CN107768525B - 光伏电池光电转换复合层结构制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光伏电池光电转换复合层结构制作方法，包含：备有一透明基板，该透明基板一侧面形成一光学硬化层，将下导电层成型在该光学硬化层的一侧面上，于该透明基板的光学硬化层及下导电层上制作一特定厚度的牺牲层，依序涂覆电子传递层、主动层、电洞传递层组成的光电反应层于该下导电层及该牺牲层的一侧面上，再于该牺牲层的一侧面上黏贴有一黏着层，在该牺牲层被移除后以构成特定的蚀刻区域，将金属材料涂覆于光电反应层上形成多个上电极及多个引线，使该光电反应层与下导电层的该些下电极电性连结，以完成光伏电池光电转换复合层结构。由此可以使牺牲层顺利剥离不致破坏每一个下电极的结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于光伏电池光电转换复合层的结构，尤其是应用于制作光电转换复合层的牺牲层结构。
背景技术
太阳能电池的研究是再生能源中受众人期待的一个方向。虽然现今已商业化的多数产品是以硅为其主要材料，不过使用高分子材料所开发的有机太阳能电池因其工艺简单、造价便宜、材质轻盈、可挠曲等特性而受到业界与学术界的瞩目。
目前在制备光伏太阳能电池时，其多是通过涂布(Coating)为制备太阳能电池薄膜的技术手段，其优点在于能够使得该薄膜具有较佳的平整性与均匀性。而进一步可以R2R(Roll-to-Roll,R2R)工艺即是一种具有潜力用以大面积制备太阳能电池的技术，其在产业界已有配合可挠性显示器(flexible display)的制备，基于可挠性显示器“软”的特性，R2R工艺即可良好地配合其运作，得以在较低成本的下生产这些具有可塑性、重量轻、耐冲击等优点。
光伏太阳能电池的光电转换装置100a在结构上有很多种，其中一种如称为有机高分子光电转换(OPV)太阳能装置，如图1，该结构为提升光电换的电压提升与发光效率，因此在相邻每个光电反应单元20a间会借一位于电洞传递层(HTL)203a上的上导电层(AgLayer5)40a与相邻的光电反应单元20a的电子传递层(ETL)201a下层的另一下导电层(ITO)12a电性连接串联以提升电压的效果，在结构制作上，可参照图2～图5的制作流程。首先，选用一透明塑料基板10a，于一透明塑料基板10a表面有一硬化层11a及一下导电层(ITO层)12a，其中该下导电层12a可以经先蚀刻后构成导电线路，以配合对应各光电反应单元20a的设置位置。接着以涂布方式依序分别将电子传递层201a、主动层202a、电洞传递层203a的涂料全面性的依序涂覆叠构于各该材料层上，将电子传递层201a、主动层202a、电洞传递层203a合称为光电反应层。接着以激光蚀刻方式进行特定区域的蚀刻，以形成蚀刻区域30a可将光电反应层区分为小的光电反应单元20a。前述的蚀刻区域30a也提供未来涂覆上导电层(银胶)40a可以顺利与各光电反应单元20a，并与该透明塑料基板10a上层的下导电层12a电性连接。接着，再以导电涂料如银胶，以印刷方式于部分区域涂覆银胶形成上导电层40a，并使上导电层40a与透明塑料基板10a上的下导电层12a连通。
前述图4中为提供一蚀刻区域，现有技术利用直接蚀刻方式如激光蚀刻将已构成的光电反应层进行蚀刻已构成所需要的光电反应单元20a，且必须保留部分的下导电层12a可以部分露出，以利提供后续的上导电层40a的电性连接。不过由于下导电层12a与光电反应层的厚度很薄，其中下导电层厚度小于100nm，光电反应层厚度小于1μm，以激光蚀刻技术会限制导电层的露出区域。
另外一种实施方式以建构牺牲层(或保护层)方式以构成所需要的蚀刻区域，于前述图2的步骤1，将构成蚀刻区域位置设置牺牲层后，再进行图3的步骤2的光电反应层的制作，之后再移除该牺牲层以构成蚀刻区域，之后再进行后续图5的步骤4的上导电层(银胶)40a的涂覆制作。不过本实施作业，仍有技术难度需要克服，如，第一点，牺牲层的移除可以顺利的将牺牲层上的部分光电反应层移除，光电反应层部分移除的周边不致产生毛边，方可构成蚀刻区域；第二点，牺牲层可以完全遮蔽与蚀刻区域的部分基板与部分导电层，不致使光电反应层材料残留；第三点，牺牲层移除时不会破坏牺牲层下的导电层。
发明内容
因此，本发明的主要目的，在于提供一种光伏电池光电转换复合层结构制作方法，以使牺牲层顺利剥离不致破坏每一个下电极的结构。
