EP4088329A1 - Verkapselungssystem für ein optoelektronisches bauelement mit mindestens einer ersten verkapselung und einer zweiten verkapselung, optoelektronisches bauelement mit einem solchen verkapselungssystem - Google Patents

Verkapselungssystem für ein optoelektronisches bauelement mit mindestens einer ersten verkapselung und einer zweiten verkapselung, optoelektronisches bauelement mit einem solchen verkapselungssystem

Info

Publication number
EP4088329A1
EP4088329A1 EP21705421.2A EP21705421A EP4088329A1 EP 4088329 A1 EP4088329 A1 EP 4088329A1 EP 21705421 A EP21705421 A EP 21705421A EP 4088329 A1 EP4088329 A1 EP 4088329A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
encapsulation
optoelectronic component
layer
edge region
layers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21705421.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Merve Anderson
Michael Eritt
Judith Geoerg
Michael Meissner
Ralph Wichtendahl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heliatek GmbH
Original Assignee
Heliatek GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heliatek GmbH filed Critical Heliatek GmbH
Publication of EP4088329A1 publication Critical patent/EP4088329A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/88—Passivation; Containers; Encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/81—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K77/00—Constructional details of devices covered by this subclass and not covered by groups H10K10/80, H10K30/80, H10K50/80 or H10K59/80
    • H10K77/10—Substrates, e.g. flexible substrates
    • H10K77/111—Flexible substrates
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the invention relates to an encapsulation system for an optoelectronic component with at least a first encapsulation and a second encapsulation, as well as an optoelectronic component with such an encapsulation system.
  • Optoelectronics is made up of the fields of optics and semiconductor electronics. In particular, it includes systems and methods that enable the conversion of electronically generated energies into light emission or convert light emissions into energy.
  • Optoelectronic components in particular organic photovoltaic elements (OPVs) and organic light emitting diodes (OLED), generate electrical energy or convert electrical energy into light emissions.
  • OLEDs organic photovoltaic elements
  • OLEDs organic light emitting diodes
  • Organic optoelectronic components in particular organic solar cells, consist of a sequence of thin layers with at least one photoactive layer, which are preferably evaporated in a vacuum or processed from a solution.
  • the electrical connection can be made by metal layers, transparent conductive oxides and / or transparent conductive polymers.
  • the vacuum evaporation of the organic layers is particularly advantageous in the production of multilayer solar cells, in particular tandem or triple cells.
  • Organic single or tandem cells are known from the prior art.
  • DE102004014046A1 discloses a photoactive component, in particular a solar cell, consisting of organic layers of one or more pi, ni and / or pin diodes stacked on top of one another.
  • Organic optoelectronic components in particular organic photovoltaic elements or organic photodetectors, show a greatly reduced service life through direct contact with air, in particular oxygen and / or moisture, in particular water, and must therefore be adequately protected by a barrier layer and / or encapsulation.
  • Organic optoelectronic components, in particular organic photovoltaic elements therefore require a barrier, in particular encapsulation, to protect against moisture and / or oxygen in order to prevent moisture and / or oxygen from coming into contact with the layer system, in particular organic photoactive layers of the layer system, of the optoelectronic component prevent.
  • Organic optoelectronic components can be protected against the ingress of moisture and oxygen as well as against mechanical damage by applying protective layers or encapsulation.
  • protective layers or encapsulation For this purpose, special films and layers with different properties are known, which are, however, very expensive, the coating is also very complex, and films that meet the high requirements are only available in a few.
  • corners of the encapsulated optoelectronic component must be protected against detachment of the layer and the associated entry of moisture and / or oxygen. The corners and the edges are painstakingly sealed.
  • Flexible solar cells provided with a protective layer are known; these are mostly laminates or film composites that protect internal components from external influences and enable reliable electrical contact to be made with the outside. The demands on the materials are high, especially when a good moisture barrier is required.
  • EP 2927 985 A2 discloses multilayer films for optoelectronic components, comprising one or more barrier layers with low moisture and / or oxygen permeability, and one or more sealing layers.
  • DE 102016106 846 A1 discloses a multilayer encapsulation having a layer sequence which comprises at least one barrier layer and at least one planarization layer, the barrier layer and the planarization layer together being one have lower water permeability than the barrier layer, and an optoelectronic component having an encapsulation.
  • WO2008 / 014492A2 discloses methods and devices for improved protection of solar cells.
  • the device has an individual encapsulation for a solar cell, the encapsulated solar cell having at least one protective layer on at least one side of the solar cell, the at least one protective layer being formed from essentially inorganic material.
  • US2007 / 0216300A1 discloses an organic optoelectronic component, the organic optoelectronic component having a substrate with at least one layer system arranged thereon and a multi-layer barrier layer over the at least one layer system.
  • No. 6,765,351 B2 discloses an organic optoelectronic component with a protective layer applied in a vacuum to protect the organic optoelectronic component from moisture and oxygen.
  • the invention is therefore based on the object of providing an encapsulation system for an optoelectronic component with at least a first encapsulation and a second encapsulation, as well as an optoelectronic component with such a component Provide encapsulation system, wherein the disadvantages mentioned do not occur, and in particular an improved protection of the optoelectronic component against external influences is ensured.
  • the object is achieved in particular by providing an encapsulation system, in particular a double encapsulation, for an optoelectronic component with at least a first encapsulation and a second encapsulation, the first encapsulation comprising at least one front barrier layer on a front side of the optoelectronic component and at least one rear barrier layer is formed on a rear side of the optoelectronic component with at least one first connection material applied between them, the second encapsulation being formed from at least one front protective layer on the front side of the optoelectronic component and at least one rear protective layer on the rear side of the optoelectronic component with at least one second connection material applied between them is.
  • the first encapsulation encloses the optoelectronic component in such a way that the first encapsulation protrudes with a first edge area over the optoelectronic component
  • the second encapsulation encloses the first encapsulation with the optoelectronic component in such a way that the second encapsulation with a second edge area over the first Edge area of the first encapsulation protrudes.
