TW201635512A - 太陽電池用電流收集柵的製造方法及薄膜有機太陽電池 - Google Patents

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Abstract

一種太陽電池用電流收集柵的製造方法，包括以下步驟： 步驟a）：在基板（8）上提供連續的層堆疊（1），層堆疊（1）包括上部導電層（2）及下部導電層（3）以及夾置於上部導電層（2）與下部導電層（3）之間的光活性層（4）； 步驟b）：選擇性地移除上部導電層（2）及光活性層（4），以獲得第一接觸孔（10），第一接觸孔（10）延伸貫穿上部導電層（2）及光活性層（4）而暴露出下部導電層（3）； 步驟c）：在上部導電層（2）上印刷前接觸體（4）及在下部導電層（3）上在第一接觸孔（10）中印刷背接觸體（5），並在上部導電層（2）與背接觸體（2）之間形成環繞背接觸體（5）的電絕緣第一間隙。

Description

太陽電池用電流收集柵的製造方法
本發明是有關於一種太陽電池用電流收集柵的製造方法，更具體而言，一種太陽電池用前觸點及背觸點的製造方法。在又一態樣中，本發明是有關於一種薄膜聚合物或有機太陽電池。
Yulia Galagan等人於太陽能材料及太陽電池95（5），1339-1343，（2011）發表的「具有經印刷電流收集柵的無ITO可撓性有機太陽電池（ITO-free flexible organic solar cells with printed current collecting grids）」揭露一種包含銀的經印刷電流收集柵，其中所述電流收集柵埋置於位於由聚二氧乙基噻吩：聚苯乙烯磺酸複合物（Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) -poly(styrenesulfonate)，PEDOT:PSS）製成的導電層下方的障壁層內。
本發明致力於提供一種經改良的太陽電池用電流收集柵的製造方法，其中電流收集柵可在作為製作製程的最後步驟的單個製作步驟中而被製作。所述方法適用於大面積、高良率、基於溶液的捲對捲（roll-to-roll，R2R）生產技術，例如用於製作薄膜有機太陽電池。所述方法的其他優點在於對準要求不太嚴格且可自由地選擇太陽電池幾何機構。
根據本發明，所述電流收集柵的製造方法包括以下步驟： 步驟a）：在基板上提供連續的層堆疊，所述層堆疊包括上部導電層及下部導電層以及夾置於所述上部導電層與所述下部導電層之間的光活性層； 步驟b）：選擇性地移除所述上部導電層及所述光活性層，以獲得第一接觸孔，所述第一接觸孔延伸貫穿所述上部導電層及所述光活性層而暴露出所述下部導電層； 步驟c）：在所述上部導電層上印刷前接觸體及在所述下部導電層上在所述第一接觸孔中印刷背接觸體（back contact body），並在所述上部導電層與所述背接觸體之間形成環繞所述背接觸體的電絕緣第一間隙。
本發明的方法具有在一旦製成層堆疊之後便容許沈積電流收集柵的優點，因此製作層堆疊及電流收集柵是不交疊的、單獨的製作階段。此極大地簡化了太陽電池的總體生產過程，乃因電流收集柵的生產要求不干涉層堆疊的各種處理要求。
所述方法的另一優點在於可自層堆疊的一側執行沈積電流收集柵，藉此簡化了電流收集柵的自動化沈積步驟。此外，可藉由在一旦已沈積電流收集柵之後便即刻為所述電流收集柵提供電性接觸墊而獲得至太陽電池的外部電連接，例如外部佈線。
在實施例中，所述步驟c）方法包括自所述層堆疊的一側印刷所述前接觸及所述背接觸，藉此因所述層堆疊僅一側需要為可觸及的而促進自動化製作製程。
在極大地提高製作速度的另一實施例中，所述步驟c）可包括同時印刷所述前接觸體及所述背接觸體。
根據本發明，存在各種用以容許所述背接觸體相對於所述第一接觸孔未對準或存在對準偏移的實施例。為此，所述步驟b）方法可更包括選擇性地移除所述上部導電層以加寬（例如，局部地加寬）所述上部導電層中的所述第一接觸孔。藉由在例如所述上部導電層中局部地加寬所述第一接觸孔，可接受所述背接觸體的更大的對準偏移，而不存在所述背接觸體與所述上部導電層之間直接接觸的風險。
在實施例中，所述步驟b）方法可更包括選擇性地移除所述下部導電層以使所述第一接觸孔延伸貫穿所述下部導電層，此容許所述背接觸體與所述層堆疊、特別是與所述基板及所述下部導電層具有改良的黏合性。
