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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten
Schichtfolge auf einem Substrat, wobei auf das Substrat partiell
eine Ablöseschicht
gedruckt wird, anschließend
nach der Trocknung der Ablöseschicht
das Substrat ganzflächig
mit mindestens einer ein- oder mehrlagigen Aktivschicht aus mindestens
einem niedrigviskosen und leicht verlaufenden Schichtmedium bedruckt
wird, und nach der Trocknung der mindestens einen ein- oder mehrlagigen
Aktivschicht ein Prägevorgang
durchgeführt
wird, bei dem die partiell gedruckte Ablöseschicht mit der mindestens
einen auf ihr befindlichen Aktivschicht vom Substrat entfernt wird.
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Bei
dem Substrat kann es sich bspw. um ein formstabiles oder ein flexibles
Substrat, d. h. Flächenelement,
aus elektrisch isolierendem Material handeln.
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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.
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Ein
Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der
DE 101 30 992 A1 bekannt.
Bei diesem bekannten Verfahren ist die Ablöseschicht vorzugsweise aus
einer wasserbasierenden Polymerdispersion und/oder aus einer organischen
Polymerlösung
gebildet. Das Entfernen der Ablöseschicht
erfolgt bei diesem bekannten Verfahren vorzugsweise mittels Vakuum.
Zur Durchführung
dieses Verfahrens sind folglich relativ aufwändige Gerätschaften erforderlich.
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Die
WO 02/073 712 A1 offenbart
ein Verfahren zur Strukturierung eines Substrates, wobei in einem
ersten Verfahrensschritt auf dem Substrat eine Lösung eines ersten Materials
aufgebracht wird. Die Zusammensetzung dieser Lösung wird hierbei so ausgewählt, dass
es derartig trocknet, dass auf dem Substrat ein Rückstand
des ersten Materials verbleibt. Dieser Rückstand weist einen dünnen Film
in einem zentralen Bereich und einen Wall entlang des Umfangs des
zentralen Bereiches auf. Der Rückstand
wird dann geätzt,
um den dünnen
Film des zentralen Bereiches zu entfernen, so dass auf dem Substrat
nur der Wall verbleibt. Nach der Ätzung wird der Wall hydrophob
und das Substrat hydrophil. An beiden Seiten des Walls wird in einem
anschließenden Verfahrensschritt
eine wässrige
Lösung
eines zweiten Materials angebracht. Nach der Trocknung dieser wässrigen
Lösung
wird der Wall entfernt, so dass eine Schicht aus dem zweiten Material
auf dem Substrat verbleibt.
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Diese
Schicht ist folglich mit einem dem Wall entsprechenden schmalen
Spalt ausgebildet und kann als Source- und Drain-Elektrode eines
organischen Dünnfilmtransistors
verwendet werden.
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Die
WO 2004/013 922 A2 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung von organischen Feldeffekttransistoren,
wobei in einem ersten Verfahrensschritt auf einem Substrat von einander
beabstandet eine erste und eine zweite Elektrode, d. h. eine Source- und eine Drain-Elektrode
vorgesehen werden. Eine Ablöseschicht
wird partiell auf eine der beiden Elektroden gedruckt. Anschließend wird
auf dieses Schichtengebilde ganzflächig eine Halbleiterschicht und
eine Isolierschicht aufgebracht. Die Ablöseschicht wird anschließend entfernt,
wobei die Halbleiterschicht und die Isolierschicht an dem der Ablöseschicht
entsprechenden Flächenbereich
mit abgelöst werden.
