有机薄膜太阳能电池组件和子组件
阅读：1030发布：2020-11-27
专利汇可以提供有机薄膜太阳能电池组件和子组件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且根据一个 实施例 的有机 薄膜 太阳能 电池 组 件(100)包括多个 太阳能电池 板(1)和多个反射面(2)。每个板(1)包括 基板 (3)、第一 电极 、第二电极和光电转换层。当假定第一平面(1)包括反射面(2)，第一交线作为第一平面(63)与基板(3)的第二主表面的交线，以及第二平面(64)包括第一交线，并且第二平面(64)与基板(3)的第二主表面形成45°的 角 度以及与第一平面(63)形成小于45°的角度时，光电转换层的边缘与第二平面(64) 接触 或者第二平面(64)与光电转换层相交。，下面是有机薄膜太阳能电池组件和子组件专利的具体信息内容。
1.一种有机薄膜太阳能电池组件，其特征在于，包括：
多个太阳能电池板，每个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电极、插入所述基板和所述第一电极之间的第二电极、以及插入所述第一电极和所述第二电极之间的光电转换层；
多个反射面，倾斜地面向所述太阳能电池板的所述第二主表面的部分；以及汇流条，每个所述汇流条被配置在所述太阳能电池板的所述基板上，每个所述汇流条被电连接到所述第二电极，并且由导电率比所述第二电极的导电率高的材料构成，其中，当在彼此倾斜地面对的所述太阳能电池板和所述反射面的每个组合中，假定第一平面包括所述反射面并且与所述基板的所述第二主表面相交时，第一交线作为所述第一平面与所述基板的所述第二主表面的交线，以及第二平面包括所述第一交线，并且所述第二平面与所述基板的所述第二主表面形成45°的角度以及与所述第一平面形成小于45°的角度，
其中，每个所述太阳能电池板包含第一区域和第二区域，所述第一区域面对所述反射面并且入射光落在所述第一区域中，所述第二区域作为所述太阳能电池板的剩余部分并且入射光不落在所述第二区域中，所述第一区域和所述第二区域在所述第二平面与所述太阳能电池板的交线处相连，并且
其中，所述汇流条被配置在所述第二区域上，并且所述光电转换层的边缘与所述第二平面接触。
2.如权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池组件，其特征在于，进一步包括辅助电极，所述辅助电极在所述第一区域处被配置在所述第二电极和所述光电转换层之间，并且由导电率比所述第二电极的导电率高的材料构成，
其中所述辅助电极存在的区域和所述辅助电极不存在的区域交替地出现在每个太阳能电池板上的与所述第一交线相垂直的线上。
3.如权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述反射面是漫反射面。
4.如权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述光电转换层是包含p型有机半导体和n型有机半导体的体异质结型。
5.如权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述组件包括多个子组件，每个所述子组件包括所述多个太阳能电池板中的一个太阳能电池板以及所述多个反射面中的一个反射面。
6.如权利要求5所述的有机薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述太阳能电池板和所述反射面被布置成其背面彼此倾斜地面对。
7.一种有机薄膜太阳能电池子组件，其特征在于，包括：
太阳能电池板，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电极、插入所述基板和所述第一电极之间的第二电极、以及插入所述第一电极和所述第二电极之间的光电转换层；和
反射面，所述太阳能电池板和所述反射面被布置成其背面彼此倾斜地面对，其中所述子组件具有允许两个以上的子组件被组装到有机薄膜太阳能电池组件中的结构，在所述有机薄膜太阳能电池组件中，每个子组件的所述反射面倾斜地面对相邻的子组件的所述太阳能电池板的一部分，并且
其中，当在彼此倾斜地面对的所述太阳能电池板和所述反射面的每个组合中，假定第一平面包括所述反射面并且与所述基板的所述第二主表面相交时，第一交线作为所述第一平面与所述基板的所述第二主表面的交线，以及第二平面包括所述第一交线，并且所述第二平面与所述基板的所述第二主表面形成45°的角度以及与所述第一平面形成小于45°的角度，
其中，所述太阳能电池板包含第一区域和第二区域，所述第一区域面对所述反射面并且入射光落在所述第一区域中，所述第二区域作为所述太阳能电池板的剩余部分并且入射光不落在所述第二区域中，所述第一区域和所述第二区域在所述第二平面与所述太阳能电池板的交线处相连，并且
其中，所述光电转换层被配置在所述第一区域中，并且所述光电转换层的边缘与所述第二平面接触，并且
其中，汇流条被配置在所述第二区域上，以致所述汇流条被电连接到所述第二电极，所述汇流条由导电率比所述第二电极的导电率高的材料构成。
