JP5276766B2 - 包封材を有する有機光起電性コンポーネント - Google Patents

Description

本発明は、新規な包封材を有する有機光起電性コンポーネントに関する。

通常は、有機光起電性コンポーネントは環境の影響を受け易い。これらを損傷から保護する為に、通例として、少なくとも基板と、少なくとも半透明の底部電極と、少なくとも１層の有機光起電性機能層と、頂部電極とを含む構成部品は、完全に被覆されるか、若しくは包封されている。多くの包封方法が知られており、これらには、前記構成部品全体の上に寸法安定性を有するキャッピング材を配置する方法、及び、前記構成部品に薄膜被覆を施し、これらを前記基板に密封接合する方法などがある。

このような包封材に使用される材料の基本的な要件は、機械的な安定性、及び、水分及び／又は空気に対する遮蔽性又は密閉性であり、そのような材料は、通常は合成材料又はガラスである。残念ながら、前記包封材の為の材料に関しては、この問題に対する理想的な解答は未だに出ていない。それは、高度な密閉性を有する材料は通常機械的な安定性に欠け、逆も同様であるためである。密閉性について特に重要な因子が二つある。一つは、前記包封材から前記基板への移行部分であるが、この問題は多種多様な接着による接合及びねじ接合技術により大部分は解決されてきている。もう１つは、包封材における接点が通る場所である。特に、２枚のガラス板の接着接合は、ガス／水の浸透をもたらす接着接合箇所を常に生じる。

本発明の目的は、機械的な安定性と密閉性とを合わせ持ち、それにもかかわらず、簡潔且つ大量生産化可能な方法にて生産され得る、包封材を有する有機光起電性コンポーネントを使用可能とすることにある。

この目的は、独立請求項及び付随する従属請求項の主題を以下の説明と組合わせることにより、及び、添付図面の主題によって、達成される。
本発明は有機起電性コンポーネントに関する。前記有機起電性コンポーネントは、包封材、基板、少なくとも半透明である底部電極、少なくとも１層の有機光起電活性機能層、頂部電極、及び、対応する電気接点を備え、前記包封材は金属複合材料よりなる少なくとも１層を有する。本発明は更に、包封材、基板、底部電極、少なくとも１層の機能層、頂部電極、及び、対応する電気接点とを備える有機起電性コンポーネントの製造方法にも関する。前記方法は、少なくとも、
基板に少なくとも半透明の底部電極を配設する工程と、
前記底部電極に、少なくとも１層の有機光起電活性機能層を配設する工程と、
頂部電極を配設する工程と、
金属複合材料によって前記構成部品の全部を包封し、その包封材を前記有機起電性コンポーネントの前記基板、及び、基底層の少なくともいずれかに接合する工程とを備える。

前記方法の一実施態様においては、前記包封材は前記基板に対して溶接、接着接合、及び／又は、半田付けされる。この場合、前記包封材は、例えば前記基板に対する金属薄膜の低コストの溶接によって封止される。前記包封材の合成材料層も、前記基板へ接合され得る。

前記両電極は、溶接によって、又は、低温半田の使用によって、前記包封材を介して接触することにより、電圧及び／又は電流供給源と接触して配置され得る。この実施態様によると、前記薄膜の小域は、接点を形成する為に使用される露出した金属領域を有し、これにより接触抵抗を低くできるであろう。

本発明の有利な実施態様において、前記コンポーネントの少なくとも１つの貫通接続が前記金属複合材料の金属部分を介して作製される。前記包封材の金属の良好な遮蔽特性、高度な機械的安定性、及び、導電性は、この様に極めて有利に使用される。

前記金属複合材料は、一定の形態の金属を有する合成材料又はガラスである。前記金属複合材料は、金属繊維、金属小片及び／又は他の金属粒子を充填したポリマーであってもよいが、例えば超薄膜の形態の金属と、合成材料又はガラスとを交互に有する層構造であってもよい。前記金属はまた、合成材料又はガラス中に、若しくは、可融合金の形態、即ち、低温溶融金属合金の形態にて、層、又は、積層として存在し得る。

前記頂部電極と前記底部電極との双方の貫通接続が前記包封材を介して存在する場合には、電気的な絶縁部分が前記金属複合物の内部に存在し、２つの導体を互いに電気的に分離された状態に保つように包封材を形成しなければならない。

