DE102020200053A1

DE102020200053A1 - Verkapselungssystem für ein optoelektronisches Bauelement mit mindestens einer ersten Verkapselung und einer zweiten Verkapselung, optoelektronisches Bauelement mit einem solchen Verkapselungssystem

Info

Publication number: DE102020200053A1
Application number: DE102020200053.0A
Authority: DE
Inventors: Merve Anderson; Ralph Wichtendahl; Michael Meissner; Judith Geoerg; Michael Eritt
Original assignee: Heliatek GmbH
Current assignee: Heliatek GmbH
Priority date: 2020-01-06
Filing date: 2020-01-06
Publication date: 2021-07-08
Also published as: CN114868269A; KR20220124183A; JP2023509492A; US20230036237A1; EP4088329A1; WO2021139853A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verkapselungssystem (1), insbesondere eine Doppelverkapselung, für ein optoelektronisches Bauelement (2), mit mindestens einer ersten Verkapselung (3) und einer zweiten Verkapselung (4), wobei die erste Verkapselung (3) aus mindestens einer vorderen Barriereschicht (5) auf einer Vorderseite des optoelektronischen Bauelements (2) und mindestens einer hinteren Barriereschicht (6) auf einer Rückseite des optoelektronischen Bauelements (2) mit mindestens einem dazwischen angebrachten ersten Verbindungsmaterial (7) ausgebildet ist, wobei die zweite Verkapselung (4) aus mindestens einer vorderen Schutzschicht (8) auf der Vorderseite des optoelektronischen Bauelements (2) und mindestens einer hinteren Schutzschicht (9) auf der Rückseite des optoelektronischen Bauelements (2) mit mindestens einem dazwischen angebrachten zweiten Verbindungsmaterial (10) ausgebildet ist. Die erste Verkapselung (3) umschließt das optoelektronische Bauelement (2) derart, dass die erste Verkapselung (3) mit einem ersten Randbereich (11) über das optoelektronische Bauelement (2) herausragt, und die zweite Verkapselung (4) umschließt die erste Verkapselung (3) mit dem optoelektronischen Bauelement (2) derart, dass die zweite Verkapselung (4) mit einem zweiten Randbereich (12) über den ersten Randbereich (11) der ersten Verkapselung (3) herausragt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verkapselungssystem für ein optoelektronisches Bauelement mit mindestens einer ersten Verkapselung und einer zweiten Verkapselung, sowie ein optoelektronisches Bauelement mit einem solchen Verkapselungssystem.
Die Optoelektronik setzt sich aus dem Gebiet der Optik und der Halbleiterelektronik zusammen. Sie umfasst insbesondere Systeme und Verfahren, die die Umwandlung von elektronisch erzeugten Energien in Lichtemission ermöglichen oder Lichtemissionen in Energie umwandeln. Optoelektronische Bauelemente, insbesondere organische photovoltaische Elemente (OPVs) und organische Leuchtdioden (organic light emitting diode, OLED), erzeugen elektrische Energie oder wandeln elektrische Energie in Lichtemissionen um.
Organische optoelektronische Bauelemente, insbesondere organische Solarzellen, bestehen aus einer Folge dünner Schichten mit mindestens einer photoaktiven Schicht, welche bevorzugt im Vakuum aufgedampft oder aus einer Lösung prozessiert werden. Die elektrische Anbindung kann durch Metallschichten, transparente leitfähige Oxide und/oder transparente leitfähige Polymere erfolgen. Das Vakuum-Aufdampfen der organischen Schichten ist insbesondere vorteilhaft bei der Herstellung von mehrschichtigen Solarzellen, insbesondere Tandem- oder Triple-Zellen. Aus dem Stand der Technik sind organische Einfach- oder Tandemzellen bekannt. DE102004014046A1 offenbart ein photoaktives Bauelement, insbesondere eine Solarzelle, bestehend aus organischen Schichten aus einer oder mehreren aufeinander gestapelten pi-, ni- und/oder pin-Dioden.
Organische optoelektronische Bauelemente, insbesondere organische photovoltaische Elemente oder organische Photodetektoren, zeigen eine stark verminderte Lebensdauer durch direkten Kontakt mit Luft, insbesondere Sauerstoff, und/oder Feuchtigkeit, insbesondere Wasser, und müssen daher hinreichend durch eine Barriereschicht und/oder eine Verkapselung geschützt werden. Organische optoelektronische Bauelemente, insbesondere organische photovoltaische Elemente, benötigen deshalb zum Schutz vor Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff eine Barriere, insbesondere eine Verkapselung, um den Kontakt von Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff mit dem Schichtsystem, insbesondere organischen photoaktiven Schichten des Schichtsystems, des optoelektronischen Bauelements zu verhindern.
Organische optoelektronische Bauelemente können durch Aufbringen von Schutzschichten oder einer Verkapselung sowohl gegen ein Eindringen von Feuchtigkeit und Sauerstoff als auch vor mechanischer Beschädigung geschützt werden. Dazu sind spezielle Folien und Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften bekannt, die jedoch sehr teuer sind, zudem ist die Beschichtung sehr komplex, und Folien, die den hohen Anforderungen genügen, sind nur wenige erhältlich. Des Weiteren müssen bei der Beschichtung Ecken des verkapselten optoelektronischen Bauelements gegenüber einer Ablösung der Schicht und dem damit verbundenen Eintritt von Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff geschützt werden. Die Ecken und auch die Kanten werden dazu aufwendig versiegelt. Mit einer Schutzschicht versehene flexible Solarzellen sind bekannt, dabei handelt es sich meist um Laminate oder Folienverbünde, die innenliegende Bauteile vor äußeren Einflüssen schützen, und eine sichere elektrische Kontaktierung zur Außenseite ermöglichen. Die Anforderungen an die Materialien sind hoch, besonders wenn eine gute Feuchtigkeitsbarriere benötigt wird.
EP 2 927 985 A2 offenbart Mehrschichtfolien für optoelektronische Bauelemente, umfassend eine oder mehrere Barriereschichten mit niedriger Feuchtigkeits- und/oder Sauerstoffpermeabilität, und eine oder mehrere Versiegelungsschichten.
DE 10 2016 106 846 A1 offenbart eine mehrschichtige Verkapselung aufweisend eine Schichtenfolge, die mindestens eine Barriereschicht und mindestens eine Planarisierungsschicht umfasst, wobei die Barriereschicht und die Planarisierungsschicht zusammen eine geringere Wasserdurchlässigkeit aufweisen als die Barriereschicht, und ein optoelektronisches Bauelement aufweisend eine Verkapselung.
WO2008/014492A2 offenbart Verfahren und Vorrichtungen zum verbesserten Schutz von Solarzellen. Die Vorrichtung weist eine individuelle Verkapselung für eine Solarzelle auf, wobei die verkapselte Solarzelle mindestens eine Schutzschicht an mindestens einer Seite der Solarzelle aufweist, wobei die mindestens eine Schutzschicht aus im wesentlichen anorganischem Material gebildet ist.
US2007/0216300A1 offenbart ein organisches optoelektronisches Bauelement, wobei das organische optoelektronische Bauelement ein Substrat aufweist, mit mindestens einem daran angeordneten Schichtsystem, und einer Multi-Layer Barriereschicht über dem mindestens einen Schichtsystem.
US 6,765,351 B2 offenbart ein organisches optoelektronisches Bauelement mit einer im Vakuum aufgetragenen Schutzschicht zum Schutz des organischen optoelektronischen Bauelements vor Feuchtigkeit und Sauerstoff.