8.一种太阳能电池组件，其特征在于，包括：
多个太阳能电池板，每个太阳能电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电极、插入所述基板和所述第一电极之间的第二电极、以及插入所述第一电极和所述第二电极之间的光电转换层，其中所述多个太阳能电池板以它们之间具有间隙的方式被布置在第一方向上，使得所述第一主表面与所述第一方向形成角度；以及
在所述第一方向上与所述太阳能电池板交替的反射面，每个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每个所述反射面倾斜地面对所述第二主表面，所述第二方向垂直于所述第二主表面，
其中，当在包括彼此倾斜地面对的一个所述太阳能电池板和一个所述反射面的组合中，假定第一平面包括所述组合的所述反射面并且与所述基板的所述第二主表面相交时，第一交线作为所述第一平面与所述基板的所述第二主表面的交线，以及第二平面包括所述第一交线，并且所述第二平面与所述基板的所述第二主表面构成45°的角度以及与所述第一平面构成小于45°的角度，
其中，所述太阳能电池板包含第一区域和第二区域，所述第一区域面对所述反射面并且入射光落在所述第一区域中，所述第二区域作为所述太阳能电池板的剩余部分并且入射光不落在所述第二区域中，所述第一区域和所述第二区域在所述第二平面与所述太阳能电池板的交线处相连，并且
其中，所述光电转换层被配置在所述第一区域中，并且所述光电转换层的边缘与所述第二平面接触，并且
其中，汇流条被配置在所述第二区域上，以致所述汇流条被电连接到所述第二电极，所述汇流条由导电率比所述第二电极的导电率高的材料构成。
9.如权利要求8所述的太阳能电池组件，其特征在于，进一步包括支持构件，所述支持构件包括布置在所述第一方向上的子构件，并且每个子构件支持所述太阳能电池板和所述反射面，使得由一个所述子构件支持的所述反射面倾斜地面对由相邻的子构件支持的所述太阳能电池板的所述基板的所述第二主表面。
10.一种子组件，作为要被组装到如权利要求9所述的太阳能电池组件中的一个部件，其特征在于，包括：
所述子构件；
由所述子构件支持的所述太阳能电池板；和由所述子构件支持的所述反射面。
有机薄膜太阳能电池组件和子组件
[0001] 相关申请的交叉引用
技术领域
背景技术
[0004] 有机薄膜太阳能电池是包括有机薄膜半导体的太阳能电池，有机薄膜半导体由导电聚合物、富勒烯等等的化合物构成。可以通过简便的处理来产生有机薄膜太阳能电池，简便的处理包括光电转换膜的涂敷或印刷，以使其生产成本可以比基于诸如硅、CIGS、CdTe等等的无机材料的太阳能电池的生产成本低。但是，有机薄膜太阳能电池的光电转换效率和寿命次于常规的无机太阳能电池的光电转换效率和寿命。理由是，在有机薄膜太阳能电池中使用的有机半导体的特性容易受到难以控制的参数的影响，该参数诸如是半导体材料的纯度、分子量分布、方向等等。因此，需要用于提高有机薄膜太阳能电池的发电效率的各种创新。发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种实现高的发电效率的有机薄膜太阳能电池组件和子组件。
[0006] 根据一个实施例，提供有一种有机薄膜太阳能电池组件。有机薄膜太阳能电池组件包括多个太阳能电池板和多个反射面。每个太阳能电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电极、插入基板和第一电极之间的第二电极、以及插入第一电极和第二电极之间的光电转换层。反射面倾斜地面向太阳能电池板的第二主表面的部分。当在彼此倾斜地面对的太阳能电池板和反射面的每个组合中，假定第一平面包括反射面，第一交线作为第一平面与基板的第二主表面的交线，以及第二平面包括第一交线，并且第二平面与基板的第二主表面形成45°的角度以及与第一平面形成小于45°的角度时，光电转换层的边缘与第二平面接触或者第二平面与光电转换层相交。
[0008] 图1是根据实施例的有机薄膜太阳能电池组件的立体图。
[0009] 图2是概念地显示根据实施例的太阳能电池板和反射面的截面图。
[0010] 图3是概念地显示根据实施例的太阳能电池板和反射面的另一个截面图。
[0011] 图4是概念地显示根据比较实例的太阳能电池板的截面图。
[0012] 图5是概念地显示根据实施例的太阳能电池板的进一步的截面图。
[0013] 图6A、6B、6C、6D和6E是显示根据实施例的辅助电极的实例的图。
[0014] 图7是显示用于制造根据实施例的有机薄膜太阳能电池组件的过程的实例的流程图。
[0015] 图8是显示在根据实施例的有机薄膜太阳能电池组件的制造过程的中途产生的有机薄膜太阳能电池组件的中间物的结构的图。
[0016] 图9是显示在根据实施例的有机薄膜太阳能电池组件的制造过程的中途产生的有机薄膜太阳能电池组件的另一个中间物的结构的图。
[0017] 图10是显示在根据实施例的有机薄膜太阳能电池组件的制造过程的中途产生的有机薄膜太阳能电池组件的进一步的中间物的结构的图。
