(57)【要約】  電池の１つまたは複数の層が原子層の堆積によって無機酸化物のバリア層でコートされる薄膜光電地が、前記光電池の水感受性および／または酸素感受性層への湿分または大気ガスによる攻撃を抑える。
2013501382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）基板と、
（ｂ）該基板に取り付けられ、Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ2吸収体層とＣｄＳ窓層とフロントおよびバック電気接点とを含む光電池と、
（ｃ）該光電池上に、水蒸気前駆体とトリメチルアルミニウム反応物質とを使用するＡＬＤ法によって形成された、少なくとも１つのガス透過バリア層と
を含む、薄膜光電池デバイス。
【請求項２】
前記光電池が、該電池によって発生した電流が導電される透明導電酸化物層をさらに含み、該透明導電酸化物層が、前記フロントおよびバック電気接点の少なくとも１つを提供するように配置される、請求項１に記載の薄膜光電池デバイス。
【請求項３】
前記ガス透過バリア層が約２〜１００ｎｍの範囲の厚さを有する、請求項１に記載の薄膜光電池デバイス。
【請求項４】
前記透明導電酸化物層が前記フロント電気接点を提供し、前記デバイスが、該フロント接点透明導電酸化物層と前記窓層との間に配置された絶縁バッファ層をさらに含む、請求項２に記載の薄膜光電池デバイス。
【請求項５】
前記絶縁バッファ層が本質的にＺｎＯからなる、請求項４に記載の薄膜光電池デバイス。
【請求項６】
フルオロポリマー最上層をさらに含む、請求項１に記載の薄膜光電池デバイス。
【請求項７】
前記基板が本質的にガラスからなる、請求項１に記載の薄膜光電池デバイス。
【請求項８】
前記基板が本質的にポリマーからなる、請求項１に記載の薄膜光電池デバイス。
【請求項９】
前記基板が本質的に金属からなる、請求項１に記載の薄膜光電池デバイス。
【請求項１０】
前記ガス透過バリア層と前記光電池との間に置かれる接着層をさらに含む、請求項１に記載の薄膜光電池デバイス。
【請求項１１】
前記接着層がＡＬＤ法によって塗布される、請求項１０に記載の薄膜光電池デバイス。
【請求項１２】
ＡＬＤ法によって前記基板上に形成された少なくとも１つのガス透過バリア層をさらに含む、請求項１に記載の薄膜光電池デバイス。
【請求項１３】
（ａ）基板を備える工程と、
（ｂ）該基板上に、Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ2吸収体層とＣｄＳ窓層とを含む光電池を形成する工程と、
（ｃ）該光電池を、水蒸気前駆体とトリメチルアルミニウム反応物質とを使用するＡＬＤ法によって形成されたガス透過バリア層でコーティングする工程と
を含む、光電池デバイスを組み立てるための方法。
【請求項１４】
前記ＡＬＤ法が、反応器内で行なわれ、
（ａ）水蒸気をチャンバ内に入れて、吸着層を前記電池上に形成する工程と、
（ｂ）該チャンバをパージする工程と、
（ｃ）該チャンバにトリメチルアルミニウム反応物質を、該トリメチルアルミニウムと上記吸着された水との反応を促進する熱的条件下で導入する工程と、
（ｄ）該チャンバから、揮発性反応物質と該反応によって製造された反応生成物とをパージする工程と、
（ｅ）予め選択された厚さを有する前記ガス透過バリア層を形成するのに十分な回数で上記工程（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）を繰り返す工程と
