CN101232078A - 有机太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机太阳能电池及其制作方法，该电池具有基板、有机太阳能电池组件、至少一层的防水性高分子层以及至少一层的金属层。上述的防水性高分子层与金属层交替迭置于有机太阳能电池元件上，其中防水性高分子层具有阻隔水气进入有机太阳能电池元件的功能，金属层具有防止水气与氧气渗入有机太阳能电池元件的功能。本发明的有机太阳能电池中交替迭置的防水性高分子层与金属层可用以防止水气与氧气进入有机太阳能电池元件中。因此，可有效地提高有机太阳能电池的使用寿命与使用效率。

Description

有机太阳能电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的构造，尤其涉及一种有机太阳能电池封装的构造。
背景技术
目前，人类主要仍仰赖化石燃料来获取所需的能源。随着化石燃料的逐渐耗尽，以及伴随化石燃料的使用所带来的温室效应逐渐严重，具环保价值的新能源的开发为迫不容缓的事。
太阳能为一源源不绝与干净的能源。各国科学家致力于开发各种不同材料的太阳能电池以用于生活中的各种电器或电子产品。有机太阳能电池由于所使用的光电转换层的材料多为高分子材料，可使用一些较简单的形成方法例如涂布法或喷墨法来制作光电转换层，因此开始获得学术界与产业界的重视。
有机太阳能电池虽具有上述的优点，但其所使用的有机光电转换材料却对水气与氧气相当敏感，因此通常在使用一段时间后会因为水气与氧气的渗入而使其使用寿命变短或使用效率降低。因此，一种具有水氧阻隔效果的有机太阳能电池为目前所需。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有水氧阻隔效果的有机太阳能电池及该有机太阳能电池的制作方法。
根据本发明一实施例，提出了一种有机太阳能电池。此有机太阳能电池包含基板、有机太阳能电池元件、至少一层的防水性高分子层以及至少一层的金属层。有机太阳能电池元件包含位于基板上的第一电极，以及第一电极之上的有机光电转换层与第二电极。防水性高分子层与金属层交替迭置于有机太阳能电池元件上，且防水性高分子层覆盖于有机太阳能电池元件的表面。防水性高分子层具有阻隔水气进入有机太阳能电池元件的功能，金属层具有防止水气与氧气渗入有机太阳能电池元件的功能。
根据本发明一实施例，提出了一种有机太阳能电池的制作方法，此制作方法包含先形成有机太阳能电池元件于基板上。之后再形成至少一层的防水性高分子层与至少一层的去除水氧的金属层，使防水性高分子层与金属层交替迭置于有机太阳能电池元件上，且防水性高分子层覆盖于有机太阳能电池元件的表面。
本发明实施例所述的有机太阳能电池中交替迭置的防水性高分子层与金属层可用以防止水气与氧气进入有机太阳能电池元件中。如此一来，可有效地提高有机太阳能电池的使用寿命与使用效率。
附图说明
为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式详细说明如下：
图1及图2绘示了本发明一实施例所述的有机太阳能电池的制造流程剖面示意图。
其中，附图标记：
100：有机太阳能电池              102：基板
104：第一电极                    106：有机光电转换层
108：第二电极                    110：有机太阳能电池元件
120：防水性高分子层              130：金属层
具体实施方式
图1及图2绘示了本发明一实施例所述的有机太阳能电池的制造流程剖面示意图。在图1中，先在基板102上形成有机太阳能电池元件110。基板102可为玻璃基板或可挠式基板例如塑料基板。有机太阳能电池元件110包含了位于基板102上的第一电极104，以及第一电极104上方的有机光电转换层106与第二电极108。
上述的有机光电转换层106可为任何可行的构造，例如可为由有机施体材料(organic donor material)与有机受体材料(organic acceptormaterial)所组成的单层/双层结构，其中有机施体材料与有机受体材料得以相互混合或分层的方式形成有机光电转换层106。前述的有机施体材料例如可为聚(3-己烷基噻吩)(poly(3-hexylthiophene))或聚(3-辛烷基噻吩)(poly(3-octylthiophene))，受体材料例如可为碳六十(C60)或碳六十的衍生物，例如PCBM(1-(3-methoxycarbonyl)propyl-1-phenyl[6，6]C61)。上述有机光电转换层106的形成方法例如可为旋转涂布法或蒸镀法。
