TWI649893B - 光伏電池光電轉換複合層結構製作方法 - Google Patents
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Abstract
一種光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，包含：備有一透明基板，該透明基板一側面形成一光學硬化層，將下導電層成型在該光學硬化層的一側面上，於該透明基板的光學硬化層及下導電層上製作一特定厚度之犧牲層，依序塗覆電子傳遞層、主動層、電洞傳遞層組成的光電反應層於該下導電層及該犧牲層的一側面上，再於該犧牲層的一側面上黏貼有一黏著層，在該犧牲層被移除後以構成特定之蝕刻區域，將金屬材料塗覆於光電反應層上形成複數個上電極及複數個引線，使該光電反應層與下導電層的該些下電極電性連結，以完成光伏電池光電轉換複合層結構。
Description
本發明係關於一種用於光伏電池光電轉換複合層之結構，尤其是應用於製作光電轉換複合層之犧牲層結構。
太陽能電池的研究是再生能源中受眾人期待的一個方向。雖然現今已商業化的多數產品是以矽為其主要材料，不過使用高分子材料所開發之有機太陽能電池因其製程簡單、造價便宜、材質輕盈、可撓曲等特性而受到業界與學術界的矚目。
目前在製備光伏太陽能電池時，其多是透過塗佈(Coating)為製備太陽能電池薄膜之技術手段，其優點在於能夠使得該薄膜具有較佳之平整性與均勻性。而進一步可以R2R(Roll-to-Roll,R2R)製程即是一種具有潛力用以大面積製備太陽能電池的技術，其在產業界已有配合可撓性顯示器(flexible display)的製備，基於可撓性顯示器「軟」之特性，R2R製程即可良好地配合其運作，得以在較低成本之下生產這些具有可塑性、重量輕、耐衝擊等優點。
光伏太陽能電池之光電轉換裝置100a在結構上有很多種，其中一種如稱為有機高分子光電轉換(OPV)太陽能裝置，如圖1，該結構為提升光
電換之電壓提升與發光效率，因此在相鄰每個光電反應單元20a間會藉一位於電洞傳遞層(HTL)203a上的上導電層(Ag Layer5)40a與相鄰的光電反應單元20a的電子傳遞層(ETL)201a下層的另一下導電層(ITO)12a電性連接串聯以提升電壓的效果，在結構製作上，可參照圖2~5的製作流程。首先，選用一透明塑料基板10a，係於一透明塑料基板10a表面有一硬化層11a及一下導電層(ITO層)12a，其中該下導電層12a可以經先蝕刻後構成導電線路，以配合對應各光電反應單元20a之設置位置。接著以塗佈方式依序分別將電子傳遞層201a、主動層202a、電洞傳遞層203a的塗料全面性的依序塗覆疊構於各該材料層上，將電子傳遞層201a、主動層202a、電洞傳遞層203a合稱為光電反應層。接著以雷射蝕刻方式進行特定區域的蝕刻，以形成蝕刻區域30a可將光電反應層區分為小的光電反應單元20a。前述的蝕刻區域30a也提供未來塗覆上導電層(銀膠)40a可以順利與各光電反應單元20a，並與該透明塑料基板10a上層之下導電層12a電性連接。接著，再以導電塗料如銀膠，以印刷方式於部分區域塗覆銀膠形成上導電層40a，並使上導電層40a與透明塑料基板10a上之下導電層12a連通。
前述圖4中為提供一蝕刻區域，習知技術係利用直接蝕刻方式如雷射蝕刻將已構成之光電反應層進行蝕刻已構成所需要之光電反應單元20a，且必須保留部分的下導電層12a可以部分露出，以利提供後續之上導電層40a之電性連接。不過由於下導電層12a與光電反應層之厚度很薄，其中下導電層厚度小於100nm，光電反應層厚度小於1um，以雷射蝕刻技術會限制導電層之露出區域。
另外一種實施方式係以建構犧牲層(或保護層)方式以構成所需要之蝕刻區域，於前述圖2的步驟1，將構成蝕刻區域位置設置犧牲層後，再進行圖3的步驟2之光電反應層之製作，之後再移除該犧牲層以構成蝕刻區域，之後再進行後續圖5的步驟4的上導電層(銀膠)40a之塗覆製作。不過本實施作業，仍有技術難度需要克服，如，第一點，犧牲層之移除可以順利的將犧牲層上之部分光電反應層移除，光電反應層部分移除之周邊不致產生毛邊，方可構成蝕刻區域；第二點，犧牲層可以完全遮蔽與蝕刻區域之部分基板與部分導電層，不致使光電反應層材料殘留；第三點，犧牲層移除時不會破壞犧牲層下之導電層。
