(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）光を電気に変換する活性部であって、光を透過するための前面と、この前面とは反対側の裏面とを有する活性部、
ｂ）活性部に通電し又は活性部から通電するための、活性部に接続する少なくとも２つのリード線、
ｃ）活性部を取り囲み、前記少なくとも２つのリード線が貫通する封入容器であって、
活性部の前面における光の透過を可能とするバリア材と、
活性部への光の透過を妨げないように配置されたゲッター材料と、
前記活性部と前記バリア材との間に配置された、ゲッター材料に連通するギャップ通路であって、前記活性部の前面と、前記バリア材の内側と、前記活性部の前面と前記バリア材との間の固体接触を形成する固体架橋要素とによって規定される連通するギャップ通路、とを含む封入容器、
を含む光起電力デバイス。
【請求項２】
前記連通するギャップ通路が、前記活性部の裏面と裏面バリア材との間にも配置され、前記ゲッターが、前記活性部の裏面と前記裏面バリア材との間に配置され、前記ゲッターが、酸素ゲッター、水分ゲッター及び水素ゲッターのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記デバイスが柔軟性を有するものである、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４】
活性部が、裏面の電気的接続部と、カルコゲナイドを基とする吸収体層と、バッファ層と、透明導電層とを含むものである、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項５】
前記架橋要素が、その上に隆起したパターンを有するフィルムによって提供されるものである、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項６】
前記封入容器が周囲圧力よりも低いものであるか若しくは前記封入容器が不活性ガスを含むものであり、又はその両方である、請求項１又は２に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
この出願は、２００９年３月２３日に出願された米国仮特許出願第６１／１６２３９８号に基づく優先権の利益を主張するものであり、前記の出願は、引用することにより本明細書に全体として組み込まれる。
この発明は、エネルギー省によって与えられた契約ＤＥ−ＦＣ３６−０７Ｇ０１７５４の下での合衆国政府の支援により、なされたものである。
【０００２】
発明の分野
この発明は、光電子デバイスに関するものであり、デバイス中の活性材料の性能を低下させる可能性がある物質に対して、抵抗性を有するように設計された光電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
光電子デバイスとは、活性材料が、光エネルギーを電気に変換し又は電気を光エネルギーに変換するデバイスである。特定の光電子デバイスでは、活性材料は、雰囲気中に見出される成分に対して極めて敏感である。
【０００４】
例えば、銅インジウムジセレニド（ＣＩＳ）又は銅インジウムガリウムジセレニド（ＣＩＧＳ）を用いた光起電力電池は、水分に対して敏感であることが知られている。ある種の有機発光ダイオードもまた、雰囲気に対する感受性があることが知られてきている。そのようなデバイスは、そのような雰囲気にさらされることを阻止又は防止するために、しばしば密封される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多層光電子デバイスは、典型的には、透明な基板の上に直接形成された活性層又は活性部を有しており、これが一般的に前面と呼ばれている。これらのデバイスの多くは、透明基板としてガラスを用いて製造されている。ガラスは優れたバリア性を有しており、そして多くの裏面層も同様に、例えば金属箔を含む積層体のように、優れたバリア性を有しているので、これまで一般に問題とされてきたのは、パッケージングの側部における接合部分又は間隙からの水分又は酸素の流入についてであった。そのような漏洩が生じる可能性に対応するため、活性層の側面又は背面でゲッター（ゲッターは、しばしばスカベンジャーともいわれるもので、ある系の中に添加して、微量の不純物又は望ましくない成分を消滅させ又は不活性化させるためのものである。）を使用することが提案されている。さらに、これらのデバイスは、しばしば、活性層の側面又は背面に間隙又は空間を有している。
【０００６】
最近になって、これらのデバイスの重量を低減し、そして柔軟性を高めようとする動きが生じてきている。このため、ガラスを種々の透明な高分子バリア性基板で置き換えることが研究されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、前記ガラス代替材料が、ある種の環境成分に対しては、機能を維持するのには不十分な防御力しかもたらさないことを見出した。
そこで、本発明者らは、光電子デバイスに良好な耐久性をもたらすと同時に、柔軟だがガラスよりもバリア性が劣る可能性があるバリア材であっても使用可能できるような、構造体を発明したものである。
【０００８】
具体的には、本発明は光電子デバイスであって、
ａ）光を電気に変換し又は電気を光に変換する活性部であって、光の透過のための前面と、この前面とは反対側の裏面とを有する、活性部、
ｂ）活性部に通電し又は活性部から通電するための、活性部に接続する少なくとも２つのリード線、
ｃ）活性部を取り囲み、前記少なくとも２つのリード線が貫通する封入容器であって、
活性部の前面における光の透過を可能とするバリア材と、
活性部への又は活性部からの光の透過を妨げないように配置された１以上のゲッター材料と、
前記活性部と前記バリア材との間に配置され、活性部の前面と、バリア材の内面と、前記活性部と前記バリア材との間の固体接触（ｓｏｌｉｄ  ｃｏｎｔａｃｔ）を形成する固体架橋要素（ｓｏｌｉｄ  ｂｒｉｄｇｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）とによって規定されるものである、ゲッター材料に連通するギャップ通路（ｃｏｎｔｉｇｕｏｕｓ  ｇａｐ  ｐａｔｈｗａｙ）とを含む封入容器、
