CN109273603A - 有机光伏模组的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种有机光伏模组的制备方法，属于有机光伏电池领域。该方法先在透明导电层，或者在透明导电层和沉积在透明导电层上的第一界面层上形成图案化的透明电极，得到分割线P1；然后在第一界面层上沉积光敏层，然后使用尖锐器械在光敏层上进行机械刮划，得到分割线P2；最后在光敏层上沉积第二界面层和顶电极，使用尖锐器械在顶电极表面进行机械刮划，形成分割线P3，得到有机光伏模组。本发明通过尖锐器械刮划有机太阳电池器件的功能层薄膜实现分割线，并且利用各功能层材料抗刮划能力的差异，通过控制刮划的过程参数，实现在刮划特定薄膜的同时不损伤下层功能层薄膜的效果，实现模块连接结构和有机光伏模组器件。

Description

有机光伏模组的制备方法
技术领域
本发明属于有机光伏电池领域，具体涉及一种有机光伏模组的制备方法。
背景技术
有机太阳电池具有轻、薄、柔和可溶液加工等特点，应用前景广阔，备受人们的关注。在制备大面积有机太阳电池的过程中，通常需要制备具有串联结构的有机光伏模组，以此来减小透明电极带来的能量损失，并提高整体电池的输出电压。光伏模组的制备方法，是指在有机光伏电池各功能层沉积过程中，对特定功能层薄膜进行图案化处理，构建模块之间连接结构的过程。
目前，有机光伏模组通常基于掩膜板、狭缝挤出、喷墨打印或激光刻蚀等技术制备。然而，这些制备方法大多存在设备成本高、工艺复杂、加工尺寸有限或者精度不足等问题。比如，激光刻蚀方法具有精度高、加工速度快等优势，但是为了保证加工精度和加工质量，通常需要采用价格昂贵的超快速激光(皮秒或飞秒激光)设备来实现。通过掩膜板制备有机光伏模组的方法具有成本较低、工艺简单等优势，但是其加工精度有限，有机光伏模组的死区面积宽度一般大于1mm。
发明内容
本发明的目的在于克服现有模组制造技术中加工成本和加工精度不可兼得的问题，提出一种有机光伏模组的制备方法，以较低成本实现高精度的有机光伏模组器件。
本发明提供一种有机光伏模组的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、在透明电极上制备分割线P1
通过激光刻蚀、喷墨打印、光刻法、掩膜板法和尖锐器械在透明导电层，或者在透明导电层和沉积在透明导电层上的第一界面层上形成图案化的透明电极，得到分割线P1；
所述的透明导电层下方设置基底；
所述的透明导电层材料为氧化铟锡(ITO)、掺氟二氧化锡(FTO)、铝掺杂氧化锌(AZO)、聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、银纳米线(AgNWs)、碳纳米管(CNTs)或石墨烯；
所述的第一界面层材料为聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、醋酸镍、碳酸铯、三氧化钼、氟化锂(Li)、氧化锌(ZnO)、聚[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)、PDIN或PDINO；
所述分割线P1的宽度为1-1000μm，相邻分割线的间距为1-20mm，分割线P1的形状为直线或不规则曲线，相邻分割线不相交；
步骤二：在光敏层表面刮划形成分割线P2
在第一界面层上沉积光敏层，然后使用尖锐器械在光敏层上进行机械刮划，得到分割线P2；所述的尖锐器械的尖端直径或宽度为5-500μm，刮划时使用的压力为0.01-5N，刮划时的速度为0.1-500mm s-1；
所述的光敏层由一种或多种给体材料与一种或多种受体材料匹配构成；
所述分割线P2的宽度为5-200μm，其边沿与相邻的分割线P1的边沿间距为5-100μm，分割线P2的形状为直线或不规则曲线，相邻分割线不相交；
步骤三：在顶电极表面刮划形成分割线P3
在光敏层上沉积第二界面层和顶电极，使用尖锐器械在顶电极表面进行机械刮划，形成分割线P3，得到有机光伏模组；所述的尖锐器械的尖端直径或宽度为5-500μm，刮划时使用的压力为0.01-5N，刮划时的速度为0.1-500mm s-1；
所述的第二界面层材料为聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、醋酸镍、碳酸铯、三氧化钼、氧化锌(ZnO)、PFN或PDINO；
所述顶电极材料为铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、三氧化钼(MoO3)、聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、银纳米线(AgNWs)、碳纳米管(CNTs)或石墨烯；
所述分割线P3的宽度为5-200μm，其边沿与相邻的分割线P2的边沿间距为5-100μm，分割线P3的形状为直线或不规则曲线，相邻分割线不相交。
优选的是，所述的基底材料为玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者聚酰亚胺(PI)，厚度为0.01-5mm。