为达上述的目的，本发明提供一种光伏电池光电转换复合层结构制作方法，包含：备有一透明基板，于该透明基板一侧面进行硬化处理形成有一光学硬化层，将导体涂层经干式或湿式蚀刻形成具有多个下电极及多条引线的下导电层，该下导电层设于该光学硬化层的一侧面上。接着，于该透明基板的光学硬化层及下导电层的特定区域制作一具特定厚度的牺牲层，依序涂覆电子传递层、主动层、电洞传递层组成的光电反应层于该下导电层及该牺牲层的一侧面上，再于该牺牲层的一侧面上黏贴有一黏着层，将该牺牲层移除，在该牺牲层被移除后以构成特定的蚀刻区域。最后，将金属材料涂覆于光电反应层上形成多个上电极及多条引线的上导电层，使该光电反应层与下导电层的该些下电极电性连结，以完成光伏电池光电转换复合层结构。
在本发明的一实施例中，该透明基板为透光塑料或透光玻璃基板。
在本发明的一实施例中，该透光塑料为聚乙烯对苯二甲酸酯、聚乙烯、聚酰亚胺、尼龙、聚氨酯或压克力塑料。
在本发明的一实施例中，步骤a的该透明基板的厚度为10μm～500μm。
在本发明的一实施例中，该光学硬化层为压克力、环氧树脂、二氧化硅或前述两种以上材料的组合。
在本发明的一实施例中，该光学硬化层的厚度为1μm-5μm。
在本发明的一实施例中，该下导电层的导电涂层为有机导体涂层、无机导体涂层或以前述两种以上组合。
在本发明的一实施例中，该无机导体涂层为金属或金属氧化物。
在本发明的一实施例中，该有机导体涂层为纳米碳管、聚3,4-乙撑二氧噻吩或以前述两种以上组合。
在本发明的一实施例中，该下导电层厚度为50nm-10μm。
在本发明的一实施例中，该下导电层厚度小于100nm。
在本发明的一实施例中，该牺牲层为可剥胶。
在本发明的一实施例中，该牺牲层为树脂胶，树脂胶可以加热固化或UV固化方式硬化形成。
在本发明的一实施例中，该牺牲层牺层厚度相对于光电反应层厚度至少大于20μm(该牺牲层的厚度至少大于该光电反应层的厚度20μm)。
在本发明的一实施例中，该牺牲层厚度为30μm-2mm。
在本发明的一实施例中，步骤d的该牺牲层覆盖于该下导电层的每一个该下电极的面积区域小于该牺牲层面积的1/3。
在本发明的一实施例中，该光电反应层可以是有机高分子的光伏电池的光学反应材料构成。
在本发明的一实施例中，该光电反应层可以是钙钛矿的光伏电池的光学反应材料构成。
在本发明的一实施例中，该蚀刻区域将该光电反应层区分为小的光电反应单元。
在本发明的一实施例中，该金属材料为银浆，通过网印涂覆制作于光电反应层的每一个光电反应单元上，以形成具有多个上电极及多个引线的上导电层，使该些光电反应单元与下导电层的该些下电极电性连结。
在本发明的一实施例中，该上导电层厚度为50nm-50μm。
在本发明的一实施例中，该上导电层厚度为3μm-10μm。
在本发明的一实施例中，更包含将光伏电池光电转换复合层结构上下各增设有一上透明盖板及一下透明盖板的透明材料，并于该上透明盖板及该下透明盖板之间通过一封合胶封合的步骤。
在本发明的一实施例中，该透明材料为透明塑料或玻璃基板。
在本发明的一实施例中，该透明塑料或玻璃基板的厚度为50μm-500μm。
在本发明的一实施例中，该上透明盖板上开设有一第一开孔及一第二开孔，该第一开孔对应该下导电层，使外部导线穿入与该下导电层电性连结，该第二开孔系对应该上导电层，使外部导线穿入与该上导电层电性连结。
在本发明的一实施例中，该上透明盖板所开设的该第一开孔及该第二开孔形成相邻，该第一开孔对应该下导电层，使外部导线穿入与该下导电层电性连结，该第二开孔与该第一开孔相邻后，使外部导线穿入与该上导电层的该些引线电性连结。
本发明提供一种光伏电池光电转换复合层结构制作方法，利用牺牲层的特性，在制作时先设置牺牲层再制作光电反应层，且牺牲层相对于光电反应层有一相对厚度即高度差，在移除牺牲层后构成的蚀刻区域的完整，不致使光电反应层部分移除的周边产生毛边，而且牺牲层覆盖在下导电层的每一个下电极上的面积区域以小于该牺牲层覆盖面积的1/3为宜，可以使牺牲层顺利剥离不致破坏每一个下电极的结构。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为光伏电池的光电转换装置示意图；
图2-图5为图1的光伏电池的光电转换装置的制作流程结构示意图；
图6为本发明的第一实施例的光伏电池光电转换复合层结构制作方法流程示意图；
图7a为本发明的第一实施例的光伏电池光电转换复合层结构的基板上制作硬化层及下导电层侧视示意图；
图7b为图7a的俯视示意图；
图8a为本发明在第一实施例的下导电层及硬化层表面制作牺牲层侧视示意图；
图8b为图8a的俯视示意图。
图9a为本发明在第一实施例的硬化层、下导电层、牺牲层上制作光电反应层侧视示意图；
图9b为图9a的俯视示意图；
图10为本发明在第一实施例的牺牲层上黏着一黏着层胶膜侧试示意图；
