CN107851722A - 有机太阳能电池模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及有机太阳能电池模块制造方法和有机太阳能电池模块,更具体地,涉及有机太阳能电池模块及其制造方法,其中下电极被蚀刻成彼此交错同时彼此间隔,并且上电极被涂覆成对应于下电极以减小子电池的光活性区域并使得能够在预定区域中布置比常规有机太阳能电池模块的子电池更多的子电池。此外,本发明涉及有机太阳能电池模块及其制造方法,其中常规狭缝模具涂覆装置用于在蚀刻成彼此交错的各个下电极上涂覆缓冲层和光活性层,以实现装置成本和制造成本的降低。

Description

有机太阳能电池模块及其制造方法
技术领域
本申请要求于2016年3月28日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0037174号和于2017年3月27日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0038517号的优先权和权益,其全部内容通过引用并入本文。
本发明涉及有机太阳能电池模块的制造方法和有机太阳能电池模块,并且更特别地,涉及有机太阳能电池模块及其制造方法,其中下电极被间隔开并被蚀刻成交错的图案,并且上电极被涂覆成对应于下电极以减小子电池的光活性区域并在预定区域中布置比相关技术中的子电池更多的子电池。
此外,本发明还涉及有机太阳能电池模块及其制造方法,其可以通过使用相关技术中的槽膜涂覆设备在蚀刻成交错的图案的下电极上涂覆缓冲层和光活性层来降低装置成本和制造成本。
背景技术
200年来,我们通过化石燃料(例如石油、煤和天然气)获得能量。然而,由于出现例如化石燃料的枯竭和来自化石燃料的二氧化碳排放的问题,全世界正在进行对可以代替化石燃料的环境友好且取之不尽的能源的研究。将代替化石燃料的能源包括通过转化化石燃料而使用的或者通过转化可再生能源(包括日光、水、地热、降水和生物有机体)而使用的新可再生能源。
使用作为新可再生能源之一的日光来产生电能的太阳能电池具有这样的原理:其中,当能量高于禁带宽度的波长范围的日光入射到由PN结组成的半导体器件上时,电子和空穴对被光能激发并且被内部电场分开的电子和空穴发生移动,因此n层和p层分别被充电为阴极和阳极,因此产生电动势,并且电流流向与外部接触的负载。
在关于太阳能电池模块及其制造方法的韩国专利登记第10-1258185号中,通过在基底上依次堆叠第一电极单元、电荷传输层、光活性层和第二电极单元来形成多个电池以制造太阳能电池模块,并且在制造模块时改变并堆叠各个电池的电荷传输层和电极布局结构以控制总电压或电流的方向和大小。
此外,在韩国专利未审查公开第10-2011-0035799号中,在一个基底上形成包括后电极光吸收层、缓冲层和前电极层的多个电池,并且将所形成的电池串联或并联连接以形成输出电压。
然而,作为关于仅通过改变构成单个模块的条纹的数目和电极的布局结构来控制模块的总电压或电流的方向和大小的太阳能电池模块的技术,现有技术具有这样的问题:最终的模块尺寸根据应用有机太阳能电池模块的产品来确定,并且由于涂覆技术的限制,太阳能电池子电池的宽度和太阳能电池子电池的数目被限制在预定区域中,因此在改变电压大小方面存在问题。
此外,作为通过堆叠基底、后电极、光吸收层、缓冲层和前电极层来制造太阳能电池模块单元并将各个所制造的太阳能电池模块单元串联或并联布置和连接的技术,现有技术具有这样的问题:制造各个太阳能电池模块单元以将一个或更多个太阳能电池模块单元布置在预定区域中并重复执行相同的过程,因此制造过程效率低。