优选的是，所述的透明导电层的厚度为10-200nm，第一界面层的厚度为10-300nm，光敏层的厚度为50-1000nm，第二界面层的厚度为10-300nm，顶电极的厚度为10-500nm。
优选的是，所述的给体材料为3-己基取代聚噻吩(P3HT)、PTB7-Th、PBDB-T或p-DTS(FBTTH2)2；受体材料为N2200、PC61BM、PC71BM或ITIC。
优选的是，所述的步骤一、二、三中的沉积，包括真空蒸镀法、旋涂法、刮涂法或喷涂法。
优选的是，所述的步骤一、步骤二和步骤三中，所述尖锐器械为探针、缝衣针、剃刀片或精加工的刀具。
优选的是，所述步骤二中，使用探针进行刮划，探针尖端球面的直径为200μm，刮划所用的压力为0.5N，刮划所用的速度为5mm s-1。
优选的是，所述步骤二中，分割线P2为相互平行的直线，分割线P2的宽度为40μm，其边沿与分割线P1边沿的间距为40μm。
优选的是，所述步骤三中，使用探针进行刮划，探针尖端球面的直径为200μm，刮划所用的压力为1.0N，刮划所用的速度为10mm s-1。
优选的是，所述步骤三中，分割线P3为相互平行的直线，分割线P3的宽度为20μm，其边沿与分割线P2边沿的间距为40μm。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明通过针尖、刀尖等尖锐器械刮划有机太阳电池器件的功能层薄膜实现分割线，并且利用各功能层材料抗刮划能力的差异，通过控制刮划的过程参数，刮划压力、速度、器具的结构等，实现在刮划特定薄膜(如光敏层或顶电极)的同时不损伤下层功能层薄膜(如底电极)的效果，进而构建有机光伏模组的分割线P2和P3，实现模块连接结构和有机光伏模组器件，本发明使用尖锐器件得到的分割线宽度为5-50μm，等同于甚至优于采用激光设备刻蚀得到的分割线的宽度10-100μm。
2、本发明中利用不同功能层的抗刮划能力实现去除光敏层和顶电极的同时，避免对透明电极造成损伤，在有机光伏电池器件中，光敏层和顶电极材料本身的机械性能很差，因此其抗刮划能力极弱；而ITO等金属氧化物硬度很高，抗刮划能力很强。因此为本发明中的方法提供了十分宽泛的加工窗口，有利于提高工艺良率。此外，利用抗刮划能力较强的界面层，可以将该方法用于多种结构的有机光伏模组器件中，适用范围广泛。
3、本发明中机械刮划的方法属于冷加工，可以避免激光刻蚀工艺中对光敏层的热效应以及热损伤。此外，机械刮划过程消耗能量较少，因此该方法十分节能环保。
4、本发明中使用的尖锐器械成本极低、容易获得，结合通用的三维运动装置即可实现有机光伏模组制备过程。因此，该方法是一种低成本且能够大规模应用的有机光伏模组制备方法。
附图说明
图1为本发明有机光伏模组的结构示意图；
图2为本发明实施例1中透明导电层和第一界面层图案的示意图；
图3为本发明实施例1中分割线P1的位置示意图；
图4为本发明实施例1中分割线P2的位置示意图；
图5为本发明实施例1中分割线P3的位置示意图；
图1-5中，1、基底，2、透明导电层，3、第一界面层，4、光敏层，5、第二界面层，6、顶电极，7、分割线P1，8、分割线P2，9、分割线P3。
具体实施方式
本发明提供一种有机光伏模组的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一、在透明电极上制备分割线P1
通过激光刻蚀、喷墨打印、光刻法、掩膜板法和尖锐器械在透明导电层2，或者在透明导电层2和沉积在透明导电层2上的第一界面层3上形成图案化的透明电极，得到分割线P1 7；
所述的透明导电层2下方设置基底1；所述的基底1材料优选为玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者聚酰亚胺(PI)，更优选为玻璃，厚度优选为0.01-5mm，更优选为3mm；
所述的透明导电层2材料为氧化铟锡(ITO)、掺氟二氧化锡(FTO)、铝掺杂氧化锌(AZO)、聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、银纳米线(AgNWs)、碳纳米管(CNTs)或石墨烯，更优选为ITO；厚度优选为10-200nm，更优选为180nm；
当透明导电层材料为氧化铟锡(ITO)、掺氟二氧化锡(FTO)、掺铝氧化锌(AZO)时，需要先在透明导电层上沉积第一界面层，然后优选使用激光刻蚀、光刻法同时在透明导电层和第一界面层上形成图案化的透明电极；当透明导电层材料为导电聚合物(PEDOT:PSS)、银纳米线(AgNWs)、碳纳米管(CNTs)和石墨烯时，由于这几类材料抗刮划能力差，优选使用尖锐器械先在透明导电层上进行机械刮划，形成图案化的透明电极，得到分割线P1；然后在再透明导电层上沉积第一界面层；所述的尖锐器械的尖端直径或宽度为5-500μm，刮划时使用的压力为0.01-5N，刮划时的速度为0.1-500mm s-1；
