DE102012106815A1

DE102012106815A1 - Verfahren zur Kontaktierung optoelektronischer Bauelemente

Info

Publication number: DE102012106815A1
Application number: DE201210106815
Authority: DE
Inventors: Andreas Wich-Glasen; Michael Gumprecht; Jörg Fochler
Original assignee: Heliatek GmbH
Current assignee: Heliatek GmbH
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2014-01-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontaktierung optoelektronischer Bauelemente.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontaktierung optoelektronischer Bauelemente.
Optoelektronische Bauelemente, wie etwa Solarzellen oder LED´s, TFT´s, etc. finden heute eine breite Anwendung im alltäglichen sowie industriellen Umfeld. Von besonderem Interesse sind dabei Bauelemente mit organischen Schichten, welche aufgrund ihrer Ausgestaltung eine Anordnung auf gekrümmten der gewölbten Oberflächen erlauben.
Bekannt sind beispielsweise organische Leuchtdioden (OLED´s), welche aufgrund der nicht benötigten Hintergrundbeleuchtung sehr dünn und damit auch flexibel ausgestaltet werden können.
Weiterhin bekannt sind auch Solarzellen mit organischen aktiven Schichten (OSC), welche flexibel ausgestaltet sind (Konarka – Power Plastic Series). Die organischen aktiven Schichten können dabei aus Polymeren (z.B. US 7825326 B2 ) oder kleinen Molekülen (z.B. EP 2385556 A1 ) aufgebaut sein. Während Polymere sich dadurch auszeichnen, dass diese nicht verdampfbar und daher nur aus Lösungen aufgebracht werden können, sind kleine Moleküle verdampfbar.
Der Vorteil solcher Bauelemente auf organischer Basis gegenüber den konventionellen Bauelementen auf anorganischer Basis (Halbleiter wie Silizium, Galliumarsenid) sind die teilweise extrem hohen optischen Absorptionskoeffizienten (bis zu 2 × 10⁵ cm^–1), so dass sich die Möglichkeit bietet, mit geringem Material- und Energieaufwand sehr dünne Solarzellen herzustellen. Weitere technologische Aspekte sind die niedrigen Kosten, die Möglichkeit, flexible großflächige Bauteile auf Plastikfolien herzustellen, und die nahezu unbegrenzten Variationsmöglichkeiten und die unbegrenzte Verfügbarkeit der organischen Chemie.
Eine Solarzelle wandelt Lichtenergie in elektrische Energie um. Der Begriff photoaktiv bezeichnet hierbei ebenfalls die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Im Gegensatz zu anorganische Solarzellen werden bei organischen Solarzellen durch das Licht nicht direkt freie Ladungsträger erzeugt, sondern es bilden sich zunächst Exzitonen, also elektrisch neutrale Anregungszustände (gebundene Elektron-Loch-Paare). Erst in einem zweiten Schritt werden diese Exzitonen in freie Ladungsträger getrennt, die dann zum elektrischen Stromfluss beitragen.
Bekannte Ausgestaltungen organsicher Solarzellen sind beispielsweise in der WO 2004/083958 , WO 2006/092135 , WO 2006/092134 A1 , EP 10725079 A1 , WO 2010/139804 sowie WO 2011/064330 offenbart.
Die Herstellung von optoelektronioschen Bauelementen erfolgt in Abhängigkeit der verwendeten organischen Materialien in der aktiven organischen Schicht durch Sputtern, spin coating oder Bedrucken sowie durch Abscheidung aus der Dampfphase (CVD, OVPD) und durch Strukturierungsmaßnahmen wie Laserstrukturierung oder nasslithographische Strukturierung.
Problematisch ist hierbei vor allem die Kontaktierung der optoelektronischen Bauelemente, welche auf einem Modul angeordnet sind.
So offenbart die WO 2009/132468 A2 ein Verfahren zur Kontaktierung eines laminierten Solarpanels, wobei nach erfolgter Lamination des Solarpanels der Kontaktbereich freigelegt wird, eine elektrische Kontaktierung eines elektrischen Verbinders im Kontaktbereichs erfolgt und der freigelegte Bereich nachfolgend verschlossen wird. Dazu erfolgt eine Messung zur Lage und Tiefe des elektrischen Verbinders im Kontaktbereich vor der Freilegung. Die Freilegung des Kontaktbereichs erfolgt dabei beispielsweise durch Fräsen und der Verschluss mittels einer Vergussmasse.
Ein Problem bei der vorbeschriebenen Kontaktierung ergibt sich aufgrund der Freilegung des laminierten Solarpanels und der damit verbundenen aufwändigen Kontaktierung. Dabei muss vor allem die Lage und Tiefe des elektrischen Verbinders im Kontaktierungsbereich vor dessen Öffnung bestimmt werden, um eine effektive Verbindung mit dem elektrischen Verbinder zu gewährleisten. Es besteht jedoch die Gefahr, dass bei fehlerhafter Messung, der elektrische Verbinder nicht optimal kontaktiert wird und es dabei möglicherweise zu Fehlfunktionen des Panels kommt.
Es besteht daher ein besonderes Bedürfnis ein Verfahren zur Kontaktierung eines Moduls mit optoelektronischen Bauelementen bereit zu stellen, welches eine einfache und sichere Kontaktierung des elektrischen Verbinders im Kontaktbereich ermöglicht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die vorbenannten Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und ein Verfahren zur vereinfachten Kontaktierung anzugeben.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Kontaktierung eines Moduls, umfassend zumindest zwei optoelektronische Bauelemente und zumindest einen elektrischen Kontaktbereich, vorgeschlagen, umfassend

