[go: up one dir, main page]

WO2011015550A1 - Verdampfer system für organische schichten und bauelemente - Google Patents

Verdampfer system für organische schichten und bauelemente Download PDF

Info

Publication number
WO2011015550A1
WO2011015550A1 PCT/EP2010/061202 EP2010061202W WO2011015550A1 WO 2011015550 A1 WO2011015550 A1 WO 2011015550A1 EP 2010061202 W EP2010061202 W EP 2010061202W WO 2011015550 A1 WO2011015550 A1 WO 2011015550A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
organic
heated
substrate
mixture
deposited
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2010/061202
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bert MÄNNIG
Wolf-Michael Gnehr
Martin Pfeiffer
Karsten Walzer
Andre Weiss
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heliatek GmbH
Original Assignee
Heliatek GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heliatek GmbH filed Critical Heliatek GmbH
Publication of WO2011015550A1 publication Critical patent/WO2011015550A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/60—Deposition of organic layers from vapour phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/12—Organic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • H10K71/15—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating characterised by the solvent used
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/16—Deposition of organic active material using physical vapour deposition [PVD], e.g. vacuum deposition or sputtering
    • H10K71/164—Deposition of organic active material using physical vapour deposition [PVD], e.g. vacuum deposition or sputtering using vacuum deposition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/34—Applying different liquids or other fluent materials simultaneously
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40—Organic transistors
    • H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a process for producing organic layers, organic multilayer systems or organic components, in particular organic
  • OLEDs organic light emitting diodes
  • OFET organic field effect transistors
  • the invention relates to organic layers, organic multilayer systems or organic
  • Organic solar cells consist of a sequence of thinner ones
  • Contacting can be effected by metal layers, transparent conductive oxides (TCOs) and / or transparent conductive polymers (PEDOT-PSS, PANI).
  • TCOs transparent conductive oxides
  • PEDOT-PSS transparent conductive polymers
  • a solar cell converts light energy into electrical energy.
  • photoactive is understood here, namely the conversion of light energy into electrical power.
  • organic-based devices over conventional inorganic-based devices (semiconductors such as silicon, gallium arsenide) is the sometimes extremely high optical absorption coefficients (up to 2 ⁇ 10 5 cm -1 ), which offers the possibility of low material and material costs Energy expenditure to produce very thin solar cells. Further technological aspects are the low cost, the possibility of producing flexible large-area components on plastic films, and the almost unlimited possibilities of variation and the unlimited availability of organic chemistry.
  • semiconductor-based devices semiconductorsemiconductors such as silicon, gallium arsenide
  • n or p denotes an n- or p-type doping, which leads to an increase in the density of free electrons or holes in the thermal equilibrium state. In this sense, such layers are primarily to be understood as transport layers.
  • i-layer designates an undoped layer (intrinsic layer).
  • One or more i-layer (s) may in this case consist of layers of a material as well as a mixture of two materials (so-called interpenetrating networks). The light incident through the transparent base contact generates excitons in the i-layer or in the n- / p-layer. These excitons can only by very high electrical
  • the transport layers are transparent or largely transparent materials with a wide band gap (wide-gap).
  • wide-gap materials here materials are referred to, the absorption maximum in the wavelength range ⁇ 450 nm, preferably at ⁇ 400 nm.
  • Thin films certainly fulfill this criterion.
  • the use of monocrystalline organic materials is not possible and the production of multiple layers with sufficient structural perfection is still very difficult.
  • the i-layer is a mixed layer
  • phase separation Material in the mixed layer. This partial segregation is referred to as phase separation.
  • the equilibrium charge carrier concentration in the layer is increased and the conductivity is increased.
  • the doped layers are used as injection layers on the
  • Patent application EP0000829 or a mixed layer
  • ADABCO materials are as
  • small molecules are understood to mean non-polymeric organic molecules having monodisperse molecular weights of between 100 and 2,000 Under normal pressure (air pressure of the surrounding atmosphere) and at
  • these small molecules can also be photoactive, it being understood under photoactive that the molecules are under Light incidence change its charge state.
  • a deposition in a low-pressure gas phase organic vapor phase deposition, OVPD, eg US20083112966.
  • OVPD organic vapor phase deposition
  • the organic material in the unheated state, is in solid form and it is also the only material that is converted to the gas phase.
  • a ceramic or a metal may be present which preferably has a highly porous form
  • Evaporation temperatures often between 200 and 400 0 C, in some cases even more than 500 0 C and these temperatures survive many organic molecules not decomposition.
  • the evaporator sources must be filled with so much material that ideally an uninterrupted production for one week is possible.
  • the organic materials must withstand the high temperatures inside the evaporator without decomposition for at least one or more days.
  • tracking systems are currently being discussed: In these systems, the actual amount of organics is in a separate container or chamber and is gradually introduced gradually into the source space. This is eg over pressed pellets, which have a chute in the
  • Tracking system are technically very difficult to implement and thus complex and expensive.
  • a special problem is that the unit that tracks the material must not be evaporated with material, otherwise the tracking system will become "clogged".
  • the invention is therefore based on the object
  • the base pressure without running coating is in the range 10 ⁇ 2 to 10 -10 mbar, if the deposition is a gas stream, the pressure suitable surfaces of up to 10 ⁇ ° mbar be high) located.
  • the object is achieved by a method for the deposition of organic materials according to claim 1.
  • the source of the evaporator system is constructed so that in it the organic material to be deposited is mixed in a further material, wherein the further material serves as a carrier material and the mixture of both materials or at least as Carrier material serving further material is present in liquid or supercritical form,
  • the support material can in this process in a predominant ratio (> 10 times the mol
  • a vacuum system containing such a source is one
  • the organic material is not solid, but in dissolved form.
  • the organic material is simply dissolved in a solvent.
  • a solvent For better solubility, it can be the
  • Solvent (co-solvent) should be present to the
  • a plurality of organic materials may be dissolved to form a mixed layer or a doped layer of a
  • the solvent in the supercritical state also called supercritical state or super- / supercritical fluid:
  • the three phases are first distinguished solid, liquid and gaseous.
  • the p (T) diagram also called phase diagram, there are clear boundaries of the three phases, which are referred to as sublimation curve, melting curve and vapor pressure curve.
  • the solvent is first liquefied in a condenser. Before it flows into the extractor, the fluid becomes the extraction pressure pE
  • the fluid loads with the substance to be micronized.
  • the loading yE depends strongly on the extraction pressure pE, the TE extraction temperature and the residence time in the extractor.
  • the supercritical solution is heated to the desired pre-expansion temperature TO.
  • the material system one can influence the size of the particles via the temperature TO, and on the other hand one becomes
  • Particles are deposited on a filter that
  • the supercritical phase of a solvent is used to dissolve therein the organic material and then to expand this supercritical mixture through a nozzle into a vacuum system in which the dissolved organic
  • Material can be deposited on a surface to be coated. This is the formerly supercritical
  • the nozzle is heated to supply the necessary heat of vaporization for fluid and the organic material to be vaporized and to prevent clogging of the nozzle.
  • the organic material to be transported is transferred by the expansion in its gas phase and from this deposited on a surface to be coated or on a heated plate. This is very advantageous if molecular films with particularly low crystallinity are to be produced.
  • a particular advantage of the present invention is that it is possible to use various substances as solvents which otherwise behave completely inert both with regard to the organic substances and with respect to the surfaces to be coated and the organic materials which may have already been deposited on them.
  • Another advantage is the possibility of using substances as solvents which do not dissolve the organic materials to be deposited under normal pressure.
  • substances whose critical temperature Tc ⁇ 600 K and whose critical pressure pc is ⁇ 25 MPa can be used as the solvent.
  • Solvent nor ammonia, water, methanol, propanol, methane and also fluoroalkanes or hydrofluoroalkanes in question.
  • more than one organic substance is deposited simultaneously.
  • the mixing ratio of the materials to be separated can thus already be adjusted in the supercritical phase.
  • particles, ie clusters of the organic material are formed after exiting the nozzle. In such a case, the layers deposited on the substrate will also become bulk of them
  • Particles or clusters exist. This can be for the
  • the particles may be in crystalline form. Especially if two different
  • organic materials can be used, so can the
  • the organic material is not present in the form of particles in the vacuum, but isolated. In the case of small molecules, at least a large proportion of the molecules should then be present individually.
  • particle formation at the nozzle may be e.g. be prevented by suitable pressure and temperature conditions to evaporate the organic material as completely as possible.
  • the resulting particles are then separated:
  • a heated component Figure 3
  • This component may be a plate, or a tube, possibly in a porous form with enlarged
  • the object formed therefrom can then be referred to as an evaporator and as such for
  • the organic material is in supercritical carbon dioxide (CO2), xenon, ethane, propane, butane, ethyne, ethene, ethanol,
  • an organic component is produced, which is used as an organic pin solar cell or
  • an organic component is produced, which is pronounced as organic light emitting diode (OLED), organic memory device, organic transistor or organic diode.
  • OLED organic light emitting diode
  • Multi-layer system or an organic device can be produced using supercritical organic materials.
  • Materials or at least serving as a carrier material further material is formed as a fluid and this
  • Material mixture is expanded into the vacuum of a coating system.
  • a fluid is considered both a liquid phase and a supercritical phase of the carrier material.
  • the deposition is via adjustable process parameters, such as
  • the material mixture is stored in a container.
  • Container is located outside of the serving for coating vacuum chamber.
  • the increased pressure refers relative to the pressure of the
  • a further co-carrier material or co-solvent is present in the material mixture.
  • it is a continuous process.
  • it is a continuous process which requires refilling at the earliest after 10 hours, preferably after 50 hours.
  • substances whose critical temperature Tc ⁇ 600 K, in particular Tc ⁇ 450 K and their critical pressure pc ⁇ 25 MPa are used as carrier material.
  • the organic material is selected in a material selected from the group consisting of carbon dioxide (CO 2 ), xenon, ethane,
  • more than one organic material is dissolved in the carrier material.
  • more than one organic material is dissolved in the carrier material and the various organic materials are simultaneously deposited on the substrate.
  • At least one organic material is a small molecule. In a further embodiment of the invention, at least one organic material is a
  • the deposition is carried out on a heated substrate, wherein the substrate is heated to such a temperature that the
  • Layer of the deposited organic material on the substrate is achieved.
  • the heated component is a tube. In a further embodiment of the invention, the heated component is a plate.
  • the heated component is a free-formed surface.
  • the heated component has a porous shape with enlarged
  • the carrier material is pumped out of the coating plant and then used again for the production of the material mixture.
  • the expansion takes place in the vacuum chamber by means of a nozzle.
  • the nozzle is heated.
  • the nozzle is heated.
  • an organic layer by means of the method according to the invention or the device according to the invention an organic layer, an organic
  • Multilayer system or an organic device in particular an organic solar cell, an organic light emitting diode (OLED), an organic thin film memory, an organic laser or an organic field effect transistor (OFET).
  • OLED organic light emitting diode
  • OFET organic field effect transistor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung organischer Schichten, organischer Mehrfachschichtsysteme oder organischer Bauelemente, insbesondere organischer Solarzellen, organischer Leuchtdioden (OLEDs), organischer Dünnschichtspeicher, organischer Laser oder organischer Feldeffekttransistoren (OFET). Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem eine organische Schicht oder ein organisches Mehrfachschichtsystem oder ein organisches Bauelement unter Verwendung von überkritischen organischen Materialien erzeugt werden.