在又一實施例中，延伸貫穿所述上部導電層及所述光活性層的所述第一接觸孔的主要部分寬於延伸貫穿所述下部導電層的所述第一接觸孔的次要部分。此為其中所述第一接觸孔延伸貫穿所述下部導電層但具有減小的寬度、直徑等以使得所述背接觸體與所述層堆疊的黏合性得到改良且保持所述背接觸體與所述下部導電層之間的導電性的實施例。
可藉由本發明所述的方法解決所述背接觸體的進一步的對準偏移問題，其中所述步驟b）方法可更包括選擇性地移除所述上部導電層及所述光活性層，以獲得相鄰於所述第一接觸孔的第二接觸孔。此替代實施例更針對所述背接觸體存在更大對準偏移的情形而防止所述背接觸體與所述上部導電層之間的直接接觸。
在實施例中，所述步驟b）方法可更包括選擇性地移除所述上部導電層，以獲得環繞所述第二接觸孔的電絕緣第二間隙，其中所述電絕緣第二間隙延伸貫穿所述上部導電層而暴露出所述光活性層。若所述對準偏移為相對大的，則本實施例亦於所述背接觸體與所述上部導電層之間提供又一電絕緣障壁。
自製作視角而言，特別是關於製作速度，所述步驟c）可更包括將所述前接觸體及所述背接觸體形成至相等高度及/或相等寬度，此有利於同時沈積所述前接觸體及所述背接觸體。
在實施例中，所述方法步驟c）可更包括印刷所述背接觸體，使得所述背接觸體延伸於所述上部導電層上方，藉此提高所述背接觸體的可觸及性以用於進一步電連接。
在實施例中，所述選擇性地移除所述上部導電層及所述光活性層的步驟b）可包括選擇性雷射燒蝕，藉此可以相對高的劃刻速度輕易地提供各種形狀。
在另一實施例中，所述步驟c）方法可包括絲網印刷或噴墨印刷所述前接觸體及/或所述背接觸體。絲網印刷及噴墨印刷為適用於捲對捲製作的可輕易地擴展的印刷技術。
在又一實施例中，所述步驟c）方法可包括使用包含銀、碳及碳奈米管中的至少一者的印刷化合物來印刷所述前接觸及所述背接觸。所述印刷化合物亦可包括銅及鋁。
所述上部導電層及所述下部導電層中的每一者可包含導電性聚合物，且其中所述光活性層可包含有機材料及/或鈣鈦礦。
根據本發明，所述基板可包括具有用於促進捲對捲製作的塑膠箔的可撓性基板。
在又一態樣中，本發明是有關於一種具有良好效能及效率的薄膜有機聚合物或有機太陽電池。根據本發明的太陽電池包括安置於可撓性基板上的層堆疊，所述層堆疊包括上部導電層及下部導電層以及夾置於所述上部導電層與所述下部導電層之間的光活性層； 位於所述層堆疊中的第一接觸孔，延伸貫穿所述上部導電層及所述光活性層；以及電流收集柵，包括： 安置於所述上部導電層上的前接觸體及在所述第一接觸孔中安置於所述下部導電層上的背接觸體，其中電絕緣間隙在所述上部導電層與所述接觸孔之間環繞所述第一接觸孔。
在實施例中，所述前接觸體與所述背接觸體具有相等的寬度及/或高度，此提高了電流收集柵及最終太陽電池的效率及效能。
在另一實施例中，所述太陽電池可包括相鄰於所述第一接觸孔的第二接觸孔，其中所述第二接觸孔延伸貫穿所述上部導電層及所述光活性層。此實施例於所述背接觸體與所述上部導電層之間提供又一電絕緣間隙，以防止所述背接觸體與所述上部導電層之間的直接接觸。一般而言，所述薄膜有機太陽電池可包括在所述上部導電層與所述背接觸體之間環繞所述背接觸體的電絕緣第二間隙，其中所述電絕緣間隙無需延伸貫穿所述光活性層。上述實施例的重要態樣是存在所述背接觸體與所述上部導電層之間的非接觸性佈置。
在某些實施例中，所述第一接觸孔可延伸貫穿所述下部導電層，且所述背接觸體可藉由與所述基板進行黏合接合而安置於所述基板上。在該些實施例中，所述背接觸體與所述下部導電層的導電接合得以保持，同時提高了所述背接觸體與所述層堆疊的黏合性。
圖1示出根據本發明的連續層堆疊的實施例。在所示的實施例中，層堆疊1設置於基板8上且包括上部導電層2及下部導電層3，其中光活性層4夾置於上部導電層2與下部導電層3之間。將在高速度、高良率及足夠準確且可靠的生產過程中、較佳地經由捲對捲（R2R）製程自所繪示的安置於基板8上的層堆疊1製作多個太陽電池。在一組實施例中，基板8可為對入射光透明的、半透明的或甚至不透明的。在有利實施例中，基板8可為可撓性箔，例如設置於輥上的聚對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET）箔。上部導電層2及下部導電層3可各自包含導電性聚合物（例如，PEDOT:PSS），且光活性層4可包含有機及/或鈣鈦礦光活性材料。
根據本發明的方法，層堆疊1可首先被製成，然後再對其施用導電柵。此為有利的，乃因製作層堆疊1的各種沈積步驟無需同與沈積電流收集柵的特定部分（例如其一或多個觸點）相關的步驟組合或被所述步驟中斷。因此，本發明的製作製程包括可被單獨最佳化的不同階段。
