TWI497735B - 光電元件之可撓性電極封裝結構 - Google Patents

Description

光電元件之可撓性電極封裝結構

本發明是有關一種光電元件之可撓性電極封裝結構，特別是關於一種光電元件之一體成形的可撓性電極封裝結構。

面對低碳經濟時代來臨，各國政府皆大力推動節能減碳，而綠能產業發展也因應而生，其中節約能源產業技術的成本考量成為目前節能概念是否落實的問題，因此低成本的節能元件製程及其整合技術將為現有節能概念發展提供一技術突破的可能性，舉例說明，太陽電池模組的安裝成本包含了模組運輸、安裝及維護等必要成本，因此，降低前述之該些成本發展的”捲對捲”或稱”捲繞式”的製程技術魚可撓式節能薄膜光電元件的應用提供了高速量產、低成本以及輕薄的優勢，而針對建築物的節能發展方面，基於融入環境與實用美觀的設計概念下，BIPV(Building Integrated Photovoltaic)的應用與發展潛力極大，而可撓式輕薄的節能元件模組整合於BIPV是可預期的。

應用於大面積的薄膜光電元件之電極連接方式一直是大面積化必須克服的主要問題，除整體封裝成本的考量外，亦須達到訊號輸入元件時所遇到的電壓與電流均勻性的要求，而於封裝製程中的電極串焊過程中，焊接必須防止焊錫的高點、尖點、假焊等問題，使太陽模板於長期日照使用下不產生黃變(yellowing)，現行的電極串焊連接方式係利用銀膠網印搭配錫調方式達成電極連接，為了達到金屬電極間低阻值的要求，一般使用高溫退火製程以及焊接來達成，然而該方式對於高開口率要求的薄膜光電元件封裝而言，往往造成在光學開口率有較大的損失，而對於可撓性 的薄膜光電元件而言，電極的撓曲性也是考量的重點，而前述知該電極串焊連接方式容易因撓曲時網印銀膠的部分斷線導致薄膜元件的局部失效，以上兩者皆造成模組於整體的效率上的嚴重損失，而且應用於可撓性的塑料封裝基板或製程溫度較低的薄膜光電元件而言，上述之高溫網印銀膠之串焊技術(高於200℃)可能無法使用，再者，因大面積化趨勢下的網印銀膠製程所需的銀膠量亦是整體成本無法降低的因素。

本發明係關於一種光電元件之可撓性電極封裝結構，其係藉由分散式金屬電極的概念與一體成形封裝方式，有效提升整體光電元件之電壓及電流均勻性、可應用於低溫條件的封裝製程下提升光學開口率、並達成金屬電極之間低阻值的要求、改善撓曲時因斷線造成元件局部失效的問題，進一步達成低成本封裝的可行性。

本發明係提出一種光電元件之可撓性電極封裝結構，該可撓性電極封裝結構包含有：一下封裝基板，其係為一軟性基板並且具有一第二表面。

一下封裝膠膜，其係可為一透明膠材並且設於第二表面之上，下封裝膠膜分別具有一第三表面與一第四表面，該第四表面與第二表面彼此接觸。

複數個呈陣列分佈之薄膜光電轉換單元，其係設於第三表面之上並且具有有一第一電極層與一第二電極層，第二電極層與第三表面接觸，而第一電極層上具有一柵型分布之金屬膠。

一上封裝膠膜，其係可為一透明膠材並且設於金屬膠之上，上封裝膠膜具有一第五表面與一第六表面，而於第六表面上進一步具有一柵型佈線陣列，柵型佈線陣列係對應於上述之該些薄膜光電轉換單元之陣列分布，進一步說明，前述該兩者藉由該些柵型金屬膠之間的接觸形成一電流迴路。

一上封裝基板，其係為一透明之軟性基板並且設於第五表面之上，上封裝基板具有一第一表面並與該第五表面接觸，而該第 一表面之另一側為受光面。

上述之柵型佈線陣列係為複數個呈陣列分布之柵型導線結構所構成，柵型導線結構具有一導電膠層，其係與第六表面接觸，兩金屬焊帶，其係分別設於導電膠層之外部一側，而該三者間彼此不相互接觸，一導線，其係為一呈柵型分布並且相互平行之連續金屬細線，而導線鍍於該導電膠層上，並且於其轉折處與金屬焊帶連接。

