CN116528603B - 一种有机太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种有机太阳能电池及其制备方法，有机太阳能电池包括下封装层、有机太阳能电池模组、密封胶层和上封装层，所述有机太阳能电池模组由下而上依次包括下电极层、有机功能层和上电极层，该有机太阳能电池还包括与上电极层一体成形的电极引出部，且电极引出部位于下封装层上。制备该结构的有机太阳能电池可以使得在封装时将电极引出部端部与有机太阳能电池的活性区域隔离，从而更有效地阻隔空气和/或氧气和/或水直接进入到有机太阳能电池活性区域中。
Description
技术领域
本发明属于有机光伏器件技术领域，尤其涉及一种有机太阳能电池及其制备方法。
背景技术
太阳能作为全球储量最大的可再生清洁能源，具有环境友好特性，基于太阳能发电的光伏技术已成为人类可再生能源技术的重要组成部分，是解决中国乃至全球能源供应不足的有效途径。近年来，国家将促进能源生态与文明的建设持续发展放在突出战略性的位置，积极推进一次能源的生产和消费的革命成为可再生能源社会发展的一项核心战略任务。有机太阳能技术具有低成本、绿色无毒、高效率、柔性、彩色半透明、可采用低温溶液法大面积印刷制备等特点，是当前可应用于可穿戴电子设备、物联网、电子价签、建筑光伏一体化、新能源汽车等场景的理想光电转换技术，拥有广阔的市场前景。
有机太阳能电池由于与空气和/或氧气和/或水直接接触导致其寿命大幅度降低，因此，太阳能电池器件必须充分地受到封装保护。目前主要通过设置阻挡层和/或封装结构的方法防止空气和/或氧气和/或水进入到有机太阳能电池的层系统，特别是光活性层中。
如图1所示，CN209880661U公开了一种有机太阳能电池的封装结构，其通过设置两条导电金属胶带将有机太阳能电池的电极引出器件封装结构外部，导电金属胶带通过激光烧融凝固连接。
WO2010150648A1公开了一种有机电子元件的封装结构，其电极的引出部与连接到外部驱动电路的电极引线的接合部被覆盖在有机电子面板的密封构件中，以节省空间的方式取出电极引线，电极引线部分通过用常规的密封罐压紧电极引线和电极引出部分之间的粘合部分而整体固定。
然而，现有技术中通过导电金属胶带或者电极引线等方式将电极引出的封装工艺，由于封装时电极引线附近会存在空隙和气泡从而使得空气和/或氧气和/或水直接进入到有机太阳能电池的层系统，从而影响器件的寿命和性能。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种有机太阳能电池及其制备方法，通过将电极引出部与上电极一体化制备，电极引出部设置在下封装层上，从而在电池封装时有效避免外界环境中的水气、氧与有机太阳能电池的有机功能层接触对元件造成损坏。
为实现上述目的，本发明提供了一种有机太阳能电池，包括下封装层、有机太阳能电池模组、密封胶层和上封装层，有机太阳能电池模组被封装在下封装层、上封装层以及密封胶层围成的空间内，所述有机太阳能电池模组由下而上依次包括下电极层、有机功能层和上电极层，有机太阳能电池还包括与上电极层一体成形的电极引出部，且电极引出部位于下封装层上。
进一步的，所述密封胶层仅位于下封装层与上封装层的四周边缘，对有机太阳能电池模组形成边缘封装。
进一步的，所述密封胶层位于下封装层以及有机太阳能电池模组上侧，结合上封装层对有机太阳能电池模组形成整面封装。
进一步的，电极引出部的端部位于密封胶层内部，通过在电极引出部上方的密封胶层和上封装层打孔的方式，露出电极引出部的端部；或所述电极引出部的端部位于密封胶层外部。
进一步的，有机太阳能电池具有两个或两个以上的电极引出部，所述电极引出部位于有机太阳能电池模组的一侧或多侧；优选地，所述有机太阳能电池模组包含n个有机太阳能电池单元，所述n选自大于等于2的整数。
本发明还提供一种制备上述有机太阳能电池的方法，包括如下步骤：
步骤1.提供一下封装层；
步骤2.在下封装层上制备有机太阳能电池模组的下电极层；
步骤3.在有机太阳能电池模组的下电极层上制备有机功能层；
步骤4.通过激光刻蚀法去除基板至少一侧上的距离基板边缘设定宽度xmm的有机太阳能电池模组的下电极层和有机功能层，直至露出基板，其中x为设定值；
步骤5.通过掩膜的方式一体化制备上电极层和电极引出部，其中电极引出部制备在下封装层上；