同时,当制造相关技术中的有机太阳能电池模块时,缓冲层和光活性层使用狭缝模具涂覆法堆叠,但因此下电极和上电极也需要以条纹图案堆叠并且有机太阳能电池模块仅包括条纹图案的子电池。因此,有机太阳能电池模块具有这样的问题:条纹图案的宽度和条纹图案的数目受到限制。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供一种方法,其中以交错的图案对涂覆在基底上的第一电极材料进行蚀刻以形成一个或更多个子电池下电极,并且将第二电极材料涂覆成一一对应于子电池下电极,以制造包括光活性区域减小的一个或更多个子电池的有机太阳能电池模块。
此外,本发明的另一个目的是提供有机太阳能电池模块,其中下电极和上电极在水平方向和垂直方向上彼此间隔开,因此与相关技术相比,相对于相同区域,子电池的数目是两倍或更多;并且子电池串联连接,因此与相关技术相比,工作电压因此增加两倍或更多。
此外,本发明的又一个目的是提供有机太阳能电池模块,其包括比相关技术更多的子电池,并且通过使用涂覆相关技术中的电极、缓冲层和光活性层的条型图案化工艺而具有降低的制造成本。
技术方案
为了解决问题,根据本发明的有机太阳能电池模块的制造方法可以包括:(a)在基底的顶部上涂覆第一电极材料的步骤;(b)通过以交错的图案对所涂覆的第一电极材料进行蚀刻来形成一个或更多个子电池下电极单元的步骤;(c)在子电池下电极单元上以条纹图案涂覆第一缓冲层和光活性层的步骤;以及(d)在光活性层上涂覆第二电极材料以一一对应于一个或更多个子电池下电极单元的步骤。
优选地,在步骤(b)中,在以交错的图案进行的蚀刻中,可以对第一电极材料进行蚀刻使得形成一条或更多条水平线,并且可以对第一电极材料进行蚀刻使得位于一条或更多条水平线上方和下方的垂直线彼此交错。
优选地,在步骤(b)中,可以将第一电极材料蚀刻成在水平方向上被分为n份(n是自然数),并且可以将第一电极材料蚀刻成在垂直方向上被分为n份(n是自然数),因此可以形成一个或更多个子电池下电极单元并且一个或更多个子电池下电极单元可以形成为彼此间隔开。
优选地,第一电极材料和第二电极材料可以通过使用溶液涂覆、溅射、真空热蒸发、原子层沉积和化学气相沉积中的至少一种来涂覆。
优选地,在步骤(b)中,以交错的图案进行的蚀刻可以通过使用光刻湿法蚀刻、激光蚀刻和划刻中的至少一种来进行。
优选地,在步骤(c)中,第一缓冲层和光活性层可以通过使用真空沉积、旋涂、棒涂、狭缝模具涂覆、刮涂、喷涂、丝网印刷、凹版胶印和喷墨印刷中的至少一种来涂覆。
优选地,有机太阳能电池模块的制造方法还可以包括在步骤(c)和步骤(d)之间,在光活性层上涂覆第二缓冲层的步骤。
此外,根据本发明的有机太阳能电池模块可以包括:基底;通过以交错的图案对基底上的第一电极材料进行蚀刻而形成的一个或更多个子电池下电极单元;以条纹图案涂覆在一个或更多个子电池下电极单元上的第一缓冲层和光活性层;以及通过在光活性层上涂覆第二电极材料以一一对应于一个或更多个子电池下电极单元而形成的一个或更多个子电池上电极单元。
优选地,一个或更多个子电池下电极单元可以包括一条或更多条水平线以及位于一条或更多条水平线上方和下方的垂直线,并且垂直线可以彼此交错。
优选地,一个或更多个子电池下电极单元可以通过将第一电极材料蚀刻成在水平方向上被分为n份(n是自然数)并且将第一电极材料蚀刻成在垂直方向上被分为n份(n是自然数)而形成。
优选地,一个或更多个子电池下电极单元可以形成为彼此间隔开。
优选地,有机太阳能电池模块还可以包括涂覆在光活性层上的第二缓冲层。
优选地,第一缓冲层和光活性层可以通过狭缝模具涂覆来进行以条纹图案涂覆。
有益效果
根据本发明,存在以下效果:第一电极材料被蚀刻使得形成一条或更多条水平线,并且位于一条或更多条水平线上方和下方的垂直线被蚀刻成彼此交错以形成一个或更多个子电池下电极,并且子电池上电极被涂覆成一一对应于子电池下电极以简化制造过程,从而有效地制造与相关技术相比总电压值增加的有机太阳能电池模块。
此外,本发明致力于提供一种可以制造其中子电池的数目不受限制的有机太阳能电池模块的方法。
此外,存在以下效果:在涂覆第一缓冲层和光活性层时,通过使用相关技术中的制造设备来进行狭缝模具涂覆以降低有机太阳能电池模块制造设备的装置成本和有机太阳能电池模块制造成本。