10‧‧‧上封裝基板

11‧‧‧第一表面

20‧‧‧下封裝基板

21‧‧‧第二表面

30‧‧‧薄膜光電轉換單元

31‧‧‧第一電極層

32‧‧‧第二電極層

40‧‧‧下封裝膠材

41‧‧‧第三表面

42‧‧‧第四表面

50‧‧‧上封裝膠材

51‧‧‧第五表面

52‧‧‧第六表面

55‧‧‧導電膠層

60‧‧‧導線

70‧‧‧金屬焊帶

80‧‧‧金屬膠

100‧‧‧可撓性電極封裝結構

110‧‧‧柵型佈線陣列

111‧‧‧柵型導線結構

圖1A係為本發明之可撓性電極封裝結構各層分解示意圖。

圖1B係為本發明之可撓性電極封裝結構剖面分解示意圖。

圖2A係為本發明之可撓性電極封裝結構之串接示意圖。

圖2B係為本發明之可撓性電極封裝結構之串接剖面示意圖。

圖3係為本發明之柵型導線結構之側面示意圖。

圖4A係為本發明之柵型導線結構與薄膜光電轉換單元之一連結過程示意圖。

圖4B係為本發明之柵型導線結構與薄膜光電元件之另一連結過程示意圖。

圖4C係為本發明之柵型導線結構與薄膜光電元件之另一連結過程示意圖。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下，而下述之實施例主要針對該封裝結構及其實施方法作說明，而於該些元件間之整體封裝製程不另行贅述。

請參閱圖1A與圖1B，本發明之可撓式電極封裝結構100包含有一下封裝基板20、一下封裝膠材40、複數個薄膜光電轉換單元30、一上封裝膠材50、一上封裝基板10。

下封裝基板20，其係為一軟性基板，該基板材料可為一薄化之玻璃(厚度<0.3mm)、一塑膠、一金屬箔(Ti、不鏽鋼)、一PI薄膜(聚醯亞胺)、一特殊樹酯(氟系)薄膜(PVF)，而該基板具有一第 二表面21，進一步說明，下方封裝基板20可為一高透光率之基板或一不透光之基板，依實際需求作選用，在此不限定。

下封裝膠膜40，其係可為一透明膠材並且設於第二表面21上，下封裝膠膜40於兩側分別具有一第三表面41與一第四表面42，第四表面42對應於下封裝基板20之第二表面21，下封裝膠膜40可為一聚酯薄膜(例如PET、PEN)。

薄膜光電轉換單元30，其係設於第三表面41之上並且呈一陣列分布，薄膜光電轉換單元30可為一含矽之半導體層、一無機薄膜複合層、或者一有機薄膜複合層，在此不限定，依實際應用需求作選擇，並且於兩側分別形成有第一電極層31與第二電極層32，第二電極層32與第三表面41接觸，而第一電極層31上具有一利用網印技術形成柵型分布之金屬膠80，該金屬膠80係為一含銀之導電膠。

一上封裝膠膜50，其係可為一透明膠材並且設於金屬膠80之上，上封裝膠膜50可為一聚酯薄膜(例如PET、PEN)，上封裝膠膜50於兩側分別具有一第五表面51與一第六表面52，而第五表面51與第六表面52可藉由一表面處理形成一具粗糙度之表面，該粗糙度表面係用以提升入射光或反射光的漫射現象，而於第六表面52上進一步具有一柵型佈線陣列110，該陣列110對應於上述之該些薄膜光電元件之陣列分布，且兩者彼此連接。

柵型佈線陣列110，其係為複數個呈上述之陣列分布之柵型導線結構111，該柵型導線結構111係於第六表面52上設有一包含一導電膠層55、一導線60與至少兩條金屬焊帶70之結構，導電膠55可為一透明導電膠，導線60可為一低熔點之金屬細線(熔點小於200℃)，而金屬焊帶70可為一含銅或含錫之金屬片體，進一步說明，該導線60之線寬依實際製程需求做調整，在此不限定。