  • the second encapsulation is arranged on the first encapsulation, in particular the at least one front protective layer is arranged on the at least one front barrier layer and the at least one rear protective layer is arranged on the at least one rear barrier layer.
  • the encapsulation system has different zones, in particular Has encapsulation zones, the encapsulation zones in particular fulfilling different functions, a multiplicity of material properties preferably being divided into two front layers and two rear layers in each case.
  • diffusion of water to the optoelectronic component is at least largely prevented by means of the first encapsulation with a certain width of the first edge region, and the second encapsulation with a certain width of the second edge region also provides mechanical protection of the first encapsulation and thus also of the optoelectronic component Component guaranteed.
  • the protruding first edge region and the protruding second edge region can reduce the penetration of moisture and / or oxygen through the second encapsulation and through the first encapsulation to the optoelectronic component.
  • a width of the first edge region of the first encapsulation and a width of the second edge region of the second encapsulation is designed in particular such that a diffusion length of the first edge region and / or the second edge region is sufficient for moisture and / or oxygen to enter the interior of the encapsulation , in particular in or on the optoelectronic component.
  • a connecting material is understood to mean, in particular, a material, preferably an adhesive, or a layer of a material, in particular an adhesive layer, by means of which an element is fixed, in particular glued, in particular two layers are glued on top of one another, so that these are firmly connected to each other.
  • a front side of an optoelectronic component in particular a photovoltaic element, correspondingly also a front barrier layer and a front protective layer, is understood to mean a side of the optoelectronic component that is intended to face sunlight. Accordingly, under a rear side of an optoelectronic component, in particular a photovoltaic element, is correspondingly also under a rear barrier layer and a rear protective layer, understood as intended a side of the optoelectronic component facing away from sunlight.
  • An edge area of an encapsulation is understood in particular to mean the area which protrudes in its extent beyond the area of a further element arranged below or therein, in particular an optoelectronic component or a further encapsulation, that is to say is larger in extent than the further element.
  • the first encapsulation preferably the front side and / or the rear side of the first encapsulation, is formed from at least two barrier layers, preferably two barrier layers, or preferably three barrier layers, and / or the second encapsulation, preferably the front side and / or the rear side of the second encapsulation, formed from at least two protective layers, preferably two protective layers, or preferably three protective layers.
  • at least one connecting material is applied between the successive barrier layers and / or the successive protective layers, it being possible for the type of the at least one connecting material to differ in each case.
  • a barrier layer is understood to mean, in particular, a layer which forms protection, in particular a barrier, against chemical compounds, contaminants, moisture and / or oxygen, in particular atmospheric oxygen.
  • the barrier layer is in particular a layer for preventing the permeability of external influences, in particular atmospheric oxygen and / or moisture.
  • a barrier layer is also a protective layer.
  • a protective layer in particular a layer to increase the mechanical resistance, in particular scratch resistance, and / or a filter layer, preferably a layer with a UV Filter, understood.
  • a protective layer is also a barrier layer.
  • An edge of an optoelectronic component or an encapsulation is understood to mean, in particular, an edge region of an optoelectronic component or an encapsulation, in particular an end of the optoelectronic component or the encapsulation that is arranged in the geometric plane of its greatest horizontal extent.
  • the optoelectronic component is an LED, an OLED, a photovoltaic element, in particular a solar cell, an organic photovoltaic element, in particular an organic solar cell, or a photodetector, in particular an organic photodetector.
  • the first encapsulation in particular the front side of the first encapsulation, and / or the second encapsulation, in particular the front side of the second encapsulation, is at least largely transparent to light in the visible wavelength range, in particular at least largely transparent.
  • Connection material at least largely permeable to light in the visible wavelength range.
  • the first encapsulation and / or the second encapsulation is at least partially transparent on a side that is intended to be facing the sunlight.
  • the at least one front barrier layer of the first encapsulation and the at least one front protective layer of the second encapsulation are at least partially transparent.
  • the edges of the encapsulation are advantageously protected against delamination.
  • the service life of an optoelectronic component is advantageously increased.
  • Different properties are advantageously divided between at least a first encapsulation and a second encapsulation, in particular by barrier layers and / or protective layers with different properties.
  • the dependency on suppliers of certain barrier layers and / or protective layers is advantageously lower.
  • the distribution of the requirements to different encapsulations and / or layers of the encapsulations enables the electrical contact to be made by means of a contact element running at least largely outside the first encapsulation and under the second encapsulation, so that the complexity of the barrier-relevant first encapsulation is reduced.
  • the encapsulation system can advantageously be produced in a simple, flexible and inexpensive manner, in particular in a roll-to-roll process.
  • a roll-to-roll process is understood to mean, in particular, the production of flexible electronic components that are applied to a web of flexible plastic or metal foil.
  • a substrate located on a roll in particular made of a plastic film, for example PET or PEN, is unrolled, processed and finally rolled up again.
  • materials are applied to this substrate, in particular by vapor deposition, printing, coating, sputtering or plasma deposition.
  • a roll-to-roll process is understood to mean, in particular, a continuous process management in which individual components are processed one after the other.
  • an element in particular a layer that is applied, arranged or formed on another element, in particular another layer, is understood to mean a direct contact of one element with the other element or an indirect contact, in particular by means of at least one further layer arranged in between.
  • the first encapsulation is formed over the full extent of the optoelectronic component
  • the second encapsulation is formed over the complete extent of the first encapsulation
  • / or the first edge region of the first encapsulation is formed around the optoelectronic component and / or the second edge region of the second encapsulation is formed all around the first encapsulation, with a width of the first edge region depending on an edge of the optoelectronic component and / or a width of the second edge region being formed differently depending on an edge of the first encapsulation .
  • corners of the first encapsulation and / or of the second encapsulation are rounded.
