TW201327957A - 有機太陽能電池模組及其製作與修復方法 - Google Patents
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Abstract
一種有機太陽能電池模組，包括：複數個元件，各元件間係分隔一間隙，其中各元件包括一下電極、一第一載子傳輸層、一主動層、一第二載子傳輸層和一上電極；一絕緣層，覆蓋並填入各元件之間隙中，其中絕緣層包括第一開口暴露下電極和第二開口暴露上電極；一金屬導線層，填入第一開口和第二開口，以串聯或並聯上述元件。
Description
本揭示係有關於一種太陽能電池模組，特別是有關於一種有機太陽能電池模組及其製作與修復方法。
有機太陽能電池(organic photovoltaics簡稱OPV)越來越受到注目，因為有機太陽能電池具有製程簡單、重量輕、價格便宜以及具有可撓曲與捲對捲(roll to roll)機台製程相容，相較其他太陽能電池較容易大面積化的優點。目前增加有機太陽能電池效率可朝向元件之間串聯、並聯來達成。
第1A圖~第1E圖顯示傳統串聯有機太陽能電池模組之製程剖面圖。請參照第1A圖，提供一基板102，於基板102上形成複數個下電極104，請參照第1B圖，形成一電子傳輸層106於各下電極104上，請參照第1C圖，形成一主動層108於各電子傳輸層106上，請參照第1D圖，形成一電洞傳輸層110於各主動層108上，請參照第1E圖，形成一上電極112於各電洞傳輸層110上，電性連接相鄰的有機太陽能電池之下電極104，以串聯各有機太陽能電池。然而，此傳統串聯之有機太陽能電池模組之非主動連接區(第1E圖之區域A)過大，會影響模組整體覆蓋率，進而影響有機太陽能電池模組整體輸出能量及效率。此外，此傳統有機太陽能電池之電極設計彈性較低，當其中一個電池損壞時，會對整體有機太陽能電池模組之電壓或電流造成影響。
根據上述，本揭示提供一種有機太陽能電池模組，包括：複數個元件，各元件間係分隔一間隙，其中各元件包括一下電極、一第一載子傳輸層、一主動層、一第二載子傳輸層和一上電極；一絕緣層，於元件上並填入間隙中，其中絕緣層包括一第一開口暴露下電極和一第二開口暴露上電極；一金屬導線層或金屬導線，填入第一開口和第二開口，以串聯或並聯上述元件。
本揭示提供一種有機太陽能電池模組之製作方法，包括：提供一基板；形成複數個下電極於基板上；形成一第一載子傳輸層於上述下電極和基板上；形成一主動層於第一載子傳輸層上；形成一第二載子傳輸層於主動層上；形成一上電極層於第二載子傳輸層上，並圖案化該上電極層成複數個上電極；對第一載子傳輸層、主動層和第二載子傳輸層進行圖案化製程，形成複數個元件，其中上述元件係分隔一間隙；形成一絕緣層於元件上並填入間隙中，其中絕緣層包括一第一開口暴露上述下電極和一第二開口暴露上述上電極；及形成一金屬導線層或金屬導線，填入第一開口和第二開口，以串聯或並聯上述元件。
本揭示提供一種修復有機太陽能電池模組之方法，包括：提供一有機太陽能電池模組，包括：一複數個元件，各元件間係分隔一間隙，其中各元件包括一下電極、一第一載子傳輸層、一主動層、一第二載子傳輸層和一上電極；一絕緣層於上述元件上並填入間隙中，其中絕緣層包括一第一開口暴露下電極和一第二開口暴露上電極；及一金屬導線層或金屬導線，填入第一開口和第二開口，以串聯或並聯上述元件，當上述元件之一元件故障，使用雷射燒斷故障元件之第一開口或第二開口中的金屬導線層，以於有機太陽能電池模組可繞過(bypass)故障元件，修復有機太陽能電池模組。
為讓本發明之特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
以下詳細討論實施本發明之實施例。可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可以較廣的變化實施。所討論之特定實施例僅用來揭示使用實施例的特定方法，而不用來限定揭示的範疇。