请再参照图1，第一电极104可为阳极电极例如ITO电极，第二电极108可为阴极电极例如铝或银电极。第一电极及第二电极的形成方法依材料的选择而有不同的形成方法，例如可为蒸镀法或溅镀法。当然，阳极电极与阴极电极的位置也可互换，例如第一电极104为阴极电极，第二电极108为阳极电极。在阳极电极与有机光电转换层106之间也可选择性地蒸镀或涂布一层空穴传输层，其材料例如可为PEDOT：PSS(Poly(3，4-ethylenedioxythiophene)poly(styrene sulfonate))。上述有机太阳能电池元件110的构造、材料与形成方式并不受上述材料与形成方法的限制。
在图2中，在完成有机太阳能电池元件110的制作之后，可在太阳能电池元件上形成一层厚度约为10埃～10微米的防水性高分子层120，用以阻隔水气进入有机太阳能电池元件110中。防水性高分子层120的形成方式可为旋转涂布法、喷墨法或网印法，然后再进行聚合反应而成。防水性高分子层120的制作流程例如可为先涂布一层寡聚物(oligomer)或反应单体于太阳能电池元件110上，此寡聚物或反应单体可为具有疏水性官能基或疏水特性的分子片段的热硬化材料、光硬化材料(例如紫外光硬化材料)或自发性硬化材料。之后，再利用照光(紫外光)、加热或静置的方式使其聚合为高分子。
上述防水性高分子层120的反应物可为同时具有疏水特性的分子片段(例如聚双甲基硅氧烷(polydimethylsi loxanes))以及位于疏水特性分子片段末端可进行聚合的官能基。可进行聚合的官能基例如可为烯类官能基(vinylgroup)、环氧官能基(epoxy group)、甲基丙酰酸酯官能基(methacrylategroup)、丙酰酸酯官能基(acrylate group)。通过加入触媒或启始剂(initiator)，再搭配照光或加热，可使反应物聚合成高分子。当然，形成防水性高分子层120的材料也可为两种不同反应物的组合，其中之一可为同时具有疏水特性的分子片段以及两个以上的胺类官能基的反应物，另一个可为具有两个以上环氧基的反应物，胺类官能基可与环氧基反应并进一步形成高分子。
上述同时具有疏水特性的分子片段以及位于疏水特性分子片段末端可进行聚合的官能基的反应物例如可为末端为乙烯基的聚双甲基硅氧烷(vinyl terminated polydimethylsiloxanes)、末端为乙烯基的双苯基硅氧烷-双甲基硅氧烷共聚物(vinyl terminated diphenyl siloxane-dimethylsiloxane copolymer)、末端为环氧丙氧丙基的聚双甲基硅氧烷(epoxypropoxypropyl terminated polydimethylsiloxanes)、甲基丙酰酸酯丙基甲基硅氧烷-双甲基硅氧烷共聚物(methacryloxypropyl methylsiloxane-dimethylsiloxane copolymers)、3-丙酰酸酯-2羟基丙氧丙基甲基硅氧烷-双甲基硅氧烷共聚物((3-acryloxy-2-hydroxypropoxypropyl)methylsiloxane dime thylsiloxane copolymer)。
除了上述的形成防水性高分子层120的方式外，也可直接将高分子材料溶解于溶剂中以降低高分子材料的粘度。之后，再以旋转涂布、喷墨或网印的方式将高分子溶液形成于有机太阳能电池元件110上，并进一步将溶剂去除以形成防水性高分子层120。
请再参照图2，在防水性高分子层120形成后，可在其上形成一层厚度约为10埃～10微米的金属层130。金属层130可利用与氧气或水气的反应来去除进入有机太阳能电池的氧气或水气，同时反应所生成的金属氧化层也可防止水气与氧气继续渗透到有机太阳能电池元件中。金属层130可为铝金属层、银金属层或银铝合金层，其形成方法可为溅镀法、蒸镀法或电子枪喷涂法。
在金属层130形成后，可继续在其上形成交替迭置的防水性高分子层120与金属层130，并在最外层以防水性高分子层120作为阻隔水气的材料，以完成有机太阳能电池100的制作。不同层的防水性高分子层120可视设计的需求选择相同或不同的材料。同样的，不同层的金属层130也可视设计的需求选择相同或不同的材料，例如一层为铝金属层，另一层为银金属层。此外，为了提高有机太阳能电池100的使用效率，也可选择性地在有机太阳能电池元件的上形成一层反射层。当光线由基板102方向进入有机太阳能电池100时，此反射层可将部份穿过有机太阳能电池元件110的光反射回有机太阳能电池元件110，以提高有机太阳能电池100的效率。当然，本发明实施例中所述的金属层130的金属表面也可具有将光线反射回有机太阳能电池元件110的功能，在此情形下，金属层130可代替反射层进行前述的光线反射。
