DE102007034252B4 - Modul und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Abstract

Modul, bei dem flächige elektronische Bauelemente, die jeweils mit einer optisch aktiven Schicht, die auf einer auf einem flexibel verformbaren Substrat ausgebildeten Grundelektrode ausgebildet und von einer Deckelektrode abgedeckt ist, gebildet und elektronische Bauelemente elektrisch miteinander in Reihe geschaltet sind,
dabei die Deckelektrode (2) die optisch aktive Schicht (3) an einer Seite und die Grundelektrode (4) die optisch aktive Schicht (3) an der gegenüberliegenden Seite des elektronischen Bauelements (1) überragen und die Bauelemente (1) in einem Abstand zueinander auf dem Substrat (5) angeordnet sind und dadurch eine freie Substratfläche (6) zwischen den Bauelementen (1) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass
das Substrat (5) so gefaltet ist, und dadurch mit Falten im Bereich der freien Substratfläche (6) die Grundelektrode (4) und die Deckelektrode (2) von nebeneinander angeordneten elektronischen Bauelementen (1) flächig aneinander liegen und in diesem Bereich von Falten (10) ein elektrisch leitender berührender Kontakt hergestellt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft Module und Verfahren zu ihrer Herstellung, bei denen auf einem flexiblen Substrat flächige elektronische Bauelemente ausgebildet sind, die elektrisch leitend miteinander verbunden sein sollen, wobei mehrere elektronische Bauelemente eine Reihenschaltung bilden sollen. So können erfindungsgemäße Module insbesondere Solarmodule oder auch Leuchtpanels sein und dabei auf einem Substrat angeordnet sein, mit dem ein erfindungsgemäßes Modul gebildet werden soll, wobei mindestens zwei elektronische Bauelemente vorhanden sein sollen.
  • Für den Fall, dass ein erfindungsgemäßes Modul ein Leuchtpanel bilden soll, können die elektronischen Bauelemente bevorzugt organische Leuchtdioden (OLED's) sein.
  • So ist es, beispielsweise bei der Herstellung von auch flexiblen Solarzellenmodulen bekannt, die einzelnen Solarzellen durch eine Überlappung von unterschiedlichen Elektroden elektrisch leitend miteinander zu verbinden. Einzelne defekte Solarzellen, als ein Beispiel für auch bei einer Erfindung anwendbare elektronische Bauelemente, können im Fall eines Defektes nicht entfernt werden. Es besteht aber die Möglichkeit, solche defekten Solarzellen kurzzuschließen. Dadurch kann die vollständige Funktionsfähigkeit prinzipiell erhalten werden. Es kann aber eine Reduzierung der aktiven nutzbaren Fläche eines Solarmoduls, die zur Elektroenergiegewinnung genutzt werden kann, nicht vermieden werden.
  • Werden lichtemittierende elektronische Bauelemente, insbesondere organische Leuchtdioden, eingesetzt, können solche Defekte beispielsweise berücksichtigt werden, wenn eine elektrisch leitende Verbindung von bzw. zu einer solchen organischen Leuchtdiode zertrennt wird, aber auch hier die Defekte in unzulänglicher Form behoben werden. Elektrische Kurzschlüsse führen aber zu einem vollständigen Ausfall eines solchen Moduls.
  • Bekanntermaßen ist es bei Solarzellen und organischen Leuchtdioden erforderlich, mehrere solcher elektronischen Bauelemente elektrisch leitend miteinander zu verbinden und dies in Form einer elektrischen Reihenschaltung zu realisieren. Bei Solarzellen kann so die durch eine Sonneneinstrahlung erhaltene elektrische Spannung auf deutlich effektiver nutzbare elektrische Spannungswerte angehoben werden, da beispielsweise bei organisch basierten Solarzellen eine einzelne solche Solarzelle eine Spannung im Bereich zwischen 0,5 bis 1,1 V erreichen kann.
  • Erst mit Spannungen oberhalb von 2 V, die bevorzugt deutlich höher sein sollten, kann eine sinnvolle Elektroenergiegewinnung erfolgen. Es ist also gewünscht, dass möglichst alle einzelnen elektronischen Bauelemente, insbesondere Solarzellen, funktionstüchtig sein sollen, um die gewünschte elektrische Spannung eines Solarmoduls erreichen zu können.
  • Bei Solarzellen und organischen Leuchtdioden sollte aber auch beachtet werden, dass die jeweiligen elektronischen Bauelemente in Richtung des elektrischen Stromflusses über an solchen Zellen vorhandenen Elektroden eine begrenzte Länge aufweisen, da insbesondere optisch transparent ausgebildete Deckelektroden infolge der erforderlichen optischen Transparenz relativ hohe spezifische elektrische Widerstände aufweisen. In einer senkrecht dazu ausgerichteten Achsrichtung können solche elektronischen Bauelemente, wie Solarzellen und organische Leuchtdioden, aber deutlich länger dimensioniert sein. Dadurch können Module mit relativ großen nutzbaren Flächen, die lediglich mit einem einzigen elektronischen Bauelement bzw. einer Solarzelle oder einer einzigen organischen Leuchtdiode gebildet sind, erhalten werden. Bei solchen groß dimensionierten elektronischen Bauelementen wirkt sich ein Ausfall eines einzelnen solchen Elements an einem Modul also auch erheblich aus.
