集成太陽能電池板的顯示裝置及其制備方法

文檔序號：7257958閱讀：183來源：國知局

集成太陽能電池板的顯示裝置及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集成在顯示單元上的太陽能電池板、集成該太陽能電池板的顯示裝置及它們的制備方法。本發(fā)明的集成在顯示單元上的太陽能電池板包括一個具有紅-綠-藍顏色的光電材料層，其中所述紅色單元、綠色單元和藍色單元以與所述顯示單元中像素陣列排列方式相對應的方式排列，并且所述紅色單元、綠色單元和藍色單元中的一種或兩種由光電活性材料制成。本發(fā)明的具有紅-綠-藍顏色的光電活性材料層能夠替代普通彩色濾色片。
【專利說明】集成太陽能電池板的顯示裝置及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及顯示裝置【技術領域】，更具體地，涉及集成在顯示單元上的太陽能電池板、集成該太陽能電池板的顯示裝置及它們的制備方法。

【背景技術】
[0002] 日常生活中，膝上型電腦、平板電腦、移動電話等移動設備被廣泛使用。由于電池的容量有限，這些移動設備的續(xù)航時間受到很大的限制。特別是在沒有外部供電的情況下，這些移動設備的電池電量用盡后無法被充電。
[0003] 目前，可以利用太陽能電池解決以上問題。在沒有電源的地方，可以利用外置的太陽能電池板給移動設備充電，從而使它繼續(xù)工作。然而，對移動設備使用者來說，隨身攜帶一個外置的太陽能電池板非常不便，因此，如果能將太陽能電池和移動設備組合在一起，能大大提高便攜性。目前，由于大多數(shù)移動設備的表面都覆蓋一個大尺寸的顯示屏，很多研究者都致力于將太陽能電池層添加到顯示設備上。然而，太陽能電池層（包括那些所謂的透明太陽能電池層）其實都具有一定的顏色，因此，將這些太陽能電池層設置于顯示設備上會吸收部分可見光，從而影響顯示效果。另一方面，普通顯示設備中的濾色片吸收背光能量的2/3以表現(xiàn)相應的色彩，這部分被吸收的背光能量將被轉化成為熱能或其他形式的能量，從而使大部分背光能量被浪費。
[0004] US2010/0245731披露了一種與子像素尺寸相同的光電池，如圖1所示，該光電池設置于顯示設備的像素之上。該光電池利用不同的光電活性材料，吸收不同波段的光，從而獲得類似濾色片的效果。然而，為了獲得上述效果，需要在光電池中設置多個吸收層以吸收不同波段的光，成本高、工藝復雜。此外，由于藍色和綠色吸收層的色彩表現(xiàn)力較差，為了保證顯示設備正常的色彩表現(xiàn)力，還需要在顯示設備中額外設置普通濾色片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的一個發(fā)明目的是提供一種集成在顯示單元上的太陽能電池板，該太陽能電池板能夠替代傳統(tǒng)濾色片，在進行濾色的同時，還能將吸收的部分不需要的背光以及從外部進入顯示設備的環(huán)境光高效地轉化為電能。
[0006] 本發(fā)明的另一個目的是提供一種包括顯示單元和本發(fā)明提供的太陽能電池板的顯示裝置。
[0007] 本發(fā)明的再一目的是分別提供制備上述太陽能電池板和顯示裝置的方法，這些方法能夠簡化集成太陽能電池板的顯示裝置的生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)率并且降低不良率。
[0008] 本發(fā)明的上述目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的。
[0009] 本發(fā)明的第一方面涉及一種集成在顯示單元上的太陽能電池板，所述太陽能電池板包括：一個具有紅-綠-藍顏色的光電材料層，所述光電材料層包括紅色單元、綠色單元和藍色單元，其中紅色單元、綠色單元和藍色單元以與顯示單元中像素陣列排列方式相對應的方式排列，并且紅色單元、綠色單元和藍色單元中的一種或兩種由光電活性材料制成。
[0010] 在本發(fā)明中，光電材料層中的紅色單元、綠色單元和藍色單元的排列方式，即"紅色單元、綠色單元和藍色單元以與顯示單元中像素陣列排列方式相對應的方式排列"，是與傳統(tǒng)彩色濾色片中的紅、綠、藍單元（子像素）的排列方式相同的。由于采用了具有傳統(tǒng)彩色濾色片構造的、紅-綠-藍顏色的光電活性材料層，如此獲得的太陽能電池板可以具有濾色片的作用，從而可以省略顯示裝置中的濾色片層，進而簡化工藝節(jié)省成本；并且在進行濾色的同時，還能將吸收的部分不需要的背光以及從外部進入顯示裝置的環(huán)境光轉化為電能。
[0011] 優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種集成在顯示單元上的太陽能電池板，所述太陽能電池板包括：一個具有紅-綠-藍顏色的光電材料層，所述光電材料層包括紅色單元、綠色單元和藍色單元，其中紅色單元、綠色單元和藍色單元以與顯示單元中像素陣列排列方式相對應的方式排列，并且紅色單元由光電活性材料制成；一個第一透明基底層和一個第二透明基底層，所述第一透明基底層和所述第二透明基底層分別設置于光電材料層的兩側；一個透明電極層，所述透明電極層設置于第一透明基底層和光電材料層之間；一個空穴傳導層，所述空穴傳導層設置于第二透明基底層和光電材料層之間。
