集成太阳能电池板的显示装置及其制备方法

集成太阳能电池板的显示装置及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种集成在显示单元上的太阳能电池板、集成该太阳能电池板的显示装置及它们的制备方法。本发明的集成在显示单元上的太阳能电池板包括一个具有红-绿-蓝颜色的光电材料层，其中所述红色单元、绿色单元和蓝色单元以与所述显示单元中像素阵列排列方式相对应的方式排列，并且所述红色单元、绿色单元和蓝色单元中的一种或两种由光电活性材料制成。本发明的具有红-绿-蓝颜色的光电活性材料层能够替代普通彩色滤色片。
【专利说明】集成太阳能电池板的显示装置及其制备方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及显示装置【技术领域】，更具体地，涉及集成在显示单元上的太阳能电池 板、集成该太阳能电池板的显示装置及它们的制备方法。

【背景技术】
[0002] 日常生活中，膝上型电脑、平板电脑、移动电话等移动设备被广泛使用。由于电池 的容量有限，这些移动设备的续航时间受到很大的限制。特别是在没有外部供电的情况下， 这些移动设备的电池电量用尽后无法被充电。
[0003] 目前，可以利用太阳能电池解决以上问题。在没有电源的地方，可以利用外置的太 阳能电池板给移动设备充电，从而使它继续工作。然而，对移动设备使用者来说，随身携带 一个外置的太阳能电池板非常不便，因此，如果能将太阳能电池和移动设备组合在一起，能 大大提高便携性。目前，由于大多数移动设备的表面都覆盖一个大尺寸的显示屏，很多研究 者都致力于将太阳能电池层添加到显示设备上。然而，太阳能电池层（包括那些所谓的透 明太阳能电池层）其实都具有一定的颜色，因此，将这些太阳能电池层设置于显示设备上 会吸收部分可见光，从而影响显示效果。另一方面，普通显示设备中的滤色片吸收背光能 量的2/3以表现相应的色彩，这部分被吸收的背光能量将被转化成为热能或其他形式的能 量，从而使大部分背光能量被浪费。
[0004] US2010/0245731披露了一种与子像素尺寸相同的光电池，如图1所示，该光电池 设置于显示设备的像素之上。该光电池利用不同的光电活性材料，吸收不同波段的光，从而 获得类似滤色片的效果。然而，为了获得上述效果，需要在光电池中设置多个吸收层以吸收 不同波段的光，成本高、工艺复杂。此外，由于蓝色和绿色吸收层的色彩表现力较差，为了保 证显示设备正常的色彩表现力，还需要在显示设备中额外设置普通滤色片。


【发明内容】

[0005] 本发明的一个发明目的是提供一种集成在显示单元上的太阳能电池板，该太阳能 电池板能够替代传统滤色片，在进行滤色的同时，还能将吸收的部分不需要的背光以及从 外部进入显示设备的环境光高效地转化为电能。
[0006] 本发明的另一个目的是提供一种包括显示单元和本发明提供的太阳能电池板的 显示装置。
[0007] 本发明的再一目的是分别提供制备上述太阳能电池板和显示装置的方法，这些方 法能够简化集成太阳能电池板的显示装置的生产工艺，提高生产率并且降低不良率。
[0008] 本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的。
[0009] 本发明的第一方面涉及一种集成在显示单元上的太阳能电池板，所述太阳能电池 板包括：一个具有红-绿-蓝颜色的光电材料层，所述光电材料层包括红色单元、绿色单元 和蓝色单元，其中红色单元、绿色单元和蓝色单元以与显示单元中像素阵列排列方式相对 应的方式排列，并且红色单元、绿色单元和蓝色单元中的一种或两种由光电活性材料制成。
[0010] 在本发明中，光电材料层中的红色单元、绿色单元和蓝色单元的排列方式，即"红 色单元、绿色单元和蓝色单元以与显示单元中像素阵列排列方式相对应的方式排列"，是与 传统彩色滤色片中的红、绿、蓝单元（子像素）的排列方式相同的。由于采用了具有传统彩 色滤色片构造的、红-绿-蓝颜色的光电活性材料层，如此获得的太阳能电池板可以具有 滤色片的作用，从而可以省略显示装置中的滤色片层，进而简化工艺节省成本；并且在进行 滤色的同时，还能将吸收的部分不需要的背光以及从外部进入显示装置的环境光转化为电 能。
[0011] 优选地，本发明提供一种集成在显示单元上的太阳能电池板，所述太阳能电池板 包括：一个具有红-绿-蓝颜色的光电材料层，所述光电材料层包括红色单元、绿色单元和 蓝色单元，其中红色单元、绿色单元和蓝色单元以与显示单元中像素阵列排列方式相对应 的方式排列，并且红色单元由光电活性材料制成；一个第一透明基底层和一个第二透明基 底层，所述第一透明基底层和所述第二透明基底层分别设置于光电材料层的两侧；一个透 明电极层，所述透明电极层设置于第一透明基底层和光电材料层之间；一个空穴传导层，所 述空穴传导层设置于第二透明基底层和光电材料层之间。
