探索未来能源的无限可能—有机光伏（OPV）篇 055

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探索未来能源的无限可能—有机光伏（OPV）篇

055 封装工艺：如何为柔性的OPV穿上坚固的“防护服”？ 2025-11-07

为柔性的有机光伏（OPV）器件穿上坚固的"防护服"，关键在于运用精密的薄膜封装工艺和多层防护技术，以在柔性、保护强度以及寿命之间找到最佳平衡。

柔性OPV封装的核心技术

柔性OPV的封装技术核心是薄膜封装，主要通过多层屏障堆叠 来实现。这种结构结合了无机屏障层和有机平坦化层，取长补短。

其中，无机屏障层（如金属氧化物、氮化物）主要负责阻挡水汽和氧气的渗透。为了进一步提升保护效果，可以采用多层交替结构，例如"三明治"式的有机/无机多层结构，利用有机层来阻隔无机层的缺陷，延长水氧的渗透路径。

在实际应用中，柔性衬底是封装的基础，常用的有聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET） 等聚合物材料。为了增强屏障效果，还可以在柔性衬底上沉积屏障层。此外，隔绝外界损伤也很重要。可以在封装结构的最外层设置保护层，这个保护层可以由胶水材料构成。


关键工艺与材料选择

要实现高质量的薄膜封装，离不开精密的制备工艺和合适的材料选择。

常用的薄膜沉积技术包括：

原子层沉积（ALD）：适合制备超薄、致密、无针孔的无机屏障层，例如氧化铝（Al₂O₃），能显著提升屏障性能。

化学气相沉积（CVD）：例如，在制备柔性显示器时，可采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD） 来沉积氮化硅（SiNx）或氧化硅（SiO₂） 屏障层。

在材料选择上：

屏障层材料：除了上述的Al₂O₃、SiNx，二氧化硅（SiO₂） 也是常见选择。

有机平坦化层材料：可选择聚合物薄膜，如聚酰亚胺（PI） 等。一些交联型聚合物（如丙烯酸酯类）也具有较好的屏障性能和柔韧性。


封装性能评估与创新方向

封装完成后，需要通过以下方式评估封装性能：

水氧透过率测试：测量器件在特定条件下的水汽透过率（WVTR） 和氧气透过率（OTR），通常WVTR需要低于10⁻⁵ g/m²/day。

加速老化测试：将器件置于高温高湿环境（如85°C/85%相对湿度）中测试其寿命和效率保持率。


当前的技术挑战主要在于如何进一步降低水氧透过率，同时保持优良的柔韧性，并控制工艺成本以适应大规模生产。


未来的创新方向包括：

开发更高效、低成本的屏障层沉积技术。

探索新型柔性电极和屏障材料，如石墨烯、纳米复合材料等。

研究自修复封装材料，使器件在受损后能一定程度自我修复。

发展更精准的无损检测技术，用于封装质量的在线监控。


总之，为柔性OPV穿上"防护衣"是一项系统工程，精髓在于通过多层薄膜屏障结构、先进的沉积工艺和严格的材料选择，在柔性、保护强度和制造成本之间取得精巧的平衡。随着技术的持续进步，柔性OPV的封装工艺将为其在更多新兴领域的应用铺平道路。