  • Aus WO 2005/078 799 A2 sind Möglichkeiten zur Herstellung und Ausbildung von Flachbildschirmen mit Licht emittierenden Elementen, wie auch OLED's bekannt.
  • Ein segmentierter Leuchtkörper mit OLED's ist in WO 2005/045 947 A2 beschrieben.
  • Das EP 0 874 404 B1 betrifft Solarzellenmodule und ihre Herstellung.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Module mit flächigen elektronischen Bauelementen zur Verfügung zu stellen, die kostengünstig hergestellt werden können und bei denen auftretende Defekte an einzelnen elektronischen Bauelementen oder an elektrisch leitenden Verbindungen zwischen elektronischen Bauelementen einfach kompensiert werden können.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Modul, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Solche Module können mit einem Verfahren gemäß Anspruch 21 hergestellt werden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.
  • Erfindungsgemäße Module sind dabei so ausgebildet, dass mehrere flächige elektronische Bauelemente auf einem flexibel verformbaren Substrat ausgebildet sind. Dabei ist bei jedem elektronischen Bauelement auf einer Oberfläche eines solchen Substrats eine Grundelektrode ausgebildet, auf der wiederum eine optisch aktive Schicht und auf dieser dann eine Deckelektrode ausgebildet worden sind. Eine elektrische Reihenverschaltung wird dann dadurch erreicht, dass eine Deckelektrode eines elektronischen Bauelements mit einer Grundelektrode eines neben dem erstgenannten elektronischen Bauelement elektrisch leitend verbunden sind. Erfindungsgemäß sind dabei die Deckelektrode auf der optisch aktiven Schicht so ausgebildet, dass sie die optisch aktive Schicht an einer Seite überragt. Die Grundelektrode des jeweiligen elektronischen Bauelements überragt das elektronische Bauelement auf der gegenüberliegenden Seite in Richtung des elektrischen Stromflusses gesehen.
  • Die einzelnen elektronischen Bauelemente sind auf der Substratoberfläche so angeordnet, dass sie einen Abstand zueinander aufweisen und demzufolge zwischen nebeneinander angeordneten elektronischen Bauelementen eine freie Substratfläche verbleibt.
  • Ein Modul kann dann so gefaltet werden, dass sich Falten im Bereich der freien Substratfläche bilden und dadurch die Grundelektrode und die Deckelektrode von nebeneinander angeordneten elektronischen Bauelementen flächig aneinanderliegen und dadurch ein elektrisch leitender berührender Kontakt zwischen den nebeneinander angeordneten elektronischen Bauelementen hergestellt ist.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Modul geeignete Substrate können Papier, Karton, Polymerfolien oder auch Metallfolien sein, die ggf. auch als ein Verbund solcher Materialien oder Folien sein können. Substrate können aber auch aus flexibel verformbarem Glas gebildet sein. Auch flexible Gewebe können für Substrate eingesetzt werden.
  • Daraus ergibt sich, dass Substrate auch in Form von Ein- oder Mehrschichtsystemen ausgebildet sein können, wobei sie für Flüssigkeiten und/oder Gase undurchlässig sein können.
  • Ein Substrat kann aber auch durch zusätzliche Schichten, Planarisierungsebenen, Barriereschichten oder andere Schutzfunktionen erfüllen. Die zusätzlichen vorteilhaften Eigenschaften, die zu einem erhöhten Schutz führen können, können aber auch direkt mit Substratmaterialien erreicht werden, was beispielsweise mit einer Copolymerisation, Mischungen von Stoffen und Materialien oder durch interpenetrierende Netzwerke möglich werden kann.
  • Als Substratmaterial ist aber insbesondere wegen seiner guten Verarbeitbarkeit, flexiblen Verformbarkeit und der möglichen kostengünstigen Herstellung Papier besonders zu bevorzugen. Papier kann dabei auch beschichtet sein, um beispielsweise einen bessern Feuchtigkeitsschutz zu erreichen. Es sollte ein Papier oder auch ein anderer Stoff für Substrate eingesetzt werden, das sich nicht oder wenn, nur geringfügig schrumpfen oder dehnen lässt.
  • Die elektrische Leitfähigkeit kann mit zusätzlichen Elementen, wie z. B. bus bars oder Gittern verbessert werden.
  • Nachdem die elektrisch leitende Verbindung von nebeneinander angeordneten elektronischen Bauelementen durch eine Faltung im Bereich freier Substratflächen erfolgt ist, kann das so vorliegende Modul mit Hilfe von mindestens zwei eine Druckkraft auf ein Modul ausübenden Elementen zusammengepresst gehalten werden, wobei die Druckkraft auf die optisch aktive Seite eines erfindungsgemäßen Moduls und dessen Rückseite ausgeübt werden kann.
  • Geeignete Elemente hierfür sind beispielsweise plattenförmige Elemente, mit denen zusätzlich ein Schutz gegenüber äußeren Umwelteinflüssen, wie z. B. das Eindringen oder Eindiffundieren von Gasen oder Flüssigkeiten, erreicht werden kann.