本發明的方法因此以步驟a）在基板8上提供連續的層堆疊1而開始，其中層堆疊1包括上部導電層2及下部導電層3以及夾置於上部導電層2與下部導電層3之間的光活性層4。在實施例中，層堆疊1是經由常用於薄膜有機及/或鈣鈦礦太陽電池的濕式層結構化製程而獲得。
為自層堆疊1的一側觸及上部導電層2及下部導電層3以收集電流，本發明利用延伸貫穿上部導電層2及光活性層4的接觸孔，其中所述接觸孔暴露出下部導電層3。
圖2示出根據本發明的第一接觸孔的實施例。在所示的實施例中，層堆疊1中的第一接觸孔10容許自層堆疊1的一側觸及下部導電層3。具體而言，第一接觸孔10具有上部導電層2及下部導電層3兩者現在皆可自層堆疊1的一側被觸及的優點，藉此簡化了在製作製程的稍後階段中製作電流收集柵。
本發明的方法因此更包括步驟b）：選擇性地移除上部導電層2及光活性層4以獲得第一接觸孔10，第一接觸孔10延伸貫穿上部導電層2及光活性層4而暴露出下部導電層3。
可以各種方式達成對層堆疊材料的選擇性移除。舉例而言，在有利實施例中，選擇性地移除上部導電層2及光活性層4的方法步驟b）可包括選擇性雷射燒蝕。使用選擇性雷射燒蝕容許達成第一接觸孔10的各種形狀。具體而言，第一接觸孔10可為大致圓形或環形孔，但其亦可被設想為橫穿層堆疊1的通道。選擇性雷射燒蝕的另一優點是可以其提供接觸孔的速度。選擇性雷射劃刻一般是準確的且容許高的劃刻速度，此對於快速捲對捲製程而言是有利的。
圖3繪示製作製程的最終步驟，其中在上部導電層2及下部導電層3上沈積電流收集柵。本發明的方法更包括步驟c）：在上部導電層2上印刷前接觸體4及在下部導電層3上在第一接觸孔10中印刷背接觸體5。執行此印刷步驟以使得在上部導電層2與背接觸體2之間形成環繞背接觸體5的電絕緣第一間隙9。
環繞背接觸體5的電絕緣第一間隙9防止下部導電層3與上部導電層2之間的直接電連接，因此本質上防止於下部導電層3與上部導電層2之間發生短路。
一般而言，用於在上部導電層2上印刷前接觸體4及在下部導電層3上在第一接觸孔10中印刷背接觸體5的方法步驟c）於背接觸體5與上部導電層2之間提供非接觸性佈置。環繞的電絕緣間隙（例如，空氣間隙）是背接觸體5與上部導電層2之間的此種非接觸性佈置的典型實例。
方法步驟c）產生具有寬度w1及高度h1的前接觸體4、以及具有寬度w2及高度h2的背接觸體5。在典型實例中，前接觸體4及背接觸體5具有如所繪示的實質上方形或矩形橫截面。
在諸多實施例中，前接觸4及背接觸5可各自被設想為在上部導電層2及下部導電層3上方延伸的狹窄、矩形狀脊。
根據本發明，前接觸體4及背接觸體5可於層堆疊1上自由地形成且無需以規則圖案沈積，包括例如並行安置的直線前接觸體4及直線背接觸體5。根據本發明，前接觸體4及背接觸體5可被沈積（例如，印刷）為自由形式的輪廓，以向太陽電池提供複雜、高效能且美觀的電流收集柵。
如早前所提及，第一接觸孔10容許關於層堆疊1的單側製作製程以觸及上部導電層2及下部導電層3。方法步驟c）因此可包括自層堆疊1的一側印刷前接觸4及背接觸5，藉此促進高速機械自動化並提高前接觸4及背接觸5相對於層堆疊1的對準準確度。
在實際實施例中，為提高製作速度並進一步改良前接觸4及背接觸5相對於層堆疊1的對準，方法步驟c）可包括同時印刷前接觸體4及背接觸體5。此可例如經由相鄰於層堆疊1安置的單列印機頭或兩個耦合的列印機頭而達成，其中實質上同時印刷前接觸體4及背接觸體5。在又一實施例中，步驟c）更包括將前接觸體4及背接觸體5形成至相等高度及/或相等寬度。此可藉由在相等時間間隔中印刷前接觸體4及背接觸體5以使得前接觸體4及背接觸體5的高度h1及h2及/或寬度w1及w2分別具有實質上相等的值（即，h1≈h2、w1≈w2）而達成。
藉由改變前接觸體4及背接觸體5中每一者的寬度與高度比（w1/h1、w2/h2），可提高電流收集柵的效率及效能。因此，藉由增大前接觸4及背接觸5的高度（h1、h2）及/或寬度（w1、w2），可提高太陽電池效能。
在圖3中，示出了關於如何獲得電流收集柵的經改良效能的實例，其中步驟c）包括印刷背接觸體5，使得背接觸體5延伸於上部導電層2上方。
根據本發明，可將前接觸體4及背接觸體5印刷至層堆疊1上。為此，在有利實施例中，步驟c）可包括絲網印刷或噴墨印刷前接觸體4及/或背接觸體5。該些印刷技術是可靠、準確的，且可輕易地擴展用於捲對捲製程。在又一實施例中，步驟c）可包括使用包含具有良好導電特性的銀（Ag）、碳及碳奈米管中的至少一者的印刷化合物來印刷前接觸4及背接觸5。
