專利名稱：太陽能電池成分集成的薄膜電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成裝置，其包括至少一個(gè)無機(jī)光伏電池
(photovoltaic cell)和耦合到該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池的薄電池(thin battery )。本發(fā)明還涉及用于制作這種集成裝置的方法。
背景技術(shù)：
包含太陽能電池和薄電池的裝置的例子披露于文獻(xiàn) US2002/0092558.更精確而言，US2002/0092558中的裝置包含透明ITO 襯底，形成于該襯底上的薄膜太陽能電池，形成于該太陽能電池上并 接收由該太陽能電池產(chǎn)生的電流的薄膜電池以及最后形成于該薄膜電 池上的保護(hù)層。
然而，如US2002/0092558中的電池的完全集成是非常昂貴的，因 為用于厚層的薄膜技術(shù)需要使用昂貴機(jī)器進(jìn)行長時(shí)間沉積，而且， US2002/0092558中披露的結(jié)構(gòu)需要附加封裝來保護(hù)該裝置，這形成較 厚結(jié)構(gòu).為此，對于許多應(yīng)用，小的厚度是重要的因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服這些問題，并提供一種改進(jìn)的集成裝置，該 裝置不昂貴且具有減小的厚度.
通過下述描述將變得明顯的這些和其他目的通過根據(jù)所附權(quán)利要 求書中的一種集成裝置和用于制作這種集成裝置的方法來達(dá)成。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種集成裝置，包括至少一個(gè)無 機(jī)光伏電池；支持該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池的襯底；耦合到該至少一 個(gè)無機(jī)光伏電池的預(yù)制薄電池；以及用于密封該集成裝置的封裝，其 中該襯底和該封裝之一由該預(yù)制薄電池形成。
因此，該電池還具有這樣的功能，即，用作該裝置的頂封裝或者 用作該裝置的支持和/或保護(hù)襯底.因?yàn)榉蛛x的封裝/襯底可以略去，與 現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)相比，這提供了更薄且更魯棒的裝置.
在一個(gè)實(shí)施例中，該襯底為透明襯底，該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池
4加工形成于該透明襯底上，且該預(yù)制薄電池布置在該至少一個(gè)無機(jī)光 伏電池的頂部上。因此，該預(yù)制電池在這里用作該集成裝置的封裝。 此外，該透明襯底可由柔性材料制成，使得整個(gè)裝置是柔性的。
在另一實(shí)施例中，該預(yù)制薄電池附著到該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池， 且在與該預(yù)制薄電池相對的該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池的另一側(cè)上設(shè)置 封裝涂層。因此，該預(yù)制電池在這里用作該集成裝置的襯底。
在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)無機(jī)光伏電池串聯(lián)連接并耦合到該預(yù)制薄 電池以獲得特定電壓。
在一個(gè)實(shí)施例中，該集成裝置還包括設(shè)置在與該至少一個(gè)無機(jī)光
伏電池相對的該預(yù)制薄電池對立側(cè)上的有機(jī)發(fā)光二極管(OLED),其 中該預(yù)制薄電池用于對該OLED供電。該OLED例如可以是顯示器或 者光源。此外，該裝置還包括探測器，該探測器用于探測源于該OLED 的被反射回該裝置的任何光。該裝置例如可以用作設(shè)備的開啟/關(guān)閉開 關(guān)，該開關(guān)通過源于該OLED的被諸如使用者的手指的外部對象反射 的光來制動。
在一個(gè)實(shí)施例中，固定劑被應(yīng)用于該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池周圍 以及該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池和該預(yù)制薄電池之間，該固定劑包含吸 氣材料。該吸氣材料為諸如氧化鈣這樣的吸水材料。因此，該固定劑 用于接合該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池和該預(yù)制薄電池，并在該裝置的側(cè) 面保護(hù)該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池免受濕氣侵襲。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于制作集成裝置的方法， 包括提供透明襯底；在該透明村底上加工形成至少一個(gè)無機(jī)光伏電 池；以及在該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池的頂部上布置預(yù)制薄電池以用于 密封該集成裝置。因此，該預(yù)制電池在這里用作該集成裝置的封裝。