因此，本發明之主要目的，在於利用犧牲層之特性，在製作時先設置犧牲層再製作光電反應層，且犧牲層相對於光電反應層有一相對厚度即高度差，在移除犧牲層後構成之蝕刻區域的完整，不致使光電反應層部分移除之周邊產生毛邊，而且犧牲層覆蓋在下導電層的每一個下電極上的面積區域以小於該犧牲層覆蓋面積之1/3為宜，可以使犧牲層順利剝離不致破壞每一個下電極的結構。
為達上述之目的，本發明提供一種光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，包含：備有一透明基板，於該透明基板一側面進行硬化處理形成有一光學硬化層，將導體塗層經乾式或濕式蝕刻形成具有複數個下電極及複數條引線的下導電層，該下導電層設於該光學硬化層的一側面上。接著，於該透明基板的光學硬化層及下導電層之特定區域製作一具特定厚度之犧牲層，依序塗覆電子傳遞層、主動層、電洞傳遞層
組成的光電反應層於該下導電層及該犧牲層的一側面上，再於該犧牲層的一側面上黏貼有一黏著層，將該犧牲層移除，在該犧牲層被移除後以構成特定之蝕刻區域。最後，將金屬材料塗覆於光反應層上形成複數個上電極及複數條引線的上導電層，使該光電反應層與下導電層的該些下電極電性連結，以完成光伏電池光電轉換複合層結構。
在本發明之一實施例中，該透明基板為透光塑料或透光玻璃基板。
在本發明之一實施例中，該透光塑料為聚乙烯對苯二甲酸酯、聚乙烯、聚醯亞胺、尼龍、聚氨酯或壓克力塑料。
在本發明之一實施例中，步驟a的該透明基板的厚度為10um-500um。
在本發明之一實施例中，該光學硬化層為壓克力、環氧樹脂、二氧化矽或前述兩種以上材料之組合。
在本發明之一實施例中，該光學硬化層的厚度為1um-5um。
在本發明之一實施例中，該下導電層的導電塗層為有機導體塗層、無機導體塗層或以前述兩種以上組合。
在本發明之一實施例中，該無機導體塗層為金屬或金屬氧化物。
在本發明之一實施例中，該有機導體塗層為奈米碳管、聚3,4-乙撑二氧噻吩或以前述兩種以上組合。
在本發明之一實施例中，該下導電層厚度為50nm-10um。
在本發明之一實施例中，該下導電層厚度小於100nm。
在本發明之一實施例中，該犧牲層為可剝膠。
在本發明之一實施例中，該犧牲層為樹脂膠可以加熱固化或UV固化方式硬化形成。
在本發明之一實施例中，該犧牲層厚度為30um-2mm。
在本發明之一實施例中，該犧牲層犧層厚度相對於光電反應層厚度至少大於20um。
在本發明之一實施例中，該光電反應層可以是有機高分子之光伏電池之光學反應材料構成。
在本發明之一實施例中，該光電反應層可以是鈣鈦礦之光伏電池之光學反應材料構成。
在本發明之一實施例中，該蝕刻區域將該光電反應層區分為小的光電反應單元。
在本發明之一實施例中，該金屬材料為銀漿，透過網印塗覆製作於光電反應層的每一個光電反應單元上，以形成具有複數個上電極及複數個引線的上導電層，使該些光電反應單元與下導電層的該些下電極電性連結。
在本發明之一實施例中，該上導電層厚度為50nm-50um。
在本發明之一實施例中，該上導電層厚度為3um-10um。
在本發明之一實施例中，更包含將光伏電池光電轉換複合層結構上下各增設有一上透明蓋板及一下透明蓋板的透明材料，並於該上透明蓋板及該下透明蓋板之間透過一封合膠封合。
在本發明之一實施例中，該透明材料為透明塑料或玻璃基板。
在本發明之一實施例中，該透明塑料或玻璃基板的厚度為50um-500um。
在本發明之一實施例中，該上透明蓋板上開設有一第一開孔及一第二開孔，該第一開孔對應該下導電層，使外部導線穿入與該下導電層電
性連結，該第二開孔係對應該上導電層，使外部導線穿入與該上導電層電性連結。
在本發明之一實施例中，該上透明蓋板所開設的該第一開孔及該第二開孔形成相鄰，該第一開孔對應該下導電層，使外部導線穿入與該下導電層電性連結，該第二開孔與該第一開孔相鄰後，使外部導線穿入與該上導電層的該些引線電性連結。
100a‧‧‧光電轉換裝置
10a‧‧‧透明塑料基板
11a‧‧‧硬化層
12a‧‧‧下導電層
20a‧‧‧光電反應單元
201a‧‧‧電子傳遞層
203a‧‧‧電洞傳遞層
30a‧‧‧蝕刻區域
40a‧‧‧上導電層
步驟S100~步驟S112
10‧‧‧光伏電池光電轉換複合層結構
1‧‧‧透明基板
2‧‧‧光學硬化層
3‧‧‧下導電層
31‧‧‧下電極
32‧‧‧引線
4‧‧‧犧牲層
5‧‧‧光電反應層
51‧‧‧光電反應單元
6‧‧‧黏著層
7‧‧‧蝕刻區域
8‧‧‧上導電層
81‧‧‧上電極
82‧‧‧引線
20‧‧‧上透明蓋板
30‧‧‧下透明蓋板
