DE102006027292A1 - Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Schichtfolge auf einem Substrat - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Schichtfolge auf einem Substrat Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Schichtenfolge auf einem Substrat (10) beschrieben, wobei auf das Substrat (10) partiell eine Ablöseschicht (20) gedruckt wird, nach der Trocknung der Ablöseschicht (20) das Substrat (10) ganzflächig mit mindestens einer ein- oder mehrlagigen Aktivschicht (26) aus einem niedrigviskosen und leicht verlaufenden Schichtmedium bzw. aus mehreren niedrigviskosen und leicht verlaufenden Schichtmedien bedruckt wird und nach der Trocknung der mindestens einen ein- oder mehrlagigen Aktivschicht (26) ein Prägevorgang durchgeführt wird, bei dem die partiell gedruckte Ablöseschicht (20) mit der mindestens einen auf ihr befindlichen Aktivschicht (26) vom Substrat (10) entfernt wird, so dass sich eine genaue Strukturierung der mindestens einen Aktivschicht (26) ergibt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Schichtfolge auf einem Substrat.
  • Bei dem Substrat kann es sich bspw. um ein formstabiles oder ein flexibles Substrat, d.h. Flächenelement, aus elektrisch isolierendem Material handeln.
  • Eine strukturierte und registerhaltige Aufbringung von partiellen Schichten auf einem Substrat ist insbesondere dann nur sehr schwierig möglich, wenn die entsprechende Schicht eine niedrige Viskosität besitzt, so dass die besagte niedrigviskose Schicht in unerwünschter Weise leicht verlaufen kann und beispielsweise Register-Marken oder partiell auf das Substrat aufgebrachte Flächenbereiche nicht positions- und/oder größengenau dargestellt werden können. Da die Funktionsfähigkeit und Effizienz eines gesamten Schichtenaufbaus auf einem Substrat, d.h. die strukturierte Schichtenfolge, jedoch sehr stark von der Registerhaltigkeit der einzelnen strukturierten Schichten – sowie von deren exakten Flächenabmessungen – abhängt, ist es bislang schwierig, einen üblichen Weg der Schichtenapplikation zu wählen.
  • Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem die genannten Mängel mit einfachen Mitteln eliminiert werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1, d.h. dadurch gelöst, dass auf das Substrat partiell eine Ablöseschicht gedruckt wird, dass anschließend nach der Trocknung der Ablöseschicht das Substrat ganzflächig mit mindestens einer ein- oder mehrlagigen Aktivschicht aus einem niedrigviskosen und leicht verlaufenden Schichtmedium bedruckt wird, und dass nach der Trocknung der Aktivschicht ein Prägevorgang durchgeführt wird, bei dem die partiell gedruckte Ablöseschicht mit der mindestens einen auf ihr befindlichen Aktivschicht vom Substrat entfernt werden. Bei der mindestens einen ein- oder mehrlagigen Aktivschicht kann es sich um eine niedrigviskose, leicht verlaufende Lack-, Farb- oder Lösungsschicht handeln.
  • Als Prägevorgang zum Entfernen der partiell gedruckten Ablöseschicht mit der mindestens einen auf ihr befindlichen Aktivschicht kommt vorzugsweise ein Heißprägevorgang zur Anwendung.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also zur positions- und größengenauen Strukturierung der mindestens einen ein- oder mehrlagigen Aktivschicht aus niedrigviskosem und leicht verlaufendem Schichtmedium in einem vorbereitenden Arbeitsgang auf das Substrat partiell eine Ablöseschicht gedruckt. Diese Ablöseschicht kann in vorteilhafter Weise im Register gedruckt werden. Nach dem Aufbringen der partiellen Ablöseschicht erfolgt die ganzflächige Aufbringung der mindestens einen dünnflüssigen, leicht verlaufenden ein- oder mehrlagigen Aktivschicht. Mittels des nachfolgenden Prägevorgangs, vorzugsweise Heißprägevorgangs, erfolgt dann die register- d.h. positions- und größengenaue Strukturierung der mindestens einen ein- oder mehrlagigen Aktivschicht, d.h. die registergenaue Strukturierung einer gewünschten Schichtenfolge auf dem Substrat.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nach dem Trocknen der mindestens einen ganzflächigen, ein- oder mehrlagigen Aktivschicht auf diese eine Kleberschicht, mit der partiell gedruckten Ablöseschicht deckungsgleich, gedruckt werden, und kann der Prägevorgang, vorzugsweise Heißprägevorgang, nach dem Trocknen der Klebeschicht durchgeführt werden, bei dem die partiell gedruckte Ablöseschicht mit der mindestens einen auf ihr befindlichen ein- oder mehrlagigen Aktivschicht und der mit der Ablöseschicht deckungsgleichen Kleberschicht vom Substrat entfernt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise bei der Herstellung von Polymersolarzellen, z.B. durch Tiefdruck, zur Anwendung gelangen, wobei auf dem Substrat in einem ersten Verfahrensschritt voneinander beabstandet erste Elektrodenflächen vorgesehen werden, in einem daran anschließenden zweiten Verfahrensschritt auf einen ersten Randabschnitt der ersten Elektrodenflächen Kontaktsperren gedruckt werden, und nach dem Trocknen der Kontaktsperren die Ablöseschicht partiell derartig gedruckt wird, dass sie jeweils eine Kontaktsperre und den der Kontaktsperre zugewandten zweiten Randabschnitt der benachbarten ersten Elektrode und den dazwischen liegenden freien Flächenbereich des Substrates bedeckt. Diese Druckvorgänge können beispielsweise durch Tiefdruck erfolgen.