步骤6.对有机太阳能电池模组进行封装。
进一步的，所述有机功能层至少包含一光活性层，所述光活性层通过旋涂、喷墨打印、狭缝涂布、丝网印刷或刮涂方法制备。
进一步的，步骤4中通过激光刻蚀法去除下封装层至少一侧上的距离下封装层边缘宽度xmm的有机太阳能电池模组的下电极层和有机功能层，同时，通过激光刻蚀法除去下封装层剩余侧上的距离下封装层边缘宽度ymm的有机太阳能电池模组的下电极层和有机功能层，其中x、y为预设值。
进一步的，在一实施例中，步骤6具体操作步骤如下：
①在下封装层四周边缘，或下封装层及有机太阳能电池模组上涂覆密封胶，或者贴敷密封胶膜；
②将上封装层放置在密封胶层上面，进行层压或者辊压；在层压或者辊压过程中或者过程后，通过加热或者紫外光固化，实现对有机太阳能电池的封装。
在另一实施例中，步骤6具体操作步骤如下：
①在上封装层上涂覆密封胶，或者贴敷密封胶膜；
②将覆有密封胶或胶膜的上封装层放置在步骤5所制备的有机太阳能电池模组上，进行层压或者辊压；在层压或者辊压过程中或者过程后，通过加热或者紫外光固化，实现对有机太阳能电池的封装。
现有技术中，通常用金属导电胶条等将电极引出到封装件外部，其与基底容易结合不紧密而形成水氧渗透的通道，从而影响封装效果。与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
(1)本发明中将电极引出部分直接制备到下封装层上使得引出电极与下封装层之间可以紧密结合，并且将电极引出端部与有机太阳能电池活性区域进行一定距离的分隔，从而大大降低水氧从电极引出部渗透到活性区域的可能性。
(2)本发明的电极引出部与有机太阳能电池的上电极为一体成形，优势在于：激光刻蚀法去除已制备的下电极层和有机功能层时，可以移除干净，从而保证引出电极与下封装层之间紧密结合。
(3)本发明有机太阳能电池的制备方法简单，更适合于有机太阳能电池模组的大规模制备。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为有机太阳能电池现有封装结构示意图；
图2A-2F为本发明实施例1制备流程剖视图；
图2G为图2E有机太阳能电池的俯视图；
图2H为图2F的俯视图；
图2I为图2H中A-A的剖视图；
图3A-3G为本发明实施例2制备流程剖视图；
图3H为图3E有机太阳能电池的俯视图；
图3I为图3G有机太阳能电池的俯视图；
图3J为图3I中A-A的剖视图；
图4A-4F为本发明实施例3制备流程剖视图；
图4G为图4E有机太阳能电池的俯视图；
图4H为图4F的俯视图；
图4I为图4H中A-A的剖视图。
其中：
1a，1b为封装玻璃、2为有机聚合物器件、3a，3b为导电金属胶带、100为下封装层、110为下电极层、120为有机功能层、130为上电极层、140为电极引出部、150为密封胶层、160为上封装层、170为孔、P1为绝缘沟道、P2为连接沟道、P3为隔断沟道。
具体实施方式
本发明提供一种有机太阳能电池，包括一下封装层100、有机太阳能电池模组和上封装层160，有机太阳能电池模组被封装在下封装层100、上封装层160以及密封胶层150围成的空间内，所述有机太阳能电池模组由下而上依次包括下电极层110、有机功能层120和上电极层130，其特征在于，有机太阳能电池还包括与上电极层130一体成形的电极引出部140，且电极引出部140位于下封装层100上。
优选地，所述有机太阳能电池，包括：
下封装层100；
有机太阳能电池模组，位于所述下封装层100之上；
密封胶层150，仅设于下封装层100四周边缘之上且形成封装空间以容纳所述有机太阳能电池模组，或设于所述下封装层100及有机太阳能电池模组之上，对有机太阳能电池模组形成封装空间；
上封装层160，设于密封胶层150之上，对有机太阳能电池模组形成封装；
其中：有机太阳能电池模组包含上电极层130、下电极层110及位于上电极层130和下电极层110之间的有机功能层120；所述有机太阳能电池具有电极引出部140，所述电极引出部140与有机太阳能电池模组上电极层130为一体成形结构；所述电极引出部140位于下封装层100之上。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、内、外……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
