JP2001513264A - 耐候性及び耐食性の層構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 少なくとも１つの腐食及び／又は湿分感応性の層を有する層構造体、例えば太陽電池の耐候性及び耐食性の包接のために、前記の層の上に遮断層が配置されている。このために、窒化チタン又は窒化モリブデン、酸化アルミニウム、窒化珪素及びオキシ窒化珪素からなる薄層が提案されている。遮断層は、太陽電池について公知の付加的な積層構造体と組み合わせることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 耐候性及び耐食性の層構造体 本発明は、支持体上に配置された少なくとも１つの湿分及び／又は腐食感応性 の層、殊に光学的及び／又は電気的に活性の薄層を有する層構造体に関するもの である。前記の層は、例えば光学的又は電気的構成部材中に存在している。これ についての例は、放射線感応性構成部材、例えば検出器、太陽電池又はソーラー モジュール又は光電子構成部材、例えば表示装置及び殊にＬＣＤスクリーンであ る。 市場で問われる品質の要求を充足するために、ソーラーモジュールは、一連の 異なる試験方法を首尾よく通過しなければならない。前記の方法の１つは、蒸気 −熱−気候試験であり、ソーラーモジュールの耐候性を検査することになる。こ の場合、公知の基準ＩＥＣ１２１５によれば、前記モジュールは、就中、８５℃ の温度及び８５％の相対空気湿分に１０００時間さらされる。 ホウ素ドーピングした酸化亜鉛電極層を有する積層したソーラーモジュールは 、前記試験法の場合、並はずれて著しい性能低下を示し、気候試験後に、許容で きない著しい効率低下を示す。これについての主たる責任は、高められた温度で の水蒸気に比べてホウ素ド ーピングしたＣＶＤ酸化亜鉛層の導電性に関連する不安定さにある。試験電極を 備えた積層した酸化亜鉛層のみからなる試験積層物について示すことができたよ うに、試験よれば、前記の層の面積抵抗率の１０³倍を上回る増大は、１ｋΩ／ 平方を上回る値に増大する。しかしながら、ソーラーモジュールの場合の高いフ ィルファクターの達成のためには、１０Ω／平方を下回る値が必要とされる。こ れは、粘着シート及び場合により第二のガラスディスクを用いる積層構造を有す る簡単な包接によって達成することができる。 他の気候及び腐食感応性成分は、銅−インジウム（ガリウム）ジセレニド（Ｃ ＩＧＳ）からなる薄層−ソーラーモジュールの場合に存在する。この場合、吸収 体は、保護されていないか又は従来の積層構造体でのみ被覆されて気候試験条件 にさらされている表面で性能低下現象を示す。モリブデンからなる逆電極に接し て、ＣＩＧＳ吸収体層に対する境界面で付加的な気候に左右されない性能低下が 生じる。 積層中、殊にソーラーモジュール中への湿分の浸入拡散を阻止する１つの方法 は、湿分のための拡散路の区間の延長にある。１５ｃｍを上回る十分に幅広の縁 部を有する積層物の場合、ホウ素ドーピングした酸化亜鉛層の性能低下を十分に 遅らせることができる。しかしながら、かかる幅広の縁部は、ソーラーモジュー ルの場合、不活性のモジュール表面の割合が大きいの で許容できない。 本発明の課題は、簡単で、付加的な仕上げの高すぎる費用を必要とせずに製造 でき、かつ前記の試験条件並びに従来の使用の際に比して高められた安定性を有 する湿分及び／又は腐食感応性の層構造体を記載することである。 前記課題は、本発明によれば、請求項１による層構造体によって解決される。 本発明の有利な実施態様並びに該層構造体の製造のための方法は、他の請求項に より明らかである。 驚異的なことに、湿分及び／又は腐食感応性の層は、付加的かつ直接層の上に 施与された遮断層によって、簡単な方法で、気候及び殊に湿分又は腐食に制限さ れた性能低下から保護できることが判明した。