[0012] 优选地，所述太阳能电池板还可以包括一个金属栅极层，所述金属栅极层设置于 所述空穴传导层和所述第二透明基底层之间，在与红色单元、绿色单元和蓝色单元之间的 边界相对应的位置处。
[0013] 本发明的第二方面涉及一种显示装置，其包括一个显示单元和一个本发明的上述 太阳能电池板。
[0014] 由于光电材料层同时起到滤色片作用，因此本发明的显示装置可以省略传统的滤 色片层。
[0015] 本发明的显示装置还可以包括一个黑色矩阵，该黑色矩阵可以设置在显示装置的 任何合适位置，包括在太阳能电池板的光电材料层中。
[0016] 本发明的黑色矩阵可以由光电活性材料制成。当黑色矩阵由光电活性材料制成 时，其颜色已不再是常规的黑色，但其排列方式与常规黑色矩阵相同。为了表示其与常规黑 色矩阵的对应关系，本发明中仍沿用"黑色矩阵"的术语。由光电活性材料制成的黑色矩阵 增大了光电活性材料层的有效面积，有效提高了光电转化能力。
[0017] 该黑色矩阵也可以由绝缘胶包覆的导电性材料制成。所述绝缘胶可以选择已知的 任何一种绝缘性能优良的胶粘剂体系，优选但不限于丙烯酸酯体系、环氧体系、聚氨酯体系 等。所述导电性材料可以选择已知的任何一种导电性金属，优选但不限于铜、铝、铁、金、银 等。
[0018] 本发明的第三方面涉及制备本发明的太阳能电池板的方法，该方法包括以下步 骤：首先在第一透明基底上形成一层透明电极层，接着在透明电极层上沉积一层红色光电 活性材料，然后去除蓝色单元和绿色单元部位的红色光电活性材料，将蓝色和绿色色阻材 料填入相应的位置，接着覆盖一层空穴传导物质，最后用透明绝缘材料形成第二透明基底。
[0019] 优选地，制备本发明的太阳能电池板的方法包括以下步骤：首先在第一透明基底 上形成一层透明电极层，接着在透明电极层上沉积一层红色光电活性材料，然后去除蓝色 单元和绿色单元部位的红色光电活性材料，将蓝色和绿色色阻材料填入相应的位置，接着 覆盖一层空穴传导物质，然后沉积一层金属栅极，最后用透明绝缘材料形成第二透明基底。
[0020] 本发明的第四方面涉及制备本发明的显示装置的方法，所述方法包括所述方法包 括将本发明的太阳能电池板贴合到显示单元上，其中所述太阳能电池板与所述显示单元的 贴合面是第一透明基底或第二透明基底。
[0021] 在本发明中，由于太阳能电池板位于显示单元的表面上，太阳能电池层和显示面 板层可以分开单独生产，有效降低了生产过程中的不良率。

【专利附图】

【附图说明】
[0022] 图1.现有技术中的带有光电池的液晶显示器装置的截面示意图，其中300为光电 池部分。
[0023] 图2.现有技术中普通显示面板结构示意图，
[0024] 其中显示面板自下而上的各层依次为：下偏振片，下层玻璃，电极，液晶层，电极， 滤色片，上层玻璃，上偏振片。
[0025] 图3.现有技术中普通显示面板中滤色片的俯视结构示意图，
[0026] 其中带坚条纹、带斜条纹和带横条纹的区域分别表示红色、绿色和蓝色区域。
[0027] 图4.根据本发明一个实施方案的带有太阳能电池板的显示装置结构示意图，
[0028] 其中显示装置自下而上的各层依次为：下偏振片，下层玻璃，电极，液晶层，电极， 黑色矩阵，上层玻璃，上偏振片，基底1，ΙΤ0层，光活性层，空穴传导层，基底2。
[0029] 图5.图4中的黑色矩阵的俯视示意图。
[0030] 图6.图4中的光电活性层的俯视示意图，
[0031] 其中带坚条纹、带斜条纹和带横条纹的区域分别表示红色、绿色和蓝色区域。
[0032] 图7.有机太阳能电池的混合异质结结构（7A)和反转混合异质结结构（7B)的示 意图。
[0033] 图8.本发明的太阳能电池板的制备流程示意图。
[0034] 图9.根据本发明另一个实施方案的带有太阳能电池板的显示装置结构示意图 (黑色矩阵位于显示单元下基板），
[0035] 其中显示装置自下而上的各层依次为：下偏振片，下层玻璃，电极，黑色矩阵，液晶 层，电极，上层玻璃，上偏振片，基底1，ΙΤ0层，光活性层，空穴传导层，基底2。
[0036] 图10.根据本发明另一个实施方案的带有太阳能电池板的显示装置结构示意图 (黑色矩阵位于电池板下基板上表面），
[0037] 其中显示装置自下而上的各层依次为：下偏振片，下层玻璃，电极，液晶层，电极， 上层玻璃，上偏振片，基底1，黑色矩阵，ΙΤ0层，光活性层，空穴传导层，基底2。
[0038] 图11.根据本发明另一个实施方案的带有太阳能电池板的显示装置结构示意图 (活性层中含有黑色矩阵），
[0039] 其中显示装置自下而上的各层依次为：下偏振片，下层玻璃，电极，液晶层，电极， 上层玻璃，上偏振片，基底1，ΙΤ0层，光活性层（含黑色矩阵），空穴传导层，基底2。