  • Ein plattenförmiges Element oder anders ausgebildete plattenförmige Elemente, die auf der optisch aktiven Seite eines Moduls angeordnet sind, sollten ebenfalls optisch transparent sein, was zumindest für den jeweils genutzten Wellenlängenbereich zutreffen sollte.
  • Anders als plattenförmige Elemente ausgebildete Elemente, mit denen ein Modul zusammengepresst werden kann, sollten bevorzugt im Bereich von Falten angeordnet sein und auch dort ihre Kraftwirkung entfalten.
  • Günstig ist es außerdem, ein Substrat mit elektronischen Bauelementen so auszubilden, dass diese so angeordnet sind, dass der äußere Randbereich des jeweils eingesetzten Substrats umlaufend freigehalten ist, zumindest jedoch an zwei sich gegenüberliegend angeordneten Seitenrändern freigehalten ist. Diese freigehaltenen äußeren Randbereiche können ebenfalls umgefaltet werden, um dadurch einen äußeren randseitigen Kantenschutz, auch gegen äußere Umwelteinflüsse, bilden zu können.
  • Da wie bereits im einleitenden Teil der Beschreibung angesprochen, die Grund- und insbesondere die Deckelektroden häufig aus einem Stoff oder chemischen Verbindung gebildet worden sind, deren elektrischer spezifischer Widerstand relativ hoch ist, kann es vorteilhaft sein, die Grund- und/oder Deckelektroden bereichsweise und dann zumindest in Bereichen, mit denen eine elektrisch leitende Verbindung zu einem daneben angeordneten elektronischen Bauelement hergestellt werden soll, mit einer Beschichtung zu versehen, die dann einen kleineren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, als die jeweilige Elektrode. Dies ist unkritisch, da dieser Bereich ausschließlich für die elektrische Leitung genutzt wer den soll und die optische Aktivität dadurch nicht beeinflusst wird.
  • Dieser Effekt und ein weiterer Vorteil, auf den nachfolgend noch zurückzukommen sein wird, kann beispielsweise mit einem elektrischen Leitkleber erreicht werden, der elektrisch leitend ist und mit dem eine stoffschlüssige Verbindung zwischen einer Grundelektrode und einer Deckelektrode eines neben dem elektronischen Bauelement mit der Grundelektrode angeordneten weiteren elektronischen Bauelement stoffschlüssig und elektrisch leitend verbunden werden kann.
  • Günstig kann es außerdem sein, wenn ein erfindungsgemäßes Modul im gefalteten Zustand konvex oder konkav gewölbt ist. Bei einer konkaven Wölbung kann so eine einseitig offene hohlzylindrische Gestalt ausgebildet und dabei auch die konkav gewölbte Oberfläche weiter funktionell genutzt werden. Dadurch können erhöhte Anpressdrücke an Falten und auch den aneinandergedrückten Deck- und Grundelektroden erreicht werden, die zu einem erhöhten elektrischen Kontakt führen können. Konvexe Wölbungen können beispielsweise bei für die Beleuchtung oder als Display ausgebildeten Modulen gewünscht sein.
  • Erfindungsgemäße Module können aber auch durch geeignetes Falten dreidimensional ausgebildet werden. Dabei können Flächen, die in verschiedenen Richtungen ausgerichtet und in verschiedenen Ebenen angeordnet sind, an einem gefalteten Modul vorhanden sein. Es besteht auch die Möglichkeit eine Vorder- und eine Rückseite eines dementsprechend gefalteten Moduls nutzen zu können.
  • An einen Modul können aber auch elektronische Bauelemente in einer Reihen- und Spaltenanordnung in Form eines Arrays auf einem Substrat ausgebildet sein.
  • Dabei besteht auch die Möglichkeit die übereinander angeordneten elektronischen Bauelemente elektrisch leitend durch eine zweite Faltung des Substrats elektrisch leitend miteinander zu verbinden.
  • Dabei kann ein Modul so ausgebildet sein, dass an elektronischen Bauelementen die Deckelektrode die optisch aktive Schicht an einer Seite, die im rechten Winkel zu einer Seite ausgerichtet ist, an der die Deckelektrode die optisch aktive Schicht überragt, die Deckelektrode die optisch aktive Schicht ebenfalls überragt. Die Grundelektrode überragt die optisch aktive Schicht an der dieser gegenüberliegenden Seite des elektronischen Bauelements. Die übereinander angeordneten Bauelemente sind in einem rechten Winkel ebenfalls in einem Abstand zueinander auf dem Substrat angeordnet. Dadurch ist dort ebenfalls eine freie Substratfläche zwischen diesen Bauelementen vorhanden. Bei einer Faltung in einem rechten Winkel zu einer ersten Faltung im Bereich dieser freien Substratfläche liegen die Grundelektrode und die Deckelektrode von übereinander angeordneten elektronischen Bauelementen flächig aneinander und ein elektrisch leitender berührender Kontakt kann so hergestellt werden. Hierfür können im Substrat Einschnitte ausgebildet sein, die ein solches Falten erleichtern.