Nachteilig aus dem Stand der Technik ist jedoch, dass durch Barriereschichten und/oder Verkapselung entstandene Endbereiche bzw. Kanten nicht ausreichend gegen äußere Einflüsse, insbesondere Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff, geschützt sind. Die Endbereiche bzw. Kanten können insbesondere durch Falten oder Knicken leicht brechen oder zumindest rissig werden, wodurch der Schutz des optoelektronischen Bauelements und damit dessen Lebensdauer verringert wird. Des Weiteren bietet ein einfaches Verkleben von planar aufeinander gebrachten Barriereschichten keine ausreichende Barrierefunktion.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verkapselungssystem für ein optoelektronisches Bauelement mit mindestens einer ersten Verkapselung und einer zweiten Verkapselung, sowie ein optoelektronisches Bauelement mit einem solchen Verkapselungssystem bereitzustellen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten, und wobei insbesondere ein verbesserter Schutz des optoelektronischen Bauelements vor äußeren Einflüssen gewährleistet ist.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verkapselungssystem, insbesondere eine Doppelverkapselung, für ein optoelektronisches Bauelement mit mindestens einer ersten Verkapselung und einer zweiten Verkapselung bereitgestellt wird, wobei die erste Verkapselung aus mindestens einer vorderen Barriereschicht auf einer Vorderseite des optoelektronischen Bauelements und mindestens einer hinteren Barriereschicht auf einer Rückseite des optoelektronischen Bauelements mit mindestens einem dazwischen angebrachten ersten Verbindungsmaterial ausgebildet ist, wobei die zweite Verkapselung aus mindestens einer vorderen Schutzschicht auf der Vorderseite des optoelektronischen Bauelements und mindestens einer hinteren Schutzschicht auf der Rückseite des optoelektronischen Bauelements mit mindestens einem dazwischen angebrachten zweiten Verbindungsmaterial ausgebildet ist. Die erste Verkapselung umschließt dabei das optoelektronische Bauelement derart, dass die erste Verkapselung mit einem ersten Randbereich über das optoelektronische Bauelement herausragt, und die zweite Verkapselung umschließt dabei die erste Verkapselung mit dem optoelektronischen Bauelement derart, dass die zweite Verkapselung mit einem zweiten Randbereich über den ersten Randbereich der ersten Verkapselung herausragt. Dabei ist die zweite Verkapselung auf der ersten Verkapselung angeordnet, insbesondere ist die mindestens eine vordere Schutzschicht auf der mindestens einen vorderen Barriereschicht angeordnet und die mindestens eine hintere Schutzschicht auf der mindestens einen hinteren Barriereschicht angeordnet.
Erfindungsgemäß ist bevorzugt vorgesehen, dass das Verkapselungssystem verschiedene Zonen, insbesondere Verkapselungszonen aufweist, wobei die Verkapselungszonen insbesondere unterschiedliche Funktionen erfüllen, wobei bevorzugt eine Aufteilung einer Vielzahl an Materialeigenschaften auf jeweils zwei vordere Lagen und hintere Lagen vorgenommen wird. Vorzugsweise wird mittels der ersten Verkapselung mit einer bestimmten Breite des ersten Randbereichs eine Diffusion von Wasser zu dem optoelektronischen Bauelement zumindest weitgehend verhindert, und mittels der zweiten Verkapselung mit einer bestimmten Breite des zweiten Randbereichs wird zudem ein mechanischer Schutz der ersten Verkapselung und damit auch des optoelektronischen Bauelements gewährleistet. Insbesondere durch den überstehenden ersten Randbereich und den überstehenden zweiten Randbereich kann ein Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff durch die zweite Verkapselung und durch die erste Verkapselung hindurch zu dem optoelektronischen Bauelement verringert werden. Eine Breite des ersten Randbereichs der ersten Verkapselung und eine Breite des zweiten Randbereichs der zweiten Verkapselung ist insbesondere derart ausgebildet, dass eine Diffusionslänge des ersten Randbereichs und/oder des zweiten Randbereichs ausreichend ist, den Eintritt von Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff in das Innere der Verkapselung, insbesondere in oder an das optoelektronische Bauelement, zu verhindern.
Unter einem Verbindungsmaterial wird insbesondere ein Material, bevorzugt ein Adhäsiv, oder eine Schicht aus einem Material, insbesondere eine Klebeschicht, verstanden, mittels dem ein Element auf ein weiteres Element fixiert ist, insbesondere geklebt ist, insbesondere zwei Schichten aufeinander geklebt sind, so dass diese stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Unter einer Vorderseite eines optoelektronischen Bauelements, insbesondere eines photovoltaischen Elements, entsprechend auch unter einer vorderen Barriereschicht und einer vorderen Schutzschicht, wird eine bestimmungsgemäß einem Sonnenlicht zugewandte Seite des optoelektronischen Bauelements verstanden. Dementsprechend wird unter einer Rückseite eines optoelektronischen Bauelements, insbesondere eines photovoltaischen Elements, entsprechend auch unter einer hinteren Barriereschicht und einer hinteren Schutzschicht, eine bestimmungsgemäß einem Sonnenlicht abgewandte Seite des optoelektronischen Bauelements verstanden.
Unter einem Randbereich einer Verkapselung wird insbesondere der Bereich verstanden, der in seiner Ausdehnung über den Bereich eines darunter oder darin angeordneten weiteren Elements, insbesondere eines optoelektronischen Bauelements oder einer weiteren Verkapselung, herausragt, also in seiner Ausdehnung größer ist als das weitere Element.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Verkapselung, bevorzugt die Vorderseite und/oder die Rückseite der ersten Verkapselung, aus mindestens zwei Barriereschichten ausgebildet, bevorzugt zwei Barriereschichten, oder bevorzugt drei Barriereschichten, und/oder die zweite Verkapselung, bevorzugt die Vorderseite und/oder die Rückseite der zweiten Verkapselung, aus mindestens zwei Schutzschichten ausgebildet, bevorzugt zwei Schutzschichten, oder bevorzugt drei Schutzschichten. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen den aufeinanderfolgenden Barriereschichten und/oder den aufeinanderfolgenden Schutzschichten jeweils mindestens ein Verbindungsmaterial aufgebracht, wobei sich die Art des mindestens einen Verbindungsmaterials jeweils unterscheiden kann.
Unter einer Barriereschicht wird insbesondere eine Schicht verstanden, die einen Schutz, insbesondere eine Barriere, gegenüber chemischen Verbindungen, Verunreinigungen, Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, bildet. Die Barriereschicht ist insbesondere eine Schicht zum Verhindern der Durchlässigkeit von äußeren Einflüssen, insbesondere von Luftsauerstoff und/oder Feuchtigkeit. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine Barriereschicht auch eine Schutzschicht.
Unter einer Schutzschicht wird insbesondere eine Schicht zur Erhöhung der mechanischen Widerstandsfähigkeit, insbesondere Kratzfestigkeit, und/oder eine Filterschicht, bevorzugt eine Schicht mit einem UV-Filter, verstanden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine Schutzschicht auch eine Barriereschicht.
