专利名称：太阳能电池成分集成的薄膜电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种集成装置，其包括至少一个无机光伏电池
(photovoltaic cell)和耦合到该至少一个无机光伏电池的薄电池(thin battery )。本发明还涉及用于制作这种集成装置的方法。
背景技术：
包含太阳能电池和薄电池的装置的例子披露于文献 US2002/0092558.更精确而言，US2002/0092558中的装置包含透明ITO 衬底，形成于该衬底上的薄膜太阳能电池，形成于该太阳能电池上并 接收由该太阳能电池产生的电流的薄膜电池以及最后形成于该薄膜电 池上的保护层。
然而，如US2002/0092558中的电池的完全集成是非常昂贵的，因 为用于厚层的薄膜技术需要使用昂贵机器进行长时间沉积，而且， US2002/0092558中披露的结构需要附加封装来保护该装置，这形成较 厚结构.为此，对于许多应用，小的厚度是重要的因素。
发明内容
本发明的目的是克服这些问题，并提供一种改进的集成装置，该 装置不昂贵且具有减小的厚度.
通过下述描述将变得明显的这些和其他目的通过根据所附权利要 求书中的一种集成装置和用于制作这种集成装置的方法来达成。
根据本发明的一方面，提供了一种集成装置，包括至少一个无 机光伏电池；支持该至少一个无机光伏电池的衬底；耦合到该至少一 个无机光伏电池的预制薄电池；以及用于密封该集成装置的封装，其 中该衬底和该封装之一由该预制薄电池形成。
因此，该电池还具有这样的功能，即，用作该装置的顶封装或者 用作该装置的支持和/或保护衬底.因为分离的封装/衬底可以略去，与 现有技术结构相比，这提供了更薄且更鲁棒的装置.
在一个实施例中，该衬底为透明衬底，该至少一个无机光伏电池
4加工形成于该透明衬底上，且该预制薄电池布置在该至少一个无机光 伏电池的顶部上。因此，该预制电池在这里用作该集成装置的封装。 此外，该透明衬底可由柔性材料制成，使得整个装置是柔性的。
在另一实施例中，该预制薄电池附着到该至少一个无机光伏电池， 且在与该预制薄电池相对的该至少一个无机光伏电池的另一侧上设置 封装涂层。因此，该预制电池在这里用作该集成装置的衬底。
在一个实施例中，多个无机光伏电池串联连接并耦合到该预制薄 电池以获得特定电压。
在一个实施例中，该集成装置还包括设置在与该至少一个无机光
伏电池相对的该预制薄电池对立侧上的有机发光二极管(OLED),其 中该预制薄电池用于对该OLED供电。该OLED例如可以是显示器或 者光源。此外，该装置还包括探测器，该探测器用于探测源于该OLED 的被反射回该装置的任何光。该装置例如可以用作设备的开启/关闭开 关，该开关通过源于该OLED的被诸如使用者的手指的外部对象反射 的光来制动。
在一个实施例中，固定剂被应用于该至少一个无机光伏电池周围 以及该至少一个无机光伏电池和该预制薄电池之间，该固定剂包含吸 气材料。该吸气材料为诸如氧化钙这样的吸水材料。因此，该固定剂 用于接合该至少一个无机光伏电池和该预制薄电池，并在该装置的側 面保护该至少一个无机光伏电池免受湿气侵袭。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于制作集成装置的方法， 包括提供透明衬底；在该透明村底上加工形成至少一个无机光伏电 池；以及在该至少一个无机光伏电池的顶部上布置预制薄电池以用于 密封该集成装置。因此，该预制电池在这里用作该集成装置的封装。
在一个实施例中，该方法还包括在该至少一个无机光伏电池将被 加工形成于该透明衬底的侧面上，在该透明衬底上设置封装涂层；以及 在已经加工形成该至少一个无机光伏电池之后，除去该透明衬底。因此， 该预制电池在这里用作该集成装置的衬底。优选地，在已经在该至少 一个无机光伏电池的顶部上布置该预制电池之后，除去该透明衬底。 该预制薄电池例如可以通过层叠布置在该至少一个无机光伏电池的顶 部上。
在一个实施例中，该方法还包括在将该预制薄电池布置在该至少一个无机光伏电池的顶部上之后，使用电解液填充该预制薄电池。 在该预制薄电池被填充以电解液之前，电池平坦得多且因此可以更好 地层叠，这反过来改善了电池的密封性能。
在一个实施例中，该方法还包括在该预制薄电池的顶部上布置
OLED。该OLED可以是显示器或光源且可以由该电池供电。
参考附图，现在将更加详细地描述本发明的这些和其他方面，附
图示出本发明的当前优选实施例。