[0012] 優(yōu)選地，所述太陽能電池板還可以包括一個金屬柵極層，所述金屬柵極層設置于所述空穴傳導層和所述第二透明基底層之間，在與紅色單元、綠色單元和藍色單元之間的邊界相對應的位置處。
[0013] 本發(fā)明的第二方面涉及一種顯示裝置，其包括一個顯示單元和一個本發(fā)明的上述太陽能電池板。
[0014] 由于光電材料層同時起到濾色片作用，因此本發(fā)明的顯示裝置可以省略傳統(tǒng)的濾色片層。
[0015] 本發(fā)明的顯示裝置還可以包括一個黑色矩陣，該黑色矩陣可以設置在顯示裝置的任何合適位置，包括在太陽能電池板的光電材料層中。
[0016] 本發(fā)明的黑色矩陣可以由光電活性材料制成。當黑色矩陣由光電活性材料制成時，其顏色已不再是常規(guī)的黑色，但其排列方式與常規(guī)黑色矩陣相同。為了表示其與常規(guī)黑色矩陣的對應關系，本發(fā)明中仍沿用"黑色矩陣"的術語。由光電活性材料制成的黑色矩陣增大了光電活性材料層的有效面積，有效提高了光電轉化能力。
[0017] 該黑色矩陣也可以由絕緣膠包覆的導電性材料制成。所述絕緣膠可以選擇已知的任何一種絕緣性能優(yōu)良的膠粘劑體系，優(yōu)選但不限于丙烯酸酯體系、環(huán)氧體系、聚氨酯體系等。所述導電性材料可以選擇已知的任何一種導電性金屬，優(yōu)選但不限于銅、鋁、鐵、金、銀等。
[0018] 本發(fā)明的第三方面涉及制備本發(fā)明的太陽能電池板的方法，該方法包括以下步驟：首先在第一透明基底上形成一層透明電極層，接著在透明電極層上沉積一層紅色光電活性材料，然后去除藍色單元和綠色單元部位的紅色光電活性材料，將藍色和綠色色阻材料填入相應的位置，接著覆蓋一層空穴傳導物質(zhì)，最后用透明絕緣材料形成第二透明基底。
[0019] 優(yōu)選地，制備本發(fā)明的太陽能電池板的方法包括以下步驟：首先在第一透明基底上形成一層透明電極層，接著在透明電極層上沉積一層紅色光電活性材料，然后去除藍色單元和綠色單元部位的紅色光電活性材料，將藍色和綠色色阻材料填入相應的位置，接著覆蓋一層空穴傳導物質(zhì)，然后沉積一層金屬柵極，最后用透明絕緣材料形成第二透明基底。
[0020] 本發(fā)明的第四方面涉及制備本發(fā)明的顯示裝置的方法，所述方法包括所述方法包括將本發(fā)明的太陽能電池板貼合到顯示單元上，其中所述太陽能電池板與所述顯示單元的貼合面是第一透明基底或第二透明基底。
[0021] 在本發(fā)明中，由于太陽能電池板位于顯示單元的表面上，太陽能電池層和顯示面板層可以分開單獨生產(chǎn)，有效降低了生產(chǎn)過程中的不良率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1.現(xiàn)有技術中的帶有光電池的液晶顯示器裝置的截面示意圖，其中300為光電池部分。
[0023] 圖2.現(xiàn)有技術中普通顯示面板結構示意圖，
[0024] 其中顯示面板自下而上的各層依次為：下偏振片，下層玻璃，電極，液晶層，電極，濾色片，上層玻璃，上偏振片。
[0025] 圖3.現(xiàn)有技術中普通顯示面板中濾色片的俯視結構示意圖，
[0026] 其中帶堅條紋、帶斜條紋和帶橫條紋的區(qū)域分別表示紅色、綠色和藍色區(qū)域。
[0027] 圖4.根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的帶有太陽能電池板的顯示裝置結構示意圖，
[0028] 其中顯示裝置自下而上的各層依次為：下偏振片，下層玻璃，電極，液晶層，電極，黑色矩陣，上層玻璃，上偏振片，基底1，ΙΤ0層，光活性層，空穴傳導層，基底2。
[0029] 圖5.圖4中的黑色矩陣的俯視示意圖。
[0030] 圖6.圖4中的光電活性層的俯視示意圖，
[0031] 其中帶堅條紋、帶斜條紋和帶橫條紋的區(qū)域分別表示紅色、綠色和藍色區(qū)域。
[0032] 圖7.有機太陽能電池的混合異質(zhì)結結構（7A)和反轉混合異質(zhì)結結構（7B)的示意圖。
[0033] 圖8.本發(fā)明的太陽能電池板的制備流程示意圖。
[0034] 圖9.根據(jù)本發(fā)明另一個實施方案的帶有太陽能電池板的顯示裝置結構示意圖 (黑色矩陣位于顯示單元下基板），
[0035] 其中顯示裝置自下而上的各層依次為：下偏振片，下層玻璃，電極，黑色矩陣，液晶層，電極，上層玻璃，上偏振片，基底1，ΙΤ0層，光活性層，空穴傳導層，基底2。
[0036] 圖10.根據(jù)本發(fā)明另一個實施方案的帶有太陽能電池板的顯示裝置結構示意圖 (黑色矩陣位于電池板下基板上表面），
[0037] 其中顯示裝置自下而上的各層依次為：下偏振片，下層玻璃，電極，液晶層，電極，上層玻璃，上偏振片，基底1，黑色矩陣，ΙΤ0層，光活性層，空穴傳導層，基底2。
[0038] 圖11.根據(jù)本發(fā)明另一個實施方案的帶有太陽能電池板的顯示裝置結構示意圖 (活性層中含有黑色矩陣），
[0039] 其中顯示裝置自下而上的各層依次為：下偏振片，下層玻璃，電極，液晶層，電極，上層玻璃，上偏振片，基底1，ΙΤ0層，光活性層（含黑色矩陣），空穴傳導層，基底2。
[0040] 圖12.根據(jù)本發(fā)明另一個實施方案的太陽能電池板的結構示意圖（并聯(lián)聯(lián)接），
