СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОКООТВОДЯЩЕЙ СЕТКИ ДЛЯ ФОТОЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 2019 года по МПК H01L31/18 H01L51/44 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу получения токоотводящей сетки для фотоэлементов, в частности, получения переднего и заднего контактов для фотоэлементов. В дополнительном аспекте настоящее изобретение относится к тонкопленочному полимерному или органическому фотоэлементу.

Предшествующий уровень техники

Юлия Галаган и др. (Yulia Galagan et al.), "ITO-free flexible organic solar cells with printed current collecting grids", Solar Energy Materials and Solar Cells 95 (5), 1339-1343, (2011) раскрывает печатную токоотводящую сетку, содержащую серебро, при этом токоотводящая сетка погружена в барьерный слой ниже проводящего слоя, выполненного из PEDOT:PSS (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) - (поли(3,4)-этилендиокситиофен):поли(стиролсульфонат)).

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение преследует цель обеспечения улучшенного способа получения токоотводящей сетки для фотоэлементов, причем токоотводящая сетка может быть изготовлена в один единственный этап изготовления в качестве последнего этапа процесса изготовления. Способ подходит для большой площади, высокого выхода, решения на основе технологии получения с рулона-на-рулон (R2R), такого как для изготовления тонкопленочных органических фотоэлементов. Дополнительными преимуществами способа являются то, что требования по выравниванию (обеспечению соосности) являются менее критичными, и геометрия фотоэлементов может быть выбрана свободно.

Согласно настоящему изобретению способ получения токоотводящей сетки содержит этапы

а) обеспечения пакета непрерывных слоев на подложке, причем пакет слоев содержит верхний и нижний проводящие слои с расположенным между ними фотоактивным слоем;

b) селективного удаления верхнего проводящего слоя и фотоактивного слоя для получения первого отверстия контакта, простирающегося через верхний проводящий слой и фотоактивный слой, открывающего нижний проводящий слой;

с) печатания тела переднего контакта на верхнем проводящем слое и тела заднего контакта в первом отверстии контакта на нижнем проводящем слое и образования первого электроизоляционного зазора, окружающего тело заднего контакта между верхним проводящим слоем и телом заднего контакта.

Способ по настоящему изобретению имеет преимущество в обеспечении нанесения токоотводящей сетки сразу, как только был изготовлен пакет слоев, так что изготовление пакета слоев и токоотводящей сетки являются неперекрывающимися отдельными фазами изготовления. Это значительно упрощает общий процесс получения фотоэлементов, поскольку требования к получению токоотводящей сетки не препятствуют различным требованиям к получению пакета слоев.

Другим преимуществом способа является то, что нанесение токоотводящей сетки может быть осуществлено с одной стороны пакета слоев, тем самым упрощая автоматизированный этап нанесения токоотводящей сетки. Кроме того, внешние электрические соединения с фотоэлементами, такие как внешняя электропроводка, могут быть получены при моментальном снабжении токоотводящей сетки электрическими контактными площадками (столбиковыми выводами), как только была нанесена токоотводящая сетка.

В варианте осуществления этап с) способа содержит печатание переднего и заднего контактов с одной стороны пакета слоев, тем самым облегчая автоматизированный способ изготовления, как только одна сторона пакета слоев становится доступной.

В другом варианте осуществления, который значительно увеличивает скорость изготовления, этап с) может содержать печатание тел переднего и заднего контактов одновременно.

Согласно изобретению, существуют различные варианты осуществления, которые предназначены, чтобы позволить неточную соосность или смещение соосности (отклонение выравнивания) тела заднего контакта по отношению к первому отверстию контакта. С этой целью этап b) способа может содержать дополнительное селективное удаление верхнего проводящего слоя для расширения, например, локального расширения, первого отверстия контакта в нем. При расширении первого отверстия контакта локально, например, в верхнем проводящем слое, может быть принято большее смещение соосности тела заднего контакта без риска прямого контакта между телом заднего контакта и верхним проводящим слоем.

В варианте осуществления этап b) способа может дополнительно содержать селективное удаление нижнего проводящего слоя для прохождения через него первого отверстия контакта, что обеспечивает улучшенную адгезию тела заднего контакта с пакетом слоев, в частности, с подложкой и нижним проводящим слоем.

В дополнительном варианте осуществления основная часть первого отверстия контакта, простирающегося через верхний проводящий слой и фотоактивный слой, шире, чем вспомогательная часть первого отверстия контакта, простирающаяся через нижний проводящий слой. Это является вариантом осуществления, в котором первое отверстие контакта простирается через нижний проводящий слой, но с уменьшенными шириной, диаметром и т.д., так что адгезия тела заднего контакта к пакету слоев улучшается, и удельная электрическая проводимость между телом заднего контакта и нижним проводящим слоем сохраняется.

Дополнительно проблемы смещения соосности тела заднего контакта могут решаться способом по настоящему изобретению, в котором этап b) способа может дополнительно содержать селективное удаление верхнего проводящего слоя и фотоактивного слоя для получения второго отверстия контакта, смежного с первым отверстием контакта. Этот альтернативный вариант дополнительно предотвращает прямой контакт между телом заднего контакта и верхним проводящим слоем для больших смещений соосности тела заднего контакта.

В варианте осуществления этап b) способа может дополнительно содержать селективное удаление верхнего проводящего слоя для получения второго электроизоляционного зазора, окружающего второе отверстие контакта, причем второй электроизоляционный зазор простирается через верхний проводящий слой, открывая фотоактивный слой. Этот вариант также предусматривает дополнительный электроизоляционный барьер между телом заднего контакта и верхним проводящим слоем, и смещение соосности является относительно большим.

С точки зрения изготовления, в частности, относительно скорости изготовления, этап с) может дополнительно содержать формование тел переднего и заднего контактов с одинаковой высотой и/или одинаковой шириной, что облегчает одновременное нанесение тел переднего и заднего контактов.

В варианте осуществления этап с) способа может дополнительно содержать печатание тела заднего контакта так, что оно простирается выше верхнего проводящего слоя, тем самым улучшая доступность тела заднего контакта для дополнительных электрических соединений.

