DE102016125714B4 - Verfahren des Verpackens einer Solarzelle mittels eines Barrierefilms mit verbesserter Feuchtigkeitsbeständigkeit - Google Patents

Verfahren des Verpackens einer Solarzelle mittels eines Barrierefilms mit verbesserter Feuchtigkeitsbeständigkeit Download PDF

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Abstract

Verfahren des Verpackens einer Solarzelle, aufweisend:Vorsehen eines Barrierefilms auf der Solarzelle,wobei der Barrierefilm hergestellt wird durch(a) Bilden eines Oxiddünnfilms auf einem Substrat mittels Abscheidung, und(b) Hochdruck-Wärmebehandeln des Oxiddünnfilms unter Verwendung von N2, O2oder einem Mischgas daraus bei einer Temperatur von von 50 bis 500°C und bei einem Druck von von 10132,5 hPa (10 atm) bis 50662,5 hPa (50 atm), undwobei der Oxiddünnfilm durch sequentielles Abscheiden von SiO2und ZrO2auf dem Substrat mittels Sputter-Abscheidung gebildet wird.

Description

  • Hintergrund
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren des Verpackens einer Solarzelle, welches einen Barrierefilm verwendet, bei dessen Herstellung ein Aufbringen eines Oxiddünnfilms auf einem Substrat mittels einer in Abhängigkeit von dem Oxidtyp ermittelten Abscheidungsart und ein Hochdruck-Wärmebehandeln des Dünnfilms bei einer vorbestimmten Temperatur und bei einem vorbestimmten Druck durchgeführt werden. Der hierin beschriebene Dünnfilm kann bei einer niedrigen Temperatur, mit niedrigen Kosten und mit einer hohen Ausbeute gefertigt werden. Im Vergleich mit einem konventionellen Herstellungsverfahren eines Barrierefilms mittels konventioneller Wärmebehandlung kann die Feuchtigkeitsbeständigkeit (bzw. Feuchtigkeitsresistenz) des Barrierefilms verbessert werden und kann ein Transmissionsgrad 90% oder mehr betragen.
  • Hintergrundtechnik
  • Elektrofahrzeuge (z.B. Elektrokraftfahrzeuge) fangen an, Mineralölfahrzeuge zu ersetzen, und der Markt ist explosionsartig gewachsen und wurde durch diverse Automobilfirmen angeführt.
  • Beispielsweise hat Tesla ungefähr 249 veröffentlichte Patente, wobei jedoch nur ein relativ kleiner Teil (ungefähr 35) eine elektrische Ladetechnologie betreffen. Gegenwärtig wird das Laden von Elektrofahrzeugen mittels Ladestationen, welche durch globale Elektrofahrzeugfirmen betrieben werden, und mittels Ladevorrichtungen für den Hausgebrauch durchgeführt. Es gibt Vorteile des Kombinierens von Elektrofahrzeugen mit Solarzellentechnologien.
  • Jedoch weisen Solarzellenladesysteme im Vergleich mit konventionellen Systemen eine niedrige Effizienz und eine begrenzte Lebensdauer auf. Folglich besteht ein Bedarf hinsichtlich einer Verhinderung einer Verschlechterung einer Vorrichtungseffizienz und hinsichtlich einer Verbesserung der Lebensdauer auf Grundlage einer Entwicklung von Solarzellenbarrierefilmen.
  • Anorganische Filme, die in konventionellen Barrierefilmen in Solarzellen verwendet werden, fungieren als exzellente Barriereschichten gegen Osmose, haben jedoch ein Problem dahingehend, dass sie die Permeation von Feuchtigkeit oder Sauerstoff aufgrund von physikalischen bzw. physischen Defekten, wie z.B. kleinen Löchern, Poren oder Porenbereichen, erlauben. Organische Filme weisen ein Problem hinsichtlich einer relativ hohen Permeation, wenn Feuchtigkeit oder Sauerstoff, die an den Oberflächen des Films adsorbiert sind, durch Diffusion eindringen, auf. Es gab viele konventionelle Forschungsarbeiten hinsichtlich der Verbesserung der Feuchtigkeitsbeständigkeit durch Verlängern der wesentlichen Permeationsbewegungswege unter Verwendung einer Organisch/Anorganisch-Hybridstruktur, um diese Nachteile der organischen/anorganischen Substanzen zu lösen. Außerdem erhält jüngst die Verwendung von Graphen als eine neuartige Substanz der Zukunft viel Aufmerksamkeit, indem ein Barrierefilm aufgrund der Gasbarriereneigenschaften und der dünnen Dicke versucht wurde, und mit der Verwendung im Zusammenhang stehende Technologien werden folglich entwickelt.