を順に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記熱的条件が前記光電池を約５０℃〜約２５０℃の範囲の温度に保持することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記パージする工程が、前記チャンバを排気することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記パージする工程が、不活性ガスを前記チャンバを通して流動させることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記予め選択された厚さが約２ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記光電池と前記ガス透過バリア層との間に置かれる接着層を形成する工程をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記接着層がＡＬＤ法によって形成される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも１つのガス透過バリア層をＡＬＤ法によって前記基板上に形成する工程をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２０１０年８月５日に出願された米国仮特許出願第６１／２３１４９３号の優先権の利点を請求する。前述の出願の各々は、それへの参照によって全体において本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、１つまたは複数の層が原子層の堆積によって無機酸化物のバリア層でコートされ、電池の水感受性および／または酸素感受性層への湿分および／または大気ガスによる攻撃を防ぐ薄膜光電池を提供する。
【背景技術】
【０００３】
太陽の放射線または光を電気に変換する光電池（ＰＶ電池）は、しばしば過酷である屋外条件において１年を通して作動する必要がある。２５年以上の耐用年数を確実にするために、太陽電池は頑丈なパッケージングを必要とする。太陽電池を屋上膜として建造物に組み込むために、光電池がロール形状の可撓性製品であることも望ましい。
【０００４】
薄膜光電池を金属箔またはプラスチック基板上のロール製品として製造することができる。太陽の放射線を集める可撓性光電池のための上部または前部シートは、湿分および他の大気ガスに対する透過性が低く、光学的に透明であり、耐候性および防塵性でなければならない。
【０００５】
薄膜光電池は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）または二セレン化銅インジウム（ガリウム）（ＣＩＳ／ＣＩＧＳ）などの無機材料、または色素増感性材料、有機材料およびナノ材料に基づいた新たな技術をベースとすることができる。湿分感受性は全ての薄膜ＰＶ技術の問題点であるが、ＣＩＧＳに対しては特に切実である。ＣＩＧＳ光電池が所望の２５年の耐用年数を達成するために、バリアは５×１０-4ｇ−Ｈ2Ｏ／ｍ2未満／日の水蒸気透過度を提供しなければならないと考えられる。この厳しい要求条件にもかかわらず、ＣＩＧＳ光電池は、それらの高い効率（小規模研究室用電池について約２０％）のために関心をそそる。
【０００６】
可撓性基板上の薄膜光電池の典型的な実装方式が図１に示される。構造物は、光電池１０を上に製造する金属箔またはポリマーであってもよい基板１２と、封止材料１４と、透明な前部シート１６とからなる。湿分バリアがなければ、この構造物は、湿分感受性薄膜光電池について典型的に１年未満の限られた耐用年数を有する。前部シートは特定の湿分バリア性を提供し、また、ポリマー（例えば、ポリエステル、フルオロポリマー）の１つまたは複数の層（例えば、１８ａおよび１８ｂ）を含んでもよい、介在ポリマーシート１８があってもよい。しかしながら、ポリマーの固有透過性は、一般的には、非常に高くて、ＣＩＧＳ光電池のために必要とされる保護レベルを達成することができない。
【０００７】
ＡＬＤ法によるＡｌ2Ｏ3皮膜の堆積が封止有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のために開示されており、このようなデバイスのための潜在的バリア皮膜を形成する。水およびオゾンがそれぞれＡＬＤ法において酸化剤として使用されている。
【０００８】