图1为根据本发明一个实施例的集成装置的示意性断面侧视图。 图2为根据本发明另一实施例的集成装置的示意性断面侧视图。 图3为图2的集成装置的变型的示意性断面侧视图。 图4a-4b为说明根据本发明又一实施例的集成装置的制作步骤的
示意性断面侧视图。
具体实施例方式
图1为根据本发明一个实施例的集成装置IO的断面侧视图。集成 装置10包含衬底12。衬底12应该是透明衬底，且其例如可以由玻璃 或塑料制成。利用荫罩在衬底12上沉积ITO层14。该ITO层14用作 与即将形成的光伏电池的连接。在该ITO层14上加工形成两个无机光 伏电池(例如，太阳能电池)16a、 16b。依照图1中自下而上的顺序， 每个光伏电池16包含n型硅层18、本征硅层20以及p型硅层22，这 些层彼此相继沉积。每个ITO层14的面积略大于光伏电池16的基底 面积，以允许与ITO层14的电连接。SiN 26进一步沉积在光伏电池 16的侧面上以用于隔离目的。最后，使用荫軍来沉积TiN+A128，使得 在光伏电池16a底部的ITO层上形成接触区域32a，光伏电池16a的顶 部连接到光伏电池16b的底部(经由光伏电池16b的ITO层14)，且 在光伏电池16b的顶部上形成接触区域32b。
随后在整个光伏电池16上涂敷胶30，用于覆盖和平整光伏电池 16，接触区域32a、 32b除外。胶30优选地通过印刷来涂敷。此外， 诸如氧化钩CaO这样的吸水吸气材料可结合在胶30内，以从装置的 侧面保护光伏电池16免受湿气侵袭。而且，可以环绕该装置(即将形成的电池除外)应用标准胶边缘(未示出)，以降低水渗透并由此进一
步保护该装置。最后，预制薄电池34置于胶30顶部上。预制电池34 的一个电极38a经由第一连接36a连接到接触区域32a，预制电池34 的另一个电极38b经由第二连接36b连接到接触区域32b。因此，光伏 电池16a、 16b串联连接到电池34，允许光伏电池16对电池34充电。 预制电池34的意义在于，将该电池结合到该装置内主要包括将电池与 该装置的其余部分组装。
在预制电池34顶部上不提供其他涂层或密封。因此，预制薄电池 34在这里用作装置IO的顶侧封装，避免了任何专用顶部封装或密封的 ^使用。为此，预制薄电池34应平坦且不渗透水(防水)和/或空气。具 有这种性能的示例性预制电池为Philips的Lithylene电池。而且，在 集成装置制作期间，对于一些电池(例如Lithylene电池、以及NiCd-和NiMh电池)，在将电池安装到装置之后，使用电解液填充该电池是 有益的，因为没有电解液时电池要平坦得多。于是可以更好地层叠并 因此更好地密封。
在图1所示的集成装置10中，ITO层14的厚度可约为120 nm， n型硅层18的厚度可约为100nm，本征硅层20的厚度可约为500 nm, p型硅层22的厚度可约为100nm, TiN的厚度可约为10 nm， Al的厚 度可约为200nm，预制电池34的厚度可约为500 nm。
尽管图l披露了单个电池34，但可以在公共透明衬底上设置具有 关联光伏电池的多个电池。该多个电池可串联连接，这种情况下，一 个电池的串联连接的光伏电池与另一电池的串联连接的光伏电池并联 使用。
图2为根据本发明的另一实施例的集成装置IO的断面侧视图。图 2的装置与图1的装置类似，不同之处在于在预制电池34的顶部上设 置有机发光二极管(OLED) 40。 OLED40可通过胶42附着到电池， 使用玻璃衬底44密封，并连接到电池34以允许OLED40的照射。该 OLED可以是显示器或光源。因此，在本实施例中，形成自动集成装 置，其中光通过光伏电池16转换成能量，该能量存储于电池34内供 OLED 40使用。OLED 40例如可以是指示电池34的状态的电池指示 器。
在图2的集成装置的变型中，在临近光伏电池16、电池34和OLED
740的伸展的衬底12上布置光电探测器46，如图3所示。光电探测器 46例如可以是PIN 二极管。这种PIN 二极管可以使用相同工艺步骤与 光伏电池16同时制成，因此仅仅给该装置增加很少的额外成本。光电 探测器46用于探测源于OLED 40并被诸如使用者的手指的外部对象 48反射回装置10的任何光，并且在探测到反射光时采取恰当的动作， 例如启动与该装置关联的设备的开启或关闭开关。也可以启动诸如调 光、色彩变化(如果使用一个以上的彩色OLED)等其他功能。
