專利名稱：有機薄膜太陽能電池組件和子組件的制作方法
技術領域：
此處描述的實施例一般地涉及有機薄膜太陽能電池組件和子組件。
背景技術：
有機薄膜太陽能電池是包括有機薄膜半導體的太陽能電池，有機薄膜半導體由導電聚合物、富勒烯等等的化合物構成?？梢酝ㄟ^簡便的處理來產(chǎn)生有機薄膜太陽能電池，簡 便的處理包括光電轉換膜的涂敷或印刷，以使其生產(chǎn)成本可以比基于諸如硅、CIGSXdTe等等的無機材料的太陽能電池的生產(chǎn)成本低。但是，有機薄膜太陽能電池的光電轉換效率和壽命次于常規(guī)的無機太陽能電池的光電轉換效率和壽命。理由是，在有機薄膜太陽能電池中使用的有機半導體的特性容易受到難以控制的參數(shù)的影響，該參數(shù)諸如是半導體材料的純度、分子量分布、方向等等。因此，需要用于提高有機薄膜太陽能電池的發(fā)電效率的各種創(chuàng)新。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種實現(xiàn)高的發(fā)電效率的有機薄膜太陽能電池組件和子組件。根據(jù)ー個實施例，提供有一種有機薄膜太陽能電池組件。有機薄膜太陽能電池組件包括多個太陽能電池板和多個反射面。每個太陽能電池板包括具有第一主表面和第二主表面的基板、面向第一主表面的第一電極、插入基板和第一電極之間的第二電極、以及插入第一電極和第二電極之間的光電轉換層。反射面傾斜地面向太陽能電池板的第二主表面的部分。當在彼此傾斜地面對的太陽能電池板和反射面的每個組合中，假定第一平面包括反射面，第一交線作為第一平面與基板的第二主表面的交線，以及第ニ平面包括第一交線，并且第二平面與基板的第二主表面形成45°的角度以及與第一平面形成小于45°的角度時，光電轉換層的邊緣與第二平面接觸或者第二平面與光電轉換層相交。根據(jù)本發(fā)明，提供高的發(fā)電效率。


圖I是根據(jù)實施例的有機薄膜太陽能電池組件的立體圖。圖2是概念地顯示根據(jù)實施例的太陽能電池板和反射面的截面圖。圖3是概念地顯示根據(jù)實施例的太陽能電池板和反射面的另ー個截面圖。圖4是概念地顯示根據(jù)比較實例的太陽能電池板的截面圖。圖5是概念地顯示根據(jù)實施例的太陽能電池板的進ー步的截面圖。
圖6A、6B、6C、6D和6E是顯示根據(jù)實施例的輔助電極的實例的圖。圖7是顯示用于制造根據(jù)實施例的有機薄膜太陽能電池組件的過程的實例的流程圖。圖8是顯示在根據(jù)實施例的有機薄膜太陽能電池組件的制造過程的中途產(chǎn)生的有機薄膜太陽能電池組件的中間物的結構的圖。圖9是顯示在根據(jù)實施例的有機薄膜太陽能電池組件的制造過程的中途產(chǎn)生的有機薄膜太陽能電池組件的另ー個中間物的結構的圖。
圖10是顯示在根據(jù)實施例的有機薄膜太陽能電池組件的制造過程的中途產(chǎn)生的有機薄膜太陽能電池組件的進ー步的中間物的結構的圖。圖11是顯示在根據(jù)實施例的有機薄膜太陽能電池組件的制造過程的中途產(chǎn)生的有機薄膜太陽能電池組件的更進ー步的中間物的結構的圖。圖12A、12B和12C是顯示根據(jù)實施例的子組件的圖。圖13是根據(jù)實施例的有機薄膜太陽能電池組件的側視圖。
具體實施例方式下面，將參考附圖描述根據(jù)實施例的有機薄膜太陽能電池組件。圖I是根據(jù)實施例的有機薄膜太陽能電池組件100的立體圖。有機薄膜太陽能電池組件100包括多個子組件10，各個子組件10包括太陽能電池板I和反射面2。多個太陽能電池板I被布置成其各個受光面向垂直于反射面2的第一方向61傾斜。多個反射面2被布置在第一方向61上并且傾斜地面向太陽能電池板I的受光面。圖I顯示了陣列，在該陣列中，有機薄膜太陽能電池組件100的太陽能電池板I和反射面2被配置為垂直于包括第一方向和垂直于太陽能電池板I的方向的平面。這個陣列僅僅是實例。太陽能電池板I可以被配置成彼此非平行，以及同樣，反射面2可以被配置成彼此非平行。圖2是概念地顯示根據(jù)實施例的太陽能電池板I和反射面2的截面圖。圖2顯示了彼此面對的結合的太陽能電池板I和反射面2。太陽能電池板I相對于垂直于反射面2的平面傾斜Θ角度。太陽能電池板I包括基板3和層壓體4。層壓體4包括ー對電極以及插入在這對電極之間的光電轉換層等等。圖3是概念地顯示根據(jù)實施例的太陽能電池板I和反射面2的另ー個截面圖。包括反射面2的平面被表示為第一平面63，并且第一平面63與基板3的表面的交線被表示為第一交線。包括第一交線、與基板3的表面形成45°的角度、并且與第一平面63形成小于45°的角度的平面被表示為第二平面64。包括在層壓體4中的光電轉換層的邊緣與第ニ平面64接觸，或者第二平面64與光電轉換層相交。在圖3中，第二平面64與光電轉換層相交。