  • the at least one front barrier layer and the at least one rear barrier layer of the first encapsulation are made of different materials and / or a different number of layers, and / or the at least one front protective layer and the at least one rear layer Protective layer of the second encapsulation is formed from a different material and / or a different number of layers.
  • the first encapsulation is formed from at least two front and / or rear barrier layers, in particular barrier layers with different properties
  • / or the second encapsulation is formed from at least two front and / or rear protective layers is formed, in particular protective layers with different properties
  • the first encapsulation preferably forming a protection against moisture and / or oxygen, in particular atmospheric oxygen
  • the second encapsulation forming a mechanical protection
  • an adhesive layer is arranged between the optoelectronic component and the first encapsulation and / or an adhesive layer is arranged between the first encapsulation and the second encapsulation, and / or a planarization layer is arranged between the optoelectronic component and the first encapsulation is.
  • the adhesive layer between the optoelectronic component and the first encapsulation and / or the adhesive layer between the first encapsulation and the second encapsulation is formed from a material selected from the group consisting of
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • styrenes / polystyrene urethanes / polyurethanes or derivatives thereof in the form of monomers, oligomers or polymers.
  • a layer thickness of the first encapsulation is 20 ⁇ m to 400 ⁇ m, preferably 50 ⁇ m to 200 ⁇ m, and / or a layer thickness of the second encapsulation is 50 ⁇ m to 1000 ⁇ m, preferably 50 ⁇ m to 500 ⁇ m, or preferably 100 ⁇ m to 500 ⁇ m, and / or a layer thickness of the first connecting material and / or the second connecting material is 10 ⁇ m to 300 ⁇ m, preferably 20 ⁇ m to 150 ⁇ m, or preferably 20 ⁇ m to 100 ⁇ m. If an encapsulation has a plurality of layers, the individual layers can have the same layer thickness or a different layer thickness among one another.
  • the layer thickness of the first encapsulation is 1 pm to 2000 pm, preferably 1 pm to 1000 pm, preferably 1 pm to 100 pm, preferably 1 pm to 10 pm, preferably 5 pm to 1000 pm, preferably 10 pm to 1000 pm, preferably 10 mih to 500 mih, preferably 10 mih to 200 mih, preferably 10 mih to 100 mih, preferably 20 mih to 200 mih, preferably 20 mih to 100 mih, preferably 20 mih to 100 mih, preferably 50 mih to 500 mih, preferably 50 mih to 200 mih, or preferably 50 mpib to 100 mih.
  • the layer thickness of the second encapsulation is 10 gm to 2000 gm, preferably 10 gm to 1000 gm, preferably 10 gm to 500 gm, preferably 10 gm to 100 gm, preferably 10 gm to 200 gm, preferably 10 gm to 100 gm, preferably 20 gm to 200 gm, preferably 20 gm to 100 gm, preferably 20 gm to 100 gm, preferably 50 gm to 500 gm, preferably 50 gm to 200 gm, or preferably 50 gm to 100 gm.
  • the layer thickness of the second encapsulation is at least 100 ⁇ m, preferably at least 1000 ⁇ m, or preferably at least 2000 ⁇ m.
  • the encapsulation system has flexible properties, an elasticity (modulus of elasticity) of the encapsulation system being 80,000 psi to 360,000 psi, preferably 100,000 psi to 300,000 psi, preferably 120,000 psi to 260,000 psi, or preferably 100,000 psi to 200,000 psi psi.
  • the width of the first edge area is 5 mm to 200 mm, preferably 5 mm to 100 mm, preferably 10 mm to 100 mm, preferably 10 mm to 80 mm, preferably 10 mm to 50 mm, preferably 10 mm to 30 mm, preferably 20 mm to 100 mm, or preferably 20 mm to 50 mm, and / or the width of the second edge area is 5 mm to 100 mm, preferably 5 mm to 50 mm, preferably 5 mm to 40 mm, preferably 5 mm to 30 mm, preferably 8 mm to 50 mm, preferably 8 mm to 40 mm, preferably 8 mm to 30 mm, preferably 10 mm to 80 mm, preferably 10 mm to 50 mm, preferably 10 mm to 40 mm, preferred 10 mm to 30 mm, or preferably 20 mm to 40 mm.
  • the layer thickness of the first encapsulation partially decreases towards the first edge region, preferably continuously or discontinuously, preferably up to a width of the first edge region of 5 mm to 60 mm, preferably from 20 mm to 30 mm, and / or the layer thickness of the second encapsulation partially decreases towards the second edge region, preferably continuously or discontinuously, preferably up to a width of the second Edge area from 5 mm to 50 mm, preferably from 8 mm to 20 mm.
  • the at least one barrier layer and / or the at least one protective layer is preferably a UV protective layer, an anti-reflective layer, a layer against moisture and / or oxygen, in particular atmospheric oxygen, and / or a mechanical protective layer to increase scratch resistance.
  • the at least one front barrier layer and / or the at least one rear barrier layer comprises a material selected from the group consisting of polyacrylate (PA), polycarbonate (PC), polyethylene (PE), polyethylene naphthalate (PEN) , Polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), and thermoplastic polyurethane (TPU), the material of the front and / or the rear barrier layer preferably being coated, and / or the at least one front protective layer and / or the at least one rear protective layer has a material selected from the group consisting of ethylene vinyl acetate (EVA), polyacrylate (PA),
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • PA polyacrylate
  • PC Polycarbonate
  • PE polyethylene
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PP polypropylene
  • PVC polyvinyl chloride
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • At least one barrier layer and / or at least one protective layer has a coating, the coating imparting certain functional properties to the barrier layers and / or the protective layers.
  • EFE ethylene tetrafluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PVF polyvinyl fluoride
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the first encapsulation and / or the second encapsulation is at least largely electrically insulating.
  • the first connecting material and / or the second connecting material is selected from the group consisting of acrylates, epoxides and polyurethanes, preferably in a 1-component or 2-component composition.
  • the first connecting material and / or the second connecting material is a curable material, in particular a crosslinkable material, preferably by UV curing or thermal curing.
  • a connecting material of an encapsulation is understood to mean, in particular, a material for connecting, in particular for gluing, layers, in particular barrier layers and / or protective layers, to one another and / or to the optoelectronic component.
  • the first connecting material and / or the second connecting material is selected from the group consisting of siloxanes / polysiloxanes, epoxides, in particular an epoxy resin, acrylates / polyacrylates, in particular polymethyl methacrylate (PMMA), styrenes / polystyrene, urethanes / polyurethanes or Derivatives thereof in the form of monomers, oligomers or polymers.
  • the first connecting material and / or the second connecting material has an initiator and / or a catalyst to accelerate the curing and / or the crosslinking.
  • the layer thickness of the first encapsulation in the first edge area is 1 pm to 100 pm, preferably 10 pm to 50 pm, or preferably 10 pm to 30 pm, and / or the layer thickness of the second encapsulation in the second edge area is 1 pm to 100 pm, preferably 10 pm to 50 pm, or preferably 10 pm to 30 pm.
  • first edge region and / or the second edge region in particular the edges of the first edge region and / or the edges of the second edge region, are sealed.
  • At least two optoelectronic components are encapsulated together in the encapsulation system, preferably at least two optoelectronic components are each individually encapsulated with the first encapsulation and are encapsulated together with the second encapsulation.