Abschließend
wird auf der Isolierschicht eine Leiterschicht vorgesehen, die vorzugsweise
aus einer Lösung
besteht, und die eine elektrische Verbindung mit dem durch die Ablöseschicht
freigelegten Flächenbereich
der zugehörigen
Elektrode herstellt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art zu schaffen, das mit vergleichsweise einfachen Mitteln
durchführbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruches 1, d. h. dadurch gelöst, dass auf dem Substrat in
einem ersten Verfahrensschritt voneinander beabstandet erste Elektroden
aufgebracht werden, dass in einem daran anschließenden zweiten Verfahrensschritt
auf einen ersten Randabschnitt der ersten Elektroden Kontaktsperren
gedruckt werden, und dass nach dem Trocknen der Kontaktsperren die
Ablöseschicht
partiell derartig gedruckt wird, dass sie jeweils eine Kontaktsperre
und einen der Kontaktsperre zugewandten zweiten Randabschnitt der
benachbarten ersten Elektrode und einen dazwischen liegenden freien Flächenbereich des
Substrates bedeckt, und dass nach dem Prägen zum Entfernen der partiell
aufgebrachten Ablöseschicht
auf dem Substrat eine zweite Elektrodenschicht aufgebracht wird,
die derartig strukturiert wird, dass sie die auf den ersten Elektroden
aufgebrachten Flächen
der mindestens einen ein- oder mehrlagigen Aktivschicht bedeckt
und sich über
die Kontaktsperren und den jeweiligen freien Flächenbereich des Substrates
bis zum jeweils daran angrenzenden zweiten Randabschnitt der benachbarten
ersten Elektrode, die von der mindestens einen ein- oder mehrlagigen
Aktivschicht beabstandet ist, erstreckt.
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Als
Prägevorgang
zum Entfernen der partiell gedruckten Ablöseschicht mit der mindestens
einen auf ihr befindlichen Aktivschicht kommt vorzugsweise ein Heißprägevorgang
zur Anwendung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Nach
dem Prägen,
vorzugsweise Heißprägen, zum
Entfernen der partiell aufgebrachten Ablöseschicht wird erfindungsgemäß auf dem
Substrat eine zweite Elektrodenschicht aufgebracht, die derartig
strukturiert wird, dass die auf den ersten Elektroden aufgebrachte
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, die von der mindestens einen Aktivschicht beabstandet
ist, erstrecken.
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Hierbei
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
strukturiert gedruckt wird. In diesem Fall kann auf einen Strukturierverfahrensschritt
also verzichtet werden.
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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.
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Weitere
Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von
in der Zeichnung schematisch und nicht maßstabgetreu verdeutlichten aufeinanderfolgenden
Verfahrensschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Es
zeigen:
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1 in
einer Seitenansicht einen Abschnitt eines Substrates aus elektrisch
isolierendem Material,
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2 eine
Seitenansicht des Abschnittes des Substrats mit ersten Elektroden,
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3 abschnittweise
in einer Seitenansicht einen an den Verfahrensschritt gemäß 2 anschließenden Verfahrensschritt,
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4 in
einer den 1 bis 3 entsprechenden
abschnittweisen Seitenansicht einen an den Verfahrensschritt gemäß 3 anschließenden Verfahrensschritt,
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5 abschnittweise
in einer Seitenansicht den an den Verfahrensschritt gemäß 4 anschließenden Verfahrensschritt,
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5A abschnittweise
in einer Seitenansicht einen Verfahrensschritt, der sich an den
in 5 gezeichneten Verfahrensschritt wahlweise anschließen kann,
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6 den
an den Verfahrensschritt gemäß 5 oder 5a anschließenden Verfahrensschritt in
einer Seitenansicht,
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7 abschnittweise
in einer Seitenansicht den an den Verfahrensschritt gemäß 6 anschließenden Verfahrensschritt,
und
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8 das
Gebilde gemäß 7 nach
dem Anbringen einer Decklage.
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1 zeigt
längsgeschnitten
einen Abschnitt eines Substrates 10 bspw. aus elektrisch
isolierendem Material.
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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.
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3 verdeutlicht
den Verfahrensschritt, bei dem auf einen ersten Randabschnitt 16 der
ersten Elektroden 14 jeweils eine Kontaktsperre 18 gedruckt wird.
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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.
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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.
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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.
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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.
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8 verdeutlicht
das Gebilde gemäß 7,
auf welchem mittels einer Kleberschicht 36 eine Decklage 38 angebracht
ist.
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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.
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- 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