柔性衬底材料和制造电子薄膜器件的方法技术

一种柔性衬底材料，其具有对置的正面和背面并且在X‑Y平面中延伸，正面被设置有第一电极层且还被设置有至少一个薄膜，以形成至少一个薄膜器件堆叠，其在垂直于X‑Y平面的Z方向上从X‑Y平面延伸到距离T；衬底材料具有被应用于在衬底材料的面、第一电极层和至少一个薄膜中的至少一者的至少一个保护性结构；至少一个保护性结构从X‑Y平面在Z方向上延伸到距离S，距离S大于距离T。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】柔性衬底材料和制造电子薄膜器件的方法本专利技术涉及用于制造电子薄膜器件(诸如，光伏模块和发光二极管)的柔性衬底材料。具体来说，本专利技术涉及用于使用卷对卷制程制造电子薄膜器件(特别是有机电子薄膜器件)的方法的柔性衬底材料。有机电子薄膜器件(诸如，有机光伏模块和有机发光二极管)包括厚度范围从几纳米到几百纳米的薄膜有机层和无机层的堆叠。卷对卷制造被认为是最经济的生产技术，并且卷通常包括在处理期间可以由各种功能层涂覆的衬底。带有一个或多个这种涂覆的功能层的这一衬底在本领域中通常被称为“网状物”。一个挑战是在卷对卷制程期间在不破坏任何已建立的层的情况下处理网状物，这是因为对任何已建立的层的破坏将造成器件性能和产量的降低。在卷对卷制造中最常见的缺陷是由在网状物运输期间涂覆层与辊子的接触(其也被认为是与辊子的正面接触)导致的。网状物的背面与涂覆的面的接触发生在重绕(rewinding)之后，并且在衬底背面上的任何自由颗粒也可导致在卷起(windup)过程期间压入层中且破坏该层。这种破坏可以经由‘拾取’缺陷而造成器件性能降低，在‘拾取’缺陷中，嵌入的颗粒与其他表面的粘附导致层破坏，或者嵌入的颗粒在薄膜层中可以导致短路。通过对辊子的相对运动或者滑动或者在网状物的卷起或者退绕(unwind)期间导致的擦伤可以进一步降低器件性能。“剥落”可以是相对于粘附于涂覆的面过度地粘附于辊子表面或者网状物的背面的结果，并且可以由于干燥不足而加剧。通常设想使用卷对卷(R2R)沉积过程来建立完整的器件结构。在理想的场景中，所有层按顺序沉积在一条R2R线上。以这种方式可以避免在最终涂覆之前的网状物的退绕和重绕。如果在这个过程中避免了正面接触，那么预期到低缺陷率。这个一体机将会要求以相同的速度进行处理(除非利用昂贵的、仍具有有限容量的储匣)。然而，不同的过程具有不同的最优速度和速度约束。感兴趣的示例性卷对卷进程是：环境涂层湿法涂覆技术(如凹版涂覆、槽模涂覆、凹版印刷、喷墨印刷、网版印刷、柔性版印刷和喷涂)和真空涂覆技术(如热蒸发或电子束蒸发以及溅射涂覆)。用于湿法膜沉积的过程速度经常受限于干燥沉积的层所需的时间以及烘干机的长度。真空沉积过程经常被优化以用于高沉积率和因此的高速度。通常供应例如已在网状物上沉积的下电极(然而存在完全地湿式涂覆的和/或印刷的电极选择)。在分离的机器上的处理要求每当转变到新过程时将网状物重绕和退绕。标准类型的机器经常不提供避免在涂覆的面和辊子表面之间接触的网状物路径。对几个机器的顺序处理的明显优点是对于每个过程以最优速度进行处理以及可用的机器资源的利用。为了降低在这种卷对卷制程中缺陷的发生，现有技术方法已采用多个互补策略。这些策略包括改善生产环境的洁净度；通过使用气体搅拌条(airturnerbar)来减少和/或避免与辊子的正面接触；使用边缘滚花(edgeknurl)修改网状物的边缘；通过例如使用低粘附辊子来改变辊子的表面性质；以及通过显著修改材料性质，诸如膜的厚度，超出其而被视为在性质和材料成本方面的最优，以提高它们的鲁棒性。总之，对于减少或者避免通过正面接触生成缺陷的现有技术状态的策略依赖于下列各项中的任意一项：(a)对材料性质的修改，这可以消极地影响器件的电气性质；(b)对卷对卷机器的修改，这需要相当大的成本、时间，并且减少了机器对于不同的网状物尺寸或者第三方器材的使用的通用性；以及(c)对于网状物边缘的修改，这不可扩展，因为这受限于特定网状物的宽度。