KR20110129485A - 광전자 디바이스 - Google Patents

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KR20110129485A
KR20110129485A KR1020117024827A KR20117024827A KR20110129485A KR 20110129485 A KR20110129485 A KR 20110129485A KR 1020117024827 A KR1020117024827 A KR 1020117024827A KR 20117024827 A KR20117024827 A KR 20117024827A KR 20110129485 A KR20110129485 A KR 20110129485A
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barrier
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KR1020117024827A
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제프리 이. 보네캠프
미셸 엘. 보벤
라이언 에스. 개스턴
Original Assignee
다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
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Abstract

본 발명은, 광전자 디바이스에 관한 것으로, 이는, 광을 전기로 전환시키거나 전기를 광으로 전환시키는 활성 부분(상기 활성 부분은 광의 투과를 위한 전면과, 상기 전면의 반대편의 배면을 갖는다), 상기 활성 부분에 또는 상기 활성 부분으로부터 전기를 수송하기 위해 상기 활성 부분에 연결된 적어도 2개의 전기 리드들, 및 상기 활성 부분을 둘러싸고 있으며, 상기 적어도 2개의 전기 리드들이 관통하는 인클로저를 포함하고, 여기서 기밀 밀봉된 상기 인클로저는, 상기 활성 부분의 전면에 위치한, 광의 투과를 허용하는 장벽 재료, 상기 활성 부분으로의 또는 상기 활성 부분으로부터의 광의 투과를 방해하지 않도록 배치된 하나 이상의 게터 재료, 및 상기 게터 재료에 연결된 연속 갭 경로(여기서, 상기 경로는 상기 활성 부분과 상기 장벽 재료 사이에 배치된다)를 포함한다.

Description

광전자 디바이스 {Optoelectronic device}
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2009년 3월 23일자로 출원된 미국 가특허원 제61/162,398호의 이권을 청구하며, 상기 출원은 그 전문이 본 명세서에 참조로 인용된다.
본 발명은 미국 에너지부에 의해 체결된 약정서 DE-FC36-07G01754하에 미국 정부 지원으로 성취되었다. 미국 정부는 본 발명에서의 특정 권리를 갖는다.
기술분야
본 발명은 광전자 디바이스 내의 활성 물질들의 성능을 열화시킬 수 있는 물질들에 대해 내성을 갖도록 고안된 광전자 디바이스에 관한 것이다.
광전자 디바이스는 활성 물질이 광 에너지를 전기로 전환시키거나 전기를 광 에너지로 전환시키는 디바이스이다. 특정 광전자 디바이스의 경우, 상기 활성 물질은 대기 중에서 발견되는 성분들에 매우 민감하다.
예를 들면, 구리 인듐 디셀레나이드(CIS) 또는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS)를 사용하는 태양광발전 전지(photovoltaic cell)는 습기에 민감한 것으로 공지되어 있다. 특정 유기 발광 다이오드 역시 대기에 민감한 것으로 공지되어 있다. 상기 디바이스들은 이러한 대기에 노출되는 것을 억제 또는 예방하기 위해 종종 밀폐된다.
통상적으로 다중층 광전자 디바이스는, 일반적으로 전면(front side)이라 불리는 투명 기판 바로 위에 형성된 활성 층들 또는 부분들을 갖는다. 이들 디바이스 중 대다수는 유리를 투명 기판으로서 사용하여 제조되어 왔다. 유리는 뛰어난 장벽 특성(barrier property)을 갖고, 금속 호일로 구성된 라미네이트와 같은 다수의 배면 층들도 유사하게 양호한 장벽 특성을 갖기 때문에, 통상적으로 포장 용기의 면들(side)의 경계면 또는 갭(gap)에서의 물 또는 산소의 침입에 관심이 집중되어 왔다. 이러한 잠재적 누출을 수용하기 위해, 상기 활성 층의 면 또는 후방에 게터(getter)를 사용하는 것이 제안되어 왔다(게터는 종종 스캐빈저라고도 불리우며, 미량의 불순물들 또는 바람직하지 않은 성분들을 소모시키거나 불활성화시키기 위해 시스템에 첨가되는 물질이다). 또한, 이들 디바이스는 때때로 상기 활성 층의 면들 또는 후방에 갭 또는 빈 공간을 갖는다.
더욱 최근에는 이들 디바이스들의 중량을 감소시키고 가요성을 증가시키고자 하는 움직임이 존재해 왔다. 이에 따라, 사람들은 유리를 각종 투명 중합체성 장벽 기판들로 대체하는 것을 연구해 왔다.
발명의 요약
본 발명자들은, 상기 유리 대체 재료들은 기능을 유지시키기에는 불충분한, 특정한 환경적 성분들로부터의 보호를 제공한다는 것을 발견하였다.
따라서, 본 발명자들은, 가요성이지만 유리보다는 덜 효과적인 장벽일 수 있는 장벽 재료들의 사용을 여전히 허용하면서도 광전자 디바이스의 양호한 내구성을 제공하는 구조물을 발명하였다.
구체적으로, 본 발명은, 광전자 디바이스에 관한 것으로, 이는
a) 광을 전기로 전환시키거나 전기를 광으로 전환시키는 활성 부분(상기 활성 부분은 광의 투과를 위한 전면과, 상기 전면의 반대편의 배면을 갖는다),
b) 상기 활성 부분에 또는 상기 활성 부분으로부터 전기를 수송하기 위해 상기 활성 부분에 연결된 적어도 2개의 전기 리드들(electrical lead), 및
c) 상기 활성 부분을 둘러싸고 있으며, 상기 적어도 2개의 전기 리드들이 관통하는 인클로저(enclosure)
를 포함하고, 여기서 상기 인클로저는,
상기 활성 부분의 전면에 위치한, 광의 투과를 허용하는 장벽 재료,
상기 활성 부분으로의 또는 상기 활성 부분으로부터의의 광의 투과를 방해하지 않도록 배치된 하나 이상의 게터 재료, 및
상기 게터 재료에 연결된 연속 갭 경로(contiguous gap pathway)(여기서, 상기 경로는 상기 활성 부분과 상기 장벽 재료 사이에 배치되고, 상기 활성 부분의 전면, 상기 장벽 재료의 내부 면 및, 상기 활성 부분과 상기 장벽 재료 사이의 단단한 접촉을 제공하는 고체 브릿지 부재(bridge element)들에 의해 한정된다)
를 포함한다.
도 1은 본 발명의 광전자 디바이스의 하나의 대표적 양태의 단면도이다.
도 2 및 3은 실험용 광전자 디바이스들에 대한 태양광발전 전지 효율 대 물 흡수를 나타낸 것이다.