  • a functional layer preferably a colored layer, a filter layer and / or an adhesive layer, can be arranged at least partially between the first encapsulation and the second encapsulation and / or between the optoelectronic component and the first encapsulation.
  • the encapsulation system has at least one further encapsulation, preferably a third encapsulation, the third encapsulation enclosing the second encapsulation, or preferably a third encapsulation and a fourth encapsulation, the third encapsulation enclosing the second encapsulation and the fourth encapsulation encloses the third encapsulation.
  • the third encapsulation is composed of at least one front protective layer on the front side of the optoelectronic component and at least one rear protective layer on the rear side of the optoelectronic component with at least one connecting material applied in between formed, the third encapsulation preferably enclosing the second encapsulation in such a way that the third encapsulation protrudes with an edge region over the second edge region of the second encapsulation.
  • the object of the present invention is also achieved by providing an optoelectronic component, preferably a flexible optoelectronic component, with an encapsulation system according to the invention, in particular double encapsulation, in particular according to one of the exemplary embodiments described above.
  • an optoelectronic component preferably a flexible optoelectronic component
  • an encapsulation system according to the invention, in particular double encapsulation, in particular according to one of the exemplary embodiments described above.
  • the optoelectronic component has a layer system with an electrode, a counter electrode, and at least one photoactive layer, the at least one photoactive layer being arranged between the two electrodes.
  • the photovoltaic element has a cell with at least one photoactive layer, in particular a CIS, CIGS, GaAs, or Si cell, a perovskite cell or an organic photovoltaic element (OPV), a so-called organic solar cell.
  • a photoactive layer in particular a CIS, CIGS, GaAs, or Si cell, a perovskite cell or an organic photovoltaic element (OPV), a so-called organic solar cell.
  • An organic photovoltaic element is understood to mean, in particular, a photovoltaic element with at least one organic photoactive layer, in particular a polymeric organic photovoltaic element or an organic photovoltaic element based on small molecules. While polymers are characterized by the fact that they cannot be evaporated and can therefore only be applied from solutions, small molecules can usually be evaporated and can either be applied as a solution like polymers or by means of evaporation technology, in particular by evaporation from a vacuum.
  • the organic photoactive layer is in particular a photoactive layer in which excitons (electron-hole pairs) are formed by radiation from visible light, UV radiation and / or IR radiation.
  • the Organic materials are printed, glued, coated, vapor-deposited or otherwise applied onto the foils in the form of thin films or small volumes.
  • the at least one photoactive layer is formed from organic materials, preferably from small organic molecules or polymeric organic molecules, particularly preferably from small organic molecules.
  • Small molecules are understood to mean, in particular, non-polymeric organic molecules with monodisperse molar masses between 100 and 2000 g / mol, which are present in the solid phase under normal pressure (air pressure of the surrounding atmosphere) and at room temperature.
  • the small molecules are photoactive, photoactive being understood to mean that the molecules change their charge state and / or their polarization state when light is introduced.
  • the optoelectronic component has a substrate, preferably a film, the layer system of the optoelectronic component being arranged on the substrate.
  • the optoelectronic component has at least one busbar, preferably at least two busbars, the at least one busbar being arranged under the first encapsulation and / or the second encapsulation and at least partially on the electrode and / or the counter electrode of the optoelectronic component is electrically conductively contacted, and wherein the at least one busbar is electrically conductively contacted by means of at least one contact element with a junction box lying outside the second encapsulation.
  • a busbar a so-called busbar, is understood to mean, in particular, an arrangement which is used for electrical contacting as a central distributor of electrical energy incoming and outgoing lines are electrically conductively connected, preferably with at least one electrode and / or at least one counter-electrode.
  • the busbar is designed in particular in a planar manner as a band, strip, plate or as a metal layer.
  • a junction box is understood to mean, in particular, an element for connecting the optoelectronic component to an electrical circuit.
  • the junction box is used in particular for the electrically conductive connection of at least one busbar arranged under the at least one protective layer of the optoelectronic component to an electrical circuit.
  • the contact element in particular an electrically conductive contact element, is arranged at least largely between the first encapsulation and the second encapsulation, the layer system of the optoelectronic component being electrically conductively contacted through the first encapsulation.
  • the optoelectronic component is a photovoltaic element, in particular a solar cell.
  • each cell preferably has its own electrode and counter electrode.
  • the series connection is made by electrically connecting the electrode of one cell to the counter electrode of the next cell.
  • An optoelectronic component is understood to mean, in particular, a photovoltaic element.
  • a photovoltaic element is understood to mean, in particular, a photovoltaic cell, in particular a solar cell.
  • the photovoltaic element is preferably composed of several photovoltaic cells which can be connected in series or in parallel. The several photovoltaic cells can be arranged and / or connected in different ways in the optoelectronic component.
  • the at least one busbar is applied directly to the electrode or the counter-electrode, that is to say connected in an electrically conductive manner.
  • an electrically conductive layer is arranged between the at least one busbar and the electrode or the counter electrode.
  • the optoelectronic component is a flexible optoelectronic component.
  • the flexible optoelectronic component is a flexible photovoltaic element, in particular a flexible organic photovoltaic element.
  • a flexible optoelectronic component is understood to mean, in particular, an optoelectronic component that can be bent and / or stretched in a specific area.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a layer system of an optoelectronic component in cross section
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of an optoelectronic component with an encapsulation system in a cross section
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of an optoelectronic component with an encapsulation system in a cross section; and 4 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a plurality of optoelectronic components encapsulated in an encapsulation system, in cross section.
  • the exemplary embodiments relate in particular to an optoelectronic component produced in a roll-to-roll process.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a layer system 20 of an optoelectronic component 2 in cross section.