  • Bei der Herstellung von Polymersolarzellen wird die mindestens eine ein- oder mehrlagige Aktivschicht von Halbleiterschichten gebildet. Bei diesen Halbleiterschichten handelt es sich z.B. mitunter um eine PEDOT/PSS (Poly (3,4-ethylendioxythiophen)poly(styrenesulfonat)-Schicht und um eine SC (semi conductor)-Schicht.
  • Nach dem Prägen, vorzugsweise Heißprägen, zum Entfernen der partielle aufgebrachten Ablöseschicht kann auf dem Substrat eine zweite Elektrodenschicht vorgesehen werden, die derartig strukturiert ist/wird, dass die auf den ersten Elektroden vorgesehenen Aktivschichtflächen bedeckt sind und sich über die Kontaktsperren und den jeweiligen freien Flächenbereich des Substrates bis zum jeweils daran angrenzenden zweiten Randabschnitt der benachbarten ersten Elektrode, von der mindestens einen Aktivschicht beabstandet, erstrecken.
  • Bei dem zuletzt erwähnten erfindungsgemäßen Verfahren kann die zweite Elektrodenschicht ganzflächig auf das Substrat aufgebracht und anschließend strukturiert werden. Diese Strukturierung kann beispielsweise mit Hilfe eines an sich bekannten Fotolithografieverfahrens o.dgl. erfolgen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die zweite Elektrodenschicht auf das Substrat strukturier gedruckt wird. In diesem Fall kann auf einen Strukturierverfahrensschritt also verzichtet werden.
  • Erfindungsgemäß kann nach dem Aufbringen der zweiten Elektrodenschicht auf dem Substrat mindestens eine Decklage aufgebracht werden, die das verfahrensgemäß hergestellte Schichtengebilde gegen Einwirkungen von außen schützt. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die mindestens eine Decklage mittels einer Kleberschicht auf dem Substrat angebracht wird.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch und nicht maßstabgetreu verdeutlichten aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Es zeigen:
  • 1 in einer Seitenansicht einen Abschnitt eines Substrates aus elektrisch isolierendem Material,
  • 2 eine Seitenansicht des Abschnittes des Substrats mit ersten Elektroden,
  • 3 abschnittweise in einer Seitenansicht einen an den Verfahrensschritt gemäß 2 anschließenden Verfahrensschritt,
  • 4 in einer den 1 bis 3 entsprechenden abschnittweisen Seitenansicht einen an den Verfahrensschritt gemäß 3 anschließenden Verfahrensschritt,
  • 5 abschnittweise in einer Seitenansicht den an den Verfahrensschritt gemäß 4 anschließenden Verfahrensschritt,
  • 5A abschnittweise in einer Seitenansicht einen Verfahrensschritt, der sich an den in 5 gezeichneten Verfahrensschritt wahlweise anschließen kann,
  • 6 den an den Verfahrensschritt gemäß 5 oder 5a anschließenden Verfahrensschritt in einer Seitenansicht,
  • 7 abschnittweise in einer Seitenansicht den an den Verfahrensschritt gemäß 6 anschließenden Verfahrensschritt, und
  • 8 das Gebilde gemäß 7 nach dem Anbringen einer Decklage.
  • 1 zeigt längsgeschnitten einen Abschnitt eines Substrates 10 bspw. aus elektrisch isolierendem Material.
  • 2 zeigt abschnittweise das Substrat 10, wobei auf der einen Hauptfläche 12 des Substrates 10 voneinander beabstandet erste Elektroden 14 vorgesehen werden. Bei diesen ersten Elektroden 14 kann es sich um Dünnschichten, Dickschichten, Foliengebilde o.dgl. handeln.