В варианте осуществления этап b) селективного удаления верхнего проводящего слоя и фотоактивного слоя может содержать селективную лазерную абляцию, поэтому могут быть легко обеспечены различные формы с относительно высокими скоростями скрайбирования.

В другом варианте осуществления этап с) способа может содержать трафаретную печать или струйную печать тела переднего и/или заднего контактов. Трафаретная печать и струйная печать являются легко масштабируемыми технологиями печати, подходящими для изготовления с рулона-на-рулон.

В еще одном варианте осуществления этап с) способа может содержать печатание тел переднего и заднего контакта с использованием печатного соединения, содержащего по меньшей мере одно из серебра, углерода и углеродных нанотрубок. Печатное соединение может также содержать медь и алюминий.

Каждый из верхнего и нижнего проводящего слоя может содержать проводящий полимер, и при этом фотоактивный слой может содержать органический материал и/или перовскит.

В свете настоящего изобретения подложка может содержать гибкую подложку, содержащую полимерную пленку для облегчения изготовления с рулона-на-рулон.

В дополнительном аспекте настоящее изобретение относится к тонкопленочному полимерному или органическому фотоэлементу с хорошими характеристиками и эффективностью. Фотоэлемент согласно изобретению содержит пакет слоев, расположенный на гибкой подложке, причем пакет слоев содержит верхний и нижний проводящие слои с расположенным между ними фотоактивным слоем;

первое отверстие контакта в пакете слоев, простирающееся через верхний проводящий слой и фотоактивный слой; и токоотводящую сетку, содержащую

тело переднего контакта, расположенное на верхнем проводящем слое, и тело заднего контакта, расположенное на нижнем проводящем слое, при этом первое отверстие контакта между верхним проводящим слоем и отверстием контакта окружено электроизоляционным зазором.

В варианте осуществления тело переднего контакта и тело заднего контакта имеют одинаковую ширину и/или высоту, что улучшает эффективность и характеристики токоотводящей сетки и, в конечном счете, фотоэлемента.

В другом варианте осуществления фотоэлемент может содержать второе отверстие контакта, смежное с первым отверстием контакта, причем второе отверстие контакта простирается через верхний проводящий слой и фотоактивный слой. Этот вариант осуществления обеспечивает дополнительный электроизоляционный зазор между телом заднего контакта и верхним проводящим слоем для предотвращения прямого контакта между ними. Вообще говоря, тонкопленочный органический фотоэлемент может содержать второй электроизоляционный зазор, окружающий тело заднего контакта между верхним проводящим слоем и телом заднего контакта, при этом электроизоляционный зазор не должен простираться через фотоактивный слой. Важным аспектом вышеуказанных вариантов осуществления является то, что существует бесконтактное размещение тела заднего контакта и верхнего проводящего слоя.

В некоторых вариантах осуществления первое отверстие контакта может простираться через нижний проводящий слой, и тело заднего контакта может быть расположено на подложке в адгезионном сцеплении с ней. В этих вариантах осуществления поддерживается электропроводящее сцепление тела заднего контакта и нижнего проводящего слоя, в то время как адгезия тела заднего контакта к пакету слоев улучшается.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет рассмотрено здесь далее более подробно на основе ряда примерных вариантов осуществления со ссылкой на чертежи, на которых

Фигура 1 показывает вариант осуществления пакета непрерывных слоев согласно настоящему изобретению;

Фигура 2 показывает вариант осуществления отверстия контакта согласно настоящему изобретению;

Фигуры 3-7, каждая, показывает соответствующий вариант осуществления переднего и заднего контакта на пакете слоев согласно настоящему изобретению;

Фигура 8 показывает вариант осуществления электрического барьера согласно настоящему изобретению; и

Фигура 9 показывает пример фотоэлемента согласно настоящему изобретению.

Подробное описание примерных вариантов осуществления

Фигура 1 показывает вариант осуществления пакета непрерывных слоев согласно настоящему изобретению. В показанном варианте осуществления пакет 1 слоев предусмотрен на подложке 8 и содержит верхний проводящий слой 2 и нижний проводящий слой 3, причем между верхним и нижним проводящими слоями 2, 3 расположен фотоактивный слой 4. Из показанного пакета 1 слоев, расположенного на подложке 8, изготавливается множество фотоэлементов в высокоскоростном с высоким выходом и достаточно точном и надежном процессе получения, предпочтительно посредством процесса с рулона-на-рулон (R2R). В группе вариантов осуществления подложка 8 может быть прозрачной, полупрозрачной или даже непрозрачной к падающему свету. В предпочтительном варианте осуществления подложка 8 может быть гибкой пленкой, такой как ПЭТФ-пленка, предусмотренная в рулоне. Верхний и нижний проводящие слои 2, 3 могут, каждый, содержать проводящий полимер, такой как PEDOT:PSS, а фотоактивный слой 4 может содержать органический и/или перовскитный фотоактивный материал.

Согласно способу настоящего изобретения, пакет 1 слоев может быть завершен прежде, чем на него наносится токоотводящая сетка. Это является преимуществом, поскольку нет необходимости в том, чтобы различные этапы нанесения для изготовления пакета 1 слоев комбинировались с или прерывались этапами, относящимися к нанесению конкретных частей токоотводящей сетки, таких как один или более ее контактов. В результате процесс изготовления по изобретению содержит различные фазы, которые могут быть оптимизированы отдельно.

Способ по изобретению, таким образом, начинается а) обеспечением пакета 1 непрерывных слоев на подложке 8, при этом пакет 1 слоев содержит верхний проводящий слой 2 и нижний проводящий слой 3 с расположенным между ними фотоактивным слоем 4. В варианте осуществления пакет 1 слоев получают путем мокрого процесса структурирования слоев, который часто используется для тонкопленочных органических и/или перовскитных фотоэлементов.