발명의 상세한 설명
상기 광전자 디바이스는 바람직하게는 유기 발광 다이오드 또는 태양광발전 디바이스이다. 상기 디바이스는 본질적으로, 합당한 두께의 평평한(flat) 또는 평면(planar) 구조물일 수 있거나, 하부 구조물에 정합되도록 구부러져 있거나 구부릴 수 있다. 상기 디바이스는 바람직하게는 가요성이다. 하나의 양태에서, 상기 디바이스는 또한, 구조물 또는 이의 임의의 층들을 손상시키지 않으면서도 더 저렴한 비용으로 제조하기 위해 연속적 롤-투-롤(roll-to-roll) 방식으로 제조되도록 권취하기에 충분히 가요성일 수 있다. 바람직하게는, 당해 디바이스는 직경 약 1m 이상의 코어, 더욱 바람직하게는 직경 0.5m 이상의 코어, 가장 바람직하게는 직경 0.3m 이상의 코어 위에 권취될 수 있다.
도 1(일정 비율로 도시되지 않음)을 참조하여, 본 발명의 광전자 디바이스(5)의 하나의 양태의 일례가 도시되어 있다. 상기 디바이스는 배면 재료(12), 활성 부분(10) 및 전면 장벽(frontside barrier)(14)을 포함한다. 특정 양태에서는, 전면 장벽(14)과 활성 부분(10) 사이에 연속 갭 경로(30)가 배치되어 있고, 배면 재료(12)와 활성 층(10) 사이에 임의의 연속 갭 경로(31)가 배치되어 있다. 브릿지 부재들(35)은 전면 장벽(14)과 활성 층(10) 사이에 단단한 접촉 지점들을 생성하여 층들의 붕괴를 방지하고 상기 연속 갭 경로들이 유지되는 것을 보장한다. 상기 배면 위에는, 도 1의 양태에 도시된 바와 같이, 브릿지 부재들(35)이 게터 필름(28)과 배면 재료(12) 사이에 단단한 접촉 지점들을 생성한다. 상기 게터는 필름 층으로서 도시되어 있지만, 또는 상기 게터는, 상기 배면에서 연속 갭 경로(31)의 공간들 내에 위치된 미립자 형태일 수도 있고, 이에 의해, 상기 브릿지 부재들은 상기 활성 층의 상기 배면과 직접 접촉 지점들을 생성할 것이다. 게다가, 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 상기 활성 층의 배면에 상기 게터를 위치시키는 것의 또 다른 대안으로써 또는 이에 추가적으로, 상기 게터를 활성 층의 면에, 예를 들면, 씰(seal)(22)(이는 바람직하게는 기밀성 씰을 형성한다)과 활성 층(10) 사이에 위치시킬 수도 있다.
도 1에 도시된 구체적 양태에서, 연속 갭 경로들(30 및 31)은 도시된 바와 같이 엠보싱된 필름들(32 및 33)에 의해 형성되며, 여기서 브릿지 부재들(35)은 상기 엠보싱된 필름들의 돌출된 부분들에 의해 형성된다. 이 양태에서, 전면 장벽의 주요 부분은 층(15)인 반면, 배면 재료의 주요 부분은 층(13)이다. 다른 양태에서, 갭 패턴(gap pattern)은 상기 활성 층의 전면에(즉, 활성 층과 전면 장벽 사이에)만 존재하고, 모든 경우 상기 게터로 연결되는 경로가 제공된다는 가정하에 상기 게터가 상기 면들 또는 후면에 위치된다.
상기 연속 갭 경로는, 장벽이 불충분하여 바람직하지 않은 환경적 성분들의 침투를 가능케 하는 인클로저 영역의 게터 재료에 대한 연결성을 제공한다. 이러한 갭 경로는, 특히 전면 장벽을 통해 상기 디바이스 내로 침투할 수 있는 바람직하지 않은 분자들이 게터(들)로 비교적 신속하게 이동할 수 있게 한다. 게다가, 전체 구조물을 가로지르는 단순한 갭보다는 브릿지 부재들에 의해 생성된 갭 경로 및/또는 갭 패턴을 가짐으로써, 상기 디바이스는 상기 디바이스 내의 가요성을 유지하면서도 상기 갭을 유지시킬 수 있다. 본 명세서에서 사용된 "갭 패턴"이란 기체 유동 통로(gas flow passage) 또는 갭 경로를 제공하는, 갭들의 규칙적 또는 무작위적 분포를 의미한다. 갭 패턴은 규칙적인 반복 구조를 필요로 하는 것으로 간주되어서는 안되며, 오히려 규칙적이든 무작위적이든 관계없이 돌출된 영역과 함몰된 영역들의 다양한 임의의 구조가 고려된다. OLED 디바이스의 경우, 상기 갭 패턴은 유리하게는, 상기 디바이스가 투영하는 임의의 이미지의 왜곡을 최소화하도록 상기 디바이스 내의 화소들에 상응하도록 설계될 수 있다.
상기 갭 패턴은 상기 장벽 재료와 상기 활성 부분 사이의 영역 전체에 걸쳐 위치된 스페이서들에 의해 제공될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 갭 패턴은 필름 또는 코팅재에 일체된 3차원 패턴에 의해 제공된다. 이 양태에서, 상기 패턴은 (예를 들면, 상기 활성 부분에 인접한 상기 전면 장벽 재료 쪽에 패턴이 존재하도록, 필름 라미네이션 기술에서 통상적인 접착 라미네이션 공정에 의해) 장벽 재료의 내부에 직접 존재할 수 있거나, 상기 장벽과 상기 활성 부분 사이에 배치된 별도의 필름 층 위에 존재할 수 있다. 또는, 상기 갭 패턴은, 포토리소그래피 및 에칭과 같은 방법들을 사용하여 상기 활성 디바이스(피복된 활성 디바이스 또는 봉지된 활성 디바이스를 포함함) 위에 직접 도포될 수도 있다. 갭 패턴을 제공하기 위한 또 다른 방법에서는, 중합체성 결합제 내에 유리 비드와 같은 스페이서를 포함하는 코팅재를, 상기 장벽 재료 내부 위에, 별도의 필름 층 위에 또는 상기 활성 디바이스, 피복된 활성 디바이스 또는 봉지된 활성 디바이스 위에 직접 그라비아 피복(gravure coating)과 같은 수단에 의해 도포할 수도 있다. 또한, 갭 패턴들의 조합을 사용하는 것도 가능하다. 상기 갭 패턴이 상기 장벽 재료의 내부에 직접 도포된 필름 또는 코팅재에 의해 제공되는 경우에는, 상기 갭 패턴을 인클로저의 씰 재료로서 작용하게 함으로써, 임펄스 실링(impulse sealing)과 같은 공정들에 의해 상기 활성 디바이스의 주위에서 인클로저 씰이 만들어지도록 하는 것이 가장 바람직하다.
하나의 바람직한 예에 따르면, 상기 갭 패턴은 장벽 백 인클로저(barrier bag enclosure)를 형성하는 필름 위에 존재하고, 상기 장벽 백 인클로저 내에서, 활성 부분과 게터(들)가 삽입된 후 밀봉된다. 상기 필름 및 갭 패턴은, 후속의 제조 공정 및 상기 디바이스 사용 내내 당해 갭 패턴이 유지되도록, 임의의 후속 라미네이션 또는 디바이스의 사용 온도를 초과하는 연화점 또는 유리 전이 온도를 가질 것이다.