Unter einer Kante eines optoelektronischen Bauelements oder einer Verkapselung wird insbesondere ein Randbereich eines optoelektronischen Bauelements oder einer Verkapselung verstanden, insbesondere ein Ende des optoelektronischen Bauelements oder der Verkapselung, das in der geometrischen Ebene seiner größten horizontalen Ausdehnung angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das optoelektronische Bauelement eine LED, eine OLED, ein photovoltaisches Element, insbesondere eine Solarzelle, ein organisches photovoltaisches Element, insbesondere eine organische Solarzelle, oder ein Photodetektor, insbesondere ein organischer Photodetektor.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Verkapselung, insbesondere die Vorderseite der ersten Verkapselung, und/oder die zweite Verkapselung, insbesondere die Vorderseite der zweiten Verkapselung zumindest weitgehend durchlässig für Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich, insbesondere zumindest weitgehend transparent. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine vordere Barriereschicht, die mindestens eine vordere Schutzschicht und das erste und das zweite Verbindungsmaterial zumindest weitgehend durchlässig für Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Verkapselung und/oder die zweite Verkapselung auf einer bestimmungsgemäß dem Sonnenlicht zugewandten Seite zumindest teilweise transparent ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine vordere Barriereschicht der ersten Verkapselung und die mindestens eine vordere Schutzschicht der zweiten Verkapselung zumindest teilweise transparent ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Verkapselungssystem für ein optoelektronisches Bauelement mit mindestens einer ersten Verkapselung und einer zweiten Verkapselung weist Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf. Vorteilhafterweise schützt das Verkapselungssystem ein optoelektronisches Bauelement besonders gut vor äußeren Einflüssen, insbesondere Umwelteinflüssen und mechanischen Beschädigungen. Vorteilhafterweise werden Kanten und/oder Ecken der ersten Verkapselung mit der zweiten Verkapselung abgedeckt und geschützt. Vorteilhafterweise werden die Kanten der Verkapselung gegen eine Delaminierung geschützt. Vorteilhafterweise wird die Lebensdauer eines optoelektronischen Bauelements erhöht. Vorteilhafterweise sind unterschiedliche Eigenschaften auf mindestens eine erste Verkapselung und eine zweite Verkapselung aufgeteilt, insbesondere durch Barriereschichten und/oder Schutzschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften. Vorteilhafterweise ist die Abhängigkeit von Lieferanten von bestimmten Barriereschichten und/oder Schutzschichten geringer. Vorteilhafterweise ermöglicht die Aufteilung der Anforderungen auf unterschiedliche Verkapselungen und/oder Schichten der Verkapselungen Vorteilhafterweise findet die elektrische Kontaktierung mittels eines zumindest weitgehend außerhalb der ersten Verkapselung und unter der zweiten Verkapselung verlaufenden Kontaktelements statt, so dass die Komplexität der Barriere-relevanten ersten Verkapselung reduziert wird. Vorteilhafterweise ist das Verkapselungssystem einfach, flexibel und kostengünstig herstellbar, insbesondere in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Unter einem Rolle-zu-Rolle Verfahren wird insbesondere die Herstellung flexibler elektronischer Bauteile verstanden, die auf eine Bahn aus flexiblem Kunststoff- oder Metallfolie aufgebracht werden. Ein sich auf einer Rolle befindliches Substrat, insbesondere aus einer Kunststofffolie, beispielsweise PET oder PEN, wird abgerollt, bearbeitet und schließlich wieder aufgerollt. Auf dieses Substrat werden zur Ausbildung elektronischer Bauelemente Materialien aufgetragen, insbesondere durch Aufdampfen, Drucken, Coaten, Sputtern oder Plasmaabscheiden. Unter einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren wird insbesondere eine kontinuierliche Verfahrensführung verstanden indem einzelne Bauteile nacheinander prozessiert werden.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem Element, insbesondere einer Schicht, die auf einem anderen Element, insbesondere einer anderen Schicht, aufgebracht, angeordnet oder ausgebildet ist, ein direkter Kontakt des einen Elements mit dem anderen Element verstanden oder ein mittelbarer Kontakt, insbesondere mittels mindestens einer dazwischen angeordneten weiteren Schicht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Verkapselung über die vollständige Ausdehnung des optoelektronischen Bauelements ausgebildet ist, die zweite Verkapselung über die vollständige Ausdehnung der ersten Verkapselung ausgebildet ist, und/oder der erste Randbereich der ersten Verkapselung ringsherum um das optoelektronische Bauelement ausgebildet ist und/oder der zweite Randbereich der zweiten Verkapselung ringsherum um die erste Verkapselung ausgebildet ist, wobei bevorzugt eine Breite des ersten Randbereichs in Abhängigkeit einer Kante des optoelektronischen Bauelements und/oder eine Breite des zweiten Randbereichs in Abhängigkeit einer Kante der ersten Verkapselung unterschiedlich ausgebildet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Ecken der ersten Verkapselung und/oder der zweiten Verkapselung abgerundet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine vordere Barriereschicht und die mindestens eine hintere Barriereschicht der ersten Verkapselung aus unterschiedlichem Material und/oder einer unterschiedlichen Anzahl an Schichten ausgebildet ist, und/oder die mindestens eine vordere Schutzschicht und die mindestens eine hintere Schutzschicht der zweiten Verkapselung aus unterschiedlichem Material und/oder einer unterschiedlichen Anzahl an Schichten ausgebildet ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Verkapselung aus mindestens zwei vorderen und/oder hinteren Barriereschichten ausgebildet ist, insbesondere Barriereschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften, und/oder die zweite Verkapselung aus mindestens zwei vorderen und/oder hinteren Schutzschichten ausgebildet ist, insbesondere Schutzschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften, wobei bevorzugt die erste Verkapselung einen Schutz gegen Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, bildet, und die zweite Verkapselung einen mechanischen Schutz bildet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem optoelektronischen Bauelement und der ersten Verkapselung eine Klebeschicht angeordnet ist und/oder zwischen der ersten Verkapselung und der zweiten Verkapselung eine Klebeschicht angeordnet ist, und/oder zwischen dem optoelektronischen Bauelement und der ersten Verkapselung eine Planarisierungsschicht angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Klebeschicht zwischen dem optoelektronischen Bauelement und der ersten Verkapselung und/oder die Klebeschicht zwischen der ersten Verkapselung und der zweiten Verkapselung ausgebildet aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siloxanen/Polysiloxanen, Epoxiden, insbesondere einem Epoxidharz, Acrylaten/Polyacrylaten, insbesondere Polymethylmethacrylat (PMMA), Styrolen/Polysytrolen, Urethanen/Polyurethanen oder Derivate davon in Form von Monomeren, Oligomeren oder Polymeren.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Schichtdicke der ersten Verkapselung 20 µm bis 400 µm beträgt, bevorzugt 50 µm bis 200 µm, und/oder eine Schichtdicke der zweiten Verkapselung 50 µm bis 1000 µm beträgt, bevorzugt 50 µm bis 500 µm, oder bevorzugt 100 µm bis 500 µm, und/oder eine Schichtdicke des ersten Verbindungsmaterials und/oder des zweiten Verbindungsmaterials 10 µm bis 300 µm beträgt, bevorzugt 20 µm bis 150 µm, oder bevorzugt 20 µm bis 100 µm. Falls eine Verkapselung mehrere Schichten aufweist können die einzelnen Schichten untereinander eine gleiche Schichtdicke oder eine unterschiedliche Schichtdicke aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Schichtdicke der ersten Verkapselung 1 µm bis 2000 µm, bevorzugt 1 µm bis 1000 µm, bevorzugt 1 µm bis 100 µm, bevorzugt 1 µm bis 10 µm, bevorzugt 5 pm bis 1000 µm, bevorzugt 10 pm bis 1000 µm, bevorzugt 10 µm bis 500 µm, bevorzugt 10 µm bis 200 µm, bevorzugt 10 µm bis 100 µm, bevorzugt 20 µm bis 200 pm, bevorzugt 20 µm bis 100 µm, bevorzugt 20 µm bis 100 µm, bevorzugt 50 µm bis 500 µm, bevorzugt 50 µm bis 200 µm, oder bevorzugt 50 µm bis 100 µm.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Schichtdicke der zweiten Verkapselung 10 µm bis 2000 µm, bevorzugt 10 µm bis 1000 µm, bevorzugt 10 µm bis 500 µm, bevorzugt 10 µm bis 100 µm, bevorzugt 10 µm bis 200 µm, bevorzugt 10 µm bis 100 µm, bevorzugt 20 µm bis 200 µm, bevorzugt 20 µm bis 100 µm, bevorzugt 20 µm bis 100 µm, bevorzugt 50 µm bis 500 µm, bevorzugt 50 µm bis 200 µm, oder bevorzugt 50 µm bis 100 µm. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Schichtdicke der zweiten Verkapselung mindestens 100 µm, bevorzugt mindestens 1000 µm, oder bevorzugt mindestens 2000 µm.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Verkapselungssystem flexible Eigenschaften auf, wobei eine Elastizität (modulus of elasticity) des Verkapselungssystems 80000 psi bis 360000 psi beträgt, bevorzugt 100000 psi bis 300000 psi, bevorzugt 120000 psi bis 260000 psi, oder bevorzugt 100000 psi bis 200000 psi.