Description

VerdampferSystem für organische Schichten und Bauelemente
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung organischer Schichten, organischer Mehrfachschichtsysteme oder organischer Bauelemente, insbesondere organischer
Solarzellen, organischer Leuchtdioden (OLEDs), organischer Dünnschichtspeicher, organischer Laser oder organischer Feldeffekttransistoren (OFET) .
Weiterhin betrifft die Erfindung organische Schichten, organische Mehrfachschichtsysteme oder organische
Bauelemente, insbesondere organische Solarzellen, organische Leuchtdioden (OLEDs), organische Dünnschichtspeicher, organische Laser oder organische Feldeffekttransistoren (OFET) , die nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 hergestellt worden sind. Seit der Demonstration der ersten organischen Solarzelle mit einem Wirkungsgrad im Prozentbereich durch Tang et al . 1986 [CW. Tang et al . Appl . Phys . Lett. 48, 183 (1986)], werden organische Materialien intensiv für verschiedene
elektronische und optoelektronische Bauelemente untersucht. Organische Solarzellen bestehen aus einer Folge dünner
Schichten (typischerweise lnm bis lμm) aus organischen
Materialien, welche bevorzugt im Vakuum aufgedampft oder aus einer Lösung aufgeschleudert werden. Die elektrische
Kontaktierung kann durch Metallschichten, transparente leitfähige Oxide (TCOs) und/oder transparente leitfähige Polymere (PEDOT-PSS, PANI) erfolgen.
Eine Solarzelle wandelt Lichtenergie in elektrische Energie um. In diesem Sinne wird hier der Begriff "photoaktiv" verstanden, nämlich der Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Im Gegensatz zu anorganischen
Solarzellen werden bei organischen Solarzellen durch das Licht nicht direkt freie Ladungsträger erzeugt, sondern es bilden sich zunächst Exzitonen, also elektrisch neutrale Anregungszustände (gebundene Elektron-Loch-Paare) . Erst in einem zweiten Schritt werden diese Exzitonen in freie
Ladungsträger getrennt, die dann zum elektrischen Stromfluß beitragen .
Der Vorteil solcher Bauelemente auf organischer Basis gegenüber den konventionellen Bauelementen auf anorganischer Basis (Halbleiter wie Silizium, Galliumarsenid) sind die teilweise extrem hohen optischen Absorptionskoeffizienten (bis zu 2xlO5 cm'1), so dass sich die Möglichkeit bietet, mit geringem Material- und Energieaufwand sehr dünne Solarzellen herzustellen. Weitere technologische Aspekte sind die niedrigen Kosten, die Möglichkeit, flexible großflächige Bauteile auf Plastikfolien herzustellen, und die nahezu unbegrenzten Variationsmöglichkeiten und die unbegrenzte Verfügbarkeit der organischen Chemie. Eine in der Literatur bereits vorgeschlagene
Realisierungsmöglichkeit einer organischen Solarzelle besteht in einer pin -Diode [Martin Pfeiffer, „Controlled doping of organic vacuum deposited dye layers: basics and applications", PhD thesis TU-Dresden, 1999.] mit folgendem Schichtaufbau:
0. Träger, Substrat,
1. Grundkontakt, meist transparent,
2. p- Schicht (en) , 3. i- Schicht (en) 4. n- Schicht (en) , 5. Deckkontakt. Hierbei bedeutet n bzw. p eine n- bzw. p-Dotierung, die zu einer Erhöhung der Dichte freier Elektronen bzw. Löcher im thermischen Gleichgewichtszustand führt. In diesem Sinne sind derartige Schichten primär als Transportschichten zu verstehen. Die Bezeichnung i-Schicht bezeichnet demgegenüber eine undotierte Schicht (intrinsische Schicht) . Eine oder mehrere i-Schicht (en) können hierbei Schichten sowohl aus einem Material, als auch eine Mischung aus zwei Materialien (sogenannte interpenetrierende Netzwerke) bestehen. Das durch den transparenten Grundkontakt einfallende Licht erzeugt in der i-Schicht bzw. in der n-/p-Schicht Exzitonen. Diese Exzitonen können nur durch sehr hohe elektrische
Felder oder an geeigneten Grenzflächen getrennt werden. In organischen Solarzellen stehen ausreichend hohe Felder nicht zur Verfügung, so dass alle Erfolg versprechenden Konzepte für organische Solarzellen auf der Exzitonentrennung an photoaktiven Grenzflächen beruhen. Die Exzitonen gelangen durch Diffusion an eine derartige aktive Grenzfläche, wo Elektronen und Löcher voneinander getrennt werden. Diese kann zwischen der p- (n-) Schicht und der i-Schicht bzw. zwischen zwei i-Schichten liegen. Im eingebauten
elektrischen Feld der Solarzelle werden die Elektronen nun zum n-Gebiet und die Löcher zum p-Gebiet abtransportiert. Vorzugsweise handelt es sich bei den Transportschichten um transparente oder weitgehend transparente Materialien mit großer Bandlücke (wide-gap) . Als wide-gap Materialien werden hierbei Materialien bezeichnet, deren Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich <450nm liegt, bevorzugt bei <400nm.
Da durch das Licht immer erst Exzitonen erzeugt werden und noch keine freien Ladungsträger, spielt die
rekombinationsarme Diffusion von Exzitonen an die aktive Grenzfläche eine kritische Rolle bei organischen
Solarzellen. Um einen Beitrag zum Photostrom zu leisten, muss daher in einer guten organischen Solarzelle die
Exzitonendiffusionslänge die typische Eindringtiefe des Lichts deutlich übersteigen, damit der überwiegende Teil des Lichts genutzt werden kann. Strukturell und bezüglich der chemischen Reinheit perfekte organische Kristalle oder
Dünnschichten erfüllen durchaus dieses Kriterium. Für großflächige Anwendungen ist allerdings die Verwendung von monokristallinen organischen Materialien nicht möglich und die Herstellung von Mehrfachschichten mit ausreichender struktureller Perfektion ist bis jetzt noch sehr schwierig.
Falls es sich bei der i-Schicht um eine Mischschicht
handelt, so übernimmt die Aufgabe der Lichtabsorption entweder nur eine der Komponenten oder auch beide. Der
Vorteil von Mischschichten ist, dass die erzeugten Exzitonen nur einen sehr kurzen Weg zurücklegen müssen bis sie an eine Domänengrenze gelangen, wo sie getrennt werden. Der
Abtransport der Elektronen bzw. Löcher erfolgt getrennt in den jeweiligen Materialien. Da in der Mischschicht die
Materialien überall miteinander im Kontakt sind, ist bei diesem Konzept entscheidend, dass die getrennten Ladungen eine lange Lebensdauer auf dem jeweiligen Material besitzen und von jedem Ort aus geschlossene Perkolationspfade für beide Ladungsträgersorten zum jeweiligen Kontakt hin