  • 3 verdeutlicht den Verfahrensschritt, bei dem auf einen ersten Randabschnitt 16 der ersten Elektroden 14 jeweils eine Kontaktsperre 18 gedruckt wird.
  • 4 verdeutlicht in einer den 1 bis 3 entsprechenden abschnittweisen Seitenansicht den an den Verfahrensschritt gemäß 3 anschließenden Verfahrensschritt, bei dem nach dem Trocknen der Kontaktsperren 18 das Substrat 10 partiell mit einer Ablöseschicht 20 bedruckt wird, die jeweils eine Kontaktsperre 18 und den der jeweiligen Kontaktsperre 18 zugewandten zweiten Randabschnitt 22 der benachbarten ersten Elektrode 14 und den zwischen der jeweiligen Kontaktsperre 18 und dem dieser zugewandten zweiten Randabschnitt 22 der ersten Elektrode 14 vorgesehenen freien Flächenbereich 24 des Substrates 10 bedeckt.
  • 5 verdeutlicht abschnittweise den an den Verfahrensschritt gemäß 4 anschließenden Verfahrensschritt, bei welchem das Substrat 10 auf der die ersten Elektroden 14, die Kontaktsperren 18 und die strukturierten Ablöseschichten 20 aufweisenden Seite vollflächig mindestens eine ein- oder mehrlagige Aktivschicht 26 vorgesehen wird. Diese mindestens eine ein- oder mehrlagige Aktivschicht 26 kann aus einem niedrigviskosen und leicht verlaufenden Schichtmedium bzw. aus unterschiedlichen Schichtmedien bestehen, weil es durch die strukturierte Ablöseschicht 10 problemlos möglich ist, die mindestens eine exakt strukturierte ein- oder mehrlagige Aktivschicht 26 zu realisieren. Zu diesem Zwecke wird nach der Trocknung der mindestens einen ein- oder mehrlagigen Aktivschicht 26 ein Prägevorgang, vorzugsweise ein Heißprägevorgang, durchgeführt, der in 5 durch die geschlungenen Klammerlinien mit den zugehörigen Pfeilen 28 angedeutet ist, bei welchem die partiell gedruckte Ablöseschicht 20 mit der mindestens einen auf ihr befindlichen ein- oder mehrlagigen Aktivschicht 26 vom Substrat 10 entfernt werden, was in 6 abschnittweise verdeutlicht ist.
  • Vor Durchführung des Prägevorgangs, insbesondere Heißprägevorgangs, kann auf die mindestens eine ganzflächige ein- oder mehrlagige Aktivschicht 26 eine Kleberschicht 30, mit der partiell gedruckten Ablöseschicht 20 deckungsgleich, gedruckt werden. Das ist in 5A abschnittweise verdeutlicht. Nach dem partiellen Aufbringen und Trocknen der Kleberschicht 30 kann dann der durch die geschwungenen Klammern und die zugehörigen Pfeile 28 angedeutete Prägevorgang, insbesondere Heißprägevorgang, durchgeführt werden, um die partiell strukturierte Ablöseschicht 20 mit der mindestens einen auf ihr befindlichen ein- oder mehrlagige Aktivschicht 26 und der Kleberschicht 30 vom Substrat 10 zu entfernen. Dieser Zwischenschritt des Verfahrens ist in 6 verdeutlicht.
  • In dem an den Verfahrensschritt gemäß 6 anschließenden Verfahrensschritt wird – wie aus 7 ersichtlich ist – auf dem Substrat 10 eine zweite Elektrodenschicht 32 vorgesehen. Bei dieser zweiten Elektrodenschicht 32 kann es sich um eine Dünnschicht oder um eine Dickschicht handeln. Bei der zweiten Elektrodenschicht 32 kann es sich um eine strukturierte oder um eine zu strukturierende Elektrodenschicht handeln, die die auf den ersten Elektroden 14 vorgesehenen Flächen der mindestens einen ein- oder mehrlagigen Aktivschicht 26 bedeckt und sich über die jeweils zugehörige Kontaktsperre 18 und den daran anschließenden freien Flächenbereich 24 bis zum jeweils daran angrenzenden zweiten Randabschnitt 22 der benachbarten ersten Elektrode 14, von der mindestens einen auf dieser vorgesehenen ein- oder mehrlagigen Aktivschicht 26 um einen Abstand A beabstandet, erstreckt. Auf diese Weise ergibt sich eine Reihenschaltung der einzelnen durch eine erste Elektrode 14 und eine zweite Elektrodenschicht 32 und die mindestens eine zwischen diesen vorgesehene ein- oder mehrlagige Aktivschicht 26 gebildeten Einzelelemente 34, bei denen es sich z.B. um Polymer-Solarzellen – Einzelelemente handelt, die durch die strukturierte zweite Elektrodenschicht 32 miteinander in Reihe geschaltet sind.