Для того, чтобы осуществить доступ к верхнему и нижнему проводящим слоям 2, 3 с одной стороны пакета 1 слоев для отвода тока, настоящее изобретение использует отверстие контакта, которое простирается через верхний проводящий слой 2 и фотоактивный слой 4, при этом отверстие контакта открывает нижний проводящий слой 3.

Фигура 2 показывает вариант осуществления первого отверстия контакта согласно настоящему изобретению. В показанном варианте осуществления первое отверстие 10 контакта в пакете 1 слоев обеспечивает доступ к нижнему проводящему слою 3 с одной стороны пакета 1 слоев. В частности, первое отверстие 10 контакта имеет преимущество в том, что верхний и нижний проводящие слои 2, 3 теперь являются доступными с одной стороны пакета 1 слоев, тем самым упрощая изготовление токоотводящей сетки на более позднем этапе процесса изготовления.

Способ по настоящему изобретению, таким образом, дополнительно содержит этап b) селективного удаления верхнего проводящего слоя 2 и фотоактивного слоя 4 для получения первого отверстия 10 контакта, простирающегося через верхний проводящий слой 2 и фотоактивный слой 4, открывающего нижний проводящий слой 3.

Селективное удаление материала пакета слоев может быть выполнено различными способами. Например, в предпочтительном варианте осуществления этап b) способа, заключающийся в селективном удалении верхнего проводящего слоя 2 и фотоактивного слоя 4, может содержать селективную лазерную абляцию. Использование селективной лазерной абляции обеспечивает различные формы первого отверстия 10 контакта. В частности, первое отверстие 10 контакта может быть обычно круглым или круговым отверстием, но оно также может предусматриваться в виде канала, проходящего через пакет 1 слоев. Другим преимуществом селективной лазерной абляции является скорость, с которой может быть обеспечено отверстие контакта. Селективная лазерная абляция является обычно точной и обеспечивает высокие скорости скрайбирования, что предпочтительно для быстрого процесса с рулона-на-рулон.

Фигура 3 показывает конечный этап процесса изготовления, в котором на верхний и нижний проводящие слои 2, 3 наносится токоотводящая сетка. Способ по изобретению дополнительно содержит этап с) печатания тела 5-1 переднего контакта на верхнем проводящем слое 2 и тела 5 заднего контакта в первом отверстии 10 контакта на нижнем проводящем слое 3. Этот этап печати осуществляется таким образом, что между верхним проводящим слоем 2 и телом 5 заднего контакта образуется первый электроизоляционный зазор 9, окружающий тело 5 заднего контакта.

Первый электроизоляционный зазор 9, окружающий тело 5 заднего контакта, предотвращает прямое электрическое соединение между нижним проводящим слоем 3 и верхним проводящим слоем 2, таким образом по существу предотвращая короткое замыкание между ними.

В общих чертах, этап с) способа, заключающийся в печатании тела 5-1 переднего контакта на верхнем проводящем слое 2 и тела 5 заднего контакта в первом отверстии 10 контакта на нижнем проводящем слое 3, обеспечивает бесконтактное размещение между телом 5 заднего контакта и верхним проводящим слоем 2. Окружающий электроизоляционный зазор, такой как воздушный зазор, является типичным примером бесконтактного размещения между телом 5 заднего контакта и верхним проводящим слоем 2.

Этап с) способа дает тело 5-1 переднего контакта, имеющее ширину w1 и высоту h1, и тело 5 заднего контакта, имеющее ширину w2 и высоту h2. В типичном примере тела 5-1, 5 переднего и заднего контактов имеют по существу квадратное или прямоугольное поперечное сечение, как показано.

Во многих вариантах осуществления тела 5-1, 5 переднего и заднего контактов, каждое, могут быть предусмотрены в виде узкого прямоугольной формы гребня, простирающегося поверх верхнего и нижнего проводящих слоев 2, 3.

Согласно настоящему изобретению тела 5-1, 5 переднего и заднего контактов могут быть образованы свободно по пакету 1 слоев и не должны наноситься в регулярном рисунке, содержащем, например, параллельно расположенные прямые линии из тел 5-1, 5 переднего и заднего контактов. В свете изобретения тела 5-1, 5 переднего и заднего контактов могут быть нанесены (например, напечатаны) как контуры свободной формы с тем, чтобы обеспечить фотоэлементы со сложной высококачественной эстетически приятной токоотводящей сеткой.

Как упомянуто ранее, первое отверстие 10 контакта обеспечивает односторонний процесс изготовления по отношению к пакету 1 слоев для обеспечения доступа к верхнему и нижнему проводящим слоям 2, 3. Этап с) способа может, таким образом, содержать печатание тел 5-1, 5 переднего и заднего контактов с одной стороны пакета 1 слоев, тем самым облегчая высокоскоростную механическую автоматизацию и улучшая точность выравнивания тел 5-1, 5 переднего и заднего контактов по отношению к пакету 1 слоев.

В практическом варианте осуществления для увеличения скорости изготовления и улучшения выравнивания тел 5-1, 5 переднего и заднего контактов по отношению к пакету 1 слоев еще дополнительно этап с) способа может содержать одновременное печатание тел (5-1, 5) переднего и заднего контактов. Это может быть выполнено, например, с помощью единственной печатающей головки или двух сопряженных печатающих головок, расположенных смежно с пакетом 1 слоев, причем тела 5-1, 5 переднего и заднего контактов печатаются по существу в одно и то же время. В дополнительном варианте осуществления этап с) дополнительно содержит формование тел 5-1, 5 переднего и заднего контактов одинаковой высоты и/или одинаковой ширины. Это может быть выполнено печатанием тел 5-1, 5 переднего и заднего контактов в течение одинаковых интервалов времени, так что высоты h1 и h2 и/или ширины w1 и w2 тел 5-1, 5 переднего и заднего контактов, соответственно, имеют по существу одинаковое значение, т.е. h1≈h2, w1≈w2.

Эффективность и характеристики токоотводящей сетки могут быть улучшены при варьировании соотношения ширины и высоты (w1/h1, w2/h2) каждого из тел 5-1, 5 переднего и заднего контактов. Так характеристики фотоэлемента могут быть улучшены при увеличении высоты (h1, h2) и/или ширины (w1, w2) тел 5-1, 5 переднего и заднего контактов.