[0018] 图11是显示在根据实施例的有机薄膜太阳能电池组件的制造过程的中途产生的有机薄膜太阳能电池组件的更进一步的中间物的结构的图。
[0019] 图12A、12B和12C是显示根据实施例的子组件的图。
[0020] 图13是根据实施例的有机薄膜太阳能电池组件的侧视图。
具体实施方式
[0021] 下面，将参考附图描述根据实施例的有机薄膜太阳能电池组件。
[0022] 图1是根据实施例的有机薄膜太阳能电池组件100的立体图。有机薄膜太阳能电池组件100包括多个子组件10，各个子组件10包括太阳能电池板1和反射面2。多个太阳能电池板1被布置成其各个受光面向垂直于反射面2的第一方向61倾斜。多个反射面2被布置在第一方向61上并且倾斜地面向太阳能电池板1的受光面。图1显示了阵列，在该阵列中，有机薄膜太阳能电池组件100的太阳能电池板1和反射面2被配置为垂直于包括第一方向和垂直于太阳能电池板1的方向的平面。这个阵列仅仅是实例。太阳能电池板1可以被配置成彼此非平行，以及同样，反射面2可以被配置成彼此非平行。
[0023] 图2是概念地显示根据实施例的太阳能电池板1和反射面2的截面图。图2显示了彼此面对的结合的太阳能电池板1和反射面2。太阳能电池板1相对于垂直于反射面2的平面倾斜θ角度。太阳能电池板1包括基板3和层压体4。层压体4包括一对电极以及插入在这对电极之间的光电转换层等等。
[0024] 图3是概念地显示根据实施例的太阳能电池板1和反射面2的另一个截面图。包括反射面2的平面被表示为第一平面63，并且第一平面63与基板3的表面的交线被表示为第一交线。包括第一交线、与基板3的表面形成45°的角度、并且与第一平面63形成小于45°的角度的平面被表示为第二平面64。包括在层压体4中的光电转换层的边缘与第二平面64接触，或者第二平面64与光电转换层相交。在图3中，第二平面64与光电转换层相交。
[0025] 根据实施例的有机薄膜太阳能电池组件100可以以太阳能电池板1的受光面朝向光源倾斜的方式被使用。例如，图1中所示的有机薄膜太阳能电池组件100可以以光源被定位在纸张的上部的方式被使用。在那种情况中，各个太阳能电池板1主要接收来自倾斜方向的入射光。入射光通过反射面2被部分地反射并且进入太阳能电池板1。通过使太阳能电池板1倾斜到入射光的行进的主方向，可以在不增加光电转换层的厚度的情况下，延伸光经过光电转换层的光路。因此，产生的激子的量随着可以增加获得的电流的量的结果而增加。此外，因为光电转换层的厚度可以被保持为薄的，所以可以抑制膜电阻的任何增加，从而有效地将产生的载流子输送到电极而不失效。因此，可以提高有机薄膜太阳能电池组件100的发电效率。
[0026] 但是，当太阳能电池板被倾斜到入射光的方向时，那里可能出现一些入射光的损失。图4是概念地显示根据比较实例的太阳能电池板的截面图。图4显示了倾斜地彼此面对的一对太阳能电池板31。各个太阳能电池板31包括层压在一起的基板32以及层压体33，层压体33包括电极、光电转换层等等。当从纸张的右侧在水平方向上引起光的入射时，因为太阳能电池板31倾斜于该光，所以如在上文中提及的，可以延伸光路并且可以增加电流的量。但是，在这种情况下，存在光37的无效区域。即，经过由数字37表示的区域的一部分入射光不能经过层压体33的光电转换层，从而无法有助于发电。当入射光穿透基板32并且折射光36出现时，其中折射光36不能到达层压体33的区域是光37的无效区域。
[0027] 相反，在根据实施例的有机薄膜太阳能电池组件100中，几乎不出现上述的光37的无效区域。如图2和3所示，在根据实施例的有机薄膜太阳能电池组件100中，一部分太阳能电池板1被配置在相对于光源比反射面2更深的位置中。包括反射面2的第一平面63被设置成经过太阳能电池板1的光电转换层。借助于这个布置，平行于反射面2入射到太阳能电池板1和反射面2之间的空间的所有的光照射光电转换层。此外，不平行于反射面2入射的光以及反射在基板3的表面上的光通过反射面2被反射，从而照射光电转换层。如此，经过接近于反射面2与太阳能电池板1接触的部分的区域的光可以照射光电转换层，因此可以消除无效区域。因此，任何入射光可以被利用，以用于光电转换而不产生浪费，从而实现高的发电效率。
[0028] 此外，在根据实施例的有机薄膜太阳能电池组件100中，光电转换层被至少设置在入射光可以到达的太阳能电池板1的任何区域中。当为了消除如上所述的光37的无效区域而将太阳能电池板1的一部分配置在相对于光源比反射面2更深的位置中时，在太阳能电池板1中存在入射光几乎不可能到达的区域。当从光源看时，这个区域存在于太阳能电池板1的比反射面2更深的部分中。考虑到基板3上的折射，通过识别入射在反射面2和太阳能电池板1之间的空间中的所有的光可以到达的光电转换层的区域，可以避免不必要的光电转换层等等的制造。