所述的第一界面层3材料为聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、醋酸镍、碳酸铯、三氧化钼、氟化锂(Li)、氧化锌(ZnO)、聚[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)或苝酰亚胺衍生物(PDIN、PDINO)，更优选为PEDOT:PSS，第一界面层3的厚度优选为10-300nm，更优选为50nm；特殊的，当透明导电层材料选择导电聚合物(PEDOT:PSS)、银纳米线(AgNWs)、碳纳米管(CNTs)和石墨烯等抗刮划能力差的材料时，第一界面层需要选择氧化锌(ZnO)等抗刮划能力强的材料；第一界面层的厚度优选为10-300nm；
所述分割线P1的宽度为1-1000μm，优选为40-50μm，分割线P1为相互平行的直线，相邻分割线P1的间距为1-20mm，优选为4-5mm；分割线P1区域的导电材料被除去，分割线P1两边的导电薄膜不导通；
步骤二：在光敏层表面刮划形成分割线P2
在第一界面层3上沉积光敏层4，然后使用尖锐器械在光敏层4上进行机械刮划，得到分割线P2 8；所述的尖锐器械的尖端直径或宽度为5-500μm，优选为200μm，刮划时使用的压力为0.01-5N，优选为5N，刮划时的速度为0.1-500mm s-1，优选为5mm s-1；
所述的光敏层4材料由一种或多种给体材料与一种或多种受体材料匹配构成；给体材料优选包括共轭聚合物材料和共轭小分子材料，共轭聚合物材料优选为P3HT、PTB7-Th或PBDB-T，共轭小分子材料优选为DTR；受体材料包括共轭聚合物受体、富勒烯衍生物或非富勒烯小分子受体，共轭聚合物受体优选为N2200，富勒烯衍生物优选为PC61BM或PC71BM，非富勒烯小分子受体优选为ITIC；光敏层材料更优选为P3HT:PC61BM共混薄膜；光敏层4的厚度为50-1000nm，更优选为200nm。
所述分割线P2 8为相互平行的直线，宽度为5-200μm，更优选为40μm，其边沿与相邻的分割线P1的边沿间距为5-100μm，更优选为30μm；分割线P2区域内的光敏层被除去，而透明导电层没有损伤，电学性能不受影响；
步骤三：在顶电极表面刮划形成分割线P3
在光敏层4上沉积第二界面层5和顶电极6，使用尖锐器械在顶电极表面进行机械刮划，形成分割线P3 9，得到有机光伏模组；所述的尖锐器械的尖端直径或宽度为5-500μm，更优选为200μm，刮划时使用的压力为0.01-5N，更优选为1.0N，刮划时的速度为0.1-500mms-1，更优选为5mm s-1；
所述的第二界面层材料5为导电聚合物(PEDOT:PSS)、醋酸镍、碳酸铯、三氧化钼、氧化锌(ZnO)、氟化锂(LiF)、聚[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)或苝酰亚胺衍生物(PDIN、PDINO)，更优选为氟化锂(LiF)，所述的第二界面层的材料种类是根据第一界面层来决定，两者分别起到电子传输层和空穴传输层的作用；第二界面层的厚度优选为1-300nm，更优选为1-50nm；
所述顶电极6材料为铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、三氧化钼(MoO3)、导电聚合物(PEDOT:PSS)、银纳米线(AgNWs)、碳纳米管(CNTs)或石墨烯，更优选为铝；顶电极的厚度优选为10-500nm，更优选为100nm；
所述分割线P3 9为相互平行的直线，宽度为5-200μm，优选为20μm，其边沿与相邻的分割线P2的边沿间距为5-100μm，优选为30μm，分割线P3区域内的顶电极、第二界面层和光敏层被除去，而透明导电层没有损伤，电学性能不受影响。
按照本发明，所述的步骤一、步骤二和步骤三中，所述尖锐器械为探针、缝衣针、剃刀片、精加工的刀具等。
按照本发明，所述的步骤一、二、三中的沉积，采用本领域常规的沉积方法即可，没有特性限制，包括真空蒸镀法、旋涂法、刮涂法或喷涂法。
按照本发明，所述的有机光伏模组的制备方法是在有机光伏器件的各功能层(底电极、第一界面层、光敏层、第二界面层、顶电极)逐层沉积的过程中，依次对其中特定的一层或几层功能层进行图案化处理，得到分割线P1、P2和P3，并形成模组连接结构的过程，其中分割线P1的作用是分割开有机太阳能电池器件的底电极；分割线P2的作用是除去特定区域的光敏层(和界面层薄膜)，同时不损伤透明电极，由此将透明电极(底电极)暴露出来，进而在随后的顶电极沉积过程中使得底电极和顶电极形成良好的接触；分割线P3线的作用是将有机太阳电池器件的顶电极分割开，同时不能损伤底电极。三条分割线的位置按照P1、P2和P3的顺序排布，通过构建分割线P1、P2和P3，可以形成有机光伏模组的模块连接结构，进而实现有机光伏模组器件。
为了进一步了解本发明，下面结合具体实施方式对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
步骤一、制备图案化的透明电极：