[0040] 图12.根据本发明另一个实施方案的太阳能电池板的结构示意图（并联联接），
[0041] 其中自下而上的各层依次为：透明基底层2,透明导电层2 (空穴传导层），黑色矩 阵，透明导电层1(透明电极层）和透明基底层1 ;其中，透明导电层1(透明电极层）是连 续的，透明导电层2(空穴传导层）也是连续的。
[0042] 图13.根据本发明另一个实施方案的并联联接的太阳能电池板的黑色矩阵的结 构示意图，
[0043] 图中Γ为绝缘胶，2'为导电性材料。
[0044] 图14.根据本发明另一个实施方案的太阳能电池板的结构示意图（串联联接），
[0045] 其中自下而上的各层依次为：透明基底层2,透明导电层2 (空穴传导层），黑色矩 阵，透明导电层1(透明电极层）和透明基底层1 ;其中，透明导电层1(透明电极层）是不 连续的，由图中所示的设置在透明导电层1中的位于黑色矩阵附近的绝缘间隔隔断，透明 导电层2(空穴传导层）也是不连续的，由图中所示的设置在透明导电层2中的位于黑色矩 阵附近的绝缘间隔隔断。
[0046] 图15.根据本发明另一个实施方案的并联联接的太阳能电池板的黑色矩阵的结 构示意图，
[0047] 图中1"为绝缘胶，2 "为导电性材料。

【具体实施方式】
[0048] 在传统的显示装置中，滤色片被用来对背光进行过滤以表现相应的色彩，但是，滤 色片吸收背光能量的2/3,这部分被吸收的能量将被转化成为热量或其他能量，从而使大部 分背光能量被浪费。如图2所示为普通显示装置的结构示意图，其中包含滤色片层。滤色 片层通常包括黑色矩阵和彩色滤光层。每三个红、绿、蓝单元（子像素）构成一个像素，用 来产生不同的颜色。如图3所示为滤色片层的俯视图。另一方面，在结合了太阳能电池的 现有显示装置中，太阳能电池（包括那些所谓的透明太阳能电池）都是有一定颜色的。将 这些太阳能电池层放到显示设备上会吸收部分可见光，从而影响显示效果。
[0049] 而在本发明中，通过将包括具有红-绿-蓝颜色的光电活性材料层的太阳能电池 板（以下，有时简称为本发明的太阳能电池板）集成到显示单元上，可以解决上述问题。
[0050] 具体而言，本发明的显示装置包括显示单元和集成在显示单元上的太阳能电池 板，所述太阳能电池板包括具有红-绿-蓝颜色的光电活性材料层，该光电活性材料层由红 色单元、绿色单元和蓝色单元组成，其中红色单元、绿色单元和蓝色单元以与显示单元中像 素阵列排列方式相对应的方式排列，并且所述红色单元、绿色单元和蓝色单元中的一种或 两种由光电活性材料制成。
[0051] 图4为根据本发明一个实施方案的带有太阳能电池板的显示装置结构示意图。从 图中可以看出，该装置的下部为显示单元，上部为太阳能电池板。在显示单元中，彩色滤光 层被去除，只留下黑色矩阵。如图5所示为本发明的黑色矩阵的俯视示意图。如图6所示 为本发明的太阳能电池板的光电活性层的俯视示意图。图6中由带有横条纹的区域表示的 蓝色单元和由带有斜条纹的区域表示的绿色单元分别与原滤色片的蓝色和绿色子像素相 对应，色阻材料也与普通滤色片相同，其余部分都由带有坚条纹的区域表示的红色光电活 性材料覆盖。
[0052] 将光电活性层做此设计是由于目前光电转换效率较高的材料可以吸收可见光中 的大部分蓝光和绿光，而对红光基本透明，因此可以作为红色滤色片使用。而蓝色和绿色光 电活性材料的转换效率普遍较低，且颜色表现力较差，因此仍然用普通色阻材料制作。
[0053] 因此，在本发明的显示装置中，太阳能电池板可以在发电的同时具有滤色片的作 用，从而可以省略显示装置中的滤色片层（消除了背光能量的浪费），进而简化工艺节省成 本；并且可以克服太阳能电池吸收部分可见光产生颜色而影响显示效果的问题。
[0054] 下面详细描述本发明的显示装置的各个组成部件及其制备方法。
[0055] 1.太阳能电池板
[0056] 本发明的太阳能电池板的特征在于：光电活性材料层是由红色单元、绿色单元和 蓝色单元组成的具有红-绿-蓝颜色的光电活性材料层，其中红色单元、绿色单元和蓝色单 元以与显示单元中像素阵列排列方式相对应的方式排列，并且所述红色单元、绿色单元和 蓝色单元中的一种或两种由光电活性材料制成，优选红色单元由红色光电活性材料构成， 绿色单元和蓝色单元分别由绿色和蓝色色阻材料构成。
[0057] 另外，光电活性材料层的红色单元、绿色单元和蓝色单元不仅覆盖相应的普通彩 色滤色片的红色单元、绿色单元和蓝色单元的位置，而且还可以覆盖黑色矩阵的位置，从而 增大光电活性材料层的有效面积。
[0058] 通过具有上述构造，只用一层光电活性材料层就可以代替普通彩色滤色片，从而 使得显示装置中不需要另外包括滤色片。
