通道38和通道中形成的接觸40的一部分延伸至TCO層的深度并且不進(jìn)一步延伸，而其他通道和接觸可能延伸至器件10中至更高的或更低的程度。然而，更優(yōu)選地，至少基本上所有的通道38和接觸40延伸至TCO區(qū)域30而不一直穿過TCO區(qū)域30。每個接觸40包括通道內(nèi)的基座48和在電介質(zhì)阻擋區(qū)域34的光入射表面12上凸出的帽50。凸出帽50使得容易制備至柵極36的電連接。如該實施方案中所示的帽50的至少一部分在至少一個維度上比下面的通道38的至少一部分寬。這建立曲折的路徑，使得基本上最小化并且甚至基本上消除水侵入?；?8和帽50可以如所示整體地形成，也可以由兩個以上組件形成。
帽50可以具有寬范圍的厚度。在示例性實施方案中，帽50具有在約O. 05μπι至約50 μ m,優(yōu)選約O. I μ m至約25 μ m,更優(yōu)選約I. O μ m至約10 μ m的范圍內(nèi)的厚度。電接觸40可以由寬范圍的導(dǎo)電材料形成，但是最適宜的是由一種或多種金屬、金屬合金、或金屬間組合物形成。示例性接觸材料包括Ag、Al、Cu、Cr、Ni、Ti、這些的組合等的一種或多種。結(jié)合有Ag的接觸40是優(yōu)選的。為提高接觸40與通道38的壁之間的附著品質(zhì)，可以在該界面的全部或一部分使用任選的附著增進(jìn)膜56。如圖I中所示，膜56基本上對全部的通道38襯里。膜56的使用有助于使得器件10對于層離、水侵蝕或其他退化甚至更加堅固。在典型的實施方案中，膜56具有在約IOnm至約500nm,優(yōu)選約25nm至約250nm,更優(yōu)選約50nm至約IOOnm的范圍內(nèi)的厚度。膜56可以由寬范圍的材料形成。膜56的優(yōu)選的實施方案結(jié)合有導(dǎo)電金屬成分如Ni。膜56在沉積接觸40之前形成在通道38中。任選的區(qū)域(未示出)可以包括設(shè)置在電介質(zhì)阻擋區(qū)域34之上的一個或多個附 加的阻擋層以幫助進(jìn)一步保護(hù)器件10。在很多實施模式中，這些附加的阻擋層，如果有，在對柵極36制備所需的電連接之后結(jié)合至器件10中。如果使用任選的區(qū)域，也可以將帽50的頂部表面58用附著增進(jìn)膜(未示出)涂敷。該上面的膜可以由與在膜56中使用的相同的一種或多種材料形成，但是也可以由更寬范圍的材料形成，條件是這種上面的膜不需要是導(dǎo)電的。如果這種上面的膜要由電介質(zhì)或其他絕緣材料形成，則上面的膜可以在對柵極36制備電接觸之后形成。備選地，上面的膜可以在制備電連接之前以留下合適的通子網(wǎng)以能夠制備所需的電連接的形式形成。在優(yōu)選的方面，電介質(zhì)阻擋區(qū)域34的至少一部分在形成柵極36的至少一部分之前被結(jié)合至器件10中。當(dāng)首先形成電介質(zhì)阻擋區(qū)域34時，接觸40與阻擋區(qū)域34之間的界面對于層離、斷裂和水透入而言非常堅固。當(dāng)使用任選的膜56時，尤其是當(dāng)Ni構(gòu)成膜56的一部分，優(yōu)選占任選的膜56的以摩爾計至少50%，更優(yōu)選至少約90%時，尤其是接觸40結(jié)合有銀時，界面的品質(zhì)極大地提高。相反，當(dāng)整個柵極36在阻擋區(qū)域34之前整個形成時，接觸40與阻擋區(qū)域34之間的界面較不堅固。 現(xiàn)在將參考以下示例性實施例描述本發(fā)明。實施例I在I”xl”鈉鈣玻璃片上，制備基板，所述基板包含濺射沉積的鋁薄膜(約30nm)，之后是130nm厚度的氧化銦錫(ITO)層。使用常規(guī)RF磁控管濺射室，由IOOmm直徑，5mm厚的ITO陶瓷靶(90重量％的In2O3,10重量％的SnO2)，使用氬(14sccm)和氧(2sccm)的氣體流，使用質(zhì)量流控制器控制的，以獲得2.8毫托的工作氣體壓力，來制備氧化銦錫(ITO)膜。沉積過程中將基板溫度保持在150°C。將一條Kapton膠帶(lmmx5mm)施加以遮掩樣品的一個地方。將178nm厚的氮化硅層濺射沉積在ITO和膠帶之上。經(jīng)由反應(yīng)性濺射使用硼摻雜的硅靶和50 50的Ar N2氣比例，沉積氮化硅。將沉積過程中的壓力控制在4. O毫托，將功率設(shè)定在140W并且將室板處于旋轉(zhuǎn)模式。