前記の付加的な遮断層を用いた場 合、例えば、冒頭に記載した蒸気−熱−気候試験を、記載するに足る効率低下及 び目に見える腐食損傷なしに合格する薄層ソーラーモジュールを得ることができ る。 本発明の１つの実施態様の場合、層構造体は、電気的又は光学的構成部材の一 部であり、該構成部材は、遮断層が蒸気遮断及び／又は腐食保護作用を有するが 、この場合、構成部材の光学活性部分及び／又は電位差で作動する部分は、電気 的絶縁性の遮断層で覆われており、これとは異なり、電位差のない層は、導電性 の遮断層で覆われている。 本発明の範囲内での湿分及び／又は腐食感応性の層は、薄層又は厚膜として施 与されていてもよく、非晶質、多結晶質又は金属性の、支持体に結合した層であ る。 本発明の１つの有利な実施態様の場合、付加的な遮断層は、酸化アルミニウム Ａｌ₂Ｏ₃、窒化珪素Ｓｉ₃Ｎ₄、窒化チタンＴｉＮ、窒化モリブデンＭｏＮ及びオ キシ窒化珪素ＳｉＯ_xＮ_yから選択されている薄層である。前記の薄層は、層構造 体自体が薄層構造体である場合には、簡単かつ安価に製造することができ、湿分 又は腐食感応性の層もしくは前記の層を有する層構造体又は構成部材の製造プロ セスに簡単に組み込むことができる。 従って、本発明による層構造体の製造には、付加的な装置が必要とされない。 遮断層は、被覆された層の機能に適合されており、例えば光学的に透明、導電性 又は絶縁性であるので、該遮断層は、層構造体にマイナスの影響を示すことはな い。該遮断層は、層構造体を有する光学的又は電気的構成部材の運転を損なうこ とはなく、その性質を劣化させることもない。 前記の薄層遮断層は、緊密、即ち、無孔で、光学的に透明かつエッジ被覆され た層として、公知の方法で析出させることができる。前記の層を製造することが できる緊密性もしくは無孔性に応じて、完全な湿分及び／又は腐食保護を保証す るためには、厚さ１００ｍ ｎの遮断層で既に十分であり得る。より厚い遮断層も、勿論可能であるが、しか し必須というのではない。完全に無孔ではないか又は完全に均一ではないか又は 良好でないエッジ被覆の遮断層につながらない析出プロセスの場合、有利により 大きな層厚が選択される。層構造体上に高い段状形態が存在している場合には、 遮断層の良好なエッジ被覆のために層厚は約２μｍまでに選択される。 良好なエッジ被覆は、ＣＶＤ法を用いて達成される。できるだけ低い析出温度 での少ない層厚の緊密並びに良好なエッジ被覆の遮断層の製造には、プラズマ促 進したＣＶＤ法が特に有利である。 該遮断層は、多くの場合、電気的又は光学的機能層として使用される材料上に 、良好な付着を示している。場合により、付加的に付着仲介層を必要とすること がある。 本発明による層構造体は、１つ又は任意の多数の層を包囲する従来の層構造体 に対する付加的な層としての遮断層を有するので、更に、従来の被覆、例えば積 層構造体で被覆されていてもよい。ソーラーモジュールの場合、殊に積層品であ るが、これは、少なくとも更に１つのプラスチック層並びに場合により保護シー ト及び／又はガラスからなるカバーディスクを含むものである。有利に、プラス チック層は、溶融粘着層であるが、その上に更にカバーシート及び場合によりガ ラスディスクが積層されている。別の構成部材は、遮断層の上に付加的又は選択 的に別のカバー、例えば注型樹脂層又はその他の注型材料で被覆されているか又 は包囲されていてもよい。 宇宙空間に適するもしくは宇宙空間でのみ使用する太陽電池のための本発明の 使用の場合、遮断層は、太陽電池の保護のための最上層及び被覆層として十分で ある。 本発明による遮断層は、殊に積層構造体に適しているが、これは、該遮断層が 、従来このために使用していた溶融粘着層の上もしくは下に良好な付着力を有し ているからである。溶融粘着シート、ひいては積層構造体全体の良好な付着力は 、層構造体と積層品との間もしくは遮断層と積層品との間の境界面に沿って浸入 拡散を阻止する付加的に改善された封止につながる。 