[0059] 在本发明中，在普通彩色滤色片中采用的黑色矩阵可以保留在显示单元中，也可 以被设置在太阳能电池板中。当被设置在太阳能电池板中时，黑色矩阵可以位于光电活性 材料层之下或者位于光电活性材料层之中。当黑色矩阵被设置在光电活性材料层之中时， 可以选用由绝缘胶包覆的导电性材料制成黑色矩阵。本发明的太阳能电池板中，光电材料 层的两侧分别设置有透明基底层，透明基底层面对光电材料层的一侧可以设置透明导电 层。如图12和13所示，绝缘胶Γ包覆的导电性材料2'设置于两个透明导电层（例如， 可以将其中一个透明导电层设置为透明电极层，将另一个透明导电层设置为空穴传导层） 之间，由于绝缘胶Γ隔断了导电性材料2'，所以各个太阳能电池单元以并联联接的方式存 在。如图14和15所示，绝缘胶1"包覆的导电性材料2"设置于两个透明导电层之间，在透 明导电层上位于黑色矩阵附近的位置设置若干绝缘间隔，这些绝缘间隔可以通过激光刻蚀 或机械划刻的方法去除透明导电材料而形成，由于绝缘胶1"并不隔断导电性材料2"，所以 各个太阳能电池单元以串联联接的方式存在。众所周知，在电路设计中，可以通过设置串联 电路获得更大的输出电压，也可以通过设置并联电路获得更大的输出电流。可以根据实际 需要，分别或结合图12、图14的方式优化太阳能电路的设计，从而得到不同输出电流和输 出电压，以满足不同的终端应用的需求。
[0060] 为了避免不透明的金属电极影响显示效果以及光吸收效率，优选本发明的太阳能 电池板采用反转结构的有机太阳能电池，即，采用具有反转混合异质结结构的有机太阳能 电池。
[0061] 在有机太阳能电池中，常采用两种有机半导体材料来模仿无机异质结太阳能电 池，即，双层膜异质结型有机太阳能电池 （Bilayer organicphotovoltaic cells),这也是 美国专利申请US2010/0245731所采用的电池结构。作为给体的有机半导体材料吸收光子 之后产生空穴-电子对，电子注入到作为受体的有机半导体材料后，空穴和电子得到分离。 在这种体系中，电子给体为P型，电子受体则为η型，从而空穴和电子分别传输到两个电极 上，形成光电流。与硅半导体相比，有机分子之间的相互作用要弱得多，不同分子之间的 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，最低未占轨道-未占有电子的能级最低 的轨道）和HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital，最高已占轨道-已占有电子的 能级最高的轨道）不能通过组合在整个体相中形成连续的导带和价带。载流子在有机半导 体中的传输，需要经由电荷在不同分子之间的"跳跃"机理来实现，宏观的表现就是其载流 子迁移率要比无机半导体低得多。同时，有机小分子吸收光子而被激发时，不能像硅半导体 那样在导带中产生自由电子并在价带中留下空穴。光激发的有机小分子，产生的是通过静 电作用结合在一起的空穴-电子对，也就是通常所说的"激子（Exciton)"。激子的存在时 间有限，通常在毫秒量级以下，未经彻底分离的电子和空穴会复合（Recombination)，释放 出其吸收的能量。显然，未能分离出自由电子和空穴的激子，对光电流是没有贡献的。故有 机半导体中激子分离的效率对电池的光电转化效率有关键的影响。
[0062] 作为改进，提出了混合异质结型有机太阳能电池 （Bulk hetero junction photovoltaic cells)，所谓"混合异质结"，就是将给体材料和受体材料混合起来，通过共 蒸或者旋涂的方法制成一种混合薄膜。在任何位置产生的激子，都可以通过很短的路径到 达给体与受体的界面（即结面），从而电荷分离的效率得到了提高。同时，在界面上形成的 正负载流子亦可通过较短的途径到达电极，从而弥补载流子迁移率的不足。
[0063] 反转混合异质结结构（本发明所使用的结构）是在混合异质结的基础上，将空穴 传导层和异质结层位置交换，利用空穴传导层的导电特性，从而将阴极的金属电极层省略， 在不影响转化效率的基础上使电池具有更好的透光性。图7显示了有机太阳能电池的混合 异质结结构（7A)和反转混合异质结结构（7B)的一个示意图。采用反转混合异质结结构的 太阳能电池可以避免使用金属电极，从而避免不透明的金属电极影响显示效果。另一方面， 反转结构可以增加太阳能电池对外部光线的吸收，从而提高光电转换效率。
[0064] 作为一个代表性的实例，本发明的太阳能电池板包括第一透明基底、透明电极层、 所述的光电活性材料层、空穴传导层和第二透明基底，这些层自下而上以所述顺序排列。 [0065] 作为一个代表性的实例，本发明的太阳能电池板包括第一透明基底、透明电极层、 所述的光电活性材料层、空穴传导层、金属栅极层和第二透明基底，这些层自下而上以所述 顺序排列。