を含む光電子デバイスである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の光電子デバイスの代表的実施形態の断面図である。
【図２】実験に用いた光電子デバイスにおける、光起電力電池の効率と水分吸収との関係を示す。
【図３】実験に用いた光電子デバイスにおける、光起電力電池の効率と水分吸収との関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
光電子デバイスとして好適なものは、有機発光ダイオード又は光起電力デバイスである。デバイスは、ほどよい厚さの基本的に平坦な又は平面的な構造であってよく、又は、下層構造に適合するように曲がっているか又は曲げることができるようになっていてもよい。デバイスは柔軟性を有することが好ましい。ひとつの実施形態において、デバイスは、より低コストで製造するために連続式ロール・ツー・ロール製法を用いた場合でも、その構造やそのいずれかの層にダメージを与えることなく巻きつけることができる程度に、十分柔軟なものにすることもできる。デバイスは、直径が少なくとも約１メートルのコア上に巻きつけることができることが好適であり、より好適には直径が少なくとも０．５メートルのコア上に、さらに好適には直径が少なくとも０．３メートルのコア上に、巻きつけることができる。
【００１１】
図１（正確な縮尺ではない）により、本発明の光電子デバイス５の一つの実施形態の一例が示される。デバイスは、裏面材料１２、活性部１０、及び前面バリア１４を含んでいる。この特定の実施形態において、連通するギャップ通路３０は、前記前面バリア１４と活性部１０との間に配置され、さらに、任意追加的な連通するギャップ通路３１が、裏面材料１２と活性層１０の間に配置される。架橋要素３５は、前面バリア１４と活性層１０との間に固体接触を形成して、各層の崩壊を防ぎ、そして連通するギャップ通路が維持されることを確実にする。裏面においては、図１の実施形態で示されるように、架橋要素３５はゲッターフィルム２８と裏面材料１２との間に固体接点を形成する。上記ゲッターはフィルム層として示されているが、別法として、ゲッターは、微粒子の形態で、裏面の連通するギャップ通路３１の空間に配置することも可能であり、その場合は、架橋要素は活性層の裏面との間で直接的に接点を形成することになる。さらに、図１には示されていないが、ゲッターを活性層の裏面に配置することの別法として又は追加的手段として、ゲッターを活性層の側面−例えば、シール２２（気密シールを形成することが好ましい）と活性層１０との間に、配置することも可能である。
【００１２】
図１に示される特定の実施形態において、連通するギャップ通路３０及び３１は、示されるように、エンボス加工されたフィルム３２と３３によって形成され、ここにおいて架橋要素３５はエンボス加工されたフィルムの隆起した部分によって形成される。この実施形態において、前面バリアの主要部は層１５であり、一方、裏面材料の主要部は層１３である。他の実施形態において、ゲッターへの通路が設けられる場合に、ギャップパターンは活性層の前面（すなわち、活性層と前面バリアとの間）のみに存在し、ゲッターは側面又は背面に配置される。
【００１３】
連通するギャップ通路により、封入容器中のバリア性が不十分で環境中の望ましくない成分が浸透し得る領域と、ゲッター材とが、接続するようになる。このギャップ通路により、デバイス中に特に前面バリアを通って浸透する可能性がある望ましくない分子が、ゲッターへと比較的迅速に移動できるようになる。さらに、構造体全体にわたる単純なギャップよりも、むしろ、架橋要素によって形成されるギャップ通路及び／又はギャップパターンを有することによって、デバイスは、柔軟性を維持しつつ、デバイス内のギャップを維持することができる。本明細書で用いられるとき、「ギャップパターン」とは、ギャップの規則的又はランダムな分布であって、気体の流通経路又はギャップ通路をもたらすものを意味する。ギャップパターンは、規則的な繰り返し構造を必要とするものと理解すべきではなく、むしろ、規則的であれランダムであれ、様々な隆起部と陥凹部を有する任意の構造が想定される。ＯＬＥＤデバイスについては、ギャップパターンは、そのデバイスが投影する任意の像の歪みを最小化するために、デバイス中の画素（pixel）に対応するように設計することが有利である。
【００１４】
ギャップパターンは、バリア材と活性部との間の領域全体にわたって配置されたスペーサーによって、もたらすことができる。より望ましくは、ギャップパターンは、フィルム又はコーティングと一体となった三次元パターンとしてもたらされる。その実施形態においては、パターンは、バリア材の内面に直接形成してもよく（例えば、フィルム積層分野において一般的な接着積層法などにより、前面バリア材の活性部に連通する側にパターンを設けるなど）、又はバリアと活性部との間に配置された、分離したフィルム層上に形成してもよい。別法として、ギャップパターンは、フォトリソグラフィーやエッチングなどの方法を用いて、活性デバイス（被覆された活性デバイス又はカプセル化された活性デバイスを含む）の上に直接形成することもできる。ギャップパターンを形成するもう一つの方法として、高分子接着剤中にガラスビーズなどのスペーサーを含んだコーティングを、バリア材の内面上、分離したフィルム層の上、又は活性デバイス、被覆された活性デバイス若しくはカプセル化された活性デバイスの上に、直接グラビアコーティングなどの方法によって行うこともできる。さらに、ギャップパターンの組合せを用いることも可能である。ギャップパターンは、バリア材の内側に直接適用されたフィルム又はコーティングによりもたらされる場合は、封入容器のシール材料として機能するようにすることが最も好ましく、これにより、活性デバイスの周囲での封入容器のシールを、インパルスシールのような方法によって作ることが可能になる。
【００１５】