以下內文中之「一實施例」是指與本發明至少一實施例相關之特定圖樣、結構或特徵。因此，以下「在一實施例中」的敘述並不是指同一實施例。另外，在一或多個實施例中的特定圖樣、結構或特徵可以適當的方式結合。值得注意的是，本說明書的圖式並未按照比例繪示，其僅用來揭示本發明。
本揭示提出的有機太陽能電池模組的結構，目的除了提高有效覆蓋率，透過上電極的設計，更可以讓元件與元件之間串、並聯變得容易。以往模組中有問題的元件，往往會影響到整個模組的效率，透過背電極設計能夠較容易的修整或是刪除故障的元件。此方法除了對於提高大面積有機太陽能電池模組覆蓋率，更可提升太陽能電池模組的良率。
第2A圖揭示一實施例太陽光電模組之平面圖。第2B圖揭示沿第2A圖I-I’剖面線之剖面圖。以下根據第2A圖~第10C圖描述本實施例之太陽光電模組之製造方法。首先，請參照第2A圖和第2B圖，提供一基板202，基板202可以為玻璃或塑膠基板。接著，形成複數個下電極204於基板202上。在本揭式一實施例中，形成下電極204之方法包括：形成一透明導電層(例如銦錫氧化物ITO或銦鋅氧化物IZO)，後續進行蝕刻製程，將透明導電層圖案化，以形成上述下電極204。請參照第3A圖和第3B圖，形成一第一載子傳輸層206於下電極204上。在本揭示一實施例中，第一載子傳輸層206係為電子傳輸層，例如Ca、Li、Cs2CO3、TiO2、LiF或ZnO。在本揭示另一實施例中，第一載子傳輸層206係為電洞傳輸層，例如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸鈉(PEDOT：PSS)、V2O5、MoO3或WO3。在本揭示一實施例中，形成第一載子傳輸層206之方法可採用旋轉塗佈、間斷塗佈(slot die coating)、凹面塗佈(gravure coating)或噴墨印刷(ink jet printing)。請參照第4A圖和第4B圖，形成一主動層208於第一載子傳輸層206上，在本揭示一實施例中，主動層208為一有機總體異質接面光電轉化層，其係含有一有機共軛高分子施體材料及一受體材料的化合物或混合物，其中施體材料與受體材料之間具有共價鍵或僅互相接觸，主動層可產生單重態或是三重態的激發態。在太陽能電池為單層有機太陽能電池之實施例中，主動層208係由單純有機共軛分子或有機施體、受體之共聚合物分子構成。在本揭示一實施例中，形成主動層208之方法可採用旋轉塗佈、間斷塗佈(slot die coating)、凹面塗佈(gravure coating)或噴墨印刷(ink jet printing)。請參照第5A圖和第5B圖，形成一第二載子傳輸層210於下電極204上。在本揭示一實施例中，第二載子傳輸層210係為電洞傳輸層，例如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸鈉(PEDOT：PSS)、V2O5、MoO3或WO3，在本揭示另一實施例中，第二載子傳輸層210係為電子傳輸層，例如Ca、Li、Cs2CO3、TiO2、LiF或ZnO。在本揭示一實施例中，形成第二載子傳輸層210之方法可採用旋轉塗佈、間斷塗佈(slot die coating)、凹面塗佈(gravure coating)或噴墨印刷(ink jet printing)。後續，參照第6A圖和第6B圖，形成複數個上電極212於第二載子傳輸層210上。在本揭示一實施例中，形成上電極212之方法包括：形成一上電極層(例如包括銀、鋁、金、或透明導電電極)，後續進行蝕刻、雷射或機械切割製程，將上電極層圖案化，以形成上述上電極212。接著，請參照第7A圖和第7B圖，進行圖案化製程，將元件與元件分隔。在本揭示一實施例中，可以上電極212或光阻作為罩幕，進行一蝕刻製程將元件與元件分隔。在本揭示另一實施例中，可以雷射或機械切割之方式，將元件與元件分隔。接著，請參照第8A圖和第8B圖，形成一絕緣層214於上電極212上，並填入元件與元件間之間隙，在本揭示一實施例中，絕緣層214包括氧化矽、氮化矽、其它高分子絕緣材料：乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone，簡稱PVP)、聚氯乙烯(PolyVinyl Chloride，簡稱PVC)...