CN205645890U - 有机光电转换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种有机光电转换装置，其包括一透光性基板、一光电转换复合层以及多个导电胶体，光电转换复合层设置于透光性基板上，光电转换复合层具有多个通过雷射蚀刻技术所形成的沟槽，其中每一个沟槽的宽度由上而下递减，且每一个沟槽的至少一侧壁面为曲面，每一个导电胶体沿相对应的一个沟槽的至少一侧壁面延伸，用以建立相邻的两个发电单元之间的上导电层与下导电层的电性连接串联。该有机光电转换装置能克服现有的有机太阳能电池的光电转换装置中因为相邻的两个发电装置通过垂直孔洞予以区隔的结构设计所带来的诸多限制，达到降低制程困难度及增加产品可靠度的技术效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光电转换装置，特别是涉及一种可降低制程困难度的有机光电转换装置，可应用于太阳能电池。
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都是以硅为主要材料，不过使用高分子材料所开发的有机太阳能电池因为制程简单、造价便宜、材质轻盈、可挠曲等特性而逐渐受到业界与学术界的瞩目。
现有的有机太阳能电池于制造时，大多是利用涂布(Coating)作为成型太阳能电池薄膜的主要技术手段，这样做的优点在于所形成的薄膜得以具有较佳的平整性与均匀性，若进一步搭配卷对卷(Roll-to-Roll，R2R)连续制程技术，则可大量快速与大面积化制作有机太阳能电池。这样的做法在业界已有前例，例如，利用卷对卷方式大量生产可挠性显示器(flexibledisplay)，能够简化制造流程和降低制造成本。
请参阅图1，为一种现有的反式有机太阳能电池的光电转换装置的结构示意图。如图所示，所述光电转换装置100’具有多个利用微影暨蚀刻方法所形成，且贯穿空穴传输层101’、有源层102’、电子传输层103’、及导电线路层104’的垂直孔洞105’，然后再使用导电涂料106’(如银胶)填入垂直孔洞105’内以接触导电线路层104’形成导通。不过事实上所述光电转换装置100’仍存在诸多限制须加以克服，例如：1)导电基板上各该导电层之间隙为配合各光电转换单元，导致过于繁复而影响蚀刻作业时程；2)上层银胶导电层如何顺利灌进蚀刻间隙或垂直孔洞而可与部分底层导电层构成导通。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种有机光电转换装置，其能克服现有的有机太阳能电池的光电转换装置中因为“相邻的两个发电装置通过垂直孔洞予以区隔”的结构设计所带来的诸多限制，达到降低制程困难度及增加产品可靠度的技术效果。
为了解决上述的技术问题，本实用新型所采用的其中一技术方案是，提供一种有机光电转换装置，其包括：一透光性基板、一光电转换复合层、及多个导电胶体。所述光电转换复合层设置于所述透光性基板上，所述光电转换复合层包括一透明导电层、一设置于所述透明导电层上的电子传输层、一设置于所述电子传输层上的有源层、及一设置于所述有源层上的空穴传输层，其中所述光电转换复合层具有多个贯穿所述空穴传输层、所述有源层、所述电子传输层、及所述透明导电层的沟槽，每一个所述沟槽的宽度沿所述空穴传输层往所述透明导电层的方向递减，且每一个所述沟槽的至少一侧壁面为曲面；多个所述导电胶体设置于所述光电转换复合层上，其中每一个所述导电胶体沿所述空穴传输层的表面及相对应的一个所述沟槽的至少一所述侧壁面往所述透明导电层的方向延伸，并接触所述透明导电层的一部分。
为了解决上述的技术问题，本实用新型所采用的另一技术方案是，提供一种有机光电转换装置，其包括：一透光性基板、一光电转换复合层、及多对导电胶体。所述光电转换复合层设置于所述透光性基板上，所述光电转换复合层包括一透明导电层、一设置于所述透明导电层上的电子传输层、一设置于所述电子传输层上的有源层、及一设置于所述有源层上的空穴传输层，其中所述光电转换复合层具有多个贯穿所述空穴传输层、所述有源层、所述电子传输层、及所述透明导电层的沟槽，每一个所述沟槽的宽度沿所述空穴传输层往所述透明导电层的方向递减，且每一个所述沟槽的至少一侧壁面为曲面；多对所述导电胶体设置于所述光电转换复合层上，其中每一对所述导电胶体的其中一个所述导电胶体设置于所述空穴传输层的表面，且每一对所述导电胶体的另一个所述导电胶体设置于相对应的一个所述沟槽底部。
优选地，所述透光性基板上具有多个发电区域，多个所述沟槽沿所述透光性基板的长度方向或宽度方向间隔排列，每两个相邻的所述发电区域之间具有所述沟槽。