На фигуре 3 показан пример, как получить улучшенные характеристики токоотводящей сетки, при этом этап с) содержит печатание тела 5 заднего контакта так, что оно простирается выше верхнего проводящего слоя 2.

Согласно изобретению, тела 5-1, 5 переднего и заднего контактов могут быть напечатаны на пакет 1 слоев. С этой целью в предпочтительном варианте осуществления этап с) может содержать трафаретную печать или струйную печать тел 5-1, 5 переднего и заднего контактов. Эти технологии печати надежны, точны и легко масштабируемы для процесса с рулона-на-рулон. В дополнительном варианте осуществления этап с) может содержать печатание тел 5-1, 5 переднего и заднего контактов с использованием печатного соединения, содержащего по меньшей мере одно из серебра (Ag), углерода и углеродных нанотрубок, которые имеют хорошие электропроводные свойства.

Печатание, например, серебряного (Ag) тела контакта, такого как серебряные (Ag) тела 5-1, 5 переднего и заднего контактов, на PEDOT верхнем и нижнем проводящих слоях 2, 3 может дать более низкие характеристики токоотводящей сетки по сравнению с внедренными телами контактов в пакете 1 слоев, например, внедренными в PEDOT проводящий слой. Согласно изобретению, однако, при увеличении ширины (w1, w2) и/или высоты (h1, h2) тел 5-1, 5переднего и заднего контактов соответственно, характеристики токоотводящей сетки не должны быть проблемой, и могут быть достигнуты характеристики, сравнимые с характеристиками внедренной токоотводящей сетки.

Возвращаясь к первому отверстию 10 контакта, его ширина wc может быть выбрана, чтобы позволять ошибки выравнивания тела 5 заднего контакта при нанесении (например, печатании) упомянутого тела 5 заднего контакта в первое отверстие 10 контакта. В частности, при увеличении ширины wc по отношению к ширине w2 тела 5 заднего контакта различные смещения и ошибки выравнивания при нанесении тела 5 заднего контакта в первое отверстие 10 контакта могут быть поглощены по мере того, как окружающий первый электроизоляционный зазор 9 становится между ними больше, тем самым уменьшая вероятность короткого замыкания между верхним и нижним проводящими слоями 2, 3 в высокоскоростном процессе изготовления. В варианте осуществления, показанном на фигуре 3, тело 5 заднего контакта наносится по существу в середине первого отверстия 10 контакта, оставляя первый электроизоляционный зазор 9, окружающий тело 5 заднего контакта.

Поскольку настоящее изобретение пытается найти способ изготовления токоотводящей сетки для фотоэлементов в высокоскоростном производственном процессе, таком как с рулона-на-рулон, проблемы выравнивания, касающиеся нанесения тел контактов на проводящие слои, не могут быть проигнорированы и могут даже иметь решающее значение для общего качества и характеристик фотоэлементов.

Фигура 4 показывает вариант осуществления тел переднего и заднего контактов согласно настоящему изобретению, при этом дополнительно рассматриваются проблемы возможного неточного выравнивания тела 5 заднего контакта. В показанном варианте осуществления тело 5 заднего контакта наносится в первое отверстие 10 контакта со значительным смещением d0 соосности по отношению к центральной линии сс первого отверстия 10 контакта. В этом примере смещение соосности является довольно предельным, таким, что тело 5 заднего контакта вступает в прямой контакт с частью верхнего проводящего слоя 2. Для того, чтобы решить проблему таких предельных смещений соосности тела 5 заднего контакта, этап b) способа может дополнительно содержать селективное удаление верхнего проводящего слоя 2 и фотоактивного слоя 4 для получения второго отверстия 11 контакта, смежного с первым отверстием 10 контакта. В варианте осуществления второе отверстие 11 контакта получают путем селективной лазерной абляции.

В этом конкретном варианте осуществления образуется второе отверстие 11 контакта, окружающее первое отверстие 10 контакта, тем самым обеспечивая в результате дополнительный электроизоляционный зазор 9а, окружающий тело 5 заднего контакта между верхним проводящим слоем 2 и упомянутым телом 5 заднего контакта. Второе отверстие 11 контакта, смежное с первым отверстием 10 контакта, таким образом, обеспечивает несопряженную ближайшую часть 2а верхнего проводящего слоя 2, так что тело 5 заднего контакта находится в бесконтактном размещении с верхним проводящим слоем 2.

С точки зрения изготовления, первое отверстие 10 контакта может использоваться для направления выравнивания, например, печатающей головки для печатания (нанесения) тела 5 заднего контакта на нижнем проводящем слое 3 в первом отверстии 10 контакта. При воздействии высоких скоростей изготовления могут встречаться смещения выравнивания благодаря задержке синхронизации по времени и инерции позиционирования при осуществлении этапа с) способа.

Дополнительное преимущество варианта осуществления по фигуре 4 состоит в том, что электропроводность и характеристики токоотводящей сетки могут быть улучшены нанесением тела 5 заднего контакта большего объема (например, размера) без риска прямого контакта между телом 5 заднего контакта и верхним проводящим слоем 2. Поэтому нанесение тела 5 заднего контакта с использованием больших объемов печатания (впрыска) возможно без ухудшения характеристик токоотводящей сетки.

Фигура 5 показывает другой вариант осуществления тел переднего и заднего контактов согласно настоящему изобретению. В показанном варианте осуществления отображен альтернативный подход к вычислению смещений соосности тела 5 заднего контакта, в котором первое отверстие 10 контакта содержит расширенный первый электроизоляционный зазор 9, окружающий тело 5 заднего контакта. Для получения этого конкретного варианта осуществления этап b) способа может дополнительно содержать селективное удаление верхнего проводящего слоя 2 для расширения первого отверстия 10 контакта в нем. В варианте осуществления расширенный первый электроизоляционный зазор 9 может быть получен с помощью селективной лазерной абляции.