此外,存在以下效果:可以提供有机太阳能电池模块,其中在有机太阳能电池模块的预定区域中可以包括比相关技术中的子电池更多的子电池,因此子电池的反应区域和短路电流(Jsc)减小并且工作电压、填充因子(FF)、效率和开路电压(Voc)增加。
附图说明
图1是用于描述根据本发明的一个实施方案的有机太阳能电池模块(10)的制造方法的透视图。
图2是用于描述根据本发明的实施方案的有机太阳能电池模块(10)的制造方法的俯视图。
图3(a)是根据本发明的一个实施方案的有机太阳能电池模块(10)的透视图,图3(b)是根据本发明的实施方案的有机太阳能电池模块(10)的俯视图。
图4(a)是由一个子电池构成的有机太阳能电池模块(10)的俯视图,图4(b)是由两个子电池构成的有机太阳能电池模块(10)的俯视图。图4(c)是由三个子电池构成的有机太阳能电池模块(10)的俯视图,图4(d)是由四个子电池构成的有机太阳能电池模块(10)的俯视图。
图5是用于描述在相同区域中,相关技术中的有机太阳能电池模块和根据本发明的另一个实施方案的有机太阳能电池模块之间子电池数目差异的俯视图,图5(a)是相关技术中的有机太阳能电池模块的俯视图,图5(b)是根据本发明的第一实施方案的有机太阳能电池模块的俯视图,图5(c)是根据本发明的第二实施方案的有机太阳能电池模块的俯视图,图5(d)是根据本发明的第三实施方案的有机太阳能电池模块的俯视图。
具体实施方式
在下文中,将参照附图描述根据本发明的一个实施方案的有机太阳能电池模块及其制造方法的优选实施方案。在该过程中,为了清楚和易于描述,附图中示出的线的粗度和组成元件的尺寸等可以是放大的。此外,作为考虑到在本发明中的功能而定义的术语,以下将描述的术语可以根据使用者或操作者的意图或习惯而变化。因此,在整个本说明书中,术语的定义需要基于内容来描述。
图1是用于描述根据本发明的一个实施方案的有机太阳能电池模块(10)的制造方法的透视图,图2是用于描述根据本发明的实施方案的有机太阳能电池模块(10)的制造方法的俯视图。
根据本发明的一个实施方案的有机太阳能电池模块(10)的制造方法可以包括:(a)在基底的顶部上涂覆第一电极材料的步骤;(b)通过以交错的图案对所涂覆的第一电极材料进行蚀刻来形成一个或更多个子电池下电极单元的步骤;(c)在子电池下电极单元上以条纹图案涂覆第一缓冲层和光活性层的步骤;以及(d)在光活性层上涂覆第二电极材料以一一对应于一个或更多个子电池下电极单元的步骤。在下文中,将参照各个附图详细地描述各个步骤。
步骤(a)是预先涂覆第一电极材料(200)的步骤以在基底(100)上形成以下将描述的子电池下电极单元(300)。
在本文中,基底(100)可以包括玻璃基底和柔性基底,并且其间的柔性基底可以包括PET、PEN、PI和薄玻璃中的任一种。然而,应注意,基底是本领域所使用的一般基底并且基底的类型没有限制。
第一电极材料(200)可以包括ITO、银纳米线、聚乙烯二氧噻吩(PEDOT:PSS)、金属网、碳纳米管、导电聚合物和F掺杂的氧化锡(FTO)中的至少一种。此外,第一电极材料(200)通过使用溶液涂覆、溅射、真空热沉积、原子层沉积和化学沉积中的任一种涂覆在基底(100)的顶部上。
步骤(b)是以交错的图案对所涂覆的第一电极材料(200)进行蚀刻以形成一个或更多个子电池下电极单元(300)的步骤。
在本文中,应注意,以交错的图案进行的蚀刻可以被描述为这样的过程:其中对第一电极材料(200)进行蚀刻使得形成一条或更多条水平线并且对第一电极材料(200)进行蚀刻或图案化使得位于一条或更多条水平线的上侧和下侧的垂直线彼此交错。
作为另一种形式,应注意,以交错的图案进行的蚀刻可以被描述为这样的过程:其中将第一电极材料(200)蚀刻成在水平方向上被分为n份(n是自然数)并且将第一电极材料(200)蚀刻成在垂直方向上被分为n份(n是自然数)以形成一个或更多个子电池下电极单元(300),并且一个或更多个子电池下电极单元(300)形成为彼此间隔开。