根據(jù)實施例的有機薄膜太陽能電池組件100可以以太陽能電池板I的受光面朝向光源傾斜的方式被使用。例如，圖I中所示的有機薄膜太陽能電池組件100可以以光源被定位在紙張的上部的方式被使用。在那種情況中，各個太陽能電池板I主要接收來自傾斜方向的入射光。入射光通過反射面2被部分地反射并且進入太陽能電池板I。通過使太陽能電池板I傾斜到入射光的行進的主方向，可以在不增加光電轉換層的厚度的情況下，延伸光經(jīng)過光電轉換層的光路。因此，產(chǎn)生的激子的量隨著可以增加獲得的電流的量的結果而増加。此外，因為光電轉換層的厚度可以被保持為薄的，所以可以抑制膜電阻的任何増加，從而有效地將產(chǎn)生的載流子輸送到電極而不失效。因此，可以提高有機薄膜太陽能電池組件100的發(fā)電效率。但是，當太陽能電池板被傾斜到入射光的方向時，那里可能出現(xiàn)ー些入射光的損失。圖4是概念地顯示根據(jù)比較實例的太陽能電池板的截面圖。圖4顯示了傾斜地彼此面對的ー對太陽能電池板31。各個太陽能電池板31包括層壓在一起的基板32以及層壓體33，層壓體33包括電極、光電轉換層等等。當從紙張的右側在水平方向上引起光的入射時，因為太陽能電池板31傾斜于該光，所以如在上文中提及的，可以延伸光路并且可以增加電流的量。但是，在這種情況下，存在光37的無效區(qū)域。即，經(jīng)過由數(shù)字37表示的區(qū)域的一部分入射光不能經(jīng)過層壓體33的光電轉換層，從而無法有助于發(fā)電。當入射光穿透基板32并且折射光36出現(xiàn)時，其中折射光36不能到達層壓體33的區(qū)域是光37的無效區(qū)域。相反，在根據(jù)實施例的有機薄膜太陽能電池組件100中，幾乎不出現(xiàn)上述的光37的無效區(qū)域。如圖2和3所示，在根據(jù)實施例的有機薄膜太陽能電池組件100中，一部分太 陽能電池板I被配置在相對于光源比反射面2更深的位置中。包括反射面2的第一平面63被設置成經(jīng)過太陽能電池板I的光電轉換層。借助于這個布置，平行于反射面2入射到太陽能電池板I和反射面2之間的空間的所有的光照射光電轉換層。此外，不平行于反射面2入射的光以及反射在基板3的表面上的光通過反射面2被反射，從而照射光電轉換層。如此，經(jīng)過接近于反射面2與太陽能電池板I接觸的部分的區(qū)域的光可以照射光電轉換層，因此可以消除無效區(qū)域。因此，任何入射光可以被利用，以用于光電轉換而不產(chǎn)生浪費，從而實現(xiàn)高的發(fā)電效率。此外，在根據(jù)實施例的有機薄膜太陽能電池組件100中，光電轉換層被至少設置在入射光可以到達的太陽能電池板I的任何區(qū)域中。當為了消除如上所述的光37的無效區(qū)域而將太陽能電池板I的一部分配置在相對于光源比反射面2更深的位置中時，在太陽能電池板I中存在入射光幾乎不可能到達的區(qū)域。當從光源看時，這個區(qū)域存在于太陽能電池板I的比反射面2更深的部分中?？紤]到基板3上的折射，通過識別入射在反射面2和太陽能電池板I之間的空間中的所有的光可以到達的光電轉換層的區(qū)域，可以避免不必要的光電轉換層等等的制造。參考圖3，入射光幾乎不可能到達的區(qū)域位于圖上的第二平面64的左側。規(guī)定角度Θ被設定在實用范圍之內(nèi)，當基板3是玻璃時，考慮到它的折射率，平行于反射面2行進的并且進入垂直于第一交線的基板3的光以大約45°的折射角被折射。這個入射光必然傳到圖上的第一平面63的右側，以使折射光傳到圖上的第二平面64的右側。因此，通過布置成使包括在層壓體4中的光電轉換層的邊緣接觸到第二平面64，可以避免將光電轉換層配置在入射光不能到達的區(qū)域中。為了防止構件因伸縮而損壞，當反射面2的邊緣沒有接觸到基板3的表面時，在它們之間設置間隙。在使用非玻璃材料作為基板3時，考慮到材料的折射率，認為經(jīng)過基板3的折射光行進到圖上的第二平面64的右側。參考圖2，由垂直于反射面2的平面和太陽能電池板I產(chǎn)生的鋭角Θ可以被設定在實用范圍之內(nèi)。例如，角度Θ可以在45°到89°的范圍之內(nèi)。當角度Θ是45°以上時，光路是令人滿意地長，從而實現(xiàn)了光電轉換效率的提高。但是，當角度Θ超出89°吋，在入射光經(jīng)過基板3或者透明電極處的光吸收將是非常大的，從而引起效率的下降。較佳地，角度Θ可以被設定在60°到75°的范圍內(nèi)?，F(xiàn)在，將參考圖5描述太陽能電池板I。在根據(jù)實施例的有機薄膜太陽能電池組件100中，太陽能電池板I包括基板3、面向基板3的第一電極、插入在基板3和第一電極之間的第二電極、以及插入在第一電極和第ニ電極之間的體異質結(bulk heterojunction)的光電轉換層19,光電轉換層19包含p型有機半導體和η型有機半導體。