本発明による層構造体の場合、遮断層は、エッジ被覆して、表面全体が側壁面 を含めて被覆されているように、保護すべき層の上に配置されている。感応層の 側面では、遮断層は、耐候性層で隔離されている。前記の層は、湿分及び／又は 熱くて湿った周囲環境に対して気密であり、かつ該層中に、より長い暴露の後に も、腐食又はその他の不利な変化を全く示さない。 有利に、該遮断層は、湿分感応性薄層を上からと横から包囲し、かつ下方エッ ジの該遮断層に接して、例えばガラスからなる支持体、金属層又は不動態層で遮 断されている。不動態層は、同様に遮断層であってもよい。既に遮断層について 記載した材料とともに、更に、特別な仕様のためには、酸化珪素も適している。 窒化チタン及び窒化モリブデンは、導電性に調節することができ、更に特に硬く 、かつ耐引掻性である。従って、特に金属性で、従って、殊に薄層構造部材用の 下方電極としで使用されるのと同様に原理的に腐食感応性の電極層用の不動態層 として適している。全ての前記層の上では、遮断層が、良好な付着力を示し、前 記の層に対して湿分を漏らさず、かつ化学的に安定性の境界面を形成する。 本発明の１つの実施態様の場合、層構造体は、少なくとも２個の電極を有する 電気的構成部材であるが、この場合、１つの電極は、直接支持体上に配置された 電極層から形成されている。前記の電極層は、前記の電極の製造のためにパター ン化されていてもよく、ひいては、殊に集積して連続包囲した薄層ソーラーモジ ュールに適しているような電極構造体であってもよい。 付加的に、必要とされる電極構造体のためには、少なくとも２個の電極のため の電気的接続が、前記の下方電極層から形成されていてもよく、側面で構造部材 の領域から引き出すこともできる。前記の配置の１つには、この配置が、例えば はんだ付けされた電気的接続を有する従来の配置と比べて、特に平坦であり、付 加的な構造段なしに形成することができるという利点がある。これは、本発明に よる遮断層を用いるエッジ被覆性カバーを容易にしている。 この場合、遮断層の下方で構成部材の層構造体から引き出され、かつ第一の電 極層から形成された電気的接続は、耐腐食性金属からなるものであってもよい。 しかしながら有利に、該電気的接続は、前記の導電性不動態層、殊に窒化チタン 又は窒化モリブデン層で被覆されている。不動態層は、下方電極層を完全に被覆 し、かつこれに相応してパターン化することができる。また、下方電極層を、専 ら電気的接続の領域でのみ不動態層で被覆し、殊に遮断層の下から接続の碍子の 領域でのみ被覆することも可能である。 本発明のもう１つの有利な実施態様は、既に記載したＣＩＧＳ薄層ソーラーモ ジュールに関するものである。例えばドイツ連邦共和国特許第４４４２８２４号 Ｃ１明細書から公知であるように、ＣＩＧＳ吸着体層中には、太陽電池の最大出 力のために、定義されたアルカリ含量が必要とされている。ガラス支持体の使用 の際にＣＩＧＳ吸着体層の定義されたアルカリ含量は、アルカリ遮断層を用いて のみ、直接ガラス支持体上又は逆電極層上で達成することができるので、前記の 遮断層には、有利に、本発明により不動態層として形成された遮断層を、接地電 極もしくは逆電極上で使用することができる。窒化チタン又は窒化モリブデンか らなる遮断層を、同時に外側に向かって導かれる電気的接触のための不動態層と して並びに下方電極全体のための遮断層として使用することもできる。これは、 太陽電池上の付加的な遮断層に対して、特に良好な付着力を有しており、ひいて は、遮断層に対して特に良好かつ緊密な境界面を形成している。 以下に、耐候性の薄層配置の本発明による方法を、実施例及びこれに属する８ 枚の図面に基づき詳細に説明する。 図１は、気候感応性薄層を有する試験配置を通る略図的断面図を示している。 図２〜５は、耐候性の層配置を通る略図的断面図を示している。 図６は、略図的横断面図に基づき、遮断層の施与の前の分離継目を有する層配 置を示している。 