图11a为本发明在第一实施例的黏着层胶膜将牺牲剥离后的侧视示意图；
图11b为图11a的俯视示意图；
图12a为本发明在第一实施例的光电反应层及局部的下导电层的表面制作上导电层的侧视示意图；
图12b为图12a的俯视示意图；
图13为本发明的第二实施例的光伏电池光电转换复合层结构示意图；
图14为本发明的第三实施例的光伏电池光电转换复合层结构示意图；
图15为本发明的第四实施例的光伏电池光电转换复合层结构示意图。
其中，附图标记：
100a 光电转换装置
10a 透明塑料基板
11a 硬化层
12a 下导电层
20a 光电反应单元
201a 电子传递层
203a 电洞传递层
30a 蚀刻区域
40a 上导电层
S100～步骤S112步骤
10 光伏电池光电转换复合层结构
1 透明基板
2 光学硬化层
3 下导电层
31 下电极
32 引线
4 牺牲层
5 光电反应层
51 光电反应单元
6 黏着层
7 蚀刻区域
8 上导电层
81上电极
82引线
20 上透明盖板
30 下透明盖板
40 封合胶
201 第一开孔
202 第二开孔
具体实施方式
兹有关本发明的技术内容及详细说明，现配合图式说明如下：
请参阅图6，为本发明的光伏电池光电转换复合层结构制作方法流程示意图。同时，配合图7a～图12b的光伏电池光电转换复合层结构说明，如图所示：本发明的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，主要是在光伏电池光电转换复合层结构10上建构牺牲层4(或保护层)，以该牺牲层4建构成所需要的蚀刻区域7。并且利用牺牲层4、光电反应层5及下导电层3的结构厚度关系，俾使该牺牲层4设置与移除，可以使光电反应层5形成完整的蚀刻区域7且使底层的透明基板1及下导电层3可以暴露于需要设计区域。
首先，如步骤S100，备有一透明基板1，该透明基板1为透光塑料或透光玻璃基板，该透光塑料为聚乙烯对苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚酰亚胺(Polyimide，PI)、尼龙(Nylon，Polyamide，简称PA为聚酰胺高分子)、聚氨酯(Polyurethanes，PU)或压克力塑料等。该透明基板的厚度为10μm～500μm。
步骤S102，制作光学硬化层2，于该透明基板1一侧面进行硬化处理形成有一光学硬化层2(如图7a、图7b)，该光学硬化层2为压克力、环氧树脂、二氧化硅或前述两种以上材料的组合。该光学硬化层2的厚度为1μm-5μm。
步骤S104，制作下导电层3，该下导电层3设于该光学硬化层2的一侧面上，该下导电层3是将导电涂层的有机导体涂层或无机导体涂层经干式或湿式蚀刻形成透明多个下电极31及多条引线32在该光学硬化层2的一侧面上(如图7a、图7b)。该下导电层3的导电涂层为透光率在70％-95％的有机导体涂层、无机导体涂层或以前述两种以上组合。该无机导体涂层为金属或金属氧化物。该有机导体涂层为纳米碳管、聚3,4-乙撑二氧噻吩(Poly-3,4-Ethylenedioxythiophene，PEDOT)或以前述两种以上组合。该下导电层3厚度为50nm-10μm，该下导电层3厚度小于100nm最佳。
步骤S106，制作牺牲层4，以网印方式于该透明基板1的光学硬化层2及下导电层3的特定区域(需蚀刻区域)印刷一牺牲层4可以是一种可剥胶，或该牺牲层4可以是一种树脂胶经加热固化或UV固化方式硬化，前述的牺牲层4的可剥胶或树脂胶经涂布后可构成一大于光电反应层厚度至少20μm的特定厚度(如图8a、图8b)。该牺牲层4的厚度为30μm-2mm，牺牲层4的覆盖下导电层的每一个下电极上的面积区域小于该牺牲层覆盖面积的1/3。
步骤S108，制作光电反应层5，在制作时依序涂覆电子传递层、主动层、电洞传递层组成的光电反应层5于该下导电层3及该牺牲层4的一侧面上(如图9a、图9b)，其中构成光电反应层5的组成可以是有机高分子太阳能光伏电池的光电反应层组成，或是钙钛矿太阳能光伏电池的光电反应层组成。
步骤S110，剥离牺牲层4，直接于该牺牲层4的一侧面上黏贴有一黏着层6(如图10所示)，在黏着层6被剥动时，即可将牺牲层4移除，在该牺牲层4被移除后以构成特定的蚀刻区域7(如图11a、11b)，以蚀刻区域7将该光电反应层5区分为小的光电反应单元51。
步骤S112，制作上导电层8，将金属材料的银浆通过网印涂覆于光电反应层5的每一个光电反应单元51上形成具有多个上电极81及多条引线82的上导电层8，该上导电层8使该些光电反应单元51与下导电层3的该些下电极31电性连结，以完成光电转换复合层的制作(如图12a、12b)。上导电层8厚度为50nm-50μm，该上导电层8厚度为3μm-10μm最佳。
