CH719603A1 - Flexible multilayer opto-electronic structure. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une structure opto-électronique multicouche (100), flexible, sensiblement planaire, comportant: un substrat (101) comprenant au moins une couche polymérique de substrat (111); une première et une deuxième couche conductrice (140, 141) comprenant au moins une première et une deuxième électrode (145, 146); au moins une couche carbonée (130); et au moins une couche polymérique de passivation (121). La couche carbonée peut comporter du graphène. L'invention concerne également un dispositif photovoltaïque comprenant de ladite structure et un procédé de fabrication d'une structure opto-électronique multicouche flexible.The invention relates to a flexible, substantially planar, multilayer opto-electronic structure (100), comprising: a substrate (101) comprising at least one polymeric substrate layer (111); a first and a second conductive layer (140, 141) comprising at least a first and a second electrode (145, 146); at least one carbonaceous layer (130); and at least one polymeric passivation layer (121). The carbonaceous layer may contain graphene. The invention also relates to a photovoltaic device comprising said structure and a method of manufacturing a flexible multilayer opto-electronic structure.
Description
DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA
[0001] La présente invention concerne le domaine des dispositifs opto-électroniques, notamment des dispositifs photovoltaïques, destinés à produire de l'électricité. [0001] The present invention relates to the field of opto-electronic devices, in particular photovoltaic devices, intended to produce electricity.
ÉTAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE TECHNIQUE
[0002] Les dispositifs opto-électroniques, tels des dispositifs photovoltaïques, trouvent de l'utilité dans le domaine des téléphones portables, des montres bracelet ou des tablettes tactiles, entre autres. Ils peuvent servir à capter de la lumière pour la transformer en énergie pour alimenter un module électronique, par exemple. [0002] Opto-electronic devices, such as photovoltaic devices, find use in the field of mobile phones, wristwatches or touchscreen tablets, among others. They can be used to capture light to transform it into energy to power an electronic module, for example.
[0003] On connaît les dispositifs photovoltaïques, notamment des cellules généralement constituées de semi-conducteurs, par exemple à base de silicium. Une couche de silicium peut être de type N (ou dopé N) ou de type P (ou dopé P) selon le mécanisme de transport de courant qui est dominant dans la couche de silicium, soit par des électrons, soit par des trous, respectivement. Ces dispositifs comportent une couche de type P reliée à un premier électrode, la couche de type P étant recouverte d'une couche de type N reliée à un deuxième électrode. L'exposition de ces à des rayons électromagnétiques, par exemple à la lumière visible, provoque l'apparition d'une différence de potentiel entre les deux électrodes. [0003] Photovoltaic devices are known, in particular cells generally made of semiconductors, for example based on silicon. A silicon layer can be N-type (or N-doped) or P-type (or P-doped) depending on the current transport mechanism that is dominant in the silicon layer, either by electrons or by holes, respectively. . These devices comprise a P-type layer connected to a first electrode, the P-type layer being covered with an N-type layer connected to a second electrode. Exposure of these to electromagnetic rays, for example visible light, causes the appearance of a potential difference between the two electrodes.
[0004] Un but de la présente invention est de proposer un dispositif photovoltaïque qui soit plus efficace. Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d'une structure opto-électronique multicouche flexible pour un dispositif photovoltaïque qui soit facile à réaliser. [0004] An aim of the present invention is to propose a photovoltaic device which is more efficient. Another aim of the present invention is to propose a method of manufacturing a flexible multilayer opto-electronic structure for a photovoltaic device which is easy to produce.
RÉSUMÉ DE L'INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION
[0005] Une structure opto-électronique multicouche flexible est proposé, la structure étant utilisable dans un dispositif photovoltaïque pour produire une tension électrique en présence d'un rayonnement électromagnétique. [0005] A flexible multilayer opto-electronic structure is proposed, the structure being usable in a photovoltaic device to produce an electrical voltage in the presence of electromagnetic radiation.