於聚（3,4-二氧乙基噻吩）（Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)，PEDOT）上部導電層4或PEDOT下部導電層5上印刷例如銀（Ag）接觸體（例如，銀（Ag）前接觸體4或銀（Ag）背接觸體5）相較於層堆疊1內的嵌入式接觸體（例如，嵌入於PEDOT導電層中）可產生更低的電流收集柵效能。然而，根據本發明，藉由分別增大前接觸體4及背接觸體5的寬度（w1、w2）及/或高度（h1、h2），電流收集柵的效能將無需再是問題，且可達成與嵌入式電流收集柵相當的效能。
返回第一接觸孔10，可選擇其寬度wc以容許在第一接觸孔10中沈積（例如，印刷）背接觸體5時所述接觸體5的對準誤差。具體而言，藉由相對於背接觸體5的寬度w2增大寬度wc，在第一接觸孔10中沈積背接觸體5時的各種對準偏移及誤差因在背接觸體5與第一接觸孔10之間的環繞的電絕緣第一間隙9變得更大而被吸收，藉此降低在高速製作製程中在上部導電層2與下部導電層3之間發生短路的可能性。在圖3所示的實施例中，背接觸體5實質上沈積於第一接觸孔10的中間，使得電絕緣第一間隙9環繞背接觸體5。
由於本發明致力於提供一種在高速製造製程（例如，捲對捲製造製程）中製作太陽電池用電流收集柵的方法，故關於在導電層上沈積接觸體的對準問題不容忽視且甚至可能對於太陽電池的總體品質及效能而言為決定性的。
圖4示出根據本發明的前接觸體及背接觸體的實施例，其中進一步解決了背接觸體5可能的未對準問題。在所示的實施例中，背接觸體5以相對於第一接觸孔10的中心線cc的顯著對準偏移do而沈積於第一接觸孔10中。在此實例中，對準偏移相當極端以致於背接觸體5直接接觸上部導電層2的一部分。為解決背接觸體5的此種極端對準偏移，方法步驟b）可更包括選擇性地移除上部導電層2及光活性層4，以獲得相鄰於第一接觸孔10的第二接觸孔11。在實施例中，藉由選擇性雷射燒蝕而獲得第二接觸孔11。
在此具體實施例中，環繞第一接觸孔10而形成第二接觸孔11，藉此於上部導電層2與所述背接觸體5之間提供環繞背接觸體5的又一電絕緣間隙9a。相鄰於第一接觸孔10的第二接觸孔11因此提供上部導電層2的解耦合的近端部分2a，使得背接觸體5與上部導電層2具有非接觸性佈置。
自製作視角而言，第一接觸孔10可用以引導例如用於在第一接觸孔10中在下部導電層3上印刷（沈積）背接觸體5的列印機頭的對準。當經受高製作速度時，可因在執行方法步驟c）時的時序及定位延遲而發生對準偏移。
圖4所示的實施例的額外優點在於：可藉由沈積更大體積（例如，大小）的背接觸體5而提高電流收集柵的導電性及效能而不存在使背接觸體5與上部導電層2之間直接接觸的風險。因此，可利用更大的印刷（噴墨）體積來沈積背接觸體5而不影響電流收集柵的效能。
圖5示出根據本發明的前接觸體及背接觸體的另一實施例。在所示的實施例中，繪示瞭解決背接觸體5的對準偏移的替代方法，其中第一接觸孔10包括環繞背接觸體5的加寬的電絕緣第一間隙9。為獲得此特定實施例，方法步驟b）可更包括選擇性地移除上部導電層2以加寬上部導電層2中的第一接觸孔10。在實施例中，可藉由選擇性雷射燒蝕而獲得加寬的電絕緣第一間隙9。
所述方法的此實施例產生環繞背接觸體5的加寬的電絕緣第一間隙9，使得在高速印刷期間相對於第一接觸孔10的中心線cc的相對大的對準偏移do可被吸收。因此保持了背接觸體5與上部導電層2之間的非接觸性佈置。
圖6繪示本發明的前接觸體4及背接觸體5的另一實施例。在所示的實施例中，第一接觸孔10亦延伸貫穿下部導電層3直至基板8。如所繪示，第一接觸孔10包括具有較背接觸體5的寬度w2小的寬度的端部10a。一致地，背接觸體5的端部5a具有較背接觸體5的寬度w2小的寬度w3，其中其端部5a安置於第一接觸孔10的端部10a中。背接觸體5安置於下部導電層3的外緣部3a上以具有導電性。因此，一般而言，第一接觸孔10的主要部分延伸貫穿上部導電層2及光活性層4，其中所述主要部分寬於第一接觸孔10的次要部分，其中所述次要部分延伸貫穿下部導電層3。
此特定實施例可藉由方法步驟b）而獲得，所述方法步驟b）可更包括選擇性地移除下部導電層3以使第一接觸孔10延伸貫穿下部導電層3。