[0029] 参考图3，入射光几乎不可能到达的区域位于图上的第二平面64的左侧。规定角度θ被设定在实用范围之内，当基板3是玻璃时，考虑到它的折射率，平行于反射面2行进的并且进入垂直于第一交线的基板3的光以大约45°的折射角被折射。这个入射光必然传到图上的第一平面63的右侧，以使折射光传到图上的第二平面64的右侧。因此，通过布置成使包括在层压体4中的光电转换层的边缘接触到第二平面64，可以避免将光电转换层配置在入射光不能到达的区域中。为了防止构件因伸缩而损坏，当反射面2的边缘没有接触到基板3的表面时，在它们之间设置间隙。在使用非玻璃材料作为基板3时，考虑到材料的折射率，认为经过基板3的折射光行进到图上的第二平面64的右侧。
[0030] 参考图2，由垂直于反射面2的平面和太阳能电池板1产生的锐角θ可以被设定在实用范围之内。例如，角度θ可以在45°到89°的范围之内。当角度θ是45°以上时，光路是令人满意地长，从而实现了光电转换效率的提高。但是，当角度θ超出89°时，在入射光经过基板3或者透明电极处的光吸收将是非常大的，从而引起效率的下降。较佳地，角度θ可以被设定在60°到75°的范围内。
[0031] 现在，将参考图5描述太阳能电池板1。
[0032] 在根据实施例的有机薄膜太阳能电池组件100中，太阳能电池板1包括基板3、面向基板3的第一电极、插入在基板3和第一电极之间的第二电极、以及插入在第一电极和第二电极之间的体异质结(bulk heterojunction)的光电转换层19，光电转换层19包含p型有机半导体和n型有机半导体。
[0033] 图5是太阳能电池板1的实例的截面图。如所显示的，太阳能电池板1包括从面向反射面2的那侧开始顺序地被层压在一起的基板3、作为第二电极的ITO电极11、辅助电极12、空穴输送层13、光电转换层19、电子输送层16和阴极17。光电转换层19包括p型半导体14和n型半导体15。
[0034] 根据实施例的太阳能电池板1是体异质结型。体异质结的光电转换层19的特征在于，p型有机半导体14和n型有机半导体15被混合在一起，因此毫微级pn结遍布整个光电转换层19。因此，pn结区域比常规的层压的有机薄膜太阳能电池的大，并且有助于实际发电的该区域遍布整个光电转换层19。因此，有助于体异质结的有机薄膜太阳能电池的发电的该区域压倒性地比常规的层压的有机薄膜太阳能电池的厚，因此提高了光子吸收的效率并且增加了输出的电流的量。
[0035] 有机薄膜太阳能电池的光电转换过程主要地被分成，通过有机分子的光吸收从而产生激子的步骤(a)，激子转移和扩散的步骤(b)，激子的电荷分离的步骤(c)，以及电荷输送到两极的步骤(d)。
[0036] 在步骤(a)中，p型有机半导体或者n型有机半导体吸收光，从而产生激子。随后，在步骤(b)中，产生的激子通过扩散被转移到p/n结界面。在步骤(c)中，已经到达p/n结界面的激子被分离成电子22和空穴21。最后，在步骤(d)中，单独的光学载流子经过p/n材料被输送到电极并且被输出到外部电路中。
[0037] 光电转换层19的光透射率较佳地是在10％到85％的范围之内。当光透射率不属于这个范围时，通过增大倾角θ来提高光电转换效率的效果是微小的。
[0038] 太阳能电池板1可以被选择性地设置有汇流条18和辅助电极12。设置这些是为了补偿第二电极的低导电率。这些被电连接到第二电极，并且由具有比第二电极的导电率高的导电率的材料构成。汇流条18被配置在例如太阳能电池板1的没有光进入的区域中。另一方面，辅助电极12被配置在例如太阳能电池板1的光进入的区域中。
[0039] 当例如ITO电极11被用作第二电极时，虽然ITO电极11因其透明度而允许入射光65透射到光电转换层19，但是与普通的金属电极相比较，它的导电率是低的。因而，通过光电转换层19产生的电流以一定的比率被ITO电极11内的电阻所消耗。可以通过将汇流条18和辅助电极12电连接到ITO电极11以便引入电流的旁路，来实现电流消耗的抑制以及发电效率的提高。汇流条18和辅助电极12由具有比第二电极的导电率高的导电率的材料构成。该材料例如是诸如铜或者银合金的金属。但是，因为这种材料不透射光，所以汇流条18和辅助电极12以可以使入射光65的通过阻碍最小化的方式被配置。
[0040] 在根据实施例的有机薄膜太阳能电池组件100中，汇流条18可以被配置在基板3和第二电极的表面当中的面向光电转换层19的表面上。汇流条18的电阻较佳地是低的。例如，汇流条18就薄层电阻而言被形成在0.1Ω以下(较佳地，0.01Ω以下)。
[0041] 另一方面，辅助电极12被插入第二电极11和光电转换层19之间。参考图5，当设置空穴输送层13时，辅助电极12被插入第二电极11和空穴输送层13之间。图6A到6D显示了辅助电极12的实例。图6A到6D各自显示了关于设置有汇流条18和辅助电极12两者的太阳能电池板1，从受光面那侧看的汇流条18和辅助电极12的形式。辅助电极12不覆盖整个平面，并且被设置成光可以经过其间隙。辅助电极12可以被设置成如图6A和6B所示的直线的形式，或者如图6C和6D所示的网孔的形式。辅助电极12可以被电连接到汇流条18。在图6A中，辅助电极12a被设置成平行于短边方向的多条直线的形式。借助于这个辅助电极12a，可以在使光的阻断最小化的同时，抑制ITO电极11中的电阻的电力消耗。