JP2015533264A - 光電子コンポーネントに母線をインプリントするための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの母線（１）を光電子コンポーネントにインプリントするための方法であって、母線が、光電子コンポーネントの形状に従い、且つコンポーネントの後側における均一な色印象を可能にする方法に関する。【選択図】 図２

Description

本発明は、光電子コンポーネントに少なくとも１つの母線をインプリントするための方法であって、母線が、光電子コンポーネントの形状に従い、且つコンポーネントの後側における均一な色印象を可能にする方法に関する。

光電子工学は、光学及び半導体電子工学の分野で構成される。それは、電子的に生成されたデータ及びエネルギーの発光への変換を可能にするか、又は発光をエネルギーに変換するシステム及び方法を包含する。光電子素子、特に以下でＯＰＶモジュールと呼ばれる有機光起電力モジュール（ＰＶモジュール）及び有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、電気エネルギーを生成するか又は電気エネルギーを発光に変換するが、電気エネルギーは、手順の更なる過程において適用するために、モジュール外へルーティングされるか又はモジュール内でルーティングされなければならない。これは、いわゆる母線を必要とし、母線は、可撓性ＯＰＶモジュールの要件を満たさなければならない。母線は、変換されたエネルギーが集中して電流の形で転送される、光電子コンポーネントにおけるポイントを構成する。母線は、半導体産業において広く用いられている。先行技術として、太陽光発電の分野では、長方形又は正方形の光起電力モジュールにおける前側又は後側に適用される母線が知られている。母線の断面寸法は、伝導される電流の強度に依存する。母線は、とりわけスクリーン印刷法によって適用される。これに関連して、特許文献１は、選択的ペースト塗布のスクリーン印刷による太陽電池金属化を行うための方法であって、母線の層厚が可変であり、且つ銀ペーストの塗布量が最小化され、その結果、製造コストが低下される方法を説明する。母線の影付けは、不利であることが分かっている。これは、光起電力モジュールの前側におけるペースト印刷中に発生する。ペーストから印刷された母線は、日光にさらすと光起電力モジュールに影を落とす明確な高さ及び幅を有し、従って不利なことにモジュールの効率を低減した。

異なる手順が、特許文献２から明白である。ここでは母線は、金属細片の形で光起電力モジュールに適用される。従って影付けは、最小化されるが、しかしその解決法は、透明ＰＶモジュールにとっては満足できるものではないことが分かる。母線の下部領域は、吸収材料でコーティングされず、その結果、母線がＰＶモジュールの後側から見えるままなので、均一な色印象が生じない。更に、前記金属細片は、不相応な費用で非直線的な幾何学的形状に適用することができるだけである。

他の解決アプローチは、ＰＶモジュールの後側に母線を適用することを追求する。特許文献３は、ソーラーフィルム、即ち、それによって気泡の発生を防止するソーラーフィルム用のこのプロセスを説明する。ＰＶモジュールの後側における母線の適用は、ＰＶモジュールの前側全体が、エネルギー発生用に利用可能であるので、効率を更に向上させる。この方法もまた、可撓性透明ＰＶモジュールを製造するために満足できるものではないことが分かる。上記で説明した解決法におけるように、均一な色印象及び母線ルーティングの形状自由度の問題が残る。

更に、可撓性ＰＶモジュールは、厳格な要件を満たさなければならない。この場合、母線のクロス接続は、陰極及び陽極を接続点にルーティングするために、モジュール幅にわたって製造可能であるべきである。更に、母線は、ＰＶモジュールの可撓性を有しなければならない。特許文献４は、可撓性母線を有する可撓性ＰＶモジュールであって、その場合、半透明太陽電池が含まれ、母線が目に見える可撓性ＰＶモジュールを説明する。

独国特許出願公開第１０２０１００５４３２７Ａ１号明細書 欧州特許出願公開第１２４９７Ａ１号明細書 中国特許１０１７０７２２７Ｂ号明細書 米国特許第７７９５０６７Ｂ１号明細書

本発明の目的は、上記の欠点を克服する母線を適用するための方法を特定することである。この目的のために、母線が、ＰＶモジュールの幅全体にわたって製造可能であり、ＰＶモジュールの曲線的な境界形状を含む任意の形状に適応し、且つＰＶモジュールの均一な色印象を保証するための方法が提供されるべきである。