圖5是太陽能電池板I的實例的截面圖。如所顯示的，太陽能電池板I包括從面 向反射面2的那側開始順序地被層壓在一起的基板3、作為第二電極的ITO電極11、輔助電極12、空穴輸送層13、光電轉換層19、電子輸送層16和陰極17。光電轉換層19包括ρ型半導體14和η型半導體15。根據(jù)實施例的太陽能電池板I是體異質結型。體異質結的光電轉換層19的特征在于，P型有機半導體14和η型有機半導體15被混合在一起，因此毫微級ρη結遍布整個光電轉換層19。因此，ρη結區(qū)域比常規(guī)的層壓的有機薄膜太陽能電池的大，并且有助于實際發(fā)電的該區(qū)域遍布整個光電轉換層19。因此，有助于體異質結的有機薄膜太陽能電池的發(fā)電的該區(qū)域壓倒性地比常規(guī)的層壓的有機薄膜太陽能電池的厚，因此提高了光子吸收的效率并且增加了輸出的電流的量。有機薄膜太陽能電池的光電轉換過程主要地被分成，通過有機分子的光吸收從而產(chǎn)生激子的步驟(a)，激子轉移和擴散的步驟(b)，激子的電荷分離的步驟(C)，以及電荷輸送到兩極的步驟(d)。在步驟(a)中，P型有機半導體或者η型有機半導體吸收光，從而產(chǎn)生激子。隨后，在步驟(b)中，產(chǎn)生的激子通過擴散被轉移到p/n結界面。在步驟(c)中，已經(jīng)到達p/n結界面的激子被分離成電子22和空穴21。最后，在步驟(d)中，単獨的光學載流子經(jīng)過p/n材料被輸送到電極并且被輸出到外部電路中。光電轉換層19的光透射率較佳地是在10%到85%的范圍之內(nèi)。當光透射率不屬于這個范圍時，通過增大傾角Θ來提高光電轉換效率的效果是微小的。太陽能電池板I可以被選擇性地設置有匯流條18和輔助電極12。設置這些是為了補償?shù)诙姌O的低導電率。這些被電連接到第二電極，并且由具有比第二電極的導電率高的導電率的材料構成。匯流條18被配置在例如太陽能電池板I的沒有光進入的區(qū)域中。另ー方面，輔助電極12被配置在例如太陽能電池板I的光進入的區(qū)域中。當例如ITO電極11被用作第二電極時，雖然ITO電極11因其透明度而允許入射光65透射到光電轉換層19，但是與普通的金屬電極相比較，它的導電率是低的。因而，通過光電轉換層19產(chǎn)生的電流以一定的比率被ITO電極11內(nèi)的電阻所消耗?？梢酝ㄟ^將匯流條18和輔助電極12電連接到ITO電極11以便引入電流的旁路，來實現(xiàn)電流消耗的抑制以及發(fā)電效率的提高。匯流條18和輔助電極12由具有比第二電極的導電率高的導電率的材料構成。該材料例如是諸如銅或者銀合金的金屬。但是，因為這種材料不透射光，所以匯流條18和輔助電極12以可以使入射光65的通過阻礙最小化的方式被配置。在根據(jù)實施例的有機薄膜太陽能電池組件100中，匯流條18可以被配置在基板3和第二電極的表面當中的面向光電轉換層19的表面上。匯流條18的電阻較佳地是低的。例如，匯流條18就薄層電阻而言被形成在O. I Ω以下(較佳地，O. 01 Ω以下)。
另ー方面，輔助電極12被插入第二電極11和光電轉換層19之間。參考圖5，當設置空穴輸送層13時，輔助電極12被插入第二電極11和空穴輸送層13之間。圖6A到6D顯示了輔助電極12的實例。圖6A到6D各自顯示了關于設置有匯流條18和輔助電極12兩者的太陽能電池板1，從受光面那側看的匯流條18和輔助電極12的形式。輔助電極12不覆蓋整個平面，并且被設置成光可以經(jīng)過其間隙。輔助電極12可以被設置成如圖6A和6B所示的直線的形式，或者如圖6C和6D所示的網(wǎng)孔的形式。輔助電極12可以被電連接到匯流條18。在圖6A中，輔助電極12a被設置成平行于短邊方向的多條直線的形式。借助于這個輔助電極12a，可以在使光的阻斷最小化的同時，抑制ITO電極11中的電阻的電カ消耗。替代地，參考圖6B到6D，較佳地，在沿著短邊方向的截面中，其中輔助電極1 2存在的區(qū)域以及其中輔助電極12不存在的區(qū)域交替地存在于寬度方向上。圖6B顯示了由向短邊方向傾斜的彼此平行的多條直線構成的輔助電極12b。圖6C顯示了由在短邊方向上傾斜的彼此平行的多條直線構成的輔助電極12c，這些直線被間隔地橋接在一起。輔助電極12c可以被表示為處于網(wǎng)孔、磚塊以及梯子的形式。圖6D顯示了由向短邊方向傾斜的多條波狀線構成的輔助電極12d，這些線被間隔地橋接在一起。輔助電極12d也可以被表示為處于網(wǎng)孔的形式。穿透光電轉換層的入射光可以通過輔助電極12被反射。但是，已經(jīng)通過輔助電極12被反射的光通過反射面2被反射，并且再次進入光電轉換層中。