  • 8 verdeutlicht das Gebilde gemäß 7, auf welchem mittels einer Kleberschicht 36 eine Decklage 38 angebracht ist.
  • Gleiche Einzelheiten sind in den 1 bis 8 jeweils mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, so dass es sich erübrigt, in Verbindung mit allen Figuren alle Einzelheiten jeweils detailliert zu beschreiben.
    • 10
    Substrat
    12
    Hauptfläche (von 10)
    14
    erste Elektroden (an 12)
    16
    erster Randabschnitt (von 14)
    18
    Kontaktsperre (an 16)
    20
    Ablöseschicht (zwischen 18 und 22)
    22
    zweiter Randabschnitt (von 14)
    24
    freier Flächenbereich (zwischen 18 und 22)
    26
    Aktivschicht(en) (zwischen 14 und 32)
    28
    bogenförmige Klammer mit Pfeil/Prägevorgang (für 26)
    30
    Kleberschicht (auf 20)
    32
    zweite Elektrodenschicht
    34
    Einzelelemente (zwischen 14, 32 und 26)
    36
    Kleberschicht (zwischen 10 und 38)
    38
    Decklage

Claims (9)

  1. Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Schichtenfolge auf einem Substrat (10), dadurch gekennzeichnet, dass auf das Substrat (10) partiell eine Ablöseschicht (20) gedruckt wird, dass anschließend nach der Trocknung der Ablöseschicht (20) das Substrat (10) ganzflächig mit mindestens einer ein- oder mehrlagigen Aktivschicht (26) aus mindestens einem niedrigviskosen und leicht verlaufenden Schichtmedium bedruckt wird, und dass nach der Trocknung der mindestens einen ein- oder mehrlagigen Aktivschicht (26) ein Prägevorgang durchgeführt wird, bei dem die partiell gedruckte Ablöseschicht (20) mit der mindestens einen auf ihr befindlichen Aktivschicht (26) vom Substrat (10) entfernt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Trocknen der mindestens einen ganzflächigen ein- oder mehrlagigen Aktivschicht (26) auf die mindestens eine Aktivschicht (26) eine Kleberschicht (30) mit der partiell gedruckten Ablöseschicht (20) deckungsgleich gedruckt wird, und dass der Prägevorgang nach dem Trocknen der Kleberschicht (30) durchgeführt wird, bei dem die partiell gedruckte Ablöseschicht (20) mit der mindestens einen auf ihr befindlichen, ein- oder mehrlagigen Aktivschicht (26) und der deckungsgleichen Kleberschicht (30) vom Substrat (10) entfernt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat (10) in einem ersten Verfahrensschritt voneinander beabstandet erste Elektroden (14) vorgesehen werden, dass in einem daran anschließenden zweiten Verfahrensschritt auf einen ersten Randabschnitt (16) der ersten Elektroden (14) Kontaktsperren (18) gedruckt werden, und dass nach dem Trocknen der Kontaktsperren (18) die Ablöseschicht (20) partiell derartig gedruckt wird, dass sie jeweils eine Kontaktsperre (18) und den der Kontaktsperre (18) zugewandten zweiten Randabschnitt (22) der benachbarten ersten Elektrode (14) und den dazwischen liegenden freien Flächenbereicht (24) des Substrates (10) bedeckt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als die mindestens eine ein- oder mehrlagige Aktivschicht (20) mindestens eine Halbleiterschicht gedruckt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Prägen zum Entfernen der partiell aufgebrachten Ablöseschicht (20) auf dem Substrat (10) eine zweite Elektrodenschicht (32) vorgesehen wird, die derartig strukturiert ist/wird, dass sie die auf den ersten Elektroden (14) vorgesehenen Flächen der mindestens einen ein- oder mehrlagigen Aktivschicht (20) bedeckt und sich über die Kontaktsperren (18) und den jeweiligen freien Flächenbereich (24) des Substrates (10) bis zum jeweils daran angrenzenden zweiten Randabschnitt (22) der benachbarten ersten Elektrode (14), von der mindestens einen ein- oder mehrlagigen Aktivschicht (26) beabstandet, erstreckt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrodenschicht (32) ganzflächig auf das Substrat (10) aufgebracht und anschließend strukturiert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrodenschicht (32) auf das Substrat (10) strukturiert aufgebracht wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen der zweiten Elektrodenschicht (32) auf dem Substrat (10) mindestens eine Decklage (38) angebracht wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Decklage (38) mittels einer Kleberschicht (36) auf dem Substrat (10) angebracht wird.
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