TWM529940U - 有機光電轉換裝置 - Google Patents

Description

有機光電轉換裝置

本創作涉及一種光電轉換裝置，特別是涉及一種可降低製程困難度的有機光電轉換裝置，可應用於太陽能電池。

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都是以矽為主要材料，不過使用高分子材料所開發的有機太陽能電池因為製程簡單、造價便宜、材質輕盈、可撓曲等特性而逐漸受到業界與學術界的矚目。

現有的有機太陽能電池於製造時，大多是利用塗佈(Coating)作為成型太陽能電池薄膜的主要技術手段，這樣做的優點在於所形成的薄膜得以具有較佳的平整性與均勻性，若進一步搭配卷對卷(Roll-to-Roll，R2R)連續製程技術，則可大量快速與大面積化製作有機太陽能電池。這樣的做法在業界已有前例，例如，利用卷對卷方式大量生產可撓性顯示器(flexible display)，能夠簡化製造流程和降低製造成本。

請參閱圖1，為一種現有的反式有機太陽能電池之光電轉換裝置的結構示意圖。如圖所示，所述光電轉換裝置100’具有多個利用微影暨蝕刻方法所形成，且貫穿電洞傳遞層101’、主動層102’、電子傳遞層103’、及導電線路層104’的垂直孔洞105’，然後再使用導電塗料106’(如銀膠)填入垂直孔洞105’內以接觸導電線路層104’形成導通。不過事實上所述光電轉換裝置100’仍存在諸多限制須加以克服，例如：1)導電基板上各該導電層之間隙為配合各光電轉換單元，導致過於繁複而影響蝕刻作業時程；2)上層銀膠 導電層如何順利灌進蝕刻間隙或垂直孔洞而可與部分底層導電層構成導通。

本創作之主要目的在於提供一種有機光電轉換裝置，其能克服現有的有機太陽能電池的光電轉換裝置中因為“相鄰的兩個發電裝置藉由垂直孔洞予以區隔”的結構設計所帶來的諸多限制，達到降低製程困難度及增加產品可靠度的功效。

根據本創作之一實施例，所述有機光電轉換裝置包括一透光性基板、一光電轉換複合層、及多個導電膠體。所述光電轉換複合層設置於所述透光性基板上，所述光電轉換複合層包括一透明導電層、一設置於所述透明導電層上的電子傳遞層、一設置於所述電子傳遞層上的主動層、及一設置於所述主動層上的電洞傳遞層，其中所述光電轉換複合層具有多個貫穿所述電洞傳遞層、所述主動層、所述電子傳遞層、及所述透明導電層的溝槽，每一個所述溝槽的寬度沿所述電洞傳遞層往所述透明導電層的方向遞減，且每一個所述溝槽的至少一側壁面為曲面；多個所述導電膠體設置於所述光電轉換複合層上，其中每一個所述導電膠體沿所述電洞傳遞層的表面及相對應的一個所述溝槽的至少一所述側壁面往所述透明導電層的方向延伸，並接觸所述透明導電層的一部分。

根據本創作之另一實施例，所述有機光電轉換裝置包括一透光性基板、一光電轉換複合層、及多個導電膠體。所述光電轉換複合層設置於所述透光性基板上，所述光電轉換複合層包括一透明導電層、一設置於所述透明導電層上的電子傳遞層、一設置於所述電子傳遞層上的主動層、及一設置於所述主動層上的電洞傳遞層，其中所述光電轉換複合層具有多個貫穿所述電洞傳遞層、所述主動層、所述電子傳遞層、及所述透明導電層的溝槽，每一個所述溝槽的寬度沿所述電洞傳遞層往所述透明導電層的方向遞 減，且每一個所述溝槽的至少一側壁面為曲面；多個所述導電膠體設置於所述光電轉換複合層上，其中每一對所述導電膠體的其中一個所述導電膠體設置於所述電洞傳遞層的表面，且每一對所述導電膠體的另一個所述導電膠體設置於相對應的一個所述溝槽底部。