當其中輔助電極12存在的區(qū)域以及其中輔助電極12不存在的區(qū)域在沿著短邊方向的截面中交替地存在于如圖6B到6D所不的寬度方向上時，即使光只被反射在輔助電極12的表面上一次,光也在反射面2和光電轉換層之間被重復地反射。因此，最后，大部分的光經(jīng)過輔助電極12不存在的部分被吸收到光電轉換層19中。圖6E顯示了其中基板僅僅被設置有匯流條而沒有設置輔助電極的形式。下面，將描述反射面2。反射面2較佳地呈現(xiàn)高的光反射率。例如，反射面2的光反射率較佳地是在90到100%的范圍內(nèi)。光反射率越靠近100%，有機薄膜太陽能電池組件100的發(fā)電效率越高?？梢詮哪軌驅崿F(xiàn)這種光反射率的材料制備反射面2。例如，其表面高度拋光的諸如鋁或鉻的任何金屬片，通過鍍銀等等在玻璃、樹脂等等的表面上設置反射涂層所獲得的鏡面反射片、通過汽相淀積在玻璃、樹脂等等的表面上設置鋁所獲得的反射片，各種金屬中的任何ー種金屬的膜等等可以被用作反射面2。具體地,從例如由3M公司(3M Company)生產(chǎn)的作為反射膜的Vikuiti ESR、由株式會社麗光(Reiko Co. , Ltd.)生產(chǎn)的Luiremirror等等,可以制造呈現(xiàn)97%以上的反射率的反射片。反射面2可以是漫反射面。漫反射面能夠朝向太陽能電池板I分散地反射光。通過使用漫反射面，可以減輕上述輔助電極12和反射面2之間的入射光的重復反射的現(xiàn)象。作為漫反射面，能夠使用例如由通過在任何上述材料的表面上設置細微的凹凸所獲得的ー個構成。下面，將描述子組件。根據(jù)實施例的有機薄膜太陽能電池組件100可以由多個子組件10構成。通過調(diào)節(jié)子組件10的數(shù)目，可以任意地改變由多個子組件10構成的有機薄膜太陽能電池組件100的尺寸。因此，不必要制造與安裝位置的尺寸一致的有機薄膜太陽能電池組件100。圖I顯示了由多個子組件10構成的有機薄膜太陽能電池組件100的實例。在圖I的有機薄膜太陽能電池組件100中，多個子組件10被布置在第一方向61上。在另ー個布置中，有機薄膜太陽能電池組件100可以被構造成具有布置在不同方向上的子組件10。各個子組件10可以被設置有一個太陽能電池板I和ー個反射面2。在各個子組件中，太陽能電池板I和反射面2可以相反地彼此面對，或者太陽能電池板I和反射面2可以背對背傾斜地彼此面對，如圖12A到12C的子組件10所示。當做出背對背的布置時，依據(jù)子組件10的組裝，設置在一個子組件10中的太陽能電池板I傾斜地面對設置在另ー個相鄰的子組件10中的反射面2。下面將描述根據(jù)實施例的有機薄膜太陽能電池的組成構件。(基板)基板支持諸如電極和光電轉換層的其他組成構件?；遢^佳地是能夠形成電極并且不受熱或者有機溶劑影響的ー個基板。作為基板的材料，可以提及的有，例如，諸如無堿玻璃或者石英玻璃的無機材料；諸如聚こ烯、聚對苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)、聚萘ニ甲酸こニ醇酯(PEN)、聚酰亞胺、聚酰胺、聚酰胺酰亞胺、液晶聚合物或者環(huán)烯聚合物的聚合物 膜或者塑料；諸如不銹鋼(SUS)或者硅的金屬；等等?；宓暮穸葲]有被特別地限制，只要它確保適宜于支持其他組成構件的強度?；宓墓馊肷涿婵梢员辉O置有例如蛾眼結構的抗反射膜。這使得可以實現(xiàn)光的有效入射，由此提高電池的能量轉換效率。蛾眼結構指的是其中在表面上設置IOOnm左右的突起的有序陣列的結構。這個突起結構沿著厚度方向連續(xù)地改變折射率，從而借助于中間的非反射膜，可以消除折射率的不連續(xù)變化的面，從而降低光反射并且提高電池效率。(第二電極)第二電極被形成在基板3上。第二電極的材料沒有被特別地限制，只要它具有導電性。一般地，通過使用真空汽相淀積技術、濺射技木、離子電鍍技術、電鍍技術、涂敷技術等等，透明的或者半透明的導電材料被形成為膜。作為透明的或者半透明的電極材料，可以提及的有導電的金屬氧化膜、半透明的金屬薄膜等等。具體地，可以使用由導電玻璃的膜(NESA等等)、金、鉬、銀、銅等等構成，導電玻璃包含氧化銦、氧化鋅、氧化錫、作為它們的復合體的銦·錫·氧化物(ITO)、氟摻雜的氧化錫(FTO)、銦 鋅·氧化物等等。ITO和FTO尤其是較佳的。同樣，作為電極材料，可以使用由諸如聚苯胺或它的衍生物、聚噻吩或它的衍生物等等的有機導電聚合物構成。當材料是ITO時，第二電極的厚度較佳地是在30到300nm的范圍內(nèi)。當厚度小于30nm時，導電率降低，并且電阻變高，從而造成光電轉換效率下降。當厚度超出300nm吋，ITO失去它的柔韌性，因此當施加應カ吋，ITO裂開。第二電極11的
薄層電阻較佳的是盡可能的低，例如，10Ω/ u以下。第二電極11可以是單層或包含呈現(xiàn)