一つの好適な例では、ギャップパターンはバリアバッグ封入容器を形成するフィルム上に設けられ、前記封入容器の中に活性部とゲッターが挿入され、次いで封止される。このフィルムとギャップパターンは、その後に行われるいずれの積層加工より高い軟化点又はガラス転移点を有するか、又は、その後の製造加工処理時及びデバイスの使用時を通して、ギャップパターンが維持されるようなデバイス温度が用いられるであろう。
【００１６】
前面バリアとギャップ通路／ギャップパターンの両者の光透過率は、積層フィルムにより形成されたか又は分離したフィルムにより形成されたかを問わず、デバイスが機能するために適正なものでなければならず、当該具体的な光電子デバイスに関連する波長について、好適には＞５０％、より好適には＞８０％、そして最も好適には９０％を超えるものである。関連する波長は、特定の光学デバイスの放射又は吸収の波長に適合するものであることが好ましい。一つの実施形態において、具体的にはカルコゲナイドを基とする光起電力電池については、関連する波長はおおよそ４００〜１１００ｎｍ、好適には４００〜７００ｎｍである。
【００１７】
連通するギャップ通路は、前面バリアと活性部（及び、任意的に裏面材料と活性部）との間に、好適には少なくとも１マイクロメートル、より好適には少なくとも５マイクロメートルの深さ又はギャップスペースを有する。多くの（多重の）パターン、形状、深さ、頻度、組合せが考えられる。ギャップ部分は、部分的減圧にしてもよいし、窒素のような不活性ガスを充填してもよい。構造体を封止するにあたっては、デバイスとゲッター材料の長寿命化ために、可能であれば封入容器から望ましくない物質を除去するように、注意を払うべきである。
【００１８】
ギャップパターンを形成する便利な方法の一つは、エンボス加工したフィルムを用いることである。これらのフィルムは、ポリエチレン、ポリプロピレン、その他のさまざまな材料から作ることができ、そして、パターンはさまざまな深さのエンボスによって作ることができる。例えば、エンボスパターンは、ひし形、正方形、織物、敷板、つや消し、革しぼ、又はリネンタイプのパターンとすることができる。エンボスパターンは、活性部の上の上側バリアの崩壊を防ぎつつ、可能な範囲で最大の空隙を生じるものであることが好ましい。驚くべきことに、出願人は、隆起側を下向きで活性部の方に向けたひし形又は正方形のパターンが、隆起側を上向きとした場合よりも、前面バリアを通して浸透する水をよりよく処理できることを見出した。これは驚くべきことである、というのは、隆起側を下向きにすると連通するギャップ通路を形成するとは期待されていなかったからである。理論に拘束されることは望まないけれども、発明者らが考えるところでは、隆起上に十分なギャップがある場合には、隆起側を下向きにすると、隆起側を上向きにするよりも良好である、なぜなら、隆起側を下向きにすると、活性部の上に直接により多くの空間を設けることができ、これによって望ましくない分子が封入容器に浸透してゲッターのほうへ動くことを促進できるからである。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態であって、シール材料２２が前面バリア１４と裏面材料１２とをつないでいる実施形態を示す。あるいは別法として、適宜選択して、前面１４と裏面１２とを、デバイスの周囲で単純に熱シール、溶着又は積層することによって、前面材料を直接裏面材料にシール（好ましくは気密に）してもよい。このやり方は、例えばエンボス加工されたフィルム３０と３２が同じ材料である場合などには特に都合がよい。
【００２０】
図１は、リード線７とそれを取り囲む金属リード線封止材４４が、デバイスの側面を貫通しているところを示し、そこでは金属リード線封止材４４が封止材料２２によってシール（好ましくは密封状態に）されている。他の方法として、リード線は、適正な封止剤を用いて好ましい密封性を維持することにより、裏面フィルム１２を貫通するようにすることもできる。他の層又は成分もまた、図示していないが、当分野で知られているところにより用いることができる。例えば、活性層の周りに封入剤又は被覆剤を適用することが望ましい場合もある。そのような封入剤又は被覆剤により、例えば水が活性層へ移動するのを防ぎ、あるいは活性部がなんらかの腐食を受けることを防止または最少化できる可能性がある。
【００２１】
活性部
活性部は、光を電気に又は電気を光に変換する、光電子材料又は構造体である。
【００２２】
第一の好適な実施形態では、活性部は薄膜太陽電池である。この薄膜太陽電池は、当技術分野で知られているそのような電池のいずれであってもよい。前記電池は、多元化合物半導体薄膜のようなｐ−型半導体、特に、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ２族カルコパイライト半導体を光吸収層として含む、ｐｎヘテロ接合を有することが好適である（例えば、ＩＢ−ＩＩＩＡ−セレナイド、ＩＢ−ＩＩＩＡ−スルフィド、又はＩＢ−ＩＩＩＡ−セレナイドスルフィドのようなＩＢ−ＩＩＩＡ−カルコゲナイド。より具体的な例には、銅インジウムセレナイド、銅インジウムガリウムセレナイド、銅ガリウムセレナイド、銅インジウムスルフィド、銅インジウムガリウムスルフィド、銅ガリウムセレナイド、銅インジウムスルフィドセレナイド、銅ガリウムスルフィドセレナイド、及び銅インジウムガリウムスルフィドセレナイド（これらはすべて、本明細書においてはＣＩＧＳＳで表す）が含まれる。これらはまた、式ＣｕＩｎ（１−ｘ）ＧａｘＳｅ（２−ｙ）Ｓｙ、ここでｘは０〜１でありｙは０〜２である、で表される。銅インジウムセレナイドと銅インジウムガリウムセレナイドが好適である。）。別法として、任意のＩＢ−ＩＩＩ−ＶＩ２族半導体を用いてもよい；例としては、ＡｇｌｎＳ２、ＡｇｌｎＳｅ２、ＡｇＧａＳｅ２、ＡｇＧａＴｅ２、ＡｇｌｎＴｅ２，ＣｕＡｌＳ２，などが含まれる。
【００２３】