  • the optoelectronic component 2 in particular an organic photovoltaic element, consists of a sequence of thin layers, with the layer system 20, with at least one photoactive layer 26, which is preferably evaporated in a vacuum or processed from a solution.
  • the electrical connection can be made by metal layers, transparent conductive oxides and / or transparent conductive polymers.
  • the vacuum deposition of the organic layers is particularly advantageous in the production of multilayer photovoltaic elements, in particular tandem or triple cells.
  • a layer system 20 of such an optoelectronic component 2 is shown in one exemplary embodiment in FIG. 1.
  • the optoelectronic component 2 has a layer system 20 with at least two electrodes 18, for example ITO, and 19, for example aluminum, and at least one photoactive layer 26 with at least one absorber material on a substrate 23, for example a polymer film, the at least one photoactive layer 26 is arranged between the two electrodes 18, 19.
  • the layer system 20 can furthermore have a hole transport layer 24 and a charge carrier layer 25.
  • the layer system 20 with the electrodes 18, 19 can be laser-structured.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of an optoelectronic component 2 with an encapsulation system 1 in a cross section. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols, so that in this respect reference is made to the preceding description.
  • the optoelectronic component 2 is an organic photovoltaic element.
  • the encapsulation system in particular a double encapsulation, for an optoelectronic component 2, has at least a first encapsulation 3 and a second encapsulation 4, the first encapsulation 3 comprising at least one front barrier layer 5 on a front side of the optoelectronic component 2 and at least one rear barrier layer 6 is formed on a rear side of the optoelectronic component 2 with at least one first connecting material 7 applied in between, the second encapsulation 4 comprising at least one front protective layer 8 on the front side of the optoelectronic component 2 and at least one rear protective layer 9 on the rear side of the optoelectronic component 2 is formed with at least one second connecting material 10 attached therebetween.
  • the first encapsulation 3 encloses the optoelectronic component 2 in such a way that the first encapsulation 3 protrudes with a first edge region 11 over the optoelectronic component 2.
  • the second encapsulation 4 encloses the first encapsulation 3 with the optoelectronic component 2 in such a way that the second encapsulation 4 protrudes with a second edge region 12 over the first edge region 11 of the first encapsulation 3.
  • the optoelectronic component 2 is encapsulated with the encapsulation system 1 and completely enclosed on all sides.
  • the edge regions 11, 12 can be designed differently.
  • the encapsulation system protects the optoelectronic component 2 particularly well against external influences, in particular environmental influences and mechanical damage.
  • edges and / or corners of the first encapsulation 3 are covered with the second encapsulation 4 and against delamination protected.
  • Different properties of barrier layers 5, 6 and / or protective layers 8, 9 are advantageously divided between at least the first encapsulation 3 and the second encapsulation 4.
  • the barrier layers 5, 6 and / or the protective layers 8, 9 for forming the first encapsulation 3 and / or the second encapsulation 4 can be applied using the deposition methods known to those skilled in the art, e.g. by means of an atomic layer deposition method (ALD), a plasma-assisted atomic layer deposition method (PEALD) or a plasma-less atomic layer deposition process (PLALD), by means of a chemical vapor deposition process (CVD), a plasma-assisted gas phase deposition process (PECVD), a plasma-less gas phase deposition process (PLCVD), and / or alternatively by means of other suitable deposition processes.
  • ALD atomic layer deposition method
  • PEALD plasma-assisted atomic layer deposition method
  • PLAD plasma-less atomic layer deposition process
  • CVD chemical vapor deposition process
  • PECVD plasma-assisted gas phase deposition process
  • PLCVD plasma-less gas phase deposition process
  • the first encapsulation 3 is formed over the complete extent of the optoelectronic component 2
  • the second encapsulation 4 is formed over the complete extent of the first encapsulation 3
  • / or the first edge region 11 of the first encapsulation 3 is all around the optoelectronic component 2 is formed
  • / or the second edge region 12 of the second encapsulation 4 is formed all around the first encapsulation 3, with a width 13 of the first edge region 11 depending on an edge of the optoelectronic component 2 and / or a width 14 of the second edge region 12 is designed differently depending on an edge of the first encapsulation 3.
  • the at least one front barrier layer 5 and the at least one rear barrier layer 6 of the first encapsulation 3 are made of different materials and / or a different number of layers, and / or the at least one front protective layer 8 and the at least a rear protective layer 9 of the second encapsulation 4 is formed from a different material and / or a different number of layers.
  • the first encapsulation 3 is formed from at least two front and / or rear barrier layers 5, 6, in particular barrier layers 5, 6 with different properties, and / or the second encapsulation 4 is made up of at least two front and / or rear layers Protective layers 8, 9 are formed, in particular protective layers 8, 9 with different properties, the first encapsulation 3 preferably forming protection against moisture and / or oxygen, in particular atmospheric oxygen, and the second encapsulation 4 forming mechanical protection.
  • an adhesive layer is arranged between the optoelectronic component 2 and the first encapsulation 3 and / or an adhesive layer is arranged between the first encapsulation 3 and the second encapsulation 4, and / or is between the optoelectronic component 2 and the first Encapsulation 3 arranged a planarization layer.
  • a layer thickness of the first encapsulation is 320 pm to 400 pm, preferably 50 pm to 200 pm, and / or a layer thickness of the second encapsulation is 450 pm to 1000 pm, preferably 100 pm to 500 pm, and / or a layer thickness of the first connecting material 7 and / or of the second connecting material is 1010 ⁇ m to 300 ⁇ m, preferably 20 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the width 13 of the first edge region is 115 mm to 200 mm, preferably 20 mm to 50 mm, and / or the width 14 of the second edge region is 125 mm to 100 mm, preferably 8 mm to 40 mm.
  • the layer thickness of the first encapsulation 3 partially decreases towards the first edge region 11, preferably up to a width 21 of the first edge region 11 of 5 mm to 60 mm, preferably from 20 mm to 30 mm, and / or increases the layer thickness of the second encapsulation 4 to the second edge region 12 down partially, preferably up to a width 22 of the second edge region 12 of 5 mm to 50 mm, preferably of 8 mm to 20 mm.
  • the at least one barrier layer 5, 6 and / or the at least one protective layer 8, 9 is a UV protective layer, an anti-reflective layer, a layer against moisture and / or oxygen, and / or a mechanical protective layer, preferred to increase scratch resistance.
  • the at least one front barrier layer 5 and / or the at least one rear barrier layer 6 comprises a material selected from the group consisting of polyacrylate (PA), polycarbonate (PC), polyethylene (PE), polyethylene naphthalate (PEN) , Polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), and thermoplastic polyurethane (TPU), the material of the front and / or the rear barrier layer 5, 6 preferably being coated and / or having the at least one front protective layer 8 and / or the at least one rear protective layer 9 a material selected from the group consisting of ethylene vinyl acetate (EVA), polyacrylate (PA),