40‧‧‧封合膠
201‧‧‧第一開孔
202‧‧‧第二開孔
圖1，為光伏電池的光電轉換裝置示意圖；圖2-圖5，為圖1的光伏電池的光電轉換裝置的製作流程結構示意圖；圖6，係本發明之第一實施例之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法流程示意圖；圖7a，係本發明之第一實施例之光伏電池光電轉換複合層結構的基板上製作硬化層及下導電層側視示意圖；圖7b，係為圖7a的俯視示意圖；圖8a，係本務明在第一實施例的下導電層及硬化層表面製作犧牲層側視示意圖；圖8b，係為圖8a的俯視示意圖。
圖9a，係本發明在第一實施例的硬化層、下導電層、犧牲層上製作光電反應層側視示意圖；圖9b，係為圖9a的俯視示意圖；圖10，係本發明在第一實施例的犧牲層上黏著一黏著層膠膜側試示意圖；
圖11a，係本發明在第一實施例的黏著層膠膜將犧牲剝離後的側視示意圖；圖11b，係為圖11a的俯視示意圖；圖12a，係本發明在第一實施例的光電反應層及局部的下導電層的表面製作上導電層的側視示意圖；圖12b，係為圖12a的俯視示意圖；圖13，係本發明之第二實施例的光伏電池光電轉換複合層結構示意圖；圖14，係本發明之第三實施例的光伏電池光電轉換複合層結構示意圖；圖15，係本發明之第四實施例的光伏電池光電轉換複合層結構示意圖。
茲有關本發明之技術內容及詳細說明，現配合圖式說明如下：請參閱圖6，係本發明之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法流程示意圖。同時，配合圖7a~圖12b的光伏電池光電轉換複合層結構說明，如圖所示：本發明之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，主要是在光伏電池光電轉換複合層結構10上建構犧牲層4(或保護層)，以該犧牲層4建構成所需要的蝕刻區域7。並且利用犧牲層4、光電反應層5及下導電層3之結構厚度關係，俾使該犧牲層4設置與移除，可以使光電反應層5形成完整之蝕刻區域7且使底層的透明基板1及下導電層3可以暴露於需要設計區域。
首先，如步驟S100，備有一透明基板1，該透明基板1為透光塑料或透光玻璃基板，該透光塑料為聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚醯亞胺(Polyimide，
PI)、尼龍(Nylon，Polyamide，簡稱PA為聚醯胺高分子)、聚氨酯(Polyurethanes，PU)或壓克力塑料等。該透明基板的厚度為10um~500um。
步驟S102，製作光學硬化層2，於該透明基板1一側面進行硬化處理形成有一光學硬化層2(如圖7a、圖7b)，該光學硬化層2為壓克力、環氧樹脂、二氧化矽或前述兩種以上材料之組合。該光學硬化層2的厚度為1um-5um。
步驟S104，製作下導電層3，該下導電層3設於該光學硬化層2的一側面上，該下導電層3是將導電塗層的有機導體塗層或無機導體塗層經乾式或濕式蝕刻形成透明複數個下電極31及複數條引線32在該光學硬化層2的一側面上(如圖7a、圖7b)。該下導電層3的導電塗層為透光率在70%-95%的有機導體塗層、無機導體塗層或以前述兩種以上組合。該無機導體塗層為金屬或金屬氧化物。該有機導體塗層為奈米碳管、聚3,4-乙撑二氧噻吩(Poly-3,4-Ethylenedioxythiophene，PEDOT)或以前述兩種以上組合。該下導電層3厚度為50nm-10um，該下導電層3厚度小於100nm最佳。
步驟S106，製作犧牲層4，以網印方式於該透明基板1的光學硬化層2及下導電層3之特定區域印刷一犧牲層4可以是一種可剝膠，或該犧牲層4可以是一種樹脂膠經加熱固化或UV固化方式硬化，前述之犧牲層4之可剝膠或樹脂膠經塗佈後可構成一大於光電反應層厚度至少20um之特定厚度(如圖8a、圖8b)。該犧牲層4的厚度為30um-2mm，犧牲層4
之覆蓋下導電層的每一個下電極上的面積區域小於該犧牲層覆蓋面積之1/3。
步驟S108，製作光電反應層5，在製作時依序塗覆電子傳遞層、主動層、電洞傳遞層組成的光電反應層5於該下導電層3及該犧牲層4的一側面上(如圖9a、圖9b)，其中構成光電反應層5之組成可以是有機高分子太陽能光伏電池之光電反應層組成，或是鈣鈦礦太陽能光伏電池之光電反應層組成。
