有机光伏模组的制备方法技术

本发明专利技术提供一种有机光伏模组的制备方法，属于有机光伏电池领域。该方法先在透明导电层，或者在透明导电层和沉积在透明导电层上的第一界面层上形成图案化的透明电极，得到分割线P1；然后在第一界面层上沉积光敏层，然后使用尖锐器械在光敏层上进行机械刮划，得到分割线P2；最后在光敏层上沉积第二界面层和顶电极，使用尖锐器械在顶电极表面进行机械刮划，形成分割线P3，得到有机光伏模组。本发明专利技术通过尖锐器械刮划有机太阳电池器件的功能层薄膜实现分割线，并且利用各功能层材料抗刮划能力的差异，通过控制刮划的过程参数，实现在刮划特定薄膜的同时不损伤下层功能层薄膜的效果，实现模块连接结构和有机光伏模组器件。

【技术实现步骤摘要】
有机光伏模组的制备方法
本专利技术属于有机光伏电池领域，具体涉及一种有机光伏模组的制备方法。
技术介绍
有机太阳电池具有轻、薄、柔和可溶液加工等特点，应用前景广阔，备受人们的关注。在制备大面积有机太阳电池的过程中，通常需要制备具有串联结构的有机光伏模组，以此来减小透明电极带来的能量损失，并提高整体电池的输出电压。光伏模组的制备方法，是指在有机光伏电池各功能层沉积过程中，对特定功能层薄膜进行图案化处理，构建模块之间连接结构的过程。目前，有机光伏模组通常基于掩膜板、狭缝挤出、喷墨打印或激光刻蚀等技术制备。然而，这些制备方法大多存在设备成本高、工艺复杂、加工尺寸有限或者精度不足等问题。比如，激光刻蚀方法具有精度高、加工速度快等优势，但是为了保证加工精度和加工质量，通常需要采用价格昂贵的超快速激光(皮秒或飞秒激光)设备来实现。通过掩膜板制备有机光伏模组的方法具有成本较低、工艺简单等优势，但是其加工精度有限，有机光伏模组的死区面积宽度一般大于1mm。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有模组制造技术中加工成本和加工精度不可兼得的问题，提出一种有机光伏模组的制备方法，以较低成本实现高精度的有机光伏模组器件。本专利技术提供一种有机光伏模组的制备方法，包括以下步骤：步骤一、在透明电极上制备分割线P1通过激光刻蚀、喷墨打印、光刻法、掩膜板法和尖锐器械在透明导电层，或者在透明导电层和沉积在透明导电层上的第一界面层上形成图案化的透明电极，得到分割线P1；所述的透明导电层下方设置基底；所述的透明导电层材料为氧化铟锡(ITO)、掺氟二氧化锡(FTO)、铝掺杂氧化锌(AZO)、聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、银纳米线(AgNWs)、碳纳米管(CNTs)或石墨烯；所述的第一界面层材料为聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、醋酸镍、碳酸铯、三氧化钼、氟化锂(Li)、氧化锌(ZnO)、聚[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)、PDIN或PDINO；所述分割线P1的宽度为1-1000μm，相邻分割线的间距为1-20mm，分割线P1的形状为直线或不规则曲线，相邻分割线不相交；步骤二：在光敏层表面刮划形成分割线P2在第一界面层上沉积光敏层，然后使用尖锐器械在光敏层上进行机械刮划，得到分割线P2；所述的尖锐器械的尖端直径或宽度为5-500μm，刮划时使用的压力为0.01-5N，刮划时的速度为0.1-500mms-1；所述的光敏层由一种或多种给体材料与一种或多种受体材料匹配构成；所述分割线P2的宽度为5-200μm，其边沿与相邻的分割线P1的边沿间距为5-100μm，分割线P2的形状为直线或不规则曲线，相邻分割线不相交；步骤三：在顶电极表面刮划形成分割线P3在光敏层上沉积第二界面层和顶电极，使用尖锐器械在顶电极表面进行机械刮划，形成分割线P3，得到有机光伏模组；所述的尖锐器械的尖端直径或宽度为5-500μm，刮划时使用的压力为0.01-5N，刮划时的速度为0.1-500mms-1；所述的第二界面层材料为聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、醋酸镍、碳酸铯、三氧化钼、氧化锌(ZnO)、PFN或PDINO；所述顶电极材料为铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、三氧化钼(MoO3)、聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、银纳米线(AgNWs)、碳纳米管(CNTs)或石墨烯；所述分割线P3的宽度为5-200μm，其边沿与相邻的分割线P2的边沿间距为5-100μm，分割线P3的形状为直线或不规则曲线，相邻分割线不相交。优选的是，所述的基底材料为玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者聚酰亚胺(PI)，厚度为0.01-5mm。优选的是，所述的透明导电层的厚度为10-200nm，第一界面层的厚度为10-300nm，光敏层的厚度为50-1000nm，第二界面层的厚度为10-300nm，顶电极的厚度为10-500nm。优选的是，所述的给体材料为3-己基取代聚噻吩(P3HT)、PTB7-Th、PBDB-T或p-DTS(FBTTH2)2；受体材料为N2200、PC61BM、PC71BM或ITIC。优选的是，所述的步骤一、二、三中的沉积，包括真空蒸镀法、旋涂法、刮涂法或喷涂法。优选的是，所述的步骤一、步骤二和步骤三中，所述尖锐器械为探针、缝衣针、剃刀片或精加工的刀具。优选的是，所述步骤二中，使用探针进行刮划，探针尖端球面的直径为200μm，刮划所用的压力为0.5N，刮划所用的速度为5mms-1。优选的是，所述步骤二中，分割线P2为相互平行的直线，分割线P2的宽度为40μm，其边沿与分割线P1边沿的间距为40μm。优选的是，所述步骤三中，使用探针进行刮划，探针尖端球面的直径为200μm，刮划所用的压力为1.0N，刮划所用的速度为10mms-1。优选的是，所述步骤三中，分割线P3为相互平行的直线，分割线P3的宽度为20μm，其边沿与分割线P2边沿的间距为40μm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、本专利技术通过针尖、刀尖等尖锐器械刮划有机太阳电池器件的功能层薄膜实现分割线，并且利用各功能层材料抗刮划能力的差异，通过控制刮划的过程参数，刮划压力、速度、器具的结构等，实现在刮划特定薄膜(如光敏层或顶电极)的同时不损伤下层功能层薄膜(如底电极)的效果，进而构建有机光伏模组的分割线P2和P3，实现模块连接结构和有机光伏模组器件，本专利技术使用尖锐器件得到的分割线宽度为5-50μm，等同于甚至优于采用激光设备刻蚀得到的分割线的宽度10-100μm。2、本专利技术中利用不同功能层的抗刮划能力实现去除光敏层和顶电极的同时，避免对透明电极造成损伤，在有机光伏电池器件中，光敏层和顶电极材料本身的机械性能很差，因此其抗刮划能力极弱；而ITO等金属氧化物硬度很高，抗刮划能力很强。因此为本专利技术中的方法提供了十分宽泛的加工窗口，有利于提高工艺良率。此外，利用抗刮划能力较强的界面层，可以将该方法用于多种结构的有机光伏模组器件中，适用范围广泛。3、本专利技术中机械刮划的方法属于冷加工，可以避免激光刻蚀工艺中对光敏层的热效应以及热损伤。此外，机械刮划过程消耗能量较少，因此该方法十分节能环保。4、本专利技术中使用的尖锐器械成本极低、容易获得，结合通用的三维运动装置即可实现有机光伏模组制备过程。因此，该方法是一种低成本且能够大规模应用的有机光伏模组制备方法。附图说明图1为本专利技术有机光伏模组的结构示意图；图2为本专利技术实施例1中透明导电层和第一界面层图案的示意图；图3为本专利技术实施例1中分割线P1的位置示意图；图4为本专利技术实施例1中分割线P2的位置示意图；图5为本专利技术实施例1中分割线P3的位置示意图；图1-5中，1、基底，2、透明导电层，3、第一界面层，4、光敏层，5、第二界面层，6、顶电极，7、分割线P1，8、分割线P2，9、分割线P3。具体实施方式本专利技术提供一种有机光伏模组的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤一、在透明电极上制备分割线P1通过激光刻蚀、喷墨打印、光刻法、掩膜板法和尖锐器械在透明导电层2，或者在透明导电层2和沉积在透明导电层2上的第一界面层3上形成图案化的透明电极，得到分割本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机光伏模组的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在透明电极上制备分割线P1通过激光刻蚀、喷墨打印、光刻法、掩膜板法和尖锐器械在透明导电层，或者在透明导电层和沉积在透明导电层上的第一界面层上形成图案化的透明电极，得到分割线P1；所述的透明导电层下方设置基底；所述的透明导电层材料为氧化铟锡、掺氟二氧化锡、铝掺杂氧化锌、聚3,4‑乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、银纳米线、碳纳米管或石墨烯；所述的第一界面层材料为聚3，4‑乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、醋酸镍、碳酸铯、三氧化钼、氟化锂、氧化锌、聚[9,9‑二辛基芴‑9,9‑双(N,N‑二甲基胺丙基)芴]、PDIN或PDINO；所述分割线P1的宽度为1‑1000μm，相邻分割线的间距为1‑20mm，分割线P1的形状为直线或不规则曲线，相邻分割线不相交；步骤二：在光敏层表面刮划形成分割线P2在第一界面层上沉积光敏层，然后使用尖锐器械在光敏层上进行机械刮划，得到分割线P2；所述的尖锐器械的尖端直径或宽度为5‑500μm，刮划时使用的压力为0.01‑5N，刮划时的速度为0.1‑500mm s‑1；所述的光敏层由一种或多种给体材料与一种或多种受体材料匹配构成；所述分割线P2的宽度为5‑200μm，其边沿与相邻的分割线P1的边沿间距为5‑100μm，分割线P2的形状为直线或不规则曲线，相邻分割线不相交；步骤三：在顶电极表面刮划形成分割线P3在光敏层上沉积第二界面层和顶电极，使用尖锐器械在顶电极表面进行机械刮划，形成分割线P3，得到有机光伏模组；所述的尖锐器械的尖端直径或宽度为5‑500μm，刮划时使用的压力为0.01‑5N，刮划时的速度为0.1‑500mm s‑1；所述的第二界面层材料为聚3，4‑乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、醋酸镍、碳酸铯、三氧化钼、氧化锌、PFN或PDINO；所述顶电极材料为铝、银、金、三氧化钼、聚3，4‑乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、银纳米线、碳纳米管或石墨烯；所述分割线P3的宽度为5‑200μm，其边沿与相邻的分割线P2的边沿间距为5‑100μm，分割线P3的形状为直线或不规则曲线，相邻分割线不相交。...

【技术特征摘要】
1.一种有机光伏模组的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在透明电极上制备分割线P1通过激光刻蚀、喷墨打印、光刻法、掩膜板法和尖锐器械在透明导电层，或者在透明导电层和沉积在透明导电层上的第一界面层上形成图案化的透明电极，得到分割线P1；所述的透明导电层下方设置基底；所述的透明导电层材料为氧化铟锡、掺氟二氧化锡、铝掺杂氧化锌、聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、银纳米线、碳纳米管或石墨烯；所述的第一界面层材料为聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、醋酸镍、碳酸铯、三氧化钼、氟化锂、氧化锌、聚[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴]、PDIN或PDINO；所述分割线P1的宽度为1-1000μm，相邻分割线的间距为1-20mm，分割线P1的形状为直线或不规则曲线，相邻分割线不相交；步骤二：在光敏层表面刮划形成分割线P2在第一界面层上沉积光敏层，然后使用尖锐器械在光敏层上进行机械刮划，得到分割线P2；所述的尖锐器械的尖端直径或宽度为5-500μm，刮划时使用的压力为0.01-5N，刮划时的速度为0.1-500mms-1；所述的光敏层由一种或多种给体材料与一种或多种受体材料匹配构成；所述分割线P2的宽度为5-200μm，其边沿与相邻的分割线P1的边沿间距为5-100μm，分割线P2的形状为直线或不规则曲线，相邻分割线不相交；步骤三：在顶电极表面刮划形成分割线P3在光敏层上沉积第二界面层和顶电极，使用尖锐器械在顶电极表面进行机械刮划，形成分割线P3，得到有机光伏模组；所述的尖锐器械的尖端直径或宽度为5-500μm，刮划时使用的压力为0.01-5N，刮划时的速度为0.1-500mms-1；所述的第二界面层材料为聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、醋酸镍、碳酸铯、三氧化钼、氧化锌、PFN或PDINO；所述顶电极材料为铝、银、金、三氧化钼、聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、银纳米线、碳纳米管或石墨烯；所述分割线P3的宽度为5-200μm，其边沿...

【专利技术属性】
技术研发人员：张通，杨小牛，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22