将ITO导电玻璃依次用去离子水、异丙醇和丙酮清洗后，高纯氮气吹干，在紫外臭氧处理机中处理20min，然后置于旋涂仪托台上，在3000rpm转速下旋涂30nm厚的PEDOT:PSS薄膜作为第一界面层(空穴传输层)；其中，ITO导电玻璃的基底为玻璃，透明导电层为180nm厚的ITO，ITO导电玻璃的表面面积为30mm×30mm。通过激光刻蚀工艺将ITO层和PEDOT:PSS层刻蚀形成图案化的透明电极(30mm×20mm)，如图2所示；其中，激光刻蚀使用的线速度为500mm s-1，刻蚀所用的能量为1.8J cm-2，其他参数为默认；得到的刻蚀线P1的宽度为52μm，相邻刻蚀线P1(中心)的间距为5mm，如图3所示。
步骤二、制备图案化的光敏层薄膜：
将透明电极基底至于旋涂托台上，在500rpm转速下旋涂制备厚度为200nm的P3HT:PC61BM共混薄膜作为光敏层。之后，使用探针对光敏层薄膜进行机械刮划完成光敏层的图案化过程；其中，所使用探针的针尖球面的直径为200μm，刮划所用的速度为5mm s-1，刮划所用的压力为0.5N；在刮划过程中，光敏层和第一界面层被除去，透明导电层不受影响；形成的刮划线P2的宽度为43μm，其边沿与相邻的刻蚀线P1(边沿)的间距为32μm，其位置如图4所示。
步骤三、制备图案化的顶电极薄膜：
将沉积有光敏层的基底置于真空蒸镀仪中，抽真空至2×10-4Pa后，依次真空蒸镀1nm厚的氟化锂(LiF)作为第二界面层和厚度为100nm的金属铝(Al)作为顶电极。之后，使用探针对光敏层薄膜进行机械刮划完成顶电极的图案化过程；其中，所使用探针的针尖球面的直径为200μm，刮划所用的速度为5mm s-1，刮划所用的压力为1.0N；在刮划过程中，第一界面层、光敏层、第二界面层和金属电极均被除去，透明导电层不受影响；形成的刮划线P3的宽度为24μm，其边沿与相邻的刻蚀线P2(边沿)的间距为35μm，其位置如图5所示。
至此，有机光伏模组器件制备完成。整体模组的面积由透明电极的图案控制，包括4个相互串联的大小为5mm×20mm的模块，总面积为4.0cm2；光伏模组的死区宽度为P1、P2、P3线的宽度以及他们间距的总和，为186μm，死区面积为0.149cm2；有机光伏模组的几何填充率(GFF)为96.28％。
实施例2
步骤一、制备图案化的透明电极：
将ITO导电玻璃依次用去离子水、异丙醇和丙酮清洗后，高纯氮气吹干，然后置于旋涂仪托台上，在3000rpm转速下旋涂40nm厚的ZnO(氧化锌)薄膜，并在150℃的热台上退火30min；其中，ITO导电玻璃的基底1为玻璃，透明导电层为180nm厚的ITO，ITO导电玻璃的表面面积为30mm×30mm。通过激光刻蚀工艺将ITO层和ZnO层刻蚀形成图案化的透明电极；其中，激光刻蚀使用的线速度为500mm s-1，刻蚀所用的能量为1.8J cm-2，其他参数为默认；得到的刻蚀线P1的宽度为53μm，相邻刻蚀线P1(中心)的间距为5mm。
步骤二、制备图案化的光敏层薄膜：
将透明电极基底至于旋涂托台上，在500rpm转速下旋涂制备厚度为200nm的P3HT:PC61BM共混薄膜作为光敏层。之后，使用探针对光敏层薄膜进行机械刮划完成光敏层的图案化过程；其中，所使用探针的针尖球面的直径为200μm，刮划所用的速度为5mm s-1，刮划所用的压力为0.5N；在刮划过程中，光敏层4被除去，透明导电层和第一界面层不受影响；形成的刮划线P2的宽度为41μm，其边沿与相邻的刻蚀线P1(边沿)的间距为30μm。
步骤三、制备图案化的顶电极薄膜：
将沉积有光敏层的基底置于真空蒸镀仪中，抽真空至2×10-4Pa后，依次真空蒸镀10nm厚的三氧化钼(MoO3)作为第二界面层和厚度为100nm的金属银(Ag)作为顶电极。之后，使用探针对光敏层薄膜进行机械刮划完成顶电极的图案化过程；其中，所使用探针的针尖球面的直径为200μm，刮划所用的速度为5mm s-1，刮划所用的压力为1.0N；在刮划过程中，光敏层、第二界面层和金属电极均被除去，透明导电层和第一界面层不受影响；形成的刮划线P3的宽度为23μm，其边沿与相邻的刻蚀线P2(边沿)的间距为31μm。
至此，有机光伏模组器件制备完成。整体模组的面积由透明电极的图案控制，包括4个相互串联的大小为5mm×20mm的模块，总面积为4.0cm2；光伏模组的死区宽度为P1、P2、P3线的宽度以及他们间距的总和，为178μm，死区面积为0.142cm2；有机光伏模组的几何填充率(GFF)为96.44％。
实施例3
步骤一、制备图案化的透明电极：
将ITO导电玻璃依次用去离子水、异丙醇和丙酮清洗后，高纯氮气吹干，之后使用超声喷涂仪在透明导电层的上表面喷涂沉积厚度为50nm的PEDOT:PSS薄膜作为第一界面层(空穴传输层)；其中，喷涂工艺参数为0.15mL/min流量，40mm/s喷头移动速度，60mm喷头高度，3.5W超声功率，0.1MPa气流量，喷涂三遍；其中，ITO导电玻璃的基底为玻璃，透明导电层为180nm厚的ITO，ITO导电玻璃的表面面积为90mm×90mm。通过激光刻蚀工艺将ITO层和PEDOT:PSS层刻蚀形成图案化的透明电极；其中，激光刻蚀使用的线速度为500mm s-1，刻蚀所用的能量为1.8J cm-2，其他参数为默认；得到的刻蚀线P1的宽度为55μm，相邻刻蚀线P1(中心)的间距为5mm。
