用于导电接触位于涂层外部的母线的电气部件的导电涂层的制作方法

本发明涉及一种用于导电接触布置在涂层外部的母线的电气部件的导电涂层、一种这样的导电涂层的用途、一种具有这样的导电涂层的电气部件、以及一种用于用这样的导电涂层涂覆电气部件的方法。

背景技术：

1、电气部件具体地是光伏元件，例如cis、cigs、gaas、或si元件、钙钛矿元件、或有机光伏元件。有机光伏元件包含由一系列薄层构成的层系统，该层系统具有前电极、背电极、以及在前电极与背电极之间的至少一个有机光敏层，这些薄层优选地在真空中气相沉积或从溶液中加工。有机光敏部件的基本构造描述于例如wo 2004 083 958或wo 2011 138 021中，其中有机光敏层可以包含聚合物或小分子。虽然聚合物的特点在于它们不可蒸发并且因此只能从溶液中施加，但小分子通常是可蒸发的并且可以从溶液中或通过在真空中蒸发来施加。电链接可以通过金属层、透明导电氧化物和/或透明导电聚合物来实现。

2、有机光伏元件在与空气(特别是氧气)、和/或湿气(特别是水)直接接触之后展现出大大缩短的寿命。因此必须保护层系统免受空气和湿气的影响，因为否则可能会损坏有机层。因此，需要保护层来保护电气部件。

3、现有技术披露了用于生产有机电气部件的保护层。de 102015116418a1披露了保护层以及在用于生产有机电气部件的半成品的连续卷对卷方法的背景下施加保护层的方法，该半成品包含衬底膜上的层堆叠，其中保护层保护该层堆叠免受环境影响并且免受因在最终生产之前和期间进行处理而导致的损坏。

4、然而，现有技术的不利之处在于，在封装有或设置有保护层的电气部件、特别是光伏元件的情况下，必须打开保护层以便使电流从电极到布置在保护层或封装外部的母线传入或传出电气部件。空气中的氧气或湿气可能通过这样的开口穿透电气部件的内部。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是提供涂层，在该涂层的情况下不会发生上述缺点，该涂层具体地在电气部件的层系统上形成保护层并且不必为了使层系统的电极与位于涂层外部的母线接触而打开，打开可能会导致空气和/或湿气穿透层系统。

2、该目的通过独立权利要求的主题来实现。有利的配置从从属权利要求中显而易见。

3、该目的具体地通过提供电气部件的导电涂层来实现，该导电涂层用于导电接触布置在涂层外部的第一母线，该电气部件具有至少一个具有至少一个结构化层系统的电池，其中该至少一个层系统具有前电极、背电极和至少一个光敏层，并且该至少一个光敏层布置在前电极与背电极之间，其中该至少一个层系统以如下方式被结构化：背电极被至少一个沟槽中断，并且用涂层涂覆至少该至少一个电池的背电极，并且用涂层填充背电极的至少一个沟槽。在这种情况下，涂层的电阻率为0.01至10000ωm，其中背电极和涂层的第一母线之间的电阻(r层)与具有涂层的沟槽的宽度上的电阻(r沟槽)之间的比率为至少1:1000。

4、根据本发明，具有涂层的中断背电极的至少一个沟槽的宽度上的电阻(r沟槽)大于背电极与第一母线之间的涂层的电阻(r层)。根据本发明，电流不会流动穿过填充有涂层的沟槽，因为沟槽的宽度上的电阻、特别是因几何尺寸产生的电阻太大。因此促进了背电极与母线之间的电流流动。本发明优选地涉及一种保护层、更具体地绕组保护层(windingprotection)，该保护层用于保护电气部件并且用于导电接触布置在涂层外部的母线。

5、涂层应被理解为具体地意指形成针对化合物、污染物、湿气和/或氧气(特别是空气中的氧气)的保护的层、特别是屏障。保护层还应被理解为具体地意指用于提高机械耐久性、具体地耐划伤性的层，和/或过滤层、优选地具有uv过滤器的层。

6、电气部件应被理解为具体地意指光伏元件。光伏元件优选地由多个可以串联或并联互连的电池构成。多个电池可以在电气部件中以各种方式布置和/或互连。电气部件可以是半成品或成品。在一个优选实施例中，电气部件应被理解为意指电气部件的半成品。

7、电气部件的前侧、特别是光伏元件的前侧应被理解为意指电气部件的按照预期面对阳光的一侧。相应地，电气部件的背侧、特别是光伏元件的背侧应被理解为意指电气部件的按照预期背对阳光的一侧。