本発明は、母線を光電子コンポーネントに適用するための方法であって、少なくとも１つの母線が、光活性層の堆積の前に印刷法によって既に適用されており、従って、モジュールの後側で均一な色印象を生じる方法を提示する。それは、第１に、基板及び導電層からなる基材の提供を必要とする。所望の光スペクトルを透過する透明フィルム、ガラス又は他の材料（透明、半透明、不透明）が、基板として考えられる。ＩＴＯ、ＺｎＯ：Ａl、ＳｎＯ₂：Ｆ及び、ＤＭＤ、ナノワイヤ、Ａｇ又はグラフェンなどのより最近開発されたものを含むＴＣＯ（透明導電性酸化物）が、導電層として考えられる。第１に、母線は、印刷法によって適用される。更なるステップは、互いに絶縁された個別領域を形成するために、導電層を構造化することを含み、構造化は、レーザ切断、スクライビング、又はリソグラフィプロセスを含む。

続くステップは、少なくとも１つの母線からなる構造化された導電層上に少なくとも１つの活性層、例えば吸収層を堆積することを含む。このプロセスは、有利には真空において蒸着によって行われる。

活性層の堆積後に、活性層は、既に言及した方法によって構造化されることになる。最後のステップは、例えばＡｌ（アルミニウム）又はＡｇ（銀）を含む対向電極を適用し構造化することを含む。

本発明の更なる実施形態において、母線は、導電性透明層の堆積の前に、直接基材上に適用される。この場合に、導電層のレイアウトは、母線の印刷に依存する。

本発明の更なる実施形態において、少なくとも１つの母線を適用するための印刷プロセスは、スクリーン印刷、インクジェット印刷、及び／又は印刷に基づいた何らか他の方法を含む。スクリーン印刷技術に関する科学文献（Ｈｕｅｂｎｅｒ，Ｅｒａｔｈ，Ｍｅｔｔｅ，Ｈｏｒｉｚｏｎｔｅ ２９，Ｎｅｕｅ Ｓｉｅｂｄｒｕｃｋｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ ｅｒｈｏｅｈｔ ｄｅｎ Ｗｉｒｋｕｎｇｓｇｒａｄ ｖｏｎ Ｓｏｌａｒｚｅｌｌｅｎ ［新しいスクリーン印刷技術は太陽電池の効率を向上させる］，Ｒｅｕｔｌｉｎｇｅｎ ２００６，６頁）によれば、従来のスクリーン印刷技術は、高粘度で溶剤ベースの印刷ペーストによって実施される。プリンタは、基板の構造に従って配向される。第１の印刷法において、配向は、基板の隅で行われるのが好ましい。更なる印刷法は、好ましくは、既に印刷された構造の方へ配向されることになる。

インクジェット法は、市販のプリンタの方法に従うが、しかしながらそれは、インクとして液体状態の導電性媒体を太陽電池に適用する。母線用の印刷法に関して、インクは、液体Ａｌ、Ａｇ、又は転写媒体として働く何らかの他の基板を含み、母線の形でＰＶモジュールに適用される。更に、スタンプ印刷、エンボス印刷、歪み印刷、ピグメントグラフィー又は電子印刷法などの他の方法が考えられる。

本発明の一実施形態において、母線は、基板上の導電層の構造化後に適用される。

本発明の更なる実施形態において、母線は、直線、矩形、曲線を含む自由な形状として実現することができる。更に、長手方向コネクタ及びクロスコネクタとしての少なくとも１つの母線の同時適用又は分離適用が可能である。自由な形状の形成に関して有利なことは、ＰＶモジュールの環境に対する高い可変性及び適応性である。例として、自動車窓ガラスへの統合は、自動車窓ガラスに適応するＰＶモジュールを必要とする。従って、それらは、曲線及び非直線形状を有する。異なるように成形された物体の中及び／又はその上におけるＰＶモジュールの使用を可能にするのは、印刷された母線の高い形状可変性だけである。

本発明の特定の一実施形態において、母線は、非直線に且つ／又は互いに非平行に配置される。

本発明の更なる実施形態において、クロス接続を含む実施形態における少なくとも１つの母線が、モジュール幅にわたって製造可能であり、且つモジュールの陰極及び陽極を含む２つの極を接続点にルーティングする。ＰＶモジュール、特に可撓性ＰＶモジュール、特に可撓性有機ＰＶモジュールは、それらの寸法について可変であり、その結果、長さ及び幅が小さな且つまた最大何メートルもの大きなモジュールが製造可能である。これらの印刷法によって提供される利点は、それが、ＰＶモジュールの寸法及び形状に適応するという意味で可変であるということである。更なる利点は、金属細片形状の母線の場合に行われるような別個の分離プロセスが実施されず、従って、製造において経費節約をもたらすということである。