步骤二、制备图案化的光敏层薄膜：
使用超声喷涂仪在第一界面层上表面喷涂P3HT:PC61BM墨水，喷涂厚度为200nm，得到光敏层；其中，喷涂使用的流量为0.3mL min-1，喷头移动的速度为20mm s-1，喷头的高度为60mm，超声功率为3.5W，气流量为0.4MPa，喷涂次数为两遍。之后，使用探针对光敏层薄膜进行机械刮划完成光敏层的图案化过程；其中，所使用探针的针尖球面的直径为200μm，刮划所用的速度为7mm s-1，刮划所用的压力为0.8N；在刮划过程中，第一界面层和光敏层被除去，透明导电层不受影响；形成的刮划线P2的宽度为51μm，其边沿与相邻的刻蚀线P1(边沿)的间距为35μm。
步骤三、制备图案化的顶电极薄膜：
将沉积有光敏层的基底置于真空蒸镀仪中，抽真空至2×10-4Pa后，依次真空蒸镀1nm厚的氟化锂(LiF)作为第二界面层和厚度为100nm的金属铝(Al)作为顶电极。之后，使用探针对光敏层薄膜进行机械刮划完成顶电极的图案化过程；其中，所使用探针的针尖球面的直径为200μm，刮划所用的速度为5mm s-1，刮划所用的压力为1.0N；在刮划过程中，第一界面层、光敏层、第二界面层和金属电极均被除去，透明导电层不受影响；形成的刮划线P3的宽度为32μm，其边沿与相邻的刻蚀线P2(边沿)的间距为50μm。
至此，有机光伏模组器件制备完成。整体模组的面积由透明电极的图案控制，包括16个相互串联的大小为5mm×80mm的模块，总面积为64.0cm2；光伏模组的死区宽度为P1、P2、P3线的宽度以及他们间距的总和，为223μm，死区面积为2.854cm2；有机光伏模组的几何填充率(GFF)为95.54％。
实施例4
步骤一、制备图案化的透明电极：
将玻璃基底依次用去离子水、异丙醇和丙酮清洗后，高纯氮气吹干，然后置于旋涂仪托台上，在1000rpm的转速下旋涂50nm厚的银纳米线(AgNWs)作为透明导电层；其中，玻璃基底和银纳米线透明导电层的表面面积为30mm×30mm。通过激光刻蚀工艺将AgNWs层刻蚀形成图案化的透明电极；其中，激光刻蚀使用的线速度为500mm s-1，刻蚀所用的能量为1.5Jcm-2，其他参数为默认；得到的刻蚀线P1的宽度为40μm，相邻刻蚀线P1(中心)的间距为4mm。之后，在2000rpm转速下旋涂60nm厚的ZnO(氧化锌)薄膜作为第一界面层3，并在150℃的热台上退火30min。
步骤二、制备图案化的光敏层薄膜：
将透明电极基底至于旋涂托台上，在500rpm转速下旋涂制备厚度为200nm的P3HT:PC61BM共混薄膜作为光敏层。之后，使用探针对光敏层薄膜进行机械刮划完成光敏层的图案化过程；其中，所使用探针的针尖球面的直径为200μm，刮划所用的速度为5mm s-1，刮划所用的压力为0.5N；在刮划过程中，光敏层被除去，透明导电层和第一界面层不受影响；形成的刮划线P2的宽度为45μm，其边沿与相邻的刻蚀线P1(边沿)的间距为33μm。
步骤三、制备图案化的顶电极薄膜：
将沉积有光敏层的基底置于真空蒸镀仪中，抽真空至2×10-4Pa后，依次真空蒸镀10nm厚的三氧化钼(MoO3)作为第二界面层和厚度为100nm的金属银(Ag)作为顶电极。之后，使用探针对光敏层薄膜进行机械刮划完成顶电极的图案化过程；其中，所使用探针的针尖球面的直径为200μm，刮划所用的速度为5mm s-1，刮划所用的压力为1.0N；在刮划过程中，光敏层、第二界面层和金属电极均被除去，透明导电层和第一界面层不受影响；形成的刮划线P3的宽度为30μm，其边沿与相邻的刻蚀线P2(边沿)的间距为34μm。
至此，有机光伏模组器件制备完成。整体模组的面积由透明电极的图案控制，包括5个相互串联的大小为4mm×20mm的模块，总面积为4.0cm2；光伏模组的死区宽度为P1、P2、P3线的宽度以及他们间距的总和，为182μm，死区面积为0.182cm2；有机光伏模组的几何填充率(GFF)为95.45％。
实施例5
步骤一、制备图案化的透明电极：
将玻璃基底依次用去离子水、异丙醇和丙酮清洗后，高纯氮气吹干，然后置于旋涂仪托台上，在1000rpm的转速下旋涂50nm厚的银纳米线(AgNWs)作为透明导电层；其中，玻璃基底和银纳米线透明导电层的表面面积为30mm×30mm。之后，使用探针对透明导电层薄膜进行机械刮划完成AgNWs透明导电层的图案化过程；其中，所使用探针的针尖球面的直径为200μm，刮划所用的速度为5mm s-1，刮划所用的压力为1.5N，得到的刻蚀线P1的宽度为42μm，相邻刻蚀线P1(中心)的间距为4mm。之后，在2000rpm转速下旋涂60nm厚的ZnO(氧化锌)薄膜作为第一界面层，并在150℃的热台上退火30min。
步骤二、制备图案化的光敏层薄膜：