8、母线应被理解为具体地意指一种布置，其出于电接触目的作为电能的中央分配器导电连接至进线和出线，优选地导电连接至光伏元件的至少一个前电极和/或至少一个背电极。母线具体地以平面的方式实施为带、条、或板。

9、布置在涂层外部的母线应被理解为具体地意指布置在层系统的与该层系统相对的一侧的涂层上的母线、特别是直接布置在涂层上的母线。

10、在这种情况下，导电涂层保护电气部件、特别是电气部件的层系统免受外部影响，保护电气部件的层系统不被损坏，并且补充提供了电气部件的至少一个电池的至少一个前电极和/或背电极与布置在涂层外部的至少一个母线的导电接触。

11、在本发明的一个优选实施例中，电气部件具有衬底，其中层系统布置在衬底上。

12、在本发明的一个优选实施例中，前驱物、基质材料、和/或掺杂剂单独地或作为混合物的粘度为0.1mpas至2000mpas、优选地0.1mpas至1000mpas、优选地1mpas至2000mpas、优选地1mpas至1000mpas、优选地1mpas至500mpas、优选地10mpas至2000mpas、优选地10mpas至1000mpas、或优选地10mpas至500mpas。这具体地确保涂层以强制锁定和/或整体结合的方式布置在电气部件上，具体地确保该至少一个沟槽完全被涂层填充。

13、在本发明的一个优选实施例中，出于将各个电池彼此互连的目的并且出于将各个电池电隔离的目的，将至少一个电池的层系统结构化、特别是激光结构化。

14、电气部件、具体地层系统的各个层和/或整个层系统的激光结构化应被理解为具体地意指电气部件上层系统的各个层和/或电池的互连，或电池的电隔离。出于将各个电池彼此互连的目的，具体地将第一电池的前电极导电连接至第二电池的背电极。在本发明的一个优选实施例中，电气部件、特别是电气部件的电池彼此间是单片互连的。

15、至少一个沟槽的宽度应被理解为具体地意指在背电极被该至少一个沟槽导电中断处背电极的两个相对部分之间的距离。

16、在本发明的一个优选实施例中，沟槽的宽度与母线和前电极和/或背电极之间的最短距离的比率为至少1:10、优选地至少1:20、优选地至少1:30、或优选地至少1:100。

17、在本发明的一个优选实施例中，相对于母线与沟槽之间的最短距离，母线与至少一个沟槽之间的距离为100μm至100mm、优选地100μm至10mm、优选地100μm至1mm、或优选地1mm至10mm。

18、在本发明的一个优选实施例中，涂层是导电绕组保护层。绕组保护层应被理解为具体地意指用于保护电气部件免受环境影响和/或损坏的保护层。在施加涂层作为绕组保护层之后，这使得用涂层涂覆的电气部件能够被转移到在其中进行另外的加工步骤的另外的装置。

19、在本发明的一个优选实施例中，涂层以强制锁定和/或整体结合的方式布置在电气部件上，具体地该至少一个沟槽以强制锁定和/或整体结合的方式用涂层填充。

20、在本发明的一个优选实施例中，该至少一个电池的宽度为5mm至50mm、优选地10mm至30mm。

21、在本发明的一个优选实施例中，电池的长度为5cm至20m、优选地50cm至20m、或优选地50cm至10m。

22、在本发明的一个优选实施例中，涂层至少在很大程度上对可见波长范围内的光是透射的、特别是至少很大程度上透明的。

23、在本发明的一个特别优选实施例中，至少一个光敏层由有机材料形成，优选地由有机小分子或聚合有机分子形成，更特别优选地由有机小分子形成。在本发明的一个优选实施例中，通过蒸发有机小分子来施加有机光敏层。

24、小分子应被理解为具体地意指吸收剂材料，该吸收剂材料包含典型地小于十的明确数量的单体，并且具有典型地小于1500g/mol、优选地小于1200g/mol的明确质量，并且在分子链末端不含未定义的、可能的反应性基团，如可以作为聚合物中聚合链反应的副产物而存在。