优选地，所述透明导电层包括多个透明电极，且多个所述透明电极分别位于多个所述发电区域内，其中一个所述导电胶体沿着其中一个所述发电区域内的所述空穴传输层的表面以及相对应的所述沟槽的至少一所述侧壁面延伸，并接触另一个所述发电区域内的所述透明电极，以使得每两个相邻的所述发电区域彼此电性连结。
优选地，至少一所述沟槽的顶部轮廓呈连续波浪状。
优选地，所述透光性基板的厚度介于10微米至500微米，所述透光性基板为一透明塑料基板或一玻璃基板。
优选地，所述透明塑料基板的材料为聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺(PA)、聚氨酯(PU)、或压克力。
优选地，所述透明导电层的厚度介于100奈米至10微米，所述透明导电层的透光率介于70％至95％，所述透明导电层为有机导体材料或无机导体材料所形成。
优选地，所述有机导体材料为聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)、奈米碳管、或其组合。
优选地，所述无机导体材料为金属或金属氧化物。
优选地，所述电子传输层的厚度介于10微米至100微米，所述有源层的厚度介于10微米至100微米，所述空穴传输层的厚度介于50微米至200微米。
优选地，所述光电转换复合层还包括一光学硬化层，所述光学硬化层设置于所述透光性基板与所述透明导电层之间。
优选地，所述光学硬化层的厚度介于1微米至5微米，所述光学硬化层的材料为压克力、环氧树脂、二氧化硅、或其组合。
优选地，每一个所述沟槽的顶部槽口的宽度介于10微米至100微米，每一个所述沟槽的底部槽口的宽度介于1微米至50微米。
本实用新型的有益效果主要在于：本实用新型实施例所提供的有机光电转换装置通过“光电转换复合层中通过雷射蚀刻技术而形成有多个特殊构型的沟槽，其中每一个沟槽的顶部轮廓略呈波浪状，每一个沟槽的宽度由上而下递减且具有至少一侧壁面为曲面”的设计，除了在相邻的发电区域之间，上导电层(导电胶体)可以顺着沟槽的侧壁面延伸以接触到下导电层(透明电极)，以达到电性连接串联并提升电压的效果外，还增加导电胶体与空穴传输层之间的结合力。
为使能更进一步了解本实用新型的特征及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而所提供的附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制者。
附图说明
图1为现有的反式有机太阳能电池的光电转换装置的结构示意图。
图2为本实用新型第一实施例的有机光电转换装置的剖视图。
图3为本实用新型第一实施例的有机光电转换装置的俯视图。
图4为本实用新型第一实施例的有机光电转换装置的局部结构剖视图。
图5为本实用新型第一实施例的有机光电转换装置的局部结构俯视图。
图6为本实用新型第二实施例的有机光电转换装置的剖视图。
图7为本实用新型第二实施例的有机光电转换装置的俯视图。
具体实施方式
本实用新型所公开的内容主要是关于一种应用于光电转换装置的有机光电转换复合层的结构改良，其中相邻发电单元间由于具有一利用雷射蚀刻技术所形成的特殊沟槽结构，因此能克服制程上的诸多限制，达到降低制程困难度及增加产品可靠度的技术效果。
在下文将参看附图更充分地描述各种例示性实施例，在附图中展示一些例示性实施例。然而，本实用新型概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。确切而言，提供此等例示性实施例使得本实用新型将为详尽且完整，且将向熟习此项技术者充分传达本实用新型概念的范畴。在诸附图中，可为了清楚而夸示层及区的大小及相对大小。类似数字始终指示类似组件。
应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件或信号等，但此等组件或信号不应受此等术语限制。此等术语乃用以区分一组件与另一组件，或者一信号与另一信号。另外，如本文中所使用，术语「或」视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一者或者多者的所有组合。
[第一实施例]