ここで、導体なる用語は、必要性のある限り広く解釈されるべきであり、連続体の、即ち、切れ目のない、又は、固体の金属性の導体に限定されるべきではない。それは、例えば、金属粒子を充填された合成材料も、導体として挙動し得るためである。

本発明による前記金属複合材料は、剛体の、又は、可撓性の包封材を含むコンポーネントを作成する為に使用され得る。更に、前記可撓性包封材も、ある状況下においては封止材とみなされる。

この目的は、独立請求項及び付随する従属請求項の主題を以下の説明と組合わせることにより、及び、添付図面の主題によって、達成される。
前記包封材は好ましくは、薄膜、及び、超薄膜の範囲にあり、即ち、例えば、２００μｍ、好ましくは７５μｍ、及び特に好ましくは３０μｍの厚さを有する。

一実施態様において、包封材は、薄膜複合体の中で合成物層と金属層とが交互に重なっており、可撓性包封材を形成するような層構成により製造される。これにより、前記貫通接続の２層の金属層は電気的に絶縁された合成材料の層によって効果的に互いに分離されて短絡を防止している為、特に貫通接続を前記包封材に組み込むことを可能にする。前記貫通接続の前記金属層は、前記包封材の密閉性と機械的安定性とに同時に寄与することができる。

例えば、基板、金属薄膜、可撓性薄膜としても用いられ得る類の可撓性薄膜の層は、互いに他の上に配設され得る。この薄膜複合体は酸素及び水蒸気に対する高い遮蔽特性を有しており、前記両接点は前記包封材を介し前記包封している薄膜複合体の前記金属層に導かれ得る。

この実施態様によれば、例えば前記薄膜の小域は、接点を形成する為の露出した金属領域を有し、これにより接触抵抗が低下する。
前記包封材は、前記基板にではなく、例えば、前記底部電極及び／又は前記頂部電極に直接的に接続され得る。この場合には、前記包封材は、前記少なくとも半透明な電極との接触により上記の構成部品と接続し、且つ／又は、前記半透明電極から絶縁されている層
を介して前記頂部電極に接続されている。

本発明は、本発明の実施態様を図示した図面を参照しつつ、以下に更に詳細に説明される。
底部にあるのは基板１であり、可撓性薄膜、若しくは、例えばガラス又は石英などの剛体の支持体であってよい。基板１の上には底部電極２が配設されている。底部電極２は透明である為、放射線は、前記活性機能層に到るまで底部電極２を透過することができる。一実施態様によれば、少なくとも１つの電極はナノ構造物である。

底部電極２の上には、少なくとも１層の光起電活性有機機能層３が配設されている。光起電活性有機機能層３は、該コンポーネントに応じて、広範な材料から形成され得る。上方の封止は頂部電極４により形成される。これらの構成部品は、例えば、いわゆるトップコート、即ち、保護用薄膜によって更に包埋されてもよい。この保護用薄膜によってはじめて非超清浄室条件に対して構成部品が保護され、前記包封材が通常の製造条件及び／又は生産条件のもとで配設されることを可能にする。

金属複合材料を含む包封材５は、前記構成部品全体の周囲にわたって、基板１に密着されている。前記包封材は、前記コンポーネントの２つの接点をその金属部分を介して外方に引き出している。包封材５は合成材料部６を備え、合成材料部６は、特に２つの反対極から来る電流を通す２つの金属部７が重なる局部８にも存在する。金属部７は、両電極の接点を前記包封材を介して外方に案内している。

一実施態様において、前記包封用薄膜と前記構成部品との間にはゲッタ材料が挿入、即ち、挟持される。ゲッタ材料は、水分子及び酸素原子が前記構成部品内に進入してくる場合に、水分子及び酸素原子と極めて強く反応して、水分子及び酸素原子と結合し、且つ／又は、水分子及び酸素原子を化学的に中和する。ゲッタ材料の例としては、水に対してはゼオライト及び酸化カルシウムがあり、酸素に対しては酸化鉄がある。

一実施態様において、ゲッタ材料は前記包封材薄膜に直接混入される。
前記トップコートは、有機物（パリレン）、無機物（二酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素（ＳｉＮ_ｘ）など）から形成されてもよいし、これに代わって、有機物／無機物の複合構造を有する薄膜複合体から形成されてもよい。