25、电气部件的根据本发明的导电涂层与现有技术相比具有优点。有利地，涂层具体地还在最终生产之前和期间保护电气部件的层系统免受环境影响和损坏，并且与此同时导电接触为层系统提供了光伏元件的至少一个母线。在这种情况下，涂层的比电导率足够低以使后者不影响电气部件的单片互连。在这种情况下，涂层的比电导率足够高以使电极与母线之间的电阻很大程度上不会生成任何附加损失。有利地，不必随后打开涂层来实现使层系统与布置在外部的母线电接触的目的。有利地，电气部件的寿命得到提高，因为涂层中不存在湿气可以通过其穿透层系统的开口。有利地，没有必要进行另外的方法步骤来与布置在涂层外部的母线导电接触。有利地，该方法能够整合到用于生产电气部件的卷对卷方法中。

26、卷对卷方法应被理解为具体地意指具体地利用连续方法实施方式来生产柔性电气部件，这些柔性电气部件被施加到由柔性塑料或金属膜构成的卷材。卷对卷方法的特征在于例如具体地由塑料膜(例如pet或pen)构成的连续衬底。具体地通过气相沉积、印刷、涂覆、溅射或等离子体沉积将材料施加到该衬底以便形成电气部件。

27、根据本发明的一项开发，规定涂层的层厚度与至少一个沟槽的宽度的比率为至少1:10、优选地至少1:20、优选地至少1:30、优选地至少1:100、优选地至少1:1000、优选地1:5至1:5000、优选地1:10至1:10000、优选地1:10至1:1000、优选地1:20至1:500、或优选地1:20至1:200。

28、根据本发明的一项开发，规定至少一个沟槽的宽度为1μm至1mm、优选地10μm至1mm、优选地50μm至1mm、优选地1μm至400μm、优选地10μm至400μm、或优选地10μm至200μm。

29、根据本发明的一项开发，规定涂层的层厚度为100nm至100μm、优选地500nm至10μm。

30、根据本发明的一项开发，规定背电极的层厚度与第一母线的宽度的比率为至少1:10、优选地至少1:30、优选地1:5至1:5000、优选地1:10至1:1000、或优选地1:20至1:200。

31、根据本发明的一项开发，规定第一母线的宽度为0.1cm至30cm、优选地0.1cm至20cm、优选地0.1cm至10cm、优选地0.5cm至30cm、优选地0.5cm至20cm、优选地0.5cm至10cm、优选地0.5cm至5cm、或优选地1cm至3cm。

32、根据本发明的一项开发，规定背电极的层厚度为10nm至1μm、优选地10nm至500nm、优选地20nm至500nm、或优选地50nm至500nm。

33、在本发明的一个优选实施例中，沟槽的宽度与母线的宽度的比率为至少1:10、优选地至少1:20、优选地至少1:30、优选地至少1:50、优选地至少1:100、优选地至少1:200、优选地至少1:500、或优选地至少1:1000。

34、根据本发明的一项开发，规定涂层的电阻率为0.1至1000ωm、优选地1至1000ωm、优选地1至500ωm、优选地1至200ωm、优选地10至1000ωm、优选地10至500ωm、优选地100至1000ωm、或优选地100至500ωm。

35、在本发明的一个优选实施例中，涂层的比电导率为100至0.0001s/m、优选地10至0.001s/m。

36、根据本发明的一项开发，规定背电极和涂层的第一母线之间的电阻(r层)与具有涂层的沟槽的宽度上的电阻(r沟槽)的比率为至少1:100、优选地至少1:500、优选地至少1:1000、优选地至少1:2000、优选地至少1:5000、或优选地至少1:10000、优选地1:100至1:100000、优选地1:1000至1:100000、或优选地1:10000至1:100000。

37、在本发明的一个优选实施例中，层系统以如下方式被结构化：至少一个光敏层被中断，并且至少一个电池的前电极和背电极经由该至少一个光敏层的中断彼此导电连接，其中前电极通过至少一个沟槽与背电极导电隔离。前电极经由背电极的一部分与布置在涂层外部的第二母线导电接触，其中在具有涂层的至少一个沟槽上的背电极的电阻大于穿过前电极与第二母线之间的涂层的电阻。

38、在本发明的一个优选实施例中，前电极和涂层的第二母线之间的电阻(r层)与具有涂层的沟槽的宽度上的电阻(r沟槽)的比率为至少1:100、优选地至少1:500、优选地至少1:1000、优选地至少1:2000、优选地至少1:5000、或优选地至少1:10000、优选地1:100至1:100000、优选地1:1000至1:100000、或优选地1:10000至1:100000。

39、在本发明的一个优选实施例中，第二母线的宽度为0.1cm至30cm、优选地0.1cm至20cm、优选地0.1cm至10cm、优选地0.1至5cm、优选地0.5cm至30cm、优选地0.5cm至20cm、优选地0.5cm至10cm、优选地0.5cm至5cm、优选地1cm至10cm、优选地1cm至5cm、或优选地1cm至2cm。