전면 장벽 및 갭 경로/갭 패턴 둘 다의 광 투과율은, 이들이 라미네이트 필름에 의해 제공되었든 별도의 필름에 의해 제공되었든 관계없이, 당해 디바이스가 기능하기에 적절해야 하며, 해당의 특정 광전자 디바이스의 관련 파장들에 걸쳐 바람직하게는 >50%, 더욱 바람직하게는 >80%, 가장 바람직하게는 90%를 초과하는 투과율을 가져야 한다. 바람직하게는, 상기 관련 파장들은 특정 광학 디바이스의 방출 또는 흡수 파장들에 필적한다. 하나의 양태에서, 특히 칼코게나이드계 태양광발전 전지에 대한 양태에서, 상기 관련 파장들은 400 내지 1100㎚, 바람직하게는 400 내지 700㎚ 정도이다.
상기 연속 갭 경로는 바람직하게는 상기 전면 장벽과 상기 활성 부분(및 임의로 상기 배면 재료와 상기 활성 부분) 사이에 1㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 5㎛ 이상의 깊이 또는 갭 공간을 갖는다. 다수의 패턴(하나 중의 복수개), 형상, 깊이, 빈도, 조합이 고려된다. 상기 갭 부분(gap portion)은 부분 진공을 가질 수 있거나, 질소와 같은 불활성 기체로 충전될 수 있다. 상기 구조물을 밀봉할 때에는, 상기 디바이스와 게터 재료의 수명을 연장시키기 위해, 가능한 경우, 바람직하지 않은 재료들을 인클로저로부터 제거하도록 주의를 기울여야 한다.
갭 패턴을 형성하는 하나의 편리한 방법은 엠보싱된 필름을 사용하는 것이다. 이들 필름은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 다양한 재료들로 만들어질 수 있고, 패턴은 상이한 깊이의 엠보스로 만들어질 수 있다. 예를 들면, 상기 엠보스 패턴은 마름모형, 사각형, 직조(weave)형, 바닥판(floor plate)형, 매트형, 레더 그레인(leather grain)형 또는 린넨(linen)형 패턴일 수 있다. 상기 엠보스 패턴은 상기 활성 부분 상의 상부면 장벽의 붕괴를 방지하면서 가능한 최대의 에어 갭(air gap)을 남겨 두는 것이 바람직하다. 놀랍게도, 본 출원인은, 상기 활성 부분을 향해 하향 돌출 면을 갖는 마름모형 또는 사각형 패턴이, 상향 돌출 면을 갖는 것보다 전면 장벽을 통한 물 침투의 관리가 더 우수하다는 것을 발견하였다. 이는, 하향 돌출 면이 연속 갭 경로를 형성한다는 것을 예상하지 않았기 때문에 놀라운 것이다. 이론에 결부시키고자 하는 것은 아니나, 본 발명자들은, 하향 돌출 면이 활성 부분 바로 위에 더 많은 공간을 제공함으로써 인클로저 내로 침투된 바람직하지 않은 분자들이 게터로 이동하는 것을 증가시킬 수 있기 때문에, 하향 돌출 면은, 당해 돌출부들 위에도 충분한 갭들이 존재하는 경우 상향 돌출 면보다 더 우수한 것으로 사료한다.
도 1은 본 발명의 하나의 양태를 보여주는 것으로, 여기서, 씰 재료(22)는 전면 장벽(14)과 배면 재료(12)를 연결한다. 또는, 적절한 선택으로, 상기 디바이스의 주위에서 배면 재료에 전면 재료를 직접 열 밀봉, 용접 또는 라미네이팅함으로써 간단히, 전면(14)과 배면(12)을 (바람직하게는 기밀) 밀봉할 수 있다. 이는 예를 들면 엠보싱된 필름들(30 및 32)이 동일한 재료인 경우 특히 수월하게 달성된다.
도 1에는 디바이스(5)의 면을 통해 주위의 금속 리드 실란트(sealant)(44)를 갖는 전기 리드(7)가 도시되어 있으며, 여기서 금속 리드 실란트(44)는 다시 씰 재료(22)에 (바람직하게는 기밀) 밀봉된다. 또는, 전기 리드는 바람직한 기밀성을 유지하기 위해 적절한 실란트를 도포시킨 배면 필름(12)을 통과할 수 있다. 도시되지 않은 기타의 층들 또는 성분들도 당업계에 공지된 바와 같이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 활성 층 둘레에 봉지재(encapsulant) 또는 코팅재를 도포하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 봉지재 또는 코팅재는, 예를 들면 활성 부분으로 물이 이동하는 것을 억제할 수 있거나, 활성 부분의 임의의 부식을 방지 또는 최소화할 수 있다.
활성 부분
상기 활성 부분은 광을 전기로 또는 전기를 광으로 전환시키는 광전자 재료 또는 구조물이다.
바람직한 제1 양태에 따르면, 상기 활성 부분은 박막 태양 전지이다. 상기 박막 태양 전지는 당업계에 공지된 임의의 박막 태양 전지일 수 있다. 상기 전지는 바람직하게는, 다중-화합물 반도체 박막, 특히 I-III-VI2 그룹 칼코피라이트 반도체와 같은 p형 반도체를 흡광 층으로서 포함하는 pn 이종접합체를 가질 것이다(예를 들면, IB-IIIA-셀레나이드, IB-IIIA-설파이드 또는 IB-IIIA-셀레나이드 설파이드와 같은 IB-IIIA-칼코게나이드). 더욱 구체적인 예로는 구리 인듐 셀레나이드, 구리 인듐 갈륨 셀레나이드, 구리 갈륨 셀레나이드, 구리 인듐 설파이드, 구리 인듐 갈륨 설파이드, 구리 갈륨 셀레나이드, 구리 인듐 설파이드 셀레나이드, 구리 갈륨 설파이드 셀레나이드 및 구리 인듐 갈륨 설파이드 셀레나이드(이들 모두는 본 명세서에서 CIGSS라고 불리운다)가 포함된다. 이들은 또한 화학식 CuIn(1-x)GaxSe(2-y)Sy(여기서, x는 0 내지 1이고, y는 0 내지 2이다)로 나타낼 수 있다. 구리 인듐 셀레나이드 및 구리 인듐 갈륨 셀레나이드가 바람직하다. 또는, 임의의 IB-III-VI2 그룹 반도체들이 사용될 수 있으며, 이의 예로는 AgInS2, AgInSe2, AgGaSe2, AgGaTe2, AgInTe2, CuAlS2 등이 포함된다.
박막 태양 전지는 통상적으로 고저항 완충층; 및 상기 완충층을 통해 흡광 층 위에 중첩된 n형 윈도우 층(투명한 전도성 필름)을 추가로 포함한다. 상기 완충층은 황화카드뮴, 황화아연, 황화인듐, 셀렌화인듐, 셀렌화카드뮴, 셀렌화아연, 아연 인듐 셀레나이드, 산화인듐 및 산화카드뮴과 같은 재료로부터 형성될 수 있다. 상기 투명한 전도성 필름은 통상적으로 투명한 전도성 산화물이다. 통상적으로, 배면 전기적 접촉물로서 작용하도록 상기 전지의 배면에도 전도성 재료가 존재한다. 이 재료는 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈륨 및 니오븀과 같은 공지된 전도성 재료들로부터 선택될 수 있지만, 바람직하게는 몰리브덴이다.