vorhanden sind. Diese geschlossenen Perkolationspfade werden üblicherweise durch eine gewisse Phasenseparation in der Mischschicht realisiert, d.h. die beiden Komponenten sind nicht völlig durchmischt, sondern es befinden sich
(bevorzugt kristalline) Nanopartikel aus jeweils einem
Material in der Mischschicht. Diese teilweise Entmischung wird als Phasenseparation bezeichnet.
Aus US 5,093,698 ist die Dotierung organischer Materialien bekannt: Durch Beimischung einer akzeptorartigen bzw.
donatorartigen Dotiersubstanz wird die Gleichgewichtsladungsträgerkonzentration in der Schicht erhöht und die Leitfähigkeit gesteigert. Nach US 5,093,698 werden die dotierten Schichten als Injektionsschichten an der
Grenzfläche zu den Kontaktmaterialien in elektrolumineszierenden Bauelementen verwendet. Ähnliche Dotierungsansätze sind analog auch für Solarzellen
zweckmäßig .
Aus der Literatur sind verschiedene
Realisierungsmöglichkeiten für die photoaktive i-Schicht bekannt: So kann es sich hierbei um eine Doppelschicht
(Patentanmeldung EP0000829) oder eine Mischschicht
(Hiramoto, Appl . Phys.Lett. 58,1062 (1991)) handeln. Bekannt ist auch eine Kombination aus Doppel-und Mischschichten (Hiramoto, Appl. Phys.Lett. 58,1062 (1991); Patent
US6559375) . Ebenfalls bekannt ist, dass das
Mischungsverhältnis in verschiedenen Bereichen der
Mischschicht unterschiedlich ist (Patentanmeldung US
20050110005) bzw. das Mischungsverhältnis einen Gradienten aufweist.
Weiterhin sind Tandem- bzw. Mehrfachsolarzellen aus der Literatur bekannt (Hiramoto, Chem. Lett.,1990, 327 (1990); Patentanmeldung DE 102004014046) .
Auch sind sogenannte ADABCO-Materialien als
Absorbermaterialien bekannt (WO2006092134) , der exzitonische ping-pong-Effekt zur Erzeugung von Ladungsträgern
(WO2006092135 Der Text dieser Druckschriften wird hiermit auch zum Gegenstand der vorliegenden Erfindungsbeschreibung gemacht . Organische Bauelemente aus kleinen Molekülen werden durch thermisches Verdampfen im Vakuum hergestellt. Unter kleinen Molekülen werden im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht- polymere organische Moleküle mit monodispersen Molmassen zwischen 100 und 2000 verstanden, die unter Normaldruck (Luftdruck der uns umgebenden Atmosphäre) und bei
Raumtemperatur in fester Phase vorliegen. Insbesondere könnend diese kleinen Molekülen auch photoaktiv sein, wobei unter photoaktiv verstanden wird, dass die Moleküle unter Lichteinfall ihren Ladungszustand ändern. Bekannt ist auch eine Abscheidung in einer Niederdruckgasphase (organic vapour phase deposition, OVPD; z.B. US2008311296) . In beiden Fällen ist allerdings ein Behälter notwendig, in dem das organische Material erhitzt und verdampft wird.
Materialabhängig kann es sich bei der Verdampfung dabei um eine direkte Sublimation (fest ==> gasförmig) handeln oder das organische Material schmilzt zuerst und verdampft dann (fest ==> flüssig ==> gasförmig) . Die flüssige Phase
entsteht hier aufgrund der erhöhten Temperatur. Bei allen diesen Techniken liegt im ungeheizten Zustand das organische Material in fester Form vor und es ist auch das einzige Material, welches in die Gasphase überführt wird. In dem Behälter, in dem sich das organische Material befindet, kann zur Unterstützung der Verdampfung (Homogenität, größere Oberfläche) noch eine Keramik oder ein Metall vorhanden sein, welches bevorzugt eine hochporöse Form aufweist
(WO2006100058) .
Ein großes Problem bei der Verdampfung ist, dass die
Verdampfungstemperaturen oft zwischen 200 und 4000C, teilweise sogar über 5000C liegen und diese Temperaturen viele organische Moleküle nicht zersetzungsfrei überstehen. Für einen kontinuierlichen Produktionsprozess müssen die Verdampferquellen mit so viel Material befüllt werden, dass idealerweise eine ununterbrochene Produktion für eine Woche möglich ist. Selbst falls mehrere Quellen an einer Position installiert sind und ohne Zeitverlust zwischen den Quellen gewechselt werden kann (so genannte Revolversysteme) müssen die organischen Materialien zumindest einen oder mehrere Tage die hohen Temperaturen innerhalb des Verdampfers zersetzungsfrei überstehen. Als eine Lösung werden daher derzeit so genannte Nachführsysteme diskutiert: Bei diesen Systemen befindet sich die eigentliche Menge an Organik in einem separaten Behälter bzw. Kammer und wird kontinuierlich nach und nach in den Quellenraum eingeführt. Dies ist z.B. über gepresste Pellets, die über eine Rutsche in die
eigentliche Verdampferquelle fallen möglich (weiteres:
kleine Quellen werden reingeschoben; Organik Stab von unten nachgeschoben) . Technisch gemeinsam ist diesen
Nachführsystemen, dass in dem Vorratsbehälter das organische Material in fester Form vorliegt. Idealerweise verdampfen diese kleinen nachgeführten Materialmengen sofort, so dass die organischen Materialien nur sehr kurzzeitig der
Verdampfungstemperatur ausgesetzt sind. Solche
Nachführsystem sind allerdings technisch sehr schwierig zu realisieren und damit aufwändig und teuer. Ein Problem speziell ist, dass die Einheit, die das Material nachführt nicht mit Material zugedampft werden darf, da sonst das Nachführsystem "verstopft" wird. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein
einfaches und verlässliches Verdampfersystem für organische Materialien anzugeben, welches zur Abscheidung organischer Materialien auf im Vakuum (dessen Basisdruck ohne laufende Beschichtung sich im Bereich 10~2 bis 10-10 mbar befindet; falls es sich bei der Abscheidung um einen Gasstrom handelt, kann der Druck auch bis zu 10~° mbar hoch sein) befindliche Oberflächen geeignet ist.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Abscheidung von organischen Materialien gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen angegeben .
Erfindungsgemäß wird die Aufgabenstellung dadurch gelöst, dass
(i) die Quelle des Verdampfersystems so aufgebaut ist, dass darin das abzuscheidende organische Material in einem weiteren Material gemischt ist, wobei das weitere Material als Trägermaterial dient und das Gemisch beider Materialien oder zumindest das als Trägermaterial dienende weitere Material in flüssiger oder überkritischer Form vorliegt,
(ii) ein Mechanismus vorhanden ist, mit dem das unter
(i) beschriebene Materialgemisch durch eine Düse in die Vakuumanlage gebracht (expandiert) werden kann,