[0066] 在本发明的太阳能电池板中，第一和第二透明基底可以是任何透明材料，如玻璃、 PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯纤维）、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-聚对苯二甲酸乙二醇酯）、AS (丙烯 腈-苯乙烯树脂）、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，优选玻璃或诸如PET等的柔性基底。
[0067] 红色光电活性材料层的材料可以是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] 蓝色色阻材料为将蓝色染料在树脂中分散获得。所述蓝色染料可以选自酞菁系染 料、偶氮系染料和蒽醌系染料，优选酞菁系染料。所述树脂可以选自丙烯酸树脂、环氧树脂 和苯乙烯树脂，优选丙烯酸树脂。
[0069] 绿色色阻材料为将绿色染料在树脂中分散获得。所述绿色染料可以选自酞菁系染 料、偶氮系染料和蒽醌系染料，优选酞菁系染料。所述树脂可以选自丙烯酸树脂、环氧树脂 和苯乙烯树脂，优选丙烯酸树脂。
[0070] 空穴传导层的材料可以是PED0T:PSS。PED0T是指聚（3,4_乙撑二 氧噻吩），即p〇ly(3,4_ethylenedioxythiophene) ;PSS是指聚苯乙烯横酸，即 poly(styrenesulfonate)〇
[0071] 透明电极层可以是ΙΤ0(氧化铟锡）、FT0(氟掺杂的氧化锡）、ZnO(氧化锌）、银纳 米线涂层、石墨烯薄膜等透明导电材料制成的层。
[0072] 金属栅极层可以是银、铝、铜、钙等材料制成的栅极层。
[0073] 2.显示单元
[0074] 本发明的显示装置中的显示单元可以是任何显示单元，包括：液晶显示单元、电泳 式显示单元、等离子显示单元、LED显示单元、0LED显示单元、CRT显示单元等。这些显示单 元不含滤色片，即不含由黑色矩阵和彩色滤色层组成的滤色片，但是可以包括黑色矩阵本 身。
[0075] 本发明尤其适用于显示单元是液晶显示单元的显示装置。所述液晶显示单元包括 透射式液晶显示单元、半透半反式液晶显示单元、反射式液晶显示单元等。
[0076] 液晶显示单元的一个典型结构包括依次层叠的下偏振片、下基板（玻璃层等）、下 电极层、液晶层、上电极层、上基板（玻璃层等）和上偏振片。当将本发明的太阳能电池板 集成到液晶显示单元上时，所述太阳能电池板可以位于上偏振片上或者位于上基板和上偏 振片之间。
[0077] 3.本发明显示装置的制备方法
[0078] 在本发明中，由于将太阳能电池板集成在显示单元的上方，而不是在显示单元内 部，因此本发明的显示装置的制备方法相对简单，只需将制备好的太阳能电池板以光电活 性材料层的图案与黑色矩阵的相应位置对齐的方式贴合到显示单元上即可。太阳能电池板 与显示单元的贴合面是第一透明基底或第二透明基底。
[0079] 本发明的太阳能电池板的生产过程也较为简单，如图8所示。首先在透明基底（可 以为玻璃或PET等柔性基底）上制备一层ΙΤ0层，接着在ΙΤ0层上沉积一层红色光电活性 材料，然后用掩膜曝光的方法去除蓝色和绿色单元（子像素）部位的红色活性材料，将蓝色 和绿色色阻材料填入相应的位置。接着覆盖一层高电导率的空穴传导物质，最后用一层透 明基底材料进行封装。
[0080] 在太阳能电池板与显示单元进行装配时，要注意将单元与黑色矩阵的位置相匹 配。同时可以用光学胶（例如0CA胶）对两板进行粘合，以提高设备的显示效果。
[0081] 在本发明的显示装置的制备方法中，太阳能电池板的两基底层可以为玻璃等任何 透明材料，但是优选使用透明柔性材料（例如PET基底），这样可以使用卷对卷的技术进行 大批量快速生产，在电池板与显示装置贴合时，柔性的电池板比玻璃等硬性的电池板更易 贴合，从而可以简化生产工艺。
[0082] 作为太阳能电池板的最外层，第二透明基底可以由可固化的透明树脂（例如紫外 固化性树脂）或其他适合的透明绝缘材料形成，以对整个电池板进行封装和保护。
[0083] 另外，在去除蓝色单元和绿色单元部位的红色光电活性材料的工艺步骤中，可以 采用掩膜曝光的方法。
[0084] 透明电极层、红色光电活性材料层、色阻材料和空穴传导材料层是用真空沉积或 者湿法沉积法进行沉积的，其中所述湿法沉积包括：旋涂法、喷涂法、流涂法、喷墨打印法、 丝网印刷法或卷对卷涂布法。
[0085] 在本发明的显示装置的制备方法中，太阳能电池层和显示单元可以分开单独生 产，从而可以有效降低生产过程中的不良率。
[0086] 实施例
[0087] 以下通过实施例更详细地描述本发明，这些实施例仅是示例性的，而不应理解为 对本发明范围的限制。