– eine Lamination des Modul derart, dass der Laminationsverbund im Kontaktbereich zumindest eine Öffnung zur elektrischen Kontaktierung aufweist,
– eine elektrische Kontaktierung des elektrischen Kontaktbereichs und
– ein Verschluss der Öffnung im Kontaktbereich nach elektrischer Kontaktierung.

In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die elektrische Kontaktierung des Kontaktbereichs durch Anordnung zumindest eines elektrischen Kontakts im Kontaktbereich.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zur Lamination des Moduls ein zweiteiliger Laminationsverbund verwendet. Der Laminationsverbund weist dabei eine Ober- und eine Unterseite auf, welche durch die Lamination zu einem Laminationsverbund miteinander verbunden werden, wobei das Modul vom Laminationsverbund umschlossen wird. Dadurch wird eine Einwirkung von Umwelteinflüssen, wie etwa Sauerstoff, Wasser oder andere Gasen auf das Modul und die darauf angeordneten optoelektronischen Bauelemente unterbunden.
Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die optoelektronischen Bauelemente zumindest eine Schicht enthaltend ein organisches Material aufweisen. Solche Bauelemente sind etwa organische Solarzellen, organische LED oder OFET´s.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Lamination im Rolle-zu-Rolle-Verfahren.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein zweiteiliger Laminationsverbund verwendet, wobei die Unterseite zumindest eine Öffnung im Kontaktbereich zur Anordnung einer elektrischen Kontaktierung aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein zweiteiliger Laminationsverbund verwendet, wobei die Unterseite eine Öffnung aufweist und aus Glas, einer Folie aus einem Kunststoff, beispielsweise enthaltend PET, PTFE, EVA, etc. oder einem Metallband oder -folie ausgeführt ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Unterseite aus einer Folie ausgeführt, wobei die zumindest eine Öffnung in der Folie vor der Lamination eingebracht wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zumindest eine Öffnung in zumindest eine Folie des Laminationsverbundes mittels Stanzen eingebracht, wobei das Stanzen der Folie vor der Lamination erfolgt. Die so mit Öffnungen versehene Folie wird dann mit einer anderen Folie laminiert, wobei das Modul (mit den optoelektronischen Bauelementen) umhüllt wird. Die Lamination erfolgt dabei derart, dass die Öffnungen in der Folie auf dem Kontaktbereich des Moduls angeordnet werden. Daran anschließend erfolgt die elektrische Kontaktierung des Moduls und der Verschluss der Öffnung, beispielsweise durch Vergießen mit einer Vergussmasse.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die zumindest eine Öffnung in zumindest eine Folie des Laminationsverbundes mittels Laserschnitt, Schmelzprozess, Fräsen, Bohren, Schneiden, etc. eingebracht.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt nach der Einbringung der zumindest einen Öffnung in die zumindest eine Folie des Laminationsverbundes eine temporäre Abdeckung der Öffnung. Die temporäre Abdeckung ermöglicht eine lösbare Anordnung der Abdeckung über der Öffnung, wobei die temporäre Abdeckung beispielsweise in Form von selbstklebenden Folienstücken, Aufklebern, etc. ausgeführt sein kann. Dadurch wird die Öffnung während des Laminationsvorganges temporär verschlossen. Nach erfolgter Lamination wird die temporäre Abdeckung entfernt, wodurch eine elektrische Kontaktierung des Kontaktbereichs des Moduls möglich ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt nach Entfernen der temporären Abdeckung eine Reinigung des Kontaktbereichs. Dies dient dazu, um eventuelle verbliebene Materialreste aus dem Kontaktbereich vor Anordnung des elektrischen Kontakts zu entfernen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Anordnung des elektrischen Kontakts im Kontaktbereich mittels Löten, Bonden, Kleben, Crimpen, etc. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Verschluss der Öffnung im Laminationsverbund nach erfolgter elektrischer Kontaktierung durch Vergießen mit einer Vergussmasse. Als Vergussmasse können dabei eingesetzt werden wie z.B. Hotmelt Butyle, Acrylate, Silkone, Harze, Lacke, etc.
Zur Realisierung der Erfindung können auch die vorbeschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele eingehend erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele sollen dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Modul mit einer Vielzahl von organischen Solarzellen kontaktiert. Die Solarzellen weisen dabei eine gemeinsame Kontaktverbindung zur seriellen Verschaltung auf, welche als Busbar ausgeführt ist. Der Busbar selbst ist dabei vorzugsweise im Randbereich des Moduls angeordnet.
Zum Schutz gegen Umwelteinflüsse erfolgt eine Versiegelung des Solarmoduls durch Lamination im Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Der dabei gebildete Laminationsverbund besteht dabei beispielsweise aus zwei Folien, wobei diese beispielsweise transparent ausgeführt sind. In der Folie auf der Unterseite des Laminatverbunds sind Öffnungen eingebracht, welche auf einem Kontaktierungsbereich auf dem Modul angeordnet sind.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird vor der Lamination im Rolle-zu-Rolle-Verfahren die Öffnung in die Folie durch Stanzen eingebracht.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird vor der Lamination im Rolle-zu-Rolle-Verfahren die Öffnung in die Folie durch Stanzen eingebracht und mittels einer temporären Abdeckung, wie etwa ein Aufkleber, vor der Lamination verschlossen. Nach erfolgter Lamination wird die temporäre Abdeckung wieder entfernt und somit die Öffnung, welche auf dem Kontaktbereich des Moduls angeordnet ist, wieder geöffnet. Anschließend erfolgt die elektrische Kontaktierung sowie der Verschluss der Öffnung, beispielsweise durch Vergießen mit einer Vergussmasse.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7825326 B2 [0004]
EP 2385556 A1 [0004]
WO 2004083958 [0007]
WO 2006092135 [0007]
WO 2006092134 A1 [0007]
EP 10725079 A1 [0007]
WO 2010139804 [0007]
WO 2011064330 [0007]
WO 2009132468 A2 [0010]