또는, 상기 활성 부분은 습기 또는 산소에 민감한 각종 무기계 또는 유기계 태양광발전 디바이스들의 사용을 포함할 수 있다. 습기에 민감한 무기 태양광발전 디바이스의 예로는 CdTe계 이종접합 디바이스가 포함된다. 습기와 산소에 민감한 유기 태양광발전 디바이스의 예로는 폴리(3,4-에틸렌 디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(2-메톡시-5-(3',7'-디메틸옥틸옥시)-1,4-페닐렌 비닐렌)(MDMO-PPV) 및 (6,6)-페닐 C61-부틸산 메틸 에스테르(PCBM)와 같은 공액된 유기 화합물계의, 평면형, 벌크형 및 순차형 이종접합 디바이스들이 포함된다.
바람직한 제3 양태에 따르면, 상기 광전자 디바이스는 유기 발광 다이오드이다.
상기 활성 부분은, 전체 디바이스를 조립하기 전에 환경 조건들로부터의 약간의 보호를 제공하고 또한 조립 후에 활성 층들의 약간의 추가적 보호를 제공하기 위해 봉지될 수 있다. 이들 봉지재들은 관련 디바이스를 위한 방사선의 관련 파장에 투과성이다. 이러한 봉지재의 예로는 에틸비닐 아세테이트(EVA); 투명 올레핀, 실리콘 또는 아크릴레이트; 폴리비닐 부티랄, 및 DuPont으로부터의 Surlyn™과 같은 이오노머가 포함된다.
상기 활성 부분은 바람직하게는 약 500㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 약 250㎛ 미만의 총 두께를 갖는다.
전면 장벽 재료
상기 전면 장벽 재료는 대기 중의 원소들로부터의 보호를 제공하고, 상기 활성 부분으로의 또는 상기 활성 부분으로부터의 광의 투과를 허용한다. 상기 전면 장벽은 유리일 수 있다. 상기 전면 장벽은 더욱 바람직하게는 가요성 재료이다. 이는 시트 또는 필름 형태의 단일층 또는 다중층 구조물일 수 있다.
바람직한 전면 장벽은, ASTM F1249에 의해 측정된 바와 같이 23℃/100% RH에서 물 1g/㎡/day 미만이 상기 필름을 통과하거나, ASTM D3985에 의해 측정된 바와 같이 23℃/0% RH에서 산소 1cc/㎡/day 미만이 상기 필름을 통과함을 특징으로 한다. 더욱 바람직한 전면 장벽은, ASTM F1249에 의해 측정된 바와 같이 23℃/100% RH에서 물 0.1g/㎡/day 미만이 상기 필름을 통과하거나, ASTM D3985에 의해 측정된 바와 같이 23℃/0% RH에서 산소 0.1cc/㎡/day 미만이 상기 필름을 통과함을 특징으로 한다. 가장 바람직한 전면 장벽은, ASTM F1249에 의해 측정된 바와 같이 적용 온도 및 습도에서 물 0.1g/㎡/day 미만이 상기 필름을 통과하거나, ASTM D3985에 의해 측정된 바와 같이 적용 온도 및 습도에서 산소 0.1cc/㎡/day 미만이 상기 필름을 통과함을 특징으로 한다.
하나의 바람직한 양태에 따르면, 상기 전면 장벽은 필름 또는 시트의 상부에 수증기와 산소에 대한 양호한 장벽을 제공하는 외부 내후성 필름 또는 코팅재를 포함한다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기 전면 장벽의 내부 구조물은 자체적으로 엠보스 패턴을 함유할 수 있거나, 엠보스 패턴을 갖는 필름에 라미네이팅될 수 있으며, 여기서 상기 엠보스 패턴은 연속 갭 경로를 형성하는 데 사용된다.
상기 외부 필름 또는 코팅재는 투과 효율을 감소시킬 수 있는 UV 손상, 긁힘, 흠집(mar), 마모 및 원치 않는 오염물들로부터 전면 장벽을 보호한다. 전면 장벽의 상기 부분에 유용한 재료로는 에틸렌-테트라플루오로에틸렌(ETFE), 폴리비닐디플루오라이드(PVDF), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌의 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE) 삼원중합체, 헥사플루오로프로필렌(EFEP), 불화 에틸렌-프로필렌 중합체(FEP), 폴리비닐 플루오라이드(PVF) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 같은 플루오로중합체들이 있다.
물 및/또는 산소에 대한 양호한 장벽 특성을 갖는 상기 필름 또는 시트는 바람직한 외부 필름 또는 코팅재의 존재하게 또는 부재하에 사용될 수 있다. 바람직한 재료의 예로는 다중층 필름, 특히 미국 특허 제7,018,713호에 교시된 바와 같이 무기층과 유기층이 교차된 다중층 필름이 포함된다. 이러한 예시적 필름은 Kureha(Cellel F2350), Fuji Film Corporation(투명한 초 고(super high) 장벽 필름), Vitex(Barix™, 가요성 필름 및 가요성 유리 가공 기판 상의 봉지)로부터 시판된다.
상기 전면 장벽의 총 두께는 바람직하게는 적어도 25㎛, 더욱 바람직하게는 적어도 50㎛, 및 바람직하게는 약 800㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 약 500㎛ 미만이다.
배면 재료
상기 배면 재료는 상기 원소들로부터의 보호를 제공한다. 이는 투명하거나 광의 투과를 허용할 필요가 없다.
바람직한 배면 재료는, ASTM F1249에 의해 측정된 바와 같이 23℃/100% RH에서 물 1g/㎡/day 미만이 상기 필름을 통과하거나, ASTM D3985에 의해 측정된 바와 같이 23℃/0% RH에서 산소 1cc/㎡/day 미만이 상기 필름을 통과함을 특징으로 한다. 더욱 바람직한 배면 장벽은, ASTM F1249에 의해 측정된 바와 같이 23℃/100% RH에서 물 0.1g/㎡/day 미만이 상기 필름을 통과하거나, ASTM D3985에 의해 측정된 바와 같이 23℃/0% RH에서 산소 0.1cc/㎡/day 미만이 상기 필름을 통과함을 특징으로 한다. 가장 바람직한 배면 장벽은, ASTM F1249에 의해 측정된 바와 같이 적용 온도 및 습도에서 물 0.1g/㎡/day 미만이 상기 필름을 통과하거나, ASTM D3985에 의해 측정된 바와 같이 적용 온도 및 습도에서 산소 0.1cc/㎡/day 미만이 상기 필름을 통과함을 특징으로 한다.