較佳地，所述透光性基板上具有多個發電區域，多個所述溝槽沿所述透光性基板的長度方向或寬度方向間隔排列，每兩個相鄰的所述發電區域之間具有所述溝槽。

較佳地，所述透明導電層包括多個透明電極，且多個所述透明電極分別位於多個所述發電區域內，其中一個所述導電膠體沿著其中一個所述發電區域內的所述電洞傳遞層的表面以及相對應的所述溝槽的至少一所述側壁面延伸，並接觸另一個所述發電區域內的所述透明電極，以使得每兩個相鄰的所述發電區域彼此電性連結。

較佳地，至少一所述溝槽的頂部輪廓呈連續波浪狀。

較佳地，所述透光性基板的厚度介於10至500μm，所述透光性基板為一透明塑膠基板或一玻璃基板。

較佳地，所述透明塑膠基板的材料為聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚醯亞胺(PI)、聚醯胺(PA)、聚氨酯(PU)、或壓克力。

較佳地，所述透明導電層的厚度介於100nm至10μm，所述透明導電層的透光率介於70%至95%，所述透明導電層為有機導體材料或無機導體材料所形成。

較佳地，所述有機導體材料為聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)、奈米碳管、或其組合。

較佳地，所述無機導體材料為金屬或金屬氧化物。

較佳地，所述電子傳遞層的厚度介於10至100μm，所述主動層的厚度介於10至100μm，所述電洞傳遞層的厚度介於50至200 μm。

較佳地，所述光電轉換複合層更包括一光學硬化層，所述光學硬化層設置於所述透光性基板與所述透明導電層之間。

較佳地，所述光學硬化層的厚度介於1至5μm，所述光學硬化層的材料為壓克力、環氧樹脂、二氧化矽、或其組合。

較佳地，每一個所述溝槽的頂部槽口的寬度介於10至100μm，每一個所述溝槽的底部槽口的寬度介於1至50μm。

本創作的有益效果主要在於：本創作實施例所提供的有機光電轉換裝置透過“光電轉換複合層中藉由雷射蝕刻技術而形成有多個特殊構型的溝槽，其中每一個溝槽的頂部輪廓略呈波浪狀，每一個溝槽的寬度由上而下遞減且具有至少一側壁面為曲面”的設計，除了在相鄰的發電區域之間，上導電層(導電膠體)可以順著溝槽的側壁面延伸以接觸到下導電層(透明電極)，以達到電性連接串聯並提升電壓的效果外，還增加導電膠體與電洞傳遞層之間的結合力。

為使能更進一步瞭解本創作之特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作之詳細說明與附圖，但是此等說明與所提供的附圖僅係用來說明本創作，而非對本創作的權利範圍作任何的限制。

(先前技術)

100’‧‧‧光電轉換裝置

101’‧‧‧電洞傳遞層

102’‧‧‧主動層

103’‧‧‧電子傳遞層

104’‧‧‧導電線路層

105’‧‧‧垂直孔洞

106’‧‧‧導電塗料

(本創作)

100a、100b‧‧‧有機光電轉換裝置

1‧‧‧透光性基板

10‧‧‧發電區域

2‧‧‧光電轉換複合層

21‧‧‧透明導電層

211‧‧‧透明電極

22‧‧‧電子傳遞層

23‧‧‧主動層

24‧‧‧電洞傳遞層

25‧‧‧溝槽

251‧‧‧側壁面

W1‧‧‧頂部槽口的寬度

W2‧‧‧底部槽口的寬度

3、3’‧‧‧導電膠體

4‧‧‧光學硬化層

圖1為現有的反式有機太陽能電池之光電轉換裝置的結構示意圖。

圖2為本創作第一實施例之有機光電轉換裝置的剖視圖。

圖3為本創作第一實施例之有機光電轉換裝置的上視圖。

圖4為本創作第一實施例之有機光電轉換裝置的局部結構剖視圖。

圖5為本創作第一實施例之有機光電轉換裝置的局部結構上視圖。

圖6為本創作第二實施例之有機光電轉換裝置的剖視圖。

圖7為本創作第二實施例之有機光電轉換裝置的上視圖。

本創作所揭露的內容主要是關於一種應用於光電轉換裝置的 有機光電轉換複合層的結構改良，其中相鄰發電單元間由於具有一利用雷射蝕刻技術所形成的特殊溝槽結構，因此能克服製程上的諸多限制，達到降低製程困難度及增加產品可靠度的功效。