第一电极材料(200)通过水平蚀刻和垂直蚀刻彼此间隔开,因此子电池下电极单元(300)可以由第一至第六子电池下电极(310、320、330、340、350、360)构成。
例如,当对第一电极材料(200)进行蚀刻以在第一电极材料(200)中形成一条水平线时,第一电极材料(200)被分为两份,并且距第一电极材料(200)的一端的间隔距离可以不同地形成,以防止形成在水平线上方的垂直线和形成在水平线下方的垂直线位于同一条线上。即,第四子电池下电极(340)可以形成为与第一子电池下电极(310)的右侧或左侧交错。
此外,参照图2(b),可以验证位于水平线上方和下方的垂直线的位置关系。
因此,可以形成两个子电池下电极单元(300),并且当通过相同的方法形成两条水平线时可以形成三个子电池下电极单元(300),并且当形成三条水平线时可以形成四个子电池下电极单元(300)。即,当通过以交错的图案进行的蚀刻来形成子电池下电极单元(300)时,可以存在以下效果:可以形成子电池下电极单元(300)而没有厚度和数目的限制。
此外,当通过以交错的图案进行的蚀刻来控制子电池下电极单元(300)的数目时,有机太阳能电池模块(10)的子电池的数目可以因此进行控制。这将参照以下将描述的图3详细地描述。
此外,在步骤(b)中,通过使用光刻湿法蚀刻、激光蚀刻和划刻中的至少一种对第一电极材料(200)进行蚀刻以形成子电池下电极单元(300)。
例如,在子电池下电极单元(300)的蚀刻图案的情况下,水平线上方的垂直线可以被蚀刻成移动至左侧并且水平线下方的垂直线可以被蚀刻成移动至右侧。
更详细地,当基于以下将描述的第一缓冲层(400)和光活性层(500)的条纹图案来观察时,子电池下电极单元可以形成为以这样的方式进行蚀刻:位于水平线上方的第二子电池下电极(320)移动至条纹图案的左侧使得第二子电池下电极(320)的左边缘被暴露并且位于水平线下方的第五子电池下电极(350)移动至条纹图案的右侧使得第五子电池下电极(350)的右边缘被暴露。
步骤(c)是在子电池下电极单元(300)上以条纹图案涂覆第一缓冲层(400)和光活性层(500)的步骤。
在本文中,在以条纹图案涂覆中,由于使用相关技术中的狭缝模具涂覆法,因此不需要更换制造设备以制造根据本发明的有机太阳能电池模块(10),并且由于使用相关技术中的制造设备,因此有机太阳能电池模块(10)的制造成本可以降低。
此外,第一缓冲层(400)和光活性层(500)可以通过使用除了狭缝模具涂覆之外的真空沉积、旋涂、棒涂、刮涂、喷涂、丝网印刷、凹版胶印和喷墨印刷中的至少一种来涂覆,但如果涂覆方法包括本领域所使用的涂覆方法,则涂覆方法没有限制。
此外,第一缓冲层(400)可以包括VOx、MoOx、NiO、WO3、PEI、PEIE、PAA、ZnO、ZnO、TiO2和TiOx中的至少一种,光活性层(500)可以包括P3HT、PTB7、PCE-10、低分子有机化合物、PC61BM、PC71BM和ICBA中的至少一种,但如果层包含本领域所使用的组合物,则组合物没有限制。
在步骤(c)中,第一缓冲层(400)和光活性层(500)可以整体形成以进入由水平线间隔的子电池下电极单元(300)。此外,可以将第一缓冲层(400)涂覆在形成在子电池下电极单元(300)中的垂直线之间。在这种情况下,可以将第一缓冲层(400)涂覆成与第二子电池下电极(320)的右边缘或第五子电池下电极(350)的左边缘间隔开,从而防止垂直线被完全覆盖。
更详细地,在水平线上方的子电池下电极单元(300)从基于左侧的第一垂直线向右侧移动的同时,可以涂覆第一缓冲层(400)。此外,涂覆在垂直线之间的第一缓冲层(400)的区域是覆盖第二子电池下电极(320)的右边缘且不完全覆盖第二垂直线的范围,并且如果区域满足该范围,则涂覆在垂直线之间的第一缓冲层(400)的区域没有限制。此外,以下将描述的第二子电池上电极(620)和第二子电池下电极(320)可以形成为彼此不直接接触。