  • In dieser Hinsicht wurden konventionelle Barrierefilme, die Oxiddünnfilme verwenden, hergestellt mittels Vakuumbeschichtungsverfahren, wie z.B. physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und Atomlagenabscheidung (ALD), und konventionelle Forschungsarbeiten wurden auf eine Verbesserung der Feuchtigkeitsbeständigkeit der Barrierefilme durch Verändern des Materialtyps, von Bedingungen und dergleichen statt auf die Verbesserung der Prozesse (z.B. Fertigungsvorgänge) fokussiert. Außerdem haben durch solch einen Prozess gebildete Oxiddünnfilme eine Einschränkung dahingehend, dass sie eine zusätzliche Hochtemperaturwärmebehandlung erfordern, um ihre Eigenschaften zu verbessern.
  • Ferner werden konventionelle Hybridbarrierefilme mittels PVD, CVD und dergleichen sowie mittels Prozessen, wie z.B. Lösung-Gießen (z.B. ein Vorgang des Bildens einer Dünnschicht durch Eintauchen in eine Polymerlösung, sog. Solution Casting) und Mischen (sog. Blending), hergestellt. Solch ein Herstellungsprozess hat ein ökonomisches Problem niedriger Massenproduktionseffizienz aufgrund eines komplizierten Mehrschichten-Aufschichtvorgangs. Diese Prozesse werden außerdem bei hohen Temperaturen zum chemischen Verbindung von Dünnfilmen durchgeführt. Diese Prozesse sind auf flexible Substrate, welche einen niedrigen Schmelzpunkt haben, nicht anwendbar. Es gibt einige flexible Substrate, die einen hohen Schmelzpunkt haben. Jedoch haben solche Substrate ein Problem hoher Herstellungskosten. Außerdem sind Barrierefilme, die Graphen verwenden, wegen einer technischen Schwierigkeit des Herstellens von großflächigen Graphen-Einschichten kommerziell nicht verfügbar.
  • Die vorliegende Erfindung stellt dementsprechend einen Barrierefilm, welcher mit niedrigen Kosten und hoher Ausbeute hergestellt wird, eine exzellente Feuchtigkeitsbeständigkeit und einen hohen Transmissionsgrad aufweist und zum Verpacken (z.B. zum Verkapseln) von Solarzellen geeignet ist, und ein Herstellungsverfahren desselbigen bereit. Der Barrierefilm kann eine Ladeeffizienz und eine Lebensdauer von Solarzellen von Elektrofahrzeugen verbessern. Solche Barrierefilme mit verbesserter Feuchtigkeitsbeständigkeit können verwendet werden, um Solarzellen verwendende Elektrofahrzeugladesysteme zu schaffen.
  • Die obigen Informationen, welche in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbart sind, dienen lediglich dem Verbessern des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollten nicht als Zugeständnis oder als irgendeine Andeutung angesehen werden, dass diese Informationen zum Stand der Technik, wie er dem Fachmann schon bekannt ist, gehören.
  • Ferner offenbart die EP 1 195 799 A1 ein Verfahren zum Herstellen eines kristallisierten Keramikfilms bei niedrigen Temperaturen, indem ein höherer Druck bereitgestellt wird, unter dem die Bildung kristallisierter Keramikfilme aus amorphen oder teilweise kristallisierten Vorläuferfilmen von Keramiken signifikant verbessert werden kann. Weitere Techniken zum Herstellen von Dünnschichtsystemen sind aus der WO 2015/ 182 503 A1 (auch als EP 3 151 286 A1 veröffentlicht) und der WO 2010/ 039 144 A1 bekannt. Dabei betrifft die WO 2015/ 182 503 A1 ein Solarzellenelement und dessen Herstellung, wohingegen die WO 2010/ 039 144 A1 optische Datenträger betrifft.
  • Erläuterung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wurde in dem Bestreben gemacht, die vorstehend beschriebenen Probleme, welche mit dem Stand der Technik zusammenhängen, zu lösen.
  • Die vorliegende Erfindung beruht, zumindest zum Teil, auf der Erkenntnis, dass im Vergleich mit einem konventionellen Herstellungsverfahren eines Barrierefilms mittels konventioneller Wärmebehandlung ein Barrierefilm in dem erfindungsgemäßen Verfahren des Verpackens einer Solarzelle bei einer niedrigen Temperatur, mit niedrigen Kosten und einer hohen Ausbeute hergestellt werden kann, eine Feuchtigkeitsbeständigkeit verbessert wird und ein Transmissionsgrad (z.B. eine Lichtdurchlässigkeit) 90% oder mehr beträgt. Die Herstellung des Barrierefilms in dem erfindungsgemäßen Verfahren des Verpackens einer Solarzelle weist ein Abscheiden eines Oxiddünnfilms auf einem Substrat mittels einer in Abhängigkeit von dem Oxidtyp ermittelten Abscheidungsart und ein Hochdruck-Wärmebehandeln des Dünnfilms bei einer vorbestimmten Temperatur und bei einem vorbestimmten Druck auf.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren des Verpackens einer Solarzelle nach Anspruch 1 bereit. Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 2 beschrieben.
  • Andere Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend diskutiert.
  • Figurenliste
  • Die obigen und andere Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen davon beschrieben, welche durch die beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, welche nachstehend lediglich zur Veranschaulichung angegeben sind und folglich nicht beschränkend für die Erfindung sind.