請再配合參考圖3所示，此為該柵型導線結構111形成方式，其於具有導電膠層55之上封裝膠膜50之兩側設有與其平行之兩條狀金屬焊帶80，而於導電膠層55上，由鄰近金屬焊帶之一端朝另一金屬焊帶方向依序向下來回塗鍍形成連續且相互平行之柵型 導線60，導線60的間距依其阻值與元件的需求做調整，在此不限定，而導線60之兩端與轉折端將分別塗鍍於該兩條金屬焊帶80上並且彼此作為電性的連接。

請再配合參考圖4A~4C所示，此為柵型導線結構111與薄膜光電元件80之連接過程，具有複數個柵型導線結構111呈陣列分布之上封裝膠膜50，將其覆蓋於對應之該些呈柵型分布之金屬膠80的薄膜光電元件50，並使柵型導線結構111之導線60與柵型分布之金屬膠80彼此以直交的方式形成接觸，再分別於兩金屬焊帶70連接一外部電壓源並施加電壓，而產生之電流路徑通過導線60與金屬膠80之接觸迴路時，前述該兩者之交接面處因焦爾熱效應(joule heating effect)產生放熱反應使該兩者彼此接合固定，即完成上封裝膠膜50與薄膜光電轉換單元30之連接，而利用前述兩者以直交方式並施加電流的方式，其目的可降低該兩者間交界面之接觸電阻。

請再參考圖1A與1B所示，上封裝基板10，其係為一軟性基板並設於上述之該第五表面51之上，上封裝基板10具有一第一表面11，第一表面11與第五表面51彼此接觸，進一步說明，該基板材料可為一薄化之玻璃(厚度<0.3mm)、一塑膠、一PI薄膜(聚醯亞胺)、一特殊樹酯(氟系)薄膜(PVF)，其中上封裝基板可為一高透光率之基板或一不透光之基板，依實際需求作選用，在此不限定。

請參考圖2A~2B所示，此為可撓性電極封裝結構100之光電元件串接方式，下封裝基板20、下封裝膠膜40與上封裝基板10、具柵型佈線陣列110之上封裝膠膜50分別設於該些薄膜光電轉換單元30之兩側，而設置於薄膜光電轉換單元30之兩側並且與其作電性連接之金屬焊帶70，經由與其一薄膜光電轉換單元30上金屬膠80電性連接之金屬導線60，延伸連接另一薄膜光電轉換單元30之第二電極層32形成一電子傳導路徑，依序將該陣列中之一行或一列之該些薄膜光電元件30形成串聯電路，爾後使用一透明之封裝膠注入於該可撓性電極封裝結構100之間並經一硬化製程進 行封裝製程，或利用一捲對捲製程進行封裝，在此不限定，依實際需求做設計。

本發明所述光電元件之可撓性電極封裝結構，係於上封裝膠膜50直接形成該柵型導線結構111，並與薄膜光電轉換單元30之間的電性連結方式，以分散式金屬電極的概念與一體成形封裝方式，實現了於低溫製程應用的可行性，有效提升整體光電元件之電壓及電流均勻性，而藉由金屬焊帶80與導線60的設計，提升光學開口率、達成金屬電極間低阻值的要求、改善撓曲時因斷線造成元件局部失效的問題，進一步達成低成本封裝的可行性。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。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。

10‧‧‧上封裝基板

20‧‧‧下封裝基板

30‧‧‧薄膜光電轉換單元

31‧‧‧第一電極層

32‧‧‧第二電極層

40‧‧‧下封裝膠膜

50‧‧‧上封裝膠膜

60‧‧‧導線

70‧‧‧金屬焊帶

80‧‧‧金屬膠

100‧‧‧可撓式電極封裝結構

110‧‧‧柵型佈線陣列

Claims (14)

