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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein organisches photoelektrisches
Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines organischen photoelektrischen
Bauelements. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf
organische Leuchtdioden und Solarzellen sowie die Herstellung von
großflächigen Funktionsflächen.
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Auf
der Basis organischer Leuchtdioden (OLED; OLED = organic light emitting
diodes) können neuartige Flächenlichtelemente
verwirklicht werden. Als flächiger Leuchtkörper
(Lichtelement) mit gegenüber einer herkömmlichen
Licht emittierenden Diode (LED) moderater Leuchtdichte ist die OLED ideal
geeignet für die Herstellung flächiger diffuser Leuchtquellen.
Diesen Lichtquellen wird eine ähnliche Entwicklung vorhergesagt,
wie der der OLED-basierenden Displays (Anzeigen). Ferner wird es
möglich werden, OLEDs aufgrund ihrer Dünnschichttechnologie
als flexible Leuchtkörper zu realisieren, die ganz neue
Anwendungen in der Beleuchtung von Räumen gestatten.
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Die
OLED ist ein stromgetriebenes Bauelement, so dass die Lichtausbeute
bzw. die Leuchtstärke proportional zu dem durchfließenden
Strom ist. Ein wichtiger Punkt bei der Herstellung großflächiger Leuchtelemente
ist deshalb eine homogene Stromdichteverteilung auf großen
Flächen sicherzustellen. Andernfalls würde bei
inhomogener Stromdichteverteilung das großflächige
Leuchtelement nicht homogen strahlen. Da zumindest ein transparenter
Kontakt bei der OLED vorhanden ist und der transparente Kontakt
in der Regel eine geringe Leitfähigkeit aufweist, ist die
Homogenität durch diesen transparenten Kontakt im Allgemeinen
limi tiert. Normalerweise wird für den transparenten Kontakt
ein transparent leitfähiges Oxid (TCO) oder eine durchsichtige
Metallschichten verwendet. Die TCO weist häufig nur eine
geringe Leitfähigkeit auf und die Leitfähigkeit
der Metallschicht ist infolge ihrer dünnen Ausgestaltung ebenfalls
nur gering, da die Metallschicht möglichst transparent
sein soll und somit möglichst dünn ist. Dies führt
anderseits zu der besagten Einschränkung hinsichtlich der
Leitfähigkeit. Die geringe Leitfähigkeit dieser
Schichten führt gleichzeitig zu einer Limitierung der maximal
möglichen Leuchtflächengröße.
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Solarzellen
auf Basis organischer Materialien sind im Aufbau der OLED fast gleich.
Aufgrund der verwendeten organischen Materialien ermöglichen
diese Strukturen aber eine Umwandlung optischer Strahlung in elektrischen
Strom. Dieser Strom wird ebenfalls über Kontakte abgeleitet,
wobei wiederum der transparente elektrische Kontakt, den die einfallende
Strahlung passiert, die maximal nutzbare Bauelementgröße
limitiert bzw. vermindert.
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Die
Ausbeute bei der Herstellung solcher Elemente (OLED oder Solarzellen
basierend auf organischen Materialien) vermindert sich quadratisch mit
der Fläche des Bauelements. Aus diesem Grunde werden große
Flächen durch eine Unterteilung in kleinere Elemente hergestellt.
Zwischen diesen Elementen ermöglichen elektrische Verbindungen
die Ansteuerung der einzelnen Elemente. Sowohl bei organischen Leuchtdiodenflächen
als auch bei organischen Solarzellen ist ein hoher Füllgrad,
der durch das Verhältnis zwischen aktiver Fläche
zu Gesamtfläche gegeben ist, ein sehr wichtiges Kriterium
für die Einsatzfähigkeit. Die erforderlichen seitlichen Kontakte
verringern hierbei die aktive Fläche erheblich – insbesondere
wegen der Unterteilung in kleinere Elemente, so dass die Seitenkontakte
prozentual mehr Platz einnehmen. Weiterhin ist für beide
Anwendungen eine Serienverschaltung der Bauelemente ein wichtiges
Mittel, um den Gesamtstrom zu minimieren oder andersherum für
einen gegebenen Gesamtstrom die Fläche zu maximieren.
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Um
größere Abmaße der kleineren Elemente zu
erreichen, werden beispielsweise Metallverstärkungen in
Form von Netzen (Metallgrids) in die transparente Schicht eingebracht.
Diese Metallgrids, die auch Busbars genannt werden, verringern den
effektiven Schichtwiderstand entsprechend ihrer Belegungsdichte
und ermöglichen somit die Realisierung größerer
Diodenflächen.