    • 1a ist eine Schnittansicht, die einen in Beispiel 1 hergestellten Barrierefilm darstellt, und 1b ist eine Schnittansicht, die einen nicht erfindungsgemäßen, in Beispiel 4 hergestellten Barrierefilm darstellt.
    • 2a ist ein Diagramm, welches einen Transmissionsgrad von Beispielen 1 bis 2 und Vergleichsbeispiel 1 zeigt, und 2b ist ein Diagramm, welches einen Transmissionsgrad von den nicht erfindungsgemäßen Beispielen 3 bis 4 und Vergleichsbeispiel 2 zeigt.
  • Es ist zu verstehen, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellungsweise von verschiedenen Eigenschaften darstellen, um die Grundprinzipien der Erfindung aufzuzeigen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, einschließlich z.B. konkrete Abmessungen, Richtungen, Positionen und Formen, wie sie hierin offenbart sind, werden (zumindest) teilweise von der jeweiligen geplanten Anwendung und Nutzungsumgebung vorgegeben.
  • In den Figuren beziehen sich durchgehend durch die diversen Figuren der Zeichnungen Bezugszeichen auf gleiche oder gleichwertige Bauteile der vorliegenden Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Es wird nun im Detail Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und im Folgenden beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist es klar, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Die Erfindung ist im Gegenteil dazu gedacht, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch diverse Alternativen, Änderungen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen, die im Sinn und Umfang der Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüche definiert, enthalten sein können.
  • Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
  • Um einen Barrierefilm mit exzellenter Feuchtigkeitsbeständigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen, wird außerdem eine Hochdruck-Wärmebehandlung an einem Oxiddünnfilm, der erfindungsgemäß mittels Sputter-Abscheidung oder, in einem nicht erfindungsgemäßen Beispiel, mittels Atomlagenabscheidung (ALD) abgeschieden wird, vorgenommen.
  • In einigen Aspekten stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren des Verpackens einer Solarzelle bereit, in welchem ein Barrierefilm mit verbesserter Feuchtigkeitsbeständigkeit hergestellt wird durch: (a) Bilden eines Oxiddünnfilms (z.B. in Form einer Oxiddünnschicht) auf einem Substrat mittels Abscheidung, und (b) thermisches Behandeln des Oxiddünnfilms unter Verwendung von N2, O2 oder einem Gas (z.B. einem Mischgas) daraus bei einer Temperatur von von ungefähr 50 bis 500°C (z.B. ungefähr 50°C, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195, 200, 205, 210, 215, 220, 225, 230, 235, 240, 245, 250, 255, 260, 265, 270, 275, 280, 285, 290, 295, 300, 305, 310, 315, 320, 325, 330, 335, 340, 345, 350, 355, 360, 365, 370, 375, 380, 385, 390, 395, 400, 405, 410, 415, 420, 425, 430, 435, 440, 445, 450, 455, 460, 465, 470, 475, 480, 485, 490, 495, oder ungefähr 500°C) und bei einem hohen Druck von von ungefähr 10132,5 hPa (10 atm) bis 50662,5 hPa (50 atm) (z.B. ungefähr 10132,5 hPa (10 atm), 11145,75 hPa (11 atm), 12159 hPa(12 atm), 13172,25 hPa (13 atm), 14185,5 hPa (14 atm), 15198,75 hPa (15 atm), 16212 hPa (16 atm), 17225,25 hPa (17 atm), 18238,5 hPa (18 atm), 19251,75 hPa (19 atm), 20265 hPa (20 atm), 21278,25 hPa (21 atm), 22291,5 hPa (22 atm), 23304,75 hPa (23 atm), 24318 hPa (24 atm), 25331,25 hPa (25 atm), 26344,5 hPa (26 atm), 27357,75 hPa (27 atm), 28371 hPa (28 atm), 29384,25 hPa (29 atm), 30397,5 hPa (30 atm), 31410,75 hPa (31 atm), 32424 hPa (32 atm), 33437,25 hPa (33 atm), 34450,5 hPa (34 atm), 35463,75 hPa (35 atm), 36477 hPa (36 atm), 37490,25 hPa (37 atm), 38503,5 hPa (38 atm), 39516,75 hPa (39 atm), 40530 (40 atm), 41543,25 hPa (41 atm), 42556,5 hPa (42 atm), 43569,75 hPa (43 atm), 44583 hPa (44 atm), 45596,25 hPa (45 atm), 46609,5 hPa (46 atm), 47622,75 hPa (47 atm), 48636 hPa (48 atm), 49649,25 hPa (49 atm), oder ungefähr 50662,5 hPa (50 atm)).
  • In Schritt (a) wird ein Oxiddünnfilm auf einem Substrat mittels Abscheidung gebildet. Das Substrat kann ein Polyamid-Substrat sein. Die Abscheidung kann erfindungsgemäß unter Verwendung einer Sputter-Abscheidung oder, in einem nicht erfindungsgemäßen Beispiel, einer Atomlagenabscheidung (ALD) in Abhängigkeit von dem Oxidtyp durchgeführt werden.