薄膜太陽電池はさらに、一般的に、高抵抗バッファ層を含み、そして、前記バッファ層を介して光吸収層の上に配置されたｎ型ウインドー層（透明導電性フィルム）を含む。バッファ層は、硫化カドミウム、  硫化亜鉛、硫化インジウム、セレン化インジウム、セレン化カドミウム、セレン化亜鉛、セレン化亜鉛インジウム、酸化インジウム及び酸化カドミウムのような材料から形成することができる。透明導電性フィルムは、一般的には透明導電性酸化物である。通常は、電池の裏面上には、裏面の電気接点として働く伝導性材料が、さらに存在する。この材料は、モリブデン、タングステン、タンタル、及びニオブなどの、既知の導電性材料から選ぶことができるが、モリブデンが好適である。
【００２４】
あるいは、活性部は、種々の水分又は酸素に敏感な無機及び有機系の光起電力デバイスの使用を含むことができる。水分に敏感な無機光起電力デバイスの例には、ＣｄＴｅを基とするヘテロ接合デバイスが含まれる。水分及び酸素に敏感な有機光起電力デバイスの例には、ポリ（３．４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（２−メトキシ−５−（３’，７’−ジメチルオクチルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン）（ＭＤＭＯ−ＰＰＶ）、及び（６，６）−フェニルＣ６１酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）などの共役有機化合物を基とする、平面的、バルク状、及び規則正しいヘテロ接合デバイスが含まれる。
【００２５】
第３の好適な実施形態によれば、光電子デバイスは有機発光ダイオードである。
【００２６】
活性部をカプセル化することにより、デバイス全体の組立前に周囲環境に対していくらかの保護作用をもたらし、また、組立後の活性層に追加的保護作用をもたらすようにしてもよい。このようなカプセル化材料は、当該デバイスに関連する放射波長について透明である。そのような材料の例には、エチルビニルアセテート（ＥＶＡ）；透明オレフィン、シリコーン又はアクリレート；ポリビニルブチラール、及び、デュポン社のＳｕｒｌｙｎ（商標）などのイオノマーが含まれる。
【００２７】
活性部は、全体の厚さが好適には約５００ミクロン未満、より好適には約２５０ミクロン未満である。
【００２８】
前面バリア材
前面バリア材は、大気中の成分に対する保護をもたらし、活性部からの又は活性部への光の透過が可能となるものである。前面バリア材はガラスでもよい。前面バリア材は、より好適には柔軟性材料である。前面バリア材は、単一層又は多層構造のシート状又はフィルム状のものとすることができる。
【００２９】
好適な前面バリア材は、ＡＳＴＭ  Ｆ１２４９によって測定した場合に、フィルムを通過する水分が、２３℃／１００％ＲＨにおいて１グラム／平方メートル／日未満であるか、又は、ＡＳＴＭ  Ｄ３９８５で測定した場合に、フィルムを通過する酸素が、２３℃／０％ＲＨにおいて１ｃｃ／平方メートル／日未満であることによって特徴づけられる。より好適な前面バリア材は、ＡＳＴＭ  Ｆ１２４９によって測定した場合に、フィルムを通過する水分が、２３℃／１００％ＲＨにおいて０．１グラム／平方メートル／日未満であるか、又は、ＡＳＴＭ  Ｄ３９８５で測定した場合に、フィルムを通過する酸素が、２３℃／０％ＲＨにおいて０．１ｃｃ／平方メートル／日未満であることによって特徴づけられる。最も好適な前面バリア材は、ＡＳＴＭ  Ｆ１２４９によって測定した場合に、フィルムを通過する水分が、使用する温度及び湿度において０．１グラム／平方メートル／日未満であるか、又は、ＡＳＴＭ  Ｄ３９８５で測定した場合に、フィルムを通過する酸素が、使用する温度及び湿度において０．１ｃｃ／平方メートル／日未満であることによって特徴づけられる。
【００３０】
一つの好適な実施形態によれば、前面バリアは、フィルム又はシートの上部に位置する外部耐侯性フィルム又はコーティングを含んでおり、これによって水蒸気と酸素への良好なバリアとすることができる。すでに述べたように、エンボスパターンが連通するギャップ通路を形成するために使用されている場合は、前面バリアの内部構造体は、エンボスパターンをそれ自身で有していてもよく、又は、エンボスパターンを有するフィルムに積層されていてもよい。
【００３１】
外部フィルム又はコーティングは、ＵＶ損傷、引っかき傷、表面損傷、磨耗、及び、透過効率を低下させ得るような望ましくない汚染物質から、前面バリアを保護する。前面バリアのこの部分に有用な材料の中には、エチレン−テトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリビニルジフルオライド（ＰＶＤＦ）、クロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）、エチレン  テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンのターポリマー（ＥＦＥＰ）、フッ素化されたエチレン−プロピレンポリマー（ＦＥＰ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）、及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフルオロポリマーがある。
【００３２】
水及び／又は酸素に対する良好なバリア特性を有するフィルム又はシートは、好適な外部フィルムまたはコーティングと一緒でも一緒でなくて、使用することができる。好適な材料の例には、多層フィルム、特に米国特許第７０１８７１３号で教示されるような無機及び有機の層が交互になった多層フィルムが含まれる。そのようなフィルムとして好例のものは、クレハ（Ｃｅｌｌｅｌ  Ｆ２３５０）、富士フィルム社（透明スーパー・ハイ・バリアフィルム）、バイテックス（Ｂａｒｉｘ（商標）、フレキシブルフィルム上の封入体、及びＦｌｅｘｉｂｌｅ  Ｇｌａｓｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）から入手可能である。
【００３３】
前面バリアの全体の厚さは、好適には少なくとも２５ミクロン、より好適には少なくとも５０ミクロンであり、そして好適には約８００ミクロン未満、より好適には約５００ミクロン未満である。