상기 배면 재료는 시트 또는 필름 형태의 단일층 또는 다중층 구조물일 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기 배면 재료와 활성 부분 사이에 연속 갭 경로가 존재할 수 있고, 상기 갭 경로는, 스페이서에 의해, 또는 배면시트(backsheet) 위의 또는 배면시트에 접착된 엠보싱된 필름 또는 패턴에 의해 형성될 수 있다. 상기 배면시트는 유리, 금속, 중합체성 필름 또는 시트 또는, 바람직하게는 알루미늄 호일과 같은 금속 호일을 포함하는 라미네이트 필름 또는 시트 복합체일 수 있다. 배면 장벽은 더욱 바람직하게는 가요성 재료일 수 있다. 태양광발전 디바이스 내의 배면시트로서 사용하기 위한 하나의 바람직한 라미네이트 장벽 필름 복합체는, 예를 들면, TEDLAR 폴리비닐플루오라이드(PVF)와 같은 플루오로중합체 필름, 알루미늄 호일, 이축 배향 폴리에스테르(OPET) 필름, 및 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)와 같은 씰 층의 4층 라미네이트 구조물이다. 시판의 배면시트들이 다수의 공급 회사들로부터 시판되고 있으며, 배면시트 공급 회사의 몇몇 예로는 Krempel, Honeywell, Kureha, Toppan Printing, BioSolar, Madico 및 Dai Nippon Printing이 포함된다. Madico, Inc로부터의 통상적 배면시트는 TAPE라고 불리우며 다음과 같은 구성을 갖는다: TEDLAR PVF, 알루미늄 호일, OPET, 에틸렌 비닐 아세테이트.
상기 배면 재료의 총 두께는 바람직하게는 적어도 25㎛, 더욱 바람직하게는 적어도 50㎛, 및 바람직하게는 800㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 500㎛ 미만이다.
게터 재료
본 명세서에서 사용되는 용어 게터는 주변 환경으로부터 성분들을 포집(예를 들면, 화학흡착, 흡수 또는 흡착)하는 재료이다. 상기 게터가 물을 포집하는 경우에 이는 본 명세서에서 건조제라고 불리운다. 흔히 게터는, 진공 시스템으로부터 미량의 기체를 제거하기 위해 사용되는 반응성 재료로서 간주된다. 하나의 양태에 따르면, 포집되는 물질은 활성 디바이스의 조작 또는 효율에 유해한 산소, 수증기, CO, CO2, N2, H2, 산, 염기, 및 기타 낮은 Mw 화학종들이다. 산소는, 예를 들면, 인클로저 재료 또는 디바이스의 열화에 관계될 수 있는 산화 및 광산화 과정의 원인이 된다.
상기 게터는 광 투과를 차단하지 않도록 인클로저 내에 위치된다. 상기 게터는 상기 디바이스의 하나의 측면 가장자리(side edge)에 또는 측면 가장자리들에 존재할 수 있거나 활성 부분의 배면에 위치될 수 있다.
선택하고자 하는 게터 시스템은, 목적 수명에 따라 사용되는 전자 디바이스에 요구되는 목적하는 상대 습도(% RH) 및 산소 수준을 유지하도록 선택되어야 한다. 더욱 구체적으로는, 바람직하지 않은 분자들이 활성 부분에 손상을 일으키기 전에 상기 분자들이 포집되도록 충분히 높은 속도로 바람직하지 않은 분자들을 포집할 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 요구되는 게터링(gettering) 속도는 활성 디바이스의 실행 속도에 필적하거나 이를 능가해야 한다. 감소된 입자 크기 또는 증가된 표면적은 종종 증가된 포집 속도를 제공한다. 몇몇 게터들은 본질적으로 다른 것들보다 더 빠르게 포집한다.
습기에 대한 전자 디바이스의 민감성에 따라, 더 높거나 낮은 % RH가 상기 인클로저 내에서 허용될 수 있다. 열화 없이 더 높은 % RH를 취급할 수 있는 무정형 실리콘 PV 디바이스와 같은 전자 디바이스의 경우, 분자체와 같은 물리적 흡착 건조제 시스템을 장시간 동안 연속적으로 사용할 수 있다. 그러나, CIGS와 같은 습기에 더 민감한 디바이스의 경우에는, 상기 인클로저 내에서 더 낮은 % RH로 물을 화학흡착하는 것이 바람직하다.
산소를 포집하는 경우에 적합한 게터는 SAES로부터 Combogetters로서 시판되는 BaLi4일 수 있다. BaLi4는 N2, CO2 및 CO 기체도 포집한다.
수소 기체의 존재는 몇몇 전자 제품의 성능을 열화시킬 수 있다. 게이트 금속으로서 Pd 또는 Pt를 갖는 갈륨-아르세나이드(GaAs) 개별 FET들을 함유한 기밀 밀봉 포장 용기에서 수소에 의해 발생되는 열화는 잘 알려진 현상이며, 상기 게이트의 귀금속이 분자 H2를 원자 H2로 전환시키며, 원자 H2는 반도체 재료 내에서 확산되어 상기 디바이스의 전류 및 게인(gain)의 감소를 일으킬 수 있다. 수소를 선택적으로 수착할 수 있는 적합한 게터를 사용하는 것이 상기 열화 현상을 방지하는 가장 효과적인 방법인 것으로 밝혀졌다. SAES Rel-Hy 수소 게터는 입자화(particulation)를 나타내지 않고, 다른 기체들이 존재하는 환경에서도 수소를 선택적으로 흡수하며, 활성화 공정을 필요로 하지 않는다. 또한, 중합체 수소 게터들은 광범위한 형태로 사용될 수 있고 제조될 수 있다. 이들은 미세 분말, 펠릿, 복합 형상, 접착제, 박막, 분무가능한 페인트, 고점도 액체, 겔 등으로 제조될 수 있다. 시판의 중합체성 H2 게터의 하나의 예는 Vacuum Energies, Inc.로부터의 LTG-2이다(참조: 미국 특허 제5703378호). Co3O4 역시 수소 게터이다.
습기에 적합한 게터(건조제) 중에는 분자체/제올라이트 또는 화학흡착제가 있다. 산화칼슘과 같은 화학흡착제는 실제적 화학 결합을 포함하며, 저온(<300℃)에서 환경으로부터 물을 ~0% RH 까지 제거할 수 있다. 이러한 타입의 재료로는 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속 산화물(예를 들면, Na2O, K2O, CaO, BaO, MgO), 알칼리 금속 및 알칼리 토금속의 황산염, 할로겐화물, 과염소산염 및 수소화물(예를 들면, NaH, LiAlH4), 오산화인, 및 이온화 경향이 수소보다 더 큰 금속(Li, K, NA, Ca, Ba, Al)이 있다. 물론, 이들의 혼합물도 사용될 수 있다. 또한, 건조제에 대해서는 예를 들면 US 제6740145B2호의 기재 내용을 참조한다. 하나의 시판 형태는 OLED 요건들과 완전히 양립가능하도록 개발된, SAES Getters Inc.로부터의 DryFlex이다. 이는 매트릭스 내에 포집된 산화칼슘으로 이루어진다. 상기 매트릭스는, DryFlex에 이의 독특한 다공성 구조, 기계적 안정성, 가요성 및 용이한 취급성을 부여하는 독점적 공정을 통해, 스테인리스 스틸 기판 위에 생성된다. DryFlex는 상기 디바이스 내에 용이하고 신뢰성 있게 삽입하기 위해 접착층 위에 고정된다. 기타의 제품들은, 예를 들면, SAES Getters, Inc.로부터 SAES 건조제로서 시판되며, 이는, 단일 타입 또는 2가지 상이한 타입들의 혼합물인 제올라이트들의 혼합물로서, 진공하에 또는 건조 질소하에 > 6시간 동안 110℃에서 용이하게 활성화되어 제올라이트 질량의 약 16%인 수증기 흡수 용량을 제공한다.