  • So kann der Oxiddünnfilm ein erfindungsgemäßer mehrschichtiger Dünnfilm, der aus SiO2 und ZrO2 auf dem Substrat hergestellt ist (wie beispielsweise in 1a), sein oder kann ein einschichtiger (z.B. monoschichtiger) Dünnfilm, der aus Al2O3 hergestellt ist (wie beispielsweise in 1b), sein.
  • Erfindungsgemäß wird der mehrschichtige Dünnfilm gebildet durch sequentielles Abscheiden von SiO2 und ZrO2 auf einem Substrat mittels Sputter-Abscheidung, wohingegen in Beispielen, welche nicht zur Erfindung gehören, ein einschichtiger Dünnfilm durch Abscheiden von Al2O3 auf einem Substrat mittels Atomlagenabscheidung (ALD) gebildet wird.
  • Im Fall eines mehrschichtigen Dünnfilms, in welchem ein SiO2-Dünnfilm und ein ZrO2-Dünnfilm geschichtet sind (z.B. in Form einer ZrO2-Dünnschicht über einer SiO2-Dünnschicht), kann eine Feuchtigkeitsbeständigkeit aufgrund einer hohen Defektdichte der Oxiddünnfilme verringert sein. Aus diesem Grund kann ein nicht erfindungsgemäßer ALD-basierter Al2O3-Einschichtdünnfilm mit exzellenten Dünnfilmqualitäten verwendet werden.
  • In einigen Fällen wird die Abscheidung durchgeführt, so dass die SiO2-Schicht eine durchschnittliche Dicke von von ungefähr 100 bis 200 nm (z.B. ungefähr 100 nm, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195, oder ungefähr 200 nm) aufweist, die ZrO2-Schicht eine durchschnittliche Dicke von von ungefähr 5 bis 15 nm (z.B. ungefähr 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, oder 15 nm) aufweist und die Al2O3-Schicht eine durchschnittliche Dicke von 50 bis 100 nm (z.B. ungefähr 50 nm, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, oder ungefähr 100 nm) aufweist.
  • Wenn die Dicke der SiO2-Schicht geringer als 100 nm ist oder 200 nm übersteigt, haben Dünnfilme eine eingeschränkte Transparenz und Feuchtigkeitsbeständigkeit, und, wenn die Dicke der ZrO2-Schicht geringer als 5nm ist oder 15 nm übersteigt, haben Dünnfilme eine eingeschränkte Transparenz und Feuchtigkeitsbeständigkeit. Die Abscheidung wird folglich bevorzugt innerhalb des vorstehend definierten Bereichs durchgeführt. Auf ähnliche Weise haben außerdem, wenn die Dicke der Al2O3-Schicht geringer als 50 nm ist oder 100 nm übersteigt, Dünnfilme eine eingeschränkte Transparenz und Feuchtigkeitsbeständigkeit. Folglich wird die Abscheidung bevorzugt innerhalb des vorstehend definierten Bereichs durchgeführt. Im Allgemeinen kann ein mittels Atomlagenabscheidung (ALD) gebildeter Al2O3-Dünnfilm durch Abscheidung bei einer relativ niedrigen Temperatur von 100°C hergestellt werden. Folglich gibt es Vorteile dahingehend, dass im Vergleich mit Dünnfilmen, die SiO2 und ZrO2 aufweisen, ein Dünnfilm mit einer hohen Qualität sogar bei einer niedrigeren Temperatur erhalten werden kann, und flexible Substrate können aufgrund der relativ niedrigen Prozesstemperatur (z.B. der relativ niedrigen Arbeitstemperatur bei der Abscheidung) einfach verwendet werden.
  • Als nächstes wird in Schritt (b) der in Schritt (a) erhaltene Dünnfilm unter Verwendung von N2, O2 oder einem Gasgemisch daraus thermisch behandelt bei einer Temperatur von von ungefähr 50 bis 500°C (z.B. ungefähr 50°C, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195, 200, 205, 210, 215, 220, 225, 230, 235, 240, 245, 250, 255, 260, 265, 270, 275, 280, 285, 290, 295, 300, 305, 310, 315, 320, 325, 330, 335, 340, 345, 350, 355, 360, 365, 370, 375, 380, 385, 390, 395, 400, 405, 410, 415, 420, 425, 430, 435, 440, 445, 450, 455, 460, 465, 470, 475, 480, 485, 490, 495, oder ungefähr 500°C) und bei einem hohen Druck von von ungefähr 10132,5 hPa (10 atm) bis 50662,5 hPa (50 atm) (z.B. ungefähr 10132,5 hPa (10 atm), 11145,75 hPa (11 atm), 12159 hPa(12 atm), 13172,25 hPa (13 atm), 14185,5 hPa (14 atm), 15198,75 hPa (15 atm), 16212 hPa (16 atm), 17225,25 hPa (17 atm), 18238,5 hPa (18 atm), 19251,75 hPa (19 atm), 20265 hPa (20 atm), 21278,25 hPa (21 atm), 22291,5 hPa (22 atm), 23304,75 hPa (23 atm), 24318 hPa (24 atm), 25331,25 hPa (25 atm), 26344,5 hPa (26 atm), 27357,75 hPa (27 atm), 28371 hPa (28 atm), 29384,25 hPa (29 atm), 30397,5 hPa (30 atm), 31410,75 hPa (31 atm), 32424 hPa (32 atm), 33437,25 hPa (33 atm), 34450,5 hPa (34 atm), 35463,75 hPa (35 atm), 36477 hPa (36 atm), 37490,25 hPa (37 atm), 38503,5 hPa (38 atm), 39516,75 hPa (39 atm), 40530 (40 atm), 41543,25 hPa (41 atm), 42556,5 hPa (42 atm), 43569,75 hPa (43 atm), 44583 hPa (44 atm), 45596,25 hPa (45 atm), 46609,5 hPa (46 atm), 47622,75 hPa (47 atm), 48636 hPa (48 atm), 49649,25 hPa (49 atm), oder ungefähr 50662,5 hPa (50 atm)).