在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本創作概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本創作將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本創作概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。

應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件或信號等，但此等元件或信號不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，如本文中所使用，術語「或」視實際情況可能包括相關聯之列出項目中之任一者或者多者之所有組合。

〔第一實施例〕

請一併參閱圖2及圖3，其中圖2為本創作第一實施例之有機光電轉換裝置的剖視圖，圖3為本創作第一實施例之有機光電轉換裝置的上視圖。如圖所示，本實施例之有機光電轉換裝置100a包括一透光性基板1、一光電轉換複合層2、及多個導電膠體3，光電轉換複合層2設置於透光性基板1上，多個導電膠體3間隔地設置於光電轉換複合層2上。其中，透光性基板1與外界接觸之面可以讓光進入，光電轉換複合層2與導電膠體3相互電性連接，且可達成回應入射光或入射能量之準確光電轉換。

本實施例中，透光性基板1可採用一透明塑膠基板或一玻璃基板，然而透光性基板1的尺寸和外形並無特別限制，不過依據產品需求，透光性基板1可為矩形且厚度介於10至500μm。所述 透明塑膠基板的具體例包括：聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚醯亞胺(PI)、聚醯胺(PA)、聚氨酯(PU)、壓克力等。

請配合參閱圖4及圖5，光電轉換複合層2主要包括一透明導電層21、一設置於透明導電層21上的電子傳遞層22、一設置於電子傳遞層22上的主動層23、及一設置於主動層23上的電洞傳遞層24，值得注意的是，光電轉換複合層2中藉由雷射蝕刻技術而形成有多個特殊構型的溝槽25，具體地說，每一個溝槽25係利用接續蝕刻方式在透光性基板1的寬度方向上的多個作業區塊循序地進行雷射蝕刻所形成；依此方式，可降低製程困難度與製造成本。

從結構上來看，所形成的溝槽25的頂部輪廓略呈連續波浪狀(如圖5所示)，且斷面略呈碗形(如圖4所示)；更進一步來說，多個溝槽25係沿透光性基板1的長度方向間隔排列，每一個溝槽25的寬度沿電洞傳遞層24往透明導電層21的方向遞減(即由上而下遞減)，其中頂部槽口的寬度W1約介於10至100μm，底部槽口的寬度W2約介於1至50μm，且每一個溝槽25的至少一側壁面251為曲面(如圖1所示)。從功能上來看，多個的溝槽25係用以在透光性基板1上定義出多個發電區域10，其中每兩個相鄰的發電區域10之間具有一個溝槽25。

透明導電層21包括多個透明電極211，其分別位於多個發電區域10內。透明導電層21可採用有機導體材料或無機導體材料，並經由塗佈或蒸鍍方式形成於透光性基板1上方，依據產品需求，透明導電層21的厚度以100nm至10μm為較佳，且透明導電層21的透光率以70%至95%為較佳。所述有機導體材料可為聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)、奈米碳管、或其組合，所述無機導體材料可為金屬或金屬氧化物。

電子傳遞層22、主動層23、及電洞傳遞層24依序層疊於透明導電層21上，依據產品需求，電子傳遞層22的厚度以10至100 μm為較佳，主動層23的厚度以10至100μm為較佳，電洞傳遞層24的厚度以50至200μm為較佳。本實施例並不限定電子傳遞層22、主動層23、及電洞傳遞層24的材料和沉積方式，例如，電子傳遞層22可採用有助於電子的注入和傳輸的材料(如ZnO、TiO₂等)，電洞傳遞層24可採用有助於電洞的注入和傳輸的材料(如PEDOT、MoO₃、V₂O₅等)，主動層23可採用有助於增加電子電洞重新結合的材料，且可為單層異質接面(BHJ)結構，現有技術的方法像是旋轉塗佈法、真空沉積法等均可使用。

