视觉上未失真的薄膜电子装置

摘要

提供了视觉上未失真的薄膜电子装置。在一个实施例中，一种用于生产薄膜电子装置的方法包括：在沉积在衬底上的薄膜材料层的叠层中打开划线，以定义所述薄膜电子装置的有源区域和非有源区域，所述叠层包括至少一个有源半导体层。所述有源区域包括所述叠层的未划线区域，而所述非有源区域包括所述叠层中薄膜材料被所述划线去除的区域。所述方法还包括将至少一种划线填充材料沉积到由所述划线打开的间隙中。所述划线填充材料具有嵌入其中的一种或多种着色元素，所述着色元素改变所述非有源区域的光学特性光谱，以获得在行业定义的标准观测器的最小可感知差异内的所述有源区域的光学特性光谱。

说明书

这是一项要求于2018年5月18日提交的题为“视觉上未失真的薄膜电子装置”的美国临时专利申请第62/673,427号的优先权和权益的国际专利申请，所述申请通过引用整体并入本文。

美国政府根据美国能源部与可持续能源联盟有限责任公司(国家可再生能源实验室的管理者和运营商)之间的合同第DE-AC36-08GO28308号享有本发明的权利。

背景技术

工业规模的薄膜装置，如光伏模块，通常包括施加到衬底上的薄膜层的叠层。为了确保在大面积上的高性能，使用划线方法将薄膜层的叠层细分或“图案化”为多个单独的装置单元，并且将材料沉积到划线区域中，以形成将单独的装置单元电互连的单片互连件。在打开装置单元之间的划线区域时，划线过程包括去除在形成划线的区域中的一个或多个先前沉积的薄膜层。沉积到划线区域中的材料将包括电绝缘材料、导电材料，或者以分层施加的电绝缘材料和导电材料两者的某种组合。

与用划线和单片互连图案化的薄膜装置相关联的一个问题是，图案化破坏了施加在整个衬底上的薄膜材料的均匀外观。由这些破坏产生的视觉失真对于打算用于建筑集成光伏的半透明光伏模块(如窗户或玻璃幕墙)而言，是一个特别成问题的缺陷，其中由建筑师和工程师和建筑商高度仔细检查无失真清晰度和美学特性。由薄膜装置图案化引起的视觉上明显的失真也被认为是不透明薄膜光伏模块(如用于跨接玻璃面板)中的缺陷，其被设计成不透明的，以便在建筑物的楼层之间隐藏设备或其它特征。

由于上述原因和下文所述的对本领域技术人员来说在阅读和理解说明书后将变得显而易见的其它原因，在本领域中需要视觉上未失真的薄膜电子装置。

发明内容

本公开的实施例提供了用于视觉上未失真的薄膜电子装置的方法和系统，并且将通过阅读和研究以下说明书来理解。

在一个实施例中，一种用于生产薄膜电子装置的方法包括：在沉积在衬底上的薄膜材料层的叠层中打开划线，以定义薄膜电子装置的有源区域和非有源区域，其中薄膜材料层的叠层包括至少一个有源半导体层，其中有源区域包括薄膜材料层的叠层的未划线区域，其中非有源区域包括薄膜材料层的叠层中薄膜材料被划线去除的区域；以及将至少一种划线填充材料沉积到由划线打开的间隙中，其中划线填充材料具有嵌入其中的一种或多种着色元素，其中一种或多种着色元素改变非有源区域的光学特性光谱，以获得在行业定义的标准观测器的最小可感知差异内的有源区域的光学特性光谱。

附图说明

当鉴于优选实施例的描述和以下附图考虑时，可更容易地理解本公开的实施例，并且其进一步的优点和用途更容易显而易见，其中：

图1为图示本公开的一个实施例的薄膜半导体装置的图；

图2为图示本公开的一个实施例的薄膜半导体装置的图；

图3为图示本公开的一个实施例的方法的图；

图4为图示本公开的一个实施例的方法的图；

图5为图示本公开的一个实施例的用于着色元素的强度光谱的图；

图6为图示与本公开的一个实施例的P2划线相关联的强度光谱的图；

图7为图示与本公开的一个实施例的P3划线相关联的强度光谱的图；

图8为与图6和图7的P2和P3划线相关联的色度图；

图9为图示本公开的一个实施例的以多种厚度沉积的划线填充材料墨的光密度对波长以及目标颜色匹配光谱划线的曲线图；和

图10为图示光密度对厚度的曲线图。

根据普通实践，所描述的各种特征未按比例绘制，而是被绘制为强调与本公开相关的特征。在所有附图和文本中，附图标记表示相同的元素。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参考形成其一部分的附图。提出了其中可实践实施例的具体说明性实施例。充分详细地描述了这些实施例以使本领域技术人员能够实践这些实施例，并且应当理解，可利用其它实施例，并且可在不脱离本公开的范围的情况下进行逻辑、机械和电气改变。因此，以下详细描述不应被视为限制性的。

本公开的实施例通过引入嵌入在划线填充材料内的着色元素的引入来解决由薄膜模块的图案化引起的视觉失真的问题，所述划线填充材料沉积在去除薄膜层的间隙中。这些着色元素的光谱质量与嵌入它们的划线填充材料的光谱质量相结合，重新引入了在图案化期间去除的薄膜材料的光谱质量，使得当它们被施加到间隙中时，划线区域和薄膜装置单元对于人类观察者来说在视觉上为不可区分的。应当理解，本公开的实施例不限于在形成单片互连件的薄膜装置单元之间使用的着色元素嵌入材料的使用。其它实施例可解决装置的其它区域中的光学特性和颜色匹配，如用于装置的边缘隔离或密封的材料。还应当理解，着色元素可指加性着色元素或减性着色元素。嵌入在划线填充材料中的着色元素(如颜料或染料)将选择性吸收一些波长的入射光，同时反射或透射其它波长的入射光。举例来说，在涉及半透明装置的一些实施例中，可利用加性着色元素。在涉及不透明装置的一些实施例中，可利用减性着色元素。在其它实施例中，可利用加性着色元素和减性着色元素的组合。还应当理解，本文描述的实施例的应用不限于包括光伏装置的薄膜装置单元，而是可应用于形成其它有源电子装置(如但不限于发光二极管或用于计算机应用程序的透明人机界面显示屏)的有限薄膜装置单元。