  • Ein Hochtemperatur-Wärmeenergieprozess wird gewöhnlich benötigt, um Eigenschaften eines Oxiddünnfilms, der mittels Sputter-Abscheidung oder Atomlagenabscheidung (ALD) gebildet ist, zu verbessern.
  • Solch eine Hochtemperatur-Wärmebehandlung verursacht jedoch Probleme hinsichtlich erhöhter Verarbeitungskosten und Einschränkungen bezüglich der Verwendung flexibler Substrate mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt. In konventionellen Fällen wurde eine einfache Hochtemperatur-Wärmebehandlung als ein Nachbehandlungsvorgang durchgeführt. Hingegen kann gemäß der vorliegenden Erfindung aufgrund der Hochdruck-Wärmebehandlung eine Feuchtigkeitsbeständigkeit von Barrierefilmen bei einer niedrigen Bearbeitungstemperatur / Prozesstemperatur unter Verwendung von sowohl thermischer Energie als auch von Druckenergie verbessert werden.
  • Die Effekte der Hochdruck-Wärmebehandlung in der vorliegenden Erfindung können in zwei Effekte klassifiziert werden, d.h. Druckeffekt und Gaseffekt. In diesem Fall bedeutet der Druckeffekt, dass Druck als eine Wärmeenergiequelle genutzt wird, um schwache Bindungen innerhalb des Oxiddünnfilms neu zu verbinden. Der Gaseffekt bedeutet, dass unter dem verwendeten N2, O2 oder einem Gasgemisch daraus der Stickstoff, ein Inertgas, dazu dient, unnötige Reaktionen innerhalb des Dünnfilms zu verringern, und der Sauerstoff dazu dient, eine Sauerstofflücke (z.B. eine sauerstoffleere Stelle) oder Defekte innerhalb des Dünnfilms zu verringern.
  • Basierend auf diesen zwei Effekten ist zu erwarten, dass physikalische Defekte in konventionellen Dünnfilm mittels Hochtemperaturgas verringert werden und dass eine insgesamte Gleichmäßigkeit (z.B. eine Gleichförmigkeit) und Dichte des Dünnfilms verbessert werden. Somit wird die Defektdichte innerhalb des Dünnfilms verringert und kann die Feuchtigkeitsbeständigkeit folglich verbessert werden.
  • In diesem Fall wird die Hochdruck-Wärmebehandlung bevorzugt unter Verwendung von N2, O2 oder einem Gasgemisch daraus unter Bedingungen durchgeführt, die eine Temperatur von von ungefähr 50 bis 500°C (z.B. ungefähr 50°C, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195, 200, 205, 210, 215, 220, 225, 230, 235, 240, 245, 250, 255, 260, 265, 270, 275, 280, 285, 290, 295, 300, 305, 310, 315, 320, 325, 330, 335, 340, 345, 350, 355, 360, 365, 370, 375, 380, 385, 390, 395, 400, 405, 410, 415, 420, 425, 430, 435, 440, 445, 450, 455, 460, 465, 470, 475, 480, 485, 490, 495, oder ungefähr 500°C) und einen Druck von von 10132,5 hPa (10 atm) bis 50662,5 hPa (50 atm) (z.B. 10132,5 hPa (10 atm), 11145,75 hPa (11 atm), 12159 hPa(12 atm), 13172,25 hPa (13 atm), 14185,5 hPa (14 atm), 15198,75 hPa (15 atm), 16212 hPa (16 atm), 17225,25 hPa (17 atm), 18238,5 hPa (18 atm), 19251,75 hPa (19 atm), 20265 hPa (20 atm), 21278,25 hPa (21 atm), 22291,5 hPa (22 atm), 23304,75 hPa (23 atm), 24318 hPa (24 atm), 25331,25 hPa (25 atm), 26344,5 hPa (26 atm), 27357,75 hPa (27 atm), 28371 hPa (28 atm), 29384,25 hPa (29 atm), 30397,5 hPa (30 atm), 31410,75 hPa (31 atm), 32424 hPa (32 atm), 33437,25 hPa (33 atm), 34450,5 hPa (34 atm), 35463,75 hPa (35 atm), 36477 hPa (36 atm), 37490,25 hPa (37 atm), 38503,5 hPa (38 atm), 39516,75 hPa (39 atm), 40530 (40 atm), 41543,25 hPa (41 atm), 42556,5 hPa (42 atm), 43569,75 hPa (43 atm), 44583 hPa (44 atm), 45596,25 hPa (45 atm), 46609,5 hPa (46 atm), 47622,75 hPa (47 atm), 48636 hPa (48 atm), 49649,25 hPa (49 atm), oder ungefähr 50662,5 hPa (50 atm)) für von ungefähr 