多個導電膠體3可依設定好的電極圖案印刷於光電轉換複合層2上；具體地說，可將一網版(圖中未顯示)置於光電轉換複合層2的上方，其中網版具有一相對於所述電極圖案的鏤空圖形，然後藉由刮刀(圖中未顯示)擠壓導電鋁膠或銀膠以使其通過網版而轉印到光電轉換複合層2上，圖形化的導電銀膠於固化後即形成導電膠體3。值得說明的是，在相鄰的發電區域10之間，由於導電膠體3係沿其中一個發電區域10內的電洞傳遞層24的表面延伸，然後順著溝槽25的側壁面251而接觸到另一個發電區域10內之透明電極211外露的部分，因此可以達到電性連接串聯並提升電壓的效果，以及增加導電膠體3與電洞傳遞層24之間的結合力。

再者，為了增加有機光電轉換裝置100a的機械強度，可進一步於透光性基板1與透明導電層21之間設置一光學硬化層4，其材料可為壓克力、環氧樹脂、二氧化矽、或其組合，且厚度可介於1至5μm之間。

〔第二實施例〕

請一併參閱圖6及圖7，其中圖6為本創作第二實施例之有機光電轉換裝置的剖視圖，圖7為本創作第二實施例之有機光電轉換裝置的上視圖。如圖所示，本實施例之有機光電轉換裝置100b 包括一透光性基板1、一光電轉換複合層2、及多個導電膠體3’。本實施例與前一實施例不同之處主要在於，多個導電膠體3’係以成對方式相互配合以利排版佈線；具體地說，每兩個相鄰的發電區域10係藉由一對導電膠體3’相互電性連接，其中一個導電膠體3’(或稱上導電膠體)設置於電洞傳遞層24的表面，以作為上導電層之引線，另一個導電膠體3’(或稱下導電膠體)則設置於溝槽25底部，且接觸到透明電極211外露的部分，以作為下導電層之引線。

〔實施例的可能功效〕

首先，本創作實施例所提供的有機光電轉換裝置所包括的光電轉換複合層中藉由雷射蝕刻技術而形成有多個特殊構型的溝槽，其中每一個溝槽的寬度由上而下遞減，且每一個溝槽的至少一側壁面為曲面，藉此，在相鄰的發電區域之間，上導電層(導電膠體)可以順著溝槽的側壁面延伸以接觸到下導電層(透明電極)，以達到電性連接串聯並提升電壓的效果。

承上述，由於每一個溝槽的頂部輪廓略呈波浪狀，因此還可增加導電膠體與電洞傳遞層之間的結合力。

再者，本創作實施例所提供的有機光電轉換裝置不僅可降低製程困難度與製造成本，而且於製造時可利用卷對卷(R2R)製造技術，非常適合工業化量產。

以上所述僅為本創作的實施例，其並非用以限定本創作的專利保護範圍。任何熟習相像技藝者，在不脫離本創作的精神與範圍內，所作的更動及潤飾的等效替換，仍為本創作的專利保護範圍內。

100a‧‧‧有機光電轉換裝置

1‧‧‧透光性基板

10‧‧‧發電區域

2‧‧‧光電轉換複合層

21‧‧‧透明導電層

211‧‧‧透明電極

22‧‧‧電子傳遞層

23‧‧‧主動層

24‧‧‧電洞傳遞層

25‧‧‧溝槽

251‧‧‧側壁面

3‧‧‧導電膠體

4‧‧‧光學硬化層

Claims (14)