図７及び８は、略図的横断面図に基づき、連続包囲した薄層太陽電池による本 発明の特別な使用を示している。 図１は、試験構造体として使用する、公知の包接物を有する薄層配置を示して いる。厚さ２ｍｍの窓ガラス板（ソーダ石灰ガラス）からなる支持体１の上に、 ＣＶＤ法を用いて、厚さ１．５μｍのホウ素ドーピングした酸化亜鉛層２を、包 囲する辺縁部で支持体１が露出したままであるように施与する。こうして、重な った２つの面に、金属性の接触ストリップ３を、酸化亜鉛層２の面積導電性を確 実に測定できるように溶接する。次に、この上に従来の積層構造体５を、例えば 約１６０℃での厚さ約０．５ｍｍのＥＶＡシートの積層によって製造する。該積 層構造体は、支持体とともに、薄層配置の側面に１ｃｍの重なり領域を有してい る。 次に、前記の試験構造体を、８５℃で１０００時間、湿度８５％の雰囲気にさ らす。この場合、ホウ素ドーピングした酸化亜鉛層の層抵抗は、気候試験の後に 、これまでに知られていない理由から、２〜３倍程度の大きさに上昇しているこ とを示している。 次に、図２は、この場合にもまた、支持体１の上に配置されたホウ素ドーピン グした酸化亜鉛層２と、その上に施与された電極ストリップ３とを試験構造体と して使用する第一の本発明による構造体を示している。次に、本発明によれば、 前記の配置の上に、遮断層４を施与する。施与のために、実施例中では、プラズ マ−ＣＶＤ法を用いているが、これは、例えば２００〜３００℃の低い処理温度 で実施可能である。例えば、遮断層４は、厚さ約０．５〜２μｍ、殊に０．８μ ｍの窒化珪素から、２００℃でプラズマ−ＣＶＤ法により析出させられる。遮断 層の析出は、薄層２が、完全に遮断層４で被覆されているように行う。また、同 様の方法を用いて、同様に電気的に絶縁性のＡｌ₂Ｏ₃ 及びＳｉＯ_xＮ_y層を遮断層として使用することもできる。その上に、既に図１の 場合に記載したように、積層構造体５を施与する。 本発明による薄層配置は、検出可能な性能低下もなく、また、薄層の当初の面 積導電性が減少することもなく、気候試験に合格する。前記のパラメータは、説 明したように、湿分の作用の検出のための卓越したゾンデであるので、前記の測 定結果は、本発明による包接物の高い有効性を示している。 図３は、略図的横断面図で、層構造体を示しているが、この場合、湿分感応性 層及び殊に薄層２は、支持体１上で、下方電極３ａと上方電極３ｂとの間に配置 されている。付加的な段状形態を回避し、かつできるだけ平坦な配置を達成する ために、電気的接続６が設けられているが、これは、支持体上で下方電極層３ａ のパターン化によって直接形成されている。電気的接続６を介して下方電極３ａ が接触させられているのに対して、上方電極３ｂは、電気的接続６’と接続して いるが、これは、構造線によって下方電極３ａから電気的に絶縁されている。次 に、前記の配置の上に、上方電極３ｂ及び薄層２を完全に被覆する遮断層４を施 与する。遮断層のマスキング施与又は事後のパターン化によって、電気的接続６ 及び６’は露出し、遮断層４によって被覆されていない。 図１又は２に相応する積層構造体５の施与によって 、この場合に記載された構成部材の気密の包接を強化することができる。この場 合、実施例中では、電気的接続６及び６’に積層物がない。この薄層構成部材は 、例えば太陽電池であってもよい。 図４は、本発明のもう１つの実施態様を示している。これは、下方電極層３ａ が、パターン化の前に、完全に金属導電性不動態層７で被覆されていることによ って、図３に記載の実施態様とは異なっている。この別の構造体は、図３に基づ き記載した実施例に対応している。 こうして、例えば腐食感応性金属からなっていてもよい下方電極層は、導電性 不動態層７によって、同様に湿分及び別の外的腐食促進作用から保護されている ことが達成される。 前記の配置は、例えばガラス支持体１、モリブデン逆電極３ａ、窒化チタン又 は窒化モリブデン不動態層７、半導体移行部を有する薄層２を有するＣＩＧＳ吸 着体層並びに上方電極３ｂ、例えばホウ素ドーピングした酸化亜鉛電極を含むＣ ＩＧＳ−太陽電池中で実現されている。