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • PA polyacrylate
  • PC Polycarbonate
  • PE polyethylene
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PP polypropylene
  • PVC polyvinyl chloride
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • the first connecting material 7 and / or the second connecting material 10 is selected from the group consisting of acrylates, epoxides and polyurethanes, preferably in a 1-component or 2-component composition.
  • the first edge region 11 and / or the second edge region 12, in particular the edges of the first edge region 11 and / or the edges of the second edge region 12, are sealed and / or at least two optoelectronic components 2 are jointly in the Encapsulation system 1 encapsulated, preferably at least two optoelectronic components 2 are each individually encapsulated with the first encapsulation 3 and encapsulated together with the second encapsulation 4.
  • the optoelectronic component 2 is encapsulated with the encapsulation system 1, in particular a double encapsulation.
  • the optoelectronic component 2 has a layer system 20 with an electrode 18, a counter electrode 19, and at least one photoactive layer 26, the at least one photoactive layer 26 being arranged between the two electrodes 18, 19.
  • the optoelectronic component 2 has at least one busbar 15, preferably at least two busbars 15, which are arranged under the first encapsulation 3 and / or the second encapsulation 4 and at least partially on the electrode 18 and / or the counter electrode 19 of the optoelectronic component 2 is electrically conductively contacted, and wherein the at least one busbar 15 is electrically conductively contacted by means of at least one contact element 16 with a junction box 17 located outside the second encapsulation 4.
  • the optoelectronic component 2 is a photovoltaic element, in particular a solar cell, preferably a flexible organic photovoltaic element.
  • the encapsulation system 1 can be produced in one embodiment as follows: To form the
  • encapsulation system 1 is initially a material for applying a barrier layer 5, 6, consisting of a 100 ⁇ m thick PET carrier material and several SiOx layers, unrolled from a roll and on the inside over the entire surface using a slot nozzle method with a 50 ⁇ m thick acrylate adhesive layer coated as connecting material 7. The process is repeated on a second roll of the same material. Both coated foils are fed to a laminating unit in such a way that the two with the sides coated with the acrylate adhesive layer are oriented towards one another and the edges of the rolls lie one above the other. An optoelectronic component 2 is separated from a third roll, fed to the lamination unit between the barrier layers 5, 6 and pressed.
  • the optoelectronic component 2 is, for example, 2 m long and 30 cm wide. After pressing in the laminating plant, the connecting material 7 is hardened by means of the action of heat under infrared lamps. This can be done, for example, at 100 ° C and a duration of 180s. The optoelectronic component 2 is thus encapsulated with a first encapsulation 3 with a first edge region 11.
  • the second encapsulation 4 largely follows the processes of the first encapsulation 3. This time, however, materials for forming protective layers 8, 9 are applied. In this exemplary embodiment, mechanical protective films are used, but direct coating is also conceivable as an alternative.
  • the front protective layer 8 is a 100 ⁇ m thick PET base film which, on the side facing away from the optoelectronic component 2, has a protective lacquer that is weather-resistant and UV-blocking.
  • the rear protective layer 9 is a PP coextrudate with a layer thickness of 200 ⁇ m.
  • the connection material 7,10 in both encapsulations is a 2-component polyurethane adhesive, the curing takes place with heat support at 100 ° C over a period of 180s, but there can also be a different first
  • Connection material 7 and second connection material 10 are used.
  • the first encapsulation 3 and / or the second encapsulation 4 can alternatively be cured by means of UV curing, dual curing, thermal curing, and / or by means of a reaction gas.
  • the barrier layers 5, 6 and / or the protective layers 8, 9 can alternatively be applied by means of a printing process, preferably a screen printing process, a plot process, an inkjet printing process or a 3D printing process, a slot nozzle process, a decimal point process, or one
  • the first encapsulation 3 and the second encapsulation 4 of the optoelectronic component 2 can in particular be carried out in a roll-to-roll method.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of an optoelectronic component 2 with an encapsulation system 1 in a cross section. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols, so that in this respect reference is made to the preceding description.
  • the optoelectronic component 2 is an organic photovoltaic element.
  • the electrical contact 16, wherein the at least one busbar 15 is at least partially electrically conductively contacted at the electrode 18 or the counter electrode 19, can be carried out as follows:
  • a step b) at least one opening is formed in the first encapsulation 3 by means of laser ablation with at least one laser beam, at least one busbar 15 arranged below the first encapsulation 3 being partially exposed.
  • a low-melting solder is introduced into the at least one opening, and an electrically conductive element is aligned on a side of the at least one opening opposite the at least one busbar 15.
  • an electrically conductive contact element 16 is formed in the at least one opening by means of inductive soldering.
  • at least one connection opening is formed in the second encapsulation 4 by means of laser ablation with at least one laser beam for the electrically conductive connection of the connection box 17 in a step e).
  • the junction box 17 is electrically conductively contacted with the electrically conductive contact element 16.
  • the parameters of the laser ablation in particular an energy density, a pulse duration, a pulse shape, a pulse frequency and / or a wavelength of the at least one laser beam are adapted depending on the material and the layer thickness of the first encapsulation 3 and / or the second encapsulation 4, and the parameters of the inductive soldering are adapted depending on the material and dimensions of the connecting element to be formed.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a plurality of optoelectronic components 2 encapsulated in an encapsulation system 1, in cross section. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols, so that in this respect reference is made to the preceding description.
  • At least two optoelectronic components 2 are encapsulated together in the encapsulation system 1, preferably at least two optoelectronic components 2 are each individually encapsulated with the first encapsulation 3 and encapsulated together with the second encapsulation 4.
  • three optoelectronic components 2 are each individually encapsulated with a first encapsulation 3, and then the optoelectronic components 2 individually encapsulated with the first encapsulation 3 are encapsulated together with a second encapsulation 4, an individually encapsulated component 27 being obtained.
  • the individual optoelectronic components 2, in particular the individual photovoltaic elements, are connected to one another in an electrically conductive manner via line elements 28.
  • the optoelectronic components 2 can be connected in parallel or connected in series.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