替代地，参考图6B到6D，较佳地，在沿着短边方向的截面中，其中辅助电极12存在的区域以及其中辅助电极12不存在的区域交替地存在于宽度方向上。图6B显示了由向短边方向倾斜的彼此平行的多条直线构成的辅助电极12b。图6C显示了由在短边方向上倾斜的彼此平行的多条直线构成的辅助电极12c，这些直线被间隔地桥接在一起。辅助电极12c可以被表示为处于网孔、砖块以及梯子的形式。图6D显示了由向短边方向倾斜的多条波状线构成的辅助电极12d，这些线被间隔地桥接在一起。辅助电极12d也可以被表示为处于网孔的形式。穿透光电转换层的入射光可以通过辅助电极12被反射。但是，已经通过辅助电极12被反射的光通过反射面2被反射，并且再次进入光电转换层中。当其中辅助电极12存在的区域以及其中辅助电极12不存在的区域在沿着短边方向的截面中交替地存在于如图6B到
6D所示的宽度方向上时，即使光只被反射在辅助电极12的表面上一次，光也在反射面2和光电转换层之间被重复地反射。因此，最后，大部分的光经过辅助电极12不存在的部分被吸收到光电转换层19中。
6D所示的宽度方向上时，即使光只被反射在辅助电极12的表面上一次，光也在反射面2和光电转换层之间被重复地反射。因此，最后，大部分的光经过辅助电极12不存在的部分被吸收到光电转换层19中。
[0042] 图6E显示了其中基板仅仅被设置有汇流条而没有设置辅助电极的形式。
[0043] 下面，将描述反射面2。
[0044] 反射面2较佳地呈现高的光反射率。例如，反射面2的光反射率较佳地是在90到100％的范围内。光反射率越靠近100％，有机薄膜太阳能电池组件100的发电效率越高。
可以从能够实现这种光反射率的材料制备反射面2。例如，其表面高度抛光的诸如铝或铬的任何金属片，通过镀银等等在玻璃、树脂等等的表面上设置反射涂层所获得的镜面反射片、通过汽相淀积在玻璃、树脂等等的表面上设置铝所获得的反射片，各种金属中的任何一种金属的膜等等可以被用作反射面2。具体地，从例如由3M公司(3M Company)生产的作为反射膜的Vikuiti ESR、由株式会社丽光(Reiko Co.，Ltd.)生产的Luiremirror等等，可以制造呈现97％以上的反射率的反射片。反射面2可以是漫反射面。漫反射面能够朝向太阳能电池板1分散地反射光。通过使用漫反射面，可以减轻上述辅助电极12和反射面2之间的入射光的重复反射的现象。作为漫反射面，能够使用例如由通过在任何上述材料的表面上设置细微的凹凸所获得的一个构成。
可以从能够实现这种光反射率的材料制备反射面2。例如，其表面高度抛光的诸如铝或铬的任何金属片，通过镀银等等在玻璃、树脂等等的表面上设置反射涂层所获得的镜面反射片、通过汽相淀积在玻璃、树脂等等的表面上设置铝所获得的反射片，各种金属中的任何一种金属的膜等等可以被用作反射面2。具体地，从例如由3M公司(3M Company)生产的作为反射膜的Vikuiti ESR、由株式会社丽光(Reiko Co.，Ltd.)生产的Luiremirror等等，可以制造呈现97％以上的反射率的反射片。反射面2可以是漫反射面。漫反射面能够朝向太阳能电池板1分散地反射光。通过使用漫反射面，可以减轻上述辅助电极12和反射面2之间的入射光的重复反射的现象。作为漫反射面，能够使用例如由通过在任何上述材料的表面上设置细微的凹凸所获得的一个构成。
[0045] 下面，将描述子组件。
[0046] 根据实施例的有机薄膜太阳能电池组件100可以由多个子组件10构成。通过调节子组件10的数目，可以任意地改变由多个子组件10构成的有机薄膜太阳能电池组件100的尺寸。因此，不必要制造与安装位置的尺寸一致的有机薄膜太阳能电池组件100。图1显示了由多个子组件10构成的有机薄膜太阳能电池组件100的实例。在图1的有机薄膜太阳能电池组件100中，多个子组件10被布置在第一方向61上。在另一个布置中，有机薄膜太阳能电池组件100可以被构造成具有布置在不同方向上的子组件10。各个子组件10可以被设置有一个太阳能电池板1和一个反射面2。在各个子组件中，太阳能电池板1和反射面2可以相反地彼此面对，或者太阳能电池板1和反射面2可以背对背倾斜地彼此面对，如图12A到12C的子组件10所示。当做出背对背的布置时，依据子组件10的组装，设置在一个子组件10中的太阳能电池板1倾斜地面对设置在另一个相邻的子组件10中的反射面2。
[0047] 下面将描述根据实施例的有机薄膜太阳能电池的组成构件。
[0048] (基板)
[0049] 基板支持诸如电极和光电转换层的其他组成构件。基板较佳地是能够形成电极并且不受热或者有机溶剂影响的一个基板。作为基板的材料，可以提及的有，例如，诸如无碱玻璃或者石英玻璃的无机材料；诸如聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、液晶聚合物或者环烯聚合物的聚合物膜或者塑料；诸如不锈钢(SUS)或者硅的金属；等等。基板的厚度没有被特别地限制，只要它确保适宜于支持其他组成构件的强度。