由于利用牺牲层4的垂直厚度远大于涂覆光电反应层5厚度，使涂覆于牺牲层4上的光电反应层5足以与透明基板1面非牺牲层4的区域的光电反应层5可以构成断面不连续，利用牺牲层4的特性使移除后构成的蚀刻区域7的完整，不致产生毛边；而经牺牲层4覆盖在该下导电层3的每一个下电极31的面积区域以小于该面积的1/3为宜，可以使牺牲层4顺利剥离不致破坏每一个下电极31的结构。
请参阅图13，为本发明的第二实施例的光伏电池光电转换复合层结构示意图。如图所示：本发明进一步于前述的光伏电池光电转换复合层结构10上下各增设有一上透明盖板20及一下透明盖板30的透明材料，并于该上透明盖板20及该下透明盖板30之间通过一封合胶40封合，以阻水阻气，该透明材料为透明塑料或玻璃基板，透明塑料或玻璃基板的厚度为50μm-500μm。
请参阅图14，为本发明的第三实施例的光伏电池光电转换复合层结构示意图。如图所示：本实施例与图13大致相同，所不同处在于上透明盖板20上开设有一第一开孔201及一第二开孔202，该第一开孔201对应该下导电层3，以提供外部导线(图中未示)穿入与该下导电层3电性连结。该第二开孔202对应该上导电层8，以提供外部导线(图中未示)穿入与该上导电层8电性连结。
请参阅图15，为本发明的第四实施例的光伏电池光电转换复合层结构示意图。如图所示：本实施例与图14大致相同，所不同处系在于上透明盖板20所开设的第一开孔201及第二开孔202形成相邻，该第一开孔201同样对应该下导电层3，以提供外部导线(图中未示)穿入与该下导电层3电性连结。该第二开孔202与该第一开孔201相邻后，可提供外部导线(图中未示)穿入与该上导电层8的该些引线82电性连结。
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可根据本发明作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权利要求的保护范围。
Claims (27)
1.一种光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，该方法包括：
a)、备有一透明基板；
b)、于该透明基板一侧面进行硬化处理形成有一光学硬化层；
c)、将导体涂层经干式或湿式蚀刻形成具有多个下电极及多条引线的下导电层，该下导电层在该光学硬化层的一侧面上；
d)、于该透明基板的光学硬化层及下导电层需蚀刻区域制作一牺牲层；
e)、依序涂覆电子传递层、主动层、电洞传递层组成的光电反应层于该下导电层及该牺牲层的一侧面上；
f)、直接于该牺牲层的一侧面上黏贴有一黏着层，将该牺牲层移除，在该牺牲层被移除后以构成特定的蚀刻区域；
g)、将金属材料涂覆于光电反应层上形成多个上电极及多条引线的上导电层，使该光电反应层与下导电层的该下电极电性连结，以完成光伏电池光电转换复合层结构。
2.根据权利要求1所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，步骤a的该透明基板为透光塑料或透光玻璃基板。
3.根据权利要求2所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，该透光塑料为聚乙烯对苯二甲酸酯、聚乙烯、聚酰亚胺、尼龙、聚氨酯或压克力塑料。
4.根据权利要求1所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，步骤a的该透明基板的厚度为10μm-500μm。
5.根据权利要求1所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，步骤b的该光学硬化层为压克力、环氧树脂、二氧化硅或前述两种以上材料的组合。
6.根据权利要求1所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，步骤b的该光学硬化层的厚度为1μm-5μm。
7.根据权利要求1所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，步骤c的该下导电层的导电涂层为有机导体涂层、无机导体涂层或以前述两种以上组合。
8.根据权利要求7所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，该无机导体涂层为金属或金属氧化物。