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Aufgrund
der Nichttransparenz dieser Metallgrids oder Metallgitter verringert
sich jedoch die effektive Bauelementfläche. Aus diesem
Grunde sind Metallgrids bis ca. 25% der ITO-Fläche überhaupt sinnvoll
einsetzbar. Eine sinnvolle Verbesserung wäre die Erhöhung
der Gridmetalldicke, was aber aufgrund der Strukturierungsmöglichkeiten
und der Schichtdicken der organischen Schichten nicht sinnvoll ist.
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Die
Rand- oder Außenkontakte können beispielsweise über
Federkontakte oder ähnlichen elektrischen Kontakten mit
einer Verteilerplatte verbunden werden. Da über diese Kontakte
der Gesamtstrom für die Anode und Kathode (Grundelektrode und
Topelektrode) zugeführt bzw. abgeleitet wird, ist der Kontakt
zumindestens zweigeteilt. Um bei dieser Konfiguration eine homogene
Lichtverteilung zu erreichen, wird eine seitliche breite Kontaktierungsleitung
verwendet, was die aktive Leuchtfläche verringert.
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Durch
eine Verwendung einer Serienverschaltung der Dioden oder Solarzellen
kann eine Verringerung des Gesamtstroms und somit eine Vergrößerung
der Leuchtfläche erreicht werden. In
US 7,307,278 ,
US 7,034,470 und
US 6,693,296 werden Möglichkeiten
einer solchen Verschaltung offenbart, wobei jedoch die offenbarte
Verschaltung auf einem gemeinsamen Substrat realisiert ist. Eine
derartige monolithische Verschaltung erhöht jedoch den
Herstellungsaufwand der Elemente. In
US
7,276,724 und
US 7,122,398 werden
weitere Möglichkeiten einer Verschaltung von ganzen Elementen
dargestellt. Auch hier werden Modifikationen bei der Prozessführung
der Elemente durchgeführt, die zu einer Erhöhung
des Herstellungsaufwandes führen. In
US 7,122,398 wird ferner zur Kontaktierung
ein flexibles Metallband oder Metallgitter verwendet und die Kontaktierung
erfolgt unterhalb der Verkapselung, was bei der Herstellung der
Dioden/Solarzellen schwierig zu realisieren ist, da die Diode vor
Sauerstoff und Wasser geschützt werden muss. Eine weitere
konventionelle Realisierungsform beinhaltet auch die Kontaktierung
der Vorderseite eines Elements zur Rückseite eines nächsten
Elements. Hierzu wird aber ein Rückseitenkontakt benötigt.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein organisches photoelektrisches Bauelement und
ein Verfahren zur Herstellung eines organischen photoelektrischen
Bauelements zu schaffen, welches eine einfache Serienverschaltung
von Elementen in einer Kombination mit einer Verringerung der nicht aktiven
Fläche (und somit einem maximaler Füllfaktor)
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch ein organisches photoelektrisches Bauelement
nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung nach Anspruch
16 gelöst.
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Der
Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass bei einem
organischen photoelektrischen Bauelement, das ein Substrat, eine Grundelektrode,
eine organische Schichtanordnung und eine Deckelektrode aufweist,
eine der Elektroden (Grundelektrode oder Deckelektrode) durch eine leitende
Verbindung auf die Rückseite des Substrats geführt
wird. Die leitende Verbindung kann beispielsweise eine Kontaktschicht
sein, die entlang einer Seitenwand des Substrats ausgebildet ist,
so dass ein Kontaktbereich auf der den Elektroden gegenüberliegenden
Seite des Substrats gebildet wird. Die Grundelektrode kann beispielsweise
auf einer ersten Oberfläche und der Kontaktbereich auf
einer zweiten Oberfläche des Substrat ausgebildet sein.
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Bei
weiteren Ausführungsbeispielen können beide Elektroden
(Rund- und Deckelektroden) durch jeweils eine Kontaktschicht kontaktiert
werden, so dass zwei Verbindungen zu zwei Kontaktbereichen auf der
zweiten Oberfläche hergestellt werden.
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Organische
photo-elektrische Bauelemente umfassen beispielsweise eine OLED
oder eine OLED-Struktur als auch eine organische Solarzelle. Ein
Standardaufbau einer OLED oder Solarzelle weist als Grundelektrode
beispielsweise eine transparente ITO-Schicht (ITO = Indium-Zinn-Oxid)
auf. Auf die transparente ITO-Schicht wird dann beispielsweise eine
organische Schicht oder einer organische Schichtanordnung, die teilweise
bis zu sieben Sublagen mit komplementär dotierte Schichten
aufweisen kann, aufgebracht. Abschließend wird eine metallische
Kathode (Deckelektrode) ausgebildet. Da die ITO-Schicht nur am Rand
des Leuchtelements kontaktiert wird, führt bei großflächigen
Leucht- oder Solarelementen wie gesagt der hochohmige Widerstand
der ITO-Schicht zu einer Inhomogenität der Stromeinspeisung.