[0050] 基板的光入射面可以被设置有例如蛾眼结构的抗反射膜。这使得可以实现光的有效入射，由此提高电池的能量转换效率。蛾眼结构指的是其中在表面上设置100nm左右的突起的有序阵列的结构。这个突起结构沿着厚度方向连续地改变折射率，从而借助于中间的非反射膜，可以消除折射率的不连续变化的面，从而降低光反射并且提高电池效率。
[0051] (第二电极)
[0052] 第二电极被形成在基板3上。第二电极的材料没有被特别地限制，只要它具有导电性。一般地，通过使用真空汽相淀积技术、溅射技术、离子电镀技术、电镀技术、涂敷技术等等，透明的或者半透明的导电材料被形成为膜。作为透明的或者半透明的电极材料，可以提及的有导电的金属氧化膜、半透明的金属薄膜等等。具体地，可以使用由导电玻璃的膜(NESA等等)、金、铂、银、铜等等构成，导电玻璃包含氧化铟、氧化锌、氧化锡、作为它们的复合体的铟·锡·氧化物(ITO)、氟掺杂的氧化锡(FTO)、铟·锌·氧化物等等。ITO和FTO尤其是较佳的。同样，作为电极材料，可以使用由诸如聚苯胺或它的衍生物、聚噻吩或它的衍生物等等的有机导电聚合物构成。当材料是ITO时，第二电极的厚度较佳地是在30到300nm的范围内。当厚度小于30nm时，导电率降低，并且电阻变高，从而造成光电转换效率下降。当厚度超出300nm时，ITO失去它的柔韧性，因此当施加应力时，ITO裂开。第二电极11的薄层电阻较佳的是尽可能的低，例如， 以下。第二电极11可以是单层或包含呈现不同功函数的材料的多层。
[0053] (空穴输送层)
[0054] 空穴输送层被随意地插入第二电极和光电转换层之间。空穴输送层的功能例如是，使下部的电极的任何不平变平，从而防止太阳能电池装置的短路，有效地仅仅输送空穴，以及防止与光电转换层的界面附近产生的激子的湮灭。作为空穴输送层的材料，可以使用由诸如PEDOT/PSS(聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸))的聚噻吩聚合物、或者诸如聚苯胺或聚吡咯的有机半导体聚合物构成。作为典型的聚噻吩聚合物产品，可以被提及的有，例如，全部可以从Stark股份有限公司(Stark GmbH)获得的，Clevios PH500(商品名)、Clevios PH(商品名)、Clevios PVPAl 4083(商品名)以及Clevios HIL1.1(商品名)。
[0055] 当Clevios PH500(商品名)被用作空穴输送层的材料时，其厚度较佳的是在20到100nm的范围之内。当该层非常薄时，不再能够防止下部的电极的短路，因此短路出现。另一方面，当该层非常厚时，膜电阻变高，从而限制产生的电流。因此，光电转换效率下降。
[0056] 形成空穴输送层的方法没有被特别地限制，只要该方法适合于薄膜的形成。例如，可以通过旋涂技术等等来涂布该层。以要求的厚度涂布空穴输送层的材料，并且借助于热板等等通过加热来使空穴输送层的材料干燥。加热干燥较佳地在140到200℃被执行几分钟到大约10分钟。较佳地，涂布的溶液在使用之前被过滤。
[0057] (光电转换层)
[0058] 光电转换层被配置在第一电极和第二电极之间。实施例的太阳能电池是一种体异质结型的太阳能电池。体异质结太阳能电池的特征在于，p型半导体和n型半导体在光电转换层中被混合在一起，从而具有微型的层分离结构。在体异质结太阳能电池中，混合在一起的p型半导体和n型半导体在光电转换层中产生毫微级尺寸的pn结，并且通过利用出现在结界面上的光电荷分离来获得电流。p型半导体由具有电子贡献特性的材料构成。另一方面，n型半导体由具有电子接受特性的材料构成。在实施例中，至少p型半导体或者n型半导体可以是有机半导体。
[0059] 作为p型有机半导体，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，二苯乙烯衍生物，三苯基二胺衍生物，低聚噻吩或它的衍生物，聚乙烯咔唑或它的衍生物，聚硅烷或它的衍生物，在它的侧链或主链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，卟啉或它的衍生物，聚苯乙炔或它的衍生物，聚噻吩乙炔或它的衍生物等等构成。这些可以组合使用。同样，使用可以由其共聚物构成。例如，可以提及的有，噻吩-芴共聚物，苯撑乙炔撑-苯撑乙烯撑共聚物等等。
[0060] 较佳的p型有机半导体是作为具有π共轭的导电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确保高的立体规整性并且在溶剂中呈现比较高的可溶性。聚噻吩以及它的衍生物没有被特别地限制，只要它们是具有噻吩骨架的化合物。作为聚噻吩以及其衍生物的具体实例，可以提及的有，诸如聚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；诸如聚3-苯基噻吩或聚3-(p-烷基苯基噻吩)的聚芳基噻吩；诸如聚3-丁基异硫茚、聚3-己基异硫茚、聚3-辛基异硫茚或聚3-癸基异硫茚的聚烷基异硫茚；聚乙烯二羟噻吩；等等。
[0061] 近年来，诸如作为咔唑、苯并噻唑和噻吩的共聚物的PCDTBT(聚[N-9”-十七烷酰-2，7-咔唑-交替(alt)-5，5，-(4’，7’-二2-噻吩基-2’，1’，3’-苯并噻唑)])的衍生物被称为实现优良的光电转换效率的化合物。