图1为图示本公开的一个实施例的薄膜电子装置100的图。应当理解，本文提供的公开适用于任何形式的薄膜电子装置，包括任何形式的薄膜半导体装置，其中由薄膜装置图案化引起的视觉上明显的失真是一个问题。由此，在本说明书中公开的涉及有机光伏(OPV)薄膜电子装置的实施例被提出以提供具体的实例实施例。因此，应当理解，实施例的范围并不限于这些实例，而仅仅局限于有机薄膜电子装置或光伏薄膜电子装置。

在一些实施方式中，装置100为半透明有机装置，其可用于例如允许自然照明进入建筑物或车辆的内部空间的建筑物集成的光伏应用(如玻璃窗单元)中。在其它实施方式中，装置100包括不透明的薄膜光伏模块，例如用于跨接玻璃面板。如图1所示，装置100包括在衬底105上制造的多个单独的装置单元101。在替代实施方式中，衬底105可包括刚性或非刚性半透明材料，如玻璃板、丙烯酸或丙烯酸玻璃、刚性或柔性塑料(包括未另外分类为丙烯酸的塑料)、柔性玻璃、半透明塑料或薄膜材料，或者另选地不透明的材料(例如金属或陶瓷)。每个装置单元101定义装置100的有源区域110，有源区域包括有源电子装置，如但不限于有机光伏装置。装置100的其它区域定义了非有源区域，通常以120示出。在一些实施例中，装置100的非有源区域120可包括边缘密封材料(如电绝缘边缘密封材料)，如122所示。在一些实施例中，非有源区域可包括单片电互连件，其以串联或并联组合的方式电耦合相邻的装置单元101，如124所示。

特别地，装置单元101包括前接触层130和后接触层132、第一电荷传输层134、有源半导体层136和第二电荷传输层138。在一些实施例中，第一电荷传输层134可包括空穴传输层(HTL)、空穴收集层(HCL)或空穴注入层(HIL)，而第二电荷传输层138可包括电子传输层(ETL)、电子收集层(ECL)或电子注入层(EIL)。在其它实施例中，第一电荷传输层134可包括ETL或ECL，而第二电荷传输层138可包括HTL或HCL。对于半透明的实施方式，前接触层130和后接触层132均可包括透明接触层。举例来说，前接触层130和后接触层132可包括透明接触层，如但不限于氧化铟锌(IZO)、氧化铟锡(ITO)、掺杂铝的氧化锌(AZO)或掺杂镓的氧化锌(GZO)或其它透明导电氧化物(TCO)，它们可通过磁控溅射或其它沉积方法进行沉积。第一和/或第二电荷传输层134和138可包括透明导电聚合物，如但不限于聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)，其可与聚苯乙烯磺酸盐(PSS)共混，或者可包括氧化物层，如但不限于三氧化钨(WO

形成各种材料层的材料可溅射沉积或通过其它合适的方法沉积，如但不限于蒸发/气相沉积或溶液处理方法。半导体有源层136的精确组成可变化，但可包括例如有机体异质结(BHJ)层，所述有机体异质结层包括电子供体材料(可为聚合物和/或小分子)和至少一种电子受体材料(在不同的实现方式中可为富勒烯或其它小分子或聚合物)的共混物。另选地，有机半导体有源层136可包括有机双层，所述有机双层具有电子供体材料和电子受体材料的层状结构。在其它实施例中，有源半导体层136可包括另一有源光伏吸收体薄膜组件，如钙钛矿吸收层。

对于包括光伏装置的实施例，在操作中，当光进入装置单元101中时，吸收层136从吸收的光子生成电子和空穴电荷。电子和空穴电荷被收集在各自的接触层130和132中。电气互连件124将电荷传输到可位于装置100边缘的正端子140和负端子142。正端子140和负端子142可依次耦合到一个或多个电子装置(例如，电负载)，以便向装置提供电能，和/或存储由装置100生成的能量。在其它实施例中，有源半导体层136包括非光伏装置。举例来说，在一些实施例中，有源半导体层136可包括用于发光二极管的光子发射器层。

在装置100的制造期间，形成装置单元101的各个装置层的薄膜材料的叠层被沉积在整个衬底105上，并且一系列划线被至少部分地切入沉积的层中，从而形成了非有源区域120。划线过程产生间隙，在所述间隙中先前沉积的薄膜材料层的部分被去除。这些划线随后可填充有不同层的划线填充材料，这取决于打开划线的位置和目的。举例来说，为了定义装置100的边缘而切割的划线可填充有边缘密封材料122。为了将薄膜层划分成各个装置单元101的图案而切割的划线可填充有一系列不同的电绝缘和导电材料，以便在相邻装置单元101之间形成单片电互连件124。在其它情况下，划线可填充有电绝缘和/或导电材料，以便制造用于将装置100电耦合到外部装置或系统的电接口(如端子140、142)。其它划线可能还有其它目的。