ＡＬＤによって堆積されたＡｌ2Ｏ3の層のスーパーストレート（ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ）構成でペンタセン／Ｃ60ヘテロ接合有機太陽電池を封止することも開示されている。このようなデバイスにおいて、光はガラス基板を通して集められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
現在使用されている湿分バリアはどれも、所望の機能寿命を達成するために薄膜光電池、特にＣＩＧＳに十分な保護レベルを提供していない。したがって、本発明が提供する改良された湿分バリアが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、異なった実施形態において光電池デバイスおよびその製造方法を提供する。
【００１１】
１つの実施形態において、基板と、基板に付着された光電池と、少なくとも１つの水蒸気先駆物質とトリメチルアルミニウム反応体とを使用するＡＬＤ法によって形成されたガス透過バリア層と、を含む薄膜光電池デバイスが提供される。光電池は、Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ2吸収剤層とＣｄＳ窓層と、任意の付加的な層とを含む。
【００１２】
別の実施形態において、（ｉ）基板を提供する工程と、（ｉｉ）Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ2吸収剤層とＣｄＳ窓層とを含む光電池を基板上に形成する工程と、（ｉｉｉ）水蒸気先駆物質とトリメチルアルミニウム反応体とを使用するＡＬＤ法によって形成されたガス透過バリア層で光電池をコートする工程とを含む、光電池デバイスを組み立てるための方法が提供される。
【００１３】
さらなる実施形態において、本発明のＡＬＤ法は、真空チャンバを組み込む反応器内で行なわれ、（ｉ）先駆物質の蒸気をチャンバ内に入れる工程と、（ｉｉ）先駆物質の蒸気をチャンバからパージし、先駆物質の薄い吸着された層を残す工程と、（ｉｉｉ）反応体を、先駆物質との反応を促進する熱的条件下でチャンバに導入して、所望のガス透過バリア層の材料の下層を形成する工程と、（ｉｖ）反応体と反応によって製造された反応生成物とをチャンバからパージする工程と、（ｖ）予め選択された厚さを有するガス透過バリア層を形成するために十分な回数で前述の工程を繰り返す工程とを順に含む。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明および添付した図面への参照がなされるとき、本発明はより完全に理解され、さらなる利点が明白になり、そこにおいて同じ参照符号は、いくつかの図にわたって同様な要素を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】光電池が上に製造される金属箔またはポリマー基板と、封止材料と、透明な前部シートとを含む、先行技術のＰＶデバイスを示す。
【図２】ＡＬＤによってコートされた本発明の光電池の実施形態の構成を示す。
【図３】ＡＬＤによってコートされた本発明の光電池の別の実施形態の構成を示す。
【図４Ａ−４Ｄ】黄銅鉱およびＣｄＴｅ太陽電池の特定の構成を示す。
【図５】アモルファスまたはナノ結晶薄膜シリコン太陽電池の構成を示す。
【図６】実施例の電池の上面図の略図を示す。
【図７】８５℃および８５％の相対湿度において実施例のコートおよび封止されたＣＩＧＳ光電池の安定性を示す、開回路電圧Ｖoc対時間のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
原子層の堆積（ＡＬＤ）は、低透過の基準の多くを満たす可能性がある皮膜を製造する皮膜成長方法である。原子層の堆積法の説明は、Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ，ｖｏｌ．２１６（１９９２年）８４〜８９ページのＴｕｏｍｏ  Ｓｕｎｔｏｌａ著“Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｅｐｉｔａｘｙ”に見出される。その名称が意味するように、ＡＬＤ法は、材料層ごとの堆積を可能にする。