遮断層４は、ＣＶＤ法又はプラズマＣＶ Ｄ法によって施与された酸化アルミニウム、窒化珪素又はオキシ窒化珪素からな る薄層である。 図５による実施例は、下方電極層３ａが、電気的接、続６及び６’の領域での み、導電性不動態層７及び７’で被覆されでいるということによって、図４に基 づ き記載した実施例とは異なる。更に、該不動態層を、下方電極層３ａのパターン 化の前に直接マスキングして施与するか又は全面的に施与し、引き続きパターン 化してもよい。しかしながらまた、不動態層７及び７’を、薄層２の施与後もし くは上方電極層３ｂの施与後に製造することも可能である。 全ての場合に、不動態層を、薄層法、例えば反応性スパッタリング又はプラズ マ促進ＣＶＤ法を用いて析出させるか又はスパッタさせている。窒化チタン層に ついては、例えば１００〜１５０ｎｍの層厚で十分である。 図６は、略図的横断面図に基づく、２つの電極３ａと３ｂとの間に配置された 薄層２を、耐候性層に達する２つの分離継目８を用いてパターン化し、引き続く 遮断層４の施与（記載されていない）によって分離継目８中に気密の遮断もしく は遮断層の下に存在する耐候性の層上での遮断層の気密の付着を達成するための 方法を示している。図６による実施例の場合、不動態層７は、下方電極３ａの上 で耐候性層として用いられている。しかしながら、分離継目８中で、例えばガラ スからなる支持体１又は耐食性の電極層３ａを露出させることも可能である。前 記の場合、不動態層７の全面的な施与を取りやめることができる。 図７及び８は、略図的横断面図に基づく、薄層構造における連続包囲した太陽 電池を集積したソーラーモ ジュールによる本発明の別の実施態様を示している。該太陽電池は、例えば支持 体１の上に施与されており、かつ下方電極３ａ、半導体構造体を有する薄層２及 び上方電極３ｂを有している。該太陽電池は、例えばストリップ状にパターン化 されているが、この場合、下方電極３ａのそれぞれ隣接するストリップ状物の上 へのストリップ状の上方電極３ｂの降下によって、それぞれ隣接するストリップ 状の太陽電池を有する連続包囲が達成されている。 図７中に記載した薄層太陽電池配置の製造のためには、３つのパターン化工程 が必要とされている。第一のパターン化工程は、下方電極３ａのパターン化に用 いられており、第二のパターン化工程は、半導体層（薄層）２のパターン化に用 いられており、第三のパターン化工程は、上方電極３ｂの分離のために用いられ ている。最後に挙げたパターン化工程は、半導体層（薄層２）又は下方電極層３ ａを露出させている。座、下方電極３ａにまで達するパターン孔ｐ３が記載され ている。 次に、図８は、パターン孔Ｐ３がエッジを被覆する遮断層４の施与によって充 填され、成長によって平坦化されている様子を示している。この場合、遮断層４ は、平面上に施与されており、該平面は、層構造体を全面的に覆っており、かつ 電気的接続６及び６’をも包囲している。次に、電気的接続６及び６’の上で、 例えば金属ストリップ状物９のはんだ付けによって外側の電気的接触が可能にす るために、遮断層４を部分的に再度除去することができる。 はんだ位置が損傷していないままであるように、析出温度に関連する遮断層４ の析出条件を選択する限り、本発明のもう１つの態様の場合、遮断層は、金属ス トリップ状物９のはんだ付け後にも、はんだ位置が、遮断層４で一緒に被覆され ているように生じる。こうして、下方電極３ａのための不動態層（７）は不要に できる。本発明を用いた場合、気候及び腐食感応性の層を有する任意の層構造体 及び殊に大面積の薄層配置の耐候性及び耐食性の包接が達成される。これは、殊 に太陽電池の気密の包接に適しているが、しかし勿論、これに限定されるもので はない。本発明は、殊に熱い及び／又は湿った環境にさらされる薄層配置に適し ている。