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

Verkapselungssystem für ein optoelektronisches Bauelement mit mindestens einer ersten Verkapselung und einer zweiten Verkapselung, optoelektronisches Bauelement mit einem solchen Verkapselungssystem
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 2927 985 A2 offenbart Mehrschichtfolien für optoelektronische Bauelemente, umfassend eine oder mehrere Barriereschichten mit niedriger Feuchtigkeits- und/oder Sauerstoffpermeabilität, und eine oder mehrere Versiegelungsschichten.
DE 102016106 846 Al 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.
W02008/014492A2 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/oderzwischen 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 pm bis 400 pm beträgt, bevorzugt 50 pm bis 200 pm, und/oder eine Schichtdicke der zweiten Verkapselung 50 pm bis 1000 pm beträgt, bevorzugt 50 pm bis 500 pm, oder bevorzugt 100 pm bis 500 pm, und/oder eine Schichtdicke des ersten Verbindungsmaterials und/oder des zweiten Verbindungsmaterials 10 pm bis 300 pm beträgt, bevorzugt 20 pm bis 150 pm, oder bevorzugt 20 pm bis 100 pm. 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 pm bis 2000 pm, bevorzugt 1 pm bis 1000 pm, bevorzugt 1 pm bis 100 pm, bevorzugt 1 pm bis 10 pm, bevorzugt 5 pm bis 1000 pm, bevorzugt 10 pm bis 1000 pm, bevorzugt 10 mih bis 500 mih, bevorzugt 10 mih bis 200 mih, bevorzugt 10 mih bis 100 mih, bevorzugt 20 mih bis 200 mih, bevorzugt 20 mih bis 100 mih, bevorzugt 20 mih bis 100 mih, bevorzugt 50 mih bis 500 mih, bevorzugt 50 mih bis 200 mih, oder bevorzugt 50 mpibis 100 mih.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Schichtdicke der zweiten Verkapselung 10 gm bis 2000 gm, bevorzugt 10 gm bis 1000 gm, bevorzugt 10 gm bis 500 gm, bevorzugt 10 gm bis 100 gm, bevorzugt 10 gm bis 200 gm, bevorzugt 10 gm bis 100 gm, bevorzugt 20 gm bis 200 gm, bevorzugt 20 gm bis 100 gm, bevorzugt 20 gm bis 100 gm, bevorzugt 50 gm bis 500 gm, bevorzugt 50 gm bis 200 gm, oder bevorzugt 50 gm bis 100 gm. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Schichtdicke der zweiten Verkapselung mindestens 100 gm, bevorzugt mindestens 1000 gm, oder bevorzugt mindestens 2000 gm.
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 AI2O3, ITO (Indium-Zinn-Oxid), SiOx, TiÜ oder ZrÜ.
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 pm bis 100 pm, bevorzugt 10 pm bis 50 pm, oder bevorzugt 10 pm bis 30 pm, und/oder beträgt die Schichtdicke der zweiten Verkapselung im zweiten Randbereich 1 pm bis 100 pm, bevorzugt 10 pm bis 50 pm, oder bevorzugt 10 pm bis 30 pm.
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:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Schichtsystems eines optoelektronischen Bauelements im Querschnitt;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Bauelements mit einem Verkapselungssystem in einem Querschnitt;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Bauelements mit einem Verkapselungssystem in einem Querschnitt; und Fig. 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.
Fig. 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 Fig. 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. Fig. 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 320 pm bis 400 pm, bevorzugt 50 pm bis 200 pm, und/oder beträgt eine Schichtdicke der zweiten Verkapselung 450 pm bis 1000 pm, bevorzugt 100 pm bis 500 pm, und/oder beträgt eine Schichtdicke des ersten Verbindungsmaterials 7 und/oder des zweiten Verbindungsmaterials 1010 pm bis 300 pm beträgt, bevorzugt 20 pm bis 100 pm.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Breite 13 des ersten Randbereichs 115 mm bis 200 mm, bevorzugt 20 mm bis 50 mm, und/oder beträgt die Breite 14 des zweiten Randbereichs 125 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 pm dicken PET-Trägermaterial und mehreren SiOx-Schichten, von einer Rolle abgerollt und innenseitig vollflächig mittels eines Schlitzdüsenverfahrens mit einer 50 pm 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 pm 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 pm. 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 Siebdruck-Verfahren, 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.
Fig. 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.
Fig. 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.

Claims

Patentansprüche
1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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/oderzwischen 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.
6. Verkapselungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtdicke der ersten Verkapselung (3) 20 pm bis 400 pm beträgt, bevorzugt 50 pm bis 200 pm, und/oder eine Schichtdicke der zweiten Verkapselung (4) 50 pm bis 1000 mih beträgt, bevorzugt 100 gm bis 500 gm, und/oder eine Schichtdicke des ersten Verbindungsmaterials (7) und/oder des zweiten Verbindungsmaterials (10) 10 gm bis 300 gm beträgt, bevorzugt 20 gm bis 100 gm.
7. 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.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. Optoelektronisches Bauelement (2) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement (2) ein photovoltaisches Element ist, insbesondere eine Solarzelle.
EP21705421.2A 2020-01-06 2021-01-05 Verkapselungssystem für ein optoelektronisches bauelement mit mindestens einer ersten verkapselung und einer zweiten verkapselung, optoelektronisches bauelement mit einem solchen verkapselungssystem Pending EP4088329A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020200053.0A DE102020200053A1 (de) 2020-01-06 2020-01-06 Verkapselungssystem für ein optoelektronisches Bauelement mit mindestens einer ersten Verkapselung und einer zweiten Verkapselung, optoelektronisches Bauelement mit einem solchen Verkapselungssystem
PCT/DE2021/100001 WO2021139853A1 (de) 2020-01-06 2021-01-05 Verkapselungssystem für ein optoelektronisches bauelement mit mindestens einer ersten verkapselung und einer zweiten verkapselung, optoelektronisches bauelement mit einem solchen verkapselungssystem

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4088329A1 true EP4088329A1 (de) 2022-11-16

Family

ID=74625768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21705421.2A Pending EP4088329A1 (de) 2020-01-06 2021-01-05 Verkapselungssystem für ein optoelektronisches bauelement mit mindestens einer ersten verkapselung und einer zweiten verkapselung, optoelektronisches bauelement mit einem solchen verkapselungssystem

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230036237A1 (de)
EP (1) EP4088329A1 (de)
JP (1) JP2023509492A (de)
KR (1) KR20220124183A (de)
CN (1) CN114868269A (de)
DE (1) DE102020200053A1 (de)
WO (1) WO2021139853A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020131743A1 (de) * 2020-11-30 2022-06-02 Heliatek Gmbh Photovoltaisches Element mit mindestens einer photovoltaischen Zelle und mit einer Rückseitenbarriere