【００３４】
裏面材料
裏面材料は、要素に対する保護をもたらす。裏面材料は、透明又は光透過性である必要はない。
【００３５】
好適な裏面材料は、ＡＳＴＭ  Ｆ１２４９によって測定した場合に、フィルムを通過する水分が、２３℃／１００％ＲＨにおいて１グラム／平方メートル／日未満であるか、又は、ＡＳＴＭ  Ｄ３９８５で測定した場合に、フィルムを通過する酸素が、２３℃／０％ＲＨにおいて１ｃｃ／平方メートル／日未満であることによって特徴づけられる。より好適な裏面バリア材は、ＡＳＴＭ  Ｆ１２４９によって測定した場合に、フィルムを通過する水分が、２３℃／１００％ＲＨにおいて０．１グラム／平方メートル／日未満であるか、又は、ＡＳＴＭ  Ｄ３９８５で測定した場合に、フィルムを通過する酸素が、２３℃／０％ＲＨにおいて０．１ｃｃ／平方メートル／日未満であることによって特徴づけられる。最も好適な裏面バリア材は、ＡＳＴＭ  Ｆ１２４９によって測定した場合に、フィルムを通過する水分が、使用する温度及び湿度において０．１グラム／平方メートル／日未満であるか、又は、ＡＳＴＭ  Ｄ３９８５で測定した場合に、フィルムを通過する酸素が、使用する温度及び湿度において０．１ｃｃ／平方メートル／日未満であることによって特徴づけられる。
【００３６】
裏面材料は、単一層又は多層構造のシート状又はフィルム状のものとすることができる。すでに述べたように、裏面材料と活性部の間には連通するギャップ通路を設けることができ、このギャップ通路は、スペーサーによって、又は裏面シート上の若しくはこれに接着した、エンボス加工されたフィルムまたはパターンによって、形成することができる。裏面シートは、ガラス、金属、ポリマーフィルム若しくはシート、又は、アルミ箔などの金属箔を含む積層フィルム若しくはシート複合材料とすることができる。裏面バリア材は、より好適には柔軟性材料である。例えば、光起電力デバイスの裏面シートとして用いるのに好適な積層バリアフィルムの一つは、ＴＥＤＬＡＲポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）などのフルオロポリマーフィルムと、アルミ箔と、二軸延伸ポリエステル（ＯＰＥＴ）のフィルムと、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）などのシール層との、四層の積層構造体である。商業的に入手可能な裏面シートは、多様なサプライヤーから入手可能であり、裏面シートサプライヤーの例をいくつか挙げると、クレンペル（Ｋｒｅｍｐｅｌ）、  ハネウェル、クレハ、凸版印刷、バイオソーラー（ＢｉｏＳｏｌａｒ）、マディコ、及び大日本印刷が含まれる。マディコ社から入手できる一般的な裏面シートは、ＴＡＰＥといわれるもので、次の構造を有する：ＴＥＤＬＡＲ  ＰＶＦ、アルミ箔、ＯＰＥＴ、エチレンビニルアセテート。
【００３７】
裏面材料の全体の厚さは、好適には少なくとも２５ミクロン、より好適には少なくとも５０ミクロンであり、そして好適には約８００ミクロン未満、より好適には約５００ミクロン未満である。
【００３８】
ゲッター材料
ここで用いるゲッターという用語は、閉鎖環境から化学成分を捕捉する（例えば、化学吸着、吸収又は吸着）材料である。ゲッターが水を捕捉する場合、ここではそれを乾燥剤という。ゲッターは、しばしば、真空系から微量の気体を除去するために用いる反応性の材料と考えられている。一つの実施形態によれば、捕捉される物質は、酸素、水蒸気、ＣＯ、ＣＯ２，Ｎ２、Ｈ２、酸、塩基、活性デバイスの動作又は性能に有害な他の低Ｍｗ化学種である。例えば、酸素は、封入された材料又はデバイスの劣化に関与し得る酸化及び光酸化プロセスの一因となる。
【００３９】
ゲッターは、光の透過を妨げないように、封入容器内に配置される。ゲッターは、デバイスの側端にあってもよいし、活性部の裏面に配置してもよい。
【００４０】
選択すべきゲッター系は、所望する寿命とともに、使用する電子デバイスに求められる所望の相対湿度（％ＲＨ）及び酸素レベルを維持するように、選ばなければならない。より具体的にいうと、活性部に損傷が生じる前に望ましくない分子が捕捉されるような、十分に速い速度で、望ましくない分子が捕捉できることが望ましい。加えて、ゲッターに求められる捕捉速度は、活性デバイスの競合速度に匹敵するものであるか、それを上回るものでなければならない。粒子径を小さくするか、又は表面積を大きくすることにより、しばしば捕捉速度が増加する。いくつかのゲッターは本質的に他のものよりも捕捉速度が速い。
【００４１】
封入容器内部の耐性は、水分に対する、おおよそ％ＲＨに対応する、電子デバイスの敏感さに依存する。アモルファスシリコンＰＶデバイスのような電子デバイスは、劣化することなく比較的高い％ＲＨで取り扱うことができるので、モレキュラーシーブのような物理吸着を行う乾燥剤系を、十分長い期間にわたって問題なく使用できる。しかしながら、ＣＩＧＳのようなより水分に敏感なデバイスについては、水を化学吸着して、封入容器内をより低い％ＲＨにしたほうがよい。
【００４２】
酸素を捕捉する場合は、適切なゲッターは、サエス社からＣｏｍｂｏｇｅｔｔｅｒｓとして入手可能なＢａＬｉ４であろう。ＢａＬｉ４はＮ２、ＣＯ２及びＣＯガスも捕捉する。
【００４３】
水素ガスが存在すると、いくつかの電子製品の性能は劣化する可能性がある。ゲート金属としてＰｄ又はＰｔを用いたガリウム−ヒ素（ＧａＡｓ）ディスクリートＦＥＴを含む、気密に封止されたパッケージ中において、水素によりもたらされる劣化は、よく知られた現象である：ゲートの貴金属は、分子状のＨ２を原子状のＨ２に変え、これが半導体材料内部に拡散し、デバイスの電流とゲインの低下をもたらし得る。選択的に水素を吸着できる適切なゲッターを用いることが、これらの劣化現象を防止する最も効率的な方法であることがわかった。サエスのＲｅｌ−Ｈｙ水素ゲッターは、微粒化を示さず、他の気体が存在する場合でも水素を選択的に吸着し、活性化プロセスを必要としない。ポリマーの水素ゲッターもまた使用することができ、種々の形態に調製することができる。これらは、微粉末、ペレット、複雑な形状、接着剤、薄膜、噴霧可能な塗料、高粘度液体、ゲル、その他として製造することができる。市販のポリマー系Ｈ２ゲッターの一つの例は、Ｖａｃｕｕｍ  Ｅｎｅｒｇｉｅｓ社から入手可能なＬＴＧ−２である（米国特許第５７０３３７８号参照）。Ｃｏ３Ｏ４もまた水素ゲッターである。