不管切割划线的具体原因如何，沉积的薄膜层片材的均匀外观将被划线的产生所中断，因为所得非有源区域120的光学特性光谱(其中薄膜材料层中的一层或多层已被去除)将不再与未经历划线的有源区域110的光学特性光谱相匹配。应当理解，如本文所用的术语，材料的薄膜叠层的“光学特性光谱”可另选地指可见光透射(VLT)光谱(这将适合于透明或半透明应用，其中穿过薄膜叠层的光的特性很重要)或反射光谱(这将适合于不透明的应用，其中从薄膜叠层反射回来的光的特性很重要)。此外，因为可将各个非有源区域120划入薄膜层中不同的相应深度，所以不同的非有源区域可相对于彼此具有不同的光学特性光谱，这取决于先前沉积的层中的哪些层和多少层已被去除。此外，随后沉积到划线区域中的划线填充材料可各自具有其自身固有的光谱特性。举例来说，在单片电互连件124的制造中使用的划线可具有沉积在其中的电绝缘材料125和导电材料126的层，以产生电互连件124。在一些实施例中，可沉积附加和/或其它材料。由此，这类非有源区域120的所得光学特性光谱将是未被划线去除的任何剩余的原始沉积材料层的光学特性光谱以及随后沉积到由划线打开的间隙中的划线填充材料的光学特性光谱的函数。任何由不匹配的光学特性光谱引起的可观察到的不连续性均将被观看或透过所述装置的个人感知为视觉失真。

所得非有源区域120在视觉上与未划线有源区域110的可感知区别程度取决于有源区域110的光学特性光谱与所得非有源区域120的光学特性光谱之间的偏差。因此，在本公开的实施例的情况下，通过将着色元素127引入沉积到划线中的一种或多种划线填充材料中来调整所得非有源区域120的光学特性光谱，使得所得非有源区域120的光学特性光谱基本上获得有源区域110的光学特性光谱。

图2进一步详述了图1的装置100的实例实施例。由此，相对于图2描述的元素可与上述实施例中的任一个的元素结合使用、组合使用或替代上述实施例中的任一个的元素。此外，上述用于这类实施例的元素的功能、结构和其它描述可适用于图2中类似命名的元素，反之亦然。如图2中的200一般所示，划线212被打开以在薄膜装置层204的叠层中形成间隙214，从而定义划线212被打开的非有源区域220和薄膜装置层204保持完整的有源区域210。有源区域210的各个材料层将各自固有地包括光谱特性，这些光谱特性共同致使定义与有源区域210相关联的光学特性光谱的光谱特性的复合。当一种或多种划线填充材料222沉积到间隙214中时，非有源区域220将获得定义与非有源区域220相关联的光学特性光谱的光谱特性。如上所述，在一些情况下，划线212的开口可完全向下直至衬底205去除整列薄膜装置层204。另选地，划线212的开口可仅部分地穿透薄膜装置层204，使得原始薄膜材料层204的一部分不被去除且保留在非有源区域220内(在223示出)。因此，所得非有源区域220的光谱特性和相关联的光学特性光谱将是未被划线212去除的原始材料223中的任一种的光学特性光谱与随后沉积到间隙214中的划线填充材料222的光学特性光谱的函数。在本公开的实施例的情况下，划线填充材料222的光学特性光谱通过用嵌入在划线填充材料222内的一种或多种着色元素224增强材料来操纵。通过用着色元素224增强划线填充材料222，可操纵非有源区域222的光学特性光谱，以获得有源区域210的光学特性光谱，从而达到相对于行业定义的标准观测器认为区域之间的可见差异不可感知的程度。

在本公开的一些实施例中，着色元素224可嵌入在用于电气或其它功能目的的划线填充材料222内。举例来说，着色元素224可嵌入沉积在间隙中的导电划线填充材料(如126)和/或电绝缘划线填充材料(如125)内，以便制造单片电互连件124或电端子140或142。在其它实施例中，着色元素224可嵌入主要为了操纵非有源区域220的光学特性光谱而沉积的另外惰性的附加划线填充材料222内。可将这类着色材料沉积在具有功能目的(如用于创建单片电互连件124)的其它划线填充材料222上。应当注意的是，包括嵌入的着色元素225的附加划线填充材料222的沉积还可起到防止外来材料侵入间隙214的作用，否则外来材料侵入间隙会引起装置单元短路、有源区域薄膜层分层或其它潜在缺陷。应当理解，在其它实施例中，着色元素224可嵌入在用来制造单片电互连件的划线填充材料222内以及沉积在间隙214中的附加划线填充材料222内。

此外，在一些实施例中，多组着色元素224嵌入划线填充材料222的多个不同层中，以获得期望的光学特性光谱。举例来说，第一着色元素224可具有与第一划线填充材料222一起沉积的优异溶解度特性，而第二着色元素224可替代地具有与第二划线填充材料222一起沉积的优异溶解度特性。如果需要两种着色元素224的组合以在非有源区域220中获得期望的光学特性光谱，则第一组着色元素可嵌入在第一划线填充材料222中，而第二组着色元素嵌入在第二划线填充材料222中。

以上述方式中的任一种，非有源区域222的光学特性光谱因此可被操纵，使得有源区域210和非有源区域220的光学特性光谱充分匹配，以便在整个模块上产生均匀的外观，而不会由于行业定义的标准观测器的颜色不连续性而失真。如本文所用的术语，材料的光学特性光谱指光透射量(或反射率)以及从材料发出的光的可见光谱上的波长的光谱分布。可见光谱通常被定义为包括从大约380nm到680nm的波长的光。尽管此说明书采用由国际照明委员会(CIE)公布的标准和定义，以提供说明性实例，但应当理解，本文所描述的实施例仍可通过代替引用其它替代比色标准来实践。

给定选定的CIE标准光源，可量化在可见光谱的每个波长处从物体反射或透射的光量，以便建立定义物体颜色特性的光谱曲线。而且，人眼对可见光谱上的光并不一致敏感，但对某些颜色比其它颜色更敏感。由此，行业标准定义了标准比色观测器(例如，CIE 10度标准观测器)，其包括