本发明中，所述“一体成形”是指采用相同的材料和工艺，同时制备，制备出的结构是一个整体。
在一实施例中，所述“上电极层130”是指有机太阳能电池模组制备中后制备的电极层；所述“下电极层110”是指有机太阳能电池模组制备中先制备的电极层。
在一实施例中，所述“上封装层160”是指有机太阳能电池模组制备中位于上电极层130上方且远离有机功能层120一侧的封装层；所述“下封装层100”是指有机太阳能电池模组制备中位于下电极层110下方且远离有机功能层120一侧的封装层；在一些实施例中，下封装层100为基板。
在一实施例中，所述上封装层160包括第一上封装层；在另一实施例中，所述上封装层160包括第一上封装层、第二上封装层；在另一实施例中，所述上封装层160可以包括3个及3个以上的上封装层。
在一实施例中，所述下封装层100包括第一下封装层；在另一实施例中，所述下封装层100包括第一下封装层、第二下封装层；在另一实施例中，所述下封装层100可以包括3个及3个以上的下封装层。
在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
所述“电极引出部140”为将有机太阳能电池模组的电极引出到有机太阳电池的外部与外电路形成连接的部分。本发明中，电极引出部140与上电极层130通过掩膜方式一体化制备，因此，电极引出部140材料与上电极层130材料选择相同。
在一实施例中，所述有机太阳能电池具有两个或两个以上的电极引出部140；且电极引出部140均与有机太阳能电池模组上电极层130为一体化结构。
在一实施例中，所述有机太阳能电池具有两个、三个、四个或四个以上的电极引出部140。
在一实施例中，所述电极引出部140位于有机太阳能电池模组的一侧或多侧。
在一实施例中，所述电极引出部140位于有机太阳能电池模组的一侧；
在另一实施例中，所述电极引出部140位于有机太阳能电池模组的两侧；
在另一实施例中，所述电极引出部140位于有机太阳能电池模组的三侧；
在另一实施例中，所述电极引出部140位于有机太阳能电池模组的四侧。
在一实施例中，所述电极引出部140的形状可以是直线型，也可以是L型，也可以是Z型，但不限于此，只要可实现电极引出功能即可。
在一实施例中，所述下封装层100可以使用具有优良的透明度、表面平滑性、易操作性和防水性的基底。所述下封装层100可以是刚性也可以是柔性的。具体地，可使用玻璃基底、薄膜玻璃基底或透明塑料基底。透明塑料基底可包括单层或多层形式的膜，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)和聚酰亚胺(PI)等，但不限于此。
在一实施例中，所述下封装层100选自透明塑料基底，优选地，所述下封装层100进一步包含一阻水阻氧层，所述阻水阻氧层材料选自氧化物、氮化物、有机材料或者其组合，以提高封装效果。所述阻水阻氧层可位于下封装层100上方且靠近下电极层110的一侧，也可位于下封装层100下方且背离下电极层100的一侧。
所述阻水阻氧层材料具体可选自：氧化铝、氧化硅、氧化锌、氧化锆、氧化钛、氮化硅等，或者其组合。
所述有机太阳能电池模组通过封装胶或者封装胶膜被包覆在上封装层160和下封装层100之间。
在一实施例中，所述下电极层110可以由透明或半透明的导电材料制成，但不限于此。导电材料可以是导电金属氧化物，例如氧化铟，氧化锌，氧化锡，氧化铟锡(ITO)，掺氟氧化锡(FTO)，掺镓氧化锌(GZO)，掺铝氧化锌(AZO)，铟锌氧化物(IZO)和铟镓锌氧化物(IGZO)；导电聚合物，例如聚(3，4-乙撑二氧噻吩)/聚(4-苯乙烯磺酸盐)(PEDOT/PSS)，聚吡咯和聚苯胺等；导电碳材料，例如石墨烯、碳纳米管等；纳米导电材料，例如金属纳米颗粒或者纳米线等；能够保持一定透光度的超薄金属层以及包含其的复合叠层，例如由金，铂，银，铜，钴，镍，铟或铝之类的金属形成的金属层或包含这些金属中的任何一种的合金的膜叠层。
进一步的，所述下电极层110厚度优选50-500nm。
在一实施例中，所述有机功能层120至少包含一光活性层。
在一实施例中，所述有机功能层120选自光活性层；在另一实施例中，有机功能层120包含第一电荷传输层、光活性层、第二电荷传输层。