一般的には、この方法は二段反応を使用してチャンバ内で行なわれ、層を増加させるために反復的に実施されて必要な厚さのコーティングを形成する。最初に、皮膜先駆物質の蒸気をチャンバ内に導入する。一切の理論に束縛されないが、先駆物質の薄い層、通常は本質的に単一層は、チャンバ内の基板またはデバイス上に吸着されると考えられる。本明細書中で用いられるとき、用語「吸着された層」は、その原子が基板の表面に弱く結合している層を意味すると理解される。その後、例えばチャンバを脱気することによってまたは不活性パージ用ガスを流動させることによって蒸気をチャンバからパージし、一切の過剰なまたは吸着されていない蒸気を除去する。次に、吸着された先駆物質との反応を促進する熱的条件下で反応体をチャンバ内に導入し、所望のバリア材の下層を形成する。次に、揮発性反応生成物および過剰な先駆物質をチャンバからポンプで取り出す。材料の付加的な下層は、予め選択された厚さを有する層を形成するために十分な回数で前述の工程を繰り返すことによって形成される。
【００１７】
一般的なＣＶＤおよびＰＶＤ堆積方法は、別個の核形成部位において開始反応および皮膜成長を引き起こす。ＰＶＤ方法は特に、それらに沿ってガス透過が容易でありうる境界を有する柱状微小構造を形成する傾向がある。対照的に、ＡＬＤは、非常に低いガス透過性を有する非常に薄い皮膜を生じることができ、光電池などの敏感な電子デバイスを保護するためのバリア層としてこのような皮膜を魅力的にする。ＡＬＤは、高相似コーティングを形成するので、湿分および／または酸素感受性デバイスを保護するために特に魅力的な方法である。これは、複雑な表面形態を有するデバイスが完全にコートされて保護されることを可能にする。
【００１８】
本発明の１つの実施形態は、大気ガスの通過を防ぐためにＡＬＤによって形成されたバリア層でコートされている１つまたは複数の層を含む光電池を提供する。このような光電池デバイスの代表的な実施形態は図２の２０に略示される。光電池２２は、金属またはポリマーから製造されてもよい可撓性基板２４上に作られる。保護層２６は、ＡＬＤによる堆積法を用いて電池２２上に適用される。層２６は不透過性であり、すなわち、典型的なＰＶデバイスの性能を低下させることが知られている酸素および水蒸気などの大気ガスの透過を、少なくとも１／１０5に低減する。ＡＬＤ層２６と光電池２２との両方のさらなる保護は、耐候性上層２８によって与えられる。
【００１９】
バリアに好適な、ＡＬＤによって形成される材料には、周期表のＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ、ＩＩＩＡ、およびＩＶＡ族の酸化物および窒化物およびそれらの組合せがある。ＳｉＯ2Ａｌ2Ｏ3、およびＳｉ3Ｎ4がこのグループにおいて特に重要である。このグループの酸化物の１つの利点は、可視光線がデバイスを出るかまたは入射するかどちらかでなければならない、光電池などの光電子デバイスに魅力的である光学透明性である。本明細書中で用いられるとき用語「可視光線」は、全て典型的な光電子デバイスの運転制限値の範囲内である、赤外線および紫外線スペクトル領域に属する波長、ならびにヒトの目に一般に知覚可能である波長を有する電磁線を包含すると理解されなければならない。また、ＳｉおよびＡｌの窒化物は可視スペクトルにおいて透明である。
【００２０】
本発明によるデバイスにおいて有用に使用されるバリア材を形成するためにＡＬＤ法において使用される先駆物質および反応体は、当業者に公知の物質およびＪｏｕｒｎａｌ  ｄｅ  Ｐｈｙｓｉｑｕｅ  ＩＶ、ｖｏｌ．９、８３７〜８５２ページ（１９９９年）のＭ．ＬｅｓｋｅｌａおよびＭ．Ｒｉｔａｌａ著“ＡＬＤ  ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ  ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ：  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｆｕｔｕｒｅ  ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ”などの出版された参考文献およびその中の参考文献に要約された物質から選択されうる。水蒸気またはオゾンは先駆物質として有利に使用される。