(iii) optional ein weiterer Mechanismus existiert, der die Dosierung dieser Expansion ins Vakuum erlaubt.
Das Trägermaterial kann bei diesem Verfahren in einem überwiegendem Mengenverhältnis (>10fache Molzahl des
organischen Materials) enthalten sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Vakuumsystem, welches eine derartige Quelle enthält, mit einem
Rückgewinnungssystem ausgestattet, welches es erlaubt, das als Träger verwendete Material (welches bei Normaldruck entweder gasförmig oder flüssig ist) von den übrigen
abgepumpten Stoffen abzutrennen und wieder zu verwenden.
Grundlage der vorliegenden Erfindung ist die Idee, dass das organische Material nicht fest, sondern in gelöster Form vorliegt. In der einfachsten Realisierungsmöglichkeit ist das organische Material einfach in einem Lösungsmittel gelöst. Zur besseren Löslichkeit, kann sich dabei das
Lösungsmittel unter erhöhtem Druck und/oder erhöhter
Temperatur befinden. Weiterhin kann ein zweites
Lösungsmittel (Co-Lösungsmittel) vorhanden sein, um die
Löslichkeit des organischen Materials zu erhöhen. Weiterhin können auch mehrere organische Materialien gelöst sein, um eine Mischschicht oder eine dotierte Schicht aus einer
Verdampferquelle zu realisieren. Als organische Materialien im Sinne der Erfindung können sowohl kleine Moleküle als auch polymere organische Materialien verstanden werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich das Lösungsmittel im superkritischen Zustand (auch überkritischer Zustand oder über-/superkritisches Fluid genannt) : In der Thermodynamik werden zunächst die drei Phasen fest, flüssig und gasförmig unterschieden. Im p(T)- Diagramm (Fig. 1), auch Phasendiagramm genannt, existieren klare Grenzen der drei Phasen, die als Sublimationskurve, Schmelzkurve und Dampfdruckkurve bezeichnet werden.
Darüber hinaus findet man bei weiterem gleichzeitigen Druck- und Temperaturanstieg das Phänomen, dass jenseits des so genannten kritischen Punktes bei (Tc, pc) keine
Unterscheidung der beiden Phasen flüssig und gasförmig mehr möglich ist. An diesem Punkt existiert dann eine kritische Dichte pc. Oberhalb dieses kritischen Punktes existiert eine so genannte überkritische Phase. Es ist bekannt, dass diese Phase technologisch genutzt werden kann, um Stoffe in ehemals flüssigen oder ehemals gasförmigen weiteren Stoffen zu lösen. Dieses Verfahren kann z.B. angewendet werden, um CO2 als Lösungsmittel zu verwenden. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass CO2 nicht reaktiv und somit ungiftig ist. Es dient daher beispielsweise der Extraktion von Koffein aus
Kaffee. Weitere technische Anwendungen von Extraktionen mit superkritischen Fluiden sind z.B. in Kirk-Othmer
"Encyclopedia of Chemical Technology", Seiten 872-893, Ergänzungsband, dritte Auflage, 1984, John Wiley and Sons, New York beschrieben.
Weiterhin ist ein Verfahren zur Erzeugung von Nanopartikeln „Rapid Expansion of Supercritical Solutions (RESS)" bekannt (Fig. 2), welches darauf beruht, dass ein nichtflüchtiges organisches Material in einem überkritischen Fluid aufgelöst wird und diese Lösung rasch durch eine Düse entspannt wird.
Bei diesem Verfahren wird zunächst das Lösungsmittel in einem Kondensator verflüssigt. Bevor es in den Extraktor strömt, wird das Fluid auf den Extraktionsdruck pE
verdichtet und auf die gewünschte Extraktionstemperatur TE erhitzt. Beim Durchströmen des Feststoffbetts im Extraktor belädt sich das Fluid mit der zu mikronisierenden Substanz. Die Beladung yE hängt dabei stark vom Extraktionsdruck pE, der Extrationstemperatur TE und der Verweilzeit im Extraktor ab. Auf dem Weg zur Düse wird die überkritische Lösung auf die gewünschte Vorexpansionstemperatur TO erwärmt. Zum einen kann man, je nach Stoffsystem, über die Temperatur TO die Größe der Partikel beeinflussen, zum anderen wird eine
Untersättigung erzeugt, die ein Ausfallen von
Feststoffpartikel in der Leitung verhindert. Anschließend wird die überkritische Lösung durch eine beheizte Düse entspannt, wodurch auf Grund starker Übersättigungen
spontane Partikelbildung stattfindet. Die entstandenen
Partikel werden auf einen Filter abgeschieden, das
Lösungsmittel idealerweise wieder verflüssigt und dem
Kreislauf zurückgeführt.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die überkritische Phase eines Lösungsmittels dazu genutzt, darin das organische Material zu lösen und anschließend dieses überkritische Gemisch durch eine Düse in eine Vakuumanlage expandieren zu lassen, in der das gelöste organische
Material auf einer zu beschichtenden Oberfläche abgeschieden werden kann. Dabei wird das ehemals überkritische
Lösungsmittel abgepumpt. Anschließend kann das aus der Pumpe kommende Lösungsmittel wieder aufbereitet werden, um
anschließend wieder in den überkritischen Zustand versetzt zu werden.
In einer weiteren Fortbildung dieser Ausführungsform wird die Düse geheizt, um die notwendige Verdampfungswärme für Fluid und das zu verdampfende organische Material zuzuführen und ein Verstopfen der Düse zu verhindern.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird das zu transportierende organische Material durch die Expansion in seine Gasphase überführt und aus dieser auf eine zu beschichtende Oberfläche oder auf eine beheizte Platte abgeschieden. Dies ist sehr vorteilhaft, wenn molekulare Filme mit besonders geringer Kristallinität hergestellt werden sollen. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass es möglich ist, verschiedene Stoffe als Lösungsmittel zu verwenden, die sich ansonsten vollkommen inert sowohl bezüglich der organischen Stoffe, als auch bezüglich der zu beschichtenden Oberflächen und der auf diesen eventuell bereits abgeschiedenen weiteren organischen Materialien verhalten. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, Stoffe als Lösungsmittel zu verwenden, die unter Normaldruck die abzuscheidenden organischen Materialien nicht lösen.
Als Lösungsmittel können insbesondere Stoffe verwendet werden, deren kritische Temperatur Tc <600 K und deren kritischer Druck pc<25 MPa ist. Insbesondere geeignet sind Stoffe mit Tc<450K und geringem pc. Dazu zählen z.B. bei Normaldruck gasförmige Stoffe mit (Tc, pc) wie Kohlendioxid (304, 2K, 7,375MPa), Xenon (289, 7K, 6,31 MPa), Ethan (305K, 4,87MPa), Propan (370K, 4,24MPa), Butan (425K, 3,78 MPa), Ethin (308K, 6,4MPa) und Ethen (282K, 5,04MPa), aber auch bei Normaldruck flüssige Stoffe wie Ethanol (489K, 6,59MPa) und Diethylether (467K, 3,75MPa) . Weiterhin kommen als