通过相同的原理,在水平线下方的子电池下电极单元(300)从基于左侧的第二垂直线向左侧移动的同时,可以涂覆第一缓冲层(400)。此外,涂覆在垂直线之间的第一缓冲层(400)的区域的范围是覆盖第五子电池下电极(350)的左边缘且不完全覆盖第一垂直线的范围,涂覆在垂直线之间的第一缓冲层(400)的区域没有限制。以下将描述的第三子电池上电极(630)和第五子电池下电极(350)可以形成为彼此不直接接触。
因此,用作电子转移路径的第二和第五子电池下电极(320)和(350)以及用作空穴转移路径的第二和第三子电池上电极(620)和(630)彼此不直接接触,以防止由于在光活性层(500)中分离的电子和空穴再次相遇而发生的短路。
此外,以条纹图案涂覆第一缓冲层(400)和光活性层(500)而不进行单独的图案化以制造(条纹数目)X个(水平线数目+1)子电池。
步骤(d)是在光活性层(500)上涂覆第二电极材料以一一对应于一个或更多个子电池下电极单元(300)的步骤。
此外,将第二电极材料涂覆成一一对应于一个或更多个子电池下电极单元(300)以形成子电池上电极单元(600),并且子电池上电极单元(600)可以由第一至第四子电池上电极(610、620、630、640)构成。
在本文中,一一对应涂覆可以意指涂覆第二电极材料以在与第一电极材料(200)被分为n份(n是自然数)时形成在第一电极材料(200)中的水平线相同的位置处形成水平线,并且因此形成两个或更多个子电池下电极单元(300)。
更详细地,当涂覆第二电极材料时,可以形成水平线和垂直线,并且第二电极材料的水平线可以形成在对应于第一电极材料(200)中形成的水平线的位置处,并且第二电极材料可以与光活性层(500)的右侧和左侧交错。
此外,与光活性层(500)的右侧和左侧交错的两个第二电极材料可以形成为彼此间隔开,并且第二电极材料的垂直线可以形成在第一电极材料(200)中形成的两条垂直线之间。即,可以形成与第一电极材料(200)中形成的垂直线的数目不同的数目的第二电极材料中形成的垂直线。
更详细地,在向光活性层(500)的右侧移动的同时涂覆第二子电池上电极(620)以将其涂覆在光活性层(500)和第三子电池下电极(330)的顶部上,从而用作将光活性层(500)中分离的空穴传导至以下将描述的上条纹电极单元(700)的桥。
通过相同的原理,在向光活性层(500)的左侧移动的同时涂覆第三子电池上电极(630)以将其涂覆在光活性层(500)和第四子电池下电极(340)的顶部上,从而用作将光活性层(500)中分离的空穴传导至第四子电池下电极(340)的桥。
此外,将第一子电池上电极(610)涂覆在两个下电极(310、320)的顶部上以连接第一子电池下电极(310)和第二子电池下电极(320),从而用作将光活性层(500)中分离的电子从第二子电池下电极(320)传导至第一子电池下电极(310)的桥。
通过相同的原理,将第四子电池上电极(640)涂覆在两个下电极(350、360)的顶部上以连接第五子电池下电极(350)和第六子电池下电极(360),从而将光活性层(500)中分离的电子从第五子电池下电极(350)传导至第六子电池下电极(360)。
参照图2(d),可以验证第二电极材料中形成的水平线和垂直线的位置关系。
同时,第二电极材料可以包括透明电极、银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、铂(Pt)、钨(W)、铜(Cu)、钙(Ca)和镁(Mg)中的至少一种。然而,如果第二电极材料包含本领域所使用的组合物,则第二电极材料没有限制。
此外,由于第二电极材料的涂覆方法与步骤(a)中涂覆的第一电极材料(200)的涂覆方法相同,因此将省略其详细描述。
此外,作为用于在第二电极材料中形成水平线和垂直线的方法,除了上述涂覆之外还可以使用掩蔽、光刻湿法蚀刻、激光蚀刻和划刻中的至少一种,但如果可以使第二电极材料形成为彼此间隔开的技术包括本领域所使用的蚀刻技术,则技术没有限制。