【００２１】
代表的な実施において、ＡＬＤ法を全反応：
２Ａｌ（ＣＨ3）3＋３Ｈ2Ｏ→Ａｌ2Ｏ3＋６ＣＨ4．
によって説明することができる。
【００２２】
実際のプロセスにおいて、反応は、
Ａｌ−（ＣＨ3）*＋Ｈ2Ｏ→Ａｌ−ＯＨ*＋ＣＨ4
Ａｌ−ＯＨ*＋Ａｌ（ＣＨ3）3→Ａｌ−Ｏ−Ａｌ（ＣＨ3）2＋ＣＨ4
として表わされうる、表面の２つの半反応において進行し、「*」は、コートされる材料の表面に存在する種を示す。もちろん、ＡＬＤ法は、他の先駆物質および反応体を用いて実施されてもよい。
【００２３】
本発明によるＡＬＤバリア合成は、約５０℃〜２５０℃の範囲内の温度に保持された光電池で実施されてもよい。非常に高い温度（＞２５０℃）は、基板の大きい寸法変化によるポリマーの化学崩壊またはＡＬＤコーティングの破裂のどちらかのために、温度感受性ポリマー基板の加工に適合しないことが見出されている。反応速度論は一般に、５０℃未満で非常に緩慢であることが見出されている。
【００２４】
バリアに好適な皮膜であることが見出された厚さの範囲は、２ｎｍ〜１００ｎｍである。より好ましい範囲は２ｎｍ〜５０ｎｍである。より薄い層は、皮膜に亀裂を生じさせずに屈曲に対してより耐性がある。これは、可撓性が所望の性質であるポリマー基板に重要である。皮膜の亀裂形成はバリア性を損なう。また、薄いバリア皮膜は透明性を増加させる。そのために基板の欠陥の実質的に全てがバリア皮膜によって覆われる、連続皮膜の被覆範囲に相当する最小厚さが存在してもよい。殆ど欠点のない基板について、許容範囲のバリア性の閾厚さは少なくとも２ｎｍであると推定されるが、１０ｎｍもの厚さであってもよい。厚さ２５ｎｍのＡＬＤバリア層は典型的に、ポリマー皮膜を通しての酸素運搬を０．０００５ｇ−Ｈ2Ｏ／ｍ2／日の測定感度よりも低いレベルまで低減するために十分であることが見出された。
【００２５】
ＡＬＤによって形成されたいくつかの酸化物および窒化物バリア層は、保護を必要とする光電池へのＡＬＤ層の接着を促進するために、「開始層」または「接着層」を含有することによって利点がある場合がある。例えば、本発明による光電池デバイスは、光電池の半導体と保護ＡＬＤガス透過バリア層との間に挟まれた接着層を含有してもよい。接着層の厚さは１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。好ましくは、接着層のための材料は、バリア材の材料と同じグループから選択される。酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素が接着層のために好ましく、それらはまた、ＡＬＤによって堆積されてもよいが、他の方法、例えば化学蒸着および物理蒸着または本技術分野に公知の他の堆積方法も適している場合がある。
【００２６】
薄膜光電池デバイスの別の実施形態は図３の３０に略示される。ここで、ＣＩＧＳ光電池３２がガラス基板３４上に形成され、ＡＬＤ湿分バリアコーティング２６によって保護される。電池３２およびコーティング２６はエポキシコーティング３６によって封止され、そして次にそれは上層３８によって覆われるが、それはＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＦＥＰ２６０Ｃフルオロポリマーであってもよい。
【００２７】
ＡＬＤバリア層を含む本発明による光電池デバイスの他の有用なおよび典型的な構成は図４および５に示される。一般的には、各々の電池デバイスは、基板と、前部接点（ｆ接点）を形成する透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層と、１つまたは複数の吸収剤層と、後部接点（ｂ接点）のための層とを含む。電力は、「＋」および「−」指標によって示されるように、ｆおよびｂ接点への接続によって光電池から従来の方法で取り出される。いくつかの電池デバイスの実施形態は、窓層、緩衝層、および相互接続層、およびそれらの組合せから選択される１つまたは複数の層をさらに含む。