Claims

Verfahren zur Kontaktierung eines Moduls, umfassend zumindest zwei optoelektronische Bauelemente und zumindest einen elektrischen Kontaktbereich, vorgeschlagen, umfassend – eine Lamination des Modul derart, dass der Laminationsverbund im Kontaktbereich zumindest eine Öffnung zur elektrischen Kontaktierung aufweist, – eine elektrische Kontaktierung des elektrischen Kontaktbereichs und – Verschluss der Öffnung im Kontaktbereich nach elektrischer Kontaktierung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierung des Kontaktbereichs durch Anordnung zumindest eines elektrischen Kontakts im Kontaktbereich erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lamination des Moduls ein zweiteiliger Laminationsverbund verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiteiliger Laminationsverbund verwendet wird, wobei die Unterseite zumindest eine Öffnung im Kontaktbereich zur Anordnung einer elektrischen Kontaktierung aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiteiliger Laminationsverbund verwendet wird, wobei die Unterseite eine Öffnung aufweist und aus Glas, einer Folie aus einem Kunststoff oder einem Metallband oder -folie ausgeführt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite aus einer Folie ausgeführt ist, wobei die zumindest eine Öffnung in der Folie vor der Lamination eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Öffnung in zumindest eine Folie des Laminationsverbunds mittels Stanzen eingebracht wird, wobei das Stanzen der Folie vor der Lamination erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Öffnung in zumindest eine Folie des Laminationsverbundes mittels Laserschnitt, Schmelzprozess, Fräsen, Bohren, Schneiden eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Einbringung der zumindest einen Öffnung in die zumindest eine Folie des Laminationsverbundes eine temporäre Abdeckung der Öffnung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach Entfernen der temporären Abdeckung eine Reinigung des Kontaktbereichs erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss der Öffnung im Laminationsverbund nach erfolgter elektrischer Kontaktierung durch Vergießen mit einer Vergussmasse erfolgt.
Modul umfassend zumindest zwei optoelektronische Bauelemente hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11.