CIE三色色值(也称为色坐标)X、Y和Z可通过将这三个标准观测器函数(即，

一般来说，两个样品物体之间可接受的颜色匹配通常取决于应用而变化。然而，出于工业建筑和建筑窗户应用的目的，有源区域110和非有源区域120的光学特性光谱之间的任何差异均必须处于或低于最小可感知极限(其可称为最小可感知差异)，以便提供期望满足行业标准的无失真窗户清晰度。

为行业定义的标准观测器建立两个光学特性光谱之间的接近程度的客观度量可根据在三维颜色空间内两组测量之间的距离来计算。举例来说，给定有源区域110的颜色坐标和非有源区域120的颜色坐标，在CIE L*、a*、b*颜色空间中，可容易地确定矩形色差ΔL*、Δa*、Δb*。如果ΔL*为正，则非有源区域120比有源区域110轻。如果为负，则非有源区域120比有源区域110暗。如果Δa*为正，则非有源区域120比有源区域110更多红色或更少绿色。如果Δa*为负，则非有源区域120比有源区域110更多绿色或更少红色。如果Δb*为正，则非有源区域120比有源区域110更多黄色且更少蓝色。如果Δb*为负，则非有源区域120比有源区域110更多蓝色且更少黄色。然而，正如已指出的，两种颜色之间的最小可感知差异对于整个可见光谱范围内的所有波长而言并不均匀。因此，CIE定义了参数ΔE(总色差)，以建立标准计算指标，所述指标将人的视觉判断与两种感知到的颜色之间的差异联系起来。在本公开的时候，参数“Delta E 2000”或ΔE2000被认为是可用于确定人类对可见光谱中任何两种颜色之间的差异的可检测性的最准确的CIE色差算法。

虽然很难在相邻的有源区域和非有源区域之间的整个可见光谱中获得完美的光学特性光谱匹配，但在最小可感知差异内获得颜色匹配并不需要完美。本文提出的实施例可用来获得在可见光谱上非常接近的颜色匹配(例如，≤5％偏差)，以及任选具有更严格的匹配标准(例如，≤2％)，用于在人眼在检测色差时最敏感的可见光谱的那些区域中进行匹配。基于ΔE2000标准，可见光谱中两种颜色之间的最小可检测差异可被认为出现在ΔE2000值为1-3之间，ΔE2000值为1则定义为除了有经验的专业玻璃检查员之外的任何人基本上不可感知。

因此，在本公开的实施例的情况下，可通过将着色元素224嵌入划线填充材料222中来修改由划线内形成的非有源区域的X、Y和Z颜色坐标，使得非有源区域120的X、Y和Z颜色坐标在ΔE2000值为3或更小的范围内与有源区域110的X、Y和Z颜色坐标匹配，从而产生可接受的无失真玻璃板，所述玻璃板在其表面上包括用于建筑应用的有源电子模块。在一些实施例中，对于ΔE2000≤3的行业定义的标准观测器，有源区域和相邻非有源区域之间的偏差可被认为在最小可感知差异内。

图3是图示本发明的一个实施例的制造视觉上均匀的薄膜电子装置的方法300的流程图。应当理解，方法300可结合以上相对于图1和图2描述的任何实施例来实施。由此，方法300的元素可与上述那些实施例的元素结合、组合或代替那些实施例的元素。此外，上述用于这类实施例的元素的功能、结构和其它描述可应用于方法300的类似命名元素，反之亦然。

方法300在310开始于在沉积在衬底上的薄膜材料层的叠层中打开划线，以定义薄膜电子装置的有源区域和非有源区域，其中薄膜材料层的叠层至少包括至少一个有源半导体层。有源区域包括薄膜材料层的叠层的未划线区域，而非有源区域包括薄膜材料层的叠层中薄膜材料被划线去除的区域。方法300进行到320，其中将至少一种划线填充材料沉积到由划线打开的间隙中，其中划线填充材料具有嵌入其中的一种或多种着色元素，其中一种或多种着色元素改变非有源区域的光学特性光谱，以获得在行业定义的标准观测器的最小可感知差异内的有源区域的光学特性光谱。

在310执行的划线可使用本领域技术人员已知的若干种技术中的一种来执行。在一些实施例中，使用激光或机械划线作为局部工艺来执行划线，以选择性地去除先前沉积的薄膜层的层。在一些实施例中，在320沉积到划线中的增色划线填充材料可使用如气溶胶喷射印刷或喷墨印刷的局部沉积技术来施加。这两种技术均具有能够将材料局部沉积到选定区域的优点，可用来精确控制沉积的材料量，并且与高通量制造技术兼容。然而，应当理解，本文提出的实施例不限于气溶胶喷射印刷和/或喷墨印刷。在其它实施例中，如但不限于丝网印刷、凹版印刷和光谱微接触印刷的印刷技术可用来沉积颜色元素增强材料。

在一个实施例中，方法300可包括获得薄膜材料层的叠层的未划线区域的基线光学特性光谱和保留在划线内的任何材料的光学特性光谱，从所述划线去除薄膜材料层的至少一部分。这两个光学特性光谱之间的差异可用来定义将被加回到划线区域的划线填充材料的期望的集合颜色特性。划线填充材料的颜色特性可与通过划线工艺去除的材料的颜色特性颜色匹配，使得所得划线非有源区域将与未划线有源区域颜色匹配。在一些实施例中，为了确定需要添加什么着色元素，建立划线填充材料的固有颜色特性。然后，用嵌入的着色元素增强划线填充材料，所述着色元素将划线填充材料的光学特性光谱驱动为通过划线去除的材料的光学特性光谱。