これは勿論、通常、前記の腐食を促進する環境条件にさらされていない 層構造体にも当てはまる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨルク リマッシュ ドイツ連邦共和国 Ｄ―01099 ドレスデ ン ベティーナシュトラーセ 19 (72)発明者 ヴァルター シュテッター ドイツ連邦共和国 Ｄ―89257 イラーテ ィッセン アム リヒトアッカー 13 (72)発明者 ヘルマン カルヴァー ドイツ連邦共和国 Ｄ―80634 ミュンヘ ン シュールシュトラーセ 37

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光学的及び／又は電気的に活性であり、かつ支持体（１）の上に配置されて いる層構造体において、 − 少なくとも１つの腐食及び／又は湿分感応性の層（２）； − 電極層（３；３ａ；３ｂ）；及び − Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＴｉＮ、ＭｏＮ又はＳｉＯ_xＮ_yからなる薄層である 少なくとも１つの遮断層（４） を含み、少なくとも１つの腐食及び／又は湿分感応性の層（２）及び電極層（ ３；３ａ；３ｂ）が遮断層（４）と支持体（１）との間に存在するように支持体 （１）の上に配置されていることを特徴とする層構造体。 ２．遮断層（４）の上に少なくとも１つのプラスチック層を有する積層構造体（ ５）が配置されている、請求項１に記載の層構造体。 ３．遮断層（４）が気密でエッジ部を覆っているように形成されている、請求項 １又は２に記載の層構造体。 ４．遮断層（４）が、腐食及び／又は湿分感応性の層（２）を含む構造の側では 、支持体（１）、金属層又は不動態層（７）で終わっている、請求項１から３ま でのいずれか１項に記載の層構造体。 ５．電気的又は光学的構造部材の一部であり、 構造部材の光学活性及び／又は電位差を有する作動部分が絶縁性の蒸気遮断又 は腐食保護の層で覆われており、 層に電位差が無く導電性の蒸気遮断又は腐食保護の層で覆われている、請求項 １から４までのいずれか１項に記載の層構造体。 ６．下方電極層（３ａ）が少なくとも電気的接続（６、６’）の量域で、導電性 の遮断又は不動態層（７）で覆われている、請求項１から５までのいずれか１項 に記載の層構造体。 ７．太陽電池又はソーラーモジュールとして形成されている、請求項６に記載の 層構造体。 ８．耐候性及び耐食性の層構造体を製造するための方法において、 − 支持体（１）上での熱及び／又は湿分感応性層（２）の析出； − 支持体（１）上での電極層（３；３ａ、３ｂ）の析出； − ＭｏＮ、ＴｉＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄又はＳｉＯ_xＮ_yからなり、厚さ１０ ０ｎｍから２μｍを有し、熱及び／又は湿分感応性層（２）及び電極層（３；３ ａ、３ｂ）が、支持体（１）と遮断層（４）との間に存在しているように支持体 （１）の上に配置されている薄層であるエッジ部を覆う遮 断層（４）の析出 の工程を含むことを特徴とする、耐候性及び耐食性の層構造体の製造法。 ９．遮断層（４）を、プラズマ保護されていてもよいＣＶＤ法で析出させる、請 求項８に記載の方法。 １０．− 薄層（２）中で、まず、中で薄層構造体の耐候性層の表面が露出させ られている、包囲して完結した分離継目（８）を製造し、 − 薄層（２）の場合には、表面的に及び全ての側エッジを遮断層（４）で、 遮断層が分離網目中で耐候性層の表面で終わっているよう覆われている、請求項 ８又は９に記載の方法。 １１．遮断層（４）の上に、更に、少なくとも１種のプラスチック層を有する積 層構造体（５）が施与されている、請求項８から１０までのいずれか１項に記載 の方法。 １２．太陽電池及びソーラーモジュールの耐候性の包接のための請求項８から１ １までのいずれか１項に記載の方法の使用。