步驟S110，剝離犧牲層4，直接於該犧牲層4的一側面上黏貼有一黏著層6(如圖10所示)，在黏著層6被剝動時，即可將犧牲層4移除，在該犧牲層4被移除後以構成特定之蝕刻區域7(如圖11a、11b)，以蝕刻區域7將該光電反應層5區分為小的光電反應單元51。
步驟S112，製作上導電層8，將金屬材料的銀漿透過網印塗覆於光電反應層5的每一個光電反應單元51上形成具有複數個上電極81及複數條引線82的上導電層8，該上導電層8使該些光電反應單元51與下導電層3的該些下電極31電性連結，以完成光電轉換複合層之製作(如圖12a、12b)。上導電層8厚度為50nm-50um，該上導電層8厚度為3um-10um最佳。
由於利用犧牲層4之垂直厚度遠大於塗覆光電反應層5厚度，使塗覆於犧牲層4上之光電反應層5足以與透明基板1面非犧牲層4之區域之光電反應層5可以構成斷面不連續，利用犧牲層4之特性使移除後構成之蝕刻區域7的完整，不致產生毛邊；而經犧牲層4覆蓋在該下導電層3
的每一個下電極31的面積區域以小於該面積之1/3為宜，可以使犧牲層4順利剝離不致破壞每一個下電極31的結構。
請參閱圖13，係本發明之第二實施例的光伏電池光電轉換複合層結構示意圖。如圖所示：本發明進一步於前述的光伏電池光電轉換複合層結構10上下各增設有一上透明蓋板20及一下透明蓋板30的透明材料，並於該上透明蓋板20及該下透明蓋板30之間透過一封合膠40封合，以阻水阻氣，該透明材料為透明塑料或玻璃基板，透明塑料或玻璃基板的厚度為50um-500um。
請參閱圖14，係本發明之第三實施例的光伏電池光電轉換複合層結構示意圖。如圖所示：本實施例與圖13大致相同，所不同處係在於上透明蓋板20上開設有一第一開孔201及一第二開孔202，該第一開孔201對應該下導電層3，以提供外部導線(圖中未示)穿入與該下導電層3電性連結。該第二開孔202係對應該上導電層8，以提供外部導線(圖中未示)穿入與該上導電層8電性連結。
請參閱圖15，係本發明之第四實施例的光伏電池光電轉換複合層結構示意圖。如圖所示：本實施例與圖14大致相同，所不同處係在於上透明蓋板20所開設的第一開孔201及第二開孔202形成相鄰，該第一開孔201同樣對應該下導電層3，以提供外部導線(圖中未示)穿入與該下導電層3電性連結。該第二開孔202與該第一開孔201相鄰後，可提供外部導線(圖中未示)穿入與該上導電層8的該些引線82電性連結。
惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明的專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書或圖式內容所為的等效變化，均同理皆包含於本發明的權利保護範圍內，合予陳明。
Claims (23)
- 一種光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，該方法包括：a)、備有一透明基板；b)、於該透明基板一側面進行硬化處理形成有一光學硬化層；c)、將導體塗層經乾式或濕式蝕刻形成具有複數個下電極及複數條引線的下導電層，該下導電層在該光學硬化層的一側面上；d)、於該透明基板的光學硬化層及該下導電層之特定區域製作一犧牲層，該犧牲層厚度相對於該光電反應層厚度為30um-2mm，該犧牲層覆蓋於該下導電層的每一個該下電極的面積區域以小於該犧牲層面積之1/3；e)、依序塗覆電子傳遞層、主動層、電洞傳遞層組成的光電反應層於該下導電層及該犧牲層的一側面上；f)、直接於該犧牲層的一側面上黏貼有一黏著層，將該犧牲層移除，在該犧牲層被移除後以構成特定之蝕刻區域；g)、將金屬材料塗覆於該光電反應層上形成複數個上電極及複數條引線的上導電層，使該光電反應層與該下導電層的該些下電極電性連結，以完成光伏電池光電轉換複合層結構；h)、將該光伏電池光電轉換複合層結構上下各增設有一上透明蓋板及一下透明蓋板的透明材料，並於該上透明蓋板及該下透明蓋板之間透過一封合膠封合。
- 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，步驟a的該透明基板為透光塑料或透光玻璃基板。
- 如申請專利範圍第2項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，該透光塑料為聚乙烯對苯二甲酸酯、聚乙烯、聚醯亞胺、尼龍、聚氨酯或壓克力塑料。
- 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，步驟a的該透明基板的厚度為10um-500um。