应当理解，给定划线填充材料的目标光学特性光谱，在薄膜应用中比色法领域的技术人员将能够确定染料和/或颜料的什么组合将最好地用作嵌入划线填充材料中的着色元素，以聚集

应当理解，增强的划线填充材料可但不一定在沉积时立即获得最终的目标光学特性光谱。也就是说，在一些实施例中，取决于着色元素和划线填充材料的材料特性，目标光学特性光谱可通过方法300获得，方法300还包括老化、固化或以其它方式处理沉积的划线填充材料，以使材料达到目标光学特性光谱。举例来说，在320沉积到划线中的增色划线填充材料可经受热处理和/或光处理或其它处理，这引起嵌入划线填充材料内的一种或多种着色元素的光谱质量的变化。举例来说，一种或多种着色元素可相对于颜色、饱和度或不透明度而改变。在一些实施例中，这类沉积后工艺可使得嵌入划线填充材料内的着色元素彼此相互作用，或者与划线填充材料的其它组分相互作用，以使材料达到目标光学特性光谱。尽管在一些实施例中，这类沉积后工艺可作为薄膜电子装置的制造工艺的一部分发生，但在其它实施例中，它可在制造完成之后全部或部分地发生。举例来说，在一些实施例中，应当理解，在安装装置之后，增色划线填充材料可在原位相对于颜色、饱和度或不透明度而改变。在这类实施例中，暴露于预期的环境照明和/或加热可包括用于获得具有目标光学特性光谱的稳态光谱质量的沉积后工艺的一部分。

使用嵌入的着色元素来控制划线填充材料的光学特性光谱可通过许多不同的方式来完成。在一个实施例中，可将在装置单元101中使用的薄膜材料的样品作为着色元素结合到划线填充材料中。将需要测量这类材料作为着色元素的使用，以免以不利的方式改变划线填充材料的电特性。举例来说，在将划线填充材料引入划线中以提供电绝缘体的情况下，划线填充材料将需要以足够低的负载包括这类样品，以便不破坏划线填充材料的绝缘属性。在一些实施例中，划线填充材料的光学特性光谱可使用半导体有源层材料的样品来粗略调整以及嵌入的附加着色元素来微调，以考虑其它装置层的颜色特性。在一些实施方式中，由于划线填充材料中半导体有源层材料的负载减少，因此沉积的划线填充材料的量可超过周围的薄膜层的厚度，但这是可接受的，因为划线填充材料绝缘体可被套印以确保完全隔离。

可用来在划线区域内形成绝缘(例如电介质)层的划线填充材料的实例包括但不限于有机聚合物，如聚(苯乙烯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(乙烯醇)、有机-无机杂化材料，如有机硅氧烷金属-有机框架，或无机聚合物，如硅氧烷或甲状腺素，或适合于非透明应用的陶瓷材料，或它们的组合。可用于划线填充材料以在划线区域内形成导电层的实例材料包括但不限于半透明导体和材料，如氧化铟锡(ITO)纳米粒子、透明导电氧化物(TCO)纳米粒子和其它半透明导体或半导体有机聚合物，或不透明导体，如银(Ag)或其它金属、纳米粒子、纳米线或薄片，或它们的组合。

用于操纵划线填充材料的光学特性光谱的颜色元素不仅可基于它们的着色特性来选择，还可基于其它材料特性(例如，硬度和/或柔韧性)以及它们与它们将被沉积和嵌入其内的材料的总体兼容性来选择。在一些实施例中，被选为着色元素的材料应具有与将被嵌入其中的划线填充材料相同的溶解特性。也就是说，着色元素理想地可溶于与划线填充材料相同的溶剂中，得它们可以在沉积之前混合在一起。如果划线填充材料可溶于水，则被选择用于嵌入所述划线填充材料内的着色元素也应可溶于水。类似地，如果划线填充材料可溶于有机溶剂，则被选择用于嵌入所述划线填充材料内的着色元素也应可溶于相同的有机溶剂。举例来说，水溶性染料领域的技术人员可从期望的水溶性划线填充材料的目标光学特性光谱(其可根据如上所述的一组颜色坐标来定义)开始。给定目标光学特性光谱，他们可从可溶于水的染料和/或颜料中进行选择，以与水溶性划线填充材料组合，从而得到将实现目标光学特性光谱的划线填充材料。类似地，给定目标光学特性光谱，有机溶剂可溶模具的本领域技术人员然后可从可溶于有机溶剂的模具和/或颜料的选择中进行选择，以与可溶于有机溶剂的划线填充材料组合，从而得到将实现目标光学特性光谱的划线填充材料。因此，取决于所选择的绝缘体材料及其在各种溶剂中的溶解度，这将影响所用着色元素的选择。大多数薄膜吸收材料不太可能为水溶性的，但许多常见的商业染料(如食用染料)为水溶性的。如果不能识别出匹配的溶剂，则在一些实施例中，着色元素和绝缘体可被分开印刷并被层叠在彼此之上。

如上所述，可使用具有高分辨率的区域选择性印刷技术将增色划线填充材料选择性地放置在特定划线内和/或上方。举例来说，气溶胶喷射印刷和喷墨印刷是允许灵活地控制沉积的绝缘体量的两种沉积技术。在替代实施例中，也可利用其它印刷技术，如：丝网印刷、凹版印刷、计量棒印刷、弹性印刷和微接触印刷。所有这些技术均利用油墨来实现印刷过程，而每个过程均需要稍微不同的油墨属性。然而，一般来讲，用来沉积增色划线填充材料的油墨将具有大致相似的属性，并且包括溶剂、可溶于溶剂的划线填充材料(无论是绝缘体(电介质)还是导体)以及产生期望的目标光学特性光谱的着色元素(可溶于所选择的溶剂中)。然而，应该理解，在一些情况下，例如，如果可形成可通过上述一种或多种技术印刷的稳定的悬浮液，则油墨的组分可能不需要是可溶的。