【００４４】
水分に対する適切なゲッター（乾燥剤）の中には、分子ふるい／ゼオライト又は化学吸着剤がある。酸化カルシウムなどの化学吸着剤は、化学結合が実際に生じる過程を含み、低温（＜３００℃）でも〜０％ＲＨに至るまで環境の水分を除去することができる。この種の材料には、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類酸化物（例えば、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＭｇＯ）、硫酸塩、ハロゲン化物、過塩素酸塩、アルカリ及びアルカリ土類金属の水素化物（例えば、ＮａＨ、ＬｉＡｌＨ４）、五酸化リン、及び水素よりもイオン化傾向が高い金属（Ｌｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｃａ、Ｂａ、Ａｌ）がある。もちろん上記したものの混合物も同様に使用できる。また、乾燥剤については、例えば米国特許第６７４０１４５Ｂ２も参照されたい。商業的に入手可能なものの一つは、サエスゲッター社から入手可能なＤｒｙＦｌｅｘであり、これはＯＬＥＤの必要条件に完全に適合するように開発されたものである。これはマトリックス中に保持された酸化カルシウムからなっている。このマトリックスは、ステンレススチール基板上に、独占権をもつ方法により作り出されており、これによりＤｒｙＦｌｅｘに、そのユニークな多孔構造、機械的安定性、柔軟性、そして取り扱いの容易さがもたらされている。ＤｒｙＦｌｅｘは、デバイスに容易かつ確実に挿入できるように、接着剤層の上に固定されている。他の製品も、例えばサエスゲッター社製のものなどで、商業的に入手可能であり、そのようなものとしては、例えば、サエスドライヤーがあり、これはゼオライトの混合物であって、単一のタイプであるか又は２つの異なるタイプの組合せであり、真空下又は乾燥窒素下において１１０℃で＞６時間で容易に活性化され、水蒸気に対してゼオライトの質量の約１６％の収着能力を示す。
【００４５】
高温で機能する非蒸発性ゲッター（ＮＥＧｓ）を気体のゲッターとして使用することができる。これらは、一般的には特別な合金、しばしばジルコニウムを主成分とするものである、のフィルムからなっている。これらの合金材料は、加熱すると消失する不動態層を室温で形成しなければならない。ＮＥＧｓのいくつかの例はサエスゲッター社から入手可能であり、例えば、Ｓｔ２００２、Ｓｔ１７２、Ｓｔ１７５及びＳｔ１２２である。それぞれの製品は、１種以上の気体分子を捕捉するために固有の特異性を有する。
【００４６】
ゲッターは、封入容器内の裏面上に、当該材料が本質的に平らになるようにして収納されることが好ましい。なるべく塊にならないようにするために、平らな小袋の、たぶんキルトデザインのものが好適である。平らなシートや他の薄膜形状のゲッターを用いてもよい。
【００４７】
リード線
リード線は、活性部の導電性裏面層と透明導電フィルムの上面層に接続する。リード線は活性部から、封止部又は封入容器のどこか、好適には裏面、を通って封入容器を通過する。リード線シールに適切な封止剤は、リード線及び収納材料若しくはシールの双方を気密に結合できる性能を有している。ひとつの実施形態においては、封止剤は、リード線上のコーティング又はスリーブの形態であり、ここで封止剤は電気的接続の形成を妨げるものではない。例としては、ＥＶＡシールを金属リード線に結合させるためのＥＶＡグラフト無水マレイン酸、ＨＤＰＥシールを金属リード線に結合させるためのＨＤＥＰグラフト無水マレイン酸、又はエチレンアクリル酸（ＥＡＡ）を金属リード線に結合させるためのエチレンアクリル酸（ＥＡＡ）がある。金属リード線は、接着を促進するための火炎処理のような前処理又は金属の結合を促進するための他の適当な処理を行うことが必要な場合がある。他の実施形態では、多重リード線を封入容器に通すことができる。
【００４８】
封入容器のシール
シール材料は、上側のバリア構造体と裏面のバリア構造体を接合して、気密性の囲壁を形成するものである。そのような材料は、産業上一般的に用いられるようなエポキシ（例えば、米国特許第６７２０２０３Ｂ２参照）とすることができる。一つの実施形態において、封止剤は、シールを形成した後で、所望の程度まで架橋することができる。他の実施形態においては、封入容器のシール材料は、上側と裏面のバリア構造体の双方に接着する熱シール層であり、例えば、イー・アイ・デュポン・ド・ヌムール・アンド・カンパニーから入手可能なＥＬＶＡＸなどのエチレンと酢酸ビニルの共重合体（ＥＶＡ）、ザ・ダウ・ケミカル・カンパニーから入手可能なＤＯＷＬＥＸなどのＬＬＤＰＥ、いずれもザ・ダウ・ケミカル・カンパニーから入手可能なＬＤＰＥ、ＭＤＰＥ、ＨＤＰＥ、ザ・ダウ・ケミカル・カンパニーから入手可能なＰＲＩＭＡＣＯＲなどのＥＡＡ、イー・アイ・デュポン・ド・ヌムール・アンド・カンパニーから入手可能なＳＵＲＬＹＮなどのイオノマー、ザ・ダウ・ケミカル・カンパニーから入手可能なエチレン−プロピレン共重合体、ザ・ダウ・ケミカル・カンパニーから入手可能でＶＥＲＳＩＦＹの商品名で販売されている、実質的にイソタクチックなプロピレン／アルファ−オレフィン共重合体、その他の熱シール材料として当分野に精通した者に一般的に使用される適当なプラスチックである。さらなる実施形態においては、封入容器シール材料は、上側と裏面の双方の材料に連通しかつシール可能な熱シール層である。デバイスの使用温度よりも融点が高いことが好ましく、デバイスの使用温度よりも封止剤の軟化温度が高いことがより好ましい。もしエンボス加工されたフィルムを連通するギャップ通路を形成するために使用する場合には、それをシール層としても用いることが可能でありかつ好ましい。
【００４９】
組み立て
好適な実施形態のデバイスは、次のようにして組み立てることができる。