[0041] 其中自下而上的各層依次為：透明基底層2,透明導電層2 (空穴傳導層），黑色矩陣，透明導電層1(透明電極層）和透明基底層1 ;其中，透明導電層1(透明電極層）是連續(xù)的，透明導電層2(空穴傳導層）也是連續(xù)的。
[0042] 圖13.根據(jù)本發(fā)明另一個實施方案的并聯(lián)聯(lián)接的太陽能電池板的黑色矩陣的結構示意圖，
[0043] 圖中Γ為絕緣膠，2'為導電性材料。
[0044] 圖14.根據(jù)本發(fā)明另一個實施方案的太陽能電池板的結構示意圖（串聯(lián)聯(lián)接），
[0045] 其中自下而上的各層依次為：透明基底層2,透明導電層2 (空穴傳導層），黑色矩陣，透明導電層1(透明電極層）和透明基底層1 ;其中，透明導電層1(透明電極層）是不連續(xù)的，由圖中所示的設置在透明導電層1中的位于黑色矩陣附近的絕緣間隔隔斷，透明導電層2(空穴傳導層）也是不連續(xù)的，由圖中所示的設置在透明導電層2中的位于黑色矩陣附近的絕緣間隔隔斷。
[0046] 圖15.根據(jù)本發(fā)明另一個實施方案的并聯(lián)聯(lián)接的太陽能電池板的黑色矩陣的結構示意圖，
[0047] 圖中1"為絕緣膠，2 "為導電性材料。

【具體實施方式】
[0048] 在傳統(tǒng)的顯示裝置中，濾色片被用來對背光進行過濾以表現(xiàn)相應的色彩，但是，濾色片吸收背光能量的2/3,這部分被吸收的能量將被轉化成為熱量或其他能量，從而使大部分背光能量被浪費。如圖2所示為普通顯示裝置的結構示意圖，其中包含濾色片層。濾色片層通常包括黑色矩陣和彩色濾光層。每三個紅、綠、藍單元（子像素）構成一個像素，用來產(chǎn)生不同的顏色。如圖3所示為濾色片層的俯視圖。另一方面，在結合了太陽能電池的現(xiàn)有顯示裝置中，太陽能電池（包括那些所謂的透明太陽能電池）都是有一定顏色的。將這些太陽能電池層放到顯示設備上會吸收部分可見光，從而影響顯示效果。
[0049] 而在本發(fā)明中，通過將包括具有紅-綠-藍顏色的光電活性材料層的太陽能電池板（以下，有時簡稱為本發(fā)明的太陽能電池板）集成到顯示單元上，可以解決上述問題。
[0050] 具體而言，本發(fā)明的顯示裝置包括顯示單元和集成在顯示單元上的太陽能電池板，所述太陽能電池板包括具有紅-綠-藍顏色的光電活性材料層，該光電活性材料層由紅色單元、綠色單元和藍色單元組成，其中紅色單元、綠色單元和藍色單元以與顯示單元中像素陣列排列方式相對應的方式排列，并且所述紅色單元、綠色單元和藍色單元中的一種或兩種由光電活性材料制成。
[0051] 圖4為根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的帶有太陽能電池板的顯示裝置結構示意圖。從圖中可以看出，該裝置的下部為顯示單元，上部為太陽能電池板。在顯示單元中，彩色濾光層被去除，只留下黑色矩陣。如圖5所示為本發(fā)明的黑色矩陣的俯視示意圖。如圖6所示為本發(fā)明的太陽能電池板的光電活性層的俯視示意圖。圖6中由帶有橫條紋的區(qū)域表示的藍色單元和由帶有斜條紋的區(qū)域表示的綠色單元分別與原濾色片的藍色和綠色子像素相對應，色阻材料也與普通濾色片相同，其余部分都由帶有堅條紋的區(qū)域表示的紅色光電活性材料覆蓋。
[0052] 將光電活性層做此設計是由于目前光電轉換效率較高的材料可以吸收可見光中的大部分藍光和綠光，而對紅光基本透明，因此可以作為紅色濾色片使用。而藍色和綠色光電活性材料的轉換效率普遍較低，且顏色表現(xiàn)力較差，因此仍然用普通色阻材料制作。
[0053] 因此，在本發(fā)明的顯示裝置中，太陽能電池板可以在發(fā)電的同時具有濾色片的作用，從而可以省略顯示裝置中的濾色片層（消除了背光能量的浪費），進而簡化工藝節(jié)省成本；并且可以克服太陽能電池吸收部分可見光產(chǎn)生顏色而影響顯示效果的問題。
[0054] 下面詳細描述本發(fā)明的顯示裝置的各個組成部件及其制備方法。
[0055] 1.太陽能電池板
[0056] 本發(fā)明的太陽能電池板的特征在于：光電活性材料層是由紅色單元、綠色單元和藍色單元組成的具有紅-綠-藍顏色的光電活性材料層，其中紅色單元、綠色單元和藍色單元以與顯示單元中像素陣列排列方式相對應的方式排列，并且所述紅色單元、綠色單元和藍色單元中的一種或兩種由光電活性材料制成，優(yōu)選紅色單元由紅色光電活性材料構成，綠色單元和藍色單元分別由綠色和藍色色阻材料構成。
[0057] 另外，光電活性材料層的紅色單元、綠色單元和藍色單元不僅覆蓋相應的普通彩色濾色片的紅色單元、綠色單元和藍色單元的位置，而且還可以覆蓋黑色矩陣的位置，從而增大光電活性材料層的有效面積。
[0058] 通過具有上述構造，只用一層光電活性材料層就可以代替普通彩色濾色片，從而使得顯示裝置中不需要另外包括濾色片。