  • An einem erfindungsgemäßen Modul müssen aber nicht alle elektronischen Bauelemente elektrisch in Reihe miteinander verschaltet sein. Es können auch elektronische Bauelemente auf einem Substrat elektrisch leitend miteinander verbunden sein, ohne dass eine e lektrische Reihenschaltung mit diesen elektronischen Bauelementen gebildet ist. Hierfür sind zwei oder mehrere elektronische Bauelemente nach einer Faltung so elektrisch leitend miteinander verbunden, dass die Deckeletroden und/oder Grundelektroden dieser elektronischen Bauelemente miteinander kontaktiert sind.
  • Beim Falten eines mit elektronischen Bauelementen versehenen Substrats können die Falten U-förmig oder v-förmig ausgebildet sein, wobei dann die die elektrisch leitende Verbindung darstellenden und sich flächig berührenden Bereiche von Grund- und Deckelektroden an den seitlichen Innenwänden einer Faltung anliegen können.
  • In einer Alternative kann das Falten des Substrats aber so erfolgen, dass ein für die elektrisch leitende Verbindung zu nutzender Bereich einer Deckelektrode eines elektronischen Bauelements im gefalteten Zustand unterhalb seines jeweiligen elektrischen Bauelements angeordnet ist und dort auf einem Bereich der Grundelektrode des daneben angeordneten elektronischen Bauelements aufliegt.
  • Erfindungsgemäße Module können so hergestellt werden, dass die elektronischen Bauelemente auf einem flexiblen flächigen Substrat nebeneinander und in einem Abstand zueinander angeordnet, ausgebildet werden. Dabei wird auf einer Oberfläche eines Substrats zuerst jeweils eine Grundelektrode, auf der Grundelektrode eine optisch aktive Schicht und auf dieser dann eine Deckelektrode ausgebildet. Zwischen den elektronischen Bauelementen sind auf der Oberfläche des Substrats freie Substratflächen vorhanden, so dass die einzelnen elektronischen Bauelemente auf einem ungefalteten Substrat elektrisch isoliert voneinander an geordnet sind. Durch das Überragen/Überlappen von Grund- und Deckelektroden an den jeweiligen optisch aktiven Schichten eines jeweiligen elektronischen Bauelements kann die elektrisch leitende Verbindung durch eine Ausbildung von Falten in Bereichen von freien Substratflächen hergestellt werden, indem die Faltenbildung so erfolgt, dass überragende Bereiche einer Grundelektrode eines elektronischen Bauelements mit Bereichen einer Deckelektrode eines daneben angeordneten elektronischen Bauelements flächig in berührenden Kontakt gebracht und beide elektronischen Bauelemente dadurch elektrisch leitend miteinander verbunden werden.
  • Die Deck-, Grundelektroden und die optisch aktiven Schichten von elektronischen Bauelementen können mit einem Dünnschichtverfahren (z. B. CVD, PVD) und/oder durch Aufdrucken ausgebildet werden. Dies kann aber auch durch andere Verfahren, wie beispielsweise Rakeln, erfolgen.
  • Im Nachgang zur oder bei der Ausbildung kann auch eine Strukturierung durchgeführt werden.
  • Dabei kann ein flexibles, flächiges, bogenförmiges Substrat, das beispielsweise in Form eines Papierbogens vorliegt, eingesetzt werden.
  • Es besteht aber auch die Möglichkeit, ein Substratmaterial von einer Rolle abzuwickeln, dann in einem abgewickelten Bereich die elektronischen Bauelemente mit Deck-, Grundelektrode und aktiver Schicht auf einer Substratoberfläche auszubilden und dann wieder auf eine andere Rolle aufzuwickeln, von der es dann für eine Weiterverarbeitung, mit Bildung von Falten nachfolgend wieder abgerollt werden kann. Es besteht aber auch die Möglichkeit, lediglich eine der Elektroden oder die optisch aktive Schicht nach dem Ab- und vor dem Aufwickeln auf eine Rolle auf einer Substratoberfläche auszubilden.
  • Ein erfindungsgemäßes Modul kann durch Abtrennen einer vorgebbaren Anzahl elektronischer Bauelemente von einem, wie bereits angesprochen abgerollten Substrat oder anderweitiger Trennung von einem bogenförmigen Substrat und anschließender Faltung hergestellt werden und dann eine jeweils gewünschte Anzahl von elektronischen Bauelementen bzw. Zellen aufweisen.
  • Wie bereits mehrfach angesprochen, kann dann eine Faltung des mit elektronischen Bauelementen versehenen Substrats erfolgen und der jeweilige elektrische Widerstand, der mit den elektrisch leitend verbundenen elektronischen Bauelementen gebildeten elektrischen Reihenschaltung bestimmt werden. Dadurch kann leicht detektiert werden, ob ein oder mehrere elektronische Bauelemente eines Moduls defekt sind.
  • Es können aber auch die einzelnen auf einem Substrat ausgebildeten Zellen einem Funktionstest unterzogen werden, bei dem beispielsweise die elektrische Leitfähigkeit bestimmt wird.