고온에서 작용하는 비증발형 게터(NEG)들은 기체들을 위한 게터로서 사용될 수 있다. 일반적으로, 이들은 흔히 주로 지르코늄으로 이루어진 특정 합금의 필름으로 이루어진다. 실온에서 이들 합금 재료들은 가열시 소멸되는 패시베이션 층을 형성해야 한다. NEG의 몇몇 예는 SAES Getters, Inc.로부터 St2002, St172, St175 및 St122 등으로 시판된다. 각 제품은 하나 이상의 기체 분자의 포집에 대해 독특한 특이성을 갖는다.
게터는, 상기 재료가 본질적으로 평평하도록 하는 방식으로 배면 상에서 인클로저 내에 포함되는 것이 바람직하다. 덩어리화(lumping)를 최소화하기 위해 가능하게는 퀼트 도안을 갖는 평평한 파우치가 바람직하다. 평편한 시트 또는 기타 박막 형태의 게터도 사용될 수 있다.
전기 리드
전기 리드는 전도성 후면 층, 및 활성 부분의 투명한 전도성 필름 상부 층에 연결된다. 상기 전기 리드는, 상기 활성 부분으로부터, 씰을 통해 또는 인클로저내 어딘가, 바람직하게는 배면 내의 통로를 통해 인클로저를 통과된다. 리드-대-씰에 적합한 실란트는 전기 리드에 및 인클로저 재료들에 또는 씰 둘 다에 기밀 결합하는 능력을 갖는다. 하나의 양태에서, 상기 실란트는 전기 리드 위의 코팅재 또는 슬리브(sleeve)이며, 여기서 상기 실란트는 전기적 연결부들의 제조를 방해하지 않는다. 이의 예로는 EVA 씰을 금속 리드에 결합시키기 위한 EVA 그래프트 말레산 무수물, HDPE 씰을 금속 리드에 결합시키기 위한 HDPE 그래프트 말레산 무수물, 또는 EAA 씰을 금속 리드에 결합시키기 위한 에틸렌 아크릴산(EAA)이 있다. 상기 금속 리드는 화염과 같은 접착력 증진을 위한 전처리, 또는 금속 결합 증진을 위한 기타 적절한 처리를 가질 필요가 있을 수 있다. 또 다른 양태에서는, 상기 인클로저를 통해 다수의 전기 리드를 갖는 것이 가능하다.
인클로저 씰
상기 씰 재료는 상부면 장벽 구조물을 배면 장벽 구조물에 연결시켜 기밀성 인클로저를 형성하는 재료이다. 이러한 재료는 산업에서 통상적으로 사용되는 것과 같은 에폭시일 수 있다(참조: 미국 특허 제6,720,203 B2호). 하나의 양태에서, 상기 실란트는 씰이 형성된 후 목적하는 정도로 가교결합될 수 있다. 다른 양태에서, 인클로저 씰 재료는 상부면 장벽 구조물과 배면 장벽 구조물 둘 다에 접착된 열 밀봉 층, 예를 들면, E.I. du Pont de Nemours and Company로부터의 ELVAX와 같은 에틸렌과 비닐 아세테이트(EVA)의 공중합체, The Dow Chemical Company로부터의 DOWLEX와 같은 LLDPE, The Dow Chemical Company로부터의 LDPE, MDPE, HDPE, The Dow Chemical Company로부터의 PRIMACOR와 같은 EAA, E.I. du Pont de Nemours and Company로부터의 SURLYN와 같은 이오노머, The Dow Chemical Company로부터의 에틸렌-프로필렌 공중합체, The Dow Chemical Company로부터 상품명 VERSIFY로 판매되는 실질적으로 등방성인 프로필렌/알파-올레핀 공중합체, 또는 당업계에 주지된 것들과 같은 열 밀봉 재료로서 통상적으로 사용되는 기타 적합한 플라스틱이다. 추가의 양태에서, 상기 인클로저 씰 재료는 전면 재료와 배면 재료 둘 다에 인접하고 이들 둘 다에 열 밀봉될 수 있는 열 밀봉 층이다. 융점이 상기 디바이스의 사용 온도보다 더 높은 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 실란트 재료의 연화 온도가 상기 디바이스의 사용 온도보다 더 높다. 엠보싱된 필름이 상기 연속 갭 경로를 형성하는 데 사용되는 경우, 이것이 씰 층으로도 작용하는 것이 가능하고 바람직하다.
조립
상기 디바이스의 바람직한 양태는 다음과 같이 조립될 수 있다.
상기 활성 부분은 바람직하게는 조립될 준비가 될 때까지 무수 대기 중에 둔다. 상기 전기 리드를 실란트로 봉지하고 상기 활성 부분 위에 용접한다. 이 때 상기 활성 부분을 봉지재 재료로 봉지하거나 피복할 수 있다. 전면 장벽과 배면 장벽을 원하는 크기로 절단한 후, 상기 전면 필름과 배면 필름을, > 9.5㎛ 너비의 씰을 사용하여 가장 긴 가장자리를 따라 열 밀봉한다. 적어도, 상기 전면 장벽은 바람직하게는 내부 표면 위에 엠보스 패턴 또는 엠보싱된 필름을 포함한다. 상기 활성 디바이스를, 상기 활성 면이 상기 전면 필름 쪽을 향하게 하여, 상기 씰에 맞대어 배치한다. 상기 게터를 활성 디바이스의 면 또는 후방에 배치하고, 가능하게는 게터 토포그래피로부터 활성 디바이스를 보호하기 위해 이들 사이에 임의로 박막 재료를 제공한다. 상기 인클로저의 2번째 가장자리를 열 밀봉한다. 리드들을 열 밀봉함으로써 상기 인클로저의 3번째의 긴 가장자리를 제조하고, 여기서 도포된 리드 실란트는 기밀성 씰을 생성하도록 위치된다. 이제 상기 인클로저에서 나온 2개의 리드와 함께 활성 디바이스를 함유한 상기 인클로저를 진공 밀봉기에 투입하여, 공기와 습기 및 디바이스 또는 인클로저 표면에 흡착된 임의의 기타 바람직하지 않은 원소들을 제거한다. 상기 챔버 내에 목적하는 진공 및/또는 분위기가 달성되면, 상기 인클로저의 최종 가장자리를 열 밀봉하여, 기밀 밀봉된 디바이스를 생성한 후, 상기 진공 챔버 내의 진공을 표준 대기압으로 감소시키고 상기 디바이스를 회수한다.