还应当理解，有源区域110的未划线层将需要能够承受油墨溶剂的施加而没有实质性的损坏，否则印刷过程可能有害地影响装置100的性能。也可将其它添加剂如表面活性剂、增粘剂、交联剂或其它添加剂添加到油墨中。

在已开发出用于沉积增色划线填充材料的合适油墨并选择了合适的印刷工艺之后，可如下描述实例工艺：通过沉积薄膜层的叠层来制备薄膜光伏模块。进行划线(例如，P3划线或等同物)，然后将包括增色划线填充材料的油墨印刷到划线内侧，达到必要的厚度，以产生光学特性光谱和强度与周围有源区域的良好匹配。在透明接触材料被放置在P2划线内侧的情况下，此材料也可用包括另一种增色划线填充材料的合适油墨套印，以类似地减少或消除P2划线和周围有源区域之间的光学特性光谱和强度失配。在一些实施例中，退火或其它沉积后工艺(例如，紫外线曝光)可用来将绝缘体设置在适当的位置。结果应该是整个P3以及任选P2划线的光学特性光谱和强度的良好匹配，同时还提供了穿过P3划线(分流电阻)以及P2导体和周围环境之间的必要绝缘保护。光学特性光谱匹配应当增强装置100的均匀外观，同时还确保足够的模块性能。此实例指由本领域技术人员已知的用于制造单片互连件的常规P1、P2和P3划线方法所定义的P2和P3划线。然而，本公开中现在公开的颜色匹配的引入也可应用于替代的单片互连配置和薄膜结构，以便消除由光学特性光谱不连续性引起的视觉缺陷。

图4为图示用于制造用于沉积增色划线填充材料的合适油墨的方法400的流程图。所述方法开始于410，确定用于多个着色元素输入样品的强度光谱。如本文所用的术语，“强度光谱”可另选地指吸收光谱、透射光谱或反射光谱。应当理解，尽管本文描述的说明性实例主要涉及吸收光谱的确定，但本领域技术人员可容易地将本文公开的教导应用于透射光谱或反射光谱的确定更理想或更合适的应用。在此特定实例实施例中，为了确定吸收光谱，将多个可用着色元素各自溶解到划线填充材料的单独样品中，以产生多个单独的着色元素输入样品，每个样品对应一个可用的着色元素。每个着色元素输入样品的吸收光谱依据吸收强度(或光密度，O.D.)对波长的关系来测量。举例来说，图5为图示在实验室实验期间从PVAc膜中的一组工业染料(具体地说，蓝色(510)、橙色(520)、黑色(530)、红色(540)和黄色2(550)、由

所述方法进行到420，确定从薄膜叠层去除的材料层的强度光谱。也就是说，确定在图案化期间去除的薄膜材料的光谱质量。如上所述，用于薄膜材料层的叠层的未划线区域的基线光学特性光谱和留在划线内的任何材料的光学特性光谱之间的光学特性光谱的差异可用来定义要添加回划线区域的划线填充材料的期望聚集颜色特性。举例来说，图6图示了在实验室实验中获得的吸收光谱，其中将标准P2划线切割成薄膜材料层的叠层。曲线610指示薄膜材料层的整个叠层和应用P2划线的区域之间的VLT光谱的差异。曲线610因此提供了将划线填充材料添加回划线区域期望的目标颜色匹配光谱。

所述方法进行到430，确定多种着色元素输入样品的比率，以产生划线填充材料油墨，其中比率为从薄膜叠层中去除的材料层提供强度光谱的最佳拟合估计。给定目标颜色匹配光谱610，吸收光谱曲线510-550可应用于线性拟合算法或其它可用数据分析软件，以确定产生针对目标颜色匹配光谱610的最佳拟合曲线的着色元素输入样品的组合。在图6中，曲线620图示了由图5中的吸收光谱510-550图示的5个着色元素输入样品的集合与P2划线的目标颜色匹配光谱610的曲线拟合。在这种情况下，将着色元素输入的样品光谱数据和目标颜色匹配光谱数据输入Igor Pro数据分析软件程序中，以计算最佳拟合颜色匹配曲线620，并且生成指示着色元素输入样品的各自浓度比的对应最小二乘系数值，所述浓度比产生与由目标颜色匹配光谱610所表示的VLT光谱差异的最佳拟合颜色匹配。最佳拟合颜色匹配曲线620的质量是完全可接受的，特别是在550-650nm范围内，这大约是明视区域的峰值。

因此，实验室研究证实，以线性拟合系数值指示的比率嵌入这些着色元素的PVAc材料薄膜可用来调整此P2划线所形成的非有源区域的光学特性光谱，并且调整所述光学特性光谱，以基本上获得薄膜材料层的未划线叠层的光学特性光谱。为了跟踪结果，使用由系数值规定的比率的着色元素，用1wt.％的PVAc制备划线填充材料油墨的溶液，并且制备两种厚度的测试膜。两个不同厚度的薄膜样品由这种划线填充材料油墨制成。第一厚度膜的相关吸收光谱曲线在630示出，而相对较厚的第二厚度曲线在640示出。如曲线630和640所示，划线填充材料的测试膜要么太厚要么太薄，以至于无法提供与最佳拟合颜色匹配曲线620在光密度上的精确匹配。然而，光谱匹配本身的质量是显而易见的，并且可通过调整厚度来实现更精确的光密度匹配。