需要说明的是，为了改善有机太阳能电池器件性能，所述有机功能层120还可以进一步包含其他功能层，包括但不限于电荷注入层和/或电荷阻挡层。
所述光活性层包含电子给体材料和电子受体材料。在光活性层中，光子被电子给体材料或者受体材料吸收形成强力束缚的电子-空穴对(激子)，为了有效地将光能转换为电能，激子必须在复合前扩散到给体/受体材料界面处并通过电荷转移而实现激子的分离，形成自由的电子和空穴，继而分别被阴极和阳极收集，实现光电转换。
在一实施例中，光活性层中电子给体材料与电子受体材料的质量比可为1:10至10:1。进一步，电子给体材料与电子供体材料的质量比可为1:0.5至1:5；具体地，电子给体材料与电子供体材料的质量比为1:1.2-1:1.5。
在一实施例中，所述光活性层包含一个或多个给体材料和一个或多个受体材料。
在一实施例中，所述光活性层包含一个给体材料和一个受体材料；优选地，所述给体材料选自聚合物给体材料；所述受体材料选自小分子有机材料。
在另一实施例中，所述光活性材料选自一个给体材料和两个受体材料；在一实施例中，所述两个受体材料选自一个非富勒烯受体材料和一个富勒烯受体材料；在另一实施例中，所述两个受体材料均选自非富勒烯受体材料。
在一实施例中，所述电子给体材料可以是聚噻吩及其衍生物，聚吡咯及其衍生物，吡唑啉衍生物，芳基胺衍生物，三苯基二胺衍生物，低聚噻吩及其衍生物，聚乙烯基咔唑及其衍生物，聚硅烷及其衍生物，在芳族胺上具有芳胺的聚硅氧烷衍生物，可以使用侧链或主链的聚苯胺及其衍生物，酞菁衍生物，卟啉及其衍生物，聚亚苯基亚乙烯基及其衍生物，聚噻吩基亚乙烯基及其衍生物等。更具体的，给体材料可以是聚噻吩材料体系，如P3AT、P3HT、P3OT、P3DDT等；含芴的聚合物材料体系，如PF8BT等；新型结构窄带隙聚合物材料体系，如苯并噻二唑类(BT、BBT)、喹喔啉类(QU、PQ)、吡嗪类(TP、PQ)和富电子基团(如噻吩类衍生物)共聚而成，如PCDTBT、PCPDTBT、PFO-DBT、PTQ10、PTB7、PM6、J52等。这些给体材料可以组合使用，或者可以使用这些材料中的任何一种与另一种材料的混合物或化合物。
所述电子受体可以是富勒烯及其衍生物，例如C60或C70或其衍生物，具体可选自PC61BM、PC71BM；也可以是非富勒烯小分子受体，例如BO-4Cl及其衍生物、Y6及其衍生物、BTA及其衍生物、ITIC及其衍生物、EH-IDTBR、TTPBT-IC、IEICO-4F等；或者是非富勒烯聚合物受体材料，例如N2200等。与给体材料一样，这些受体材料也可以组合使用。
上述第一电荷传输层和第二电荷传输层配对使用，即如果第一电荷传输层为电子传输层，则第二电荷传输层为空穴传输层；相反，如果第一电荷传输层为空穴传输层，那么第二电荷传输层为电子传输层。所述电荷传输层的作用是有效地将从光活性层中分离的电子和空穴选择性的传输到相应的电极。其中，电子传输层可以高效的将电子传输到阴极，其材料可以是低功函的金属氧化物、富勒烯衍生物、聚合物或其复合物等，如钛氧化物(TiOx)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO2)、聚乙氧基乙烯亚胺(Polyethylenimine ethoxylated，PEIE)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide，PEI)、PFN、PFN-Br以及ZnO-PEIE复合物、PEI-Zn、ZnO-PEI复合物等，但不限于此。空穴传输层可以高效的将空穴传输到阳极，其材料可以是高功函的金属氧化物如钼氧化物(MoOx)、氧化钒(V2O5)、氧化镍(NiO)、钨氧化物(WOx)等，或者PEDOT:PSS以及聚苯胺衍生物等聚合物材料，但不限于此。
所述光活性层厚度优选50-500nm；更优选的为100-200nm。
所述第一电荷传输层厚度优选1-200nm；更优选的为10-100nm。
所述第二电荷传输层厚度优选1-200nm；更优选的为10-100nm。