실시예
재료
사용되는 전면 장벽 필름과 배면 장벽 필름은 둘 다 높은 장벽 필름(high barrier film)이며, EVA 실란트 층을 갖는 RPP 37-1232 장벽 필름 라미네이트는 Rollprint Packaging Products로부터 시판된다.
사용되는 갭 패턴 층은 마름모형 블럭들이 필름 안에 함몰되어 있는 100dpi(인치당 마름모 수) 엠보스 패턴을 갖는 엠보스 두께 89㎛ 및 공칭 두께 75㎛의 폴리에틸렌 엠보싱된 필름이다. 엠보스 면을 활성 부분에 맞대어 배치한다.
봉지재 필름: DNP PV-FSZ68, 실란 그래프트된 α-올레핀계 필름(제조원: Dai Nippon Printing, Japan)이며, 본 연구에서 봉지재로서 사용된다. 상기 재료의 두께는 약 16mil이고, WVTR는 38℃/100% RH에서 ~2g/㎡/day인 것으로 측정되었다.
게터: 사용된 화학흡착 건조제 CaO는 Natrasorb StripPax 건조제이다.
와이어 리드: Torpedo Specialty Wire로부터의 평평한 와이어 리드(버싱 와이어(bussing wire)). 상기 와이어 치수는 0.015"×0.200"이다. 상기 와이어 재료는 100% 주석에 의해 13 내지 20㎛ 두께로 피복/도금된, 연성 템퍼링된 무산소 구리(OFCU)이다.
금속 리드용 실란트: 4mil 단일층 캐스트 필름(cast film)은 97중량%의 Bynel 30E783(제조원: DuPont), 2중량%의 CN4420 슬립-안티블럭 마스터배치(slip-antiblock masterbatch)(제조원: PolyOne Corporation) 및 1중량%의 101830-U 안티블럭 마스터배치(제조원: Ampacet Corporation)를 갖는다.
태양광발전 전지 스트링(photovoltaic cell string): Global Solar Energy로부터의 CIGS 전지 스트링이며, 이는 Global Solar에 의해 "12 전지 서브-모듈(cell sub-module)"로서 칭명된다. 상기 서브-모듈은 연속적으로 "슁글링(shingling)된" 12개의 CIGS 전지들로 이루어져 하기 표에 기재된 전기적 특성들을 제공한다.
Figure pct00001
시험용 디바이스들의 구성
금속 리드의 제조
금속 리드 위에 1" 너비의 상기 금속 리드용 실란트의 2개의 캐스트 필름 층들(8mil)으로 구성된 스택(stack)을, 또 다른 2개의 이러한 필름 층들(8mil) 위로 열 밀봉함으로써, 5인치 길이의 리드들을 제조한다(이 방식으로 동시에 5개의 리드가 제조된다). 상부면 가열/바닥면 고무 배치를 갖는 각각의 면 위에서, 열 밀봉을 수행하여, 금속 리드 둘레의 양호한 접촉을 제공한다. 각각의 면을, Vertrod 모델 30 LAB II 열 밀봉기에서 템펄스(Tempulse) 모드를 사용하여, 75% 파워스탓(Powerstat) 설정에서 40psi에서 190℃에서 12초간 밀봉시킨다.
저항 용접
앞서 실란트로 제조한 와이어 리드들을, 저항 용접기를 사용하여 12개의 전지 CIGS 스트링들에 부착시킨다. CIGS 전지 스트링의 (광 쪽을 향하는) 상부 면 위에 CIGS의 상부로부터 ½인치 위치에 놓인 5인치 길이의 리드들에, CIGS 전지 스트링 버스 바아(buss bar)로 2개의 균일하게 이격된 용접부를 만든다.
라미네이션
몇몇 실험 시료들의 경우, Spire Nisshinbo 1222S 라미네이터를 사용하여 약간의 CIGS 전지 스트링들(양쪽 면)을 보호용 필름 DNP Z-68로 봉지한다. 이들 시료들의 제조에 사용된 라미네이션 조건이 하기 표에 기재되어 있다.
Figure pct00002
폴리카보네이트 지지 시트
용접된 리드들을 갖고 가능하게는 봉지된 CIGS 전지 스트링들(7.5인치×18인치)을, 상부 및 저부에서 18인치 길이를 따라 도포되는 3.5mil×12.7㎜ 3M Scotch 665 양면 영구 테이프의 2개의 스트립을 사용하여 ⅛인치 폴리카보네이트 시트(Lexan)에 부착시킴으로써, 시료 제조, 습식 가열(damp heat) 시험 및 PV 효율/중량 측정 과정에서의 CIGS 전지 스트링들에 대한 임의의 기계적 손상을 최소화한다.
태양광발전 디바이스의 조립 및 인클로저의 밀봉
인클로저를 위한 씰은 3가지 타입이다. 백의 내부 치수들은 9인치×20인치이다. 씰들은 모두 40psi에서 너비가 모두 ½인치이고, 모두 고무 막대에 맞닿은 한쪽 면의 가열부를 가지며, 모두 Vertrod 모델 30 LAB II에서 온도 제어 모드로 350℃의 조(jaw) 개방 설정 온도에서 제조되었다.
1번째로 2개의 씰(제1 타입, 동일 타입)은 RPP 37-1232 EVA 실란트 대 RPP 37-1232 EVA 실란트가며, 이들은 9인치 면과 20인치 면에 둘 다 65% 파워스탓으로 140℃에서 4초 동안 만들어진다. 먼저 이들 두 씰을 만든 후에, (봉지되었거나 봉지되지 않고, 폴리카보네이트 시트에 테이프로 부착된) CIGS 부품은, 엠보스 면이 CIGS를 향하도록 CIGS 부품을 덮는 엠보스 필름과 함께 삽입한다. 첨가된 임의의 CaO 건조제를 폴리카보네이트 시트의 배면 위로 밀어넣은 후, MDF7200 엠보스 필름을 (엠보스 면이 건조제를 향하도록) 덮으며, 이는 금속 리드를 포함한 씰 안쪽으로 돌출되지 않는다.
이어서, 리드들이 돌출되어 있는 인클로저의 20인치 길이의 면 위에 3번째 씰(제2 타입)을 만든다. 상기 씰은, 상기 리드의 실란트에서, RPP 37-1232 EVA 실란트 대 금속 리드 함유 금속 리드용 실란트 대 RPP 37-1232 EVA 실란트의 스택을 통해 상기 씰 바아(seal bar)를 배치함으로써, PV 디바이스의 리드들이 둘 다 씰을 통해 돌출되도록 함으로써, 만들어진다. 이러한 밀봉은 60% 파워스탓 설정에서 4초 동안 140℃에서 수행된다. 상기 씰이 만들어진 후, 상기 인클로저를 뒤집고 반대편 면에 동일한 씰을 만들어 충분한 용접을 보장한다. 이제 리드 위의 실란트는 총 16mil이며, 상기 리드 둘레의 채널 누출(channel leaker)을 막기 위해 실란트의 더 점진적인 이동이 가능하도록 상기 리드의 각각의 면 위에 ¼인치의 날개들이 돌출된다는 것에 주목해야 한다.
