CN102487127A - 光电元件及其元件基板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光电元件及其元件基板。元件基板包括一第一基材、一突出部及一第一电极。突出部自第一基材突出。突出部具有实质上对称的类蛾眼结构。突出部的结构周期实质上是100nm至300nm。突出部的高度实质上是50nm至300nm。突出部的顶表面中心朝向第一基材侧的曲率半径实质上是20nm至100nm。第一电极等厚度地覆盖在突出部上，且第一电极具有如突出部的类蛾眼结构。本发明提供的元件基板对于可见光具有高的穿透率，而对于紫外光具有低的穿透率，使光电元件具有高效能及长寿命的特性。
Description
技术领域
本发明涉及光电元件及其元件基板，特别是涉及有机太阳电池元件及其元件基板。
背景技术
有机太阳电池相较于硅基太阳电池具有可卷曲、透明、轻巧及成本低等的优势，因此应用的领域更为广泛。然而，大气中的紫外线会损坏有机太阳电池，致使有机太阳电池有使用寿命短及效能低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种光电元件及其元件基板。元件基板对于可见光具有高的穿透率，而对于紫外光具有低的穿透率，使光电元件具有高效能及长寿命的特性。
根据本发明的目的，提出一种光电元件的元件基板。元件基板包括一第一基材、一突出部及一第一电极。突出部自第一基材突出。突出部具有实质上对称的类蛾眼结构。突出部的结构周期实质上是100nm至300nm。突出部的高度实质上是50nm至300nm。突出部的顶表面中心朝向第一基材侧的曲率半径实质上是20nm至100nm。第一电极等厚度地覆盖在突出部上，且第一电极具有如突出部的类蛾眼结构。
所述的光电元件的元件基板，其中，该突出部中底表面中心背向该第一基材侧的曲率半径实质上是20nm至100nm。
所述的光电元件的元件基板，其中，还包括一第二基材，其中该第二基材与该突出部位于该第一基材的相对侧上。
所述的光电元件的元件基板，其中，该第一基材的折射率与该第二基材的折射率实质上相差0至0.2。
所述的光电元件的元件基板，其中，该第二基材的折射率实质上为1.4至1.6。
所述的光电元件的元件基板，其中，该第一基材的折射率与该第一电极的折射率实质上相差0.4至1。
所述的光电元件的元件基板，其中，该第一基材的折射率实质上为1.4至1.6，该第一电极的折射率实质上为2至2.4。
根据本发明的目的，也提出一种光电元件。光电元件包括一元件基板、一主动层及一第二电极。元件基板包括一第一基材、一突出部及一第一电极。突出部自第一基材突出。突出部具有实质上对称的类蛾眼结构。突出部的结构周期实质上是100nm至300nm。突出部的高度实质上是50nm至300nm。突出部的顶表面中心朝向第一基材侧的曲率半径实质上是20nm至100nm。第一电极等厚度地覆盖在突出部上，且第一电极具有如突出部的类蛾眼结构。主动层配置于第一电极上。第二电极配置于主动层上。
所述的光电元件，其中，该主动层具有如该第一电极的类蛾眼结构。
所述的光电元件，其中，该第二电极具有如该第一电极的类蛾眼结构。
与现有技术相比，本发明提供的元件基板对于可见光具有高的穿透率，而对于紫外光具有低的穿透率，使光电元件具有高效能及长寿命的特性。
附图说明
图1绘示本发明第一实施例的元件基板的剖面图；
图2与图3绘示图1中以切面A-A’的突出部排列示意图；
图4绘示本发明第二实施例的元件基板；
图5为元件基板的光穿透率分析的结果；
图6为元件基板的穿透光频谱照度分析的结果；
图7绘示本发明第三实施例的光电元件；
图8绘示本发明第四实施例的光电元件；
图9绘示本发明第五实施例的光电元件；
图10绘示本发明第六实施例的光电元件。
其中，附图标记：
2、12、22、32、42、52：元件基板
4、14、34：第一基材
6、16、36：突出部
8、18、28、38、48、58：第一电极
15、35：第二基材
23、33、43、53：主动层
27、37、47、57：第二电极
29、39、49、59：封装层
30、40、50、60：光电元件
A-A’：切面
C1、C2：突出部的底表面中心
D1：突出部的顶表面中心之间的距离
D2：突出部的底表面中心之间的距离
D3：突出部的高度
T1、T2：突出部的顶表面中心
R1、R2：曲率半径