等。後續，對絕緣層214進行例如蝕刻之圖案化製程，形成暴露下電極204之第一開口216和暴露上電極212之第二開口218。請參照第9A圖和第9B圖，形成金屬導線層或金屬導線220於絕緣層214上，並填入上述第一開口216和第二開口218，且如第9A圖和第9B圖所示，金屬導線層220經由第一開口216和第二開口218串聯相鄰的太陽能電池。此外，如第10A圖、第10B圖和第10C圖所示(第10B圖顯示第10A圖I-I’剖面線之剖面圖，第10C圖顯示第10A圖II-II’剖面線之剖面圖)，本揭示可設計第一金屬導線222經由第二開口218並聯同一列的太陽能電池224、226、228之上電極212，或第二金屬導線223經由第一開口216並聯同一列的太陽能電池224、226、228之下電極204。後續，可進一步形成例如高分子材料之保護層(未繪示)於第一、第二金屬導線層222、223和絕緣層214上，以保護元件，阻隔水氣和氧氣。
本揭示上述提出之有機太陽能電池模組具有以下優點：第一，請參照第9B圖，本揭示有機太陽能電池模組可提供較小面積的非主動區B，相對大面積的主動區C，因此可提高有機太陽能電池模組之有效覆蓋率(在本揭示一實施例中，有機太陽能電池模組之主動區面積占整體有機太陽能電池面積的85%)。第二，透過電極的設計，可以讓元件與元件之間串、並聯變得容易。第三，以往模組中有問題的元件，往往會影響到整個模組的效率，透過電極設計能夠較容易的修整或是刪除故障的元件，例如請參照第10B圖，若同一列中之第一太陽能電池224、第二太陽能電池226和第三太陽能電池228中的第二太陽能電池226發生故障，本揭示可使用雷射燒斷第二開口218中的金屬導線層，以於有機太陽能電池模組可繞過(bypass)故障的第二太陽能電池226，進行修復太陽能電池模組。
雖然本揭示之較佳實施例說明如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
102．．．基板
104．．．下電極
106．．．電子傳輸層
108．．．主動層
110．．．電洞傳輸層
112．．．上電極
202．．．基板
204．．．下電極
206．．．第一載子傳輸層
208．．．主動層
210．．．第二載子傳輸層
212．．．上電極
214．．．絕緣層
216．．．第一開口
218．．．第二開口
220．．．金屬導線層
222．．．第一金屬導線層
223．．．第二金屬導線
224．．．太陽能電池
226．．．太陽能電池
228．．．太陽能電池
A．．．非主動區
B．．．非主動區
C．．．主動區
第1A圖~第1E圖顯示傳統串聯有機太陽能電池模組之製程剖面圖。
第2A圖揭示一實施例太陽光電模組製作中間步驟之平面圖。
第2B圖揭示沿第2A圖I-I’剖面線之剖面圖。
第3A圖揭示一實施例太陽光電模組製作中間步驟之平面圖。
第3B圖揭示沿第3A圖I-I’剖面線之剖面圖。
第4A圖揭示一實施例太陽光電模組製作中間步驟之平面圖。
第4B圖揭示沿第4A圖I-I’剖面線之剖面圖。
第5A圖揭示一實施例太陽光電模組製作中間步驟之平面圖。
第5B圖揭示沿第5A圖I-I’剖面線之剖面圖。
第6A圖揭示一實施例太陽光電模組製作中間步驟之平面圖。
第6B圖揭示沿第6A圖I-I’剖面線之剖面圖。
第7A圖揭示一實施例太陽光電模組製作中間步驟之平面圖。
第7B圖揭示沿第7A圖I-I’剖面線之剖面圖。
第8A圖揭示一實施例太陽光電模組製作中間步驟之平面圖。
第8B圖揭示沿第8A圖I-I’剖面線之剖面圖。
第9A圖揭示一實施例太陽光電模組製作中間步驟之平面圖。
第9B圖揭示沿第9A圖I-I’剖面線之剖面圖。
第10A圖揭示一實施例太陽光電模組製作中間步驟之平面圖。
第10B圖揭示沿第10A圖I-I’剖面線之剖面圖。
第10C圖揭示沿第10A圖II-II’剖面線之剖面圖。
202．．．基板
204．．．下電極
206．．．第一載子傳輸層
208．．．主動層
210．．．第二載子傳輸層
212．．．上電極
214．．．絕緣層