不同功函數(shù)的材料的多層。(空穴輸送層)空穴輸送層被隨意地插入第二電極和光電轉換層之間?？昭ㄝ斔蛯拥墓δ芾缡牵瓜虏康碾姌O的任何不平變平，從而防止太陽能電池裝置的短路，有效地僅僅輸送空穴，以及防止與光電轉換層的界面附近產(chǎn)生的激子的湮滅。作為空穴輸送層的材料，可以使用由諸如PED0T/PSS (聚(3，4-こ烯ニ氧噻吩)-聚(苯こ烯磺酸))的聚噻吩聚合物、或者諸如聚苯胺或聚吡咯的有機半導體聚合物構成。作為典型的聚噻吩聚合物產(chǎn)品，可以被提及的有，例如，全部可以從Stark股份有限公司(Stark GmbH)獲得的，Clevios PH500 (商品名)、Clevios PH(商品名)、Clevios PVPAl 4083 (商品名)以及 Clevios HIL1. I (商品名)。當Clevios PH500(商品名)被用作空穴輸送層的材料時，其厚度較佳的是在20到IOOnm的范圍之內(nèi)。當該層非常薄時，不再能夠防止下部的電極的短路，因此短路出現(xiàn)。另ー方面，當該層非常厚時，膜電阻變高，從而限制產(chǎn)生的電流。因此，光電轉換效率下降。形成空穴輸送層的方法沒有被特別地限制，只要該方法適合于薄膜的形成。例如，可以通過旋涂技術等等來涂布該層。以要求的厚度涂布空穴輸送層的材料，并且借助于熱板等等通過加熱來使空穴輸送層的材料干燥。加熱干燥較佳地在140到200°C被執(zhí)行幾分鐘到大約10分鐘。較佳地，涂布的溶液在使用之前被過濾。(光電轉換層)光電轉換層被配置在第一電極和第二電極之間。實施例的太陽能電池是ー種體異質結型的太陽能電池。體異質結太陽能電池的特征在干，P型半導體和η型半導體在光電 轉換層中被混合在一起，從而具有微型的層分離結構。在體異質結太陽能電池中，混合在一起的P型半導體和η型半導體在光電轉換層中產(chǎn)生毫微級尺寸的ρη結，并且通過利用出現(xiàn)在結界面上的光電荷分離來獲得電流。P型半導體由具有電子貢獻特性的材料構成。另ー方面，η型半導體由具有電子接受特性的材料構成。在實施例中，至少ρ型半導體或者η型半導體可以是有機半導體。作為ρ型有機半導體，可以使用例如由聚噻吩或它的衍生物，聚吡咯或它的衍生物，吡唑啉衍生物，芳基胺衍生物，ニ苯こ烯衍生物，三苯基ニ胺衍生物，低聚噻吩或它的衍生物，聚こ烯咔唑或它的衍生物，聚硅烷或它的衍生物，在它的側鏈或主鏈上包含芳族胺的聚硅氧烷衍生物，聚苯胺或它的衍生物，酞菁衍生物，葉啉或它的衍生物，聚苯こ炔或它的衍生物，聚噻吩こ炔或它的衍生物等等構成。這些可以組合使用。同樣，使用可以由其共聚物構成。例如，可以提及的有，噻吩-芴共聚物，苯撐こ炔撐-苯撐こ烯撐共聚物等等。較佳的ρ型有機半導體是作為具有共軛的導電聚合物的聚噻吩以及它的衍生物。聚噻吩以及它的衍生物可以確保高的立體規(guī)整性并且在溶劑中呈現(xiàn)比較高的可溶性。聚噻吩以及它的衍生物沒有被特別地限制，只要它們是具有噻吩骨架的化合物。作為聚噻吩以及其衍生物的具體實例，可以提及的有，諸如聚3-甲基噻吩、聚3-丁基噻吩、聚3-己基噻吩、聚3-辛基噻吩、聚3-癸基噻吩或聚3-十二烷基噻吩的聚烷基噻吩；諸如聚3-苯基噻吩或聚3-(ρ-烷基苯基噻吩)的聚芳基噻吩；諸如聚3- 丁基異硫茚、聚3-己基異硫茚、聚3-辛基異硫茚或聚3-癸基異硫茚的聚烷基異硫茚；聚こ烯ニ羥噻吩；等等。近年來，諸如作為咔唑、苯并噻唑和噻吩的共聚物的P⑶TBT(聚[Ν-9”-十七烷酰-2，7-咔唑-交替(alt) -5，5，-(4’，7’ - ニ 2-噻吩基-2’，I’，3’ -苯并噻唑)])的衍生物被稱為實現(xiàn)優(yōu)良的光電轉換效率的化合物。任何這些導電聚合物可以通過在溶劑中溶解它并且通過涂敷技術來涂布該溶液而被形成為膜。因此，這些導電聚合物的有利之處在于，可以使用便宜的設備，通過印刷技術等等，以低成本制造大面積的有機薄膜太陽能電池。富勒烯以及它的衍生物被適當?shù)赜米鳓切陀袡C半導體。采用的富勒烯衍生物沒有被特別地限制，只要該衍生物包含富勒烯骨架。例如，可以提及的有，包括C60、C70、C76、C78、C84等等作為基本骨架的衍生物。在富勒烯衍生物中，可以通過任意的官能團來修飾各個富勒烯骨架的碳原子，并且這種官能團可以彼此結合，從而形成環(huán)。富勒烯衍生物包括富勒烯結合的聚合物。較佳的是具有對溶劑的高親合性的官能團的富勒烯衍生物，從而在溶劑中呈現(xiàn)高溶解度。作為可以被引入富勒烯衍生物中的官能團，可以被提及的有，例如，氫原子；輕基；諸如氟原子或氯原子的鹵原子；諸如甲基或こ基的烷基；諸如こ烯基的鏈烯基；氰基；諸如甲氧基或こ氧基的烷氧基；諸如苯基或萘基的芳香烴基；諸如噻吩基或吡啶基的芳香雜環(huán)基；等等。例如，可以提及的有，諸如C60H36或C70H36的氫化富勒烯；諸如C60或C70的氧化富勒烯；富勒烯金屬配合物；等等。