DE102008051656A1 - Verfahren zum Aufbringen einer metallischen Elektrode auf eine Polymerschicht - Google Patents
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Abstract
Mit der vorliegenden Erfindung soll ein Verfahren zum Aufbringen einer metallischen Elektrode (Kathode) auf eine Polymerschicht ohne Verwendung von Vakuumtechnik bereitgestellt werden.
Erfindungsgemäß werden die metallischen Elektroden (Kathoden) vollständig aus der Lösung prozessiert.
Anwendung kann diese Erfindung bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen, insbesondere von Polymer-Solarzellen, finden.
Erfindungsgemäß werden die metallischen Elektroden (Kathoden) vollständig aus der Lösung prozessiert.
Anwendung kann diese Erfindung bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen, insbesondere von Polymer-Solarzellen, finden.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer metallischen Elektrode auf eine Polymerschicht, z. B. für die Herstellung von elektronischen Bauelementen, insbesondere von Polymer-Solarzellen.
- Die Produktion von Polymer-Solarzellen (oder allgemein: aus der Lösung prozessierten Solarzellen) erfordert das Aufbringen eines Ladungsträger-sammelnden Rückkontaktes. Stand der Technik sind hier thermische Sublimation oder Sputterdeposition im Vakuum. Die Verwendung von Vakuumprozessen bedingt jedoch hohe Installationskosten der Produktionsanlage, hohe Produktionskosten und einen geringen Durchsatz von Halbzeug verglichen mit zum Beispiel Druckmaschinen. Die vorliegende Erfindung beschreibt die Aufbringung eines anorganischen Rückkontaktes mit Hilfe von reinen Druckprozessen bzw. Beschichtungsprozessen von Flüssigkeiten.
- Stand der Technik ist derzeit die Verwendung von thermischen Sublimations- und Sputterdepositionsprozessen in der Vakuumkammer. Es sind bereits auch erste Lösungen mit organischen semitransparenten Elektroden (
US 006 083 635 A ) und diese auch in Verbindung mit Stromableitgittern aus Silberleitpaste (WO 2004/051 756 A2 - Derzeit sind keine Lösungen zur drucktechnischen oder anderweitig aus der Lösung prozessierten Aufbringung von Kathodenkontakten (Kontakte zur Elektroneninjektion (OLED) und Elektronenextraktion in der Solarzelle) bekannt. Diese Kontakte erfordern je nach Anwendung eine relativ geringe Austrittsarbeit (2.5–4.5 eV,), welche nur von relativ unedlen Metallen, die mit Vakuumdepositionsprozessen aufgebracht werden, gewährleistet wird. Die drucktechnische oder aus der Lösung prozessierte Aufbringung von Anodenkontakten – wie bereits oben erwähnt – erfordert weiterhin das Aufbringen einer Kathode auf ein geeignetes Trägersubstrat. Hierzu wurden bisher keine anderen Lösungen als die Vakuumdeposition von Metallen realisiert. Ein weiterer Nachteil der organischen Elektroden liegt in der Degradation unter UV-Licht, sowie der Wasserempfindlichkeit aufgrund hygroskopischer Einflüsse.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zum Aufbringen einer metallischen Elektrode auf eine Polymerschicht bereitzustellen, mit dem der Einsatz von Vakuumtechnik vermieden werden kann, so dass eine Optimierung des Herstellungs- und Installationsprozesses realisiert werden kann.
- Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist im Unteranspruch angegeben.
- Mit der vorliegenden Erfindung werden lösungsprozessierte metallische Elektroden (Kathoden) für elektronische Bauelemente, insbesondere Polymer-Solarzellen, realisiert.
- Ein direktes Aufbringen einer Lösung aus metallischen Nanopartikeln auf eine photoaktive Schicht würde ein Anlösen der letzteren bewirken. Deshalb wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zuerst einen Metalloxid-Vorläufer (engl. Precursor) aus der Lösung auf die photovoltaisch aktive Schicht aufzubringen. Anschließend wird dieser entweder allein oder zusammen mit der nachfolgenden metallischen Schicht thermisch, chemisch oder photochemisch in eine amorphe bzw. semikristalline oder kristalline deckende dünne Schicht umgewandelt. Diese Schicht hat hernach die Eigenschaft, chemisch sehr innert zu sein, also insbesondere keine Reaktion mit dem photovoltaisch aktiven Material einzugehen. Des Weiteren wird eine besondere Deckung mit dieser Schicht erreicht, welche ein Hindurchdiffundieren der darauffolgenden Metallschicht verhindert. Eine möglich Realisierung einer Metalloxidschicht ist beispielsweise mit Titan-Oxid in
WO 2007/040601 A1 WO 2007/079500 A2 - Die zweite Schicht besteht aus metallischen Nanopartikeln, welche ebenfalls aus der Lösung auf die Metalloxid-Schicht aufgebracht wird. Diese metallische Nanopartikel-Schicht wird anschließend entweder unabhängig von oder gemeinsam mit der darunterliegenden Metalloxid-Schicht thermisch, chemisch oder photochemisch transformiert. Die metallische Nanopartikel-Schicht macht sich die Eigenschaft zunutze, daß metallische Nanopartikel bei viel geringeren Temperaturen schmelzen und so einen geschlossenen Film bilden als Partikel im Mikrometer-Bereich. Somit ermöglicht diese Methode die Verwendung von plastischen Foliensubstraten, welche nur bedingt temperaturstabil sind.
- Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Doppelschichtelektrode ist zum einen an die elektronischen Energiebänder angepasst und hat zum andern eine genügend hohe Leitfähigkeit. Zusätzlich wird auch die Stabilität der metallischen Elektrode mit der Metalloxid-Zwischenschicht erhöht.
- Zusammen mit einer lösungsprozessierten Anode erlaubt die vorliegende Erfindung den vollständigen Verzicht auf Vakuumtechnologien z. B. bei der Herstellung aller sukzessiven Schichten einer Polymer-Solarzelle.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
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- - WO 2004/051756 A2 [0003]
- - WO 2007/040601 A1 [0008]
- - WO 2007/079500 A2 [0008]
Claims (3)
- Verfahren zum Aufbringen einer metallischen Elektrode auf eine Polymerschicht dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der metallischen Elektrode als Dispersion aus metallischen Nanopartikeln oder Lösung aus in organischen Molekülen eingebundenen Metallen eine Metalloxidschicht aus einer flüssigen Phase auf die Polymerschicht aufgebracht und in einem anschließenden Sinterprozess zu einer amorphen, semikristallinen oder vollkristallinen Schicht chemisch, thermisch oder photochemisch umgewandelt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxidschicht zusammen mit der Dispersion aus metallischen Nanopartikeln oder der Lösung aus in organischen Molekülen eingebundenen Metallen gesintert bzw. thermisch, chemisch oder photochemisch umgewandelt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxidschicht und/oder die Dispersion aus metallischen Nanopartikeln oder die Lösung aus in organischen Molekülen eingebundenen Metallen bei einer für plastische Foliensubstrate geeigneten Temperatur gesintert bzw. thermisch, chemisch oder photochemisch umgewandelt werden.
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