216．．．第一開口
218．．．第二開口
220．．．金屬導線層
B．．．非主動區
C．．．主動區
Claims (13)
- 一種有機太陽能電池模組，包括：複數個元件，各該些元件間係分隔一間隙，其中各該些元件包括一下電極、一第一載子傳輸層、一主動層、一第二載子傳輸層和一上電極；一絕緣層於該些元件上並填入該間隙中，其中該絕緣層包括一第一開口暴露該下電極和一第二開口暴露該上電極之；及一金屬導線層或金屬導線，填入該第一開口和該第二開口，以串聯或並聯該些元件。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機太陽能電池模組，其中該第一和第二載子傳輸層可分別傳遞電子或電洞，取決該些元件結構而不同。
- 如申請專利範圍第2項所述之有機太陽能電池模組，其中該電子傳輸層包括Ca、Li、Cs2CO3、TiO2、LiF或ZnO。
- 如申請專利範圍第2項所述之有機太陽能電池模組，其中該電洞傳輸層包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸鈉(PEDOT：PSS)、V2O5、MoO3或WO3。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機太陽能電池模組，其中該主動層為含有一有機共軛高分子施體材料及一受體材料的化合物或混合物之有機總體異質接面光電轉化層。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機太陽能電池模組，尚包括一保護層位於該金屬導線層和該絕緣層上。
- 一種有機太陽能電池模組之製作方法，包括：提供一基板；形成複數個下電極於該基板上；形成一第一載子傳輸層於該些下電極和該基板上；形成一主動層於該第一載子傳輸層上；形成一第二載子傳輸層於該主動層上；形成一上電極層於該第二載子傳輸層上，並圖案化該上電極層成複數個上電極；對該第一載子傳輸層、該主動層和該第二載子傳輸層進行圖案化製程，形成複數個元件，其中該些元件係分隔一間隙；形成一絕緣層於該些元件上並填入該間隙中，其中該絕緣層包括一第一開口暴露該些下電極和一第二開口暴露該些上電極；及形成一金屬導線層或金屬導線，填入該第一開口和該第二開口，以串聯或並聯該些元件。
- 如申請專利範圍第7項所述之有機太陽能電池模組之製作方法，其中該第一和第二載子傳輸層可分別傳遞電子與電洞，取決於該些元件結構。
- 如申請專利範圍第8項所述之有機太陽能電池模組之製作方法，其中該電子傳輸層包括Ca、Li、Cs2CO3、TiO2、LiF或ZnO。
- 如申請專利範圍第8項所述之有機太陽能電池模組之製作方法，其中該電洞傳輸層包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸鈉(PEDOT：PSS)、V2O5、MoO3或WO3。
- 如申請專利範圍第7項所述之有機太陽能電池模組之製作方法，其中形成該第一載子傳輸層、該主動層和該第二載子傳輸層之方法包括旋轉塗佈、間斷塗佈(slot die coating)、凹面塗佈(gravure coating)或噴墨印刷(ink jet printing)。
- 如申請專利範圍第7項所述之有機太陽能電池模組之製作方法，其中該圖案化製程包括蝕刻製程、雷射或機械切割。
- 一種修復有機太陽能電池模組之方法，包括：提供一有機太陽能電池模組，包括：複數個元件，各該些元件間係分隔一間隙，其中各該些元件包括一下電極、一第一載子傳輸層、一主動層、一第二載子傳輸層和一上電極；一絕緣層於該些元件上並填入該間隙中，其中該絕緣層包括一第一開口暴露該些下電極和一第二開口暴露該些上電極；及一金屬導線層或金屬導線，填入該第一開口和該第二開口，以串聯或並聯該些元件；當該些元件之一故障，使用雷射燒斷該故障元件之第一開口或第二開口中的金屬導線層，以於該有機太陽能電池模組可繞過(bypass)該故障元件，修復該有機太陽能電池模組。
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