40、在本发明的一个优选实施例中，背电极的层厚度与第二母线的宽度的比率为至少1:10、优选地至少1:30、优选地1:5至1:5000、优选地1:10至1:1000、或优选地1:20至1:200。

41、在本发明的一个优选实施例中，第一母线与第二母线之间的距离为至少一个沟槽的宽度的至少150％、优选地至少200％、优选地至少300％、优选地至少500％、或优选地至少1000％。

42、根据本发明的一项开发，规定该至少一个层系统以如下方式被结构化：该结构化具有导电地中断背电极的第一类型(p3)的沟槽、导电地中断前电极的第二类型(p1)的沟槽、以及导电地中断该至少一个光敏层的第三类型(p2)的沟槽，使得该至少一个电池的前电极和背电极彼此导电地互连。

43、在本发明的一个优选实施例中，光伏元件的多个电池彼此相邻地布置并且串联互连。在这种情况下，每个电池具有专用电极和对电极，其中通过将一个电池的电极电连接至下一个电池的对电极而实现串联连接。

44、根据本发明的一项开发，规定涂层形成于电气部件的前侧上和/或电气部件的背侧上，优选地涂层形成于电气部件的整个范围上。

45、在本发明的一个优选实施例中，涂层布置在电气部件的整个表面上。

46、根据本发明的一项开发，规定涂层由以下各项形成：

47、a)选自由以下各项组成的组的至少一种前驱物：六甲基二硅氧烷(hmdso)、双-三甲基甲硅烷基甲烷(btmsm)、原硅酸四乙酯(teos)、六甲基二硅氮烷(hmdsn)、硅烷(sih4)、三乙氧基硅烷(trieos)、四甲氧基硅烷(tmos)、四甲基硅烷(tms)、和三甲氧基硅烷(trimos)、双-二乙氨基-硅烷(btbas)，优选地使用选自氮气或氧气的反应气体；或

48、b)至少一种选自以下的基质材料：a)、氧碳化硅，优选地sioc或sioch，或类sioch的材料，优选地羧基氮化硅(sionch)、碳氮化硅(sinch)、氮化硅(sin)、硅酸盐(sio2)、和al2o3；或

49、c)至少一种选自b)的材料和至少一种掺杂剂，其中该掺杂剂选自由二硼烷、三甲基硼和膦、或tco材料组成的组，该tco材料优选地选自由以下各项组成的组：金属醇盐、金属酰胺、优选地钛醇盐、更特别优选地四异丁醇钛、四异乙醇钛、和四异甲醇钛、四异丙醇钛(ttip)、ticl4、二烷基锌、优选地二甲基锌或二乙基锌(dezn)、氯化锡、四甲基锡、四乙基锡、ito、in2o3、tio2、zno和sno2。

50、在本发明的一个特别优选实施例中，涂层的基质材料是sioch或类sioch的材料。sioch是氧化硅(siox)，其通过一定的碳比例获取有机特性，即碳比例影响化学微观结构以及类聚合物的、部分交联的链结构。该材料比siox更有弹性并且更具柔性；它是具有柔性和弹性特性的纳米多孔材料。

51、在本发明的一个优选实施例中，涂层包含大于15at.％、优选地大于20at.％、特别优选地大于25at.％的碳比例。

52、在本发明的一个优选实施例中，相对于涂层的总重量，涂层的至少一种掺杂剂的比例为0.1wt.％至50wt.％、优选地0.1wt.％至20wt.％、优选地0.1wt.％至10wt.％、优选地0.5wt.％至wt.10％、优选地1wt.％至10wt.％、优选地1wt.％至5wt.％、或优选地1wt.％至3wt.％。

53、在本发明的一个优选实施例中，涂层具有柔性特性，其中涂层的弹性(弹性模量)为80000psi至360000psi、优选地100000psi至300000psi、优选地120000psi至260000psi、或优选地100000psi至200000psi。

54、本发明的目的还通过提供根据本发明的导电涂层的用途、具体地根据上文所描述的任何示例性实施例的导电涂层的用途来实现，该导电涂层用作电气部件的保护层、具体地用作绕组保护层，并且用于使层系统的至少一个背电极与电气部件的第一母线导电接触。