[0059] 在本發(fā)明中，在普通彩色濾色片中采用的黑色矩陣可以保留在顯示單元中，也可以被設置在太陽能電池板中。當被設置在太陽能電池板中時，黑色矩陣可以位于光電活性材料層之下或者位于光電活性材料層之中。當黑色矩陣被設置在光電活性材料層之中時，可以選用由絕緣膠包覆的導電性材料制成黑色矩陣。本發(fā)明的太陽能電池板中，光電材料層的兩側分別設置有透明基底層，透明基底層面對光電材料層的一側可以設置透明導電層。如圖12和13所示，絕緣膠Γ包覆的導電性材料2'設置于兩個透明導電層（例如，可以將其中一個透明導電層設置為透明電極層，將另一個透明導電層設置為空穴傳導層）之間，由于絕緣膠Γ隔斷了導電性材料2'，所以各個太陽能電池單元以并聯(lián)聯(lián)接的方式存在。如圖14和15所示，絕緣膠1"包覆的導電性材料2"設置于兩個透明導電層之間，在透明導電層上位于黑色矩陣附近的位置設置若干絕緣間隔，這些絕緣間隔可以通過激光刻蝕或機械劃刻的方法去除透明導電材料而形成，由于絕緣膠1"并不隔斷導電性材料2"，所以各個太陽能電池單元以串聯(lián)聯(lián)接的方式存在。眾所周知，在電路設計中，可以通過設置串聯(lián) 電路獲得更大的輸出電壓，也可以通過設置并聯(lián)電路獲得更大的輸出電流。可以根據(jù)實際需要，分別或結合圖12、圖14的方式優(yōu)化太陽能電路的設計，從而得到不同輸出電流和輸出電壓，以滿足不同的終端應用的需求。
[0060] 為了避免不透明的金屬電極影響顯示效果以及光吸收效率，優(yōu)選本發(fā)明的太陽能電池板采用反轉結構的有機太陽能電池，即，采用具有反轉混合異質(zhì)結結構的有機太陽能電池。
[0061] 在有機太陽能電池中，常采用兩種有機半導體材料來模仿無機異質(zhì)結太陽能電池，即，雙層膜異質(zhì)結型有機太陽能電池（Bilayer organicphotovoltaic cells),這也是美國專利申請US2010/0245731所采用的電池結構。作為給體的有機半導體材料吸收光子之后產(chǎn)生空穴-電子對，電子注入到作為受體的有機半導體材料后，空穴和電子得到分離。在這種體系中，電子給體為P型，電子受體則為η型，從而空穴和電子分別傳輸?shù)絻蓚€電極上，形成光電流。與硅半導體相比，有機分子之間的相互作用要弱得多，不同分子之間的 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，最低未占軌道-未占有電子的能級最低的軌道）和HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital，最高已占軌道-已占有電子的能級最高的軌道）不能通過組合在整個體相中形成連續(xù)的導帶和價帶。載流子在有機半導體中的傳輸，需要經(jīng)由電荷在不同分子之間的"跳躍"機理來實現(xiàn)，宏觀的表現(xiàn)就是其載流子遷移率要比無機半導體低得多。同時，有機小分子吸收光子而被激發(fā)時，不能像硅半導體那樣在導帶中產(chǎn)生自由電子并在價帶中留下空穴。光激發(fā)的有機小分子，產(chǎn)生的是通過靜電作用結合在一起的空穴-電子對，也就是通常所說的"激子（Exciton)"。激子的存在時間有限，通常在毫秒量級以下，未經(jīng)徹底分離的電子和空穴會復合（Recombination)，釋放出其吸收的能量。顯然，未能分離出自由電子和空穴的激子，對光電流是沒有貢獻的。故有機半導體中激子分離的效率對電池的光電轉化效率有關鍵的影響。
[0062] 作為改進，提出了混合異質(zhì)結型有機太陽能電池（Bulk hetero junction photovoltaic cells)，所謂"混合異質(zhì)結"，就是將給體材料和受體材料混合起來，通過共蒸或者旋涂的方法制成一種混合薄膜。在任何位置產(chǎn)生的激子，都可以通過很短的路徑到達給體與受體的界面（即結面），從而電荷分離的效率得到了提高。同時，在界面上形成的正負載流子亦可通過較短的途徑到達電極，從而彌補載流子遷移率的不足。
[0063] 反轉混合異質(zhì)結結構（本發(fā)明所使用的結構）是在混合異質(zhì)結的基礎上，將空穴傳導層和異質(zhì)結層位置交換，利用空穴傳導層的導電特性，從而將陰極的金屬電極層省略，在不影響轉化效率的基礎上使電池具有更好的透光性。圖7顯示了有機太陽能電池的混合異質(zhì)結結構（7A)和反轉混合異質(zhì)結結構（7B)的一個示意圖。采用反轉混合異質(zhì)結結構的太陽能電池可以避免使用金屬電極，從而避免不透明的金屬電極影響顯示效果。另一方面，反轉結構可以增加太陽能電池對外部光線的吸收，從而提高光電轉換效率。
[0064] 作為一個代表性的實例，本發(fā)明的太陽能電池板包括第一透明基底、透明電極層、所述的光電活性材料層、空穴傳導層和第二透明基底，這些層自下而上以所述順序排列。 [0065] 作為一個代表性的實例，本發(fā)明的太陽能電池板包括第一透明基底、透明電極層、所述的光電活性材料層、空穴傳導層、金屬柵極層和第二透明基底，這些層自下而上以所述順序排列。
[0066] 在本發(fā)明的太陽能電池板中，第一和第二透明基底可以是任何透明材料，如玻璃、 PET (聚對苯二甲酸乙二醇酯）、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯纖維）、PC(聚碳酸酯）、PS (聚苯乙烯）、PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯）、PETG (乙二醇改性-聚對苯二甲酸乙二醇酯）、AS (丙烯腈-苯乙烯樹脂）、BS (丁二烯-苯乙烯共聚物）、MS (甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物）、 MBS (甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物）、ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料）、 PP(聚丙烯）及PA(聚酰胺）等透明材料，優(yōu)選玻璃或諸如PET等的柔性基底。