在上述化合物當中，最佳的是使用60PCBM([6，6]_苯基C61酪酸甲酷)以及70PCBM([6，6]苯基C71酪酸甲酷)作為富勒烯衍生物。當使用未修飾的富勒烯吋，使用C70是較佳的。富勒烯C70呈現(xiàn)高的光載流子產(chǎn)生效率，從而適合于在有機薄膜太陽能電池中使用。 關于η型有機半導體和P型有機半導體在光電轉換層中的混合比，當P型半導體是任何Ρ3ΑΤ系時，近似η ρ = I I是較佳。當ρ型半導體是任何TCDTBT系時，近似η ρ = 4 I 較佳。在通過涂敷來涂布有機半導體的過程中，半導體必須被溶解在溶劑中。作為適當?shù)娜軇?，可以提及的有，例如，諸如甲苯、ニ甲苯、四氫萘、十氫萘、均三甲苯、正丁苯、仲丁苯或叔丁苯的不飽和烴溶劑；諸如氯苯、ニ氯苯或三氯苯的鹵化芳香烴溶劑；諸如四氯化碳、氯仿、ニ氯甲烷、ニ氯こ烷、氯丁烷、溴丁烷、氯戊烷、氯己烷、溴己烷或氯代環(huán)己烷的鹵化飽和烴溶劑；以及諸如四氫呋喃或四氫吡喃的醚。就這些而言，鹵化芳香烴溶劑是較佳的。這些溶劑可以被單獨使用或者組合使用。作為用于通過涂敷將溶液形成為膜的技術，可以提及的有，旋涂技術、浸涂技木、鋳造技術、棒涂技術、卷涂技術、拉絲錠涂敷技術、噴涂技術、絲網(wǎng)印刷技術、照相凹版印刷技術、苯胺印刷技術、膠版印刷技術、照相凹版膠版印刷技術、分配器涂敷技術、管嘴涂敷技術、毛細管涂敷技術、噴墨技術等等。這些涂敷技術可以被単獨使用或者組合使用。(電子輸送層)電子輸送層被隨意地配置在第一電極和光電轉換層之間。電子輸送層的功能是在阻斷空穴的同時僅僅有效地輸送電子，以及防止在光電轉換層和電子輸送層的界面處產(chǎn)生的激子湮滅。作為電子輸送層15的材料，可以提及的有金屬氧化物，例如，通過溶膠凝膠法水解鈦醇鹽所獲得的非晶的氧化鈦，等等。成膜方法沒有被特別地限制，只要該方法適合于薄膜的形成。例如，可以提及的有旋涂技木。當氧化鈦被用作電子輸送層的材料時，如此形成的層的厚度較佳地是在5到20nm的范圍內(nèi)。當厚度小于上述范圍時，空穴阻斷效果減少，因此產(chǎn)生的激子在分解成電子和空穴之前失效。因此，有效地取得電流是不可能的。另ー方面，當厚度非常大時，膜電阻變大，從而限制產(chǎn)生的電流。因此，光電轉換效率下降。較佳地，涂敷溶液在使用之前被過濾。在涂敷一定的厚度之后，借助于例如加熱板，通過加熱使該層干燥。較佳地，在促進水解的同時，在空氣中，加熱干燥在50到100°C被執(zhí)行幾分鐘到大約10分鐘。(第一電極)第一電極被疊加在光電轉換層(或者電子輸送層)上。通過真空汽相淀積技術、濺射技木、離子電鍍技術、電鍍技術、涂敷技術等等，導電材料被形成為膜。作為電極材料，可以提及的有導電金屬薄膜、金屬氧化膜等等。當?shù)诙姌O由高功函數(shù)的材料形成時，較佳的是在第一電極中使用低功函數(shù)的材料。低功函數(shù)的材料的實例包括堿金屬、堿土金屬等等。具體地，可以提及的有，Li、In、Al、Ca、Mg、Sm、Tb、Yb、Zr、Na、K、Rb、Cs、Ba以及它們的
I=I O第一電極可以是單層或包含不同的功函數(shù)的材料的多層。該材料可以是合金，該合金包括至少ー個上述低功函數(shù)的材料以及從金、銀、鉬、銅、錳、鈦、鈷、鎳、鎢、錫等等當中被選擇出來的成分。合金的實例包括鋰鋁合金、鋰鎂合金、鋰銦合金、鎂銀合金、鎂銦合金、鎂鋁合金、銦銀合金、鈣鋁合金等等。第一電極的膜厚度在I到500nm的范圍之內(nèi)，較佳地在10到300nm的范圍之內(nèi)。當膜厚度小于上述范圍吋，電阻變大，以使產(chǎn)生的電荷不能被令人滿意地轉移到外部電路。當膜厚度非常大時，第一電極膜的形成花費延長的一段時間，因此材料的溫度升高，從而損壞有機層并且造成性能惡化。此外，使用的材料的量是大的，因此占用成膜設備的期間被延長,從而造成成本增加。實例圖7以流程圖的形式顯示了用于制造根據(jù)實施例的有機薄膜太陽能電池組件的過程的實例。按照這個流程圖，制造根據(jù)實施例的有機薄膜太陽能電池組件。作為簡要的概述，電極、光電轉換層等等的膜被順序地形成在玻璃基板上，從而獲得太陽能電池板。使用如此獲得的太陽能電池板和反射面制造子組件。最后，子組件被組裝成有機薄膜太陽能電池組件。將參考圖7的流程圖描述細節(jié)。(SI:玻璃基板的制備)無堿玻璃基板被切割成適當?shù)某叽?。具體地，尺寸是如此，以致三個太陽能電池板被包括。在切割之后，基板被清洗。(S2 :ITO電極的形成)通過在玻璃基板的ー個主要表面上進行濺射來形成ITO膜。通過光刻法(PEP)執(zhí)行膜的圖案形成。即，保護膜被形成在ITO膜上并且形成圖案，并且使用該保護膜作為掩摸，執(zhí)行蝕刻。此后，去除保護層，井清洗該基板。如此獲得的ITO電極11被顯示在圖8中。(S3 =MAM電極的形成)在各個ITO電極上形成匯流條和輔助電極。即，在形成圖案之后，Mo/Al/Mo膜通過濺射被疊加在ITO電極上。此外，Mo/Al/Mo膜通過PEP被形成圖案。在形成圖案之后，基板被清洗。如此形成的匯流條18和輔助電極12a被顯示在圖9中。各個匯流條18以平板的形式沿著各個ITO電極的ー個長邊被設置。各個輔助電極12a以平行于短邊方向的多條直線的形式被設置，并且被電連接到匯流條18。(S4 :切割)在第二電極形成之后，玻璃基板被切割成適合于后續(xù)處理的尺寸。(S5:空穴輸送層的形成)空穴輸送層的材料通過旋涂被涂布到各個第二電極，并且通過干燥以及熱處理被固定。從而，形成空穴輸送層。