在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括在該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池將被 加工形成于該透明襯底的側(cè)面上，在該透明襯底上設(shè)置封裝涂層；以及 在已經(jīng)加工形成該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池之后，除去該透明襯底。因此， 該預(yù)制電池在這里用作該集成裝置的襯底。優(yōu)選地，在已經(jīng)在該至少 一個(gè)無機(jī)光伏電池的頂部上布置該預(yù)制電池之后，除去該透明襯底。 該預(yù)制薄電池例如可以通過層疊布置在該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池的頂 部上。
在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括在將該預(yù)制薄電池布置在該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池的頂部上之后，使用電解液填充該預(yù)制薄電池。 在該預(yù)制薄電池被填充以電解液之前，電池平坦得多且因此可以更好 地層疊，這反過來改善了電池的密封性能。
在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括在該預(yù)制薄電池的頂部上布置
OLED。該OLED可以是顯示器或光源且可以由該電池供電。


參考附圖，現(xiàn)在將更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些和其他方面，附
圖示出本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例。
圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的集成裝置的示意性斷面?zhèn)纫晥D。 圖2為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的集成裝置的示意性斷面?zhèn)纫晥D。 圖3為圖2的集成裝置的變型的示意性斷面?zhèn)纫晥D。 圖4a-4b為說明根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的集成裝置的制作步驟的
示意性斷面?zhèn)纫晥D。
具體實(shí)施例方式
圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的集成裝置IO的斷面?zhèn)纫晥D。集成 裝置10包含襯底12。襯底12應(yīng)該是透明襯底，且其例如可以由玻璃 或塑料制成。利用蔭罩在襯底12上沉積ITO層14。該ITO層14用作 與即將形成的光伏電池的連接。在該ITO層14上加工形成兩個(gè)無機(jī)光 伏電池(例如，太陽能電池)16a、 16b。依照圖1中自下而上的順序， 每個(gè)光伏電池16包含n型硅層18、本征硅層20以及p型硅層22，這 些層彼此相繼沉積。每個(gè)ITO層14的面積略大于光伏電池16的基底 面積，以允許與ITO層14的電連接。SiN 26進(jìn)一步沉積在光伏電池 16的側(cè)面上以用于隔離目的。最后，使用蔭軍來沉積TiN+A128，使得 在光伏電池16a底部的ITO層上形成接觸區(qū)域32a，光伏電池16a的頂 部連接到光伏電池16b的底部(經(jīng)由光伏電池16b的ITO層14)，且 在光伏電池16b的頂部上形成接觸區(qū)域32b。
隨后在整個(gè)光伏電池16上涂敷膠30，用于覆蓋和平整光伏電池 16，接觸區(qū)域32a、 32b除外。膠30優(yōu)選地通過印刷來涂敷。此外， 諸如氧化鉤CaO這樣的吸水吸氣材料可結(jié)合在膠30內(nèi)，以從裝置的 側(cè)面保護(hù)光伏電池16免受濕氣侵襲。而且，可以環(huán)繞該裝置(即將形成的電池除外)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)膠邊緣(未示出)，以降低水滲透并由此進(jìn)一
步保護(hù)該裝置。最后，預(yù)制薄電池34置于膠30頂部上。預(yù)制電池34 的一個(gè)電極38a經(jīng)由第一連接36a連接到接觸區(qū)域32a，預(yù)制電池34 的另一個(gè)電極38b經(jīng)由第二連接36b連接到接觸區(qū)域32b。因此，光伏 電池16a、 16b串聯(lián)連接到電池34，允許光伏電池16對電池34充電。 預(yù)制電池34的意義在于，將該電池結(jié)合到該裝置內(nèi)主要包括將電池與 該裝置的其余部分組裝。