本发明实施例中利用上述防水性高分子层与金属层交替迭置的结构，可更有效地将水气与氧气进行阻隔，以防止水气与氧气进入有机太阳能电池元件中。如此一来，可进一步延长对水气与氧气敏感的有机太阳能电池元件的使用寿命与稳定性。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的普通技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (16)

1.一种有机太阳能电池，其特征在于，至少包含：
一基板；
一有机太阳能电池元件，该有机太阳能电池元件包含：
一第一电极，位于该基板上；
一有机光电转换层，位于该第一电极上；以及
一第二电极，位于该有机光电转换层上；
至少一防水性高分子层，位于该有机太阳能电池元件的上，且该至少一防水性高分子层之一覆盖于该有机太阳能电池元件的表面，用以阻隔水气进入该有机太阳能电池元件；以及
至少一金属层，位于该有机太阳能电池元件之上，每一该至少一金属层与每一该至少一防水性高分子层交替迭置，用以防止水气与氧气渗入该有机太阳能电池元件中。
2.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于，每一该至少一金属层为铝金属层、银金属层或银铝合金层。
3.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于，每一该至少一金属层的厚度为10埃～10微米。
4.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于，每一该至少一防水性高分子层的厚度为10埃～10微米。
5.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于，每一该至少一防水性高分子层的材料为光硬化材料、热硬化材料或自发性硬化材料。
6.根据权利要求5所述的有机太阳能电池，其特征在于，该光硬化材料为紫外光硬化材料。
7.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于，每一该至少一防水性高分子层与每一该至少一金属层交替迭置的构造的最外层为该至少一防水性高分子层之一。
8.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于，还包含一反射层，该反射层位于该有机太阳能电池元件之上，用以将穿透该有机太阳能电池元件的光线反射回该有机太阳能电池元件。
9.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于，该基板为玻璃基板或可挠式基板。
10.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于，当该第一电极为阳极电极时，该第二电极为阴极电极，当该第一电极为阴极电极时，该第二电极为阳极电极。
11.一种有机太阳能电池的制作方法，其特征在于，包含：
形成一有机太阳能电池元件于一基板上；以及
形成至少一防水性高分子层与去除水氧的至少一金属层，使每一该至少一防水性高分子层与每一该至少一金属层交替迭置于该有机太阳能电池元件之上，且该至少一防水性高分子层之一覆盖于该有机太阳能电池元件的表面。
12.根据权利要求11所述的有机太阳能电池的制作方法，其特征在于，该至少一防水性高分子层的形成方法包含：
形成该至少一防水性高分子层的单体或寡聚物于该有机太阳能电池元件或该至少一金属层上；以及
固化该单体或该寡聚物以形成该至少一防水性高分子层。
13.根据权利要求12所述的有机太阳能电池的制作方法，其特征在于，形成该至少一防水性高分子层的单体或寡聚物于该有机太阳能电池元件或该至少一金属层上的方法为旋转涂布法、喷墨法或网印法。
14.根据权利要求12所述的有机太阳能电池的制作方法，其特征在于，固化该单体或该寡聚物的方式为照光固化、加热固化或自发性固化。
15.根据权利要求11所述的有机太阳能电池的制作方法，其特征在于，该至少一防水性高分子层的形成方法包含：
溶解一高分子材料于一溶剂中；
涂布该高分子材料的溶液于该有机太阳能电池元件或该至少一金属层上；
去除该溶剂以形成该至少一防水性高分子层。
16.根据权利要求11所述的有机太阳能电池的制作方法，其特征在于，每一该至少一金属层的形成方法为溅镀法、蒸镀法或电子枪喷涂法。
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