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Breite des ersten Randbereichs 5 mm bis 200 mm beträgt, bevorzugt 5 mm bis 100 mm, bevorzugt 10 mm bis 100 mm, bevorzugt 10 mm bis 80 mm, bevorzugt 10 mm bis 50 mm, bevorzugt 10 mm bis 30 mm, bevorzugt 20 mm bis 100 mm, oder bevorzugt 20 mm bis 50 mm, und/oder die Breite des zweiten Randbereichs 5 mm bis 100 mm beträgt, bevorzugt 5 mm bis 50 mm, bevorzugt 5 mm bis 40 mm, bevorzugt 5 mm bis 30 mm, bevorzugt 8 mm bis 50 mm, bevorzugt 8 mm bis 40 mm, bevorzugt 8 mm bis 30 mm, bevorzugt 10 mm bis 80 mm, bevorzugt 10 mm bis 50 mm, bevorzugt 10 mm bis 40 mm, bevorzugt 10 mm bis 30 mm, oder bevorzugt 20 mm bis 40 mm.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schichtdicke der ersten Verkapselung zum ersten Randbereich hin teilweise abnimmt, bevorzugt kontinuierlich oder diskontinuierlich, bevorzugt bis zu einer Breite des ersten Randbereichs von 5 mm bis 60 mm, bevorzugt von 20 mm bis 30 mm, und/oder die Schichtdicke der zweiten Verkapselung zum zweiten Randbereich hin teilweise abnimmt, bevorzugt kontinuierlich oder diskontinuierlich, bevorzugt bis zu einer Breite des zweiten Randbereichs von 5 mm bis 50 mm, bevorzugt von 8 mm bis 20 mm.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Barriereschicht und/oder die mindestens eine Schutzschicht eine UV-Schutzschicht, eine Anti-Reflexionsschicht, eine Schicht gegen Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, und/oder eine mechanische Schutzschicht, bevorzugt zur Erhöhung der Kratzfestigkeit, ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine vordere Barriereschicht und/oder die mindestens eine hintere Barriereschicht ein Material aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylat (PA), Polycarbonat (PC), Polyethylen (PE), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), und thermoplastischem Polyurethan (TPU), wobei bevorzugt das Material der vorderen und/oder der hinteren Barriereschicht beschichtet ist, und/oder die mindestens eine vordere Schutzschicht und/oder die mindestens eine hintere Schutzschicht ein Material aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylenvinylacetat (EVA), Polyacrylat (PA), Polycarbonat (PC), Polyethylen (PE), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethylenterephthalat (PET), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), und thermoplastischem Polyurethan (TPU), wobei bevorzugt das Material der vorderen und/oder der hinteren Schutzschicht beschichtet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist mindestens eine Barriereschicht und/oder mindestens eine Schutzschicht eine Beschichtung auf, wobei die Beschichtung den Barriereschichten und/oder den Schutzschichten bestimmte funktionelle Eigenschaften verleiht. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine Barriereschicht und/oder mindestens eine Schutzschicht beschichtet mit Ethylentetrafluorethylen (ETFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylfluorid (PVF), oder Polytetrafluorethylen (PTFE), oder mit Al₂O₃, ITO (Indium-Zinn-Oxid), SiO_x, TiO₂ oder ZrO₂.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Verkapselung und/oder die zweite Verkapselung zumindest weitgehend elektrisch isolierend.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Verbindungsmaterial und/oder das zweite Verbindungsmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Acrylaten, Epoxiden und Polyurethanen, bevorzugt in 1-komponentiger oder 2-komponentiger Zusammensetzung. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Verbindungsmaterial und/oder das zweite Verbindungsmaterial ein aushärtebares Material, insbesondere ein vernetzbares Material, bevorzugt durch UV-Härten oder thermisches Härten.
Unter einem Verbindungsmaterial einer Verkapselung wird insbesondere ein Material zum Verbinden, insbesondere zum Verkleben, von Schichten, insbesondere Barriereschichten und/oder Schutzschichten, untereinander und/oder dem optoelektronischen Bauelement verstanden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Verbindungsmaterial und/oder das zweite Verbindungsmaterial ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siloxanen/Polysiloxanen, Epoxiden, insbesondere einem Epoxidharz, Acrylaten/Polyacrylaten, insbesondere Polymethylmethacrylat (PMMA), Styrolen/Polysytrolen, Urethanen/Polyurethanen oder Derivate davon in Form von Monomeren, Oligomeren oder Polymeren.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das erste Verbindungsmaterial und/oder das zweite Verbindungsmaterial einen Initiator und/oder einen Katalysator zur Beschleunigung des Aushärtens und/oder des Vernetzens auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Schichtdicke der ersten Verkapselung im ersten Randbereich 1 µm bis 100 µm, bevorzugt 10 µm bis 50 µm, oder bevorzugt 10 µm bis 30 µm, und/oder beträgt die Schichtdicke der zweiten Verkapselung im zweiten Randbereich 1 µm bis 100 µm, bevorzugt 10 µm bis 50 µm, oder bevorzugt 10 µm bis 30 µm.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Randbereich und/oder der zweite Randbereich, insbesondere die Kanten des ersten Randbereichs und/oder die Kanten des zweiten Randbereichs, versiegelt sind.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens zwei optoelektronischen Bauelemente gemeinsam in dem Verkapselungssystem verkapselt sind, bevorzugt mindestens zwei optoelektronische Bauelemente jeweils einzeln mit der ersten Verkapselung verkapselt sind und gemeinsam mit der zweiten Verkapselung verkapselt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann zwischen der ersten Verkapselung und der zweiten Verkapselung und/oder zwischen dem optoelektronischen Bauelement und der ersten Verkapselung zumindest teilweise eine Funktionsschicht angeordnet sein, bevorzugt eine Farbschicht, eine Filterschicht und/oder eine Klebeschicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Verkapselungssystem mindestens eine weitere Verkapselung auf, bevorzugt eine dritte Verkapselung, wobei die dritte Verkapselung die zweite Verkapselung umschließt, oder bevorzugt eine dritte Verkapselung und eine vierte Verkapselung, wobei die dritte Verkapselung die zweite Verkapselung umschließt und wobei die vierte Verkapselung die dritte Verkapselung umschließt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die dritte Verkapselung aus mindestens einer vorderen Schutzschicht auf der Vorderseite des optoelektronischen Bauelements und mindestens einer hinteren Schutzschicht auf der Rückseite des optoelektronischen Bauelements mit mindestens einem dazwischen angebrachten Verbindungsmaterial ausgebildet, wobei bevorzugt die dritte Verkapselung die zweite Verkapselung derart umschließt, dass die dritte Verkapselung mit einem Randbereich über den zweiten Randbereich der zweiten Verkapselung herausragt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst, indem ein optoelektronisches Bauelement, bevorzugt ein flexibles optoelektronisches Bauelement, mit einem erfindungsgemäßen Verkapselungssystem, insbesondere einer Doppelverkapselung, bereitgestellt wird, insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dabei ergeben sich für das optoelektronische Bauelement insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verkapselungssystem beschrieben wurden. Das optoelektronisches Bauelement weist dabei ein Schichtsystem mit einer Elektrode, einer Gegenelektrode, und mindestens einer photoaktiven Schicht auf, wobei die mindestens eine photoaktive Schicht zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das photovoltaische Element eine Zelle mit mindestens einer photoaktiven Schicht auf, insbesondere eine CIS-, CIGS-, GaAs-, oder Si-Zelle, eine Perovskit-Zelle oder ein organisches photovoltaisches Element (OPV), eine sogenannte organische Solarzelle.
Unter einem organischen photovoltaischen Element wird insbesondere ein photovoltaisches Element mit mindestens einer organischen photoaktiven Schicht verstanden, insbesondere ein polymeres organisches photovoltaisches Element oder ein organisches photovoltaisches Element auf Basis kleiner Moleküle. Während Polymere sich dadurch auszeichnen, dass diese nicht verdampfbar und daher nur aus Lösungen aufgebracht werden können, sind kleine Moleküle meist verdampfbar und können entweder wie Polymere als Lösung aufgebracht werden, oder auch mittels Verdampfungstechnik, insbesondere durch Verdampfen aus dem Vakuum. Bei der organischen photoaktiven Schicht handelt es sich insbesondere um eine photoaktive Schicht, bei der durch Strahlung von sichtbarem Licht, UV-Strahlung und/oder IR-Strahlung Exzitonen (Elektron-Loch-Paare) gebildet werden. Die organischen Materialien werden dabei in Form dünner Filme oder kleiner Volumen auf die Folien aufgedruckt, aufgeklebt, gecoated, aufgedampft oder anderweitig aufgebracht.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine photoaktive Schicht aus organischen Materialien ausgebildet, bevorzugt aus kleinen organischen Molekülen oder polymeren organischen Molekülen, insbesondere bevorzugt aus kleinen organischen Molekülen.