Lösungsmittel noch Ammoniak, Wasser, Methanol, Propanol, Methan und auch Fluoralkane bzw. Hydrofluoralkane in Frage.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird mehr als eine organische Substanz gleichzeitig abgeschieden.
Damit lassen sich die in der Praxis häufigen
Mischverdampfungen oder Dotierungen vereinfachen, indem statt einer Quelle pro Material nur noch eine gemeinsame
Quelle eingesetzt wird. Das Mischverhältnis der Materialien, die abgeschieden werden sollen, kann somit bereits in der überkritischen Phase eingestellt werden. Wie oben beschrieben, bilden sich nach dem Austritt aus der Düse bevorzugt Partikel, d.h. Cluster aus dem organischen Material. In einem solchen Falle werden auch die auf dem Substrat abgeschiedenen Schichten Großteils aus diesen
Partikeln bzw. Clustern bestehen. Dies kann für die
halbleitenden Eigenschaften der organischen Schicht
vorteilhaft sein, da die Partikel in kristalliner Form vorliegen können. Speziell falls zwei verschiedene
organische Materialien verwendet werden, so kann die
abgeschiedene Mischschicht aus Nanopartikeln der einzelnen organischen Materialien bestehen. Diese Phasenseparation ist wie oben bereits beschrieben speziell für organische
Solarzellen sehr erwünscht.
Weiterhin kann es aber auch vorteilhaft sein, dass das organische Material im Vakuum nicht in Form von Partikeln vorliegt, sondern vereinzelt. Im Falle von kleinen Molekülen sollten dann also zumindest ein Großteil der Moleküle einzeln vorliegen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Partikelbildung an der Düse z.B. durch geeignete Druck- und Temperaturverhältnisse verhindert werden, um das organische Material möglichst vollständig zu verdampfen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die entstandenen Partikel anschließend vereinzelt: So kann z.B. die Lösung auf ein beheiztes Bauteil gesprüht werden (Fig. 3) . Die beim Entspannen primär entstehenden Primärpartikel prallen auf dieses Bauteil und werden dort verdampft. Bei diesem Bauteil kann es sich um eine Platte handeln, oder um eine Röhre, ggf. in poröser Form mit vergrößerter
Oberfläche. Das daraus gebildete Objekt kann anschließend als Verdampfer bezeichnet werden und als solcher zur
Beschichtung von Oberflächen und der Herstellung von
Bauelementen dienen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das organische Material in überkritischem Kohlendioxid (CO2), Xenon, Ethan, Propan, Butan, Ethin, Ethen, Ethanol,
Diethylether, Ammoniak, Wasser, Methanol, Propanol, Methan, einem Fluoralkan oder einem Hydrofluoralkan gelöst.
In einer weiteren Ausführungsform wird mittels des
erfindungsgemäßen Verfahrens ein organisches Bauelement hergestellt, welches als organische pin-Solarzelle bzw.
organische pin-Tandemsolarzelle, entsprechend der WO
2004083958 ausgeführt ist.
In einer weiteren Ausführungsform wird mittels des
erfindungsgemäßen Verfahrens ein organisches Bauelement hergestellt, welches als organische Leuchtdiode (OLED) , organisches Speicherbauelement, organischer Transistor oder organische Diode ausgeprägt ist.
Derzeit ist kein Verfahren oder Vorrichtung bekannt, bei dem eine organische Schicht oder ein organisches
Mehrfachschichtsystem oder ein organisches Bauelement unter Verwendung von überkritischen organischen Materialien erzeugt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von organischen Schichten, organischen Mehrfachschichtsystemen oder organischen
Bauelementen, insbesondere organischen Solarzellen,
verwendet, wobei mindestens ein organisches Material in einem weiteren, als Trägermaterial dienenden Material gemischt ist und sich entweder das Gemisch beider
Materialien oder zumindest das als Trägermaterial dienende weitere Material als Fluid ausgebildet ist und dieses
Materialgemisch in das Vakuum einer Beschichtungsanlage hinein expandiert wird. Unter einem Fluid wir im Sinne der vorliegenden Erfindung dabei sowohl eine flüssige als auch eine überkritische Phase des Trägermaterials angesehen. In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Abscheidung über einstellbare Prozessparameter, wie etwa
Substratgeschwindigkeit, Temperatur, Druck, Geometrie der Düse, etc. geregelt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Materialgemisch in einem Behälter bevorratet. Dieser
Behälter befindet sich außerhalb der zur Beschichtung dienenden Vakuumkammer.
In einer Ausführungsform der Erfindung steht das
Materialgemisch in dem Behälter unter erhöhtem Druck
und/oder weist eine erhöhte Temperatur auf. Der erhöhte Druck bezieht sich dabei relativ auf den Druck der
Vakuumkammer .
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in dem Materialgemisch noch ein weiteres Co-Trägermaterial oder Co- Lösungsmittel vorhanden.
In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um einen kontinuierlichen Prozess. Für diesen Fall ist eine Nachführung des Materialgemischs für den
Beschichtungsvorgang notwendig.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um einen kontinuierlichen Prozess, der ein Nachfüllen frühestens nach 10 Stunden, vorzugsweise nach 50 Stunden erfordert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden als Trägermaterial Stoffe verwendet, deren kritische Temperatur Tc <600 K, insbesondere Tc <450 K und deren kritischer Druck pc<25 MPa ist. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das organische Material in einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kohlendioxid (CO2) , Xenon, Ethan,
Propan, Butan, Ethin, Ethen, Ethanol, Diethylether,
Ammoniak, Wasser, Methanol, Propanol, Methan, einem
Fluoralkan oder einem Hydrofluoralkan gelöst.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist mehr als ein organisches Material in dem Trägermaterial gelöst.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist mehr als ein organisches Material in dem Trägermaterial gelöst und die verschiedenen organischen Materialien gleichzeitig auf dem Substrat abgeschieden werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich zumindest bei einem organischen Material um kleine Moleküle . In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich zumindest bei einem organischen Material um ein