[0006] Selon un premier aspect, une structure opto-électronique multicouche, flexible, sensiblement planaire est proposée. La structure opto-électronique comporte au moins une couche polymérique de substrat, une première couche conductrice, au moins une couche carbonée, une deuxième couche conductrice et au moins une couche polymérique de passivation. Selon un mode de réalisation, la couche carbonée comporte du graphène. Selon un mode de réalisation, la couche carbonée comporte des nanoparticules (par exemple 1nm - 100nm) de graphène, soit des nanotubes, soit des nano-sphères, soit des nano-fils de graphène. Selon un mode de réalisation, la couche carbonée comporte un réseau bidimensionnel de graphène. [0006] According to a first aspect, a multilayer, flexible, substantially planar opto-electronic structure is proposed. The opto-electronic structure comprises at least one polymeric substrate layer, a first conductive layer, at least one carbon layer, a second conductive layer and at least one polymeric passivation layer. According to one embodiment, the carbon layer comprises graphene. According to one embodiment, the carbon layer comprises nanoparticles (for example 1nm - 100nm) of graphene, either nanotubes, or nano-spheres, or graphene nano-wires. According to one embodiment, the carbonaceous layer comprises a two-dimensional network of graphene.
[0007] Selon un autre mode de réalisation, la structure opto-électronique multicouche comporte deux couches de graphène, soit une couche de graphène dopé N et une couche de graphène dopé P. According to another embodiment, the multilayer opto-electronic structure comprises two layers of graphene, namely a layer of N-doped graphene and a layer of P-doped graphene.
[0008] Selon un autre aspect, un procédé pour la fabrication d'une structure opto-électronique multicouche flexible est proposé, le procédé comportant : dépôt d'une première couche métallique sur une première couche polymérique de substrat ; dépôt d'une première couche d'encre contenant du graphène sur la première couche métallique, préférablement par un procédé dit „slot die“ ; séchage de la couche d'encre, préférablement par l'irradiation par des rayons infrarouges ; dépôt d'une deuxième couche métallique sur la couche d'encre contenant du graphène ; et dépôt d'une première couche polymérique de passivation. Selon un mode de réalisation, le procédé comporte en outre une étape de collage d'une deuxième couche de substrat par-dessus la première couche polymérique de substrat et / ou une deuxième couche polymérique de passivation par-dessus la première couche polymérique de passivation. [0008] According to another aspect, a method for manufacturing a flexible multilayer opto-electronic structure is proposed, the method comprising: depositing a first metallic layer on a first polymeric substrate layer; depositing a first layer of ink containing graphene on the first metal layer, preferably by a so-called “slot die” process; drying of the ink layer, preferably by irradiation with infrared rays; depositing a second metallic layer on the ink layer containing graphene; and depositing a first polymeric passivation layer. According to one embodiment, the method further comprises a step of bonding a second substrate layer over the first polymeric substrate layer and/or a second polymeric passivation layer over the first polymeric passivation layer.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINSSUMMARY DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0009] Les caractéristiques de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description de plusieurs formes d'exécution données uniquement à titre d'exemple, nullement limitative en se référant aux figures schématiques, dans lesquelles : – La FIG. 1 montre les différentes couches présentes dans une structure opto-électronique multicouche flexible selon un mode de réalisation de la présente invention ; et – La FIG. 2 montre les différentes couches présentes dans une structure opto-électronique multicouche flexible selon un autre mode de réalisation ;[0009] The characteristics of the invention will appear more clearly on reading the description of several embodiments given solely by way of example, in no way limiting with reference to the schematic figures, in which: – FIG. 1 shows the different layers present in a flexible multilayer opto-electronic structure according to one embodiment of the present invention; and – FIG. 2 shows the different layers present in a flexible multilayer opto-electronic structure according to another embodiment;
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0010] La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une structure opto-électronique multicouches flexible. La structure est sensiblement planaire, de préférence longiforme, s'étendant dans deux dimensions. The present invention relates to a method of manufacturing a flexible multilayer opto-electronic structure. The structure is substantially planar, preferably elongated, extending in two dimensions.