30 Minuten bis 3 Stunden (z.B. ungefähr 30 Minuten, 45 Minuten, 1 Stunde, 1,5 Stunden, 2 Stunden, 2,5 Stunden, oder ungefähr 3 Stunden) aufweisen. Wenn die Temperatur niedriger als 50°C ist, gibt es eine Grenze der Druckeffekt-Verbesserung durch die Hochdruck-Wärmebehandlung aufgrund einer niedrigen Diffusionsrate der Dünnfilme, und, wenn die Temperatur höher als 500°C ist, kann der Dünnfilm unnötigerweise beschädigt werden. Wenn der Druck niedriger als 10132,5 hPa (10 atm) ist, gibt es eine Grenze der Gaseffekt-Verbesserung durch die Hochdruck-Wärmebehandlung, und, wenn der Druck höher als 50662,5 hPa (50 atm) ist, kann die Herstellungsvorrichtung beschädigt werden und/oder kann auch der Dünnfilm unnötigerweise beschädigt werden. Folglich wird die Hochdruck-Wärmebehandlung bevorzugt innerhalb der Bedingungsbereiche (z.B. des vorstehenden Temperaturbereichs und des vorstehenden Druckbereichs) durchgeführt. Es gibt keine bestimmte Begrenzung hinsichtlich der Behandlungszeit. Wenn jedoch die Zeit geringer als 30 Minuten ist, ist sie nicht lange genug, damit die Hochdruck-Wärmebehandlung einen Effekt auf den Dünnfilm hat, und, wenn die Zeit 3 Stunden überschreitet, kann eine übermäßige Hochdruck-Wärmebehandlung eine Verformung des Dünnfilms verursachen. Folglich wird die Behandlung bevorzugt innerhalb des Bedingungsbereichs (z.B. des vorstehenden Zeitbereichs) durchgeführt.
  • Statt der konventionellen Barrierefilme, die eine mehrschichtige oder Organisch/Anorganisch-Hybridstruktur für hohe WVTR aufweisen, stellt das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung folglich unter Verwendung der Hochdruck-Wärmebehandlung sowohl einen hohen Gasdruck als auch eine Wärme an den Dünnfilm bereit, so dass die Dichte des Dünnfilms verbessert werden kann und sogar ein Einzeldünnfilm eine exzellente Wasserdampfdurchlässigkeit (kurz: WVTR) (z.B. eine exzellente Wasserdampfdurchlassrate) aufweisen kann. Außerdem kann nach der Hochdruck-Wärmebehandlung ein hoher Transmissionsgrad (90% oder mehr), der für den Barrierefilm für Solarzellen geeignet ist, sichergestellt werden.
  • Die folgenden Beispiele veranschaulichen nachstehend die Erfindung und sind nicht dazu gedacht, dieselbe zu beschränken.
  • Beispiel 1: Dünnfilm aus Pl-Substrate (75 µm) / ZrO2 (150 nm) / SiO2 (10 nm)
  • Eine Probengröße war 4 cm * 4 cm, und ein SiO2-Dünnfilm wurde bis zu einer Dicke von 150 nm auf einem PI-Substrat (Polyimid-Substrat) einer Dicke von 75 µm unter Verwendung einer HF-Magnetronsputtervorrichtung unter Bedingungen von 5 mTorr, Ar 60 sccm und 02-Partialdruck von 0% bei einer Leistung von 150W für 40 Minuten abgeschieden, und ein ZrO2-Dünnfilm wurde bis zu einer Dicke von 10 nm darauf mit einer Leistung von 150 W für 3 Minuten abgeschieden. Dann wurde, um eine hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit auf Grundlage einer Verbesserung einer Defektdichte innerhalb des Dünnfilms bestätigen, eine Hochdruck-Wärmebehandlung unter Verwendung eines O2-Gases bei 300°C und bei 30397,5 hPa (30 atm) für eine Stunde durchgeführt. Die Querschnittsfläche des somit erzeugten Dünnfilms ist in 1a gezeigt.
  • Beispiel 2: Dünnfilm aus Pl-Substrate (75 µm) / ZrO2 (150 nm) / SiO2(10 nm)
  • Ein Dünnfilm wurde unter den gleichen Bedingungen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 mit Ausnahme, dass stattdessen eine Hochdruck-Wärmebehandlung unter Verwendung eines N2-Gases bei 300°C und bei 30397,5 hPa (30 atm) für eine Stunde durchgeführt wurde, erzeugt.