在預(yù)制電池34頂部上不提供其他涂層或密封。因此，預(yù)制薄電池 34在這里用作裝置IO的頂側(cè)封裝，避免了任何專用頂部封裝或密封的 ^使用。為此，預(yù)制薄電池34應(yīng)平坦且不滲透水(防水)和/或空氣。具 有這種性能的示例性預(yù)制電池為Philips的Lithylene電池。而且，在 集成裝置制作期間，對于一些電池(例如Lithylene電池、以及NiCd-和NiMh電池)，在將電池安裝到裝置之后，使用電解液填充該電池是 有益的，因?yàn)闆]有電解液時(shí)電池要平坦得多。于是可以更好地層疊并 因此更好地密封。
在圖1所示的集成裝置10中，ITO層14的厚度可約為120 nm， n型硅層18的厚度可約為100nm，本征硅層20的厚度可約為500 nm, p型硅層22的厚度可約為100nm, TiN的厚度可約為10 nm， Al的厚 度可約為200nm，預(yù)制電池34的厚度可約為500 nm。
盡管圖l披露了單個(gè)電池34，但可以在公共透明襯底上設(shè)置具有 關(guān)聯(lián)光伏電池的多個(gè)電池。該多個(gè)電池可串聯(lián)連接，這種情況下，一 個(gè)電池的串聯(lián)連接的光伏電池與另一電池的串聯(lián)連接的光伏電池并聯(lián) 使用。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的集成裝置IO的斷面?zhèn)纫晥D。圖 2的裝置與圖1的裝置類似，不同之處在于在預(yù)制電池34的頂部上設(shè) 置有機(jī)發(fā)光二極管(OLED) 40。 OLED40可通過膠42附著到電池， 使用玻璃襯底44密封，并連接到電池34以允許OLED40的照射。該 OLED可以是顯示器或光源。因此，在本實(shí)施例中，形成自動集成裝 置，其中光通過光伏電池16轉(zhuǎn)換成能量，該能量存儲于電池34內(nèi)供 OLED 40使用。OLED 40例如可以是指示電池34的狀態(tài)的電池指示 器。
在圖2的集成裝置的變型中，在臨近光伏電池16、電池34和OLED
740的伸展的襯底12上布置光電探測器46，如圖3所示。光電探測器 46例如可以是PIN 二極管。這種PIN 二極管可以使用相同工藝步驟與 光伏電池16同時(shí)制成，因此僅僅給該裝置增加很少的額外成本。光電 探測器46用于探測源于OLED 40并被諸如使用者的手指的外部對象 48反射回裝置10的任何光，并且在探測到反射光時(shí)采取恰當(dāng)?shù)膭幼鳎?例如啟動與該裝置關(guān)聯(lián)的設(shè)備的開啟或關(guān)閉開關(guān)。也可以啟動諸如調(diào) 光、色彩變化(如果使用一個(gè)以上的彩色OLED)等其他功能。
圖4a-4b為說明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的集成裝置IO的制作步驟 的斷面?zhèn)纫晥D。圖4a所示的裝置10與圖1的裝置類似，不同之處在 于在玻璃村底12和裝置其余部分之間應(yīng)用封裝涂層50和聚合物涂層 52。在制作中，優(yōu)選地在襯底12上加工形成其余的ITO層14、光伏 電池16等之前，向襯底12應(yīng)用封裝涂層50和聚合物涂層52。封裝涂 層50可以是NONON疊層(氮化硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅-氮化 硅)，且聚合物涂層52可由聚酰亞胺制成。
隨后可以通過激光根據(jù)EPLAR工藝(以激光釋放塑基電子工藝 (Electronic on Plastic by Laser Release))從聚合物涂層52釋放襯底 12，如圖4b所示，留下沒有襯底12的最終裝置10，其中預(yù)制薄電池 34取而代之作為裝置襯底。沒有玻璃村底12，可以實(shí)現(xiàn)完全柔性的集 成裝置10。應(yīng)注意，完全柔性的集成裝置10采用諸如前述的Lithylene 電池這樣的柔性電池34。然而，也可以考慮沒有襯底12的剛性裝置。
本發(fā)明有許多可能應(yīng)用。具有光伏電池和預(yù)制電池的該集成裝置 例如可以用作各種設(shè)備中的可再生電源。具有光伏電池和預(yù)制電池及 OLED的該集成裝置可以用作不依賴于外部電源的獨(dú)立的燈或顯示器。 這種裝置可以在難以到達(dá)的位置有利地用作信號發(fā)送裝置。
本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，本發(fā)明絕不限于上述的優(yōu)選實(shí)施例。相反， 可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)進(jìn)行許多調(diào)整和變型，例如，該預(yù)制電 池可用作襯底，且在圖2和3所披露的實(shí)施例中，玻璃襯底也可以被 釋放(如結(jié)合圖4a-4b所解釋)。
權(quán)利要求