Этот вариант осуществления способа дает расширенный первый электроизоляционный зазор 9, окружающий тело 5 заднего контакта, так что относительно большое смещение d0 соосности по отношению к центральной линии сс первого отверстия 10 контакта может быть поглощено в процессе высокоскоростного печатания. Поэтому поддерживается бесконтактное размещение тела 5 заднего контакта и верхнего проводящего слоя 2.

Фигура 6 отображает другой вариант осуществления тел 5-1, 5 переднего и заднего контактов по настоящему изобретению. В показанном варианте осуществления первое отверстие 10 контакта также простирается через нижний проводящий слой 3 до подложки 8. Как показано, первое отверстие 10 контакта содержит концевую часть 10а, имеющую меньшую ширину, чем ширина w2 тела 5 заднего контакта. Соответственно, концевая часть 5а тела 5 заднего контакта имеет ширину w3 меньше ширины w2 тела 5 заднего контакта, при этом его концевая часть 5а расположена в концевой части 10а первого отверстия 10 контакта. Тело 5 заднего контакта расположено на кромке 3а нижнего проводящего слоя 3 для электрической проводимости. Так, вообще основная часть первого отверстия 10 контакта простирается через верхний проводящий слой 2 и фотоактивный слой 4, при этом основная часть шире вспомогательной части первого отверстия 10 контакта, при этом вспомогательная часть простирается через нижний проводящий слой 3.

Этот конкретный вариант осуществления может быть получен с помощью этапа b) способа, который может дополнительно содержать селективное удаление нижнего проводящего слоя 3 для прохождения через него первого отверстия 10 контакта.

Этот вариант осуществления предпочтителен для улучшения адгезии тела 5 заднего контакта к пакету 1 слоев, при этом тело 5 заднего контакта частично наносится (например, печатью) на подложку 8 и в адгезионном сцеплении с ней. Как в других вариантах осуществления, первый электроизоляционный зазор 9, окружающий тело 5 заднего контакта, предотвращает прямое электрическое соединение между телом 5 заднего контакта и верхним проводящим слоем 2, таким образом обеспечивая их бесконтактное размещение. Первый электроизоляционный зазор 9 дополнительно улучшает устойчивость к возможному смещению соосности тела 5 заднего контакта по отношению к первому отверстию 10 контакта, как описано выше.

На фигуре 7 отображен еще один вариант тел 5-1, 5 переднего и заднего контактов в пакете 1 слоев. В этом варианте осуществления для учета смещения соосности тела 5 заднего контакта выполнены дополнительные усовершенствования. В показанном варианте осуществления тело 5 заднего контакта расположено на расстоянии d0 от центральной линии сс. В этом конкретном примере смещение d0 соосности является таким предельным, что тело 5 заднего контакта частично расположено во втором отверстии 11 контакта и в контакте с несопряженной ближайшей частью 2а верхнего проводящего слоя 2. В более регулируемом процессе изготовления смещение соосности будет значительно меньше, так что тело 5 заднего контакта будет расположено в пределах первого отверстия 10 контакта.

Для того, чтобы предотвратить прямое электрическое соединение между телом 5 заднего контакта и верхним проводящим слоем 2, тело 5 заднего контакта окружает второй электроизоляционный зазор 12 для обеспечения бесконтактного размещения между телом 5 заднего контакта и верхним проводящим слоем 2.

Согласно изобретению, первое отверстие 10 контакта выполнено для обеспечения доступа к нижнему проводящему слою 2 с одной стороны пакета 1 слоев. Это предпочтительно в свете того факта, что пакет 1 слоев тогда может быть получен первым, при этом этапы изготовления, относящиеся, например, к структурированию слоя, обработке на основе мокрого решения и т.д., не должны комбинироваться с этапами изготовления и их требованиями для обеспечения токоотводящей сетки, т.е. тел 5-1, 5 переднего и заднего контактов. Поэтому разделение изготовления пакета 1 слоев на подложке 8 и последующего изготовления тел 5-1, 5 переднего и заднего контактов значительно облегчает высокоскоростной с высоким выходом процесса изготовления фотоэлементов с рулона-на-рулон (R2R).

Как упомянуто выше, первое и второе отверстия 10, 11 контакта могут быть обеспечены путем селективного удаления с использованием, например, селективной лазерной абляции для скрайбирования первого и второго отверстий 10, 11 контакта. Глубина упомянутых отверстий 10, 11 конечно зависит от конкретного периода времени, в течение которого пакет 1 слоев подвергается воздействию на этапе удаления способа, а также от интенсивности удаления процесса лазерной абляции (например, импульсного лазера, лазера непрерывного действия, мощности лазера и т.д.).

Теперь, для того, чтобы ограничить фотоэлемент, в частности, его внешний периметр, для создания отверстия или канала, полностью простирающегося через пакет 1 слоев, может также использоваться селективное удаление так, что между верхним и нижним проводящими слоями 2, 3 получают электроизоляционный периметр или барьер.

На фигуре 8 представлен вариант осуществления электрического барьера согласно настоящему изобретению. В показанном варианте осуществления этап селективного удаления осуществляется для создания отверстия или канала 14, простирающегося через все слои пакета 1 слоев, и при котором подложка 8 открывается. В этом случае этап печатания не осуществляется для нанесения тела 5 заднего контакта в отверстие или канал 14. Вместо этого отверстие или канал 14 теперь определяет электроизоляционный барьер между двумя частями 1а пакета 1 слоев. Этап селективного удаления может содержать селективную лазерную абляцию с соответствующими длительностью и интенсивностью для удаления материала пакета слоев. Селективная лазерная абляция может осуществляться путем процесса лазерного скрайбирования с получением контура свободной формы электроизоляционного барьера для фотоэлемента.