- 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，步驟b的該光學硬化層為壓克力、環氧樹脂、二氧化矽或前述兩種以上材料之組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，步驟b的該光學硬化層的厚度為1um-5um。
- 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，步驟c的該下導電層的導電塗層為有機導體塗層、無機導體塗層或以前述兩種以上組合。
- 如申請專利範圍第7項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，該無機導體塗層為金屬或金屬氧化物。
- 如申請專利範圍第7項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，該有機導體塗層為奈米碳管、聚3,4-乙撑二氧噻吩或以前述兩種以上組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，步驟c的該下導電層厚度為50nm-10um。
- 如申請專利範圍第10項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，該下導電層厚度小於100nm。
- 如申請專利範圍第11項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，步驟d的該犧牲層為可剝膠。
- 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，步驟d的該犧牲層為樹脂膠可以加熱固化或UV固化方式硬化形成。
- 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，步驟e的該光電反應層可以是有機高分子太陽能光伏電池之光電反應層組成。
- 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，步驟e的該光電反應層可以是鈣鈦礦太陽能光伏電池之光電反應層組成。
- 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，步驟f的該蝕刻區域將該光電反應層區分為小的光電反應單元。
- 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，步驟g的該金屬材料為銀漿，透過網印塗覆製作於該光電反應層的每一個光電反應單元上，以形成具有複數個上電極及複數個引線的上導電層，使該些光電反應單元與該下導電層的該些下電極電性連結。
- 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，步驟g的該上導電層厚度為50nm-50um。
- 如申請專利範圍第18項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，該上導電層厚度為3um-10um。
- 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，該透明材料為透明塑料或玻璃基板。
- 如申請專利範圍第20項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，該透明塑料或玻璃基板的厚度為50um-500um。
- 如申請專利範圍第1項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，該上透明蓋板上開設有一第一開孔及一第二開孔，該第一開孔對應該下導電層，使外部導線穿入與該下導電層電性連結，該第二開孔係對應該上導電層，使該外部導線穿入與該上導電層電性連結。
- 如申請專利範圍第22項所述之光伏電池光電轉換複合層結構製作方法，其中，該上透明蓋板所開設的該第一開孔及該第二開孔形成相鄰，該第一開孔對應該下導電層，使該外部導線穿入與該下導電層電性連結，該第二開孔與該第一開孔相鄰後，使該外部導線穿入與該上導電層的該些引線電性連結。
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