Unter kleinen Molekülen werden insbesondere nicht-polymere organische Moleküle mit monodispersen molaren Massen zwischen 100 und 2000 g/mol verstanden, die unter Normaldruck (Luftdruck der uns umgebenden Atmosphäre) und bei Raumtemperatur in fester Phase vorliegen. Insbesondere sind die kleinen Moleküle photoaktiv, wobei unter photoaktiv verstanden wird, dass die Moleküle unter Lichteintrag ihren Ladungszustand und/oder ihren Polarisierungszustand ändern.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das optoelektronische Bauelement ein Substrat auf, bevorzugt eine Folie, wobei das Schichtsystem des optoelektronische Bauelements auf dem Substrat angeordnet ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das optoelektronische Bauelement mindestens eine Sammelschiene aufweist, bevorzugt mindestens zwei Sammelschienen, wobei die mindestens eine Sammelschiene unter der ersten Verkapselung und/oder der zweiten Verkapselung angeordnet ist und zumindest teilweise an der Elektrode und/oder der Gegenelektrode des optoelektronischen Bauelements elektrisch leitend kontaktiert ist, und wobei die mindestens eine Sammelschiene mittels mindestens eines Kontaktelements mit einer außerhalb der zweiten Verkapselung liegenden Anschlussdose elektrisch leitend kontaktiert ist.
Unter einer Sammelschiene, einem sogenannten Busbar, wird insbesondere eine Anordnung verstanden, die zur elektrischen Kontaktierung als zentraler Verteiler von elektrischer Energie an ankommende und abgehende Leitungen elektrisch leitend verbunden ist, bevorzugt mit mindestens einer Elektrode und/oder mindestens einer Gegenelektrode. Die Sammelschiene ist insbesondere planar als Band, Streifen, Platte oder als Metallschicht ausgebildet.
Unter einer Anschlussdose wird insbesondere ein Element zum Anschluss des optoelektronischen Bauelements an einen elektrischen Stromkreislauf verstanden. Die Anschlussdose dient insbesondere zur elektrisch leitenden Verbindung mindestens einer unter der mindestens einen Schutzschicht des optoelektronischen Bauelements angeordneten Sammelschiene an einen elektrischen Stromkreislauf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktelement, insbesondere ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement, zumindest weitgehend zwischen der ersten Verkapselung und der zweiten Verkapselung angeordnet, wobei das Schichtsystem des optoelektronischen Bauelements durch die erste Verkapselung hindurch elektrisch leitend kontaktiert ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das optoelektronische Bauelement ein photovoltaisches Element ist, insbesondere eine Solarzelle.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Zellen des photovoltaischen Elements nebeneinander angeordnet und in Reihe verschaltet. Vorzugsweise hat dabei jede Zelle eine eigene Elektrode und Gegenelektrode. Die Reihenschaltung erfolgt durch elektrisches Verbinden der Elektrode einer Zelle mit der Gegenelektrode der nächsten Zelle.
Unter einem optoelektronischen Bauelement wird insbesondere ein photovoltaisches Element verstanden. Unter einem photovoltaischen Element wird insbesondere eine photovoltaische Zelle verstanden, insbesondere eine Solarzelle. Das photovoltaische Element ist bevorzugt aus mehreren photovoltaischen Zellen aufgebaut, die in Reihe oder parallel verschaltet sein können. Die mehreren photovoltaischen Zellen können auf unterschiedliche Weise in dem optoelektronischen Bauelement angeordnet und/oder verschaltet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine Sammelschiene direkt auf die Elektrode oder die Gegenelektrode aufgebracht, also elektrisch leitend verbunden. In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der mindestens einen Sammelschiene und der Elektrode oder der Gegenelektrode eine elektrisch leitende Schicht angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das optoelektronische Bauelement ein flexibles optoelektronisches Bauelement. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das flexible optoelektronische Bauelement ein flexibles photovoltaisches Element, insbesondere ein flexibles organisches photovoltaisches Element.
Unter einem flexiblen optoelektronischen Bauelement wird insbesondere ein optoelektronisches Bauelement verstanden, dass in einem bestimmten Bereich biegbar und/oder dehnbar ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Schichtsystems eines optoelektronischen Bauelements im Querschnitt;
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Bauelements mit einem Verkapselungssystem in einem Querschnitt;
3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Bauelements mit einem Verkapselungssystem in einem Querschnitt; und
4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mehrerer in einem Verkapselungssystem verkapselter optoelektronischer Bauelemente im Querschnitt.

Ausführungsbeispiele
Die Ausführungsbeispiele beziehen sich insbesondere auf ein in einem Rolle-zu-Rolle Verfahren hergestelltes optoelektronisches Bauelement.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Schichtsystems 20 eines optoelektronischen Bauelements 2 im Querschnitt.
Das optoelektronische Bauelement 2, insbesondere ein organisches photovoltaisches Element, besteht aus einer Folge dünner Schichten, mit dem Schichtsystem 20, mit mindestens einer photoaktiven Schicht 26, welche bevorzugt im Vakuum aufgedampft oder aus einer Lösung prozessiert wird. Die elektrische Anbindung kann durch Metallschichten, transparente leitfähige Oxide und/oder transparente leitfähige Polymere erfolgen. Das Vakuum-Aufdampfen der organischen Schichten ist insbesondere vorteilhaft bei der Herstellung von mehrschichtigen photovoltaischen Elementen, insbesondere Tandem- oder Triple-Zellen.
Ein Schichtsystem 20 eines solchen optoelektronischen Bauelements 2 ist in einem Ausführungsbeispiel in 1 dargestellt. Das optoelektronische Bauelement 2 weist ein Schichtsystem 20 mit mindestens zwei Elektroden 18, z.B. ITO, und 19, z.B. Aluminium, und mindestens einer photoaktiven Schicht 26 mit mindestens einem Absorbermaterial auf einem Substrat 23, z.B. eine Polymerfolie, auf, wobei die mindestens eine photoaktive Schicht 26 zwischen den beiden Elektroden 18,19 angeordnet ist. Das Schichtsystem 20 kann weiter eine Löchertransportschicht 24 und eine Ladungsträgerschicht 25 aufweisen. Das Schichtsystem 20 mit den Elektroden 18,19 kann laserstrukturiert sein.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Bauelements 2 mit einem Verkapselungssystem 1 in einem Querschnitt. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist das optoelektronische Bauelement 2 ein organisches photovoltaisches Element.
Das Verkapselungssystem 1, insbesondere eine Doppelverkapselung, für ein optoelektronisches Bauelement 2, weist mindestens eine erste Verkapselung 3 und eine zweite Verkapselung 4 auf, wobei die erste Verkapselung 3 aus mindestens einer vorderen Barriereschicht 5 auf einer Vorderseite des optoelektronischen Bauelements 2 und mindestens einer hinteren Barriereschicht 6 auf einer Rückseite des optoelektronischen Bauelements 2 mit mindestens einem dazwischen angebrachten ersten Verbindungsmaterial 7 ausgebildet ist, wobei die zweite Verkapselung 4 aus mindestens einer vorderen Schutzschicht 8 auf der Vorderseite des optoelektronischen Bauelements 2 und mindestens einer hinteren Schutzschicht 9 auf der Rückseite des optoelektronischen Bauelements 2 mit mindestens einem dazwischen angebrachten zweiten Verbindungsmaterial 10 ausgebildet ist. Die erste Verkapselung 3 umschließt das optoelektronische Bauelement 2 derart, dass die erste Verkapselung 3 mit einem ersten Randbereich 11 über das optoelektronische Bauelement 2 herausragt. Die zweite Verkapselung 4 umschließt die erste Verkapselung 3 mit dem optoelektronischen Bauelement 2 derart, dass die zweite Verkapselung 4 mit einem zweiten Randbereich 12 über den ersten Randbereich 11 der ersten Verkapselung 3 herausragt. Das optoelektronische Bauelement 2 ist mit dem Verkapselungssystem 1 verkapselt und auf allen Seiten vollständig eingeschlossen. Die Randbereiche 11,12 können dabei unterschiedlich ausgebildet sein.