Фигура 9 показывает вид сверху примера фотоэлемента согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В показанном варианте осуществления отверстие или канал 14 представлены как электроизоляционный барьер, определяющий внешний периметр фотоэлемента 16 в форме листа. В пределах электроизоляционного периметра, ограниченных отверстием или каналом 14, представлена токоотводящая сетка, содержащая тела 5-1, 5 переднего и заднего контактов. Тела 5-1, 5 переднего и заднего контактов могут каждое содержать гребень свободной формы, простирающийся над верхним и нижним проводящими слоями 2, 3. Поскольку этап с) способа, заключающийся в печатании тел 5-1, 5 переднего и заднего контактов, может осуществляться с использованием струйной печати или трафаретной печати, может быть изготовлена токоотводящая сетка с одной стороны пакета 1 слоев.

Согласно изобретению, как представлено на фигуре 9, фотоэлементы, полученные способом по настоящему изобретению, могут иметь свободные формы, такие как формы для декоративных и/или художественных целей. Варианты осуществления тонкопленочного фотоэлемента 16, в котором подложка 8 содержит, например, тонкую (полу-)прозрачную пленку, и пакет 1 слоев содержит (полу-)прозрачные верхний и нижний проводящие слои 2, 3 и (полу-)прозрачный фотоактивный слой 4, могут быть помещены, например, на стеклянные поверхности.

Способ по настоящему изобретению таким образом предусматривает способ быстрого крупномасштабного производства фотоэлементов не только для функциональности, например, генерирования используемого электричества, но такие фотоэлементы могут также выполнять декоративные или художественные задачи. Так возможными являются масса дополнительных вариантов размещений и местоположений. Т.е. в дополнение к размещению фотоэлементов свободной формы согласно настоящему изобретению на крышах, внутренних и наружных поверхностях стен, поверхностях окон, поверхностях мебели, поверхностях транспортных средств, поверхностях черепицы для крыши и т.д. теперь могут быть снабжены такими фотоэлементами свободной формы.

В дополнительном аспекте настоящее изобретение относится к тонкопленочному органическому фотоэлементу, который может быть изготовлен в быстром процессе с рулона-на-рулон. Ссылка выполнена на все фигуры 1-9.

Тонкопленочный органический фотоэлемент по настоящему изобретению содержит пакет 1 слоев, расположенный на гибкой подложке 8. Пакет 1 слоев содержит верхний и нижний проводящие слои 2, 3 с расположенным между ними фотоактивным слоем 4. В пакете 1 слоев предусмотрено первое отверстие 10 контакта, простирающееся через верхний проводящий слой 2 и фотоактивный слой 4. Тонкопленочный органический фотоэлемент дополнительно содержит токоотводящую сетку, содержащую тело 5-1 переднего контакта, расположенное на верхнем проводящем слое 2, и тело 5 заднего контакта, расположенное на нижнем проводящем слое 3 в первом отверстии 10 контакта. Тело 5 заднего контакта между верхним проводящим слоем 2 и телом 5 заднего контакта окружено электроизоляционным зазором 9.

Преимущество тонкопленочного органического фотоэлемента 16 согласно изобретению состоит в том, что токоотводящая сетка расположена на пакете 1 слоев с одной его стороны вместо внедрения в него. Как результат, фотоэлемент 16 обеспечивает двухфазный процесс изготовления, вследствие чего в первой фазе сначала изготавливают пакет 1 слоев, за которой следует вторая фаза, содержащая нанесение токоотводящей сетки, т.е. тел 5-1, 5 переднего и заднего контактов.

Кроме того, поскольку имеется бесконтактное размещение тела 5 заднего контакта и верхнего проводящего слоя 2, предотвращается прямое электрическое соединение между ними. Бесконтактное размещение обычно осуществляется в виде электроизоляционного зазора 9, который позволяет иметь смещения соосности тела 5 заднего контакта по отношению к первому отверстию 10 контакта без ухудшения бесконтактного размещения. Это облегчает высокоскоростной процесс изготовления, в частности, процесс изготовления с рулона-на-рулон.

В варианте осуществления тело 5-1 переднего контакта и тело 5 заднего контакта могут быть одинаковой длины, что улучшает характеристики фотоэлемента и упрощает нанесение тел 5-1, 5 переднего и заднего контактов.

Тонкопленочный органический фотоэлемент 16 может дополнительно содержать второе отверстие 11 контакта, смежное с первым отверстием 10 контакта. Второе отверстие 11 контакта простирается через верхний проводящий слой 2 и фотоактивный слой 4. Второе отверстие 11 контакта обеспечивает возможность иметь большие смещения соосности тела 5 заднего контакта в первом отверстии 10 контакта.

В варианте осуществления первое отверстие 10 контакта может простираться через нижний проводящий слой 3, при этом тело 5 заднего контакта расположено на подложке 8 в адгезионном сцеплении с ней. Этот вариант осуществления улучшает адгезию тела 5 заднего контакта к пакету 1 слоев.

Вместо наличия отверстий контакта, простирающихся через верхний проводящий слой 2 и фотоактивный слой 4, для предотвращения прямого электрического соединения между телом 5 заднего контакта и верхним проводящим слоем 2 тонкопленочный органический фотоэлемент 16 может содержать второй электроизоляционный зазор 12, простирающийся через верхний проводящий слой 2 и окружающий тело 5 заднего контакта между верхним проводящим слоем 2 и телом 5 заднего контакта. Этот вариант осуществления может использоваться с учетом наиболее неточного позиционирования тела 5 заднего контакта в процессе быстрого изготовления с рулона-на-рулон.

Настоящее изобретение может быть теперь кратко сформулировано следующими вариантами осуществления:

Вариант осуществления 1. Способ изготовления токоотводящей сетки для фотоэлементов, содержащий этапы:

а) обеспечение пакета (1) непрерывных слоев на подложке (8), причем пакет (1) слоев содержит верхний проводящий слой (2) и нижний проводящий слой (3) с расположенным между ними фотоактивным слоем (4);

b) селективное удаление верхнего проводящего слоя (2) и фотоактивного слоя (4) для получения первого отверстия (10) контакта, простирающегося через верхний проводящий слой (2) и фотоактивный слой (4), открывающего нижний проводящий слой (3);

с) печатание тела (5-1) переднего контакта на верхнем проводящем слое (2) и тела (5) заднего контакта в первом отверстии (10) контакта на нижнем проводящем слое (3) и образование между верхним проводящим слоем (2) и телом (5) заднего контакта первого электроизоляционного зазора, окружающего тело (5) заднего контакта.