上电极层130及电极引出部140可以是半透明或者不透明的导电材料。导电材料可以是金，铂，银，铜，钴，镍，铟或铝之类的金属或者其合金；导电金属氧化物，例如氧化铟，氧化锌，氧化锡，氧化铟锡(ITO)，掺氟氧化锡(FTO)，掺镓氧化锌(GZO)，掺铝氧化锌(AZO)，铟锌氧化物(IZO)和铟镓锌氧化物(IGZO)；导电聚合物，例如聚(3，4-乙撑二氧噻吩)/聚(4-苯乙烯磺酸盐)(PEDOT/PSS)，聚吡咯和聚苯胺等；导电碳材料，例如石墨烯、碳纳米管等；纳米导电材料，例如金属纳米颗粒或者纳米线等；或者是上述导电材料的复合物等。优选的，上电极层130及电极引出部140是一层不吸水吸氧的致密导电薄膜，电极引出部140与下封装层100紧密结合，无缝隙无气泡。
在一实施例中，所述密封胶层150选自良好透光性、粘附性和散热性的材料；优选地所述密封胶层150材料选自硅胶、丁基胶、环氧树脂、丙烯酸树脂、紫外固化胶或AB组分胶，但不限于此。
在一实施例中，所述上封装层160材料可选自具有优良的透明度、表面平滑性、易操作性和防水性的材料。具体地，可使用玻璃封装，也可使用柔性封装，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯酸酯(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)和热塑性聚氨酯(TPU)等，但不限于此。优选的，柔性封装薄膜上制备有氧化物层、氮化物层、有机材料层或者其组合的阻水阻氧层，以提高封装效果。所述阻水阻氧膜位于上封装层靠近有机太阳能电池模组一侧。
基于上述有机太阳能电池，本发明提供一种有机太阳能电池的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)提供一下封装层100；
(2)在下封装层100上制备有机太阳能电池模组的下电极层110；
(3)在有机太阳能电池模组的下电极层110上制备有机功能层120；
(4)通过激光刻蚀法去除下封装层100至少一侧上的距离下封装层100边缘宽度为xmm的有机太阳能电池模组的下电极层110和有机功能层120直至露出下封装层100；其中：x为预设值，x>0；
(5)通过掩膜的方式一体化制备上电极层130和电极引出部140，其中电极引出部140制备在下封装层100上；
(6)对有机太阳能电池模组进行封装。
对电极引出部140的封装，在一实施例中，所述电极引出部140只有部分位于封装内部，电极引出部的端部位于封装外部，这样可以保证电极引出部140端部直接与外部装置进行连接，形成电路，如图2H所示；在另一实施例中，所述电极引出部140全部位于封装内部，通过在电极引出部140上面打孔170，以此将电极引出部140露出，使其可以与外部装置进行连接，形成电路，如图3I、4H所示。
在一实施例中，所述下电极层110可通过溅射、电子束沉积、真空蒸镀、旋涂、喷墨印刷、喷涂、刮涂、狭缝涂布等方法制备到下封装层100上，但不限于上述方法。
在一实施例中，所述有机功能层120可通过旋涂、喷墨打印、狭缝涂布、丝网印刷、刮涂、真空蒸镀等方法完成，但不限于上述方法。
在一实施例中，所述有机功能层120至少包含一光活性层，所述光活性层通过旋涂、喷墨打印、狭缝涂布、丝网印刷或刮涂方法等溶液法制备。溶液法制备具有大面积、柔性化、透明化和明显的低成本等优势。
在一实施例中，所述有机功能层120还进一步包含第一电荷传输层和第二电荷传输，所述第一电荷传输层和第二电荷传输至少有一层是通过旋涂、喷墨打印、狭缝涂布、丝网印刷或刮涂方法等溶液法制备。优选地，所述第一电荷传输层和第二电荷传输均通过旋涂、喷墨打印、狭缝涂布、丝网印刷或刮涂方法等溶液法制备。
在步骤(2)和(3)中下封装层100上面布满了下电极层110和有机功能层120，步骤(4)通过激光刻蚀法对下封装层100至少一侧上距离下封装层100边缘宽度为xmm的有机太阳能电池模组的下电极层110和有机功能层120去除干净，使其露出下封装层100；步骤(4)的功能是为了后续将电极引出部140制备在下封装层100上。
在一实施例中，通过激光刻蚀法去除下封装层100至少两侧上的距离下封装层100边缘宽度为xmm的有机太阳能电池模组的下电极层110和有机功能层120，x每次出现，可以选择不同的参数；优选地，所述两侧选自下封装层100的对侧。
在一实施例中，通过激光刻蚀法去除下封装层100至少一侧上的距离下封装层100边缘宽度为xmm的有机太阳能电池模组的下电极层110和有机功能层120，x每次出现，可以选择不同的参数；同时，通过激光刻蚀法除去下封装层100剩余侧上的距离下封装层100边缘宽度为ymm的有机太阳能电池模组的下电极层110和有机功能层120，y为预设值，y每次出现，可以选择不同的参数，其中y>0。