【００２８】
一般的には、基板は、本質的に金属、ポリマー、またはガラスからなる。薄い金属およ
びポリマー基板は、可撓性である利点を有する。ガラスおよびいくつかのポリマーは、透明または半透明である利点を有する。好適なポリマーにはポリエステル（例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮ）、ポリアミド、ポリアクリレートおよびポリイミドなどがある。基板が可撓性でありかつ光電池性能を低下させる場合がある大気ガスまたは拡散イオン源のどちらかに対して透過性であるとき、ＡＬＤ層を基板の片面または両方の面上にコートすることができる。ＡＬＤコーティングの他に、基板はまた、ＰＶデバイスの光学的、電気的、または機械的性質を強化するために使用される他の機能コーティングを含有してもよい。
【００２９】
ＴＣＯ層は典型的に、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＺｎＯ、ＣｄＯ、およびＧａ2Ｏ3、の混合物またはドープされた酸化物を含み、光電池の実質的に全有効領域によって発生された電流が流れることができる導電経路を提供する。光電池の一般的な実施例には、ＩＴＯ（約９原子％のＳｎをドープされたＩｎ2Ｏ3）およびＡＺＯ（３〜５原子％のＡｌをドープされたＺｎＯ）などが含まれる。
【００３０】
吸収剤層は、入射光スペクトル（４００〜１２００ｎｍ）の光を吸収する。好適な吸収剤材料には、三元チャルコピライト化合物（ｔｅｒｎａｒｙ  ｃｈａｌｃｈｏｐｙｒｉｔｅ  ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）、例えばＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎＳ2、ＣｕＧａＳｅ2、ＣｕＩｎＳ2、ＣｕＧａＳ2、ＣｕＡｌＳｅ2、ＣｕＡｌＳ2、ＣｕＡｌＴｅ2、ＣｕＧａＴｅ2およびそれらの組合せの他、ＣｄＴｅおよび関連化合物などが含まれる。
【００３１】
窓層は、吸収剤層とのヘテロ接合を形成する薄い半導体膜（吸収剤がｐ型である場合はｎ型、または吸収剤がｎ型である場合はｐ型）であり、それによって電荷が接合において内部電界によって分離される。窓層のための好適な材料には、黄銅鉱吸収剤についてはＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ｉｎ2Ｓ3、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ、およびＺｎ（Ｏ，Ｓ）、ＣｄＴｅ吸収剤についてはＩＴＯ、ＣｄＳおよびＺｎＯなどが含まれる。いくつかの実施において、前述のｐ−ｎ半導体接合構造物は、ｐ−ｉ−ｎ構成を形成する、介在ｉ型半導体を含有する。
【００３２】
ｂ接点のための層は典型的にＴＣＯ層または金属のどちらかである。
【００３３】
緩衝層は典型的に、本質的に、透明な電気絶縁誘電体からなる。好適な材料にはＺｎＯ、Ｇａ2Ｏ3、ＳｎＯ2、およびＺｎ2ＳｎＯ4の他、それらの混合物などがある。
【００３４】
図４Ａの構成において、光電池デバイスの上部は、矢印によって示された方向に入射する光を透明な基板４２上に受容するように構成され、したがってそれはその上部位置のためにスーパーストレートと称されてもよい。ＴＣＯ層４４は、正のｆ接点を提供する。窓４６はＴＣＯ４４と吸収剤４８との間にある。金属層５０は負のｂ接点を提供し、その上にＡＬＤバリアをコートして光電池を有害な湿分およびガス透過に対して保護する。
【００３５】
図４Ｂおよび４Ｃの構成において、ＡＬＤバリアが金属化ＴＣＯおよび／または緩衝層上にコートされる。あるいは、ＡＬＤ層それ自体を緩衝層のために使用することができる。図４Ｂの構成は、（典型的に、スクリーン印刷および金属粉末ペーストを焼成することによって形成された）電極５８を有する上部ＴＣＯ層４４を備える。活性半導体窓４６および吸収剤層４８は緩衝層５２によってＴＣＯ４４から分離される。下部ＴＣＯ層５４はｂ接点を提供し、基板５６上に形成される。透明な基板６０の使用によって、図４Ｃの構成は背面照明を受容することができる。