[0067] 紅色光電活性材料層的材料可以是P3HT:PC61BM、P3HT:PC71BM或 PCDTBT:PC61BM。P3HT 是指聚（3-己基噻吩），即 poly(3-hexylthiophene) ;PC61BM 是指 [6,6]-苯基-〇61_丁酸甲酯，即[6,6]-卩1161171-〇61-1311七71'；^3(^(111161:117168七61';?3!11'是指聚（3 -己基喔吩），即 poly(3_hexylthiophene) ;PC71BM 是指[6,6]_ 苯基-C71-丁酸甲酯，B卩[6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester ;PCDTBT 是指聚[[9_(1_ 辛基壬基）-9H-咔唑-2, 7-二基]-2, 5-噻吩二基-2,1，3-苯并噻二唑-4, 7-二基-2, 5-噻吩二基]，即 Poly [ [9_ (1-octylnonyl) -9H-carbazole-2, 7-diyl] _2, 5-thiophenediyl_2,1, 3-benzothiadiazole_4, 7-diyl_2, 5-thiophenediyl] ;PC61BM 是指[6,6]-苯基-C61- 丁酸甲酯，即[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester。
[0068] 藍色色阻材料為將藍色染料在樹脂中分散獲得。所述藍色染料可以選自酞菁系染料、偶氮系染料和蒽醌系染料，優(yōu)選酞菁系染料。所述樹脂可以選自丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂和苯乙烯樹脂，優(yōu)選丙烯酸樹脂。
[0069] 綠色色阻材料為將綠色染料在樹脂中分散獲得。所述綠色染料可以選自酞菁系染料、偶氮系染料和蒽醌系染料，優(yōu)選酞菁系染料。所述樹脂可以選自丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂和苯乙烯樹脂，優(yōu)選丙烯酸樹脂。
[0070] 空穴傳導層的材料可以是PED0T:PSS。PED0T是指聚（3,4_乙撐二氧噻吩），即p〇ly(3,4_ethylenedioxythiophene) ;PSS是指聚苯乙烯橫酸，即 poly(styrenesulfonate)〇
[0071] 透明電極層可以是ΙΤ0(氧化銦錫）、FT0(氟摻雜的氧化錫）、ZnO(氧化鋅）、銀納米線涂層、石墨烯薄膜等透明導電材料制成的層。
[0072] 金屬柵極層可以是銀、鋁、銅、鈣等材料制成的柵極層。
[0073] 2.顯示單元
[0074] 本發(fā)明的顯示裝置中的顯示單元可以是任何顯示單元，包括：液晶顯示單元、電泳式顯示單元、等離子顯示單元、LED顯示單元、0LED顯示單元、CRT顯示單元等。這些顯示單元不含濾色片，即不含由黑色矩陣和彩色濾色層組成的濾色片，但是可以包括黑色矩陣本身。
[0075] 本發(fā)明尤其適用于顯示單元是液晶顯示單元的顯示裝置。所述液晶顯示單元包括透射式液晶顯示單元、半透半反式液晶顯示單元、反射式液晶顯示單元等。
[0076] 液晶顯示單元的一個典型結構包括依次層疊的下偏振片、下基板（玻璃層等）、下電極層、液晶層、上電極層、上基板（玻璃層等）和上偏振片。當將本發(fā)明的太陽能電池板集成到液晶顯示單元上時，所述太陽能電池板可以位于上偏振片上或者位于上基板和上偏振片之間。
[0077] 3.本發(fā)明顯示裝置的制備方法
[0078] 在本發(fā)明中，由于將太陽能電池板集成在顯示單元的上方，而不是在顯示單元內(nèi) 部，因此本發(fā)明的顯示裝置的制備方法相對簡單，只需將制備好的太陽能電池板以光電活性材料層的圖案與黑色矩陣的相應位置對齊的方式貼合到顯示單元上即可。太陽能電池板與顯示單元的貼合面是第一透明基底或第二透明基底。
[0079] 本發(fā)明的太陽能電池板的生產(chǎn)過程也較為簡單，如圖8所示。首先在透明基底（可以為玻璃或PET等柔性基底）上制備一層ΙΤ0層，接著在ΙΤ0層上沉積一層紅色光電活性材料，然后用掩膜曝光的方法去除藍色和綠色單元（子像素）部位的紅色活性材料，將藍色和綠色色阻材料填入相應的位置。接著覆蓋一層高電導率的空穴傳導物質(zhì)，最后用一層透明基底材料進行封裝。
[0080] 在太陽能電池板與顯示單元進行裝配時，要注意將單元與黑色矩陣的位置相匹配。同時可以用光學膠（例如0CA膠）對兩板進行粘合，以提高設備的顯示效果。
[0081] 在本發(fā)明的顯示裝置的制備方法中，太陽能電池板的兩基底層可以為玻璃等任何透明材料，但是優(yōu)選使用透明柔性材料（例如PET基底），這樣可以使用卷對卷的技術進行大批量快速生產(chǎn)，在電池板與顯示裝置貼合時，柔性的電池板比玻璃等硬性的電池板更易貼合，從而可以簡化生產(chǎn)工藝。
[0082] 作為太陽能電池板的最外層，第二透明基底可以由可固化的透明樹脂（例如紫外固化性樹脂）或其他適合的透明絕緣材料形成，以對整個電池板進行封裝和保護。