  • Wird ein defektes elektronisches Bauelement detektiert, bestehen prinzipiell zwei Möglichkeiten, die Funktionalität eines Moduls vollständig, zumindest jedoch wieder ausreichend teilweise herzustellen.
  • Dabei kann in einer ersten Alternative ein defektes elektronisches Bauelement vollständig durch einen Trennvorgang, bei dem es aus dem Modul herausgeschnitten wird, entfernt werden und dafür ein neues defektfreies elektronisches Bauelement eingefügt werden, wobei dann die elektrisch leitende und zusätzlich eine stoffschlüssige Verbindung zu jeweilig benachbarten Grund- und Deckelektroden der beiden neben dem neu eingesetzten elektronischen Bauelement angeordneten elektronischen Bauelemente mit Hilfe eines elektrisch leitenden Klebers erreicht werden kann.
  • In einer zweiten Alternative besteht aber auch die Möglichkeit, das Substrat mit den darauf ausgebildeten elektronischen Bauelementen so zu falten, dass ein defektes elektronisches Bauelement auf der optisch nicht aktiven Seite eines Moduls angeordnet ist und die Faltung so durchgeführt worden ist, dass die Deck- und die Grundelektrode der beiden neben einem defekten elektronischen Bauelement angeordneten elektronischen Bauelemente sich nach der Faltung flächig berühren und so die elektrisch leitende Verbindung dieser beiden elektronischen Bauelemente hergestellt werden kann.
  • So kann das defekte elektronische Bauelement zwar nicht mehr genutzt werden, dies trifft aber auf das gesamte Modul nicht zu.
  • Bei erfindungsgemäßen Modulen ist im Bereich der Falten die Gesamtdicke erhöht, was einen verbesserten Schutz vor mechanischen Schädigungen ermöglicht.
  • Mit den bereits angesprochenen zusätzlichen Beschichtungen in Bereichen von elektrisch leitend miteinander zu verbindenden Elektroden, was beispielsweise durch ein Bedampfen mit besser elektrisch leitenden Metallen erreicht werden kann, kann der gesamte elektrische Widerstand einer Reihenschaltung von elektronischen Bauelementen reduziert werden. Solche Beschichtungen sind durch Faltung in unkritischen Bereichen von Modulen angeordnet, so dass die jeweilige Aktivität auf der nutzbaren, aktiven Fläche eines Moduls nicht wesentlich beeinträchtigt wird.
  • Die erfindungsgemäßen Module können außerdem sehr einfach, kostengünstig und sicher geschützt werden, um beispielsweise ein Eindringen von Wasser(Dampf) und Sauerstoff, als häufig sehr kritische Einflussfaktoren zu vermeiden. Insbesondere bei elektronischen Bauelementen (organische Solarzellen, OLED's), die mit organischen Komponenten gebildet sind, können an sich bekannte Trockenmittel an einem Modul vorgesehen, darin integriert und/oder verkapselt sein.
  • Bei Auswahl geeigneter Stoffe und Verbindungen für das Substrat, die Elektroden und die optisch aktive Schicht kann ein Modul auch optisch transparent sein.
  • Es besteht die Möglichkeit auch mehrere Module miteinander zu verbinden. Diese Module können dann auch elektrisch leitend miteinander verbunden sein. Dies kann auch durch zusätzliche elektrische Leiterbahnen, die an Substraten ausgebildet sind, erreicht werden.
  • Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
  • Dabei zeigen:
  • 1 eine Draufsicht auf ein Substrat, auf dem drei elektronische Bauelemente ausgebildet sind;
  • 2 in einer Querschnittsdarstellung ein mit elektronischen Bauelementen versehenes Substrat, nach einer Faltung;
  • 3 eine Querschnittsdarstellung eines mit elektronischen Bauelementen versehenen Substrats, das in anderer Form gefaltet und zwischen plattenförmigen Elementen angeordnet ist; und
  • 4 mehrere Darstellungen eines mit einem Träger verbind- und fixierbaren Moduls.
  • In 1 ist in einer Draufsicht ein Papierbogen, als Substrat 5 dargestellt. Auf dem Substrat 5 sind bei diesem Beispiel drei elektronische Bauelemente 1 ausgebildet worden. Dabei ist auf der unmittelbaren Oberfläche des Substrats 5 eine Grundelektrode 4, auf der Grundelektrode 4 eine optisch aktive Schicht 3 und auf der optisch aktiven Schicht 3 eine Deckelektrode 2 für jedes der hier drei elektronischen Bauelemente 1 ausgebildet worden. Für die Grundelektroden 4 wurde dabei eine Schicht aus Aluminium, für die optische aktiven Schichten 3 eine Schicht mit ZnPC (wobei Phthalocyanin dotiert sein kann), hier kann auch C 60, auch als Buckminster Fulleren bezeichnet, eingesetzt werden und für die Deckelektroden 2 eine Schicht aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) ausgebildet.
  • Aus der in 1 gezeigten Draufsicht wird deutlich, dass die Grundelektroden 4 die optisch aktive Schicht 3 an der hier linken Seite überragen. Bei den Deckelektroden 2 ist dies auf der gegenüberliegenden, also hier rechten Seite, der Fall.