Durch diese Vorgehensweise wird die maximale Größe
einer gleichmäßig leuchtenden OLED auf ca. 50 × 50
mm2 limitiert.
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Eine
Variante dieses Aufbaus besteht darin, dass bei Nutzung eines nicht
transparenten Substrats eine transparente Deckelektrode (dünnes
Metall oder beispielsweise ITO) genutzt werden kann, um eine Auskopplung
oder Einkopplung des Lichtes über die Topelektrode zu erreichen.
Bei einer anderen Variante ist das Substrat beispielsweise als Glas
ausgebildet und die Grundelektrode als transparente Elektrodenschicht,
die beispielsweise das ITO aufweist.
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Ausführungsbeispiele
umfassen ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines organischen
photoelektrischen Bauelements, wobei zunächst das Substrat
bereitgestellt wird, auf welches die Grundelektrode, die Deckelektrode
und die organische Schichtanordnung derart angeordnet werden, dass die
organische Schichtanordnung zwischen der Grundelektrode und der
Deckelektrode ausgebildet ist. Ferner kann optional eine Schutzschicht
ausgebildet werden, die beispielsweise eine Verkapselung darstellt,
so dass insbesondere die organische Schichtanordnung von einer Umgebung
beispielsweise vollständig geschützt ist. Die
Kontakte der Grund- und Deckelektrode sind dabei außerhalb
der Schutzschicht angeordnet, wobei Durchkontaktierungen durch die
Schutzschicht eine elektrische Verbindung zu der Deck- und Grundelektrode
herstellen.
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Das
Substrat ist beispielsweise derart strukturiert, dass der Kontakt
der Grundelektrode und weitere Kontakt der Deckelektrode an einem
seitlichen Rand der ersten Oberfläche des Substrats ausgebildet
sind, so dass die Kontaktschicht über den seitlichen Rand
des Substrats eine elektrische Verbindung von dem Kontakt der Grundelektrode
oder dem weiteren Kontakt der Deckelektrode zu der gegenüberliegenden
Seite des Substrats (zweite Oberfläche) herstellt.
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Optional
kann die Kontaktschicht sich zumindest teilweise entlang der gegenüberliegenden
Seitenfläche (zweiten Oberfläche) des Substrats
erstrecken oder diese zumindest um einen bestimmten Betrag überragen.
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Das
organische photoelektrische Bauelement kann beispielsweise eine
organische Licht emittierende Diode oder eine organische Solarzelle
bilden, wobei das Bauelement in einer Draufsicht auf den Schichtstapel
beispielsweise viereckförmig oder sechseckförmig
oder achteckförmig ausgebildet sein kann, so dass durch
ein mosaikförmiges Zusammenfügen mehrerer Bauelemente
ein großflächiges Leuchtmodul entsteht.
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Ausführungsbeispiele
umfassen ebenfalls ein Leuchtmodul, welches eine Vielzahl von organischen
photoelektrischen Bauelementen aufweist, die derart aneinandergeordnet
sind, dass sich eine homogene Leuchtfläche ergibt. Bei
der Anordnung der Vielzahl der organischen photoelektrischen Bauelemente
können diese beispielsweise in Reihe oder auch parallel
geschaltet werden, so dass die Stromzuführung oder die
Stromdichteverteilung homogen über die Leuchtfläche
gestaltet werden kann.
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Bei
weiteren Ausführungsbeispielen werden die organischen photoelektrischen
Bauelemente senkrecht zur lateralen Ausdehnung versetzt zueinander
angeordnet, so dass sich zumindest die seitlichen Kontaktbereiche
teilweise überlappen. Damit wird abwechselnd ein Kontaktbereich
auf der zweiten Substratoberfläche mit einem Kontaktbereich
auf der ersten Substratoberfläche verbunden und es ergibt sich
eine serielle Verschaltung von organischen photoelektrischen Bauelementen.