(S6:活性層的形成)預先制備的材料混合物的溶液通過旋涂被涂布在空穴輸送層上，并且通過干燥以及熱處理被固定。從而，形成光電轉換層。(S7:電子輸送層的形成)電子輸送層的材料通過旋涂被涂布在光電轉換層上，并且通過干燥以及熱處理被固定。從而，形成電子輸送層。(S8 A1電極的形成)在電子輸送層上在真空中執(zhí)行鋁的掩模汽相淀積，從而形成第一電極。由Al汽相淀積形成的膜的厚度大約是700nm。如此形成的第一電極17被顯示在圖10中。
(S9 :密封)為了密封的目的，執(zhí)行將適當切割的功能PET膜的熱壓カ結合到第一電極上。功能PET膜包括諸如硅膜的防濕層以及熱結合層(EVA)。(S10 :電池的分離)沿著切割線切割玻璃基板，因此單獨的太陽能電池板被彼此分離。圖11顯示了切割線66的實例。沿著切割線66通過分離獲得三個太陽能電池板。(Sll :電極部樹脂的去除)第二電極通過拋光被表面化并且用導電膏覆蓋。(S12 :子組件的組裝)在耐濕特性上優(yōu)秀的、以高比率(85%以上)填充有硅的細小顆粒的熱固環(huán)氧樹脂被模制成子組件基部，并且光反射片被結合到該子組件基部。此外，上述獲得的太陽能電池板與ニ極管一起被安裝在該子組件基部上，并且在用銀膏確保導電率的同時用粘合劑固定。如此獲得的子組件10被顯示在圖12A到12C中。圖12A顯示了從設置有太陽能電池板I的那側看的子組件10。這個子組件10被設置有三個太陽能電池板I。子組件10具有用于固定的通孔51，螺栓等等被穿過通孔51，從而固定多個子組件10。此外，子組件10具有用于電極的通孔52，銅線等等被穿過通孔52，從而使多個子組件10彼此電連接。用于電極的通孔52借助于銀膏53被電連接到太陽能電池板I的電極。圖12B顯示了從設置有反射面2的那側看的子組件10?？闯?，反射面2被設置成與太陽能電池板I的位置相應地背對背。圖12C顯示了從短邊那側看的子組件10的側面的結構?？闯?，太陽能電池板I和反射面2被布置成彼此背對背傾斜地面對。通過虛線顯示其中設置用于固定的通孔51和用于電極的通孔52的位置。(SI3:組件的組裝)獲得的多個子組件10被組裝在一起，螺栓被穿過用于固定的通孔51，并且銅線被穿過用于電極的通孔52。因而，獲得有機薄膜太陽能電池組件。圖13是已經(jīng)以上述方式組裝的有機薄膜太陽能電池組件100的側視圖。螺栓作為固定工具54被穿過用于固定的通孔51，并且銅線被穿過用于電極的通孔52，以致多個子組件10被固定成ー個單元并且彼此電連接。(S14:連接器的裝配)最后，連接器被裝配到銅線，從而完成有機薄膜太陽能電池組件100。
雖然已經(jīng)描述了某些實施例，但是這些實施例僅僅是通過實例的方式來呈現(xiàn)，而并不意欲限制本發(fā)明的范圍。誠然，此處描述的新的實施例可以被具體化各種其他形成；此外，在沒有背離發(fā)明的精神的情況下，可以對此處描述的實施例作出各種省略、置換和改 變。附有的權利要求書和它們的同等物意欲覆蓋這種作為將落入本發(fā)明的范圍和精神之內(nèi)的形式或修改。
權利要求
1.一種有機薄膜太陽能電池組件，其特征在于，包括 多個太陽能電池板，姆個板包括具有第一主表面和第二主表面的基板、面向所述第一主表面的第一電極、插入所述基板和所述第一電極之間的第二電極、以及插入所述第一電極和所述第二電極之間的光電轉換層；以及 多個反射面，傾斜地面向所述太陽能電池板的所述第二主表面的部分， 其中，當在彼此傾斜地面對的所述太陽能電池板和所述反射面的每個組合中，假定第一平面包括所述反射面，第一交線作為所述第一平面與所述基板的所述第二主表面的交線，以及第二平面包括所述第一交線，并且所述第二平面與所述基板的所述第二主表面形成45°的角度以及與所述第一平面形成小于45°的角度時，所述光電轉換層的邊緣與所述第二平面接觸或者所述第二平面與所述光電轉換層相交。