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
图1绘示本发明第一实施例的元件基板的剖面图。请参照图1，元件基板2包括一第一基材4、多个突出部6与一第一电极8。元件基板2可为透明的。突出部6从第一基材4突出，且第一电极8覆盖在突出部6上。于一实施例中，元件基板2的第一基材4与突出部6是一体成形的。亦即，元件基板2的第一基材4与突出部6之间并没有间缝，且具有相同性质的材料。
突出部6具有实质上对称的类蛾眼结构，如图1所示。举例来说，突出部6的顶表面中心T1朝向第一基材4侧的曲率半径R1实质上是20nm至100nm。突出部6中底表面中心C1背向第一基材4侧的曲率半径R2实质上可为20nm至100nm。突出部6的高度，亦即例如顶表面中心T1与底表面中心C1之间的距离D3，实质上可为50nm至300nm。突出部6的结构周期，亦即在相同对应位置且邻近的两个基准点之间的距离(例如顶表面中心T1与T2之间的距离D1，或者底表面中心C1与C2之间的距离D2)，实质上可为100nm至300nm。
第一电极8等厚度地覆盖在突出部6上，因此第一电极8具有如突出部6的类蛾眼结构。其中，第一基材4的折射率与第一电极8的折射率实质上可相差0.4至1。第一基材4的折射率实质上可为1.4至1.6。第一电极8的折射率实质上可为2至2.4。如此光线能有效率地穿透元件基板2。
图2与图3为图1中以切面A-A’的突出部排列示意图。在本实施例中，元件基板2的突出部6为阵列排列，如图2的四方形阵列排列或如图3的紧密堆积排列。
图4绘示本发明第二实施例的元件基板。图4的元件基板12与图1的元件基板2的不同处在于，元件基板12还包括一第二基材15。元件基板12可为透明的，亦即第一基材14、第二基材15、突出部16与第一电极18皆为透明材料所构成。第二基材15与突出部16位于第一基材14的相对侧上。于一实施例中，元件基板12的第一基材14与突出部16是一体成形的。举例来说，第一基材14与突出部16利用涂布及成形技术形成于第二基材15上。其中，第一基材14的折射率与第二基材15的折射率实质上可相差0至0.2。第二基材15的折射率实质上可为1.4至1.6。第一基材14的折射率与第一电极18的折射率实质上可相差0.4至1。
于一具体实施例中，第二基材15采用玻璃(Glass)，将第二基材15的玻璃分别以水、丙酮及异丙醇清洗10分钟，接着浸泡于冰醋酸溶液中5分钟。待干燥后，用旋涂的方式将成形材料：紫外线固化树脂(Ormocomp)涂布于第二基材15的玻璃上，并利用紫外线固化纳米转印制程，将结构周期约250nm的类蛾眼结构转印于成形材料以于第二基材15玻璃上形成第一基材14与突出部16(Patterned Resin)。接着溅镀200nm厚的铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)材料于元件基板12的突出部16上，以形成第一电极18。然后分析元件基板12(Glass/Patterned Resin/ITO)的光学特性，结果如图5与图6所示。从图5的光穿透率分析结果可发现，相较于比较例不具类蛾眼结构的元件基板(玻璃基材上配置ITO材料：Glass/ITO，与经抗反射处理的不具类蛾眼结构的元件基板：AR/Glass/ITO)，实施例具有类蛾眼结构的元件基板(Glass/PattemedResin/ITO)对波长小于约400nm的紫外光明显有较低的光穿透率，而对于可见光波段明显有较高的光穿透率。从图6以AM1.5G太阳光照射的穿透光频谱照度分析结果可发现，实施例具有类蛾眼结构的元件基板对波长小于约400nm的紫外光的总穿透功率低于比较例试片近50％，而对于可见光的总穿透功率提高约8％。
从实验结果可以证实，本发明的实施例的元件基板对于可见光具有高的穿透率，而对于紫外光具有低的穿透率。因此本发明的实施例的元件基板可应用于光电元件例如有机太阳电池元件。由于光电元件可吸收更多量的可见光线，因此效能提升。此外，可减少紫外线对光电元件的伤害，进而延长光电元件的使用寿命。
图7绘示本发明第三实施例的光电元件。请参照图7，在光电元件30中，是在元件基板22的第一电极28上依序配置主动层23与第二电极27。元件基板22相似于图1所示的元件基板2。主动层23可作为光电转换层。主动层23可包括有机共轭高分子施体与受体材料所组成的化合物或混合物。元件基板22可为透明的。如此光线能有效率地穿透元件基板22，并进一步穿透至主动层23作光电转换。因此能提高光电元件30的效能。光电元件30也可包括封装层29，配置于第二电极27上。