마지막으로, 최종 씰(제3 타입)을 RPP37-1232 EVA 실란트 대 MDF7200 대 MDF7200 대 RPP37-1232로 구성된 스택을 통해 제조된다. 상기 인클로저를 밀폐시키기 위한 상기 최종 씰은 65% 파워스탓 설정에서 4초 동안 140℃에서 수행된다. 상기 씰은 인클로저를 100torr 압력으로 2분간 탈기시킨 후에 만들어진다. 상기 밀폐된 CIGS에 진공을 가하여 상기 CIGS에 대해 단단히 가압된 필름들을 수득한다.
습식 가열 노화( aging ) 및 성능 측정
태양광 시뮬레이션 및 전기적 특성화
SPIRE 4600 Single Long Pulse(SLP) 태양광 시뮬레이터를 사용하여 상기 CIGS 스트링들의 전기적 특성들(IV 곡선, 충전 인자, 션트 저항, 직렬 저항 및 효율)을 측정한다. 시험에 사용된 파라미터들이 표 1에 기재되어 있다. 측정의 통상적인 표준 오차는 약 ±2%이다.
Figure pct00003
85℃/85% RH 에서의 가열 노화
CIGS 모듈들의 습식 가열 시험을 위해 Blue M 환경 챔버를 사용한다. 상기 환경 챔버는 IEC 61646 박막 지상용 태양광발전(Thin-film Terrestrial Photovoltaic)(PV) 모듈 설계 적격성 평가 및 형식 승인 표준 습식 가열 시험에 대해 85℃ 및 85% 상대 습도로 설정된다. 온도 및 습도는 설정 값의 약 ±5% 내로 유지된다.
오븐의 점유 공간을 최소화하고 각 시료의 노출을 최대화 및 보장하기 위해 시료들을 목재 다웰링 분리기(doweling separator)로 목재 운반체 안에 수직으로 부하한다. 시료들을 운반체 안팎으로 한번에 하나씩 이동시킴으로써 측정 과정에서 시료 표면들을 최고의 청결함과 최소의 표면 손상으로 유지시킨다. 시료들을 오븐에서 꺼낸 후 냉각시킨 다음, 플래싱 및 칭량한다. 칭량은 소수 두 자리의 정밀도를 제공하는 사토리우스(Sartorius) 저울로 수행한다.
실험 설계
실질적으로 앞서 설명된 바와 같이, 엠보스 필름을 갖는 것과 엠보스 필름을 갖지 않는 것, 다양한 수준의 건조제를 갖는 것과 갖지 않는 것, 또한 CIGS가 봉지된 것과 캡슐화되지 않은 것으로 시료들을 제조한다. 상술된 절차에 따라 시료들을 조립하고 63시간 동안 광에 노출시킨 후 효율을 측정한다. 이후, 시료들을 즉시 칭량하고 85℃/85% RH에서의 습식 열 노화를 시작한다. 시료들을 다양한 시간 동안 방치한 후 취하여 전지 내의 물 흡수와 전지 효율을 측정한다.
도 2는 전면에 엠보스 필름을 갖고 게터를 갖는 전지는 게터를 갖지 않는 전지 및 엠보스 필름을 갖지 않는 전지에 비해 더 많은 물 흡수를 허용할 수 있고 효율을 보유한다는 것을 보여준다.
도 3은 전지 스트링 둘레에 봉지재를 포함한 경우 물 흡수의 허용을 한층 더 증진시킨다는 것을 보여준다.

Claims (17)

  1. 광전자 디바이스로서, 이는
    a) 광을 전기로 전환시키거나 전기를 광으로 전환시키는 활성 부분(상기 활성 부분은 광의 투과를 위한 전면과, 상기 전면의 반대편의 배면을 갖는다),
    b) 상기 활성 부분에 또는 상기 활성 부분으로부터 전기를 수송하기 위해 상기 활성 부분에 연결된 적어도 2개의 전기 리드들(electrical lead), 및
    c) 상기 활성 부분을 둘러싸고 있으며, 상기 적어도 2개의 전기 리드들이 관통하는 인클로저(enclosure)
    를 포함하고,
    여기서 상기 인클로저는,
    상기 활성 부분의 전면에 위치한, 광의 투과를 허용하는 장벽(barrier) 재료,
    상기 활성 부분으로의 또는 상기 활성 부분으로부터의 광의 투과를 방해하지 않도록 배치된 게터(getter) 재료, 및
    상기 게터 재료에 연결된 연속 갭 경로(contiguous gap pathway)(여기서, 상기 경로는 상기 활성 부분과 상기 장벽 재료 사이에 배치된다)
    를 포함하는, 광전자 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연속 갭 경로가 상기 활성 부분의 전면, 상기 장벽 재료의 내부 면 및, 상기 활성 부분과 상기 장벽 재료 사이의 단단한 접촉을 제공하는 고체 브릿지 부재(bridge element)들에 의해 한정되는, 디바이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연속 갭 경로가, 상기 활성 부분의 배면과 배면 장벽 재료 사이에도 배치되는, 디바이스.
  4. 제2항에 있어서, 상기 게터가 상기 활성 부분의 배면과 상기 배면 장벽 재료 사이에 배치되는, 디바이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 게터가 산소 게터, 수분 게터 및 수소 게터 중의 적어도 하나를 포함하는, 디바이스.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 게터가 알칼리 금속 산화물을 포함하는, 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 게터가 분자체를 추가로 포함하는, 디바이스.
  8. 제4항에 있어서, 상기 게터 조성물이 평평한 시트로서 배치되는, 디바이스.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스가 가요성인, 디바이스.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스가 태양광발전 디바이스(photovoltaic device)이고, 상기 활성 부분이 배면 전기적 연결부(backside electrical connector), 칼코게나이드계 흡수제 층, 완충 층 및 투명한 전도성 층을 포함하는, 디바이스.
  11. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브릿지 부재들이, 돌출된 패턴을 표면에 갖는 필름에 의해 제공되는, 디바이스.
  12. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성 부분이 봉지된, 디바이스.
  13. 제11항에 있어서, 돌출된 패턴을 표면에 갖는 상기 필름이 배면 장벽과 전면 장벽에 라미네이팅되고, 여기서 상기 필름이 기밀적으로 함께 열 밀봉되는, 디바이스.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 리드들이, 씰(seal) 층들을 기밀 밀봉하는 실란트(sealant)에 기밀 밀봉되어 있는, 디바이스.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 돌출된 패턴을 갖는 상기 필름이 엠보싱된 HDPE이고, 금속 리드들에 대한 상기 실란트가 HDPE-g-MAH를 포함하는, 디바이스.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인클로저가 주위 압력 미만으로 존재하는, 디바이스.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인클로저가 불활성 기체를 포함하는, 디바이스.
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