请一并参阅图2及图3，其中图2为本实用新型第一实施例的有机光电转换装置的剖视图，图3为本实用新型第一实施例的有机光电转换装置的俯视图。如图所示，本实施例的有机光电转换装置100a包括一透光性基板1、一光电转换复合层2、及多个导电胶体3，光电转换复合层2设置于透光性基板1上，多个导电胶体3间隔地设置于光电转换复合层2上。其中，透光性基板1与外界接触的面可以让光进入，光电转换复合层2与导电胶体3相互电性连接，且可达成响应入射光或入射能量的准确光电转换。
本实施例中，透光性基板1可采用一透明塑料基板或一玻璃基板，然而透光性基板1的尺寸和外形并无特别限制，不过依据产品需求，透光性基板1可为矩形且厚度介于10微米至500微米。所述透明塑料基板的具体例包括：聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺(PA)、聚氨酯(PU)、压克力等。
请配合参阅图4及图5，光电转换复合层2主要包括一透明导电层21、一设置于透明导电层21上的电子传输层22、一设置于电子传输层22上的有源层23、及一设置于有源层23上的空穴传输层24，值得注意的是，光电转换复合层2中通过雷射蚀刻技术而形成有多个特殊构型的沟槽25，具体地说，每一个沟槽25系利用接续蚀刻方式在透光性基板1的宽度方向上的多个作业区块循序地进行雷射蚀刻所形成；依此方式，可降低制程困难度与制造成本。
从结构上来看，所形成的沟槽25的顶部轮廓略呈连续波浪状(如图5所示)，且断面略呈碗形(如图4所示)；更进一步来说，多个沟槽25系沿透光性基板1的长度方向间隔排列，每一个沟槽25的宽度沿空穴传输层24往透明导电层21的方向递减(即由上而下递减)，其中顶部槽口的宽度W1约介于10微米至100微米，底部槽口的宽度W2约介于1微米至50微米，且每一个沟槽25的至少一侧壁面251为曲面(如图1所示)。从功能上来看，多个的沟槽25系用以在透光性基板1上定义出多个发电区域10，其中每两个相邻的发电区域10之间具有一个沟槽25。
透明导电层21包括多个透明电极211，其分别位于多个发电区域10内。透明导电层21可采用有机导体材料或无机导体材料，并经由涂布或蒸镀方式形成于透光性基板1上方，依据产品需求，透明导电层21的厚度以100奈米至10微米为较佳，且透明导电层21的透光率以70％至95％为较佳。所述有机导体材料可为聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)、奈米碳管、或其组合，所述无机导体材料可为金属或金属氧化物。
电子传输层22、有源层23、及空穴传输层24依序层迭于透明导电层21上，依据产品需求，电子传输层22的厚度以10微米至100微米为较佳，有源层23的厚度以10微米至100微米为较佳，空穴传输层24的厚度以50微米至200微米为较佳。本实施例并不限定电子传输层22、有源层23、及空穴传输层24的材料和沉积方式，例如，电子传输层22可采用有助于电子的注入和传输的材料(如ZnO、TiO2等)，空穴传输层24可采用有助于空穴的注入和传输的材料(如PEDOT、MoO3、V2O5等)，有源层23可采用有助于增加电子空穴重新结合的材料，且可为单层异质接面(BHJ)结构，现有技术的方法像是旋转涂布法、真空沉积法等均可使用。
多个导电胶体3可依设定好的电极图案印刷于光电转换复合层2上；具体地说，可将一网版(图中未显示)置于光电转换复合层2的上方，其中网版具有一相对于所述电极图案的镂空图形，然后通过刮刀(图中未显示)挤压导电铝胶或银胶以使其通过网版而转印到光电转换复合层2上，图形化的导电银胶于固化后即形成导电胶体3。值得说明的是，在相邻的发电区域10之间，由于导电胶体3系沿其中一个发电区域10内的空穴传输层24的表面延伸，然后顺着沟槽25的侧壁面251而接触到另一个发电区域10内的透明电极211外露的部分，因此可以达到电性连接串联并提升电压的效果，以及增加导电胶体3与空穴传输层24之间的结合力。
再者，为了增加有机光电转换装置100a的机械强度，可进一步于透光性基板1与透明导电层21之间设置一光学硬化层4，其材料可为压克力、环氧树脂、二氧化硅、或其组合，且厚度可介于1微米至5微米之间。
[第二实施例]
请一并参阅图6及图7，其中图6为本实用新型第二实施例的有机光电转换装置的剖视图，图7为本实用新型第二实施例的有机光电转换装置的俯视图。如图所示，本实施例的有机光电转换装置100b包括一透光性基板1、一光电转换复合层2、及多个导电胶体3’。本实施例与前一实施例不同的处主要在于，多个导电胶体3’系以成对方式相互配合以利排版布线；具体地说，每两个相邻的发电区域10系通过一对导电胶体3’相互电性连接，其中一个导电胶体3’(或称上导电胶体)设置于空穴传输层24的表面，以作为上导电层的引线，另一个导电胶体3’(或称下导电胶体)则设置于沟槽25底部，且接触到透明电极211外露的部分，以作为下导电层的引线。