[0083] 另外，在去除藍色單元和綠色單元部位的紅色光電活性材料的工藝步驟中，可以采用掩膜曝光的方法。
[0084] 透明電極層、紅色光電活性材料層、色阻材料和空穴傳導材料層是用真空沉積或者濕法沉積法進行沉積的，其中所述濕法沉積包括：旋涂法、噴涂法、流涂法、噴墨打印法、絲網(wǎng)印刷法或卷對卷涂布法。
[0085] 在本發(fā)明的顯示裝置的制備方法中，太陽能電池層和顯示單元可以分開單獨生產(chǎn)，從而可以有效降低生產(chǎn)過程中的不良率。
[0086] 實施例
[0087] 以下通過實施例更詳細地描述本發(fā)明，這些實施例僅是示例性的，而不應理解為對本發(fā)明范圍的限制。
[0088] 實施例1 (黑色矩陣位于顯示單元的上基板的下表面）
[0089] 顯示單元的制備：
[0090] 按照如下方式制備液晶顯示單元，其中黑色矩陣位于顯示單元的上基板的下表面：
[0091] 1.在下玻璃基板上表面通過刻蝕、濺射、沉積等方法形成帶有TFT (薄膜晶體管）的ΙΤ0下電極層；
[0092] 2.在上玻璃基板的下表面通過光刻的方法形成黑色矩陣，黑色矩陣的材料為金屬絡；
[0093] 3.在黑色矩陣下部通過濺射的方法形成上電極層，電極材料為ΙΤ0 ;
[0094] 4.將上下兩層基板組合形成液晶盒，在其中以真空吸注的方式形成液晶層；
[0095] 5.在下玻璃基板下表面粘貼一張偏振膜作為下偏振片，下偏振片為聚乙烯醇 (PVA)拉伸膜和醋酸纖維素膜（TAC)組成的復合材料；
[0096] 6.在上玻璃基板上表面粘貼一張偏振膜作為上偏振片，上偏振片為聚乙烯醇 (PVA)拉伸膜和醋酸纖維素膜（TAC)組成的復合材料。從而制備出顯示單元1。
[0097] 太陽能電池板的制備：
[0098] 以厚度約0.75mm的PET柔性基底作為第一透明基底。在第一襯底上通過真空沉積形成厚度約150nm的ΙΤ0層，然后通過旋涂法在ΙΤ0層上涂布一層厚度約200nm的紅色光電活性材料（P3HT:PC61BM，可選用購自 Luminescence Technology Corp 公司的 LT-S909 或LT-S905)。然后，通過掩膜曝光的方法去除藍色和綠色單元部位的紅色活性材料。將藍色染料CuPC(可選用購自Luminescence Technology Corp公司的LT-E201)在丙烯酸樹脂（可選用購自長興化學材料有限公司的6530B-40)中分散獲得藍色色阻材料，將綠色染料ZnPC (可選用購自Luminescence Technology Corp公司的LT-S906)在丙烯酸樹脂（可選用購自長興化學材料有限公司的6530B-40)中分散獲得綠色色阻材料。通過噴墨打印法將藍色色阻材料和綠色色阻材料分別填入ΙΤ0層上相應的位置中。待染料干燥后，通過旋涂法形成厚度約25nm的空穴傳導層（PED0T:PSS，可選用購自Luminescence Technology Corp的AI4083)。用熱沉積法在空穴傳導層上沉積銀柵極層。最后，用3M公司生產(chǎn)的PET 膜（3mil，3M)進行封裝，從而制備出太陽能電池板1。
[0099] 顯示單元與太陽能電池板的集成
[0100] 將太陽能電池板1放置于顯示單元1上方，使得太陽能電池板1上紅-藍-綠單元的圖案與顯示單元1中的黑色矩陣的相應位置對齊，用〇CA(8172光學膠，可從3M購得）將兩者粘合在一起，即可獲得具有圖4所示結構類似的顯示裝置1。
[0101] 實施例2 (黑色矩陣位于顯示單元的下基板電極的上表面）
[0102] 采用與實施例1類似的方式制備顯示單元，但是將黑色矩陣形成在顯示單元的下基板電極的上表面上，獲得顯示單元2。
[0103] 將顯示單元2與太陽能電池板1以與實施例1類似的方式集成在一起，獲得具有圖9所示結構類似的顯示裝置2。
[0104] 實施例3 (黑色矩陣位于太陽能電池板的第一基板的上表面）
[0105] 采用與實施例1類似的方式制備顯示單元和太陽能電池板，但是在顯示單元的制備過程中省略黑色矩陣形成步驟，并且在太陽能電池板的制備過程中，在第一基底上先形成黑色矩陣，然后再形成ΙΤ0層，從而獲得顯示單元3和太陽能電池板2。
[0106] 將顯示單元3與太陽能電池板2以與實施例1類似的方式集成在一起，獲得具有圖10所示結構類似的顯示裝置3。
[0107] 實施例4(黑色矩陣位于太陽能電池板的光電活性材料層中）
[0108] 采用與實施例3類似的方式制備顯示單元和太陽能電池板，但是將黑色矩陣形成于光電活性材料層中，獲得太陽能電池板3。
[0109] 將顯示單元3與太陽能電池板3以與實施例1類似的方式集成在一起，獲得具有圖11所示結構類似的顯示裝置4。
[0110] 實施例5(黑色矩陣位于太陽能電池板的光電活性材料層中）
[0111] 采用與實施例4類似的方式制備顯示單元和太陽能電池板，將黑色矩陣（如圖13) 形成于光電活性材料層中，如圖12所示，整個太陽能電池以并聯(lián)聯(lián)接的方式存在，獲得太陽能電池板4。
[0112] 將顯示單元3與太陽能電池板4以與實施例1類似的方式集成在一起，獲得具有圖11所示結構類似的顯示裝置5。
[0113] 實施例6 (黑色矩陣位于太陽能電池板的光電活性材料層中）
[0114] 采用與實施例4類似的方式制備顯示單元和太陽能電池板，將黑色矩陣（如圖15) 形成于光電活性材料層中，如圖14所示，整個太陽能電池以串聯(lián)聯(lián)接的方式存在，獲得太陽能電池板5。