此實施例有利於提高背接觸體5與層堆疊1的黏合性，其中背接觸體5部分地沈積（例如，印刷）於基板8上且與基板8進行黏合接合。如在其他實施例中，環繞背接觸5的電絕緣第一間隙9防止背接觸體5與上部導電層2之間的直接電連接，因此提供背接觸體5與上部導電層2的非接觸性佈置。電絕緣第一間隙9更提高應對如上所闡述背接觸體5相對於第一接觸孔10的可能對準偏移的穩健性。
在圖7中繪示了層堆疊1中前接觸體4及背接觸體5的又一實施例。在此實施例中，作出進一步的改良以解決背接觸體5的對準偏移。在所示的實施例中，背接觸體5以距中心線cc距離do安置。在此特定實施例中，對準偏移do是極端的以致於背接觸體5部分安置於第二接觸孔11中並與上部導電層2的解耦合的近端部分2a接觸。在更受控的製作製程中，對準偏移可顯著更小，使得背接觸體5將安置於第一接觸孔10的界限內。
為防止背接觸體5與上部導電層2之間的直接電連接，電絕緣第二間隙12環繞背接觸體5以提供背接觸體5與上部導電層2之間的非接觸性佈置。
根據本發明，設置第一接觸孔10以用於提供自層堆疊1的一側對下部導電層2的觸及。根據層堆疊1然後可被首先生產的事實，此為有利的，其中與例如層結構化、基於濕式溶液的處理等相關的製作步驟無需與其用於提供電流收集柵（即，前接觸體4及背接觸體5）的製作步驟及要求進行組合。因此，使於基板8上製作層堆疊1與隨後製作前接觸體4及背接觸體5分開極大地促進了太陽電池的高速、高良率捲對捲（R2R）製作製程。
如上文中所提及，可藉由使用例如選擇性雷射燒蝕進行選擇性移除以劃刻第一接觸孔10及/或第二接觸孔11而提供第一接觸孔10及/或第二接觸孔11。所述孔10及11的深度當然取決於層堆疊1經受所述選擇性移除方法步驟的特定時間週期，以及雷射燒蝕製程的移除強度（例如，脈動的雷射、連續的雷射、雷射功率等）。
現在，為界定太陽電池，具體而言太陽電池的外周界，亦可使用選擇性移除來形成完全延伸貫穿層堆疊1的孔或通道，使得在上部導電層2與下部導電層3之間獲得電絕緣周界或障壁。
在圖8中繪示了根據本發明的電障壁的實施例。在所示的實施例中，執行選擇性的移除步驟以形成延伸貫穿層堆疊1的所有層，且在其中暴露出基板8的孔或通道14。在此種情形中，未執行印刷步驟以在孔或通道14中沈積背接觸體。相反，孔或通道14現在於層堆疊1的兩個部分1a之間界定電絕緣障壁。選擇性的移除步驟可包括進行具有適當的持續時間及強度的選擇性雷射燒蝕以移除層堆疊材料。所述選擇性雷射燒蝕可經由雷射劃刻製程而執行以獲得用於太陽電池的電絕緣障壁的自由形式輪廓。
圖9示出根據本發明實施例的太陽電池的實例的俯視圖。在所示的實施例中，孔或通道14被繪示為界定葉狀太陽電池16的外周界的電絕緣障壁。在由孔或通道14界定的電絕緣周界的界限內，電流收集柵被繪示為包括前接觸體4及背接觸體5。前接觸體4及背接觸體5可各自包括在上部導電層2及下部導電層3上方延伸的自由形式的脊。由於可使用噴墨印刷或絲網印刷而執行印刷前接觸體4及背接觸體5的方法步驟c），因此可自層堆疊1的一側製作自由形式的電流收集柵。
根據本發明，如在圖9中所繪示，藉由本發明的方法所獲得的太陽電池可具有自由形式的形狀，例如用於裝飾及/或藝術目的的形狀。其中基板8包括例如薄（半）透明箔且層堆疊1包括（半）透明上部導電層2及下部導電層3以及（半）透明光活性層4的薄膜太陽電池16的實施例可放置於例如玻璃表面上。
本發明的方法因此提供一種用於太陽電池的快速、大量製作的方式，所述太陽電池不僅用於功能性（即產生可用的電力），而且此種太陽電池亦可實現裝飾或藝術目的。因此，許多額外的放置選項及位置是可能的。亦即，除根據本發明將自由形式的太陽電池放置於屋頂以外，內壁表面或外壁表面、窗口表面、傢具表面、車輛表面、屋瓦表面等現在皆可被提供以此類自由形式的太陽電池。
在又一態樣中，本發明是有關於一種可以快速捲對捲製程製作的薄膜有機太陽電池。參照所有圖示圖1至圖9。
本發明的薄膜有機太陽電池包括安置於可撓性基板8上的層堆疊1。層堆疊1包括上部導電層2及下部導電層3以及夾置於上部導電層2與下部導電層3之間的光活性層4。第一接觸孔10設置於層堆疊1中並延伸貫穿上部導電層2及光活性層4。所述薄膜有機太陽電池更包括電流收集柵，所述電流收集柵包括安置於上部導電層2上的前接觸體4及在第一接觸孔10中安置於下部導電層3上的背接觸體5。電絕緣間隙9在上部導電層2與背接觸體5之間環繞背接觸體5。