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW439308B (en) * 1998-12-16 2001-06-07 Battelle Memorial Institute Environmental barrier material for organic light emitting device and method of making
US6765351B2 (en) 2001-12-20 2004-07-20 The Trustees Of Princeton University Organic optoelectronic device structures
US20070216300A1 (en) 2002-04-04 2007-09-20 International Display Systems, Inc. Organic opto-electronic device with environmentally protective barrier
KR100977905B1 (ko) 2003-03-19 2010-08-24 헬리아텍 게엠베하 유기층을 포함하는 광활성 부품
US20070295385A1 (en) * 2006-05-05 2007-12-27 Nanosolar, Inc. Individually encapsulated solar cells and solar cell strings having a substantially inorganic protective layer
EP2095421A2 (de) 2006-07-27 2009-09-02 Nanosolar Inc. Individuell eingekapselte solarzellen und/oder solarzellenketten
WO2008150558A1 (en) * 2007-06-08 2008-12-11 Robert Stancel Edge mountable electrical connection assembly
WO2009144899A1 (ja) * 2008-05-27 2009-12-03 株式会社フジクラ 光電変換素子
DE102011084276B4 (de) * 2011-10-11 2019-10-10 Osram Oled Gmbh Verkapselung für ein organisches elektronisches bauelement, ein organisches elektronisches bauelement mit der verkapselung und ein verfahren zur herstellung eines organischen elektronischen bauelements mit der verkapselung
KR101809659B1 (ko) * 2011-10-14 2017-12-18 삼성디스플레이 주식회사 유기 발광 표시 장치 및 그 제조 방법
US20150029681A1 (en) * 2013-07-29 2015-01-29 Evonik Industries Ag Flexible composite, production thereof and use thereof
DE102013013829A1 (de) * 2013-08-21 2015-02-26 Mühlbauer Ag Anschlussadapter für Photovoltaik-Halbzeuge zur Herstellung von Solarprodukten
EP3095145B1 (de) * 2014-01-16 2017-11-08 OLEDWorks GmbH Eingekapselte halbleitervorrichtung sowie verfahren zum verkapseln
US10193101B2 (en) * 2014-03-26 2019-01-29 Sharp Kabushiki Kaisha Electronic device
US10910590B2 (en) 2014-03-27 2021-02-02 Universal Display Corporation Hermetically sealed isolated OLED pixels
DE102016106846A1 (de) 2016-04-13 2017-10-19 Osram Oled Gmbh Mehrschichtige Verkapselung, Verfahren zur Verkapselung und optoelektronisches Bauelement
FR3066324B1 (fr) * 2017-05-11 2021-09-10 Isorg Dispositif electronique a tenue au vieillissement amelioree

Also Published As

Publication number Publication date
CN114868269A (zh) 2022-08-05
WO2021139853A1 (de) 2021-07-15
US20230036237A1 (en) 2023-02-02
DE102020200053A1 (de) 2021-07-08
JP2023509492A (ja) 2023-03-08
KR20220124183A (ko) 2022-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007060108B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls
EP1990846A2 (de) Photovoltaisches Modul mit organischen Schichten auf Polymerbasis
EP3195371B1 (de) Flexibles substratmaterial und verfahren zur herstellung einer elektronischen dünnschichtvorrichtung
WO2010000226A1 (de) Verfahren zur herstellung eines organischen elektronischen bauelements und organisches elektronisches bauelement
WO2011003969A2 (de) Verbundsystem für photovoltaik-module
DE102011086689B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines opto-elektronischen Bauelements
EP4088329A1 (de) Verkapselungssystem für ein optoelektronisches bauelement mit mindestens einer ersten verkapselung und einer zweiten verkapselung, optoelektronisches bauelement mit einem solchen verkapselungssystem
DE102015116418A1 (de) Verfahren zum Aufbringen der Schutzschicht, Schutzschicht selbst und Halbfabrikat mit einer Schutzschicht
WO2009010052A2 (de) Modul und verfahren zu seiner herstellung
EP4018492A1 (de) Verfahren zur elektrisch leitenden kontaktierung eines mindestens eine schutzschicht aufweisenden optoelektronischen bauelements und optoelektronisches bauelement mit einer solchen kontaktierung
EP2577739A2 (de) Solarzellenmodul und herstellungsverfahren hierfür
DE10020784A1 (de) Photovoltaikmodul und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2022111766A1 (de) Photovoltaisches element mit mindestens einer photovoltaischen zelle und mit einer rückseitenbarriere
DE102020131742A1 (de) Feldbreitenanpassung von Zellen in einem photovoltaischen Element
DE102008050335B4 (de) Mehrfach-Solarzelle
WO2021089089A1 (de) Optoelektronisches bauelement, sowie verfahren zur kontaktierung eines optoelektronischen bauelements
EP4272258A1 (de) Photovoltaisches element mit mindestens einer photovoltaischen zelle und mindestens einer gefalteten sammelschiene
EP4334982A1 (de) Solarmodul und verwendung einer schutzschicht
EP4211731A1 (de) Beschichtung für ein optoelektronisches bauelement, verfahren zur herstellung einer solchen beschichtung, optoelektronisches bauelement mit einer solchen beschichtung
WO2023072340A1 (de) ELEKTRISCH LEITFÄHIGE BESCHICHTUNG EINES ELEKTRISCHEN BAUELEMENTS ZUR ELEKTRISCH LEITFÄHIGEN KONTAKTIERUNG EINER AUßERHALB DER BESCHICHTUNG ANGEORDNETEN SAMMELSCHIENE
DE102011101021A1 (de) Fotovoltaikmodul und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2015082687A1 (de) Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements
WO2012048916A2 (de) Fotovoltaikmodul und verfahren zur herstellung eines fotovoltaikmoduls
DE102012109208A1 (de) Verfahren zum Bearbeiten einer Vorrichtung mit wenigstens einer elektrischen Schichtenstruktur und Bauelementanordnung zum Bearbeiten einer Vorrichtung mit wenigstens einer elektrischen Schichtenstruktur
CH704270A1 (de) Photovoltaikvorrichtung mit einer Vielzahl von Photovoltaikzellen.

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220616

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)