2.如權利要求I所述的有機薄膜太陽能電池組件，其特征在干，進ー步包括匯流條，每個匯流條被配置在所述太陽能電池板的所述基板上或者面對所述光電轉換層的所述第二電極的表面上，每個所述匯流條被電連接到所述第二電極，并且由導電率比所述第二電極的導電率高的材料構成， 其中每個所述太陽能電池板包括面對所述反射面的第一部分以及作為所述太陽能電池板的剰余部分的第二部分，所述第一部分和所述第二部分在所述第二平面與所述太陽能電池板的交線處彼此相連，以及其中所述匯流條被配置在所述第二部分上。
3.如權利要求2所述的有機薄膜太陽能電池組件，其特征在干，進ー步包括輔助電扱，所述輔助電極在所述第一部分處被配置在所述第二電極和所述光電轉換層之間，并且由導電率比所述第二電極的導電率高的材料構成， 其中所述輔助電極存在的區(qū)域和所述輔助電極不存在的區(qū)域交替地出現(xiàn)在每個太陽能電池板上的與所述第一交線相垂直的線上。
4.如權利要求I所述的有機薄膜太陽能電池組件，其特征在于，所述反射面是漫反射面。
5.如權利要求I所述的有機薄膜太陽能電池組件，其特征在于，所述光電轉換層是包含P型有機半導體和η型有機半導體的體異質結型。
6.如權利要求I所述的有機薄膜太陽能電池組件，其特征在于，所述組件包括多個子組件，每個所述子組件包括所述多個太陽能電池板中的一個太陽能電池板以及所述多個反射面中的ー個反射面。
7.如權利要求6所述的有機薄膜太陽能電池組件，其特征在于，所述太陽能電池板和所述反射面被布置成其背面彼此傾斜地面對。
8.一種有機薄膜太陽能電池子組件，其特征在于，包括 太陽能電池板，包括具有第一主表面和第二主表面的基板、面向所述第一主表面的第ー電極、插入所述基板和所述第一電極之間的第二電極、以及插入所述第一電極和所述第ニ電極之間的光電轉換層；和 反射面，所述太陽能電池板和所述反射面被布置成其背面彼此傾斜地面對， 其中所述子組件具有允許兩個以上的子組件被組裝到有機薄膜太陽能電池組件中的結構，在所述有機薄膜太陽能電池組件中，每個子組件的所述反射面傾斜地面對相鄰的子組件的所述太陽能電池板的一部分，并且當在彼此傾斜地面對的所述太陽能電池板和所述反射面的每個組合中，假定第一平面包括所述反射面，第一交線作為所述第一平面與所述基板的所述第二主表面的交線，以及第二平面包括所述第一交線，并且所述第二平面與所述基板的所述第二主表面形成45°的角度以及與所述第一平面形成小于45°的角度吋，所述光電轉換層的邊緣與所述第二平面接觸或者所述第二平面與所述光電轉換層相交。
9.一種太陽能電池組件，其特征在于，包括 多個太陽能電池板，姆個太陽能電池板包括具有第一主表面和第二主表面的基板、面向所述第一主表面的第一電極、插入所述基板和所述第一電極之間的第二電極、以及插入所述第一電極和所述第二電極之間的光電轉換層，其中所述多個太陽能電池板以它們之間具有間隙的方式被布置在第一方向上，使得所述第一主表面與所述第一方向形成角度；以及 在所述第一方向上與所述太陽能電池板交替的反射面，每個所述反射面垂直于包括所述第一方向和第二方向的平面并且傾斜地面對所述第二主表面，所述第二方向垂直于所述第二主表面，其中當在包括彼此傾斜地面對的ー個所述太陽能電池板和一個所述反射面的組合中假定第一到第三平面，所述第一平面包括所述組合的所述反射面，所述第二平面包括所述組合的所述太陽能電池板的所述基板的所述第二主表面，以及所述第三平面是兩個平面中的ー個平面，包括所述第一平面和所述第二平面的交線并且與所述第二平面相交成45°的角度，所述第二平面與所述第一平面形成更小的角度時，所述第三平面與所述光電轉換層接觸或者延伸穿過所述光電轉換層。
10.如權利要求9所述的太陽能電池組件，其特征在干，進ー步包括支持構件，所述支持構件包括布置在所述第一方向上的子構件，并且每個子構件支持所述太陽能電池板和所述反射面，使得由一個所述子構件支持的所述反射面傾斜地面對由相鄰的子構件支持的所述太陽能電池板的所述基板的所述第二主表面。
11.一種子組件，作為要被組裝到如權利要求10所述的太陽能電池組件中的ー個部件，其特征在于，包括 所述子構件； 由所述子構件支持的所述太陽能電池板；和 由所述子構件支持的所述反射面。
全文摘要
根據(jù)一個實施例的有機薄膜太陽能電池組件(100)包括多個太陽能電池板(1)和多個反射面(2)。每個板(1)包括基板(3)、第一電極、第二電極和光電轉換層。當假定第一平面(1)包括反射面(2)，第一交線作為第一平面(63)與基板(3)的第二主表面的交線，以及第二平面(64)包括第一交線，并且第二平面(64)與基板(3)的第二主表面形成45°的角度以及與第一平面(63)形成小于45°的角度時，光電轉換層的邊緣與第二平面(64)接觸或者第二平面(64)與光電轉換層相交。
文檔編號H01L51/42GK102683594SQ20121006699
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權日2011年3月15日
發(fā)明者中尾英之, 小野昭彥, 稻葉道彥, 高山曉 申請人:株式會社東芝