将透明电极基底至于旋涂托台上，在500rpm转速下旋涂制备厚度为200nm的P3HT:PC61BM共混薄膜作为光敏层。之后，使用探针对光敏层薄膜进行机械刮划完成光敏层的图案化过程；其中，所使用探针的针尖球面的直径为200μm，刮划所用的速度为5mm s-1，刮划所用的压力为0.5N；在刮划过程中，光敏层被除去，透明导电层和第一界面层不受影响；形成的刮划线P2的宽度为44μm，其边沿与相邻的刻蚀线P1(边沿)的间距为35μm。
步骤三、制备图案化的顶电极薄膜：
将沉积有光敏层的基底置于真空蒸镀仪中，抽真空至2×10-4Pa后，依次真空蒸镀10nm厚的三氧化钼(MoO3)作为第二界面层和厚度为100nm的金属银(Ag)作为顶电极。之后，使用探针对光敏层薄膜进行机械刮划完成顶电极的图案化过程；其中，所使用探针的针尖球面的直径为200μm，刮划所用的速度为5mm s-1，刮划所用的压力为1.0N；在刮划过程中，光敏层、第二界面层和金属电极均被除去，透明导电层和第一界面层不受影响；形成的刮划线P3的宽度为21μm，其边沿与相邻的刻蚀线P2(边沿)的间距为35μm。
至此，有机光伏模组器件制备完成。整体模组的面积由透明电极的图案控制，包括5个相互串联的大小为4mm×20mm的模块，总面积为4.0cm2；光伏模组的死区宽度为P1、P2、P3线的宽度以及他们间距的总和，为177μm，死区面积为0.177cm2；有机光伏模组的几何填充率(GFF)为95.58％。
实施例6
步骤一、制备图案化的透明电极：
将玻璃基底依次用去离子水、异丙醇和丙酮清洗后，高纯氮气吹干，然后置于旋涂仪托台上，在1000rpm的转速下旋涂50nm厚的银纳米线(AgNWs)作为透明导电层；其中，玻璃基底和银纳米线透明导电层的表面面积为30mm×30mm。之后，使用探针对透明导电层薄膜进行机械刮划完成AgNWs透明导电层的图案化过程；其中，所使用探针的针尖球面的直径为200μm，刮划所用的速度为5mm s-1，刮划所用的压力为1.5N，得到的刻蚀线P1的宽度为45μm，相邻刻蚀线P1(中心)的间距为4mm。之后，在2000rpm转速下旋涂60nm厚的ZnO(氧化锌)薄膜作为第一界面层，并在150℃的热台上退火30min。
步骤二、制备图案化的光敏层薄膜：
将透明电极基底至于旋涂托台上，在500rpm转速下旋涂制备厚度为200nm的P3HT:PC61BM共混薄膜作为光敏层。之后，使用探针对光敏层薄膜进行机械刮划完成光敏层的图案化过程；其中，所使用探针的针尖球面的直径为200μm，刮划所用的速度为5mm s-1，刮划所用的压力为0.5N；在刮划过程中，光敏层被除去，透明导电层和第一界面层不受影响；形成的刮划线P2的宽度为43μm，其边沿与相邻的刻蚀线P1(边沿)的间距为38μm。
步骤三、制备图案化的顶电极薄膜：
将沉积有光敏层的基底置于旋涂托台上，在2000rpm下旋涂PEDOT:PSS作为第二界面层；之后，接着在1000rpm转速下依次旋涂导电聚合物(PH1000)和AgNWs形成复合透明导电层，作为顶电极。然后，使用探针对光敏层薄膜进行机械刮划完成顶电极的图案化过程；其中，所使用探针的针尖球面的直径为200μm，刮划所用的速度为5mm s-1，刮划所用的压力为1.0N；在刮划过程中，光敏层、第二界面层和复合顶电极均被除去，透明导电层和第一界面层不受影响；形成的刮划线P3的宽度为27μm，其边沿与相邻的刻蚀线P2(边沿)的间距为41μm。
至此，有机光伏模组器件制备完成。整体模组的面积由透明电极的图案控制，包括5个相互串联的大小为4mm×20mm的模块，总面积为4.0cm2；光伏模组的死区宽度为P1、P2、P3线的宽度以及他们间距的总和，为194μm，死区面积为0.194cm2；有机光伏模组的几何填充率(GFF)为95.15％。
实施例7
步骤一、制备图案化的透明电极：
将柔性透明聚酰亚胺(PI)基底依次用去离子水、异丙醇和丙酮清洗后，高纯氮气吹干，之后附着在玻璃上，然后置于旋涂仪托台上，在1000rpm的转速下旋涂50nm厚的银纳米线(AgNWs)作为透明导电层；其中，透明聚酰亚胺基底和银纳米线透明导电层的表面面积为30mm×30mm。之后，使用探针对透明导电层薄膜进行机械刮划完成AgNWs透明导电层的图案化过程；其中，所使用探针的针尖球面的直径为200μm，刮划所用的速度为5mm s-1，刮划所用的压力为1.5N，得到的刻蚀线P1的宽度为46μm，相邻刻蚀线P1(中心)的间距为4mm。之后，在2000rpm转速下旋涂60nm厚的ZnO(氧化锌)薄膜作为第一界面层，并在150℃的热台上退火30min。
步骤二、制备图案化的光敏层薄膜：
将透明电极基底至于旋涂托台上，在500rpm转速下旋涂制备厚度为200nm的P3HT:PC61BM共混薄膜作为光敏层。之后，使用探针对光敏层薄膜进行机械刮划完成光敏层的图案化过程；其中，所使用探针的针尖球面的直径为200μm，刮划所用的速度为5mm s-1，刮划所用的压力为0.5N；在刮划过程中，光敏层4被除去，透明导电层和第一界面层不受影响；形成的刮划线P2的宽度为42μm，其边沿与相邻的刻蚀线P1(边沿)的间距为34μm。
步骤三、制备图案化的顶电极薄膜：