[0062] 任何这些导电聚合物可以通过在溶剂中溶解它并且通过涂敷技术来涂布该溶液而被形成为膜。因此，这些导电聚合物的有利之处在于，可以使用便宜的设备，通过印刷技术等等，以低成本制造大面积的有机薄膜太阳能电池。
[0063] 富勒烯以及它的衍生物被适当地用作n型有机半导体。采用的富勒烯衍生物没有被特别地限制，只要该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等等作为基本骨架的衍生物。在富勒烯衍生物中，可以通过任意的官能团来修饰各个富勒烯骨架的碳原子，并且这种官能团可以彼此结合，从而形成环。富勒烯衍生物包括富勒烯结合的聚合物。较佳的是具有对溶剂的高亲合性的官能团的富勒烯衍生物，从而在溶剂中呈现高溶解度。
[0064] 作为可以被引入富勒烯衍生物中的官能团，可以被提及的有，例如，氢原子；羟基；诸如氟原子或氯原子的卤原子；诸如甲基或乙基的烷基；诸如乙烯基的链烯基；氰基；诸如甲氧基或乙氧基的烷氧基；诸如苯基或萘基的芳香烃基；诸如噻吩基或吡啶基的芳香杂环基；等等。例如，可以提及的有，诸如C60H36或C70H36的氢化富勒烯；诸如C60或C70的氧化富勒烯；富勒烯金属配合物；等等。
[0065] 在上述化合物当中，最佳的是使用60PCBM([6，6]-苯基C61酪酸甲酯)以及70PCBM([6，6]苯基C71酪酸甲酯)作为富勒烯衍生物。
[0066] 当使用未修饰的富勒烯时，使用C70是较佳的。富勒烯C70呈现高的光载流子产生效率，从而适合于在有机薄膜太阳能电池中使用。
[0067] 关于n型有机半导体和p型有机半导体在光电转换层中的混合比，当p型半导体是任何P3AT系时，近似n∶p＝1∶1是较佳。当p型半导体是任何PCDTBT系时，近似n∶p＝4∶1较佳。
[0068] 在通过涂敷来涂布有机半导体的过程中，半导体必须被溶解在溶剂中。作为适当的溶剂，可以提及的有，例如，诸如甲苯、二甲苯、四氢萘、十氢萘、均三甲苯、正丁苯、仲丁苯或叔丁苯的不饱和烃溶剂；诸如氯苯、二氯苯或三氯苯的卤化芳香烃溶剂；诸如四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、氯丁烷、溴丁烷、氯戊烷、氯己烷、溴己烷或氯代环己烷的卤化饱和烃溶剂；以及诸如四氢呋喃或四氢吡喃的醚。就这些而言，卤化芳香烃溶剂是较佳的。这些溶剂可以被单独使用或者组合使用。
[0069] 作为用于通过涂敷将溶液形成为膜的技术，可以提及的有，旋涂技术、浸涂技术、铸造技术、棒涂技术、卷涂技术、拉丝锭涂敷技术、喷涂技术、丝网印刷技术、照相凹版印刷技术、苯胺印刷技术、胶版印刷技术、照相凹版胶版印刷技术、分配器涂敷技术、管嘴涂敷技术、毛细管涂敷技术、喷墨技术等等。这些涂敷技术可以被单独使用或者组合使用。
[0070] (电子输送层)
[0071] 电子输送层被随意地配置在第一电极和光电转换层之间。电子输送层的功能是在阻断空穴的同时仅仅有效地输送电子，以及防止在光电转换层和电子输送层的界面处产生的激子湮灭。
[0072] 作为电子输送层15的材料，可以提及的有金属氧化物，例如，通过溶胶凝胶法水解钛醇盐所获得的非晶的氧化钛，等等。成膜方法没有被特别地限制，只要该方法适合于薄膜的形成。例如，可以提及的有旋涂技术。当氧化钛被用作电子输送层的材料时，如此形成的层的厚度较佳地是在5到20nm的范围内。当厚度小于上述范围时，空穴阻断效果减少，因此产生的激子在分解成电子和空穴之前失效。因此，有效地取得电流是不可能的。另一方面，当厚度非常大时，膜电阻变大，从而限制产生的电流。因此，光电转换效率下降。较佳地，涂敷溶液在使用之前被过滤。在涂敷一定的厚度之后，借助于例如加热板，通过加热使该层干燥。较佳地，在促进水解的同时，在空气中，加热干燥在50到100℃被执行几分钟到大约10分钟。
[0073] (第一电极)
[0074] 第一电极被叠加在光电转换层(或者电子输送层)上。通过真空汽相淀积技术、溅射技术、离子电镀技术、电镀技术、涂敷技术等等，导电材料被形成为膜。作为电极材料，可以提及的有导电金属薄膜、金属氧化膜等等。当第二电极由高功函数的材料形成时，较佳的是在第一电极中使用低功函数的材料。低功函数的材料的实例包括碱金属、碱土金属等等。具体地，可以提及的有，Li、In、Al、Ca、Mg、Sm、Tb、Yb、Zr、Na、K、Rb、Cs、Ba以及它们的合金。
[0075] 第一电极可以是单层或包含不同的功函数的材料的多层。该材料可以是合金，该合金包括至少一个上述低功函数的材料以及从金、银、铂、铜、锰、钛、钴、镍、钨、锡等等当中被选择出来的成分。合金的实例包括锂铝合金、锂镁合金、锂铟合金、镁银合金、镁铟合金、镁铝合金、铟银合金、钙铝合金等等。
[0076] 第一电极的膜厚度在1到500nm的范围之内，较佳地在10到300nm的范围之内。当膜厚度小于上述范围时，电阻变大，以使产生的电荷不能被令人满意地转移到外部电路。