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Bei
Ausführungsbeispielen werden somit Dioden mit einem organischen
Schichtsystem strukturiert und auf einem Substrat angeordnet, wobei
die Dioden mittels einer Verkapselung (Schutzschicht) vor Umwelteinflüssen
geschützt werden. Die Kontakte für die Anode und
für die Kathode sind an zwei Seiten (Ränder) des
Bauelements oder Panels angeordnet. Durch einen flexiblen Metallkontakt,
der beispielsweise ein Metallband aufweisen kann, wird einer der
Kontakte (z. B. die Kathode bei einem Element) auf die Rückseite
des Panels geführt. Die Verschaltung der Elemente (z. B.
drei Elemente) erfolgt senkrecht zur lateralen Ausdehnung versetzt
durch die Kontaktierung der Kathode aus dem ersten Element mit der
Anode des zweiten Elements. In der Folge wird die Kathode des zweiten
Elements versetzt mit der Anode des dritten Elements verbunden. Durch
das versetzte Verbinden der Elemente wird die sichtbare Kontaktierungsfläche
auf bis zu 50% verringert. Gleichzeitig bleibt die Dicke des Gesamtpanels auf
das Doppelte der Elementdicke limitiert, was in der Praxis akzeptabel
ist.
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Damit
wird bei Ausführungsbeispielen die notwendige Randfläche
der Elemente durch eine geschickte Verschaltungstechnik minimiert,
was sowohl die Herstellung großflächiger Leuchtflächen
mit hohem Füllgrad als auch die Serienverschaltung der Elemente
ermöglicht. Die integrierte Reihenkontaktierung ermöglicht
somit sowohl großformatige OLED-Leuchtelemente als auch
großformatige organische Solarzellen, die sich flexibel
erweitern lassen. Ferner ermöglichen Ausführungsbeispiele
eine Erhöhung der aktiven Bauelementfläche in
Kombination mit der Serienverschaltung der Elemente.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden
nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht durch ein organisches photoelektrisches Bauelement
gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung;
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2a und 2b Draufsichten
auf organische photoelektrische Bauelemente, wie sie in der 1 gezeigt
sind;
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3 eine
integrierte Reihenkontaktierung von drei organischen photoelektrischen
Bauelementen; und
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4a und 4b Draufsichten
auf zwei flächenförmig angeordnete Module mit
einer Vielzahl von organischen photoelektrischen Bauelementen.
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Bevor
im Folgenden die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen näher
erläutert wird, wird darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente
in den Figuren mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen
versehen sind und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente
weggelassen wird.
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht durch ein organisches photoelektrisches
Bauelement mit einer flächigen oder lateralen Ausdehnung,
wobei die Querschnittsansicht senkrecht zur lateralen Ausdehnung
gezeigt ist. Das organische photoelektrische Bauelement 100 weist
ein Substrat 110, das eine erste Oberfläche 111 und
eine zweite Oberfläche 112, die durch eine Seitenwand 114 verbunden
sind, auf. Auf der ersten Oberfläche 111 ist eine
Grundelektrode 122 ausgebildet und auf der Grundelektrode 122 ist
eine organische Schichtanordnung 126 und daran anschließend
eine Deckelektrode 124 ausgebildet, so dass die organische
Schichtanordnung 126 zwischen der Deckelektrode 124 und
der Grundelektrode 122 angeordnet ist und diese Schichten
einen Schichtstapel 120 bilden. Dieser Schichtstapel definiert
gleichzeitig den optisch aktiven Bereich.
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Der
Schichtstapel 120 wird durch eine Schutzschicht 130 geschützt,
so dass die Schutzschicht 130 den Schichtstapel 120 sowohl
von der dem Substrat 110 gegenüberliegenden Seite
als auch auf beiden Seiten schützt. Somit kann beispielsweise
ein Inneres der Schutzschicht 130 und des Substrats 110 von
der Umgebung geschützt ist. Die Schutzschicht kann hierbei
z. B. durch einen Glasdeckel oder ein Dünnschichtsystem,
wie z. B. aus Nitrid/Oxid oder polymeren Schichten, realisiert werden.
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Ferner
weist das organische photoelektrische Bauelement 100 einen
Grundelektrodenkontakt 123 und einen Deckelektrodenkontakt 125 auf,
wobei der Grundelektrodenkontakt 123 mit der Grundelektrode 122 elektrisch
verbunden ist und der Deckelektrodenkontakt 125 mit der
Deckelektrode 124 elektrisch verbunden ist (wobei diese
Kontaktierungen eine Durchkontaktierung durch die Schutzschicht 130 umfassen).
Das Substrat 110 wird seitlich durch die Seitenwand 114 und
eine dazu gegenüberliegende Seitenwand 114' seitlich
begrenzt, wobei der Deckelektrodenkontakt 125 in einem
Randbereich zu der Seitenwand 114 ausgebildet ist und der
Grundelektrodenkontakt 123 in einem Randbereich der gegenüberliegenden
Seitenwand 114' ausgebildet ist.