根據本發明的薄膜有機太陽電池16的優點在於：電流收集柵自薄膜有機太陽電池16的一側安置於層堆疊1上而非嵌入於薄膜有機太陽電池16中。因此，太陽電池16容許二階段（two-phase）製作製程，藉此在第一階段中首先製作層堆疊1，然後進行包括沈積電流收集柵（即，前接觸體4及背接觸體5）的第二階段。
此外，由於存在背接觸體5與上部導電層2的非接觸性佈置，故防止了背接觸體5與上部導電層2之間的直接電連接。非接觸性佈置通常被實施為電絕緣間隙9，電絕緣間隙9容許背接觸體5相對於第一接觸孔10的對準偏移而不會影響非接觸性佈置。此有利於高速製作製程、特別是捲對捲製作製程。
在實施例中，前接觸體4及背接觸體5可具有相等長度，此提高太陽電池的效能並簡化沈積前接觸體4及背接觸體5。
薄膜有機太陽電池16可更包括相鄰於第一接觸孔10的第二接觸孔11。第二接觸孔11延伸貫穿上部導電層2及光活性層4。第二接觸孔11容許背接觸體5在第一接觸孔10中具有更大的對準偏移。
在實施例中，第一接觸孔10可延伸貫穿下部導電層3，其中背接觸體5藉由與基板8進行黏合接合而安置於基板8上。此實施例提高了背接觸體5與層堆疊1的黏合性。
薄膜有機太陽電池16可包括延伸貫穿上部導電層2並在上部導電層2與背接觸體5之間環繞背接觸體5的電絕緣第二間隙12，而非具有延伸貫穿上部導電層2及光活性層4的接觸孔以防止背接觸體5與上部導電層2之間的直接電連接。可採用此實施例以解決在快速捲對捲製作期間背接觸體5的最不準確的定位。
現在可藉由以下實施例概述本發明：
實施例1. 一種太陽電池用電流收集柵的製造方法，包括以下步驟： a）在基板8上提供連續的層堆疊1，所述層堆疊1包括上部導電層2及下部導電層3以及夾置於所述上部導電層2與所述下部導電層3之間的光活性層4； b）選擇性地移除所述上部導電層2及所述光活性層4，以獲得第一接觸孔10，所述第一接觸孔10延伸貫穿所述上部導電層2及所述光活性層4而暴露出所述下部導電層3； c）在所述上部導電層2上印刷前接觸體4及在所述下部導電層3上在所述第一接觸孔10中印刷背接觸體5，並在所述上部導電層2與所述背接觸體2之間形成環繞所述背接觸體5的電絕緣第一間隙。
實施例2. 如實施例1所述的方法，其中所述步驟c）包括自所述層堆疊1的一側印刷所述前接觸4及所述背接觸5。
實施例3. 如實施例1或實施例2所述的方法，其中所述步驟c）包括同時印刷所述前接觸體4及所述背接觸體5。
實施例4. 如實施例1至實施例3中任一實施例所述的方法，其中所述步驟b）更包括選擇性地移除所述上部導電層2以加寬所述上部導電層2中的所述第一接觸孔10。
實施例5. 如實施例1至實施例4中任一實施例所述的方法，其中所述步驟b）更包括選擇性地移除所述下部導電層3以使所述第一接觸孔10延伸貫穿所述下部導電層3。
實施例6. 如實施例5所述的方法，其中延伸貫穿所述上部導電層2及所述光活性層4的所述第一接觸孔10的主要部分寬於延伸貫穿所述下部導電層3的所述第一接觸孔10的次要部分。
實施例7. 如實施例1至實施例6中任一實施例所述的方法，其中所述步驟b）方法更包括選擇性地移除所述上部導電層2及所述光活性層4，以獲得相鄰於所述第一接觸孔10的第二接觸孔11。
實施例8. 如實施例7所述的方法，其中所述步驟b）方法更包括選擇性地移除所述上部導電層2，以獲得環繞所述第二接觸孔10的電絕緣第二間隙12，其中所述電絕緣第二間隙12延伸貫穿所述上部導電層2而暴露出所述光活性層4。
實施例9. 如實施例1至實施例8中任一實施例所述的方法，其中所述步驟c）更包括將所述前接觸體4及所述背接觸體5形成至相等高度及/或相等寬度。
實施例10. 如實施例1至實施例9中任一實施例所述的方法，其中所述步驟c）更包括印刷所述背接觸體5，使得所述背接觸體5延伸於所述上部導電層2上方。
實施例11. 如實施例1至實施例10中任一實施例所述的方法，其中選擇性地移除所述上部導電層2及所述光活性層4的所述步驟b）包括選擇性雷射燒蝕。
實施例12. 如實施例1至實施例11中任一實施例所述的方法，其中所述步驟c）包括絲網印刷或噴墨印刷所述前接觸體4及/或所述背接觸體5。
實施例13. 如實施例1至實施例12中任一實施例所述的方法，其中所述步驟c）包括使用包含銀、碳及碳奈米管中的至少一者的印刷化合物來印刷所述前接觸4及所述背接觸5。
實施例14. 如實施例1至實施例13中任一實施例所述的方法，其中所述上部導電層2及所述下部導電層3中的每一者包含導電性聚合物，且其中所述光活性層4包含有機材料及/或鈣鈦礦。
實施例15. 如實施例1至實施例14中任一實施例所述的方法，其中所述基板8是包括塑膠箔的可撓性基板。