[0011] La structure peut comporter deux couches conductrices comprenant des tracées conductrices, autrement dit des électrodes. [0011] The structure may comprise two conductive layers comprising conductive traces, in other words electrodes.
[0012] Selon un mode de réalisation, la structure comporte une couche carbonée entre les deux électrodes. La couche carbonée peut être du graphène. Une interface entre le graphène et une électrode fait une barrière Schottky. Un rayonnement électromagnétique incident sur la structure provoque l'apparition d'une différence de potentiel entre les deux électrodes. [0012] According to one embodiment, the structure comprises a carbon layer between the two electrodes. The carbon layer may be graphene. An interface between graphene and an electrode makes a Schottky barrier. Electromagnetic radiation incident on the structure causes the appearance of a potential difference between the two electrodes.
[0013] Les électrodes et les couches carbonées se trouvent en sandwich entre le substrat et la passivation. Selon un mode préféré de réalisation, la passivation et le substrat comportent chacun deux couches du polymère collées ensemble. La structure est donc étanche à l'air et à l'eau, électriquement isolante et résistante mécaniquement contre les griffures et / ou des coupures. Le substrat est collé une des couches métalliques par une couche adhérente (198, 298). La passivation est collée à l'autre couche métallique par une couche adhérente (198, 298). Selon un mode de réalisation, la couche adhérente (198, 298) comporte du carbone, du silicium, de l'oxygène et de l'hydrogène, préférablement du PDMS. Le PDMS est préférablement déposée par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma dans un environnement sous pression atmosphérique. [0013] The electrodes and the carbon layers are sandwiched between the substrate and the passivation. According to a preferred embodiment, the passivation and the substrate each comprise two layers of the polymer glued together. The structure is therefore airtight and watertight, electrically insulating and mechanically resistant against scratches and/or cuts. The substrate is bonded to one of the metal layers by an adhesive layer (198, 298). The passivation is bonded to the other metal layer by an adhesive layer (198, 298). According to one embodiment, the adherent layer (198, 298) comprises carbon, silicon, oxygen and hydrogen, preferably PDMS. The PDMS is preferably deposited by a plasma-activated chemical vapor deposition process in an atmospheric pressure environment.
[0014] Selon un mode de réalisation, le polymère comporte un matériau polymère flexible, par exemple le polyéthylène téréphtalate (PET). D'autres polymères sont également possible, par exemple le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), le polychlorure de vinyle (PVC), le PVC souple (PVC-P), le polystyrène (PS), le polycarbonate (PC), le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), le polyoxyméthylène (POM), le polytéréphtalate d'éthylène (PET), le polyester, le co-polyester, la polyétheréthercétone (PEEK), le polyamide, notamment le polyamide 6 (PA6), le polyamide 12 (PA12), le polyamide 10, le polyamide 610, le polyamide 66, le polyamide à base de constituants aliphatiques et cycloaliphatiques tels que notamment MACM12 ou le co-polyamide amorphe, de préférence à base de PA12, ou des copolymères ou mélanges de ceux-ci. [0014] According to one embodiment, the polymer comprises a flexible polymer material, for example polyethylene terephthalate (PET). Other polymers are also possible, for example polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), soft PVC (PVC-P), polystyrene (PS), polycarbonate (PC) , polymethyl methacrylate (PMMA), polyoxymethylene (POM), polyethylene terephthalate (PET), polyester, co-polyester, polyetheretherketone (PEEK), polyamide, in particular polyamide 6 (PA6), polyamide 12 (PA12), polyamide 10, polyamide 610, polyamide 66, polyamide based on aliphatic and cycloaliphatic constituents such as in particular MACM12 or amorphous co-polyamide, preferably based on PA12, or copolymers or mixtures of these.
[0015] La couche métallisée peut comporter de l'aluminium, du cuivre, du tungsten, ou d'autres métaux. Le substrat peut être traité par un plasma pour améliorer l'adhésion. [0015] The metallized layer may comprise aluminum, copper, tungsten, or other metals. The substrate may be plasma treated to improve adhesion.
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