  • Zwischen den elektronischen Bauelementen 1 sind freie Substratflächen 6 vorhanden, bei denen das das Substrat 5 bildende Papier frei von jeglichen zusätzli chen Beschichtungen sein kann und elektrisch isolierend ist.
  • Aus der in 1 gezeigten Ansicht wird außerdem deutlich, dass die Grundelektroden 4 in ihrer Länge, also hier in vertikaler Achsrichtung eine kürzere Länge, als die optisch aktiven Schichten 3 und auch die Deckelektroden 2 aufweisen. In nicht dargestellter Ausführung besteht die Möglichkeit die äußeren Ränder der Grundelektroden 4 mit einer Passivierungsschicht zu versehen. Hierfür können elektrisch isolierende Schichten, z. B. Polyimid, an den Kanten von Elektroden ausgebildet werden.
  • Der äußere Rand des Substrats 5 ist ebenfalls frei gehalten und kann, wie mit den äußeren Linien angedeutet, ebenfalls durch Falten umgeklappt werden, wobei das Klappen durch entsprechende Einschnitte im Substrat 5 auch erleichtert werden kann.
  • Mit 2 soll eine Möglichkeit zur Faltung eines mit elektronischen Bauelementen 1 versehenen Substrats 5 verdeutlicht werden. Dabei sind in gezeigtem Querschnitt die Falten 10 U-förmig ausgebildet, so dass ein eine aktive Schicht 3 überlappender/überragender Bereich einer Deckelektrode 2, des in 2 links gezeigten elektronischen Bauelements 1 mit einem eine aktive Schicht 3 überragenden/überlappenden Bereich der Grundelektrode 4 des rechts neben diesem angeordneten elektronischen Bauelements 1 in flächigen berührenden Kontakt gebracht werden kann und so die elektrisch leitende Verbindung zwischen diesen beiden elektronischen Bauelementen 1 hergestellt werden kann.
  • Die elektrisch leitende Verbindung zwischen den bei den rechts daneben, also hier in der Mitte, angeordneten elektronischen Bauelementen 1, ist mit einer zusätzlichen Beschichtung 8, die hier aus Kupfer gebildet worden ist, verbessert worden. Diese Beschichtung 8 kann dabei auf dem die aktive Schicht 3 überragenden Bereich der Deckelektrode 2 und/oder dem die aktive Schicht 3 des dazu benachbarten elektronischen Bauelements 1 überragenden Bereich der Grundelektrode 4 ausgebildet sein. Dadurch kann die elektrische Kontaktierung dieser beiden elektronischen Bauelemente 1 verbessert werden. Der gleiche Effekt ist aber auch mit einem elektrischen Leitkleber 9 erreichbar, wie dies bei der elektrisch leitenden Verbindung der beiden ganz rechts in 2 dargestellten elektronischen Bauelemente 1 gezeigt ist. Mit dem elektrischen Leitkleber 9 kann aber auch zusätzlich noch eine stoffschlüssige Verbindung erreicht werden, die wiederum auch zu einer verbesserten mechanischen Stabilität und Festigkeit eines erfindungsgemäßen Moduls führen kann.
  • Der elektrische Stromfluss kann also entweder von links nach rechts bzw. von rechts nach links über die elektronischen Bauelemente 1 eines Moduls gerichtet werden.
  • Bei dem in 3 im Querschnitt gezeigten Beispiel kann ein Substrat 5, wie es vorab bereits erläutert worden ist, so gefaltet werden, dass die eine aktive Schicht 3 des hier rechts dargestellten elektronischen Bauelements 1, der Deckelektrode 2 zumindest teilweise unterhalb der aktiven Schicht 3 dieses elektronischen Bauelements 1 angeordnet ist und dort in einen flächigen berührenden Kontakt mit dem die aktive Schicht 3 überragenden Bereich der Grundelektrode 4 des hier links dargestellten elektronischen Bauelements 1 gelangt und diese beiden Bereiche der beiden Elektroden eine elektrisch leitende Verbindung zwischen diesen beiden elektronischen Bauelementen 1 herstellen können.
  • Oberhalb des mit den elektronischen Bauelementen 1 versehenen Substrats 5 ist ein optisch transparentes plattenförmiges Element 7 und auf der Rückseite, also im Bereich, in dem Falten 10 des Substrats 5 angeordnet sind, ein zweites plattenförmiges Element 7 angeordnet.
  • Mit den plattenförmigen Elementen 7, die beispielsweise starre Platten sein können, kann das vorab gefaltete Substrat 5 mit den elektronischen Bauelementen 1 zusammengepresst, dadurch die elektrisch leitende Verbindung verbessert und ein Schutz gegen äußere Umwelteinflüsse erreicht werden.
  • Im Nachgang hierzu können die plattenförmigen Elemente 7 an ihren äußeren freien Rändern noch mit geeigneten Mitteln gegenüber Umwelteinflüssen abgedichtet werden, so dass das Substrat mit den elektronischen Bauelementen 1 dann vollständig verkapselt werden kann.