在一实施例中，x≥5mm且y≥3mm这样保证电极引出部140端部与有机太阳能电极模组有足够的距离，从而在封装时保证有机太阳能电池模组具有更好的封装效果。
本发明中所述有机太阳能电池模组包含n个有机太阳能电池单元，其中所述有机太阳能电池单元包含下电极层110、有机功能层120和上电极层130；所述n选自大于等于1的整数；优选地，n选自大于等于2的整数；优选地，n选自大于等于3的整数；优选地，n选自大于等于4的整数；优选地，n选自大于等于5的整数；优选地，n选自大于等于6的整数；优选地，n选自大于等于10的整数；优选地，n选自大于等于15的整数；优选地，n选自大于等于20的整数。
在一实施例中，所述有机太阳能电池模组中多个有机太阳能电池单元通过串联方式进行连接。优选地，各个有机太阳能电池单元间通过激光刻蚀方法进行划刻得到绝缘沟道P1、连接沟道P2和隔断沟道P3。
进一步的，有机太阳能电池模组的制备方法包括：
①在下封装层100上制备下电极层110；
②在下电极层110上通过激光刻蚀法获得绝缘沟道P1，绝缘沟道P1延伸至下封装层100；
③在下电极层110和绝缘沟道P1上制备有机功能层120；
④在有机功能层120上通过激光刻蚀法获得连接沟道P2，连接沟道P2贯穿有机功能层120延伸至下电极层110；
⑤在有机功能层120和连接沟道P2上制备上电极层130；
⑥在上电极层130上通过激光刻蚀法获得隔断沟道P3，隔断沟道P3延伸至有机功能层120，形成多个有机太阳能电池单元串联的有机太阳能电池模组。
在有机太阳能电池制备方法的步骤(5)中，所述的掩膜方式为金属掩膜。
在步骤(5)中，所述电极引出部140的形状由掩膜板的形状决定，通过控制掩膜板的掩膜形状来制备电极引出部140和上电极层130。
在一实施例中，所述电极引出部140和上电极层130可通过溅射、电子束沉积、真空蒸镀、旋涂、喷墨印刷、喷涂、刮涂或狭缝涂布等方法制备。
在一实施例中，所述电极引出部140和上电极层130通过真空蒸镀方式制备，将步骤(4)制备的有机太阳能电池放在金属掩膜板上，其中有机功能层120面向蒸镀源，制备得到电极引出部140和上电极层130。
在一实施例中，所述有机太阳能电池具有两个或两个以上的电极引出部140。
在一实施例中，所述电极引出部140位于有机太阳能电池模组的一侧、两侧或者两侧以上。
在一实施例中，所述电极引出部140的形状可以是直线型，也可以是L型，也可以是Z型，但不限于此，只要可实现电极引出功能即可。
在步骤(6)中进行电池封装，在一实施例中，所述步骤(6)包括如下封装工艺：
①在下封装层100四周边缘，或下封装层100及有机太阳能电池模组上涂覆密封胶，或者贴敷密封胶膜；
②将上封装层160放置在密封胶层150上面，进行层压或者辊压。在层压或者辊压过程中或者过程后，通过加热或者紫外光固化等手段，实现对有机太阳能电池的封装。
在步骤(6)中进行电池封装，在另一实施例中，所述步骤(6)包括如下封装工艺：
①在上封装层160上涂覆密封胶，或者贴敷密封胶膜；
②将覆有密封胶或胶膜的上封装层160放置在步骤5所制备的有机太阳能电池模组上，进行层压或者辊压；在层压或者辊压过程中或者过程后，通过加热或者紫外光固化，实现对有机太阳能电池的封装。
在一实施例中，所述密封胶层150仅位于下封装层100与上封装层160四周边缘，未覆盖在有机太阳能电池模组表面上，对有机太阳能电池模组形成边缘封装，这里所述的“四周边缘”指的是上封装层正投影对应的内四周边缘，如实施例3结构所示。
在另一实施例中，所述密封胶层150位于下封装层160以及有机太阳能电池模组上侧，通过上封装层160对有机太阳能电池模组形成整面封装；即密封胶层覆盖在有机太阳能电池模组表面上，如实施例1和实施例2结构所示。
在一实施例中，按照本发明所述的有机太阳能电池封装方法为刚性封装；优选地，所述上封装层160和下封装层100均选择玻璃；优选地，在步骤(6)中，上封装层160面积小于下封装层100面积，从而使得电极引出部140端部露出。
在另一实施例中，按照本发明所述的有机太阳能电池封装方法为柔性封装；优选地，上封装层160与下封装层100大小一致，对齐封装；将电极引出部140全部封装于上封装层160与下封装层100中；为引出电极引出部140端部，可通过在电极引出部140端部上部打孔170，以此将电极引出部140端部露出。