[0088] 实施例1 (黑色矩阵位于显示单元的上基板的下表面）
[0089] 显示单元的制备：
[0090] 按照如下方式制备液晶显示单元，其中黑色矩阵位于显示单元的上基板的下表 面：
[0091] 1.在下玻璃基板上表面通过刻蚀、溅射、沉积等方法形成带有TFT (薄膜晶体管） 的ΙΤ0下电极层；
[0092] 2.在上玻璃基板的下表面通过光刻的方法形成黑色矩阵，黑色矩阵的材料为金属 络；
[0093] 3.在黑色矩阵下部通过溅射的方法形成上电极层，电极材料为ΙΤ0 ;
[0094] 4.将上下两层基板组合形成液晶盒，在其中以真空吸注的方式形成液晶层；
[0095] 5.在下玻璃基板下表面粘贴一张偏振膜作为下偏振片，下偏振片为聚乙烯醇 (PVA)拉伸膜和醋酸纤维素膜（TAC)组成的复合材料；
[0096] 6.在上玻璃基板上表面粘贴一张偏振膜作为上偏振片，上偏振片为聚乙烯醇 (PVA)拉伸膜和醋酸纤维素膜（TAC)组成的复合材料。从而制备出显示单元1。
[0097] 太阳能电池板的制备：
[0098] 以厚度约0.75mm的PET柔性基底作为第一透明基底。在第一衬底上通过真空沉 积形成厚度约150nm的ΙΤ0层，然后通过旋涂法在ΙΤ0层上涂布一层厚度约200nm的红色 光电活性材料（P3HT:PC61BM，可选用购自 Luminescence Technology Corp 公司的 LT-S909 或LT-S905)。然后，通过掩膜曝光的方法去除蓝色和绿色单元部位的红色活性材料。将蓝 色染料CuPC(可选用购自Luminescence Technology Corp公司的LT-E201)在丙烯酸树 脂（可选用购自长兴化学材料有限公司的6530B-40)中分散获得蓝色色阻材料，将绿色染 料ZnPC (可选用购自Luminescence Technology Corp公司的LT-S906)在丙烯酸树脂（可 选用购自长兴化学材料有限公司的6530B-40)中分散获得绿色色阻材料。通过喷墨打印法 将蓝色色阻材料和绿色色阻材料分别填入ΙΤ0层上相应的位置中。待染料干燥后，通过旋 涂法形成厚度约25nm的空穴传导层（PED0T:PSS，可选用购自Luminescence Technology Corp的AI4083)。用热沉积法在空穴传导层上沉积银栅极层。最后，用3M公司生产的PET 膜（3mil，3M)进行封装，从而制备出太阳能电池板1。
[0099] 显示单元与太阳能电池板的集成
[0100] 将太阳能电池板1放置于显示单元1上方，使得太阳能电池板1上红-蓝-绿单 元的图案与显示单元1中的黑色矩阵的相应位置对齐，用〇CA(8172光学胶，可从3M购得） 将两者粘合在一起，即可获得具有图4所示结构类似的显示装置1。
[0101] 实施例2 (黑色矩阵位于显示单元的下基板电极的上表面）
[0102] 采用与实施例1类似的方式制备显示单元，但是将黑色矩阵形成在显示单元的下 基板电极的上表面上，获得显示单元2。
[0103] 将显示单元2与太阳能电池板1以与实施例1类似的方式集成在一起，获得具有 图9所示结构类似的显示装置2。
[0104] 实施例3 (黑色矩阵位于太阳能电池板的第一基板的上表面）
[0105] 采用与实施例1类似的方式制备显示单元和太阳能电池板，但是在显示单元的制 备过程中省略黑色矩阵形成步骤，并且在太阳能电池板的制备过程中，在第一基底上先形 成黑色矩阵，然后再形成ΙΤ0层，从而获得显示单元3和太阳能电池板2。
[0106] 将显示单元3与太阳能电池板2以与实施例1类似的方式集成在一起，获得具有 图10所示结构类似的显示装置3。
[0107] 实施例4(黑色矩阵位于太阳能电池板的光电活性材料层中）
[0108] 采用与实施例3类似的方式制备显示单元和太阳能电池板，但是将黑色矩阵形成 于光电活性材料层中，获得太阳能电池板3。
[0109] 将显示单元3与太阳能电池板3以与实施例1类似的方式集成在一起，获得具有 图11所示结构类似的显示装置4。
[0110] 实施例5(黑色矩阵位于太阳能电池板的光电活性材料层中）
[0111] 采用与实施例4类似的方式制备显示单元和太阳能电池板，将黑色矩阵（如图13) 形成于光电活性材料层中，如图12所示，整个太阳能电池以并联联接的方式存在，获得太 阳能电池板4。
[0112] 将显示单元3与太阳能电池板4以与实施例1类似的方式集成在一起，获得具有 图11所示结构类似的显示装置5。
[0113] 实施例6 (黑色矩阵位于太阳能电池板的光电活性材料层中）
[0114] 采用与实施例4类似的方式制备显示单元和太阳能电池板，将黑色矩阵（如图15) 形成于光电活性材料层中，如图14所示，整个太阳能电池以串联联接的方式存在，获得太 阳能电池板5。