当膜厚度非常大时，第一电极膜的形成花费延长的一段时间，因此材料的温度升高，从而损坏有机层并且造成性能恶化。此外，使用的材料的量是大的，因此占用成膜设备的期间被延长，从而造成成本增加。
当膜厚度非常大时，第一电极膜的形成花费延长的一段时间，因此材料的温度升高，从而损坏有机层并且造成性能恶化。此外，使用的材料的量是大的，因此占用成膜设备的期间被延长，从而造成成本增加。
[0077] 实例
[0078] 图7以流程图的形式显示了用于制造根据实施例的有机薄膜太阳能电池组件的过程的实例。按照这个流程图，制造根据实施例的有机薄膜太阳能电池组件。
[0079] 作为简要的概述，电极、光电转换层等等的膜被顺序地形成在玻璃基板上，从而获得太阳能电池板。使用如此获得的太阳能电池板和反射面制造子组件。最后，子组件被组装成有机薄膜太阳能电池组件。
[0080] 将参考图7的流程图描述细节。
[0081] (S1：玻璃基板的制备)
[0082] 无碱玻璃基板被切割成适当的尺寸。具体地，尺寸是如此，以致三个太阳能电池板被包括。在切割之后，基板被清洗。
[0083] (S2：ITO电极的形成)
[0084] 通过在玻璃基板的一个主要表面上进行溅射来形成ITO膜。通过光刻法(PEP)执行膜的图案形成。即，保护膜被形成在ITO膜上并且形成图案，并且使用该保护膜作为掩模，执行蚀刻。此后，去除保护层，并清洗该基板。如此获得的ITO电极11被显示在图8中。
[0085] (S3：MAM电极的形成)
[0086] 在各个ITO电极上形成汇流条和辅助电极。即，在形成图案之后，Mo/Al/Mo膜通过溅射被叠加在ITO电极上。此外，Mo/Al/Mo膜通过PEP被形成图案。在形成图案之后，基板被清洗。如此形成的汇流条18和辅助电极12a被显示在图9中。各个汇流条18以平板的形式沿着各个ITO电极的一个长边被设置。各个辅助电极12a以平行于短边方向的多条直线的形式被设置，并且被电连接到汇流条18。
[0087] (S4：切割)
[0088] 在第二电极形成之后，玻璃基板被切割成适合于后续处理的尺寸。
[0089] (S5：空穴输送层的形成)
[0091] (S6：活性层的形成)
[0092] 预先制备的材料混合物的溶液通过旋涂被涂布在空穴输送层上，并且通过干燥以及热处理被固定。从而，形成光电转换层。
[0093] (S7：电子输送层的形成)
[0094] 电子输送层的材料通过旋涂被涂布在光电转换层上，并且通过干燥以及热处理被固定。从而，形成电子输送层。
[0095] (S8：Al电极的形成)
[0096] 在电子输送层上在真空中执行铝的掩模汽相淀积，从而形成第一电极。由Al汽相淀积形成的膜的厚度大约是700nm。如此形成的第一电极17被显示在图10中。
[0097] (S9：密封)
[0098] 为了密封的目的，执行将适当切割的功能PET膜的热压力结合到第一电极上。功能PET膜包括诸如硅膜的防湿层以及热结合层(EVA)。
[0099] (S10：电池的分离)
[0100] 沿着切割线切割玻璃基板，因此单独的太阳能电池板被彼此分离。图11显示了切割线66的实例。沿着切割线66通过分离获得三个太阳能电池板。
[0101] (S11：电极部树脂的去除)
[0102] 第二电极通过抛光被表面化并且用导电膏覆盖。
[0103] (S12：子组件的组装)
[0104] 在耐湿特性上优秀的、以高比率(85％以上)填充有硅的细小颗粒的热固环氧树脂被模制成子组件基部，并且光反射片被结合到该子组件基部。此外，上述获得的太阳能电池板与二极管一起被安装在该子组件基部上，并且在用银膏确保导电率的同时用粘合剂固定。
[0105] 如此获得的子组件10被显示在图12A到12C中。图12A显示了从设置有太阳能电池板1的那侧看的子组件10。这个子组件10被设置有三个太阳能电池板1。子组件10具有用于固定的通孔51，螺栓等等被穿过通孔51，从而固定多个子组件10。此外，子组件10具有用于电极的通孔52，铜线等等被穿过通孔52，从而使多个子组件10彼此电连接。用于电极的通孔52借助于银膏53被电连接到太阳能电池板1的电极。图12B显示了从设置有反射面2的那侧看的子组件10。看出，反射面2被设置成与太阳能电池板1的位置相应地背对背。图12C显示了从短边那侧看的子组件10的侧面的结构。看出，太阳能电池板1和反射面2被布置成彼此背对背倾斜地面对。通过虚线显示其中设置用于固定的通孔51和用于电极的通孔52的位置。
[0106] (S13：组件的组装)
[0107] 获得的多个子组件10被组装在一起，螺栓被穿过用于固定的通孔51，并且铜线被穿过用于电极的通孔52。因而，获得有机薄膜太阳能电池组件。图13是已经以上述方式组装的有机薄膜太阳能电池组件100的侧视图。螺栓作为固定工具54被穿过用于固定的通孔51，并且铜线被穿过用于电极的通孔52，以致多个子组件10被固定成一个单元并且彼此电连接。
[0108] (S14：连接器的装配)
[0109] 最后，连接器被装配到铜线，从而完成有机薄膜太阳能电池组件100。
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