在一实施例中，所述层压在层压机中进行，该层压处理的过程分为三个阶段：第一阶段为抽真空阶段，第二阶段为加压阶段，第三阶段为层压阶段。
进一步，本发明所述的层压可选自加热层压或者紫外层压。
以下结合具体实施例对本发明做进一步地详细说明，但本发明并不仅限于此。本发明中未详细说明的测定方法均为本领域常规技术。
实施例1：
实施例1描述为本发明的刚性有机太阳能电池及其制备方法。有机太阳能电池模组的结构如图2I所示。
有机太阳能电池模组由多个有机太阳能电池单元通过串联方式连接而成，并且包含由激光刻蚀方法制备的绝缘沟道P1、连接沟道P2、隔断沟道P3。图2A-图2F为实施例1的制备流程剖视图。下封装层100为透明玻璃(图2A)。在下封装层100上制备有透明的ITO下电极110，并且通过红外纳秒激光在下电极上刻蚀绝缘沟道P1。接着，通过夹缝涂布的方式依次制备电子传输层、光活性层和空穴传输层，即有机功能层120(图2C)，并通过绿色纳秒激光刻蚀出连接沟道P2。然后，通过激光刻蚀法去除下封装层一侧距离下封装层边缘x＝10mm以及距离另外三侧边缘y＝5mm的有机太阳能电池模组的下电极层110和有机功能层120，从而在这些部位暴露出下封装层100(图2D)。随后，如图2E所示，用真空蒸镀的方法，通过掩膜板同时制备上金属银电极130和电极引出部140，并用绿色纳米激光刻蚀出上电极的隔断沟道P3，完成待封装的有机太阳能电池模组的制备。
在对有机太阳能电池模组进行封装时，将上封装层160置于平台上。该上封装层160为透明玻璃，其尺寸在电极引出部140一侧比下封装层玻璃短5mm，从而使引出电极端部暴露在外，其余尺寸与下封装层一致。通过点胶的方式在上封装层160上涂布UV固化胶，其中UV固化胶与上封装层的边缘间隔2mm，以防止层压过程中封装胶的溢出。随后，将待封装的有机太阳能电池模组正面朝下，使其没有电极引出部140的三侧与上封装层对齐。通过施加一定的压力，使得上下封装层和UV封装胶紧密结合，并通过365nm的能量为6J/cm2的紫外光源照射1分钟，实现UV封装胶的固化，从而得到图2F的封装结构。
实施例2：
实施例2描述为本发明的柔性有机太阳能电池及其制备方法。有机太阳能电池模组的结构如图3J所示。
实施例2的制备方法与实施例1方法相似，不同的是实施例2下封装层100选用PET基材。由于PET本身的水氧阻隔能力有限，实施例2选用带有水氧阻隔涂层的PET作为下封装层。在此下封装层上，可通过与上述刚性有机太阳能电池类似的工艺步骤制备未封装的有机太阳能电池模组，因此不在赘述。不同的是，实施例2中电极引出部有四个，位置如图3H所示。UV固化封装胶通过狭缝涂布的方式整面涂敷到上封装层上，其中上封装层为与下封装层有相同尺寸的带有水氧阻隔层的PET膜，UV封装胶的厚度为1-2um。将上下封装层对齐后通过常温或者低温辊压的方式，通过辊轴贴敷到一起，并通过365nm的能量为6J/cm2的紫外光源照射使得UV封装胶的固化。同时，为与外部电路取得连接，在电极引出部的端部的上方打孔170，从而暴露出电极引出部。但是，由于电极引出端部与有机太阳能电池活性区域仍旧被UV封装胶隔离，且电极引线与基底紧密结合，打孔不会导致封装失效。
实施例3：
实施例3描述为本发明的柔性有机太阳能电池及其制备方法。有机太阳能电池模组的结构如图4I所示。
实施例3的制备方法与实施例2相似，不同的是电极引出部的方向及个数，如图4G所示，实施例3有2个电池引出部，同时电极引出部的方向是相反的。另外，实施例3中采用的是边缘封装，即仅在下封装层上涂覆UV封装胶，并且在氮气环境下进行封装，得到如图4F的封装结构，最后通过在电极引出部的端部的上方打孔170，得到图4I的有机太阳能电池。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种有机太阳能电池，包括下封装层(100)、有机太阳能电池模组、密封胶层(150)和上封装层(160)，所述有机太阳能电池模组被封装在下封装层(100)、上封装层(160)以及密封胶层(150)围成的空间内，所述有机太阳能电池模组由下而上依次包括下电极层(110)、有机功能层(120)和上电极层(130)，其特征在于：所述有机太阳能电池具有两个或两个以上的电极引出部(140)，且所述电极引出部(140)均与有机太阳能电池模组上电极层(130)为一体成形结构，所述电极引出部(140)位于下封装层(100)上；所述有机太阳能电池模组包含n个有机太阳能电池单元，所述n选自大于等于2的整数；所述n个有机太阳能电池单元通过串联的方式进行连接。