[0115] 将显示单元3与太阳能电池板5以与实施例1类似的方式集成在一起，获得具有 图11所示结构类似的显示装置6。
[0116] 实施例7 (黑色矩阵位于太阳能电池板的光电活性材料层中）
[0117] 采用与实施例4类似的方式制备显示单元和太阳能电池板，将黑色矩阵形成于光 电活性材料层中，根据实际需要，结合图12和图14的方式优化整个太阳能电路的串并联设 计，获得太阳能电池板6。
[0118] 将显示单元3与太阳能电池板6以与实施例1类似的方式集成在一起，获得具有 图11所示结构类似的显示装置7。
[0119] 比较例1
[0120] 以与实施例1类似的方式制备显示装置，但是在太阳能电池板光电活性材料层 中，用蓝色光电活性材料CuPc:BCP(CuPc是指铜酞菁，即phthalocyanine copper complex, 可选从Luminescence Technology Corp公司购得的LT-E201 ;BCP是指浴铜灵，即2， 9-Dimethyl-4,7-diphenyl-l,l〇-phenanhroline,可选从 Luminescence Technology Corp公司购得的LT-E304)和绿色光电活性材料ZnPc: BCP (ZnPc是指锌酞菁，即z inc phthalocyanine，可选从 Luminescence Technology Corp 公司购得的 LT-S906 ;BCP 是 指浴铜灵，艮P 2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-l，l〇-phenanhroline，可选从 Luminescence Technology Corp公司购得的LT-E304)代替蓝色和绿色光阻材料，获得比较用显示装置 C1。该显示装置C1的显示效果较差，在色彩表现力上明显低于上述实施例1-7所提供的显 示装置。
[0121] 工业适用性
[0122] 本发明的集成太阳能电池板的显示装置可以省略传统的彩色滤色片，并且所集成 的太阳能电池板在进行滤色的同时，还能将吸收的部分不需要的背光以及从外部进入显示 装置的环境光转化为电能，从而大大降低移动设备的电池容量，结果，不仅可以减轻设备的 重量，而且还不影响或者能获得更高的续航能力。本发明的集成太阳能电池板的显示装置 可以应用于各种环境中，例如户外电子广告牌等设备上，使电子广告牌在野外等不便于供 电的地方也能放置使用。
【权利要求】
1. 一种集成在显示单元上的太阳能电池板，所述太阳能电池板包括： 一个具有红-绿-蓝颜色的光电材料层， 所述光电材料层包括红色单元、绿色单元和蓝色单元， 其中所述红色单元、绿色单元和蓝色单元以与所述显示单元中像素阵列排列方式相对 应的方式排列，并且 所述红色单元、绿色单元和蓝色单元中的一种或两种由光电活性材料制成。
2. 根据权利要求1所述的太阳能电池板，其中，所述太阳能电池板集成在显示单元的 表面上。
3. 根据权利要求1所述的太阳能电池板，其中，所述红色单元由光电活性材料制成。
4. 根据权利要求1所述的太阳能电池板，其中，所述红色单元由下列组中的一种 或多种材料制成：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. 根据权利要求1所述的太阳能电池板，其中，所述太阳能电池板还包括一个第一透 明基底层和一个第二透明基底层，所述第一透明基底层和所述第二透明基底层分别设置于 光电材料层的两侧。
6. 根据权利要求5所述的太阳能电池板，其中，所述第一透明层和所述第二透明层为 选自下列组中的一种或多种材料制成：玻璃、PET、PEN、PC、PS、PMMA、PETG、AS、BS、MS、MBS、 ABS、PP 和 PA。
7. 根据权利要求5所述的太阳能电池板，其中，所述太阳能电池板还包括一个透明电 极层，所述透明电极层设置于所述第一透明基底层和所述光电材料层之间。
8. 根据权利要求7所述的太阳能电池板，其中，所述透明电极层为选自下列组中的一 种或多种：ITO层、FTO层、ZnO层、银纳米线涂层和石墨烯薄膜。
9. 根据权利要求5所述的太阳能电池板，其中，所述太阳能电池板还包括一个空穴传 导层，所述空穴传导层设置于所述第二透明基底层和所述光电材料层之间。
10. 根据权利要求9所述的太阳能电池板，其中，所述空穴传导层由以下材料制成： PED0T:PSS(聚3,4_乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸）。
11. 根据权利要求9所述的太阳能电池板，其中，所述太阳能电池板还包括一个金属栅 极层，所述金属栅极层设置于所述空穴传导层和所述第二透明基底层之间，在与所述红色 单元、绿色单元和蓝色单元之间的边界相对应的位置处。