【００３６】
また、ＡＬＤバリア層は、積層構成において複数の吸収剤を使用する、タンデム構成において有利であり、一般に、全入射スペクトルにわたってデバイスの変換効率を改良する。ＡＬＤバリア層を再び、金属化ＴＣＯおよび／または緩衝層−窓層上にコートすることができる。図４Ｄのタンデム構成は、基板５６上に作られ、各緩衝層−窓層６２および７０と共に第１の吸収剤６４および第２の吸収剤７２を備える。２つの吸収剤／緩衝層−窓層は、異なったスペクトル域にわたる感受性を提供する。光が（前部接点として機能する）第１のＴＣＯ層４４を通して入射し、最初に第１の吸収剤６４上に衝突する。吸収されない光は伝播し続け、第２の吸収剤７２に達する。吸収剤６４を第２のＴＣＯ層６８に接続する相互接続層６６によって直列電気接続が提供される。第２の吸収剤７２の裏面が、後部接点を提供する金属層５０に接続される。
【００３７】
また、ＡＬＤ層を使用してアモルファスまたはナノ結晶薄膜シリコン（ａ−Ｓｉ、ｎｃ−Ｓｉ）太陽電池を保護することができる。図５は、単接合太陽電池の１つの形態を示すが、二重接合および三重接合電池もまた公知である。１つまたは複数のＡＬＤ層が各々において有利に使用される。
【００３８】
ＰＶ用途において使用されたアモルファスまたはナノ結晶Ｓｉは通常、水素との合金であり、ａ−Ｓｉ：Ｈまたはｎｃ−Ｓｉ：Ｈとして示される。ｎ型またはｐ型を生じるドーピングは、結晶Ｓｉのために一般に使用される同じドーパントを用いて行なわれてもよい。好適なｐ型ドーパントには、ＩＩＩ族元素（例えば、Ｂ）などがある。好適なｎ型ドーパントには、Ｖ族元素（例えば、Ｐ）などがある。また、ＧｅまたはＣと合金して光吸収特性および他の電気的パラメータを変えることができる。
【００３９】
薄膜ａ−Ｓｉおよびｎｃ−Ｓｉシリコン太陽電池は典型的に、ＴＣＯ層４４、ｐ型Ｓｉ合金層８２とｉ−Ｓｉ合金層８４とｎ型Ｓｉ合金層８６とを有するｐ−ｉ−ｎ半導体構造物８０、緩衝層８８、およびｂ接点のための金属層９０などの一連の層を含み、全て基板９２上に形成される。図４の構成において使用された同じ基板およびＴＣＯ材料が適している。より高い効率を有するタンデム電池は、基本電池の半導体構造物８０の層を１回または複数回反復することおよび積層体の吸収を最適化することによって製造される。
【００４０】
ｐ−ｉ−ｎ単電池において、金属化ＴＣＯ層上のＡＬＤバリア層は、光電池への湿分の侵入を防ぐことができる。タンデム電池において、ＡＬＤバリア層を金属化ＴＣＯおよび／または緩衝層上にコートすることができる。あるいは、緩衝層の１つまたは全てのためにＡＬＤ層を使用することができる。
【００４１】
図３に示されたようないくつかの実施形態において、ＡＬＤコーティングは光電池の層の端縁を保護することもできる。
【実施例】
【００４２】
ＣＩＧＳ光電池上に直接に堆積されたＡＬＤバリア
ＣＩＧＳ電池の製造の技術分野において公知の方法を用いて２インチ×２インチのガラス基板上に光電池デバイスを製造した。ＡＬＤによる堆積前の電池デバイス１００の上面図の略図が図６に示される。一連の層は、ガラス基板１０２上のモリブデン金属層；Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ2（ＣＩＧＳ）の吸収剤層、ＣｄＳの薄い窓層、ＺｎＯの薄い絶縁緩衝層、酸化インジウム−スズ（ＩＴＯ）の透明導電酸化物層（ＴＣＯ）１０４、およびＮｉ／Ａｌ合金の金属グリッド電極１０６を含有した。電池の大きさ（１ｃｍ2）は、１ｃｍ×１ｃｍのシャドウマスクを通して堆積されたＩＴＯ層１０４によって画定された。
【００４３】