靶至基板的距離為75mm。氮化硅膜沉積速率為大約40 A/分鐘。在沉積之前，將體系抽至9X 10_6托的底壓力。之后將膠帶小心的除去以露出在氮化硅下面的裸ITO層。施加掩模以覆蓋除比暴露的ITO稍大的矩形表面(空的)之外的整個樣品。將具有約1600nm的總厚度的Ni層以及之后的Ag層相繼蒸發(fā)在掩模之上，從而沉積完全覆蓋暴露的ITO的導(dǎo)電柵極。在Denton Explorer 14系統(tǒng)上通過電子束(E_beam)蒸發(fā)相繼沉積Ni和Ag層。在蒸發(fā)之前，將室底壓力降低至<2X10_6托。所有的沉積在
9.OkV進(jìn)行，同時電流值對于Ni和Ag分別是O. 130和O. 042安培。在過程中使用Maxtek260石英晶體沉積控制器對于Ni和Ag將沉積速率分別控制在2.0A/S和15.0 A/S Ni彈(99. 9999 得自 International Advanced Materials)蒸發(fā)自 7cc 甘禍，而 Ag 粒料(99. 9999%, Alfa Aesar)蒸發(fā)自 7c c 鑰 甘禍。所得到的結(jié)構(gòu)體的截面圖像(FIB-SEM)顯示Ni/Ag柵極重疊氮化硅層以及重疊在沒有氮化硅的地方中的ΙΤ0，并且接觸直接制造在ITO與Ni/Ag柵極接觸之間。通過該視覺檢查，證實接觸強(qiáng)連接至氮化娃。實施例2向三(3)個I” xl”鈉鈣玻璃片上，濺射沉積鋁薄膜(約30nm)。施加一條Kapton膠帶以遮掩每個樣品的一個地方。對于每個樣品使用與實施例I中所描述的那些等同的條件，將150nm厚的氮化硅層濺射沉積在鋁和膠帶之上。之后將膠帶小心除去以露出在氮化硅下面的裸鋁層。對于每個樣品，施加掩模以覆蓋除比暴露的鋁稍大的矩形表面(空的)之外的整個基板。使用實施例I中描述的條件將具有約1600nm的總厚度的Ni層之后是Ag層蒸發(fā)在掩模之上，從而沉積導(dǎo)電柵極，其完全覆蓋暴露的鋁。之后將樣品放置在115°C /100%相對濕度和12psig的壓力容器中用于加速暴露測試。光學(xué)密度數(shù)據(jù)在圖2中給出。數(shù)據(jù)表示三個樣品的性能的平均值。測量鋁膜的光學(xué)密度以確定通過與水反應(yīng)氧化至氧化鋁的氧化程度。更加透明的氧化鋁層的形成導(dǎo)致光學(xué)密度上的降低。在圖2中所示的圖中，將來自所制備的樣品(標(biāo)記為“本發(fā)明”)的光學(xué)密度數(shù)據(jù)與通過標(biāo)準(zhǔn)程序制備的樣品的數(shù)據(jù)比較。標(biāo)準(zhǔn)樣品由與“本發(fā)明”樣品相似的構(gòu)造組成，除了將Ni/Ag柵極直接沉積在ITO層之上，之后在ITO/柵極結(jié)構(gòu)體之上沉積氮化硅以外。結(jié)果表明當(dāng)實施本發(fā)明的原理時獲得的濕氣阻擋性能上的顯著提高。實施例3在?！?” (約2. 5cmx2. 5cm)鈉鈣玻璃片上，濺射沉積鋁薄膜(約30nm)，之后是130nm厚度的氧化銦錫(ITO)層。施加兩條Kapton膠帶(每個l_x5mm)以遮掩樣品的兩個不同地方。使用與實施例I中所描述的相同的室和條件，將150nm厚的氮化硅層濺射沉積在ITO和兩條膠帶之上。之后將膠帶小心除去以露出地氮化硅下南的裸ITO層。施加掩模以覆蓋除比暴露的ITO地方稍大的矩形表面之外的整個樣品。在實施例I中所描述的條件下，將具有1600nm的總厚度的Ni之后是Ag的相繼層蒸發(fā)在掩膜上，從而沉積導(dǎo)電柵極，其完全覆蓋ITO的暴露地方之一。 導(dǎo)電性測量證明ITO層與Ni/Ag柵極之間的導(dǎo)電性被保持
電連接電阻率
柵極-柵極0.5 (<1) Ω cm
ITO-ITO5.3—6.3 Ω-crn
柵極-SiNx沒有導(dǎo)電性
柵極-丨TO3.8-4.5 Ω-cm