Polymer .
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Abscheidung auf ein geheiztes Substrat, wobei das Substrat auf solche eine Temperatur erwärmt wird, dass das
abzuscheidende organische Material auf dem Substrat
abgeschieden wird und infolge der Substrattemperatur erwärmt wird. Dadurch erfolgt zumindest eine teilweise
Wiederverdampfung des abgeschiedenen organischen Materials vom Substrat, wodurch eine verbesserte Homogenität der
Schicht des abgeschiedenen organischen Materials auf dem Substrat erreicht wird. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zur Vereinzelung von Partikeln bzw. Clustern des Materialgemischs, dieses bei der Expansion aus einer Düse in die Vakuumkammer hinein auf ein beheiztes Bauteil gesprüht, wobei Primärpartikel auf dieses Bauteil prallen und dort verdampft werden, wodurch eine Vereinzelung der Partikel bzw. Cluster erfolgt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das beheizte Bauteil eine Röhre. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das beheizte Bauteil eine Platte.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das beheizte Bauteil eine frei geformte Oberfläche.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das beheizte Bauteil eine poröse Form mit vergrößerter
Oberfläche auf. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Trägermaterial aus der Beschichtungsanlage abgepumpt wird und anschließend wieder zur Herstellung des Materialgemischs verwendet . In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Expansion in die Vakuumkammer mittels einer Düse.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Düse geheizt .
In einer Weiterbildung der vorbeschriebenen Ausführungsform ist die Düse geheizt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrenes bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine organische Schicht, ein organisches
Mehrfachschichtsystem oder ein organisches Bauelement, insbesondere eine organische Solarzelle, eine organische Leuchtdiode (OLED) , ein organischer Dünnschichtspeicher, ein organischer Laser oder ein organischer Feldeffekttransistor (OFET), hergestellt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von organischen Schichten, organischen Mehrfachschichtsystemen oder organischen
Bauelementen, insbesondere organischen Solarzellen, dadurch gekennzeichnet, dass
(i) mindestens ein organisches Material in einem
weiteren, als Trägermaterial dienenden Material gemischt ist und sich entweder das Gemisch beider Materialien oder zumindest das als Trägermaterial dienende weitere Material als Fluid, insbesondere in einer überkritischen Phase befindlich,
ausgebildet ist und
(ii) dieses Materialgemisch in das Vakuum einer
Beschichtungsanlage hinein expandiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung über einstellbare Prozessparameter geregelt werden kann.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Materialgemisch in einem Behälter außerhalb der Vakuumkammer bevorratet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Materialgemisch in dem Behälter unter erhöhtem Druck relativ zum Druck in der Vakuumkammer steht und/oder eine erhöhte Temperatur aufweist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Materialgemisch noch ein weiteres Co-Trägermaterial oder Co-Lösungsmittel vorhanden ist .
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen kontinuierlichen
Prozess handelt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen kontinuierlichen Prozess handelt, der ein Nachfüllen frühestens nach 10 Stunden, vorzugsweise nach 50 Stunden erfordert.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägermaterial Stoffe verwendet werden, deren kritische Temperatur Tc <600 K, insbesondere Tc <450 K und deren kritischer Druck pc<25 MPa ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Material in einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kohlendioxid (CO2) , Xenon, Ethan, Propan, Butan, Ethin, Ethen, Ethanol, Diethylether,
Ammoniak, Wasser, Methanol, Propanol, Methan, einem
Fluoralkan oder einem Hydrofluoralkan gelöst ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein organisches Material in dem Trägermaterial gemischt ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein organisches Material in dem Trägermaterial gemischt ist und die verschiedenen organischen Materialien gleichzeitig auf dem Substrat abgeschieden werden
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich zumindest bei einem organischen Material um kleine Moleküle handelt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich zumindest bei einem
organischen Material um ein Polymer handelt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung auf ein geheiztes
Substrat erfolgt, wobei das Substrat auf solche eine
Temperatur erwärmt wird, dass das abzuscheidende organische Material auf dem Substrat abgeschieden wird und infolge der Substrattemperatur erwärmt wird, dass zumindest eine
teilweise Wiederverdampfung des abgeschiedenen organischen Materials vom Substrat erfolgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Materialgemisch bei einer Expansion mittels einer Düse in die Vakuumkammer hinein auf ein beheiztes Bauteil gesprüht wird, wobei Primärpartikel auf dieses Bauteil prallen und dort wieder verdampft werden, wodurch eine Vereinzelung der Partikel bzw. Cluster erfolgt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das beheizte Bauteil eine Röhre oder eine Platte ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das beheizte Bauteil eine poröse Form mit vergrößerter Oberfläche aufweist.
18. Verfahren nach den Ansprüchen 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse geheizt ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial aus der
Beschichtungsanlage abgepumpt wird und anschließend wieder zur Herstellung des Materialgemischs verwendet wird.
PCT/EP2010/061202 2009-08-03 2010-08-02 Verdampfer system für organische schichten und bauelemente Ceased WO2011015550A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009035876 2009-08-03
DE102009035876.5 2009-08-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011015550A1 true WO2011015550A1 (de) 2011-02-10

