[發明專利]用于薄膜光伏電池的阻擋膜

無效

• 申請號: 201080037719.2
• 申請日: 2010-08-24
• 公開（公告）號: CN102484160A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發明（設計）人: P·F·卡西亞
• 申請（專利權）人: 納幕爾杜邦公司
• 主分類號: H01L31/048
• 分類號: H01L31/048
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 孟慧嵐;李炳愛

相關申請的交叉引用

本專利申請要求2009年8月24日提交的美國臨時專利申請序列號61/236,177的權益，該專利申請序列號以引用方式全文并入本文。

發明領域

一種前片，所述前片具有通過原子層沉積方法制成的透明的非晶態阻擋層。當應用于薄膜光伏電池時，它是尤其有用的。

發明背景

O₂和H₂O蒸氣容易穿過聚合物膜。為了減小用于包裝應用的滲透性，用無機薄膜涂覆聚合物。常見的是鋁涂覆的聚酯。在包裝中也使用光學透明的阻擋物，主要是通過物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積(CVD)制成的SiO_x或AlO_y。后一種膜可商購獲得，并且在工業中被稱為“玻璃涂覆的”阻擋膜。它們提供約10x的對大氣氣體滲透的改善，從而將穿過聚酯膜的傳輸速率減小至約1.0cc?O₂/m²/天和1.0mL?H₂O/m²/天(M.Izu，B.Dotter和S.R.Ovshinsky，J.的Photopolymer?Science?and?Technology.，第8卷，1995第195-204頁)。盡管這種適度的改善對于很多高容量包裝應用來講在性能和成本之間作出了合理的折衷，但該性能遠遠沒有達到電子器件的包裝要求。然而，常見的CVD和PVD沉積方法需要在離散的成核位點處進行引發和膜生長。PVD方法尤其易于制備具有邊界的柱狀微觀結構，沿所述邊界容易發生氣體滲透。電子包裝通常需要具有比例如飲料容器要長至少一個數量級的所期望的使用期。例如，基于制造在柔性聚酯基板上的有機發光聚合物(OLED)的柔性顯示器需要具有估算的10⁵-10⁶x的阻擋改善以便隔絕大氣氣體。此類氣體能夠嚴重地劣化發光聚合物和水敏金屬陰極，所述陰極在很多情況下可為鈣或鋇。預計具有較長使用期(～25年)的薄膜光伏電池需要具有10⁴-10⁶x的阻擋改善。

由于它們具有固有的自由體積分數，因此一般來講聚合物的內在滲透性太高，所高出的因數為10⁴-10⁶，從而不能夠獲得電子應用諸如柔性OLED顯示器或光伏電池所需的防護水平。僅具有基本上為零的滲透性的無機材料才可提供足夠的阻擋防護。理想的是，無缺陷的連續無機物薄膜涂層應當是大氣氣體所不可滲透的。然而，實際情況是薄膜具有缺陷諸如源自涂覆方法或基板瑕疵的針孔，所述缺陷會降低阻隔性能。甚至膜中的砂目邊界也可能為容易發生的滲透提供途徑。為了具有最佳阻隔性能，應當將薄膜在清潔的環境中沉積到清潔的無缺陷基板上。膜結構應當為非晶態的。所述沉積方法應當為非定向的，并且用以獲得無特征的微觀結構的生長機理將理想地為逐層式的以避免發生具有顆粒狀微觀結構的柱狀生長。

原子層沉積(ALD)為一種膜生長方法，其滿足了很多這些針對制備低滲透膜的規范。對原子層沉積方法的描述可見于Tuomo?Suntola的“Atomic?Layer?Epitaxy”，見Thin?Solid?Films，第216卷(1992)第84-89頁。如其名稱所暗示的那樣，通過ALD生長的膜是用逐層方法來形成的。ALD與通過常見的CVD和PVD方法的生長形成對比，其中在基板表面上的有限數目的成核位點引發并生長。后一種技術可導致柱狀微觀結構，所述柱狀微觀結構在各柱之間具有邊界，氣體滲透可容易地沿所述邊界發生。ALD可產生具有極低氣體滲透性的極薄的膜，使得此類薄膜作為阻擋層很受青睞，所述阻擋層用于包裝敏感的電子裝置和建立在塑料基板上的組件。

將太陽輻射或光轉化為電的光伏(PV)電池需要在惡劣的室外條件下全年運行。為了確保25年或更長的保質期，太陽能電池需要具有牢靠的包裝。為了將太陽能電池整合到建筑材料諸如屋頂膜中，也期望PV電池為卷筒形式的柔性產品。

可在金屬箔或柔性基板上將薄膜PV電池制造為卷筒產品。用于柔性PV電池的主要用以收集太陽輻射的頂片或前片應當為光學透明的、耐候且耐臟污的，具有對濕氣和其它大氣氣體的低滲透性。當PV電池被制造在部分地透明的電池基板上時，具有防潮層的透明底片也可通過收集反射光來改善電池性能，同時所述防濕層保護PV電池以免濕氣侵入。