實施例16. 一種薄膜有機太陽電池，包括：安置於可撓性基板8上的層堆疊1，所述層堆疊1包括上部導電層2及下部導電層3以及夾置於所述上部導電層2與所述下部導電層3之間的光活性層4； 位於所述層堆疊1中的第一接觸孔10，延伸貫穿所述上部導電層2及所述光活性層4；以及電流收集柵，包括： 安置於所述上部導電層2上的前接觸體4及在所述第一接觸孔10中安置於所述下部導電層3上的背接觸體5，其中電絕緣間隙在所述上部導電層2與所述第一接觸孔10之間環繞所述第一接觸孔10。
實施例17. 如實施例16所述的薄膜有機太陽電池，其中所述前接觸體4與所述背接觸體5具有相等的寬度及/或高度。
實施例18. 如實施例16或實施例17所述的薄膜有機太陽電池，其中所述太陽電池16包括相鄰於所述第一接觸孔10的第二接觸孔11，所述第二接觸孔11延伸貫穿所述上部導電層2及所述光活性層4。
實施例19. 如實施例16至實施例18中任一實施例所述的薄膜有機太陽電池，其中所述第一接觸孔10延伸貫穿所述下部導電層3，且所述背接觸體5藉由與所述基板8進行黏合接合而安置於所述基板8上。
實施例20. 如實施例16至實施例19中任一實施例所述的薄膜有機太陽電池，包括在所述上部導電層2與所述背接觸體5之間環繞所述背接觸體5的電絕緣第二間隙12。
以上已參照如附圖中所示並參照附圖闡述的許多示例性實施例闡述了本發明實施例。某些部件或元件的修改形式及替代實施方式是可能的，且包括於在隨附申請專利範圍中界定的保護範圍中。
1‧‧‧層堆疊
1a‧‧‧部分
2‧‧‧上部導電層
2a‧‧‧近端部分
3‧‧‧下部導電層
3a‧‧‧外緣部
4‧‧‧光活性層
4‧‧‧前接觸體
5‧‧‧背接觸體
5a‧‧‧端部
8‧‧‧基板
9‧‧‧間隙
9a‧‧‧電絕緣間隙
10‧‧‧第一接觸孔
10a‧‧‧端部
11‧‧‧第二接觸孔
12‧‧‧電絕緣第二間隙
14‧‧‧通道
16‧‧‧太陽電池
cc‧‧‧中心線
do‧‧‧對準偏移
h1‧‧‧高度
h2‧‧‧高度
w1‧‧‧寬度
w2‧‧‧寬度
w3‧‧‧寬度
wc‧‧‧寬度
以下將參照附圖基於許多示例性實施例來更詳細地論述本發明，在附圖中： 圖1示出根據本發明的連續層堆疊的實施例。 圖2示出根據本發明的接觸孔的實施例。 圖3至圖7各自示出根據本發明的層堆疊上的前觸點及背觸點的各別實施例。 圖8示出根據本發明的電障壁的實施例。 圖9示出根據本發明的太陽電池的實例。
1‧‧‧層堆疊
2‧‧‧上部導電層
3‧‧‧下部導電層
4‧‧‧光活性層
8‧‧‧基板

Claims (20)

  1. 一種太陽電池用電流收集柵的製造方法，包括以下步驟： 步驟a）：在基板（8）上提供連續的層堆疊（1），所述層堆疊（1）包括上部導電層（2）及下部導電層（3）以及夾置於所述上部導電層（2）與所述下部導電層（3）之間的光活性層（4）； 步驟b）：選擇性地移除所述上部導電層（2）及所述光活性層（4），以獲得第一接觸孔（10），所述第一接觸孔（10）延伸貫穿所述上部導電層（2）及所述光活性層（4）而暴露出所述下部導電層（3）； 步驟c）：在所述上部導電層（2）上印刷前接觸體（4）及在所述下部導電層（3）上在所述第一接觸孔（10）中印刷背接觸體（5），並在所述上部導電層（2）與所述背接觸體（2）之間形成環繞所述背接觸體（5）的電絕緣第一間隙。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的太陽電池用電流收集柵的製造方法，其中所述步驟c）包括自所述層堆疊（1）的一側印刷所述前接觸（4）及所述背接觸（5）。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的太陽電池用電流收集柵的製造方法，其中所述步驟c）包括同時印刷所述前接觸體（4）及所述背接觸體（5）。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的太陽電池用電流收集柵的製造方法，其中所述步驟b）更包括選擇性地移除所述上部導電層（2）以加寬所述上部導電層（2）中的所述第一接觸孔（10）。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的太陽電池用電流收集柵的製造方法，其中所述步驟b）更包括選擇性地移除所述下部導電層（3）以使所述第一接觸孔（10）延伸貫穿所述下部導電層（3）。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的太陽電池用電流收集柵的製造方法，其中延伸貫穿所述上部導電層（2）及所述光活性層（4）的所述第一接觸孔（10）的主要部分寬於延伸貫穿所述下部導電層（3）的所述第一接觸孔（10）的次要部分。