1. 一種光電元件之可撓性電極封裝結構，該可撓性電極封裝結構包含有：一下封裝基板，其係為一軟性基板，該下封裝基板具有一第二表面；一下封裝膠膜，其係可為一透明膠材並且設於該第二表面之上，該下封裝膠膜分別具有一第三表面與一第四表面，該第四表面與第二表面彼此接觸；複數個薄膜光電轉換單元，其係設於該第三表面之上並且呈一陣列分布，該薄膜光電元件具有有一第一電極層與一第二電極層，該第二電極層與該第三表面接觸，而該第一電極層上具有一柵型分布之金屬膠；一上封裝膠膜，其係可為一透明膠材並且設於該金屬膠之上，該上封裝膠膜具有一第五表面與一第六表面，而於該第六表面上進一步具有一柵型佈線陣列，該柵型佈線陣列係對應於上述之該些薄膜光電元件之陣列分布，進一步說明，前述該兩者藉由該些柵型金屬膠之間的接觸並形成一電流迴路；一上封裝基板，其係為一軟性基板並且設於該第五表面之上，該上封裝基板具有一第一表面並與該第五表面接觸；其中，該上封裝基板與該下封裝基板可分別為一高透光率基板或者一不透光基板之其中任意一者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光電元件之可撓性電極封裝結構，其中該柵型佈線陣列係為複數個呈上述該陣列分布之柵型導線結構所構成，該柵型導線結構係具有：一導電膠層，其係與該第六表面接觸；兩金屬焊帶，其係分別設於該導電膠層之外部一側，該三者間彼此不相互接觸；一導線，其係為一呈柵型分布並且相互平行之連續金屬細線，該導線鍍於該導電膠層上，而該導線之轉折處連接該金屬焊帶，進一步說明，該導線與上述之該金屬膠彼此接觸並且以 直交方式形成連接。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光電元件之可撓性電極封裝結構，其中該導線與該金屬膠之連接方式係分別於該金屬焊帶之施加一外部電壓，利用焦耳熱效應形成前述該兩者之接合。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光電元件之可撓性電極封裝結構，其中該平行排列之導線的間距係由該金屬膠與該導線之電阻值作調整。
5. 如申請專利範圍第4項所述之光電元件之可撓性電極封裝結構，其中該導電膠可為一透明導電膠，該金屬焊帶可為一含銅或含錫之金屬片體。
6. 如申請專利範圍第5項所述之光電元件之可撓性電極封裝結構，其中該薄膜光電轉換單元可為一含矽之半導體層。
7. 如申請專利範圍第5項所述之光電元件之可撓性電極封裝結構，其中該薄膜光電轉換單元元件可為一無機薄膜複合層。
8. 如申請專利範圍第5項所述之光電元件之可撓性電極封裝結構，其中該薄膜光電轉換單元可為一有機薄膜複合層。
9. 如申請專利範圍第6、7、8項之任一項所述之光電元件之可撓性電極封裝結構，其中該下封裝基板可為一薄化之玻璃基板(厚度<0.3mm)、一塑膠基板、一金屬箔、一聚醯亞胺薄膜、一特殊樹酯(氟系)薄膜之前述的其中一者。
10. 如申請專利範圍第6、7、8項之任一項所述光電元件之可撓性電極封裝結構，其中該下封裝膠膜可為一聚酯薄膜。
11. 如申請專利範圍第6、7、8項之任一項所述之光電元件之可撓性電極封裝結構，其中該上封裝膠膜可為一聚酯薄膜。
12. 如申請專利範圍第6、7、8項之任一項所述之光電元件之可撓性電極封裝結構，其中該上封裝基板可為一薄化之玻璃基板(厚度<0.3mm)、一塑膠基板、一聚醯亞胺薄膜、一特殊樹酯(氟系)薄膜之前述的其中一者。
13. 如申請專利範圍第1項所述之光電元件之可撓性電極封裝結構，其中該上封裝膠膜之該第五表面係為一具粗糙度之表面。
14. 如申請專利範圍第1項所述之光電元件之可撓性電極封裝結構，其中該上封裝膠膜之該第六表面係為一具粗糙度之表面。