图4a-4b为说明根据本发明另一实施例的集成装置IO的制作步骤 的断面侧视图。图4a所示的装置10与图1的装置类似，不同之处在 于在玻璃村底12和装置其余部分之间应用封装涂层50和聚合物涂层 52。在制作中，优选地在衬底12上加工形成其余的ITO层14、光伏 电池16等之前，向衬底12应用封装涂层50和聚合物涂层52。封装涂 层50可以是NONON叠层(氮化硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅-氮化 硅)，且聚合物涂层52可由聚酰亚胺制成。
随后可以通过激光根据EPLAR工艺(以激光释放塑基电子工艺 (Electronic on Plastic by Laser Release))从聚合物涂层52释放衬底 12，如图4b所示，留下没有衬底12的最终装置10，其中预制薄电池 34取而代之作为装置衬底。没有玻璃村底12，可以实现完全柔性的集 成装置10。应注意，完全柔性的集成装置10采用诸如前述的Lithylene 电池这样的柔性电池34。然而，也可以考虑没有衬底12的刚性装置。
本发明有许多可能应用。具有光伏电池和预制电池的该集成装置 例如可以用作各种设备中的可再生电源。具有光伏电池和预制电池及 OLED的该集成装置可以用作不依赖于外部电源的独立的灯或显示器。 这种装置可以在难以到达的位置有利地用作信号发送装置。
本领域技术人员理解，本发明绝不限于上述的优选实施例。相反， 可以在所附权利要求的范围内进行许多调整和变型，例如，该预制电 池可用作衬底，且在图2和3所披露的实施例中，玻璃衬底也可以被 释放(如结合图4a-4b所解释)。
权利要求
1. 一种集成装置(10)，包括至少一个无机光伏电池(16)；支持该至少一个无机光伏电池的衬底；耦合到该至少一个无机光伏电池的预制薄电池(34)；以及用于密封该集成装置的封装，其中该衬底和该封装之一由该预制薄电池形成。
2. 如权利要求1所述的集成装置，其中该衬底为透明衬底(12), 该至少一个无机光伏电池加工形成于该透明衬底上，并且该预制薄电池 布置在该至少一个无机光伏电池的顶部上以用于密封该集成装置。
3. 如权利要求2所述的集成装置，其中该透明衬底由柔性材料制成。
4. 如权利要求l所述的集成装置，其中该预制薄电池附着到该至少 一个无机光伏电池，该预制薄电池由此用作衬底，并且封装涂层(50) 设置在与该预制薄电池相对的该至少一个无机光伏电池的另一侧上。
5. 如权利要求l所述的集成装置，包括串联连接并耦合到该预制薄 电池的多个无机光伏电池。
6. 如权利要求l所述的集成装置，还包括设置在该预制薄电池与该 至少一个无机光伏电池相对的对立側上的有机发光二极管(OLED X 40 )， 其中该预制薄电池用于对该OLED供电。
7. 如权利要求6所述的集成装置，还包括探测器(46)，该探测器 用于探测源于该OLED的反射回该装置的任何光。
8. 如权利要求l所述的集成装置，其中固定剂(30)^L应用于该至 少 一个无机光伏电池周围以及该至少一个无机光伏电池和该预制薄电池 之间，该固定剂包含吸气材料。
9. 一种用于制作集成装置(10)的方法，包括 提供透明衬底(12);在该透明衬底上加工形成至少一个无机光伏电池(16);以及 在该至少一个无机光伏电池的顶部上布置预制薄电池(34)以用于 密封该集成装置。
10. 如权利要求9所述的方法，还包括在该至少一个无机光伏电池将被加工形成于该透明衬底的侧面上， 在该透明衬底上设置封装涂层(50);以及在已经加工形成该至少一个无机光伏电池之后，除去该透明衬底。
11. 如权利要求10所述的方法，其中在该预制电池已经布置在该至少一个无机光伏电池的顶部上之后，除去该透明衬底。
12. 如权利要求9所述的方法，其中通过层叠在该至少一个无机光 伏电池的顶部上布置该预制薄电池。
13. 如权利要求9所述的方法，还包括在该至少一个无机光伏电池的顶部上布置该预制薄电池之后，使用 电解液填充该预制薄电池。
14. 如权利要求9所述的方法，还包括 在该预制薄电池的顶部上布置OLED (40)。
全文摘要
本发明涉及一种集成装置(10)，包括至少一个无机光伏电池(16)；支持该至少一个无机光伏电池的衬底；耦合到该至少一个无机光伏电池的预制薄电池(34)；以及用于密封该集成装置的封装，其中该衬底和该封装之一由该预制薄电池形成。本发明还涉及用于制作这种集成装置的方法。
文档编号H01L31/058GK101501923SQ200780029604
公开日2009年8月5日 申请日期2007年8月6日 优先权日2006年8月8日
发明者H·利夫卡, I·弗伦奇 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司