对标准P3划线进行了类似的实验，如图7所示。图7图示了在实验室实验中获得的吸收光谱，其中将标准P3划线切割成薄膜材料层的叠层。在此实验中，曲线710指示薄膜材料层的整个叠层和应用P3划线的区域之间的VLT光谱的差异。曲线710因此提供了将划线填充材料添加回划线区域期望的目标颜色匹配光谱。在这种情况下，使用相同的工业染料，因此将相同的吸收光谱输入510-550应用于线性拟合算法，以确定需要着色元素输入样品的什么组合来获得目标颜色匹配光谱710的最佳拟合曲线。Igor Pro数据分析软件程序计算最佳拟合颜色匹配曲线720和对应最小二乘系数值，用于产生与目标颜色匹配光谱710的最佳拟合颜色匹配的着色元素输入样品的相应浓度比。使用由系数值规定的比率的着色元素，用1wt.％的PVAc，再次制备划线填充材料油墨的溶液，并且制备两种厚度的测试膜并如曲线730和740所示进行光谱测量。如曲线730和740所示，较厚的测试膜740提供了几乎精确的光密度，尽管与图6中的P2划线实例相比，光谱匹配的质量有所降低。然而，这类结果并非出乎意料，因为P3划线会致使去除更多的薄膜材料层。结果，嵌入的着色元素在所得非有源区域的整个VLT光谱中起着更大的作用。无论如何，此实验证明了颜色匹配的可实现性，即由P3划线的目标颜色匹配光谱表示的光学特性光谱差异。

为了定量分析可从符合最佳拟合颜色匹配曲线比率的划线填充材料油墨中获得的嵌入着色元素的划线填充材料的质量，我们计算了图6和图7的实例中所示的P2和P3参考(颜色匹配)光谱的CIE 1964(10°)XYZ三色和xyz色度值。

表1.CMI过程的计算三色、色度和ΔE2000值

应当注意的是，这些计算利用透射数据，所述透射数据可根据吸光度和/或反射数据来计算，因此可能由于反射和散射而引入一些可忽略的误差。表1中给出了数据，以及将参考光谱与拟合值进行比较的计算值ΔE2000。如低ΔE2000值(～1)所示，拟合的质量非常好。颜色和亮度数据以标准XYZ三色度量(cd/m^2)表示。所有颜色度量可从这些值转换而来。色度坐标(x，y，z)从XYZ亮度值得出。图8提供了xyz色度值的曲线图，以便于对数据进行可见解释。在图8中，P2划线目标颜色匹配光谱610的xyz坐标(以标准XYZ三色度量(cd/m^2)表示)在810示出，最佳拟合颜色匹配曲线620的xyz坐标在812示出，P3划线目标颜色匹配光谱710的xyz坐标在820示出，最佳拟合颜色匹配曲线720的XYZ坐标在822示出。

应当注意的是，当用划线填充材料填充划线时，通常希望使其总厚度与划线的厚度相似，以避免过度填充或填充不足，这可能对外观和/或装置性能产生不利影响。为了确保划线填充材料和周围材料之间的O.D.和光谱之间的良好匹配，有必要调整划线填充材料油墨中着色元素的浓度，以在期望的膜厚度下获得正确的O.D.。换句话说，一旦基于最佳拟合系数值确定了着色元素的比率，就可根据所沉积的期望膜厚度来调整存在于划线填充材料油墨中的着色元素的总浓度。

因此，该方法进行到440，其中基于目标膜厚度来调整存在于划线填充材料油墨中的多个着色元素的总浓度。在一个实施例中，一旦已制备了初始批次的划线填充材料油墨，就可沉积不同厚度的膜(例如，经由刮涂)，并且测量每个膜厚度的强度光谱/O.D.和膜厚度。图9为图示以多种厚度(在910示出)沉积的划线填充材料油墨的O.D.对波长的曲线图，以及目标颜色匹配光谱920。出于实例目的，图9中所示的特定目标颜色匹配光谱对应于图7中所示的P3划线的目标颜色匹配光谱710。在此实例中，在感兴趣的波长435nm(在902示出)、620nm(在904示出)和675nm(在906示出)下的O.D.和对应的膜厚度可用来确定估计厚度。

图10图示了可确定估计厚度的一种实例方式。图10绘制了O.D.与膜厚度的关系图。如图10所示，最小二乘线性回归拟合(y＝a+bx)可从每个感兴趣波长的图中计算(其中435nm的最佳拟合曲线示出在1002，620nm的最佳拟合曲线示出在1004，并且675nm的最佳拟合曲线示出在1006。已研究了本公开的本领域技术人员将理解，取决于特定的应用，可选择其它感兴趣的波长。

根据计算出的拟合度和目标颜色匹配光谱610中的期望O.D.，可如下表2所示估计实现期望OD所需的厚度。

表2.计算的划线填充材料薄膜厚度估计值和比率

举例来说，假设沉积到划线中的划线填充材料的目标厚度为750nm，则估计厚度与目标厚度的比率提供了对将需要的染料浓度调整的估计。举例来说，取三个比率(3.46、4.40和5.35)的平均值表明，对于上面图7中描述的P3划线的实例，在目标厚度下产生期望的O.D.需要划线填充材料油墨中的着色元素浓度增加大约4.4倍。

实例实施例

实例1包括一种用于生产薄膜电子装置的方法，所述方法包括：在沉积在衬底上的薄膜材料层的叠层中打开划线，以定义薄膜电子装置的有源区域和非有源区域，其中薄膜材料层的叠层包括至少一个有源半导体层，其中有源区域包括薄膜材料层的叠层的未划线区域，其中非有源区域包括薄膜材料层的叠层中薄膜材料被划线去除的区域；将至少一种划线填充材料沉积到由划线打开的间隙中，其中划线填充材料具有嵌入其中的一种或多种着色元素，其中一种或多种着色元素改变非有源区域的光学特性光谱，以获得在行业定义的标准观测器的最小可感知差异内的有源区域的光学特性光谱。