Dadurch schützt das Verkapselungssystem das optoelektronisches Bauelement 2 besonders gut vor äußeren Einflüssen, insbesondere Umwelteinflüssen und mechanischen Beschädigungen. Dadurch werden insbesondere Kanten und/oder Ecken der ersten Verkapselung 3 mit der zweiten Verkapselung 4 abgedeckt und gegen eine Delaminierung geschützt. Vorteilhafterweise sind unterschiedliche Eigenschaften von Barriereschichten 5,6 und/oder Schutzschichten 8,9 auf mindestens die erste Verkapselung 3 und die zweite Verkapselung 4 aufgeteilt.
Die Barriereschichten 5,6 und/oder die Schutzschichten 8,9 zum Bilden der ersten Verkapselung 3 und/oder der zweiten Verkapselung 4 können mit den dem Fachmann bekannten Abscheideverfahren aufgetragen werden, z.B. mittels eines Atomlagenabscheideverfahrens (ALD), eines plasmaunterstützten Atomlagenabscheideverfahrens (PEALD) oder eines plasmalosen Atomlageabscheideverfahrens (PLALD), mittels eines chemischen Gasphasenabscheideverfahrens (CVD), eines plasmaunterstützten Gasphasenabscheideverfahrens (PECVD), eines plasmalosen Gasphasenabscheideverfahrens (PLCVD), und/oder alternativ mittels anderer geeigneter Abscheideverfahren.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Verkapselung 3 über die vollständige Ausdehnung des optoelektronischen Bauelements 2 ausgebildet, und die zweite Verkapselung 4 über die vollständige Ausdehnung der ersten Verkapselung 3 ausgebildet, und/oder ist der erste Randbereich 11 der ersten Verkapselung 3 ringsherum um das optoelektronische Bauelement 2 ausgebildet und/oder ist der zweite Randbereich 12 der zweiten Verkapselung 4 ringsherum um die erste Verkapselung 3 ausgebildet, wobei bevorzugt eine Breite 13 des ersten Randbereichs 11 in Abhängigkeit einer Kante des optoelektronischen Bauelements 2 und/oder eine Breite 14 des zweiten Randbereichs 12 in Abhängigkeit einer Kante der ersten Verkapselung 3 unterschiedlich ausgebildet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine vordere Barriereschicht 5 und die mindestens eine hintere Barriereschicht 6 der ersten Verkapselung 3 aus unterschiedlichem Material und/oder einer unterschiedlichen Anzahl an Schichten ausgebildet, und/oder ist die mindestens eine vordere Schutzschicht 8 und die mindestens eine hintere Schutzschicht 9 der zweiten Verkapselung 4 aus unterschiedlichem Material und/oder einer unterschiedlichen Anzahl an Schichten ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Verkapselung 3 aus mindestens zwei vorderen und/oder hinteren Barriereschichten 5,6 ausgebildet, insbesondere Barriereschichten 5,6 mit unterschiedlichen Eigenschaften, und/oder ist die zweite Verkapselung 4 aus mindestens zwei vorderen und/oder hinteren Schutzschichten 8,9 ausgebildet, insbesondere Schutzschichten 8,9 mit unterschiedlichen Eigenschaften, wobei bevorzugt die erste Verkapselung 3 einen Schutz gegen Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, bildet und die zweite Verkapselung 4 einen mechanischen Schutz bildet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem optoelektronischen Bauelement 2 und der ersten Verkapselung 3 eine Klebeschicht angeordnet und/oder ist zwischen der ersten Verkapselung 3 und der zweiten Verkapselung 4 eine Klebeschicht angeordnet, und/oder ist zwischen dem optoelektronischen Bauelement 2 und der ersten Verkapselung 3 eine Planarisierungsschicht angeordnet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt eine Schichtdicke der ersten Verkapselung 3 20 µm bis 400 µm, bevorzugt 50 µm bis 200 µm, und/oder beträgt eine Schichtdicke der zweiten Verkapselung 4 50 µm bis 1000 µm, bevorzugt 100 µm bis 500 µm, und/oder beträgt eine Schichtdicke des ersten Verbindungsmaterials 7 und/oder des zweiten Verbindungsmaterials 10 10 µm bis 300 µm beträgt, bevorzugt 20 µm bis 100 µm.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Breite 13 des ersten Randbereichs 11 5 mm bis 200 mm, bevorzugt 20 mm bis 50 mm, und/oder beträgt die Breite 14 des zweiten Randbereichs 12 5 mm bis 100 mm, bevorzugt 8 mm bis 40 mm.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung nimmt die Schichtdicke der ersten Verkapselung 3 zum ersten Randbereich 11 hin teilweise ab, bevorzugt bis zu einer Breite 21 des ersten Randbereichs 11 von 5 mm bis 60 mm, bevorzugt von 20 mm bis 30 mm, und/oder nimmt die Schichtdicke der zweiten Verkapselung 4 zum zweiten Randbereich 12 hin teilweise ab, bevorzugt bis zu einer Breite 22 des zweiten Randbereichs 12 von 5 mm bis 50 mm, bevorzugt von 8 mm bis 20 mm.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine Barriereschicht 5,6 und/oder die mindestens eine Schutzschicht 8,9 eine UV-Schutzschicht, eine Anti-Reflexionsschicht, eine Schicht gegen Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff, und/oder eine mechanische Schutzschicht, bevorzugt zur Erhöhung der Kratzfestigkeit.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die mindestens eine vordere Barriereschicht 5 und/oder die mindestens eine hintere Barriereschicht 6 ein Material auf ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylat (PA), Polycarbonat (PC), Polyethylen (PE), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), und thermoplastischem Polyurethan (TPU), wobei bevorzugt das Material der vorderen und/oder der hinteren Barriereschicht 5,6 beschichtet ist, und/oder weist die mindestens eine vordere Schutzschicht 8 und/oder die mindestens eine hintere Schutzschicht 9 ein Material auf ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylenvinylacetat (EVA), Polyacrylat (PA), Polycarbonat (PC), Polyethylen (PE), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethylenterephthalat (PET), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), und thermoplastischem Polyurethan (TPU), wobei bevorzugt das Material der vorderen und/oder der hinteren Schutzschicht 8,9 beschichtet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Verbindungsmaterial 7 und/oder das zweite Verbindungsmaterial 10 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Acrylaten, Epoxiden und Polyurethanen, bevorzugt in 1-komponentiger oder 2-komponentiger Zusammensetzung.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Randbereich 11 und/oder der zweite Randbereich 12, insbesondere die Kanten des ersten Randbereichs 11 und/oder die Kanten des zweiten Randbereichs 12, versiegelt, und/oder sind mindestens zwei optoelektronische Bauelemente 2 gemeinsam in dem Verkapselungssystem 1 verkapselt, bevorzugt sind mindestens zwei optoelektronische Bauelemente 2 jeweils einzeln mit der ersten Verkapselung 3 verkapselt und gemeinsam mit der zweiten Verkapselung 4 verkapselt.