  • Mit 4 soll eine Möglichkeit verdeutlicht werden, wie ein erfindungsgemäßes Modul 12 mit einem Träger 11 ausgebildet sein kann. Dabei sind an einem elastisch verformbaren Träger 11 Schlitze 11' ausgebildet. Wird eine solcher Träger 11 gebogen weiten sich die Schlitze 11' an der dann konvex gekrümmten Seite auf. Dann können die Falten 10 in die Schlitze 11' eingeführt und nachdem der Träger 11 seine ursprüngliche Gestalt/Form wieder eingenommen hat, sind die Falten 10 in den Schlitzen 11' klemmend gehalten, wie dies in der untersten Darstellung von 4 verdeutlicht ist. Die elektrisch leitende Verbindung kann so durch die in Folge der Elastizität des Trägermaterials (bevorzugt ein dielektrisches Polymer, besonders bevorzugt ein optisch transparentes Polymer) auf die Falten 10 wirkenden Druckkräfte verbessert und auch dauerhaft eingehalten werden.
  • Die Breite der Schlitze sollte so gewählt sein, dass die Dicke im Bereich einer Falte 10 berücksichtigt ist und dabei dann ein Schlitz 11' ein Spaltmaß aufweist, das geringfügig kleiner als die Dicke einer Falte 10 ist.
  • Schlitze 11' sollten parallel zueinander ausgerichtet und so zueinander und zu jeweiligen Falten 10 eines Moduls 12 angeordnet sein, dass zumindest einige, bevorzugt alle Falten 10 in Schlitze 11' eines Trägers 11 eingeführt und darin klemmend gehalten werden können.
  • Günstig ist es, wenn ein Modul 12 mit seinen in Schlitzen 11' eingeklemmten und so fixierten Falten 10 dann an der Oberfläche des Trägers 11 flächig anliegt.
  • Ein Träger 11 kann plattenförmig ausgebildet sein und sollte eine Dicke aufweisen, die größer als die Schlitztiefe ist.
  • Die Möglichkeiten für eine Fixierung eines Moduls 12 an einem Träger 11 sind schrittweise in den vier in 4 wieder gegebenen Darstellungen gezeigt.

Claims (29)

  1. Modul, bei dem flächige elektronische Bauelemente, die jeweils mit einer optisch aktiven Schicht, die auf einer auf einem flexibel verformbaren Substrat ausgebildeten Grundelektrode ausgebildet und von einer Deckelektrode abgedeckt ist, gebildet und elektronische Bauelemente elektrisch miteinander in Reihe geschaltet sind, dabei die Deckelektrode (2) die optisch aktive Schicht (3) an einer Seite und die Grundelektrode (4) die optisch aktive Schicht (3) an der gegenüberliegenden Seite des elektronischen Bauelements (1) überragen und die Bauelemente (1) in einem Abstand zueinander auf dem Substrat (5) angeordnet sind und dadurch eine freie Substratfläche (6) zwischen den Bauelementen (1) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5) so gefaltet ist, und dadurch mit Falten im Bereich der freien Substratfläche (6) die Grundelektrode (4) und die Deckelektrode (2) von nebeneinander angeordneten elektronischen Bauelementen (1) flächig aneinander liegen und in diesem Bereich von Falten (10) ein elektrisch leitender berührender Kontakt hergestellt ist.
  2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Bauelemente (1) Solarzellen oder organische Leuchtdioden sind.
  3. Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5) ausgewählt ist aus einem Papier, einem Karton, einer Polymerfolie und einer Metallfolie sowie einem Verbund davon.
  4. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es im gefalteten Zustand zwischen mindestens zwei eine Druckkraft ausübenden Elementen (7) angeordnet ist.
  5. Modul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es zwischen zwei plattenförmigen Elementen (7) angeordnet ist.
  6. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Grundelektroden (4) und/oder Deckelektroden (2) zumindest in Bereichen mit denen eine elektrisch leitende Verbindung durch berührenden Kontakt erreicht ist, beschichtet sind und dabei die Beschichtung (8), einen kleineren spezifischen elektrischen Widerstand als die jeweilige Grundelektrode (4) und/oder Deckelektrode (2) aufweist.
  7. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass flächig aneinander liegende Bereiche einer Grundelektrode (4) und der Deckelektrode (2) eines daneben angeordneten elektronischen Bauelements (1) stoffschlüssig mit einem elektrischen Leitkleber (9) verbunden sind.
  8. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5) zumindest an einer Oberfläche mit einer Schutzschicht versehen oder als Schutzschicht ausgebildet ist.
  9. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es im gefalteten Zustand konvex und/oder konkav gewölbt ist.
  10. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Falten (10) des Substrats (5) u-förmig oder v-förmig sind.
  11. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich einer Deckelektrode (2) eines elektronischen Bauelements (1) im gefalteten Zustand unterhalb seines Bauelements (1) angeordnet ist und dort auf einem Bereich der Grundelektrode (4) des daneben angeordneten elektronischen Bauelements (1) aufliegt und so der elektrisch leitende berührende Kontakt zwischen diesen beiden elektronischen Bauelementen (1) hergestellt ist.
  12. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckelektroden (2) aus einem elektrisch leitenden und optisch transparenten Stoff oder einer solchen chemischen Verbindung gebildet sind.