1. 一種集成裝置(10)，包括至少一個(gè)無機(jī)光伏電池(16)；支持該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池的襯底；耦合到該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池的預(yù)制薄電池(34)；以及用于密封該集成裝置的封裝，其中該襯底和該封裝之一由該預(yù)制薄電池形成。
2. 如權(quán)利要求1所述的集成裝置，其中該襯底為透明襯底(12), 該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池加工形成于該透明襯底上，并且該預(yù)制薄電池 布置在該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池的頂部上以用于密封該集成裝置。
3. 如權(quán)利要求2所述的集成裝置，其中該透明襯底由柔性材料制成。
4. 如權(quán)利要求l所述的集成裝置，其中該預(yù)制薄電池附著到該至少 一個(gè)無機(jī)光伏電池，該預(yù)制薄電池由此用作襯底，并且封裝涂層(50) 設(shè)置在與該預(yù)制薄電池相對的該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池的另一側(cè)上。
5. 如權(quán)利要求l所述的集成裝置，包括串聯(lián)連接并耦合到該預(yù)制薄 電池的多個(gè)無機(jī)光伏電池。
6. 如權(quán)利要求l所述的集成裝置，還包括設(shè)置在該預(yù)制薄電池與該 至少一個(gè)無機(jī)光伏電池相對的對立側(cè)上的有機(jī)發(fā)光二極管(OLED X 40 )， 其中該預(yù)制薄電池用于對該OLED供電。
7. 如權(quán)利要求6所述的集成裝置，還包括探測器(46)，該探測器 用于探測源于該OLED的反射回該裝置的任何光。
8. 如權(quán)利要求l所述的集成裝置，其中固定劑(30)^L應(yīng)用于該至 少 一個(gè)無機(jī)光伏電池周圍以及該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池和該預(yù)制薄電池 之間，該固定劑包含吸氣材料。
9. 一種用于制作集成裝置(10)的方法，包括 提供透明襯底(12);在該透明襯底上加工形成至少一個(gè)無機(jī)光伏電池(16);以及 在該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池的頂部上布置預(yù)制薄電池(34)以用于 密封該集成裝置。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括在該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池將被加工形成于該透明襯底的側(cè)面上， 在該透明襯底上設(shè)置封裝涂層(50);以及在已經(jīng)加工形成該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池之后，除去該透明襯底。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中在該預(yù)制電池已經(jīng)布置在該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池的頂部上之后，除去該透明襯底。
12. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中通過層疊在該至少一個(gè)無機(jī)光 伏電池的頂部上布置該預(yù)制薄電池。
13. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括在該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池的頂部上布置該預(yù)制薄電池之后，使用 電解液填充該預(yù)制薄電池。
14. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括 在該預(yù)制薄電池的頂部上布置OLED (40)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種集成裝置(10)，包括至少一個(gè)無機(jī)光伏電池(16)；支持該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池的襯底；耦合到該至少一個(gè)無機(jī)光伏電池的預(yù)制薄電池(34)；以及用于密封該集成裝置的封裝，其中該襯底和該封裝之一由該預(yù)制薄電池形成。本發(fā)明還涉及用于制作這種集成裝置的方法。
文檔編號H01L31/058GK101501923SQ200780029604
公開日2009年8月5日 申請日期2007年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月8日
發(fā)明者H·利夫卡, I·弗倫奇 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司