因此，需要改善的解决方案，其使由在机器中的辊子上的运输期间以及经由卷绕和重绕正面接触网状物造成的器件的电性能的缺陷的发生或者影响最小化。本专利技术因此寻求提供在卷对卷制程中制造电子薄膜器件的方法和柔性衬底材料，其克服了或者至少减少了以上提到的现有技术的问题中的一些问题。根据本专利技术的第一方面，提供了一种柔性衬底材料，该柔性衬底材料具有对置的正面和背面并且在X-Y平面中延伸，正面被设置有第一电极层且还设置有至少一个薄膜，以形成至少一个薄膜器件堆叠；薄膜器件堆叠在垂直于X-Y平面的Z方向上从X-Y平面延伸到距离T；衬底材料具有被应用于在衬底材料的面、第一电极层和至少一个薄膜中的至少一者的至少一个保护性结构；至少一个保护性结构从X-Y平面在Z方向上延伸到距离S，距离S大于距离T。有利地，柔性衬底材料可以具有多个分立的薄膜器件堆叠；相邻的薄膜器件堆叠具有在其之间的电互连区，并且其中至少一个保护性结构至少部分位于电互连区中。因为电互连区是非活性区域，其不具有或者具有减少的载流子生成(太阳能器件)或者光子生成(LED)或者电荷储存(蓄电池)，所以将至少一个保护性结构至少部分地定位在电互连区中减少了在器件性能上的额外损耗。柔性衬底材料还具有在薄膜器件堆叠的顶部上沉积的顶部电极；其中，薄膜器件堆叠被布置成电气地串联连接，并且每个电互连区均包括用于沉积传导材料以用于提供在第一膜堆叠的顶部电极和相邻的薄膜堆叠的第一电极之间的互连的区域。这个布置产生了在光伏模块的情况下实现有用的工作电压和电流所需要的单片串联互连的结构。有利地，至少一个保护性结构可以位于在第一电极的一部分的上方并且在顶部电极的一部分的下面。在不存在覆盖第一电极的一部分的保护性结构的情况下，薄膜器件堆叠将会经历在其顶部电极和第一电极之间的短路。有利地，每个均由不同材料形成的两个保护性结构可被沉积在柔性衬底材料的电互连区中。更有利地，该结构之一可包括液体、油脂或者蜡。油脂或者蜡具有防止金属电极乃至其他材料沉积在它们的表面的上方的性质。柔性衬底材料的薄膜器件堆叠可以可选地或者另外地被布置成电气地并联连接，并且每个电互连区均包括在相邻的薄膜器件堆叠之间的间隙，并且在电互连区中的至少一些包含在第一电极和输出端子之间形成互连的导电材料。这个导电材料从第一电极的较小区域捕获电流/向第一电极的较小区域递送电流，并因此允许具有通过导电材料的小遮蔽损耗的权衡的有效提取/递送。有利地，至少一个保护性结构可被沉积在导电材料的至少一部分的上方。更有利地，至少一个保护性结构由导电材料形成。保护性部分(通常是电介质)和传导部分在高度上的比率可变化，使得传导部分对高度做出主要贡献，而在这个情况下，保护性电介质的相对薄的覆盖物的目的是提供电隔离。有利地，至少一个保护性结构可被沉积为材料的连续的珠(bead)。可选地或者另外地，至少一个保护性结构可被沉积为分立单元，或者被沉积为材料的间断的珠。为了提供保护性作用，保护性结构在平面(X-Y定位)中的尺寸和位置很重要。保护性作用通过在薄膜器件堆叠(在保护性结构之间的区域)和对柔性衬底材料进行挤压的表面(例如，在卷对卷制程中的机器辊子)之间产生具有减少的压力或优选地不接触的间隙或者区域来实现。更有利地，距离S与距离T的比率是至少10:1。根据本专利技术的第一方面的另一个实施例，至少一个保护性结构可以被应用于柔性衬底材料的背面。有利地，至少一个保护性结构可被应用于柔性衬底材料，以便至少部分地位于在柔性衬底材料的正面上的电互连区之下。保护性结构的目的是在柔性衬底材料被卷起时保护薄膜器件堆叠的活性区域。