将沉积有光敏层的基底置于旋涂托台上，在2000rpm下旋涂PEDOT:PSS作为第二界面层；之后，接着在1000rpm转速下依次旋涂导电聚合物(PH1000)和AgNWs形成复合透明导电层，作为顶电极。然后，使用探针对光敏层薄膜进行机械刮划完成顶电极的图案化过程；其中，所使用探针的针尖球面的直径为200μm，刮划所用的速度为5mm s-1，刮划所用的压力为1.0N；在刮划过程中，光敏层、第二界面层和复合顶电极均被除去，透明导电层和第一界面层不受影响；形成的刮划线P3的宽度为25μm，其边沿与相邻的刻蚀线P2(边沿)的间距为34μm。
至此，有机光伏模组器件制备完成。整体模组的面积由透明电极的图案控制，包括4个相互串联的大小为5mm×20mm的模块，总面积为4.0cm2；光伏模组的死区宽度为P1、P2、P3线的宽度以及他们间距的总和，为181μm，死区面积为0.181cm2；有机光伏模组的几何填充率(GFF)为95.48％。将以柔性PI薄膜器件从玻璃基底上剥离，即可实现柔性电池模组器件。
实施例8
步骤一、制备图案化的透明电极：
将柔性透明聚酰亚胺(PI)基底依次用去离子水、异丙醇和丙酮清洗后，高纯氮气吹干，之后附着在玻璃上。使用超声喷涂仪在柔性基底PI的上表面喷涂沉积厚度为100nmAgNWs形成透明导电层，作为透明电极；其中，AgNWs的喷涂工艺参数为0.1mL min-1流量，30mm s-1喷头移动速度，60mm喷头高度，3.5W超声功率，0.1MPa气流量，喷涂两遍。玻璃基底，柔性PI薄膜和银纳米线透明导电层的表面面积为90mm×90mm。之后，使用探针对透明导电层薄膜进行机械刮划完成AgNWs透明导电层的图案化过程；其中，所使用探针的针尖球面的直径为200μm，刮划所用的速度为5mm s-1，刮划所用的压力为1.5N，得到的刻蚀线P1的宽度为46μm，相邻刻蚀线P1(中心)的间距为5mm。之后，使用超声喷涂仪在透明导电层的上表面喷涂沉积厚度为60nm的ZnO薄膜，作为第一界面层，之后并在150℃的热台上退火30min。其中，ZnO的喷涂工艺参数为0.1mL min-1流量，40mm s-1喷头移动速度，60mm喷头高度，3.5W超声功率，0.1MPa气流量，喷涂两遍。
步骤二、制备图案化的光敏层薄膜：
使用超声喷涂仪在界面层上表面喷涂P3HT:PC61BM墨水，喷涂厚度为200nm，得到光敏层；其中，喷涂使用的流量为0.3mL min-1，喷头移动的速度为20mm s-1，喷头的高度为60mm，超声功率为3.5W，气流量为0.4MPa，喷涂次数为两遍。之后，使用探针对光敏层薄膜进行机械刮划完成光敏层的图案化过程；其中，所使用探针的针尖球面的直径为200μm，刮划所用的速度为5mm s-1，刮划所用的压力为0.5N；在刮划过程中，光敏层被除去，透明导电层和第一界面层不受影响；形成的刮划线P2的宽度为40μm，其边沿与相邻的刻蚀线P1(边沿)的间距为33μm。
步骤三、制备图案化的顶电极薄膜：
使用超声喷涂仪在光敏层的上表面喷涂沉积厚度为50nm的PEDOT:PSS薄膜作为第二界面层；其中，喷涂工艺参数为0.15mL min-1流量，40mm s-1喷头移动速度，60mm喷头高度，3.5W超声功率，0.1MPa气流量，喷涂三遍；之后，使用超声喷涂仪在光敏层第二界面层的上表面喷涂沉积厚度为100nm的导电聚合物(PH1000)和AgNWs形成复合透明导电层，作为顶电极；其中，PH1000的喷涂工艺参数为0.2mL/min流量，30mm/s喷头移动速度，60mm喷头高度，3.5W超声功率，0.1MPa气流量，喷涂两遍；AgNWs的喷涂工艺参数为0.1mL min-1流量，30mm s-1喷头移动速度，60mm喷头高度，3.5W超声功率，0.1MPa气流量，喷涂四遍。然后，使用探针对光敏层薄膜进行机械刮划完成顶电极的图案化过程；其中，所使用探针的针尖球面的直径为200μm，刮划所用的速度为5mm s-1，刮划所用的压力为1.0N；在刮划过程中，光敏层、第二界面层和复合顶电极均被除去，透明导电层和第一界面层不受影响；形成的刮划线P3的宽度为21μm，其边沿与相邻的刻蚀线P2(边沿)的间距为32μm。
至此，有机光伏模组器件制备完成。整体模组的面积由透明电极的图案控制，包括16个相互串联的大小为5mm×80mm的模块，总面积为64.0cm2；光伏模组的死区宽度为P1、P2、P3线的宽度以及他们间距的总和，为172μm，死区面积为2.202cm2；有机光伏模组的几何填充率(GFF)为96.56％。将以柔性PI薄膜器件从玻璃基底上剥离，即可实现柔性电池模组器件。
将实施例1-8制备的聚合物太阳能电池模组在AM 1.5G模拟太阳光(辐照强度为100毫瓦/平方厘米)下测试，电池的性能参数如表1所示。
表1实施例1-8的电池性能参数
表1中，GFF代表有机光伏模组的几何填充率，Jsc代表有机光伏模组的短路电流密度，Voc代表有机光伏模组的开路电压，FF代表有机光伏模组的填充因子，PCE代表有机光伏模组的能量转化效率。