在理解本說明書或者從本文公開的本發(fā)明的實踐中，本發(fā)明 的其他實施方案將對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本文公開的原理和實施方案做出多種省略、修改和變化而不脫離通過以下權(quán)利要求指出的本發(fā)明的真實范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種制備光伏器件的方法，所述方法包括以下步驟 a)提供基板，所述基板具有光入射表面和后表面并且包含至少一種光伏吸收體，其中所述基板包括在所述吸收體與所述光入射表面之間插入的至少一個透明導(dǎo)電氧化物層； b)使得電介質(zhì)阻擋層位于所述透明導(dǎo)電氧化物層之上； c)使得至少一個通道存在于所述電 介質(zhì)阻擋層中，所述通道終止于所述器件中的某個位置使得所述通道提供經(jīng)過所述電介質(zhì)阻擋層至所述透明導(dǎo)電氧化物層的開放連通，而不一直穿過所述透明導(dǎo)電氧化物層；以及 d)形成電連接至所述透明導(dǎo)電氧化物層的電接觸，所述電接觸包含在所述通道中形成的基座和在所述電介質(zhì)阻擋層上凸出的帽。
2.權(quán)利要求I所述的方法，所述方法還包括使得包含鎳的導(dǎo)電膜在所述通道和所述透明導(dǎo)電氧化物層中的至少一個與所述電接觸之間插入的步驟。
3.任一在前權(quán)利要求所述的方法，所述方法還包括使得附著增進(jìn)的導(dǎo)電膜在所述通道和所述透明導(dǎo)電氧化物中的至少一個與所述電接觸之間插入的步驟。
4.任一在前權(quán)利要求所述的方法，所述方法還包括將至少一個附加的阻擋層結(jié)合至所述器件中的步驟。
5.任一在前權(quán)利要求所述的方法，所述方法還包括結(jié)合至少一個覆蓋所述電介質(zhì)阻擋層和所述電接觸的附加的阻擋層的步驟。
6.任一在前方法權(quán)利要求所述的方法，其中所述至少一種光伏吸收體是含硫?qū)倩锏奈阵w。
7.任一在前方法權(quán)利要求所述的方法，其中所述電接觸的所述帽在至少一個維度上比所述電接觸的所述基座寬。
8.任一在前方法權(quán)利要求所述的方法，其中所述電接觸的所述帽在至少一個維度上比所述通道寬。
9.權(quán)利要求6-8中的任一項所述的方法，所述方法還包括使得緩沖層位于所述吸收體與所述光入射表面之間的步驟。
10.任一在前方法權(quán)利要求所述的方法，其中步驟(b)包括在約100°C以下的溫度形成所述電介質(zhì)層，其中所述電介質(zhì)層至少結(jié)合有硅和氮。
11.任一在前權(quán)利要求所述的方法，其中所述電介質(zhì)層包含具有式SiOyNz的硅化合物，其中y小于約O. 05并且z在約I. I至約I. 4的范圍內(nèi)。
12.任一在前權(quán)利要求所述的方法，其中所述透明導(dǎo)電氧化物結(jié)合有銦、鋅、錫和鋁中的至少一種。
13.任一在前方法權(quán)利要求所述的方法，其中所述電介質(zhì)阻擋層具有在約10至約IOOOnm范圍內(nèi)的厚度。
14.任一在前方法權(quán)利要求所述的方法，其中所述電接觸結(jié)合有Ag、Al、Cu、Cr、Ni和Ti中的至少一種。
15.一種通過在前權(quán)利要求中的任一項所述的方法制備的異質(zhì)結(jié)光伏器件。
全文摘要
本發(fā)明提供用于提高透明導(dǎo)電氧化物、導(dǎo)電柵極材料和電介質(zhì)阻擋層中的兩個或更多個之間的附著的策略。結(jié)果，這些策略在異質(zhì)結(jié)光伏器件如基于硫?qū)倩锏奶柲茈姵氐闹圃熘惺翘貏e有用的。當(dāng)形成阻擋層并且之后將所述柵極施加至所述阻擋層中的通道時，與將阻擋層形成在柵極之上或周圍的情況比較，該結(jié)構(gòu)體具有提高的濕氣阻擋耐受性。附著提高至這樣一種程度使得柵極材料和電介質(zhì)阻擋材料可以結(jié)合在一起提供器件上的氣密密封，以使其免于遭受由環(huán)境條件引起的損壞，包括歸因于水侵入的損壞。這使得收集柵極至少部分地暴露在所述電介質(zhì)阻擋層上，使得易于制備至所述器件的電連接。
文檔編號H01L31/0224GK102742018SQ201180006069
公開日2012年10月17日 申請日期2011年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月14日
發(fā)明者保羅·R·埃洛維, 瓦特·A·施滕普基, 邁克爾·E·米爾斯, 馬蒂·W·德格魯特 申請人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司