同时,有机太阳能电池模块(10)的制造方法还可以包括在有机太阳能电池模块(10)的右边缘上条纹涂覆第二电极材料的步骤。应注意,将第二电极材料条纹涂覆以形成上条纹电极单元(700),并且将形成在水平线上方和下方的多个子电池上电极单元(600)串联连接以将电子传导至有机太阳能电池模块(10)。
相反,应注意,在通过以交错的图案对第一电极材料进行蚀刻来形成一个或更多个子电池下电极单元(300)的步骤中,当水平线不形成至右端并且第三子电池下电极(330)和第六子电池下电极(360)相连时,可以省略形成上条纹电极单元(700)的步骤。
有机太阳能电池模块(10)的制造方法还可以包括在步骤(c)和(d)之间在光活性层(500)上涂覆第二缓冲层的步骤,并且第二缓冲层的涂覆方法和材料与第一缓冲层(400)的涂覆方法和材料相同,另一方面,由于通过已知技术进行沉积来涂覆第二缓冲层也是可用的,因此将省略其详细描述。
同时,图3是示出有机太阳能电池模块(10)的图,其中子电池下电极单元(300)由阴极材料制成并且子电池上电极单元(600)由阳极材料制成。在这种情况下,有机太阳能电池模块(10)可以是倒置结构并且第一缓冲层(400)可以用作电子传输层,第二缓冲层可以用作空穴传输层。
此外,当子电池下电极单元(300)由阳极材料制成并且子电池上电极单元(600)由阴极材料制成时,有机太阳能电池模块(10)具有正常结构。在这种情况下,第一缓冲层(400)可以用作空穴传输层并且第二缓冲层可以用作电子传输层。
图3(a)是根据本发明的一个实施方案的有机太阳能电池模块(10)的透视图,图3(b)是根据本发明的实施方案的有机太阳能电池模块(10)的俯视图。通过根据本发明的实施方案的有机太阳能电池模块(10)的制造方法产生的有机太阳能电池模块(10)可以包括基底(10)、以交错的图案在基底(10)上蚀刻第一电极材料(200)的一个或更多个子电池下电极单元(300)、以条纹图案涂覆在一个或更多个子电池下电极单元(300)上的第一缓冲层(400)和光活性层(500)、以及在光活性层(500)上涂覆第二电极材料以一一对应于一个或更多个子电池下电极单元(300)的一个或更多个子电池上电极单元(600)。
一个或更多个子电池下电极单元(300)可以包括一条或更多条水平线以及位于一条或更多条水平线上方和下方的垂直线,并且垂直线可以形成为彼此交错。
更详细地,第一电极材料(200)可以被蚀刻成在水平方向上被分为n份(n是自然数)并且第一电极材料(200)可以被蚀刻成在垂直方向上被分为n份(n是自然数),并且一个或更多个子电池下电极单元(300)可以彼此间隔开。
此外,有机太阳能电池模块(10)还可以包括涂覆在光活性层(500)上的第二缓冲层。
此外,第一缓冲层(400)和光活性层(500)可以通过狭缝模具涂覆以条纹图案来涂覆。此外,光活性层(500)可以形成为以下的任一种结构:包括供体层和受体层的结构、复合薄膜结构和其中在供体层和受体层之间配置有复合薄膜的复合结构。
由于有机太阳能电池模块(10)具有与上述配置相同的优点和效果,因此将省略其详细描述。
图4(a)是示出通过使用相关技术形成的有机太阳能电池模块(10)的俯视图,图4(b)、4(c)和4(d)是示出当以交错的图案蚀刻第一电极材料(200)时形成的有机太阳能电池模块(10)的俯视图。
其中,图4(b)是用于描述包括两个子电池的有机太阳能电池模块(10)的俯视图,两个子电池下电极单元(300)通过以交错的图案进行蚀刻而形成,并且子电池上电极单元(600)被隔开并涂覆成与子电池下电极单元(300)具有相同的水平线的位置和数目,因此还可以形成两个子电池上电极单元(600)。
此外,图4(c)是用于描述由于通过以交错的图案进行蚀刻形成两条水平线而形成三个子电池下电极单元(300)和子电池上电极单元(600)的包括三个子电池的有机太阳能电池模块(10)的俯视图。此外,图4(d)是用于描述由于形成三条水平线而形成四个子电池下电极单元(300)和子电池上电极单元(600)的包括四个子电池的有机太阳能电池模块(10)的俯视图。
因此,通过以交错的图案进行蚀刻形成了两个或更多个子电池下电极单元(300)并且子电池上电极单元(600)被涂覆成对应于子电池下电极单元(300),因此图4(b)、4(c)和4(d)的子电池的数目可以控制为图4(a)的条纹图案的数目的数倍,从而控制电流值和电压值。
即,图4(a)的总电压可以控制为V总=V1,图4(b)的总电压可以控制为V总=V1+V2,图4(c)的总电压可以控制为V总=V1+V2+V3,图4(d)的总电压可以控制为V总=V1+V2+V3+V4。
此外,与相关技术相比,各个子电池的活性区域减小,因此工作电压、填充因子(FF)、开路电压(Voc)和功率转换效率增加并且短路电流(Jsc)减小,从而提高有机太阳能电池模块(10)的性能。此外,还可以对包括一个或更多个子电池的有机太阳能电池模块的正(+)电极和负(-)电极的位置进行控制以改变光电流的方向。
同时,在图4(b)、4(c)和4(d)中显示了具有倒置结构的有机太阳能电池模块(10)的正(+)电极和负(-)电极的位置。因此,当有机太阳能电池模块(10)具有正常结构时,应注意有机太阳能电池模块(10)的正(+)电极和负(-)电极的位置可以形成为与具有倒置结构的有机太阳能电池模块的正(+)电极和负(-)电极的位置相反。
图5是用于描述在相同区域中,相关技术中的有机太阳能电池模块与根据本发明的另一个实施方案的有机太阳能电池模块(10)之间子电池的数目差异的俯视图,图5(a)是相关技术中的有机太阳能电池模块的俯视图,图5(b)是根据本发明的另一个实施方案的有机太阳能电池模块(10)的俯视图。
<实验例>
测量并比较通过使用相关技术制造的有机太阳能电池模块和根据本发明的实施方案的以交错的图案进行蚀刻并且形成一条或更多条水平线的有机太阳能电池模块的性能。
为此,对通过使用相关技术(没有以交错的图案进行的蚀刻和水平线)制造的尺寸为9cm×9cm的一种有机太阳能电池模块产品和根据本发明的实施方案的三种有机太阳能电池模块产品进行实验。
比较例是由6个子电池构成并且在PET基底上涂覆ITO并且仅在垂直方向上对ITO进行蚀刻的尺寸为9cm×9cm的有机太阳能电池模块。通过使用狭缝模具涂覆在经蚀刻的ITO上依次涂覆电子传输层、光活性层和空穴传输层,并以条纹图案在空穴传输层上涂覆双极金属,因此制造了有机太阳能电池模块。
此外,在第一、第二和第三实施方案中,根据本发明的有机太阳能电池模块的制造方法,将ITO涂覆在PET基底上,对所涂覆的ITO进行蚀刻以形成一条水平线,并将位于水平线上方和下方的垂直线蚀刻成彼此交错以使ITO图案化。通过使用狭缝模具涂覆在图案化的ITO上依次涂覆电子传输层、光活性层和空穴传输层,并在空穴传输层上涂覆双极金属以一一对应于图案化的ITO,因此制造了有机太阳能电池模块。
第一、第二和第三实施方案分别示出了由12个、18个和24个子电池构成的尺寸为9cm×9cm的有机太阳能电池模块。
在这种情况下,性能测量包括Voc、Jsc、电流密度(Vmp)、电压值(Jmp)、平均Voc/电池和Jsc/电池。有机太阳能电池模块的效率η可以通过使用Voc、Jsc和FF来计算。
条件(例如工具、试剂、设备和用于测量性能的方法)是相同的。
[表1]
<详细说明>
参照上表,可以看出作为测量根据比较例的有机太阳能电池模块和根据第一至第三实施方案的有机太阳能电池模块的性能的结果,填充因子(FF)、平均Voc/电池的宽度增加是微小的,但Voc示出了2倍、3倍和4倍的差异。即,可以看出Voc值与相同区域中的子电池的数目成比例增加。
此外,可以看出Jsc值与子电池的数目成比例减小。