[0115] 將顯示單元3與太陽能電池板5以與實施例1類似的方式集成在一起，獲得具有圖11所示結構類似的顯示裝置6。
[0116] 實施例7 (黑色矩陣位于太陽能電池板的光電活性材料層中）
[0117] 采用與實施例4類似的方式制備顯示單元和太陽能電池板，將黑色矩陣形成于光電活性材料層中，根據(jù)實際需要，結合圖12和圖14的方式優(yōu)化整個太陽能電路的串并聯(lián)設計，獲得太陽能電池板6。
[0118] 將顯示單元3與太陽能電池板6以與實施例1類似的方式集成在一起，獲得具有圖11所示結構類似的顯示裝置7。
[0119] 比較例1
[0120] 以與實施例1類似的方式制備顯示裝置，但是在太陽能電池板光電活性材料層中，用藍色光電活性材料CuPc:BCP(CuPc是指銅酞菁，即phthalocyanine copper complex, 可選從Luminescence Technology Corp公司購得的LT-E201 ;BCP是指浴銅靈，即2， 9-Dimethyl-4,7-diphenyl-l,l〇-phenanhroline,可選從 Luminescence Technology Corp公司購得的LT-E304)和綠色光電活性材料ZnPc: BCP (ZnPc是指鋅酞菁，即z inc phthalocyanine，可選從 Luminescence Technology Corp 公司購得的 LT-S906 ;BCP 是指浴銅靈，艮P 2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-l，l〇-phenanhroline，可選從 Luminescence Technology Corp公司購得的LT-E304)代替藍色和綠色光阻材料，獲得比較用顯示裝置 C1。該顯示裝置C1的顯示效果較差，在色彩表現(xiàn)力上明顯低于上述實施例1-7所提供的顯示裝置。
[0121] 工業(yè)適用性
[0122] 本發(fā)明的集成太陽能電池板的顯示裝置可以省略傳統(tǒng)的彩色濾色片，并且所集成的太陽能電池板在進行濾色的同時，還能將吸收的部分不需要的背光以及從外部進入顯示裝置的環(huán)境光轉化為電能，從而大大降低移動設備的電池容量，結果，不僅可以減輕設備的重量，而且還不影響或者能獲得更高的續(xù)航能力。本發(fā)明的集成太陽能電池板的顯示裝置可以應用于各種環(huán)境中，例如戶外電子廣告牌等設備上，使電子廣告牌在野外等不便于供電的地方也能放置使用。
【權利要求】
1. 一種集成在顯示單元上的太陽能電池板，所述太陽能電池板包括：一個具有紅-綠-藍顏色的光電材料層，所述光電材料層包括紅色單元、綠色單元和藍色單元，其中所述紅色單元、綠色單元和藍色單元以與所述顯示單元中像素陣列排列方式相對應的方式排列，并且所述紅色單元、綠色單元和藍色單元中的一種或兩種由光電活性材料制成。
2. 根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池板，其中，所述太陽能電池板集成在顯示單元的表面上。
3. 根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池板，其中，所述紅色單元由光電活性材料制成。
4. 根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池板，其中，所述紅色單元由下列組中的一種或多種材料制成：P3HT: PC61BM (聚3-己基噻吩：聚[6,6]-苯基-C61- 丁酸甲酯）， P3HT:PC70BM(聚 3-己基噻吩：聚[6,6]_ 苯基-C71-丁酸甲酯），和 PCDTBT:PC61BM(聚 [[9- (1-辛基壬基）-9H-咔唑-2, 7-二基]-2, 5-噻吩二基-2,1，3-苯并噻二唑-4, 7-二基-2, 5-噻吩二基]:聚[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯）。
5. 根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池板，其中，所述太陽能電池板還包括一個第一透明基底層和一個第二透明基底層，所述第一透明基底層和所述第二透明基底層分別設置于光電材料層的兩側。
6. 根據(jù)權利要求5所述的太陽能電池板，其中，所述第一透明層和所述第二透明層為選自下列組中的一種或多種材料制成：玻璃、PET、PEN、PC、PS、PMMA、PETG、AS、BS、MS、MBS、 ABS、PP 和 PA。
7. 根據(jù)權利要求5所述的太陽能電池板，其中，所述太陽能電池板還包括一個透明電極層，所述透明電極層設置于所述第一透明基底層和所述光電材料層之間。
8. 根據(jù)權利要求7所述的太陽能電池板，其中，所述透明電極層為選自下列組中的一種或多種：ITO層、FTO層、ZnO層、銀納米線涂層和石墨烯薄膜。
9. 根據(jù)權利要求5所述的太陽能電池板，其中，所述太陽能電池板還包括一個空穴傳導層，所述空穴傳導層設置于所述第二透明基底層和所述光電材料層之間。
10. 根據(jù)權利要求9所述的太陽能電池板，其中，所述空穴傳導層由以下材料制成： PED0T:PSS(聚3,4_乙撐二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸）。