本発明は、金属部分を有する安価な薄膜複合体を用いた有機太陽電池のパッケージングを初めて開示する。前記パッケージングは、特に下記事項に関連する高度な要求を満たしている。

・酸素及び水蒸気に対する高い遮蔽特性。
・包封材は、前記基板又は前記底部電極に溶接／半田付けされ得るので、接着接合箇所を有しないか、又は、最小限のみの接着接合箇所を有する。

・接着接合、半田付け、及び／又は溶接による接続を含む一体化された貫通型の電気的接続。

本発明の一実施態様に基づく有機光起電性コンポーネントの概略断面図。

符号の説明

１・・・基板、２・・・底部電極、３・・・光起電性有機機能層、４・・・頂部電極、５・・・包封材、６・・・合成材料部、７・・・金属部

Claims (14)

1. 包封材、基板、少なくとも半透明である底部電極、少なくとも１層の機能層、頂部電極、及び、前記両電極にそれぞれ対応する接点を備える有機光起電性コンポーネントであって、前記包封材は金属複合材料からなる少なくとも１層を有し、前記両電極の少なくとも１つからの前記接点は、前記包封材を通過して電圧及び電流の少なくともいずれかの供給源に接続され、前記包装材は前記底部電極と前記頂部電極とから来る電流を通す２つの前記金属複合材料からなる層が重なる局部を有することを特徴とするコンポーネント。
2. 前記包封材は、前記コンポーネントの前記基板及び底部層の少なくともいずれかに対して、溶接、接着接合、及び半田付けの少なくともいずれかによって接合されていることを特徴とする、請求項１に記載のコンポーネント。
3. 前記包封材と、前記包封材と前記コンポーネント部品との接合部との少なくともいずれかは低温半田を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のコンポーネント。
4. 前記包封材の小域が接点を形成する為の露出した金属領域を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコンポーネント。
5. 前記金属複合材料は、金属繊維、金属チップ及び他の金属粒子の少なくともいずれかの形態にある金属を含有することと、前記金属複合材料は、金属と、合成材料又はガラスとが交互に層をなす層構造を備えることとの少なくともいずれかを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコンポーネント。
6. 前記包封材は薄膜から超薄膜の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のコンポーネント。
7. 前記コンポーネントは保護層、及び、ゲッタ材料の少なくともいずれかを更に有することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のコンポーネント。
8. 前記金属複合材料は、金属の層と合成材料又はガラスの層とを交互に有する層構造であ
   る、請求項１〜７のいずれか一項に記載のコンポーネント。
9. 前記金属の層の小域は、接点を形成する為の露出した金属領域を有する、請求項８に記載のコンポーネント。
10. 包封材、基板、底部電極、少なくとも１層の機能層、頂部電極、及び、前記両電極にそれぞれ対応する接点を備える有機光起電性コンポーネントを製造する方法であって、
    基板上に底部電極を配設する工程と、
    前記底部電極に対して少なくとも１層の光起電活性有機機能層を配設する工程と、
    頂部電極を配設する工程と、
    金属複合材料を有する包封材を用いて前記部品の全部を包封し、その包封材を、前記コンポーネントの基板、及び、基底層の少なくともいずれかに接合する工程とを少なくとも備え、
    前記電極の少なくとも１つからの前記接点は、前記包封材を通過して電圧及び電流の少なくともいずれかの供給源に接続され、前記包装材は前記底部電極と前記頂部電極とから来る電流を通す２つの前記金属複合材料からなる層が重なる局部を有することを特徴とする方法。
11. 前記包封材と、前記基板及び基底層の少なくともいずれかとの接合は、溶接、接着接合、及び、半田付けの少なくともいずれかであることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 前記金属複合材料は、金属の層と、合成材料又はガラスの層とを交互に有する層構造である、請求項１０又は１１に記載の方法。
13. 前記金属の層の小域は、接点を形成する為の露出した金属領域を有する、請求項１２に記載の方法。
14. 前記電極の少なくとも１つからの前記接点は、前記金属の層を経由して電圧及び電流の少なくともいずれかの供給源に接続される、請求項１２に記載の方法。

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