  13. Modul nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (7) optisch transparent und elektrisch isolierend sind.
  14. Modul nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (7) für Gase und Flüssigkeiten undurchlässig sind.
  15. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Modul elektronische Bauelemente (1) vorhanden sind, die nach Faltung so elektrisch leitend miteinander verbunden sind, dass die Deckelektroden (2) und/oder Grundelektroden (4) dieser elektronischen Bauelemente (1) miteinander kontaktiert sind.
  16. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Modul die elektronischen Bauelemente (1) in einer Reihen- und einer Spaltenanordnung auf dem Substrat (5) angeordnet sind.
  17. Modul nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass an den elektronischen Bauelementen (1) die Deckelektrode (2) die optisch aktive Schicht (3) an einer Seite, die im rechten Winkel zu einer Seite ausgerichtet ist, an der die Deckelektrode (2) die optisch aktive Schicht (3) überragt, die Deckelektrode (2) die optisch aktive Schicht (3) ebenfalls überragt und die Grundelektrode (4) die optisch aktive Schicht (3) an der dieser gegenüberliegenden Seite des elektronischen Bau elements (1) überragt und die Bauelemente (1) in einem rechten Winkel ebenfalls in einem Abstand zueinander auf dem Substrat (5) angeordnet sind und dadurch dort eine freie Substratfläche (6) zwischen Bauelementen (1) vorhanden ist, so dass bei einer Faltung in einem rechten Winkel zu einer ersten Faltung im Bereich der freien Substratfläche (6) die Grundelektrode (4) und die Deckelektrode (2) von übereinander angeordneten elektronischen Bauelementen (1) flächig aneinander liegen und ein elektrisch leitender berührender Kontakt hergestellt, ist und die elektronischen Bauelemente (1) die Reihen- und Spaltenanordnung bilden.
  18. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem elastisch verformbaren Träger, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Seite des elastisch verformbaren Trägers (11) Schlitze (11') ausgebildet und in den Schlitzen (11') die Falten (10) eines Moduls (12) klemmend gehalten sind.
  19. Modul nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (11') parallel zueinander ausgerichtet im Träger (11) ausgebildet sind und jeweils ein Schlitz (11') einer Falte (10) eines Moduls (12) zugeordnet ist.
  20. Modul nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (12) mit seinen in den Schlitzen (11') eingeklemmten Falten (10) so gehalten ist, dass es an der Oberfläche des Trägers (11) flächig anliegt.
  21. Verfahren zur Herstellung eines Moduls nach einem der Ansprüche 1 bis 20, bei dem auf einem flexiblen flächigen Substrat (5) nebeneinander und in einem Abstand zueinander Grundelektroden (4), auf den Grundelektroden (4) optisch aktive Schichten (3) und auf den optisch aktiven Schichten (3) Deckelektroden (2) ausgebildet werden, wobei eine Grundelektrode (4) die optisch aktive Schicht (3) an einer Seite und die Deckelektrode (2) die optisch aktive Schicht (3) an der gegenüberliegenden Seite eines elektronischen Bauelements (1) überragt und dadurch auf dem Substrat (5) in einer Reihenanordnung elektronische Bauelemente (1) ausgebildet werden zwischen denen freie Substratflächen (6) vorhanden sind; nach Ausbildung der elektronischen Bauelemente (1) auf dem Substrat (5) das Substrat (5) im Bereich der freien Substratflächen (6) so gefaltet wird, dass ein Bereich einer Grundelektrode (4) einen Bereich einer Deckelektrode (2) des daneben angeordneten elektronischen Bauelements (1) Bauelements (1) flächig berührt und die beiden elektronischen Bauelemente (1) elektrisch leitend miteinander verbindet.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckelektroden (2), optisch aktive Schichten und/oder Grundelektroden (4) mit einem Dünnschichtverfahren und/oder durch Aufdrucken ausgebildet werden.
  23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ausbildung der Deckelektroden (2), optisch aktive Schichten und Grundelektroden (4) das Substrat (5) von einer Rolle abgewickelt und dann auf eine andere Rolle wieder aufgewickelt wird.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat (5) ausgebildete elektronische Bauelemente (1) nach einer Faltung elektrisch leitend verbunden und der elektrische Widerstand der so gebildeten elektrischen Reihenschaltung bestimmt wird.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein dabei detektiertes defektes elektronisches Bauelement (1) aus dem Substrat (5) herausgetrennt und die Trennstelle stoffschlüssig wieder verbunden wird.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung mit einem elektrischen Leitkleber hergestellt wird.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein dabei detektiertes defektes elektronisches Bauelement (1) so gefaltet wird, dass es unterhalb des Substrats (5) angeordnet ist und die beiden neben diesem elektronischen Bauelement (1) angeordneten elektronischen Bauele mente (1) durch Faltung des Substrats (5) elektrisch leitend miteinander verbunden werden.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass an einem äußeren Rand des Substrats (5) vorhandene freie Ränder gefaltet werden, um einen Kantenschutz zu bilden.
  29. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Falten das Modul zwischen mindestens zwei Elementen (7) zumindest im Bereich von Falten (10) zusammen gepresst wird.
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