Ｎｉ／Ａｌ上部電極１０６の幅１〜２ｍｍの部分１０８は、後続の電気接点のためにガラスの端縁付近でマスクされ、マスクされたＣＩＧＳ光電池は、ＡＬＤ法を実施するために反応器（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｎａｎｏｔｅｃｈ  Ｓａｖａｎｎａｈ  ２００）内に置かれた。反応器を２０ｓｃｃｍの窒素ガスで連続的にパージし、小さなメカニカルポンプで約０．３トールのバックグラウンド圧力（反応体または先駆物質なし）までポンプ処理した。窒素ガスを反応体のためのキャリアとしておよびパージ用ガスとして両方で使用した。反応体トリメチルアルミニウムの蒸気および先駆物質の水蒸気を連続的に反応器内に導入した。より具体的には、各々の堆積工程について順に、ＣＩＧＳ光電池に窒素ガスによって運ばれた水蒸気を１５ミリ秒の間与え、その後に、３０秒間流動窒素によって反応器をパージした。次に、光電池に窒素ガスによって運ばれたトリメチルアルミニウム蒸気を１５ミリ秒の間与え、その後に、１５秒間、流動窒素のパージを実施した。この反応順序は、光電池上にＡｌ2Ｏ3。の層を生じた。この堆積工程を連続的に５００回（サイクル）反復し、電池を１２０℃に保持した。形成されたＡｌ2Ｏ3の厚さは、Ｓｉ確認スライド上で光学的に測定すると約５５ｎｍであり、１サイクル当り約０．１１ｎｍのＡＬＤによる堆積速度に相当する。
【００４４】
Ａｌ2Ｏ3バリア層のＡＬＤによる堆積後、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＦＥＰ  ２００Ｃ（厚さ０．００２インチ）の皮膜が紫外線硬化性エポキシ封止剤で光電池に付着され、導線を付着するために端縁にスペースを残す。ＴｅｆｌｏｎＦＥＰ（登録商標）は、ＡＬＤによるＡｌ2Ｏ3バリアおよび電池上の水蒸気の濃縮を防ぐ耐候性層として作用し、最終用途の間、光電池の劣化に対してさらなる保護を与える。
【００４５】
上部Ｎｉ／Ａｌ電極のマスクされた領域への電気接点を作るために電線をはんだ付けした。電池領域から離れて、後部Ｍｏ電極への接点を作るためにＡｌ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＣｄＳ、およびＣｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ2の薄い上層を通して機械的に引掻き、次にはんだ付けした。
【００４６】
バリア層（すなわち、ＡＬＤによって得られたＡｌ2Ｏ3およびＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＦＥＰ２００Ｃの皮膜）のバリア性を試験するために、封止光電池を環境チャンバ内に置き、人工太陽光源から１０００Ｗ／ｍ2の一定照明に暴露する間、同時に、８５℃および８５％の相対湿度（ＲＨ）において老化させた。この試験の間、開回路電圧が時間の関数としてモニタされ、図７のグラフに示された結果を生じた。これらの条件下で１０００時間暴露した後でも、開回路電圧に測定可能な変化を検出することができず、ＡＬＤによって得られたＡｌ2Ｏ3がＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＦＥＰ２００Ｃコーティングの皮膜と一緒に光電池を湿分および他の大気ガスによる予想された劣化から保護することを示したことが見られる。ＡＬＤバリア層の堆積の間、先駆物質として水蒸気への電池の暴露にもかかわらず、ＣＩＧＳ光電池が良好に機能したことは特に注目に値する。
【００４７】
このように本発明をある程度詳細に説明したが、このような詳細な内容に厳密に従う必要はなく、さらに別の変更および改良が当業者に提案されてもよいことは理解されよう。本発明による光電池およびその製造は、異なった装置を使用して、本明細書で説明された工程を異なった順序で実施して様々な方法で行なわれてもよいことは理解されるはずである。これらの変更および改良の全ては、添付されたクレームによって規定された本発明の範囲内にあるものとして理解されなければならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ−４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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