本発明の更なる実施形態において、光電子コンポーネントは、可撓性有機ＰＶモジュール又は有機発光ダイオードである。

活性層を備えた可撓性有機ＰＶモジュールが構成される。この場合、活性層は、重合体（例えば、米国特許第７８２５３２６Ｂ２号明細書）又は小分子（例えば、欧州特許出願公開第２３８５５５６Ａ１号明細書）から構成することができる。重合体は、それらが蒸発され得ず、従って溶液からのみ適用され得るという事実によって区別されるが、小分子は、通常、蒸発させることができ、重合体のように溶液としても、しかしまた様々な蒸発技術によっても適用することができる。無機の基部（シリコン、ガリウムヒ素などの半導体）上の従来のコンポーネントに勝る利点は、部分的に極めて高い光吸収係数（最大２×１０⁵ｃｍ^-1）である。また有利なのは、プラスチックフィルム上の大きな面積の可撓性コンポーネントを製造できる可能性であり、それは、変形のための事実上無制限な可能性を提供する。更なる技術的側面は、ガラス要素に統合できる透明コンポーネントの製造であって、統合された母線による均一な色印象が、従来の太陽モジュールと比較して特に有利な効果を有する製造である。

有機発光ダイオード（有機発光デバイスＯＬＥＤ）は、少なくとも１つの有機半導体層、即ち、２つの電極間に埋め込まれ、且つ電流フローがある場合に発光する（エレクトロルミネッセンス）少なくとも１つの有機半導体層からなる。活性層は、有機ＰＶモジュールの場合におけるように、重合体（英国特許出願第２４８７３４２Ａ号明細書）又は小分子（欧州特許出願公開第２３９５５７１Ａ１号明細書）から構成される。非常に平坦な構成、高い可撓性、プラスチックフィルム上における製造の可能性、及び低いエネルギー要求が、種々様々な適用領域（例えば携帯電話、テレビ、ラジオ等のためのディスプレイ）においてＯＬＥＤを使用できるようにする。前述の特性及び適用領域故に、印刷された母線は、製造及び使用領域において有利な効果を有する。何故なら、湾曲、丸みを含む自由な形状の物体又はカットアウトを有する物体における均一な色印象及び統合が可能であるからである。

本発明は、幾つかの例示的な実施形態及び図に基づいて、以下で徹底的に説明される。この場合に、例示的な実施形態は、本発明を限定することなしに本発明を説明するように意図されている。

有機太陽電池の概略構成を平面図で示し、母線が、前記太陽電池の側部のそれぞれに通っている。 有機太陽電池の概略構成を断面図で示す。

例示的な一実施形態において、均一な色印象及び自由な形状の構成に言及する。図１は、母線の無定形の構成を示す。母線は、適用領域に依存し、ＰＶモジュールの形状に従うことができる。この場合には、傾斜し角度のある母線１が見える。これらの母線は、導電層３のレイアウトに従い、導電層３は、レーザ切断、スクライビング、又はリソグラフィプロセスによって構造化された。

図２は、断面４における有機ＰＶモジュールの構成であって、均一な色印象が、モジュールの後側で生成される構成を示す。基板フィルム６が、基材として機能する。前側電極７は、母線を適用する前又は後に構造化することができる。母線１は、印刷法によって前側電極７に適用される。更なるプロセスは、活性層３、例えば一般的な吸収層の真空中における蒸着によって区別される。これには、対向電極５の適用が続き、次に対向電極５が構造化２され、前側電極７の構造化に対して配向される。

Claims (6)

1. 少なくとも１つの母線を光電子コンポーネントにインプリントするための方法において、前記母線が、前記光電子コンポーネントの形状に従い、且つ前記コンポーネントの後側における均一な色印象を可能にし、前記方法が、
   ａ） 少なくとも１つの基板（６）を含む基材を提供するステップと、
   ｂ） すぐ後に少なくとも１つの母線（１）を導電層上に印刷するステップと、
   ｃ） 互いに絶縁された個別の領域を形成するために、前記導電層（７）を構造化するステップと、
   ｄ） 少なくとも１つの母線からなる前記構造化された導電層上に少なくとも１つの活性層（３）を堆積するステップと、
   ｅ） 前記活性層を構造化するステップと、
   ｆ） 対向電極（５）を適用し構造化する（２）ステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記基板が、前記母線（１）が適用される導電性透明層（７）を更に有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも１つの母線（１）を適用するための前記印刷プロセスが、スクリーン印刷、インクジェット印刷、及び／又は印刷に基づいた何らかの他の方法を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記母線（１）が、直線、矩形、曲線を含む自由な形状として実現され得、且つ／又は長手方向コネクタ及びクロスコネクタとして少なくとも１つの母線（１）の同時適用を可能にすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 少なくとも１つの母線（１）が、モジュールの幅にわたって製造可能であり、且つ前記モジュールの陰極及び陽極を接続点にルーティングすることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記光電子コンポーネントが、可撓性有機光起電力モジュール又は有機発光ダイオードであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。

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