9.根据权利要求7所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，该有机导体涂层为纳米碳管、聚3,4-乙撑二氧噻吩或以前述两种以上组合。
10.根据权利要求1所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，步骤c的该下导电层厚度为50nm-10μm。
11.根据权利要求10所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，该下导电层厚度小于100nm。
12.根据权利要求11所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，步骤d的该牺牲层为可剥胶。
13.根据权利要求1所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，步骤d的该牺牲层为以加热固化或UV固化方式硬化形成的树脂胶。
14.根据权利要求1所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，步骤d的该牺牲层的厚度大于该光电反应层的厚度20μm。
15.根据权利要求14所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，步骤d的该牺牲层厚度为30μm-2mm。
16.根据权利要求1所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，步骤d的该牺牲层覆盖于该下导电层的每一个该下电极的面积区域小于该牺牲层面积的1/3。
17.根据权利要求1所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，步骤e的光电反应层是有机高分子太阳能光伏电池的光电反应层组成。
18.根据权利要求1所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，步骤e的光电反应层是钙钛矿太阳能光伏电池的光电反应层组成。
19.根据权利要求1所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，步骤f的该蚀刻区域将该光电反应层区分为小的光电反应单元。
20.根据权利要求1所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，步骤g的该金属材料为银浆，通过网印涂覆制作于光电反应层的每一个光电反应单元上，以形成具有多个上电极及多个引线的上导电层，使该光电反应单元与下导电层的该下电极电性连结。
21.根据权利要求1所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，步骤g的该上导电层厚度为50nm-50μm。
22.根据权利要求19所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，该上导电层厚度为3μm-10μm。
23.根据权利要求1所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，在步骤g后包含将光伏电池光电转换复合层结构上下各增设有一上透明盖板及一下透明盖板的透明材料，并于该上透明盖板及该下透明盖板之间通过一封合胶封合的步骤。
24.根据权利要求23所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，该透明材料为透明塑料或玻璃基板。
25.根据权利要求24所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，该透明塑料或玻璃基板的厚度为50μm-500μm。
26.根据权利要求23所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，该上透明盖板上开设有一第一开孔及一第二开孔，该第一开孔对应该下导电层，使外部导线穿入与该下导电层电性连结，该第二开孔对应该上导电层，使外部导线穿入与该上导电层电性连结。
27.根据权利要求26所述的光伏电池光电转换复合层结构制作方法，其特征在于，该上透明盖板所开设的该第一开孔及该第二开孔形成相邻，该第一开孔对应该下导电层，使外部导线穿入与该下导电层电性连结，该第二开孔与该第一开孔相邻后，使外部导线穿入与该上导电层的该引线电性连结。
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