通过将保护性结构定位在衬底材料的未涂覆的表面(背面)上，使得它们接合在具有薄膜涂层(正面)的表面上的电互连区，有可能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性衬底材料，其具有对置的正面和背面并且在X‑Y平面中延伸，所述正面被设置有第一电极层和还设置有至少一个薄膜，以形成至少一个薄膜器件堆叠；所述薄膜器件堆叠在垂直于所述X‑Y平面的Z方向上从所述X‑Y平面延伸到距离T；所述衬底材料具有被应用于在所述衬底材料的面、所述第一电极层和所述至少一个薄膜中的至少一者的至少一个保护性结构；所述至少一个保护性结构从所述X‑Y平面在所述Z方向上延伸到距离S，所述距离S大于所述距离T。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.23 GB 1413040.51.一种柔性衬底材料，其具有对置的正面和背面并且在X-Y平面中延伸，所述正面被设置有第一电极层和还设置有至少一个薄膜，以形成至少一个薄膜器件堆叠；所述薄膜器件堆叠在垂直于所述X-Y平面的Z方向上从所述X-Y平面延伸到距离T；所述衬底材料具有被应用于在所述衬底材料的面、所述第一电极层和所述至少一个薄膜中的至少一者的至少一个保护性结构；所述至少一个保护性结构从所述X-Y平面在所述Z方向上延伸到距离S，所述距离S大于所述距离T。2.根据权利要求1所述的衬底材料，其中，所述第一电极层被涂覆在所述正面上。3.根据权利要求1或2所述的衬底材料，其中，所述至少一个薄膜被涂覆在所述正面和/或所述第一电极上。4.根据任意前述权利要求所述的衬底材料，其中，所述衬底材料具有多个分立的薄膜器件堆叠；相邻的薄膜器件堆叠具有在其之间的电互连区，并且其中所述至少一个保护性结构至少部分地位于电互连区中。5.根据权利要求4所述的衬底材料，还具有在所述薄膜器件堆叠的顶部上沉积的顶部电极；其中，所述薄膜器件堆叠被布置成电气地串联连接，并且每个电互连区均包括用于沉积传导材料的区域，以用于提供在第一膜堆叠的顶部电极和相邻的薄膜堆叠的第一电极之间的互连。6.根据权利要求4或5所述的衬底材料，其中，每个电互连区由在图案化特征P1、P2和P3中的一个或多个提供；其中，P1提供了在相邻的薄膜器件堆叠之间的所述第一电极的电分离，P2提供了用于在相邻的薄膜堆叠的顶部电极和第一电极之间的电互连的区域，并且P3提供了所述顶部电极的电分离。7.根据权利要求6所述的衬底材料，其中，所述互连区被限定为在P1图案化特征和P3图案化特征的外边界之间的区域。8.根据在权利要求5至7中的任意一项所述的衬底材料，其中，所述至少一个保护性结构位于所述第一电极的一部分的上方并且在所述顶部电极的一部分的下面。9.根据权利要求4至8中任意一项所述的衬底材料，其中，各自由不同材料形成的两个保护性结构被沉积在所述电互连区中。10.根据权利要求9所述的衬底材料，其中，所述结构之一包括液体、油脂或者蜡。11.根据权利要求4所述的衬底材料，其中，所述薄膜器件堆叠被布置成电气地并联连接，并且每个电互连区均包括在相邻的薄膜器件堆叠之间的间隙，并且在所述电互连区中的至少一些包含形成在第一电极和输出端子之间的互连的导电材料。12.根据权利要求11所述的衬底材料，其中，所述电互连区被限定为在所述导电材料和所述第一电极之间的界面区域。13.根据权利要求11或12所述的衬底材料，其中，所述导电材料是传导格栅线或者汇流排。14.根据权利要求11至13中的任意一项所述的衬底材料，其中，所述传导材料被沉积在所述第一电极上。15.根据权利要求11所述的衬底材料，其中，所述至少一个保护性结构被沉积在所述导电材料的至少一部分上。16.根据权利要求4或者从属于权利要求4的任意权利要求所述的衬底材料，其中，所述薄膜器件堆叠是连续的直列...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤根·弗雷德里克·温克尔，迈克尔·尼格曼，
申请(专利权)人：埃特一九有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB