大面積柔性光電器件的製造方法
2023-05-01 18:53:11
專利名稱：大面積柔性光電器件的製造方法
技術領域：
本發明涉及光電技術領域，特別是涉及一種大面積柔性光電器件的製造方法。
背景技術：
光電器件在人們的日常生活中有著廣泛的應用，光電器件主要包括，利用半導體 光敏特性工作的光電導器件，利用半導體或有機材料的光電效應工作的光伏器件，半導體 發光器件，及利用半導體薄膜三極體(TFT)調節或驅動各類物質光性能的顯示器件。半導 體光電器件包括發光二極體(LED)、光電電晶體、TFT-IXD液晶顯示器件、LED平板顯示器件 等，此外還有AMIXD寬溫液晶顯示屏，又叫主動式矩陣(Active Matrix)液晶顯示器。半導 體光伏器件包括單晶矽、多晶矽、矽基薄膜太陽能電池、CIGS薄膜電池等。上述光電器件通常是在硬性基底例如玻璃上製造，所製造出的器件也都是硬性 器件。而近年來出現的柔性光電器件，例如，主動矩陣有機發光二極體面板(AM0LED)，其 被稱為下一代顯示技術，是可製成摺疊顯示屏的柔性顯示屏技術，應用前景十分可觀。柔 性太陽能電池也已經進入了量產階段，其既可以是例如非晶矽的矽基薄膜材料也可以是 薄膜晶體半導體材料。目前大都利用印刷和真空薄膜沉積技術對柔性襯底進行捲曲式 (roll-to-roll)加工。柔性太陽能電池、柔性顯示器件、柔性照明器件的應用也十分廣泛， 不但適用於屋頂材料、牆壁表面以及其它建築物材料，而且重量輕，便於安裝攜帶，適用於 各種表面形狀的物體表面安裝。因此，無論是柔性太陽能電池還是柔性顯示器件以及柔性 照明器件都受到了業界的高度關注。傳統的半導體光電器件，包括半導體光伏器件和半導體發光器件，都是在矽襯底 或玻璃基板表面利用半導體工藝，例如真空沉積(PECVD、LPCVD、APCVD、PVD、蒸發)、刻蝕等 工藝製造而成。而目前柔性薄膜太陽能電池和柔性顯示器件基本都是在柔性襯底表面，例 如高溫塑料、樹脂、鋁箔、鋼帶等材料表面沉積包括透明導電前電極和背電極以及二者之間 器件的層系而製成。但在柔性襯底表面沉積膜層材料的生產設備與現有在硬性材料上沉積 薄膜的設備不兼容，且非常昂貴。而且在柔性襯底上直接形成的光電器件不便於大面積集 成。有諸多嘗試將柔性襯底粘貼於玻璃等硬性基板表面來完成柔性光電器件的製造， 但其遇到的問題包括對柔性襯底材料的苛刻要求例如耐溫性、真空腔室的非汙染性、高溫 過程後的透光性及襯底與器件層系熱膨脹係數的相對匹配等。另外，大面積柔性襯底很難 保證在整個器件製造過程中自始至終保持平展地鋪設在玻璃表面、且工藝完成後利於柔性 襯底的剝離。即使有這種材料，例如聚醯亞胺，但其價格昂貴，而且很難自始至終保持平展。 特別在大面積柔性太陽能電池的製造過程中，形成內集連(monolithic integration)的激 光劃線工藝會對其造成損傷。所以至今尚無可以低成本實現製造大面積、高度集成的柔性 光電器件的先例。如何能夠利用現有的使用硬性基板的大面積沉積生產設備和加工工藝，亦即，利 用現有的在硬性襯底上沉積薄膜的設備和工藝直接在硬性基板例如玻璃上加工完成大面
4積光電器件所需的薄膜層系，然後將柔性載體牢靠地結合在該層繫上，並使柔性載體和薄 膜層系一起整體地從硬性基板表面脫離，從而形成柔性光電器件，目前還是光電器件製造 企業難以想像的解決方案。
發明內容
本發明的目的在於提供一種大面積柔性光電器件的製造方法，其宗旨是硬性制 造、柔性成型。即不需要使用柔性襯底，而是直接藉助玻璃等硬性載板，在其上加工柔性太 陽能電池、柔性顯示器件、柔性發光器件等柔性光電器件所需的層系，將柔性載體牢靠地結 合在該層繫上，並使柔性載體和薄膜層系一起整體地從硬性載板表面脫離，從而形成柔性 光電器件。為達到上述目的，本發明提供的一種大面積柔性光電器件的製造方法，包括下列 步驟提供硬性載板；在所述硬性載板表面形成剝離層； 在所述剝離層表面形成光電器件各層系；在所述光電器件各層系表面形成柔性承載層；將所述柔性承載層和器件層系整體與所述硬性載板分離。可選的，所述方法還包括在所述剝離層表面形成保護阻擋層的步驟。可選的，所述方法還包括在所述光電器件各層系表面形成保護層的步驟。可選的，所述柔性光電器件包括柔性太陽能電池、柔性顯示器件或柔性發光器件。可選的，所述剝離層的材料為透明、耐溫材料，包括含各類矽膠、各類脫膜劑，以及 含上述材料的混合物。可選的，所述剝離層的形成方法包括噴塗、刷塗或溼塗。可選的，所述承載層的材料包括太陽能電池和柔性顯示器件所使用的柔性封裝材 料。可選的，所述承載層的形成方法包括層壓、蒸壓autoclave、粘貼、刷塗。可選的，所述保護阻擋層的材料包括金屬氧化物、聚合物和寬帶隙矽化物。可選的，所述保護阻擋層的形成方法包括CVD、PVD、印刷、噴塗及溼塗。可選的，所述保護層的材料包括絕緣性金屬氧化物、聚合物、氧化物、氮化物或碳 化物。可選的，所述保護層的形成方法包括CVD、PVD、印刷、噴塗和溼塗。可選的，所述剝離層的耐溫範圍為大於200°C。可選的，所述形成光電器件各層系的工藝包括PECVD和PVD工藝。可選的，所述PECVD工藝在激勵電極板和接地電極板縱向間隔交替放置的大面積 PECVD沉積設備中進行。可選的，所述保護阻擋層和/或保護層為一層或多層結構。可選的，所述硬性載板包括玻璃。可選的，所述剝離層為單層或多層疊合的複合層。 可選的，所述方法進一步包括對所述光電器件各層系暴露在空氣中的一面進行保護性封裝的步驟。可選的，所述分離的方式包括提拉所述承載層，使所述承載層和器件層系整體與 所述硬性載板分離。與現有技術相比，本發明的優點本發明的方法在硬性載板例如玻璃表面形成光電器件的各層系，然後在光電器件 的各層系表面貼附柔性載體，通過例如提拉柔性載體將柔性載體和光電器件各層系整體與 硬性載板分離，實現了將光電器件的各層系整體轉移到柔性載體上，從而形成柔性光電器 件。因此本發明的方法不需使用柔性襯底，大大降低了材料成本，且不需要昂貴的現有柔性 器件的roll-to-roll製造設備，能夠利用現有的製造大面積薄膜光電器件的真空沉積及 其他加工設備和工藝，直接在硬性載板上以硬性製造、柔性成型的方式製造出柔性光電器 件，例如柔性太陽能電池、柔性顯示器件和柔性發光器件等。本發明的方法能夠利用現有在玻璃基板上製造光電器件的生產設備，以更低的成 本、更可靠的工藝，大批量生產柔性光電器件，迴避了傳統柔性光電器件製造的苛刻的材 料、設備和工藝、集成要求。拓寬了現有在玻璃基板上製造光電器件的生產設備的應用範 圍，豐富了產品結構。
通過附圖中所示的本發明的優選實施例的更具體說明，本發明的上述及其它目 的、特徵和優勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。並未刻意按 比例繪製附圖，重點在於示出本發明的主旨。圖la至圖Id為根據本發明方法基本實施例的器件剖面結構示意流程圖；圖2a至圖2d為根據本發明方法另一個實施例的器件剖面結構示意流程圖；圖3a至圖3e為根據本發明方法又一個實施例的器件剖面結構示意流程圖；圖4a至圖4e為根據本發明方法再一個實施例的器件剖面結構示意流程圖。所述示圖是示意性的，而非限制性的，在此不能過度限制本發明的保護範圍。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明 的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發 明。但是本發明能夠以很多不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不 違背本發明內涵的情況下做類似推廣。因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。圖la至圖Id為根據本發明方法基本實施例的器件剖面結構示意流程圖。如圖la 至圖Id所示，本發明的方法首先提供硬性載板，例如玻璃載板100，然後在玻璃載板100表 面形成剝離層110。剝離層110的材料要求是透明的、耐溫範圍大於200°C的材料，例如各 類矽膠、各類脫膜劑，以及含上述材料的混合物，能夠便於大面積均勻敷設形成膜層。形成 剝離層110的方法包括噴塗、刷塗或其他溼塗(包括各種solution coating，下同)方法。 剝離層110的作用是要既能夠保證在製造過程中器件層系120不會脫離玻璃載板100，又能 夠在提拉承載層130時使器件層系120能夠輕易且無損傷地脫離玻璃載板100。所述剝離層110可以是單層或多層疊合的複合層結構。
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然後，在所述剝離層110表面形成光電器件各層系120，例如，若所要製造的柔性 光電器件為柔性矽基薄膜太陽能電池，則各層系包括諸如AZ0或IT0的TC0(透明導電前電 極)、利用PECVD工藝形成的單結或多結p-i-n疊層結構、導電背電極(例如AZ0/A1)；若 所要製造的柔性光電器件為柔性顯示器件，則各層系包括IT0透明導電前電極、TFT主動矩 陣、光調製或發光層、導電背電極等。之後，在所述光電器件各層系120表面形成承載層130。所述承載層130的材料 包括太陽能電池和柔性顯示器件所使用的柔性封裝材料，要求其具有一定的化學穩定性和 抗拉強度。承載層130可利用層壓、蒸壓autoclave、粘貼、刷塗等方法粘結在光電器件各 層系120表面形成。例如，先把EVA (Ethylene Vinyl Acetate，乙烯-醋酸乙烯共聚物) 或PVB(Poly Vinyl Butyral，聚乙烯醇縮丁醛)等粘連材料覆蓋在光電器件各層系120表 面，再覆蓋上柔性封裝材料，然後將柔性封裝材料與光電器件各層系120結合在一起，此時 柔性封裝材料和粘連材料就作為承載層130，其與光電器件各層系120緊密粘結在一起。還 可以使用沙林樹脂(Surlyn)代替EVA或PVB，沙林樹脂具有優異的常溫抗衝擊韌性、出色的 抗磨損、刮擦性能、防水，較好的化學穩定性，且具有較好的抗拉強度。可直接粘貼在各層系 120表面。柔性封裝材料與沙林樹脂層壓在一起，構成承載層130。沙林樹脂如果足夠厚的 話也可以直接作為承載層130。還可以使用PVB作為粘結材料，利用高壓釜(autoclave)貼 合或蒸壓(熱高壓法)的方式將柔性封裝材料和PVB壓合，牢固地粘結在各層系120表面。 總之，只要是能夠將柔性封裝材料或其它能夠粘結在器件層系120表面且具有一定強度的 材料，使之與器件層系120整體脫離玻璃載板100，都適用於本發明。接下來，提拉所述承載層130，使其帶著所述器件層系120 —起整體上從玻璃載板 100上脫離。從前面描述的承載層130與器件層系120的粘結方式和剝離層110與玻璃100 之間的粘結方式可知，柔性封裝材料也就是承載層130與器件層系120之間的粘結強度要 遠大於剝離層110與玻璃100或器件層系120之間的粘結強度。這樣才能保證提拉承載層 130時使器件層系120能夠輕易且無損傷地脫離玻璃載板100。隨後，再對器件層系120暴露在空氣中的一面進行保護性封裝和其他處理，形成 柔性光電器件。圖2a至圖2d為根據本發明方法另一個實施例的器件剖面結構示意流程圖。如圖 2a至圖2d所示，本實施例中，在形成剝離層110之後，所述方法在剝離層110表面還形成保 護阻擋層200。所述保護阻擋層200的材料包括金屬氧化物、聚合物和寬帶隙矽化物，例如 A1203、SiNx、SiOx或SiCx，形成的方法包括CVD、PVD、印刷、噴塗或溼塗。保護阻擋層200要 求具有一定的耐溫性、透明度和防擴散性能。除此之外，保護阻擋層200能在光電器件各層 系120與硬性載板100脫離過程中和過程後，特別是過程中，對光電器件各層系120起保護 作用。能夠阻擋玻璃載板100和剝離層110中的物質擴散到光電器件各層系120中。然後在保護阻擋層200表面再形成光電器件各層系120，在所述光電器件各層系 120表面再形成承載層130，最後提拉所述承載層130，其帶著器件層系120整體上從玻璃載 板100上脫離，隨後，再對脫離玻璃載板100的層系進行保護性封裝和其他處理，形成柔性 光電器件。圖3a至圖3e為根據本發明方法又一個實施例的器件剖面結構示意流程圖。如圖 3a至圖3e所示，本實施例中，首先提供玻璃載板100，然後在玻璃載板100表面形成剝離層110，在所述剝離層110表面形成光電器件各層系120。隨後，在所述光電器件各層系120表 面形成保護層300。保護層300的材料包括絕緣性金屬氧化物、聚合物、氧化物、氮化物或碳 化物，例如A1203、SiNx、SiOx或SiCx。其形成的方法包括CVD、PVD、印刷、噴塗和溼塗。保護 層300能夠提高器件各層系120整體的抗拉強度，又能夠進一步提高絕緣及防潮性能，還可 以增加承載層130與光電器件各層系120之間的粘合力。然後在保護層300表面再形成承載層130，最後提拉所述承載層130，其帶著保護 層300、器件層系120等等一起整體上從玻璃載板100上脫離。隨後，再對器件層系120暴 露在空氣中的一面進行保護性封裝和其他處理，形成柔性光電器件。圖4a至圖4e為根據本發明方法再一個實施例的器件剖面結構示意流程圖。如圖 4a至圖4e所示，本實施例中，結合了上述圖2a至圖2d以及圖3a至圖3e所示的兩個實施 例，在剝離層110表面形成保護阻擋層200，然後在保護阻擋層200表面再形成光電器件各 層系120，在所述光電器件各層系120表面再形成保護層300。在保護層300表面再形成承 載層130，最後提拉所述承載層130從剝離層110上拉起所述器件層系120，使所述器件層 系120與玻璃載板100分離，再對脫離玻璃載板100的層系進行保護性封裝和其他處理，形 成柔性光電器件。上述的保護阻擋層200和保護層300都可以是一層或多層疊和的複合層結構。上述實施例中，使所述器件層系120整體與所述玻璃載板100分離的方式是通過 提拉所述承載層130。除此之外，還可以採用浸泡、紫外線或雷射處理剝離層110的方式將 器件層系120與玻璃載板100分離。總之，只要是能夠將承載層130和器件層系120整體 與玻璃載板100分離的方法都在本發明的保護範圍內。需要說明的是，上述本發明的方法可利用在玻璃基板表面製造矽基薄膜太陽能電 池的大型PECVD設備中進行。這種PECVD設備中的激勵電極板和接地電極板縱向間隔交替 放置，可在大面積玻璃基板上沉積薄膜，生產效率很高。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制。任 何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的技 術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。 因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任 何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。
權利要求
一種大面積柔性光電器件的製造方法，包括下列步驟提供硬性載板；在所述硬性載板表面形成剝離層；在所述剝離層表面形成光電器件各層系；在所述光電器件各層系表面形成柔性承載層；將所述柔性承載層和器件層系整體與所述硬性載板分離。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述方法還包括在所述剝離層表面形成 保護阻擋層的步驟。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於所述方法還包括在所述光電器件各 層系表面形成保護層的步驟。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述柔性光電器件包括柔性太陽能電池、 柔性顯示器件或柔性發光器件。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述剝離層的材料為透明、耐溫材料，包 括含各類矽膠、各類脫膜劑，以及含上述材料的混合物。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於所述剝離層的形成方法包括噴塗、刷塗或 溼塗。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述承載層的材料包括太陽能電池和柔 性顯示器件所使用的柔性封裝材料。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於所述承載層的形成方法包括層壓、蒸壓 autoclave、粘貼、刷塗。
9.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於所述保護阻擋層的材料包括金屬氧化物、 聚合物和寬帶隙矽化物。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於所述保護阻擋層的形成方法包括CVD、 PVD、印刷、噴塗及溼塗。
11.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於所述保護層的材料包括絕緣性金屬氧化 物、聚合物、氧化物、氮化物或碳化物。
12.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於所述保護層的形成方法包括CVD、PVD、 印刷、噴塗和溼塗。
13.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於所述剝離層的耐溫範圍為大於200°C。
14.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述形成光電器件各層系的工藝包括 PECVD 禾口 PVD 工藝。
15.根據權利要求14所述的方法，其特徵在於所述PECVD工藝在激勵電極板和接地 電極板縱向間隔交替放置的大面積PECVD沉積設備中進行。
16.根據權利要求9或11所述的方法，其特徵在於所述保護阻擋層和/或保護層為一層或多層結構。
17.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述硬性載板包括玻璃。
18.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於所述剝離層為單層或多層疊合的複合層。
19.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述方法進一步包括對所述光電器件各層系暴露在空氣中的一面進行保護性封裝的步驟。
20.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述分離的方式包括提拉所述承載層， 使所述承載層和器件層系整體與所述硬性載板分離。
全文摘要
本發明公開了一種大面積柔性光電器件的製造方法，包括下列步驟提供硬性載板；在所述硬性載板表面形成剝離層；在所述剝離層表面形成光電器件各層系；在所述光電器件各層系表面形成柔性承載層；將所述柔性承載層和器件層系整體與所述硬性載板分離。本發明的大面積柔性光電器件的製造方法能夠直接在硬性載板例如玻璃表面製造柔性光電器件，而不需要依賴傳統的物理化學特性要求很高且很昂貴的柔性襯底，也不需要在硬性載板表面先貼敷柔性襯底再繼續沉積薄膜的複雜的製造柔性器件的過程，是一種革命性的在硬性載板上直接製造柔性光電器件的方法，所述的柔性光電器件包括柔性太陽能電池、柔性顯示器件、柔性發光器件等。
文檔編號H01L51/00GK101980393SQ20101028886
公開日2011年2月23日 申請日期2010年9月21日 優先權日2010年9月21日
發明者施成營, 李沅民, 林朝暉 申請人:福建鈞石能源有限公司