效率η是可以通过方程式获得的值,并且比较例和第一至第三实施方案的Voc和Jsc通过在测量Voc和Jsc时类似地设置入射光的强度(Pin)来测量。可以看出与比较例的Jsc值相比,第一至第三实施方案的Jsc值减小,但Voc和FF值增加,因此效率增加。
因此,可以看出根据本发明的有机太阳能电池模块具有以下效果:随着Voc和FF值增加,效率和性能增加。
已参照优选实施方案描述了本发明。然而,本领域技术人员将理解在不脱离所附权利要求书中限定的本发明的精神和范围的情况下,可以对本发明做出多种修改和改变。

Claims (15)

1.一种有机太阳能电池模块的制造方法,包括:
(a)在基底的顶部上涂覆第一电极材料的步骤;
(b)通过以交错的图案对所涂覆的第一电极材料进行蚀刻来形成一个或更多个子电池下电极单元的步骤;
(c)在所述子电池下电极单元上以条纹图案涂覆第一缓冲层和光活性层的步骤;以及
(d)在所述光活性层上涂覆第二电极材料以一一对应于一个或更多个子电池下电极单元的步骤。
2.根据权利要求1所述的有机太阳能电池模块的制造方法,其中在步骤(b)中,在以所述交错的图案进行的蚀刻中,对所述第一电极材料进行蚀刻使得形成一条或更多条水平线,并且对所述第一电极材料进行蚀刻使得位于所述一条或更多条水平线上方和下方的垂直线彼此交错。
3.根据权利要求1所述的有机太阳能电池模块的制造方法,其中在步骤(b)中,将所述第一电极材料蚀刻成在水平方向上被分为n份(n是自然数),并且将所述第一电极材料蚀刻成在垂直方向上被分为n份(n是自然数),因此形成一个或更多个子电池下电极单元并且所述一个或更多个子电池下电极单元形成为彼此间隔开。
4.根据权利要求1所述的有机太阳能电池模块的制造方法,其中所述第一电极材料和所述第二电极材料通过使用溶液涂覆、溅射、真空热蒸发、原子层沉积和化学气相沉积中的至少一种来涂覆。
5.根据权利要求1所述的有机太阳能电池模块的制造方法,其中在步骤(b)中,以所述交错的图案进行的蚀刻通过使用光刻湿法蚀刻、激光蚀刻和划刻中的至少一种来进行。
6.根据权利要求1所述的有机太阳能电池模块的制造方法,其中在步骤(c)中,所述第一缓冲层和所述光活性层通过使用真空沉积、旋涂、棒涂、狭缝模具涂覆、刮涂、喷涂、丝网印刷、凹版胶印和喷墨印刷中的至少一种来涂覆。
7.根据权利要求1所述的有机太阳能电池模块的制造方法,还包括:
在步骤(c)和步骤(d)之间,
在所述光活性层上涂覆第二缓冲层的步骤。
8.根据权利要求1所述的有机太阳能电池模块的制造方法,还包括:
在所述有机太阳能电池模块的右边缘处条纹涂覆所述第二电极材料的步骤。
9.一种通过根据权利要求1至7中的任一项制造的有机太阳能电池模块。
10.一种有机太阳能电池模块,包括:
基底;
通过以交错的图案对所述基底上的第一电极材料进行蚀刻而形成的一个或更多个子电池下电极单元;
以条纹图案涂覆在所述一个或更多个子电池下电极单元上的第一缓冲层和光活性层;以及
通过在所述光活性层上涂覆第二电极材料以一一对应于所述一个或更多个子电池下电极单元而形成的一个或更多个子电池上电极单元。
11.根据权利要求10所述的有机太阳能电池模块,其中所述一个或更多个子电池下电极单元包括:
一条或更多条水平线,以及
位于所述一条或更多条水平线上方和下方的垂直线,并且
所述垂直线形成为彼此交错。
12.根据权利要求10所述的有机太阳能电池模块,其中所述一个或更多个子电池下电极单元通过将所述第一电极材料蚀刻成在水平方向上被分为n份(n是自然数)并且将所述第一电极材料蚀刻成在垂直方向上被分为n份(n是自然数)而形成。
13.根据权利要求12所述的有机太阳能电池模块,其中所述一个或更多个子电池下电极单元形成为彼此间隔开。
14.根据权利要求10所述的有机太阳能电池模块,还包括:
涂覆在所述光活性层上的第二缓冲层。
15.根据权利要求10所述的有机太阳能电池模块,其中所述第一缓冲层和所述光活性层通过狭缝模具涂覆来进行以条纹图案涂覆。
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