55、本发明的目的还通过提供具有根据本发明的导电涂层的电气部件、具体地根据上文所描述的任何示例性实施例的导电涂层的电气部件来实现。在这种情况下，具体地，向电气部件提供已经结合导电涂层以及导电涂层的用途所描述的优点。在这种情况下，电气部件具有至少一个层系统和至少一个母线，该至少一个层系统具有前电极、背电极、和至少一个光敏层，其中该至少一个光敏层布置在前电极与背电极之间，其中涂层布置在该至少一个层系统与该至少一个母线之间，使得至少背电极与该至少一个母线导电接触，其中电气部件优选地是光伏元件。

56、在本发明的一个优选实施例中，电气部件是有机电气部件、优选地有机光伏元件(opv)、有机场效应晶体管(ofet)、有机发光二极管(oled)或有机光电探测器。

57、在本发明的一个优选实施例中，电气部件是柔性电气部件。柔性电气部件应被理解为具体地意指在特定区域中可弯曲和/或可拉伸的电气部件。在本发明的一个优选实施例中，柔性电气部件是柔性光伏元件、特别是柔性有机光伏元件。

58、在本发明的一个优选实施例中，电气部件是半成品；因此，施加了涂层的电气部件是用于生产最终生产的电气部件的半成品。

59、半成品应被理解为具体地意指电气部件的前驱物，其中至少一个另外的方法步骤是有必要的，即，进一步加工是有必要的，以便获得最终生产的电气部件。优选地，半成品应被理解为意指尚不具有保护层或尚不具有所有保护层和/或尚未被封装的电气部件、特别是光伏电池。相比之下，在最终生产之后，电气部件优选地设置有和/或封装有所有保护层、特别是配备有用于电接触的必要连接。

60、本发明的目的还通过提供用于用根据本发明的导电涂层来涂覆电气部件的方法、具体地根据上文所描述的任何示例性实施例的导电涂层来涂覆电气部件的方法来实现。在这种情况下，具体地，向用于涂覆电气部件的方法提供已经结合导电涂层、导电涂层的用途、以及具有导电涂层的电气部件所描述的优点。在这种情况下，该方法包括以下步骤：

61、a)提供具有至少一个具有至少一个结构化层系统的电池的电气部件，该至少一个结构化层系统具有前电极、背电极和至少一个布置在前电极与背电极之间的光敏层，其中背电极被至少一个沟槽中断；

62、b)通过沉积法或印刷法将至少一种前驱物、一种基质材料和/或一种掺杂剂同时或作为混合物至少施加到背电极上以及背电极的至少一个沟槽中，使得至少背电极被完全覆盖；以及

63、c)获得涂层。

64、根据本发明的一项开发，规定在步骤c)之后，在步骤d)中将至少一个第一母线施加到涂层。

65、在本发明的一个优选实施例中，以卷对卷方法、优选地连续卷对卷方法来进行该方法。在卷对卷方法中，衬底具体地被卷到卷轴上，并且由此连续地馈送到封闭装置中。层系统在那里形成。优选地，在真空下生产层系统。如果电气部件是半成品，则可以供应半成品用于进一步加工。

66、在本发明的一个优选实施例中，在保护气体下、优选地氮气或氩气下进行该方法的至少一个方法步骤、优选地至少步骤b)。

67、在本发明的一个优选实施例中，沉积法是原子层沉积法(ald)、等离子体增强原子层沉积法(peald)、无等离子体原子层沉积法(plald)、化学气相沉积法(cvd)、等离子体增强气相沉积法(pecvd)、微波pecvd法、无等离子体气相沉积法(plcvd)、或空心阴极方法。

68、在本发明的一个优选实施例中，印刷法是丝网印刷法、标绘法、喷墨印刷法、3d印刷法、狭缝式涂覆法、逗点式棒(comma bar)法、或刮涂法。

69、在本发明的一个优选实施例中，涂覆压力小于50pa、优选地小于10pa、特别优选地小于5pa。

70、在本发明的一个优选实施例中，涂层在步骤b)中被施加之后通过uv固化、双重固化、热固化和/或反应气体进行固化。

71、在本发明的一个优选实施例中，反应气体相对于至少一种前驱物和反应气体的总体积的比例为大于4vol.％、优选地大于6vol.％、以及小于20vol.％、优选地小于10vol.％。

72、在本发明的一个优选实施例中，涂层是在电气部件或层系统的温度处于以下时施加：-20℃至110℃、优选地-10℃至50℃、优选地0℃至60℃、优选地5℃至40℃、优选地5℃至30℃、优选地10℃至50℃、优选地20℃至40℃、或优选地30℃至50℃。