图8绘示本发明第四实施例的光电元件。图8的光电元件40与图7的光电元件30的不同处在于，光电元件40的元件基板32还包括第二基材35。图8中的元件基板32可相似于图4所示的元件基板12。亦即，此实施例的元件基板32包括第二基材35、第一基材34、突出部36与第一电极38。如此光线能有效率地穿透元件基板32，并进一步穿透至主动层33作光电转换。因此能提高光电元件40的效能。于此实施例中，光电元件40也包括主动层33、第二电极37与封装层39。
图9绘示本发明第五实施例的光电元件。图9的光电元件50与图7的光电元件30不同处在于，图7的光电元件30的主动层23与第二电极27皆为具有如第一电极28的类蛾眼结构，而图9中的光电元件50，其中的主动层43覆盖第一电极48的类蛾眼结构，形成一平面，以使配置在主动层43上的第二电极47与封装层49皆为平面。当然，在本实施例中，元件基板42可使用如图1(图7)中的元件基板2(22)，也可使用如图4(图8)中的元件基板12(32)，并不以此为限。
图10绘示本发明第六实施例的光电元件。与图9的光电元件50不同之处在于，图10中的光电元件60的主动层53覆盖在第一电极58的类蛾眼结构，同样形成如第一电极58般的类蛾眼结构，而配置在主动层53上的第二电极57覆盖主动层53的类蛾眼结构，形成一平面，以使配置在第二电极57上的封装层59为平面。同样的，在本实施例中，元件基板52可使用如图1(图7)中的元件基板2(22)，也可使用如图4(图8)中的元件基板12(32)，并不以此为限。
于本发明的实施例中，具类蛾眼结构的元件基板对于可见光具有高的穿透率，而对于紫外光具有低的穿透率。因此具有类蛾眼结构的元件基板的光电元件可吸收高强度的可见光线，并具有高效能。此外，可减少紫外线对光电元件的伤害，并延长光电元件的使用寿命。再者，利用调变光电元件各层膜例如元件基板与第一电极的折射率的方式，可使光线有效率地穿透至主动层作光电转换。因此能提高光电元件的效能。
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 (11)
1.一种光电元件的元件基板，其特征在于，包括：
一第一基材；
一突出部，自该第一基材突出，其中该突出部具有实质上对称的类蛾眼结构；以及
一第一电极，等厚度地覆盖在该突出部上，且该第一电极具有如该突出部的类蛾眼结构；
其中，该突出部的结构周期实质上是100nm至300nm，该突出部的高度实质上是50nm至300nm，该突出部的顶表面中心朝向该第一基材侧的曲率半径实质上是20nm至100nm。
2.根据权利要求1所述的光电元件的元件基板，其特征在于，该突出部中底表面中心背向该第一基材侧的曲率半径实质上是20nm至100nm。
3.根据权利要求1所述的光电元件的元件基板，其特征在于，还包括一第二基材，其中该第二基材与该突出部位于该第一基材的相对侧上。
4.根据权利要求3所述的光电元件的元件基板，其特征在于，该第一基材的折射率与该第二基材的折射率实质上相差0至0.2。
5.根据权利要求4所述的光电元件的元件基板，其特征在于，该第二基材的折射率实质上为1.4至1.6。
6.根据权利要求1或3所述的光电元件的元件基板，其特征在于，该第一基材的折射率与该第一电极的折射率实质上相差0.4至1。
7.根据权利要求5所述的光电元件的元件基板，其特征在于，该第一基材的折射率实质上为1.4至1.6，该第一电极的折射率实质上为2至2.4。
8.根据权利要求6所述的光电元件的元件基板，其特征在于，该第一基材的折射率实质上为1.4至1.6，该第一电极的折射率实质上为2至2.4。
9.一种光电元件，其特征在于，包括：
一元件基板，其中该元件基板采用如权利要求1-8中之一所述的光电元件的元件基板；
一主动层，配置于该第一电极上；以及
一第二电极，配置于该主动层上。
10.根据权利要求9所述的光电元件，其特征在于，该主动层具有如该第一电极的类蛾眼结构。
11.根据权利要求10所述的光电元件，其特征在于，该第二电极具有如该第一电极的类蛾眼结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120606 |