显然，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种有机光伏模组的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在透明电极上制备分割线P1
通过激光刻蚀、喷墨打印、光刻法、掩膜板法和尖锐器械在透明导电层，或者在透明导电层和沉积在透明导电层上的第一界面层上形成图案化的透明电极，得到分割线P1；
所述的透明导电层下方设置基底；
所述的透明导电层材料为氧化铟锡、掺氟二氧化锡、铝掺杂氧化锌、聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、银纳米线、碳纳米管或石墨烯；
所述的第一界面层材料为聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、醋酸镍、碳酸铯、三氧化钼、氟化锂、氧化锌、聚[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴]、PDIN或PDINO；
所述分割线P1的宽度为1-1000μm，相邻分割线的间距为1-20mm，分割线P1的形状为直线或不规则曲线，相邻分割线不相交；
步骤二：在光敏层表面刮划形成分割线P2
在第一界面层上沉积光敏层，然后使用尖锐器械在光敏层上进行机械刮划，得到分割线P2；所述的尖锐器械的尖端直径或宽度为5-500μm，刮划时使用的压力为0.01-5N，刮划时的速度为0.1-500mm s-1；
所述的光敏层由一种或多种给体材料与一种或多种受体材料匹配构成；
所述分割线P2的宽度为5-200μm，其边沿与相邻的分割线P1的边沿间距为5-100μm，分割线P2的形状为直线或不规则曲线，相邻分割线不相交；
步骤三：在顶电极表面刮划形成分割线P3
在光敏层上沉积第二界面层和顶电极，使用尖锐器械在顶电极表面进行机械刮划，形成分割线P3，得到有机光伏模组；所述的尖锐器械的尖端直径或宽度为5-500μm，刮划时使用的压力为0.01-5N，刮划时的速度为0.1-500mm s-1；
所述的第二界面层材料为聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、醋酸镍、碳酸铯、三氧化钼、氧化锌、PFN或PDINO；
所述顶电极材料为铝、银、金、三氧化钼、聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、银纳米线、碳纳米管或石墨烯；
所述分割线P3的宽度为5-200μm，其边沿与相邻的分割线P2的边沿间距为5-100μm，分割线P3的形状为直线或不规则曲线，相邻分割线不相交。
2.根据权利要求1所述的一种有机光伏模组的制备方法，其特征在于，所述的基底材料为玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亚胺，厚度为0.01-5mm。
3.根据权利要求1所述的一种有机光伏模组的制备方法，其特征在于，所述的透明导电层的厚度为10-200nm，第一界面层的厚度为10-300nm，光敏层的厚度为50-1000nm，第二界面层的厚度为10-300nm，顶电极的厚度为10-500nm。
4.根据权利要求1所述的一种有机光伏模组的制备方法，其特征在于，所述的给体材料为P3HT、PTB7-Th、PBDB-T或p-DTS(FBTTH2)2；受体材料为N2200、PC61BM、PC71BM或ITIC。
5.根据权利要求1所述的一种有机光伏模组的制备方法，其特征在于，所述的步骤一、二、三中的沉积，包括真空蒸镀法、旋涂法、刮涂法或喷涂法。
6.根据权利要求1所述的一种有机光伏模组的制备方法，其特征在于，所述的步骤一、步骤二和步骤三中，所述尖锐器械为探针、缝衣针、剃刀片或精加工的刀具。
7.根据权利要求1所述的一种有机光伏模组的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，使用探针进行刮划，探针尖端球面的直径为200μm，刮划所用的压力为0.5N，刮划所用的速度为5mm s-1。
8.根据权利要求1所述的一种有机光伏模组的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，分割线P2为相互平行的直线，分割线P2的宽度为40μm，其边沿与分割线P1边沿的间距为40μm。
9.根据权利要求1所述的一种有机光伏模组的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，使用探针进行刮划，探针尖端球面的直径为200μm，刮划所用的压力为1.0N，刮划所用的速度为10mm s-1。
10.根据权利要求1所述的一种有机光伏模组的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，分割线P3为相互平行的直线，分割线P3的宽度为20μm，其边沿与分割线P2边沿的间距为40μm。
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