活性部は、好適には組み立ての準備が整うまで乾燥雰囲気中に保持する。リード線は封止剤でカプセル化され、活性部上に溶着される。活性部は、この時点でカプセル化材料でカプセル化するか被覆してもよい。前面と裏面のバリアを寸法どおりに切断したあと、前面と裏面のフィルムは、＞９．５ミクロンの幅のシールを用いて最も長い縁に沿って熱シールされる。少なくとも前面バリアは、エンボスパターンを含むものであるか、又はエンボス加工されたフィルムをその内側表面に含むものであることが好ましい。活性デバイスは、その活性面を前面フィルムのほうに向けて、シールに対向して配置する。ゲッターは活性デバイスの脇又は裏面に配置し、場合によっては、ゲッターのトポグラフィー（topography）から活性デバイスを保護するために、薄形の材料を両者の間に配置することもできる。封入容器の第２の端部は熱シールされる。封入容器の第３のそして長い端部は、用いるリード線封止剤が気密シールとして作用するように配置した箇所で、リード線を熱シールすることにより、形成される。こうして活性デバイス及び封入容器内のリード線を含んだ封入容器は、今度は、空気と水分そしてその他の望ましくない成分であってデバイスまたは封入容器の表面に吸着されるものを除去するために、真空密封機に配置される。チャンバー内で、所望の真空及び／又は雰囲気が達成されると、封入容器の最後の端部で熱シールをして、気密に密封されたデバイスとし、次いで真空チャンバー内の真空度を下げていって通常の大気圧とし、そしてデバイスを取り出す。
【００５０】
例
材料
用いられる前面及び裏面のバリアフィルムは、ハイバリアフィルムである。ＥＶＡ封止剤層と積層したＲＰＰバリアフィルムが、ロールプリントパッケージングプロダクト（Ｒｏｌｌｐｒｉｎｔ  Ｐａｃｋａｇｉｎｇ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）から入手可能である。
用いられるギャップパターン層は、ポリエチレンのエンボス加工されたフィルムで、エンボスパターンは、ひし形が１インチ当たり（ｄｐｉ）１００個となるものであり、ひし形ブロックの凹部がフィルム中に形成されており、エンボス厚みが８９マイクロメートルで呼称厚みが７５マイクロメートルである。エンボス加工された側が活性部に接して配置される。
カプセル化用のフィルム：ＤＮＰ  ＰＶ−ＦＳＺ６８、シラングラフト化α−オレフィンベースのフィルムで日本の大日本印刷から入手可能、が本研究におけるカプセル化用の材料として用いられた。この材料の厚みは約１６ミルであり、ＷＶＴＲを測定したところ、３８℃／１００％ＲＨにおいて〜２ｇ／ｍ２／日であった。
ゲッター：用いられる化学吸着乾燥剤のＣａＯは、ナトラソーブＳｔｒｉｐＰａｘ乾燥剤である。
リード線：Ｔｏｒｐｅｄｏ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｗｉｒｅ社のフラットワイヤリード線（バスワイヤ）。リード線の寸法は０．０１５”×．２００”である。リード線の材料は、軟質の、１００％のスズで厚さ１３〜２０ミクロンの被覆／めっきをした、無酸素鋼（ＯＦＣＵ）である。
金属リード線の封止剤：４ミル単層キャストフィルムは、デュポン社から入手可能なＢｙｎｅｌ  ３０Ｅ７８３を９７重量％と、ＰｏｌｙＯｎｅ社から入手可能なＣＮ４４２０スリップ及びブロッキング防止マスターバッチを２重量％と、Ａｍｐａｃｅｄ社から入手可能な１０１８３０−Ｕブロッキング防止マスターバッチを１重量％有する。
光起電力電池ストリング：Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｏｌａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ社製の、同社によれば「１２の電池のサブモジュール」であるＣＩＧＳ電池ストリング。このサブモジュールは１２のＣＩＧＳからなり、直列の「屋根形状」にしたもので、次表の電気的性質を持たせたものである。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
試験用デバイスの組み立て
金属リード線の準備
幅１”（８ミル）の金属リード線のための封止剤である２つのキャストフィルム層を含む堆積物を、金属リード線上で、他の２つのそのようなフィルム層（８ミル）の上で、熱シールすることにより、長さ５インチのリード線を調製する（一度にこのやり方で５本のリード線を調製する）。熱シールは、金属リード線の周囲でうまく接触するように、上側を過熱し、底側にゴムを配置して、それぞれの側について行う。それぞれの側は、Ｖｅｒｔｒｏｄモデル３０ＬＡＢＩＩ熱シール機のＴｅｍｐｌｕｓｅモードを用いて、１９０℃で１２秒間、Ｐｏｗｅｒｓｔａｔを７５％にセットし、４０ｐｓｉでシールする。
【００５３】
抵抗溶着
封止剤を用いて調製されたリード線は、抵抗溶着を用いて１２電池ＣＩＧＳストリングに取り付けられた。ＣＩＧＳ電池ストリングバスバーを用い、ＣＩＧＳの頂部から１／２インチのところでＣＩＧＳ電池ストリングの上側（光に向いて）に配置された、長さ５インチのリード線に対して、２つの等間隔に配置された溶着が形成される。
【００５４】
積層
いくつかの実験サンプルについて、Ｓｐｉｒｅ  Ｎｉｓｓｈｉｎｂｏ  １２２２Ｓラミネーターを用いて、数個のＣＩＧＳ電池ストリングを保護フィルム−ＤＮＰ  Ｚ−６８でカプセル化した。これらのサンプルを製造するために用いたラミネート加工条件を、次表に示す。
【００５５】
【表２】
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【００５６】
ポリカーボネート支持シート
サンプルの調製、耐湿試験、及びＰＶ効率／重量の測定の間にＣＩＧＳ電池ストリングが受ける可能性がある機械的ダメージを最小化するために、リード線が溶着され、場合によってはカプセル化されたＣＩＧＳ電池ストリング（７．５インチ×１８インチ）を、２片の３．５ミル×１２．７ミル３Ｍ  Ｓｃｏｔｃｈ  ６６５  両面パーマネントテープ（Ｄｏｕｂｌｅ−Ｓｉｄｅｄ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｔａｐｅ）を用いて、８分の１インチポリカーボネートシート（Ｌｅｘａｎ）に、上面と底面で長さ１８インチにわたって貼付して、取り付けた。