11. 根據(jù)權利要求9所述的太陽能電池板，其中，所述太陽能電池板還包括一個金屬柵極層，所述金屬柵極層設置于所述空穴傳導層和所述第二透明基底層之間，在與所述紅色單元、綠色單元和藍色單元之間的邊界相對應的位置處。
12. 根據(jù)權利要求11所述的太陽能電池板，其中，所述金屬柵極層為選自下列組中的一種或多種材料制成：銀、鋁、銅和鈣。
13. 根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池板，其中，所述太陽能電池板具有反轉混合異質(zhì) 結結構。
14. 根據(jù)權利要求5所述的太陽能電池板，其中，所述太陽能電池板還包括一個黑色矩陣。
15. 根據(jù)權利要求14所述的太陽能電池板，其中，所述黑色矩陣設置于所述光電材料層中。
16. 根據(jù)權利要求15所述的太陽能電池板，其中，所述黑色矩陣由光電活性材料制成。
17. 根據(jù)權利要求15所述的太陽能電池板，其中，所述黑色矩陣由絕緣膠包覆的導電性材料制成。
18. 根據(jù)權利要求17所述的太陽能電池板，其中，所述絕緣膠選自丙烯酸酯體系、環(huán)氧體系、聚氣醋體系I父粘劑。
19. 根據(jù)權利要求17所述的太陽能電池板，其中，所述導電性材料是導電性金屬。
20. 根據(jù)權利要求17所述的太陽能電池板，其中，所述太陽能電池板中太陽能電池元件的連接方式是并聯(lián)的、串聯(lián)的或者串、并聯(lián)組合的。
21. -種集成在顯示單元上的太陽能電池板，所述太陽能電池板包括：一個具有紅-綠-藍顏色的光電材料層，所述光電材料層包括紅色單元、綠色單元和藍色單元，其中所述紅色單元、綠色單元和藍色單元以與所述顯示單元中像素陣列排列方式相對應的方式排列，并且所述紅色單元由光電活性材料制成；一個第一透明基底層和一個第二透明基底層，所述第一透明基底層和所述第二透明基底層分別設置于光電材料層的兩側；一個透明電極層，所述透明電極層設置于所述第一透明基底層和所述光電材料層之間；一個空穴傳導層，所述空穴傳導層設置于所述第二透明基底層和所述光電材料層之間。
22. 根據(jù)權利要求21所述的太陽能電池板，其中，所述太陽能電池板包括：一個金屬柵極層，所述金屬柵極層設置于所述空穴傳導層和所述第二透明基底層之間，在與所述紅色單元、綠色單元和藍色單元之間的邊界相對應的位置處。
23. -種顯示裝置，包括一個顯示單元和一個如權利要求1-22中任一項所述的太陽能電池板。
24. 根據(jù)權利要求23所述的顯示裝置，其中，所述顯示單元為液晶顯示單元、電泳式顯示單元、干涉調(diào)制式（IMOD)顯示單元、電浸潤式顯示單元、等離子顯示單元、LED顯示單元、 OLED顯示單元或CRT顯示單元。
25. 根據(jù)權利要求24所述的顯示裝置，其中，所述液晶顯示單元是透射式液晶顯示單元、半透半反式液晶顯示單元或反射式液晶顯示單元。
26. 根據(jù)權利要求25所述的顯示裝置，其中，所述液晶顯示單元包括依次層疊的下偏振片、下玻璃層、下電極層、液晶層、上電極層、上玻璃層和上偏振片。
27. 根據(jù)權利要求26所述的顯示裝置，其中，所述太陽能電池板設置于上偏振片上或位于上玻璃層和上偏振片之間。
28. 根據(jù)權利要求23所述的顯示裝置，其中，所述顯示裝置包括一個設置于所述顯示單元中的黑色矩陣。
29. -種制備如權利要求21所述的太陽能電池板的方法，包括以下步驟：首先在第一透明基底上形成一層透明電極層，接著在透明電極層上沉積一層紅色光電活性材料，然后去除藍色單元和綠色單元部位的紅色光電活性材料，將藍色和綠色色阻材料填入相應的位置，接著覆蓋一層空穴傳導物質(zhì)，最后用透明絕緣材料形成第二透明基底。
30. -種制備如權利要求22所述的太陽能電池板的方法，包括以下步驟：首先在第一透明基底上形成一層透明電極層，接著在透明電極層上沉積一層紅色光電活性材料，然后去除藍色單元和綠色單元部位的紅色光電活性材料，將藍色和綠色色阻材料填入相應的位置，接著覆蓋一層空穴傳導物質(zhì)，然后沉積一層金屬柵極，最后用透明絕緣材料形成第二透明基底。
31. 根據(jù)權利要求29或30所述的方法，其中去除藍色單元和綠色單元部位的紅色光電活性材料是通過掩膜曝光的方法進行的。
32. 根據(jù)權利要求29或30所述的方法，其中透明電極層、紅色光電活性材料層、色阻材料和空穴傳導材料層是用真空沉積或者濕法沉積法進行沉積而形成的。
33. 根據(jù)權利要求32所述的方法，其中所述濕法沉積包括：旋涂法、噴涂法、流涂法、噴墨打印法、絲網(wǎng)印刷法或卷對卷涂布法。
34. -種制備權利要求23所述的顯示裝置的方法，所述方法包括將根據(jù)權利要求1-22 中任一項所述的太陽能電池板貼合到顯示單元上，其中所述太陽能電池板與所述顯示單元的貼合面是第一透明基底層或第二透明基底層。
35. 根據(jù)權利要求34所述的方法，其中所述貼合是通過粘合進行的。
【文檔編號】H01L51/42GK104143606SQ201310168102
【公開日】2014年11月12日申請日期:2013年5月6日優(yōu)先權日:2013年5月6日
【發(fā)明者】陳婧非, 堵光磊, 滕超申請人:3M創(chuàng)新有限公司

完整全部詳細技術資料下載