Family

ID=42938527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/061202 Ceased WO2011015550A1 (de) 2009-08-03 2010-08-02 Verdampfer system für organische schichten und bauelemente

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2011015550A1 (de)

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0000829A1 (de) 1977-08-02 1979-02-21 EASTMAN KODAK COMPANY (a New Jersey corporation) Photoelektrisches Element
US4582731A (en) * 1983-09-01 1986-04-15 Battelle Memorial Institute Supercritical fluid molecular spray film deposition and powder formation
US5093698A (en) 1991-02-12 1992-03-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Organic electroluminescent device
US20020187272A1 (en) * 1999-11-26 2002-12-12 Asahi Glass Company Limited Method and apparatus for forming thin film of organic material
US6559375B1 (en) 1998-11-27 2003-05-06 Dieter Meissner Organic solar cell or light-emitting diode
EP1391944A2 (de) * 2002-08-21 2004-02-25 Eastman Kodak Company Festkörperbeleuchtung mit kompremierten flüssigen Beschichtungen
DE102004014046A1 (de) 2003-03-19 2004-09-30 Technische Universität Dresden Photoaktives Bauelement mit organischen Schichten
US20050110005A1 (en) 2003-11-26 2005-05-26 Forrest Stephen R. Bipolar organic devices
US20050221018A1 (en) * 2004-03-31 2005-10-06 Eastman Kodak Company Process for the deposition of uniform layer of particulate material
US20060041248A1 (en) * 2004-08-23 2006-02-23 Patton David L Pharmaceutical compositions delivery system and methods
WO2006092134A1 (de) 2005-03-04 2006-09-08 Heliatek Gmbh Organisches photoaktives bauelement
WO2006092135A1 (de) 2005-03-04 2006-09-08 Heliatek Gmbh Photoaktives bauelement mit organischen schichten
WO2006100058A2 (de) 2005-03-24 2006-09-28 Creaphys Gmbh Heizeinrichtung, beschichtungsanlage und verfahren zur verdampfung oder sublimation von beschichtungsmaterialien
US20080311296A1 (en) 2001-09-04 2008-12-18 The Trustees Of Princeton University Device and Method for Organic Vapor Jet Deposition