【００５７】
光起電力デバイスの組み立てと封入容器の密封
封入容器のシールは、３つのタイプからなる。袋状の内寸は９インチ×２０インチである。シールはすべて２分の１インチ幅で、すべて４０ｐｓｉにおいて、すべて片側をゴムの棒にあてて加熱し、すべてＶｅｒｔｒｏｄ  Ｍｏｄｅｌ  ３０  ＬＡＢ  ＩＩの温度コントロールモードを用いて、噛み合い部を開き、温度を３５℃にセットして作られた。
【００５８】
最初の２つのシール（第１タイプ、同タイプ）は、ＲＰＰ３７−１２３２ＥＶＡ封止剤とＲＰＰ３７−１２３２ＥＶＡ封止剤とのものであり、９インチの側面と２０インチの側面の両方について、１４０℃で４秒間、Ｐｏｗｅｒｓｔａｔ６５％にして作られた。これらの２つのシールを最初に形成し、次にＣＩＧＳ部分（カプセル化されているか又はされておらず、ポリカーボネートシートにテープで取り付けられている）を、エンボスフィルムにより覆って（エンボス面をＣＩＧＳ側にして）挿入する。ＣａＯ乾燥剤が添加される場合は、ポリカーボネートシートの裏面上に、金属リード線を含んだシール中に突き出ないＭＤＦ７２００エンボスフィルムでカバーする（エンボス面を乾燥剤に向けて）前に、配置する。
【００５９】
次に、第３のシール（第２のタイプ）は、封入容器の長さ２０インチの側面に、リード線を突き出して作成される。このシールは、シールバーを、リード線の封止剤のところで多量のＲＰＰ３７−１２３２ＥＶＡ封止剤を通して、ＲＰＰ３７−１２３２ＥＶＡ封止剤への金属リード線を含む金属リード線の封止剤へと位置させることによって生成し、これにより、両方のリード線がシールを貫通してＰＶデバイスへとつながる。このシールは、１４０℃で、４秒間、Ｐｏｗｅｒｓｔａｔを６５％にセットして、行われる。シールが作られた後、十分な溶着を確保するために、封入容器はひっくり返されて、同じシールが反対側に作られる。この時点で、リード線上の封止剤は、合計で１６ミルに及び、１／４インチの袖部（ｗｉｎｇ）がリード線の各側部に突き出しており、これにより封止剤がより段階的に変化して、リード線の周囲での溝の発生による漏洩（ｃｈａｎｎｅｌ  ｌｅａｋｅｒｓ）を防止することに留意すべきである。
【００６０】
最後に、最終シール（第３のタイプ）が、ＲＰＰ３７−１２３２ＥＶＡ封止剤、ＭＤＦ７２００、次にＭＤＦ７２００、そしてＲＰＰ３７−１２３２を含む積み重ねを通して形成される。封入容器を閉じるこの最後のシールは、１４０℃で、４秒間、Ｐｏｗｅｒｓｔａｔを６５％にセットして行われる。このシールは、封入容器が、２分間、１００ｔｏｒｒ圧で真空吸引された後で作られる。収納されたＣＩＧＳに真空吸引を適用することにより、フィルムがＣＩＧＳに対してしっかりと押し付けられることになる。
【００６１】
湿熱劣化（damp heat aging）及び性能の測定
ソーラーシミュレーション及び電気的特性評価
ＳＰＩＲＥ４６００Ｓｉｎｇｌｅ  Ｌｏｎｇ  Ｐｕｌｓｅ（ＳＬＰ）ソーラーシミュレーターを使用して、ＣＩＧＳストリングの電気的特性（ＩＶ曲線、曲線因子、並列抵抗（ｓｈｕｎｔ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）、直列抵抗、及び効率）を測定する。試験に用いられるパラメータを表１に示す。典型的な測定の標準誤差は、およそ＋／−２％である。
【００６２】
【表３】
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【００６３】
８５℃／８５％ＲＨでの熱老化
Ｂｌｕｅ・Ｍの人工気候室を用いて、ＣＩＧＳモジュールの耐湿試験を行う。人工気候室は、ＩＥＣ６１６４６の「地上設置の（Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ）薄膜光起電力電池（ＰＶ）モジュールの設計適格性確認及び形式認証」の標準耐湿試験に従って、温度８５℃、相対湿度（ＲＨ）８５％にセットされる。温度及び湿度は、概ね設定値＋／−５％以内に維持される。
【００６４】
サンプルは、オーブン内での占有空間を最小化しつつ、各サンプルが最大限かつ確実に暴露されるように、木製のほぞ継ぎセパレータを用いて木製キャリア内に上下に積み込まれる。サンプル表面は、サンプルを一つずつキャリアの内外に動かすことによって、測定のプロセス間に、最高度の清浄さと最小の表面損傷を維持される。サンプルは、オーブンから取り出した後、フラッシングと計量の前に冷えてもよい。計量は、小数位２桁の精度を有するＳａｒｔｏｒｉｕｓてんびんを用いて行う。
【００６５】
実験計画
サンプルは、エンボスフィルムを用いた場合と用いない場合とについて、様々な水準の乾燥剤を用いた場合と用いない場合とについて、そしてＣＩＧＳをカプセル化した場合とカプセル化しない場合とについて、実質的に上記したようにして調製された。サンプルは上記した手順にしたがって組み立てられ、効率の測定に先立って光に６３時間暴露された。サンプルは次いで直ちに計量され、そして８５℃／８５％ＲＨにおいて湿熱老化（ｄａｍｐ  ｈｅａｔ  ａｇｉｎｇ）に付された。サンプルは様々な時間にわたって入れたままにされ、次いで電池に吸収された水の量及び電池効率を測定するために、取り出される。
【００６６】
図２は、前面にエンボスフィルムを有しかつゲッターを有している電池は、ゲッターを有しない電池及びエンボスフィルムを有しない電池よりも、より水分の吸収に対して耐性を示し、効率を維持することができることを示している。
【００６７】
図３は、電池ストリングの周りにカプセル化材料を含ませることにより、水の吸収に対する耐性が一層高められることを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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