Das optoelektronische Bauelement 2 ist mit dem Verkapselungssystem 1, insbesondere einer Doppelverkapselung, verkapselt. Das optoelektronische Bauelement 2 weist ein Schichtsystem 20 mit einer Elektrode 18, einer Gegenelektrode 19, und mindestens einer photoaktiven Schicht 26 auf, wobei die mindestens eine photoaktive Schicht 26 zwischen den beiden Elektroden 18,19 angeordnet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das optoelektronische Bauelement 2 mindestens eine Sammelschiene 15 auf, bevorzugt mindestens zwei Sammelschienen 15, die unter der ersten Verkapselung 3 und/oder der zweiten Verkapselung 4 angeordnet ist und zumindest teilweise an der Elektrode 18 und/oder der Gegenelektrode 19 des optoelektronischen Bauelements 2 elektrisch leitend kontaktiert ist, und wobei die mindestens eine Sammelschiene 15 mittels mindestens eines Kontaktelements 16 mit einer außerhalb der zweiten Verkapselung 4 liegenden Anschlussdose 17 elektrisch leitend kontaktiert ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das optoelektronische Bauelement 2 ein photovoltaisches Element, insbesondere eine Solarzelle, bevorzugt ein flexibles organisches photovoltaisches Element.
Das Verkapselungssystem 1 kann in einem Ausführungsbeispiel folgendermaßen hergestellt werden: Zum Bilden des Verkapselungssystems 1 wird in diesem Ausführungsbeispiel zunächst ein Material zum Aufbringen einer Barriereschicht 5,6, bestehend aus einem 100 µm dicken PET-Trägermaterial und mehreren SiOx-Schichten, von einer Rolle abgerollt und innenseitig vollflächig mittels eines Schlitzdüsenverfahrens mit einer 50 µm dicken Acrylatklebstoff-Schicht als Verbindungsmaterial 7 beschichtet. Der Vorgang wird an einer zweiten, materialgleichen Rolle wiederholt. Beide beschichtete Folien werden so einem Laminierwerk zugeführt, dass die beiden mit der Acrylatklebstoff-Schicht beschichteten Seiten zueinander orientiert sind und die Kanten der Rollen übereinanderliegen. Von einer dritten Rolle wird ein optoelektronisches Bauteil 2 getrennt, zwischen die Barriereschichten 5,6 dem Laminierwerk zugeführt und verpresst. Das optoelektronische Bauteil 2 ist zum Beispiel 2 m lang und 30 cm breit.
Nach dem Verpressen im Laminierwerk erfolgt ein Aushärten des Verbindungsmaterials 7 mittels Wärmeeinwirkung unter Infrarotlampen. Das kann zum Beispiel bei 100°C und einer Dauer von 180s erfolgen. Das optoelektronische Bauelement 2 wird so mit einer ersten Verkapselung 3 mit einem ersten Randbereich 11 verkapselt. Die zweite Verkapselung 4 folgt weitgehend den Abläufen der ersten Verkapselung 3. Diesmal werden jedoch Materialien zum Bilden von Schutzschichten 8,9 aufgetragen. In diesem Ausführungsbeispiel werden mechanische Schutzfolien verwendet, es ist alternativ aber auch eine Direktbeschichtung denkbar. Dabei ist in diesem Ausführungsbeispiel die vordere Schutzschicht 8 eine 100 µm dicke PET-Basisfolie, die auf der von dem optoelektronischen Bauelement 2 abgewandten Seite über einen Schutzlack verfügt, der witterungsstabil und UV-blockend wirkt. Die hintere Schutzschicht 9 ist ein PP-Coextrudat mit einer Schichtdicke von 200 µm. Das Verbindungsmaterial 7,10 ist in beiden Verkapselungen ein 2-komponentiger Polyurethan-Klebstoff, die Aushärtung erfolgt wärmeunterstützt bei 100°C über eine Dauer von 180s, es kann aber auch ein unterschiedliches erstes Verbindungsmaterial 7 und zweites Verbindungsmaterial 10 eingesetzt werden.
Die erste Verkapselung 3 und/oder die zweite Verkapselung 4 kann alternativ mittels UV-härten, Dualhärten, thermischem Härten, und/oder mittels eines Reaktionsgases ausgehärtet werden. Die Barriereschichten 5,6 und/oder die Schutzschichten 8,9 können alternativ mittels eines Druckverfahrens aufgetragen werden, bevorzugt einem SiebdruckVerfahren, einem Plot-Verfahren, einem Tintenstrahldruck-Verfahren oder einem 3D-Druck-Verfahren, eines Schlitzdüsenverfahrens, eines Kommabarverfahrens, oder eines Rakelverfahrens.
Die erste Verkapselung 3 und die zweite Verkapselung 4 des optoelektronischen Bauelements 2 sind insbesondere in einem Rolle-zu-Rolle Verfahren durchführbar.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Bauelements 2 mit einem Verkapselungssystem 1 in einem Querschnitt. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist das optoelektronische Bauelement 2 ein organisches photovoltaisches Element.
Die elektrische Kontaktierung 16, wobei die mindestens eine Sammelschiene 15 zumindest teilweise an der Elektrode 18 oder der Gegenelektrode 19 elektrisch leitend kontaktiert ist, kann folgendermaßen durchgeführt werden: In einem Schritt a) wird das die erste Verkapselung 3 aufweisende optoelektronische Bauelement 2 bereitgestellt, wobei das optoelektronische Bauelement 2 mindestens eine Sammelschiene 15 aufweist, die unter der ersten Verkapselung angeordnet ist. In einem Schritt b) wird mindestens eine Öffnung mittels Laserablation mit mindestens einem Laserstrahl in der ersten Verkapselung 3 gebildet, wobei mindestens eine unter der ersten Verkapselung 3 angeordnete Sammelschiene 15 teilweise freigelegt wird. In einem Schritt c) wird ein niedrigschmelzendes Lot in die mindestens eine Öffnung eingebracht, und ein elektrisch leitfähiges Element an einer der mindestens einen Sammelschiene 15 gegenüberliegenden Seite der mindestens einen Öffnung ausgerichtet. In einem Schritt d) wird mittels induktivem Löten ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement 16 in der mindestens einen Öffnung gebildet. Nach dem Aufbringen der zweiten Verkapselung wird zum elektrisch leitenden Anschluss der Anschlussdose 17 in einem Schritt e) mindestens eine Anschluss-Öffnung mittels Laserablation mit mindestens einem Laserstrahl in der zweiten Verkapselung 4 gebildet. In einem Schritt f) wird die Anschlussdose 17 mit dem elektrisch leitfähigen Kontaktelement 16 elektrisch leitend kontaktiert. Die Parameter der Laserablation, insbesondere eine Energiedichte, eine Pulsdauer, eine Pulsform, eine Pulsfrequenz und/oder eine Wellenlänge des mindestens einen Laserstrahls, werden in Abhängigkeit des Materials und der Schichtdicke der ersten Verkapselung 3 und/oder der zweiten Verkapselung 4 angepasst, und die Parameter des induktiven Lötens werden in Abhängigkeit des Materials und Abmessungen des zu bildenden Verbindungselements angepasst.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mehrerer in einem Verkapselungssystem 1 verkapselter optoelektronischer Bauelemente 2 im Querschnitt. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei optoelektronische Bauelemente 2 gemeinsam in dem Verkapselungssystem 1 verkapselt, bevorzugt sind mindestens zwei optoelektronische Bauelemente 2 jeweils einzeln mit der ersten Verkapselung 3 verkapselt und gemeinsam mit der zweiten Verkapselung 4 verkapselt.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei optoelektronische Bauelemente 2 jeweils einzeln mit einer ersten Verkapselung 3 verkapselt, und anschließend die einzeln mit der ersten Verkapselung 3 verkapselten optoelektronischen Bauelemente 2 gemeinsam mit einer zweiten Verkapselung 4 verkapselt, wobei ein einzeln verkapseltes Bauelement 27 erhalten wird. Die einzelnen optoelektronischen Bauelemente 2, insbesondere die einzelnen photovoltaischen Elemente, sind dabei elektrisch leitend über Leitungselemente 28 miteinander verbunden. Die optoelektronischen Bauelemente 2 können dabei parallelgeschaltet sein oder in Reihe geschaltet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004014046 A1 [0003]
EP 2927985 A2 [0006]
DE 102016106846 A1 [0007]
WO 2008/014492 A2 [0008]
US 2007/0216300 A1 [0009]
US 6765351 B2 [0010]

Claims

Verkapselungssystem (1), insbesondere Doppelverkapselung, für ein optoelektronisches Bauelement (2), mit mindestens einer ersten Verkapselung (3) und einer zweiten Verkapselung (4), wobei die erste Verkapselung (3) aus mindestens einer vorderen Barriereschicht (5) auf einer Vorderseite des optoelektronischen Bauelements (2) und mindestens einer hinteren Barriereschicht (6) auf einer Rückseite des optoelektronischen Bauelements (2) mit mindestens einem dazwischen angebrachten ersten Verbindungsmaterial (7) ausgebildet ist, wobei die zweite Verkapselung (4) aus mindestens einer vorderen Schutzschicht (8) auf der Vorderseite des optoelektronischen Bauelements (2) und mindestens einer hinteren Schutzschicht (9) auf der Rückseite des optoelektronischen Bauelements (2) mit mindestens einem dazwischen angebrachten zweiten Verbindungsmaterial (10) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verkapselung (3) das optoelektronische Bauelement (2) derart umschließt, dass die erste Verkapselung (3) mit einem ersten Randbereich (11) über das optoelektronische Bauelement (2) herausragt, und die zweite Verkapselung (4) die erste Verkapselung (3) mit dem optoelektronischen Bauelement (2) derart umschließt, dass die zweite Verkapselung (4) mit einem zweiten Randbereich (12) über den ersten Randbereich (11) der ersten Verkapselung (3) herausragt.
Verkapselungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verkapselung (3) über die vollständige Ausdehnung des optoelektronischen Bauelements (2) ausgebildet ist, die zweite Verkapselung (4) über die vollständige Ausdehnung der ersten Verkapselung (3) ausgebildet ist, und/oder der erste Randbereich (11) der ersten Verkapselung (3) ringsherum um das optoelektronische Bauelement (2) ausgebildet ist und/oder der zweite Randbereich (12) der zweiten Verkapselung (4) ringsherum um die erste Verkapselung (3) ausgebildet ist, wobei bevorzugt eine Breite (13) des ersten Randbereichs (11) in Abhängigkeit einer Kante des optoelektronischen Bauelements (2) und/oder eine Breite (14) des zweiten Randbereichs (12) in Abhängigkeit einer Kante der ersten Verkapselung (3) unterschiedlich ausgebildet ist.
Verkapselungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine vordere Barriereschicht (5) und die mindestens eine hintere Barriereschicht (6) der ersten Verkapselung (3) aus unterschiedlichem Material und/oder einer unterschiedlichen Anzahl an Schichten ausgebildet ist, und/oder die mindestens eine vordere Schutzschicht (8) und die mindestens eine hintere Schutzschicht (9) der zweiten Verkapselung (4) aus unterschiedlichem Material und/oder einer unterschiedlichen Anzahl an Schichten ausgebildet ist.
Verkapselungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verkapselung (3) aus mindestens zwei vorderen und/oder hinteren Barriereschichten (5,6) ausgebildet ist, insbesondere Barriereschichten (5,6) mit unterschiedlichen Eigenschaften, und/oder die zweite Verkapselung (4) aus mindestens zwei vorderen und/oder hinteren Schutzschichten (8,9) ausgebildet ist, insbesondere Schutzschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften, wobei bevorzugt die erste Verkapselung (3) einen Schutz gegen Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff bildet und die zweite Verkapselung (4) einen mechanischen Schutz bildet.
Verkapselungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem optoelektronischen Bauelement (2) und der ersten Verkapselung (3) eine Klebeschicht angeordnet ist und/oder zwischen der ersten Verkapselung (3) und der zweiten Verkapselung (4) eine Klebeschicht angeordnet ist, und/oder zwischen dem optoelektronischen Bauelement (2) und der ersten Verkapselung (3) eine Planarisierungsschicht angeordnet ist.
Verkapselungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtdicke der ersten Verkapselung (3) 20 µm bis 400 µm beträgt, bevorzugt 50 µm bis 200 µm, und/oder eine Schichtdicke der zweiten Verkapselung (4) 50 µm bis 1000 µm beträgt, bevorzugt 100 µm bis 500 µm, und/oder eine Schichtdicke des ersten Verbindungsmaterials (7) und/oder des zweiten Verbindungsmaterials (10) 10 µm bis 300 µm beträgt, bevorzugt 20 µm bis 100 µm.
Verkapselungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (13) des ersten Randbereichs (11) 5 mm bis 200 mm beträgt, bevorzugt 20 mm bis 50 mm, und/oder die Breite (14) des zweiten Randbereichs (12) 5 mm bis 100 mm beträgt, bevorzugt 8 mm bis 40 mm.
Verkapselungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der ersten Verkapselung (3) zum ersten Randbereich (11) hin teilweise abnimmt, bevorzugt bis zu einer Breite (21) des ersten Randbereichs (11) von 5 mm bis 60 mm, bevorzugt von 20 mm bis 30 mm, und/oder die Schichtdicke der zweiten Verkapselung (4) zum zweiten Randbereich (12) hin teilweise abnimmt, bevorzugt bis zu einer Breite (22) des zweiten Randbereichs (12) von 5 mm bis 50 mm, bevorzugt von 8 mm bis 20 mm.
Verkapselungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Barriereschicht (5,6) und/oder die mindestens eine Schutzschicht (8,9) eine UV-Schutzschicht, eine Anti-Reflexionsschicht, eine Schicht gegen Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff, und/oder eine mechanische Schutzschicht, bevorzugt zur Erhöhung der Kratzfestigkeit, ist.
Verkapselungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine vordere Barriereschicht (5) und/oder die mindestens eine hintere Barriereschicht (6) ein Material aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylat (PA), Polycarbonat (PC), Polyethylen (PE), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), und thermoplastischem Polyurethan (TPU), wobei bevorzugt das Material der vorderen und/oder der hinteren Barriereschicht (5,6) beschichtet ist, und/oder die mindestens eine vordere Schutzschicht (8) und/oder die mindestens eine hintere Schutzschicht (9) ein Material aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylenvinylacetat (EVA), Polyacrylat (PA), Polycarbonat (PC), Polyethylen (PE), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethylenterephthalat (PET), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), und thermoplastischem Polyurethan (TPU), wobei bevorzugt das Material der vorderen und/oder der hinteren Schutzschicht (8,9) beschichtet ist.
Verkapselungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungsmaterial (7) und/oder das zweite Verbindungsmaterial (10) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Acrylaten, Epoxiden und Polyurethanen, bevorzugt in 1-komponentiger oder 2-komponentiger Zusammensetzung.
Verkapselungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Randbereich (11) und/oder der zweite Randbereich (12), insbesondere die Kanten des ersten Randbereichs (11) und/oder die Kanten des zweiten Randbereichs (12), versiegelt sind, und/oder mindestens zwei optoelektronische Bauelemente (2) gemeinsam in dem Verkapselungssystem (1) verkapselt sind, bevorzugt sind mindestens zwei optoelektronische Bauelemente (2) jeweils einzeln mit der ersten Verkapselung (3) verkapselt und gemeinsam mit der zweiten Verkapselung (4) verkapselt.
Optoelektronisches Bauelement (2) mit einem Verkapselungssystem (1), insbesondere einer Doppelverkapselung, nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bevorzugt ein flexibles optoelektronisches Bauelement (2), mit einem Schichtsystem (20) mit einer Elektrode (18), einer Gegenelektrode (19), und mindestens einer photoaktiven Schicht (26), wobei die mindestens eine photoaktive Schicht (26) zwischen den beiden Elektroden (18,19) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauelement (2) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement (2) mindestens eine Sammelschiene (15) aufweist, die unter der ersten Verkapselung (3) und/oder der zweiten Verkapselung (4) angeordnet ist und zumindest teilweise an der Elektrode (18) und/oder der Gegenelektrode (19) des optoelektronischen Bauelements (2) elektrisch leitend kontaktiert ist, und wobei die mindestens eine Sammelschiene (15) mittels mindestens eines Kontaktelements (16) mit einer außerhalb der zweiten Verkapselung (4) liegenden Anschlussdose (17) elektrisch leitend kontaktiert ist.
Optoelektronisches Bauelement (2) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement (2) ein photovoltaisches Element ist, insbesondere eine Solarzelle.