Вариант осуществления 2. Способ по варианту осуществления 1, в котором этап с) содержит печатание тел (5-1, 5) переднего и заднего контактов с одной стороны пакета (1) слоев.

Вариант осуществления 3. Способ по варианту осуществления 1 или 2, в котором этап с) содержит печатание тел (5-1, 5) переднего и заднего контактов одновременно.

Вариант осуществления 4. Способ по любому из вариантов осуществления 1-3, в котором этап b) дополнительно содержит селективное удаление верхнего проводящего слоя (2) для расширения в нем первого отверстия (10) контакта.

Вариант осуществления 5. Способ по любому из вариантов осуществления 1-4, в котором этап b) дополнительно содержит селективное удаление нижнего проводящего слоя (3) для прохождения через него первого отверстия (10) контакта.

Вариант осуществления 6. Способ по варианту осуществления 5, в котором основная часть первого отверстия (10) контакта, простирающаяся через верхний проводящий слой (2) и фотоактивный слой (4), шире вспомогательной части первого отверстия (10) контакта, простирающейся через нижний проводящий слой (3).

Вариант осуществления 7. Способ по любому из вариантов осуществления 1-6, в котором этап b) дополнительно содержит селективное удаление верхнего проводящего слоя (2) и фотоактивного слоя (4) для получения второго отверстия (11) контакта, смежного с первым отверстием (10) контакта.

Вариант осуществления 8. Способ по варианту осуществления 7, в котором этап b) способа дополнительно содержит селективное удаление верхнего проводящего слоя (2) для получения второго электроизоляционного зазора (12), окружающего второе отверстие (11) контакта, при этом второй электроизоляционный зазор (12) простирается через верхний проводящий слой (2), открывая фотоактивный слой (4).

Вариант осуществления 9. Способ по любому из вариантов осуществления 1-8, в котором этап с) дополнительно содержит образование тела (5-1) переднего контакта и тела (5) заднего контакта одинаковой высоты и/или одинаковой ширины.

Вариант осуществления 10. Способ по любому из вариантов осуществления 1-9, в котором этап с) дополнительно содержит печатание тела (5) заднего контакта так, что оно простирается выше верхнего проводящего слоя (2).

Вариант осуществления 11. Способ по любому из вариантов осуществления 1-10, в котором этап b) селективного удаления верхнего проводящего слоя (2) и фотоактивного слоя (4) содержит селективную лазерную абляцию.

Вариант осуществления 12. Способ по любому из вариантов осуществления 1-11, в котором этап с) содержит трафаретную печать или струйную печать тел (5-1, 5) переднего и заднего контактов.

Вариант осуществления 13. Способ по любому из вариантов осуществления 1-12, в котором этап с) содержит печатание тел (5-1, 5) переднего и заднего контактов с использованием печатного соединения, содержащего по меньшей мере одно из серебра, углерода и углеродных нанотрубок.

Вариант осуществления 14. Способ по любому из вариантов осуществления 1-13, в котором каждый из верхнего проводящего слоя (2) и нижнего проводящего слоя (3) содержит проводящий полимер, и в котором фотоактивный слой (4) содержит органический материал и/или перовскит.

Вариант осуществления 15. Способ по любому из вариантов осуществления 1-14, в котором подложка (8) является гибкой подложкой, содержащей полимерную пленку.

Вариант осуществления 16. Тонкопленочный органический фотоэлемент, содержащий

пакет (1) слоев, расположенный на гибкой подложке (8), причем пакет (1) слоев содержит верхний (2) и нижний (3) проводящие слои с расположенным между ними фотоактивным слоем (4);

первое отверстие (10) контакта в пакете (1) слоев, простирающееся через верхний проводящий слой (2) и фотоактивный слой (4); и токоотводящую сетку, содержащую

тело (5-1) переднего контакта, расположенное на верхнем проводящем слое (2), и тело (5) заднего контакта, расположенное на нижнем проводящем слое (3) в первом отверстии (10) контакта, при этом первое отверстие (10) контакта между верхним проводящим слоем (2) и первым отверстием (10) контакта окружено электроизоляционным зазором.

Вариант осуществления 17. Тонкопленочный органический фотоэлемент по варианту осуществления 16, в котором тело (5-1) переднего контакта и тело (5) заднего контакта имеют одинаковую ширину и/или высоту.

Вариант осуществления 18. Тонкопленочный органический фотоэлемент по варианту осуществления 16 или 17, в котором фотоэлемент (16) содержит второе отверстие (11) контакта, смежное с первым отверстием (10) контакта, причем второе отверстие (11) контакта простирается через верхний проводящий слой (2) и фотоактивный слой (4).

Вариант осуществления 19. Тонкопленочный органический фотоэлемент по любому из вариантов осуществления 16-18, в котором первое отверстие (10) контакта простирается через нижний проводящий слой (3), и тело (5) заднего контакта расположено на подложке (8) в адгезионном сцеплении с ней.

Вариант осуществления 20. Тонкопленочный органический фотоэлемент по любому из вариантов осуществления 16-19, содержащий второй электроизоляционный зазор (12), окружающий тело (5) заднего контакта между верхним проводящим слоем (2) и телом (5) заднего контакта.

Варианты осуществления настоящего изобретения описаны выше со ссылкой на ряд примерных вариантов осуществления, которые показаны и описаны со ссылкой на чертежи. Возможны модификации и альтернативные осуществления некоторых частей или элементов, и они включены в объем защиты, который определен в прилагаемой формуле изобретения.