2.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于：所述密封胶层(150)仅位于下封装层(100)与上封装层(160)的四周边缘，对有机太阳能电池模组形成边缘封装。
3.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于：所述密封胶层(150)位于下封装层(100)以及有机太阳能电池模组上侧，结合上封装层(160)对有机太阳能电池模组形成整面封装。
4.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于：所述电极引出部(140)的端部位于密封胶层(150)内部，通过在电极引出部(140)上方的密封胶层(150)和上封装层(160)打孔(170)的方式，露出电极引出部(140)的端部；或所述电极引出部(140)的端部位于密封胶层(150)外部。
5.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于：所述有机功能层(120)至少包含一个光活性层。
6.一种有机太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤，
步骤1.提供一下封装层(100)；
步骤2.在下封装层(100)上制备有机太阳能电池模组的下电极层(110)；在下电极层(110)上通过激光刻蚀法获得绝缘沟道P1，绝缘沟道P1延伸至下封装层(100)；
步骤3.在有机太阳能电池模组的下电极层(110)和绝缘沟道P1上制备有机功能层(120)；在有机功能层(120)上通过激光刻蚀法获得连接沟道P2，连接沟道P2贯穿有机功能层(120)延伸至下电极层(110)；
步骤4.通过激光刻蚀法去除下封装层(100)至少一侧上的距离下封装层(100)边缘宽度x mm的有机太阳能电池模组的下电极层(110)和有机功能层(120)，同时，通过激光刻蚀法除去下封装层(100)剩余侧上的距离下封装层(100)边缘宽度y mm的有机太阳能电池模组的下电极层(110)和有机功能层(120)，其中x、y为预设值；
步骤5.通过掩膜的方式一体化制备上电极层(130)和电极引出部(140)，其中电极引出部(140)制备在下封装层(100)上；在上电极层(130)上通过激光刻蚀法获得隔断沟道P3，隔断沟道P3延伸至有机功能层(120)，形成多个有机太阳能电池单元串联的有机太阳能电池模组；
步骤6.对有机太阳能电池模组进行封装。
7.根据权利要求6所述的有机太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述有机功能层(120)至少包含一个光活性层，所述光活性层通过旋涂、喷墨打印、狭缝涂布、丝网印刷或刮涂方法制备。
8.根据权利要求6所述的有机太阳能电池的制备方法，其特征在于：x≥5mm且y≥3mm。
9.根据权利要求6所述的有机太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤6具体操作步骤如下：
①在下封装层(100)四周边缘，或下封装层(100)及有机太阳能电池模组上涂覆密封胶，或者贴敷密封胶膜；
②将上封装层(160)放置在密封胶层(150)上面，进行层压或者辊压；在层压或者辊压过程中或者过程后，通过加热或者紫外光固化，实现对有机太阳能电池的封装。
10.根据权利要求6所述的有机太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤6具体操作步骤如下：
①在上封装层(160)上涂覆密封胶，或者贴敷密封胶膜；
②将覆有密封胶或胶膜的上封装层(160)放置在步骤5所制备的有机太阳能电池模组上，进行层压或者辊压；在层压或者辊压过程中或者过程后，通过加热或者紫外光固化，实现对有机太阳能电池的封装。
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