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0000829A1 (de) 1977-08-02 1979-02-21 EASTMAN KODAK COMPANY (a New Jersey corporation) Photoelektrisches Element
US4582731A (en) * 1983-09-01 1986-04-15 Battelle Memorial Institute Supercritical fluid molecular spray film deposition and powder formation
US5093698A (en) 1991-02-12 1992-03-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Organic electroluminescent device
US6559375B1 (en) 1998-11-27 2003-05-06 Dieter Meissner Organic solar cell or light-emitting diode
US20020187272A1 (en) * 1999-11-26 2002-12-12 Asahi Glass Company Limited Method and apparatus for forming thin film of organic material
US20080311296A1 (en) 2001-09-04 2008-12-18 The Trustees Of Princeton University Device and Method for Organic Vapor Jet Deposition
EP1391944A2 (de) * 2002-08-21 2004-02-25 Eastman Kodak Company Festkörperbeleuchtung mit kompremierten flüssigen Beschichtungen
DE102004014046A1 (de) 2003-03-19 2004-09-30 Technische Universität Dresden Photoaktives Bauelement mit organischen Schichten
WO2004083958A2 (de) 2003-03-19 2004-09-30 Technische Universität Dresden Photoaktives bauelement mit organischen schichten
US20050110005A1 (en) 2003-11-26 2005-05-26 Forrest Stephen R. Bipolar organic devices
US20050221018A1 (en) * 2004-03-31 2005-10-06 Eastman Kodak Company Process for the deposition of uniform layer of particulate material
US20060041248A1 (en) * 2004-08-23 2006-02-23 Patton David L Pharmaceutical compositions delivery system and methods
WO2006092134A1 (de) 2005-03-04 2006-09-08 Heliatek Gmbh Organisches photoaktives bauelement
WO2006092135A1 (de) 2005-03-04 2006-09-08 Heliatek Gmbh Photoaktives bauelement mit organischen schichten
WO2006100058A2 (de) 2005-03-24 2006-09-28 Creaphys Gmbh Heizeinrichtung, beschichtungsanlage und verfahren zur verdampfung oder sublimation von beschichtungsmaterialien

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C.W. TANG ET AL., APPL. PHYS. LETT., vol. 48, 1986, pages 183
HIRAMOTO, APPL. PHYS.LETT., vol. 58, 1991, pages 1062
HIRAMOTO, CHEM. LETT., vol. 1990, 1990, pages 327
MARTIN PFEIFFER: "Controlled doping of organic vacuum deposited dye layers: basics and applications", PHD THESIS TU-DRESDEN, 1999

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2438633B1 (de) Photoaktives bauelement mit invertierter schichtfolge und verfahren zu seiner herstellung
Zhao et al. Enhancement of the performance of organic solar cells by electrospray deposition with optimal solvent system
Dubey et al. A strategic review on processing routes towards highly efficient perovskite solar cells
EP2198470B1 (de) Verfahren zur herstellung einer organischen leuchtdiode oder einer organischen solarzelle
Burgués-Ceballos et al. Towards industrialization of polymer solar cells: material processing for upscaling
DE60032671T2 (de) Heteroübergangsstruktur des Ladungstrennungs-Typs und deren Herstellungsverfahren
Ma et al. Sustainable Solution Processing Toward High‐Efficiency Organic Solar Cells: A Comprehensive Review of Materials, Strategies, and Applications
Kim et al. Perovskite pattern formation by chemical vapor deposition using photolithographically defined templates
Yang et al. Stabilizer-assisted growth of formamdinium-based perovskites for highly efficient and stable planar solar cells with over 22% efficiency
EP2009014B1 (de) Verwendung eines Precursors eines n-Dotanden zur Dotierung eines organischen halbleitenden Materials, Precursor und elektronisches oder optoelektronisches Bauelement
Kavadiya et al. Electrospray‐assisted fabrication of moisture‐resistant and highly stable perovskite solar cells at ambient conditions
KR101969659B1 (ko) 페로브스카이트 기반 장치를 위한 도핑 조작 정공 수송층
EP2400575B1 (de) Optoelektronisches Bauelement mit organischen Schichten
Kim et al. Morphology controlled bulk-heterojunction layers of fully electro-spray coated organic solar cells
EP2327116A1 (de) Verbessertes lösungsmittelsystem zur herstellung von organischen solarzellen
Sun et al. Enhancing Efficiency and Stability of Inverted Perovskite Solar Cells through Solution‐Processed and Structurally Ordered Fullerene
Xu et al. Ternary blend organic solar cells with a non-fullerene acceptor as a third component to synergistically improve the efficiency
Fukuda et al. Improved performance of organic photovoltaic cells with PTB7-Th: PC71 BM by optimized solvent evaporation time in electrospray deposition
Wu et al. Layer‐by‐Layer‐Processed Organic Solar Cells with 18.02% Efficiency Enabled by Regulating the Aggregation of Bottom Polymers
US20240172555A1 (en) Managing 2d/3d heterostructure energy landscape via pi-conjugated organic cations for efficient perovskite solar cells
WO2010139804A1 (de) Photoaktives bauelement mit organischen doppel- bzw. mehrfach-mischschichten
Socol et al. Organic heterostructures deposited by MAPLE on AZO substrate
WO2011015550A1 (de) Verdampfer system für organische schichten und bauelemente
Wang et al. Tailoring the Nature of Interface States in Efficient and Stable Bilayer Organic Solar Cells by a Transfer‐Printing Technique
Mhamdi et al. Effect of deposition methods on the optical and morphological properties of CH3NH3PbBr3 inverted solar cells

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10739611

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10739611

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1