12. 根据权利要求11所述的太阳能电池板，其中，所述金属栅极层为选自下列组中的 一种或多种材料制成：银、铝、铜和钙。
13. 根据权利要求1所述的太阳能电池板，其中，所述太阳能电池板具有反转混合异质 结结构。
14. 根据权利要求5所述的太阳能电池板，其中，所述太阳能电池板还包括一个黑色矩 阵。
15. 根据权利要求14所述的太阳能电池板，其中，所述黑色矩阵设置于所述光电材料 层中。
16. 根据权利要求15所述的太阳能电池板，其中，所述黑色矩阵由光电活性材料制成。
17. 根据权利要求15所述的太阳能电池板，其中，所述黑色矩阵由绝缘胶包覆的导电 性材料制成。
18. 根据权利要求17所述的太阳能电池板，其中，所述绝缘胶选自丙烯酸酯体系、环氧 体系、聚氣醋体系I父粘剂。
19. 根据权利要求17所述的太阳能电池板，其中，所述导电性材料是导电性金属。
20. 根据权利要求17所述的太阳能电池板，其中，所述太阳能电池板中太阳能电池元 件的连接方式是并联的、串联的或者串、并联组合的。
21. -种集成在显示单元上的太阳能电池板，所述太阳能电池板包括： 一个具有红-绿-蓝颜色的光电材料层，所述光电材料层包括红色单元、绿色单元和蓝 色单元，其中所述红色单元、绿色单元和蓝色单元以与所述显示单元中像素阵列排列方式 相对应的方式排列，并且所述红色单元由光电活性材料制成； 一个第一透明基底层和一个第二透明基底层，所述第一透明基底层和所述第二透明基 底层分别设置于光电材料层的两侧； 一个透明电极层，所述透明电极层设置于所述第一透明基底层和所述光电材料层之 间； 一个空穴传导层，所述空穴传导层设置于所述第二透明基底层和所述光电材料层之 间。
22. 根据权利要求21所述的太阳能电池板，其中，所述太阳能电池板包括：一个金属栅 极层，所述金属栅极层设置于所述空穴传导层和所述第二透明基底层之间，在与所述红色 单元、绿色单元和蓝色单元之间的边界相对应的位置处。
23. -种显示装置，包括一个显示单元和一个如权利要求1-22中任一项所述的太阳能 电池板。
24. 根据权利要求23所述的显示装置，其中，所述显示单元为液晶显示单元、电泳式显 示单元、干涉调制式（IMOD)显示单元、电浸润式显示单元、等离子显示单元、LED显示单元、 OLED显示单元或CRT显示单元。
25. 根据权利要求24所述的显示装置，其中，所述液晶显示单元是透射式液晶显示单 元、半透半反式液晶显示单元或反射式液晶显示单元。
26. 根据权利要求25所述的显示装置，其中，所述液晶显示单元包括依次层叠的下偏 振片、下玻璃层、下电极层、液晶层、上电极层、上玻璃层和上偏振片。
27. 根据权利要求26所述的显示装置，其中，所述太阳能电池板设置于上偏振片上或 位于上玻璃层和上偏振片之间。
28. 根据权利要求23所述的显示装置，其中，所述显示装置包括一个设置于所述显示 单元中的黑色矩阵。
29. -种制备如权利要求21所述的太阳能电池板的方法，包括以下步骤：首先在第一 透明基底上形成一层透明电极层，接着在透明电极层上沉积一层红色光电活性材料，然后 去除蓝色单元和绿色单元部位的红色光电活性材料，将蓝色和绿色色阻材料填入相应的位 置，接着覆盖一层空穴传导物质，最后用透明绝缘材料形成第二透明基底。
30. -种制备如权利要求22所述的太阳能电池板的方法，包括以下步骤：首先在第一 透明基底上形成一层透明电极层，接着在透明电极层上沉积一层红色光电活性材料，然后 去除蓝色单元和绿色单元部位的红色光电活性材料，将蓝色和绿色色阻材料填入相应的位 置，接着覆盖一层空穴传导物质，然后沉积一层金属栅极，最后用透明绝缘材料形成第二透 明基底。
31. 根据权利要求29或30所述的方法，其中去除蓝色单元和绿色单元部位的红色光电 活性材料是通过掩膜曝光的方法进行的。
32. 根据权利要求29或30所述的方法，其中透明电极层、红色光电活性材料层、色阻材 料和空穴传导材料层是用真空沉积或者湿法沉积法进行沉积而形成的。
33. 根据权利要求32所述的方法，其中所述湿法沉积包括：旋涂法、喷涂法、流涂法、喷 墨打印法、丝网印刷法或卷对卷涂布法。
34. -种制备权利要求23所述的显示装置的方法，所述方法包括将根据权利要求1-22 中任一项所述的太阳能电池板贴合到显示单元上，其中所述太阳能电池板与所述显示单元 的贴合面是第一透明基底层或第二透明基底层。
35. 根据权利要求34所述的方法，其中所述贴合是通过粘合进行的。
【文档编号】H01L51/42GK104143606SQ201310168102
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月6日 优先权日:2013年5月6日
【发明者】陈婧非, 堵光磊, 滕超 申请人:3M创新有限公司