  7. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的太陽電池用電流收集柵的製造方法，其中所述方法步驟b）更包括選擇性地移除所述上部導電層（2）及所述光活性層（4），以獲得相鄰於所述第一接觸孔（10）的第二接觸孔（11）。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的太陽電池用電流收集柵的製造方法，其中所述方法步驟b）更包括選擇性地移除所述上部導電層（2），以獲得環繞所述第二接觸孔（10）的電絕緣第二間隙（12），其中所述電絕緣第二間隙（12）延伸貫穿所述上部導電層（2）而暴露出所述光活性層（4）。
  9. 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的太陽電池用電流收集柵的製造方法，其中所述步驟c）更包括將所述前接觸體（4）及所述背接觸體（5）形成至相等高度及/或相等寬度。
  10. 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述的太陽電池用電流收集柵的製造方法，其中所述步驟c）更包括印刷所述背接觸體（5），使得所述背接觸體（5）延伸於所述上部導電層（2）上方。
  11. 如申請專利範圍第1項至第10項中任一項所述的太陽電池用電流收集柵的製造方法，其中選擇性地移除所述上部導電層（2）及所述光活性層（4）的所述步驟b）包括選擇性雷射燒蝕。
  12. 如申請專利範圍第1項至第11項中任一項所述的太陽電池用電流收集柵的製造方法，其中所述步驟c）包括絲網印刷或噴墨印刷所述前接觸體（4）及/或所述背接觸體（5）。
  13. 如申請專利範圍第1項至第12項中任一項所述的太陽電池用電流收集柵的製造方法，其中所述步驟c）包括使用包含銀、碳及碳奈米管中的至少一者的印刷化合物來印刷所述前接觸（4）及所述背接觸（5）。
  14. 如申請專利範圍第1項至第13項中任一項所述的太陽電池用電流收集柵的製造方法，其中所述上部導電層（2）及所述下部導電層（3）中的每一者包含導電性聚合物，且其中所述光活性層（4）包含有機材料及/或鈣鈦礦。
  15. 如申請專利範圍第1項至第14項中任一項所述的太陽電池用電流收集柵的製造方法，其中所述基板（8）是包括塑膠箔的可撓性基板。
  16. 一種薄膜有機太陽電池，包括：安置於可撓性基板（8）上的層堆疊（1），所述層堆疊（1）包括上部導電層（2）及下部導電層（3）以及夾置於所述上部導電層（2）與所述下部導電層（3）之間的光活性層（4）；位於所述層堆疊（1）中的第一接觸孔（10），延伸貫穿所述上部導電層（2）及所述光活性層（4）；以及電流收集柵，包括安置於所述上部導電層（2）上的前接觸體（4）及在所述第一接觸孔（10）中安置於所述下部導電層（3）上的背接觸體（5），其中電絕緣間隙在所述上部導電層（2）與所述第一接觸孔（10）之間環繞所述第一接觸孔（10）。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的薄膜有機太陽電池，其中所述前接觸體（4）與所述背接觸體（5）具有相等的寬度及/或高度。
  18. 如申請專利範圍第16項至第17項中任一項所述的薄膜有機太陽電池，其中所述太陽電池（16）包括相鄰於所述第一接觸孔（10）的第二接觸孔（11），所述第二接觸孔（11）延伸貫穿所述上部導電層（2）及所述光活性層（4）。
  19. 如申請專利範圍第16項至第18項中任一項所述的薄膜有機太陽電池，其中所述第一接觸孔（10）延伸貫穿所述下部導電層（3），且所述背接觸體（5）藉由與所述基板（8）進行黏合接合而安置於所述基板（8）上。
  20. 如申請專利範圍第16項至第19項中任一項所述的薄膜有機太陽電池，包括在所述上部導電層（2）與所述背接觸體（5）之間環繞所述背接觸體（5）的電絕緣第二間隙（12）。
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