实例2包括实例1的方法，其还包括：确定多个着色元素输入样品的强度光谱；确定从薄膜叠层中去除的材料层的强度光谱；确定多个着色元素输入样品的比率以产生划线填充材料油墨，其中所述比率提供从薄膜叠层中去除的材料层的强度光谱的最佳拟合估计；基于目标膜厚度，调整存在于划线填充材料油墨中的多种着色元素的总浓度。

实例3包括实例1-2中任一项的方法，其中非有源区域的光学特性光谱获得ΔE2000≤3内的有源区域的光学特性光谱。

实例4包括实例1-3中任一项的方法，其中在薄膜材料层的叠层中打开划线包括使用激光或机械划线从沉积在衬底上的薄膜材料层中选择性地去除材料。

实例5包括实例1-4中任一项的方法，其中划线包括P1、P2或P3划线中的至少一种。

实施例6包括实施例1-5中任一项的方法，其中衬底相对于可见光为透明的或不透明的。

实例7包括实例1-6中任一项的方法，其中将至少一种划线填充材料沉积到由划线打开的间隙中包括气溶胶喷射印刷、喷墨印刷、丝网印刷、凹版印刷和光谱微接触印刷中的一种。

实例8包括实例1-7中任一项的方法，其中将至少一种划线填充材料沉积到由划线打开的间隙中包括将划线填充材料油墨沉积到非有源区域上，其中划线填充材料油墨包括：溶剂、至少一种划线填充材料和一种或多种着色元素，其中一种或多种着色元素和至少一种划线填充材料可溶于溶剂中。

实施例9包括实施例8的方法，其中一种或多种着色元素可溶于溶剂中。

实例10包括实例8-9中任一项的方法，其还包括：确定有源区域中的薄膜材料层的叠层的基线光学特性光谱；在将至少一种划线填充材料沉积到由划线打开的间隙中之前，确定保留在非有源区域中的薄膜材料的光学特性光谱；确定基线光学特性光谱和保留在非有源区域中的薄膜材料的光学特性光谱之间的差异；以及根据差异选择一种或多种着色元素。

实例11包括实例10的方法，其中一种或多种着色元素以驱动划线填充材料的光学特性光谱的比率来选择，以获得通过打开划线而去除的材料的光学特性光谱。

实例12包括实例1-11中任一项的方法，其中一种或多种着色元素包括与包括在至少一个有源半导体层中的相同半导体材料的样品。

实例13包括实例1-12中任一项的方法，其中至少一种划线填充材料包括陶瓷。

实例14包括实例1-13中任一项的方法，其中沉积至少一种划线填充材料包括制造单片电互连件的至少一部分。

实例15包括实例1-14中任一项的方法，其中沉积至少一种划线填充材料包括制造边缘隔离密封件的至少一部分。

实例16包括实例1-15中任一项的方法，其中有源半导体层包括有机光伏半导体吸收层

实例17包括薄膜半导体装置，所述装置包括：沉积在衬底上的薄膜材料层的叠层，所述薄膜材料层的叠层被细分为多个半导体装置单元，这些半导体装置单元被一个或多个划线划分为有源区域和非有源区域，其中所述薄膜材料层的叠层包括至少一个有源半导体层，其中多个半导体装置单元中的第一半导体装置单元定义薄膜半导体装置的有源区域，其中有源区域包括由第一光学特性光谱定义的颜色特性；以及形成在衬底上邻近有源区域的非有源区域，非有源区域包括嵌入有至少一种着色元素的至少一种划线填充材料，非有源区域具有由第二光学特性光谱定义的颜色特性；其中第一光学特性光谱和第二光学特性光谱在行业定义的标准观测器的最小可感知差异之内匹配。

实例18包括实例17的装置，其中有源半导体层包括有机光伏半导体吸收层。

实例19包括实例17-18中任一项的装置，其中非有源区域的第二光学特性光谱获得有源区域的第一光学特性光谱，所述有源区域的第一光学特性光谱在可见光谱上的偏差≤5％，并且对于可见光谱内的至少一个波长的偏差≤2％。

实例20包括实例17-19中任一项的装置，其中非有源区域的第二光学特性光谱获得在ΔE2000≤3内的有源区域的第一光学特性光谱。

实例21包括实例17-20中任一项的装置，其中至少一种着色元素和至少一种划线填充材料均为可溶于第一溶剂中的材料。

实例22包括实例17-21中任一项的装置，其中至少一种划线填充材料包括：嵌入有第一着色元素的第一划线填充材料和嵌入有第二着色元素的第二划线填充材料。

实例23包括实例17-22中任一项的装置，其中至少一种划线填充材料包括电绝缘材料，并且至少一种着色元素包括颜料材料或染料材料。

实例24包括实例17-23中任一项的装置，其中至少一种划线填充材料包括导电材料，并且至少一种着色元素包括颜料材料或染料材料。

实例25包括实例17-24中任一项的装置，其中至少一种着色元素包括与包括在至少一个有源半导体层中的相同半导体材料的样品。

实例26包括实例17-25中任一项的装置，其中衬底在可见光谱上为不透明的。

实例27包括实例17-26中任一项的装置，其中至少一种划线填充材料包括陶瓷。

实例28包括实例17-27中任一项的装置，其中非有源区域包括电单片互连件的至少一部分。

实例29包括实例17-28中任一项的装置，其中非有源区域包括边缘隔离密封件的至少一部分。

尽管这里已示出和描述了特定的实施例，但本领域的普通技术人员将理解，被计算为实现相同目的的任何布置均可代替所示的特定实施例。本申请旨在覆盖所提出的实施例的任何改编或变型。因此，显然，旨在使实施例仅由权利要求及其等同物限制。