Способ изготовления токоотводящей сетки для фотоэлементов включает этапы а) обеспечение пакета (1) непрерывных слоев на подложке (8), причем пакет (1) слоев содержит верхний проводящий слой (2) и нижний проводящий слой (3) с расположенным между ними фотоактивным слоем (4); b) селективное удаление верхнего проводящего слоя (2) и фотоактивного слоя (4) для получения первого отверстия (10) контакта, простирающегося через верхний проводящий слой (2) и фотоактивный слой (4), открывающего нижний проводящий слой (3); с) печатание тела (5-1) переднего контакта на верхнем проводящем слое (2) и тела (5) заднего контакта в первом отверстии (10) контакта на нижнем проводящем слое (3) и образование первого электроизоляционного зазора, окружающего тело (5) заднего контакта, между верхним проводящим слоем (2) и телом (5) заднего контакта. Изобретение обеспечивает улучшенный способ получения токоотводящей сетки для фотоэлементов, которая может быть изготовлена в один этап изготовления в качестве последнего этапа процесса изготовления. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ изготовления токоотводящей сетки для фотоэлементов, включающий этапы

а) обеспечения пакета (1) непрерывных слоев на подложке (8), причем пакет (1) слоев содержит верхний (2) и нижний (3) проводящие слои с расположенным между ними фотоактивным слоем (4);

b) селективного удаления верхнего проводящего слоя (2) и фотоактивного слоя (4) для получения первого отверстия (10) контакта, простирающегося через верхний проводящий слой (2) и фотоактивный слой (4), открывающего нижний проводящий слой (3);

с) печатание тела (5-1) переднего контакта на верхнем проводящем слое (2) и тела (5) заднего контакта в первом отверстии (10) контакта на нижнем проводящем слое (3) и образование между верхним проводящим слоем (2) и телом (5) заднего контакта первого электроизоляционного зазора, окружающего тело (5) заднего контакта.

2. Способ по п. 1, в котором этап с) содержит печатание тел (5-1, 5) переднего и заднего контактов с одной стороны пакета (1) слоев.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором этап с) содержит печатание тел (5-1, 5) переднего и заднего контактов одновременно.

4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором этап b) дополнительно содержит селективное удаление верхнего проводящего слоя (2) для расширения в нем первого отверстия (10) контакта.

5. Способ по любому из пп. 1-4, в котором этап b) дополнительно содержит селективное удаление нижнего проводящего слоя (3) для прохождения через него первого отверстия (10) контакта.

6. Способ по п. 5, в котором основная часть первого отверстия (10) контакта, простирающаяся через верхний проводящий слой (2) и фотоактивный слой (4), шире вспомогательной части первого отверстия (10) контакта, простирающейся через нижний проводящий слой (3).

7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором этап b) способа дополнительно содержит селективное удаление верхнего проводящего слоя (2) и фотоактивного слоя (4) для получения второго отверстия (11) контакта, смежного с первым отверстием (10) контакта.

8. Способ по п. 7, в котором этап b) способа дополнительно содержит селективное удаление верхнего проводящего слоя (2) для получения второго электроизоляционного зазора (12), окружающего второе отверстие (11) контакта, при этом второй электроизоляционный зазор (12) простирается через верхний проводящий слой (2), открывая фотоактивный слой (4).

9. Способ по любому из пп. 1-8, в котором этап с) дополнительно содержит образование тел (5-1, 5) переднего и заднего контактов одинаковой высоты и/или одинаковой ширины.

10. Способ по любому из пп. 1-9, в котором этап с) дополнительно содержит печатание тела (5) заднего контакта так, чтобы оно простиралось выше верхнего проводящего слоя (2).

11. Способ по любому из пп. 1-10, в котором этап b) селективного удаления верхнего проводящего слоя (2) и фотоактивного слоя (4) содержит селективную лазерную абляцию.

12. Способ по любому из пп. 1-11, в котором этап с) содержит трафаретную печать или струйную печать тел (5-1, 5) переднего и/или заднего контактов.

13. Способ по любому из пп. 1-12, в котором этап с) содержит печатание тел (5-1, 5) переднего и заднего контактов с использованием печатного соединения, содержащего по меньшей мере одно из серебра, углерода и углеродных нанотрубок.

14. Способ по любому из пп. 1-13, в котором каждый из верхнего (2) и нижнего (3) проводящих слоев содержит проводящий полимер и в котором фотоактивный слой (4) содержит органический материал и/или перовскит.

15. Способ по любому из пп. 1-14, в котором подложка (8) является гибкой подложкой, содержащей полимерную пленку.

16. Тонкопленочный органический фотоэлемент, содержащий пакет (1) слоев, расположенный на гибкой подложке (8), причем пакет (1) слоев содержит верхний (2) и нижний (3) проводящие слои с расположенным между ними фотоактивным слоем (4); первое отверстие (10) контакта в пакете (1) слоев, простирающееся через верхний проводящий слой (2) и фотоактивный слой (4); и токоотводящую сетку, содержащую тело (5-1) переднего контакта, расположенное на верхнем проводящем слое (2), и тело (5) заднего контакта, расположенное на нижнем проводящем слое (3) в первом отверстии (10) контакта, при этом первое отверстие (10) контакта между верхним проводящим слоем (2) и первым отверстием (10) контакта окружено электроизоляционным зазором.

17. Тонкопленочный органический фотоэлемент по п. 16, в котором тело (5-1) переднего контакта и тело (5) заднего контакта одинаковы по ширине и/или высоте.

18. Тонкопленочный органический фотоэлемент по любому из пп. 16-17, в котором фотоэлемент (16) содержит второе отверстие (11) контакта, смежное с первым отверстием (10) контакта, причем второе отверстие (11) контакта простирается через верхний проводящий слой (2) и фотоактивный слой (4).

19. Тонкопленочный органический фотоэлемент по любому из пп. 16-18, в котором первое отверстие (10) контакта простирается через нижний проводящий слой (3), а тело (5) заднего контакта расположено на подложке (8) в адгезионном сцеплении с ней.

20. Тонкопленочный органический фотоэлемент по любому из пп. 16-19, содержащий второй электроизоляционный зазор (12), окружающий тело (5) заднего контакта между верхним проводящим слоем (2) и телом (5) заднего контакта.