[实施例的可能产生技术效果]
首先，本实用新型实施例所提供的有机光电转换装置所包括的光电转换复合层中通过雷射蚀刻技术而形成有多个特殊构型的沟槽，其中每一个沟槽的宽度由上而下递减，且每一个沟槽的至少一侧壁面为曲面，因此，在相邻的发电区域之间，上导电层(导电胶体)可以顺着沟槽的侧壁面延伸以接触到下导电层(透明电极)，以达到电性连接串联并提升电压的效果。
承上述，由于每一个沟槽的顶部轮廓略呈波浪状，因此还可增加导电胶体与空穴传输层之间的结合力。
再者，本实用新型实施例所提供的有机光电转换装置不仅可降低制程困难度与制造成本，而且于制造时可利用卷对卷(R2R)制造技术，非常适合工业化量产。
以上所述仅为本实用新型的较佳可行实施例，非因此局限本实用新型的权利要求的保护范围，故举凡运用本实用新型说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本实用新型的权利要求的保护范围内。
Claims (11)
1.一种有机光电转换装置，其特征在于，包括：
一透光性基板；
一光电转换复合层，设置于所述透光性基板上，所述光电转换复合层包括一透明导电层、一设置于所述透明导电层上的电子传输层、一设置于所述电子传输层上的有源层、及一设置于所述有源层上的空穴传输层，其中，所述光电转换复合层具有多个贯穿所述空穴传输层、所述有源层、所述电子传输层、及所述透明导电层的沟槽，每一个所述沟槽的宽度沿所述空穴传输层往所述透明导电层的方向递减，且每一个所述沟槽的至少一侧壁面为曲面；以及
多个导电胶体，设置于所述光电转换复合层上，其中，每一个所述导电胶体沿所述空穴传输层的表面及相对应的一个所述沟槽的至少一所述侧壁面往所述透明导电层的方向延伸，并接触所述透明导电层的一部分。
2.一种有机光电转换装置，其特征在于，包括：
一透光性基板；
一光电转换复合层，设置于所述透光性基板上，所述光电转换复合层包括一透明导电层、一设置于所述透明导电层上的电子传输层、一设置于所述电子传输层上的有源层、及一设置于所述有源层上的空穴传输层，其中，所述光电转换复合层具有多个贯穿所述空穴传输层、所述有源层、所述电子传输层、及所述透明导电层的沟槽，每一个所述沟槽的宽度沿所述空穴传输层往所述透明导电层的方向递减，且每一个所述沟槽的至少一侧壁面为曲面；以及
多对导电胶体，设置于所述光电转换复合层上，其特征在于，每一对所述导电胶体的其中一个所述导电胶体设置于所述空穴传输 层的表面，且每一对所述导电胶体的另一个所述导电胶体设置于相对应的一个所述沟槽底部。
3.根据权利要求1或2所述的有机光电转换装置，其特征在于，所述透光性基板上具有多个发电区域，多个所述沟槽沿所述透光性基板的长度方向或宽度方向间隔排列，每两个相邻的所述发电区域之间具有所述沟槽。
4.根据权利要求3所述的有机光电转换装置，其特征在于，所述透明导电层包括多个透明电极，且多个所述透明电极分别位于多个所述发电区域内，其中一个所述导电胶体沿着其中一个所述发电区域内的所述空穴传输层的表面以及相对应的所述沟槽的至少一所述侧壁面延伸，并接触另一个所述发电区域内的所述透明电极，以使得每两个相邻的所述发电区域彼此电性连结。
5.根据权利要求1或2所述的有机光电转换装置，其特征在于，至少一所述沟槽的顶部轮廓呈连续波浪状。
6.根据权利要求1或2所述的有机光电转换装置，其特征在于，所述透光性基板的厚度介于10至500微米，所述透光性基板为一透明塑料基板或一玻璃基板。
7.根据权利要求1或2所述的有机光电转换装置，其特征在于，所述透明导电层的厚度介于100奈米至10微米。
8.根据权利要求1或2所述的有机光电转换装置，其特征在于，所述电子传输层的厚度介于10微米至100微米，所述有源层的厚度介于10微米至100微米，所述空穴传输层的厚度介于50微米至200微米。
9.根据权利要求1或2所述的有机光电转换装置，其特征在于，所述光电转换复合层还包括一光学硬化层，所述光学硬化层设置于所述透光性基板与所述透明导电层之间。
10.根据权利要求9所述的有机光电转换装置，其特征在于，所述光学硬化层的厚度介于1至5微米。
11.根据权利要求1或2所述的有机光电转换装置，其特征在于，每一个所述沟槽的顶部槽口的宽度介于10微米至100微米，每一个所述沟槽的底部槽口的宽度介于1微米至50微米。
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