  • Beispiel 3 (nicht erfindungsgemäß): Dünnfilm aus PI-Substrate (75 µm) / Al2O3 (70 nm)
  • Eine Probengröße war 4 cm * 4 cm, und ein Al2O3-Dünnfilm wurde bis zu einer Dicke von 70 nm auf einem PI-Substrat einer Dicke von 75 µm unter Verwendung einer ALD-Vorrichtung bei 100°C abgeschieden. Dann wurde eine Hochdruck-Wärmebehandlung unter Verwendung eines O2-Gases bei 30397,5 hPa (30 atm) bei 50°C durchgeführt. Die Querschnittsfläche des somit erzeugten Dünnfilms ist in 1b gezeigt.
  • Beispiel 4 (nicht erfindungsgemäß): Dünnfilm aus PI-Substrate (75 µm) / Al2O3 (70 nm)
  • Ein Dünnfilm wurde unter den gleichen Bedingungen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 3 mit Ausnahme, dass stattdessen eine Hochdruck-Wärmebehandlung unter Verwendung eines N2-Gases bei 50°C und bei 30397,5 hPa (30 atm) für eine Stunde durchgeführt wurde, erzeugt.
  • Vergleichsbeispiel 1: Dünnfilm aus PI-Substrate (75 µm) / ZrO2 (150 nm) / SiO2 (10 nm)
  • Ein Dünnfilm wurde unter den gleichen Bedingungen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 mit Ausnahme, dass stattdessen eine Wärmebehandlung bei 300°C für eine Stunde durchgeführt wurde, erzeugt.
  • Vergleichsbeispiel 2: Dünnfilm aus PI-Substrate (75 µm) / Al2O3 (70 nm)
  • Ein Dünnfilm wurde unter den gleichen Bedingungen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 3 mit Ausnahme, dass stattdessen eine Wärmebehandlung bei 300°C für eine Stunde durchgeführt wurde, erzeugt.
  • Testbeispiel 1: Messung der Wasserdampfdurchlässigkeit (WVTR)
  • Eine jeweilige Wasserdampfdurchlässigkeit (WVTR) der in Beispielen 1 bis 4 und Vergleichsbeispielen 1 bis 3 erzeugten Dünnfilme wurde mittels der folgenden zwei Methoden gemessen und Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt.
  • Messung der WVTR unter Verwendung einer Wasserdampfdurchlässigkeit-Messvorrichtung: WVTR wurde bei einer Temperatur von 37,8 °C und bei einer Luftfeuchtigkeit von 100% unter Verwendung einer MOCON-Vorrichtung gemessen.
  • Messung unter Verwendung einer Ca-Test-Methode: WVTR wurde mittels einer Ca-Test-Methode, wobei die Zeit, während welcher ein Ca-Metall-Pad mit Feuchtigkeit reagierte und ein Widerstand den Wert 0 erreichte, gemessen wird. Die Ca-Test-Methode wurde bei einer Temperatur von 85°C und bei einer Luftfeuchtigkeit von 85% durchgeführt. Die Messung wurde für eine Probe mit einer verringerten Größe von 2 cm * 2 cm durchgeführt. TABELLE 1 Messergebnisse einer Wasserdampfdurchlässigkeit unter Verwendung der Messvorrichtung
    Typ Gas Druck Temperatur WVTR (g / m2*Tag)
    PI / SiO2/ ZrO2 Beispiel 1 O2 30397,5 hPa (30 atm) 300°C 22,607
    PI/ Al2O3 Beispiel 3 O2 30397,5 hPa (30 atm) 50°C 5,931
    Beispiel 4 N2 30397,5 hPa (30 atm) 50°C 0,377
    PI / SiO2/ ZrO2 Vergleichsbeispiel 1 - - 300°C 26,738
    Pl / Al2O3 Vergleichsbeispiel 2 - - 300°C 6,436
  • Beispiel 1, bei welchem eine Hochdruck-Wärmebehandlung unter Verwendung eines O2-Gases auf einen PI/SiO2/ZrO2-Dünnfilm angewendet wurde, zeigte eine Verbesserung der WVTR von 15,4% im Vergleich mit Vergleichsbeispiel 1.
  • Beispiel 3, bei welchem eine Hochdruck-Wärmebehandlung unter Verwendung eines O2-Gases auf einen PI/Al2O3-Dünnfilm angewendet wurde, zeigte außerdem eine große Verbesserung der WVTR im Vergleich mit Vergleichsbeispiel 2. Beispiel 4, bei welchem N2-Gas als Inertgas verwendet wurde, zeigte im Vergleich mit Beispiel 3, welches O2 verwendet, eine große Verbesserung der WVTR von 94% oder höher.
  • Außerdem kann beim Vergleichen von Beispiel 4 mit Vergleichsbeispiel 2 gesehen werden, dass die verbesserte WVTR sogar bei einer relativ niedrigen Temperatur von 50°C erhalten werden konnte, nicht aber bei einer konventionellen hohen Wärmebehandlungstemperatur von 300°C.
  • Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung schafft somit einen Barrierefilm, der eine exzellente Feuchtigkeitsbeständigkeit aufweist, sogar bei einer niedrigen Bearbeitungstemperatur / Prozesstemperatur. Tabelle 2 Messergebnisse unter Verwendung der Ca-Test-Methode
    Typ Gas Druck Temperatur WVTR (g / m2*Tag)
    PI / Al2O3 Beispiel 4 N2 30397,5 hPa (30 atm) 50°C 1,09 × 10-2
    PI / Al2O3 Vergleichsbeispiel 2 - - 300°C 9,12 × 10-2
  • Beispiel 4, das N2, welches ein Inertgas ist, verwendet, zeigte eine Verbesserung der WVTR von 88% oder mehr im Vergleich mit Vergleichsbeispiel 2.
  • Testbeispiel 2: Transmissionsmessung
  • Um eine Filmtransmissionsgrad von 90% oder mehr für die in Beispielen 1 bis 4 und Vergleichsbeispielen 1 bis 2 erzeugten Dünnfilme festzustellen, wurde ein Transmissionsgrad in Abhängigkeit vom Wellenlängenbereich, der sich von 200 bis 900 nm erstreckt, analysiert unter Verwendung eines UV/VIS-Spektrophotometers (V-650). Die hierin verwendete Probe hatte eine verringerte Größe von 2 cm * 2 cm. Ferner sind Transmissionsgrad-Messergebnisse in 2a und 2b gezeigt. 2a zeigt Transmissionsgrad-Messergebnisse von Beispielen 1 bis 2 und Vergleichsbeispiel 1, und 2b ist ein Diagramm, welches Transmissionsgrad-Messergebnisse von Beispielen 3 bis 4 und Vergleichsbeispiel 2 zeigt.
  • Wie aus den in 2a und 2b gezeigten Ergebnissen gesehen werden kann, erfüllen die Beispiele 1 bis 4 gemäß der vorliegenden Erfindung sogar nach einer Hochdruck-Wärmebehandlung einen Transmissionsgrad von 90% oder mehr in einem Bereich sichtbaren Lichts. Es kann folglich gesehen werden, dass Hochdruck-Wärmebehandlung-Bedingungen den Transmissionsgrad in einem Bereich sichtbaren Lichts nicht beeinflusst haben.
  • Mit der vorliegenden Erfindung können folglich Barrierefilme mit exzellenter Feuchtigkeitsbeständigkeit sogar bei einer niedrigen Bearbeitungstemperatur / Prozesstemperatur erhalten werden, indem simultan thermische Energie und Druckenergie auf Oxidbarrierefilme (z.B. auf die Oxiddünnschichten des Barrierefilms) aufgebracht werden. Ferner werden flexible Substrate, die in konventionellen Barrierefilmen verwendet werden, bei hohen Temperaturen verformt und verschlechtert (z.B. beschädigt), wohingegen die vorliegende Erfindung eine Herstellung von Barrierefilmen bei relativ niedriger Temperatur bereitstellt, womit eine freiere Auswahl von flexiblen Substraten für die Barrierefilme ermöglicht wird und ein erweiterter Anwendungsbereich des Felds der flexiblen Barrierefilme geboten wird.
  • Wie aus dem vorstehenden ersichtlich ist, wird im Vergleich mit einem konventionellen Herstellungsverfahren eines Barrierefilms mittels eines konventionellen Wärmebehandlungsprozesses das Herstellungsverfahren eines Barrierefilms gemäß der vorliegenden Erfindung mit geringen Kosten mittels einer niedrigen Temperatur durchgeführt, wodurch die Produktionseffizienz verbessert wird, ein hoher Transmissionsgrad von 90% oder mehr innerhalb eines Bereichs sichtbaren Lichts sichergestellt wird und die Feuchtigkeitsbeständigkeit verbessert wird. Dementsprechend wird der mittels des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellte Barrierefilm weitreichend als ein Barrierefilm zum Verpacken (z.B. Verkapseln) von Solarzellen verwendet.

Claims (2)

  1. Verfahren des Verpackens einer Solarzelle, aufweisend: Vorsehen eines Barrierefilms auf der Solarzelle, wobei der Barrierefilm hergestellt wird durch (a) Bilden eines Oxiddünnfilms auf einem Substrat mittels Abscheidung, und (b) Hochdruck-Wärmebehandeln des Oxiddünnfilms unter Verwendung von N2, O2 oder einem Mischgas daraus bei einer Temperatur von von 50 bis 500°C und bei einem Druck von von 10132,5 hPa (10 atm) bis 50662,5 hPa (50 atm), und wobei der Oxiddünnfilm durch sequentielles Abscheiden von SiO2 und ZrO2 auf dem Substrat mittels Sputter-Abscheidung gebildet wird.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Hochdruck-Wärmebehandlung des Schritts (b) für von 30 Minuten bis 3 Stunden durchgeführt wird.
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