1. 一種有機光電轉換裝置，包括：一透光性基板；一光電轉換複合層，設置於所述透光性基板上，所述光電轉換複合層包括一透明導電層、一設置於所述透明導電層上的電子傳遞層、一設置於所述電子傳遞層上的主動層、及一設置於所述主動層上的電洞傳遞層，其中，所述光電轉換複合層具有多個貫穿所述電洞傳遞層、所述主動層、所述電子傳遞層、及所述透明導電層的溝槽，每一個所述溝槽的寬度沿所述電洞傳遞層往所述透明導電層的方向遞減，且每一個所述溝槽的至少一側壁面為曲面；以及多個導電膠體，設置於所述光電轉換複合層上，其中，每一個所述導電膠體沿所述電洞傳遞層的表面及相對應的一個所述溝槽的至少一所述側壁面往所述透明導電層的方向延伸，並接觸所述透明導電層的一部分。
2. 一種有機光電轉換裝置，包括：一透光性基板；一光電轉換複合層，設置於所述透光性基板上，所述光電轉換複合層包括一透明導電層、一設置於所述透明導電層上的電子傳遞層、一設置於所述電子傳遞層上的主動層、及一設置於所述主動層上的電洞傳遞層，其中，所述光電轉換複合層具有多個貫穿所述電洞傳遞層、所述主動層、所述電子傳遞層、及所述透明導電層的溝槽，每一個所述溝槽的寬度沿所述電洞傳遞層往所述透明導電層的方向遞減，且每一個所述溝槽的至少一側壁面為曲面；以及多對導電膠體，設置於所述光電轉換複合層上，其中，每一對所述導電膠體的其中一個所述導電膠體設置於所述電洞傳遞 層的表面，且每一對所述導電膠體的另一個所述導電膠體設置於相對應的一個所述溝槽底部。
3. 如請求項1所述的有機光電轉換裝置，其中所述透光性基板上具有多個發電區域，多個所述溝槽沿所述透光性基板的長度方向或寬度方向間隔排列，每兩個相鄰的所述發電區域之間具有所述溝槽。
4. 如請求項3所述的有機光電轉換裝置，其中所述透明導電層包括多個透明電極，且多個所述透明電極分別位於多個所述發電區域內，其中一個所述導電膠體沿著其中一個所述發電區域內的所述電洞傳遞層的表面以及相對應的所述溝槽的至少一所述側壁面延伸，並接觸另一個所述發電區域內的所述透明電極，以使得每兩個相鄰的所述發電區域彼此電性連結。
5. 如請求項1或2所述的有機光電轉換裝置，其中至少一所述溝槽的頂部輪廓呈連續波浪狀。
6. 如請求項1或2所述的有機光電轉換裝置，其中所述透光性基板的厚度介於10至500μm，所述透光性基板為一透明塑膠基板或一玻璃基板。
7. 如請求項6所述的有機光電轉換裝置，其中所述透明塑膠基板的材料為聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚醯亞胺(PI)、聚醯胺(PA)、聚氨酯(PU)、或壓克力。
8. 如請求項1或2所述的有機光電轉換裝置，其中所述透明導電層的厚度介於100nm至10μm，所述透明導電層的透光率介於70%至95%，所述透明導電層為有機導體材料或無機導體材料所形成。
9. 如請求項8所述的有機光電轉換裝置，其中所述有機導體材料為聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)、奈米碳管、或其組合。
10. 如請求項8所述的有機光電轉換裝置，其中所述無機導體材料為金屬或金屬氧化物。
11. 如請求項1或2所述的有機光電轉換裝置，其中所述電子傳遞層的厚度介於10至100μm，所述主動層的厚度介於10至100μm，所述電洞傳遞層的厚度介於50至200μm。
12. 如請求項1或2所述的有機光電轉換裝置，其中所述光電轉換複合層更包括一光學硬化層，所述光學硬化層設置於所述透光性基板與所述透明導電層之間。
13. 如請求項12所述的有機光電轉換裝置，其中所述光學硬化層的厚度介於1至5μm，所述光學硬化層的材料為壓克力、環氧樹脂、二氧化矽、或其組合。
14. 如請求項1或2所述的有機光電轉換裝置，其中每一個所述溝槽的頂部槽口的寬度介於10至100μm，每一個所述溝槽的底部槽口的寬度介於1至50μm。