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Das
organische photoelektrische Bauelement 100, wie es in der 1 gezeigt
ist, weist ferner eine Kontaktschicht 150 auf, die den
Deckelektrodenkontakt 125 auf der ersten Oberfläche 111 kontaktiert
und entlang der Seitenwand 114 ausgebildet ist, so dass
ein Kontaktbereich 155 auf der zweiten Oberfläche 112 des
Substrats 110 bereitgestellt ist. Die Kontaktschicht 150 überragt
beispielsweise die zweite Oberfläche 112 mit einem Überhang
L. Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist die Kontaktschicht 150 derart
ausgebildet, dass sie sich über einem Bereich R entlang
der zweiten Oberfläche 112 erstreckt, so dass
der Kontaktbereich 155 eine größere Fläche
aufweist und somit eine sicherere Kontaktierung ermöglicht.
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Optional
kann ferner eine weitere Kontaktschicht ausgebildet sein, die den
Grundelektrodenkontakt 123 auf der gegenüberliegenden
Seite 114' kontaktiert und ebenfalls eine elektrische Verbindung von
der ersten Oberfläche 111 des Substrats zu der zweiten
Oberfläche 112 des Substrats 110 herstellt, so
dass ebenfalls der Grundelektrodenkontakt 123 über
die zweite Oberfläche 112 des Substrats 110 kontaktierbar
wird. Alternativ kann auch lediglich der Grundelektrodenkontakt 123 mit
einer Kontaktschicht 150 kontaktiert werden. Bei weiteren
Ausführungsbeispielen ist ferner der Grundelektrodenkontakt 123 und
der Deckelektrodenkontakt 125 seitlich bündig mit
dem Substrat 110 ausgebildet, so dass das Substrat 110 die
laterale Ausdehnung des organischen photoelektrischen Bauelements 100 definiert.
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2a, 2b zeigen
Draufsichten auf zwei verschiedene laterale Formen für
das organische photoelektrische Bauelement 100, wobei in
der 2a die Schnittebene 1-1' eingezeichnet ist, bezüglich
derer die Querschnittsansicht der 1 gezeigt
ist.
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2a zeigt
dabei beispielsweise eine viereckige (laterale) Form für
das Bauelement 100, wobei die Draufsicht von der der zweiten
Oberfläche 112 gegenüberliegenden Seite
aus dargestellt ist. Somit ist als oberste Schicht die Schutzschicht 130 sichtbar, die
zwischen einer ersten Kontaktschicht 150a und einer zweiten
Kontaktschicht 150b angeordnet ist, wobei die erste Kontaktschicht 150a entlang
der Seitenwand 114 und die zweite Kontaktschicht 150b entlang
der gegenüberliegenden Seitenwand 114' ausgebildet
ist.
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Die 2b zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine laterale
Form des organischen photoelektrischen Bauelements 100,
welches sechseckförmig ausgestaltet ist. An der Seitenwand 114 ist
die erste Kontaktschicht 150a und an der gegenüberliegenden
Seitenwand 114' ist die zweite Kontaktschicht 150b ausgebildet.
Die erste Kontaktschicht 150a kann beispielsweise mit dem
Deckelektrodenkontakt 125 und die zweite Kontaktschicht 150b mit dem
Grundelektrodenkontakt 123 verbunden sein. In dieser Draufsicht
ist wiederum die Schutzschicht 130 als oberste Schicht
des Schichtstapels 120 zu sehen. Die sechseckförmige
Ausgestaltung des organischen photoelektrischen Bauelements 100 kann
beispielsweise derart regelmäßig gewählt
werden, dass durch ein mosaikförmiges Anordnen (siehe 4b)
verschiedener solcher Bauelemente eine Leuchtfläche entsteht.
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Die
Ausgestaltung der Kontaktschicht 150 kann bei weiteren
Ausführungsbeispielen anders gewählt sein, so
dass sie entweder sich über die gesamte Seitenwand 114 oder
die gegenüberliegende Seitenwand 114' erstrecken
oder aber auch nur auf Teilbereiche oder mehrere Teilbereiche erstrecken. Es
ist ebenfalls möglich, dass die Kontaktschicht 150 als
ein Metallgitter ausgebildet ist, welches sich von der ersten Oberfläche 111 des
Substrats 110 zu der zweiten Oberfläche 112 des
Substrats 110 erstreckt.
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Die 3 zeigt
eine Querschnittsansicht von einem Modul, welches drei organische
photoelektrische Bauelemente aufweist, die in Reihe geschaltet sind.
Dabei ist ein erstes organisches photoelektrisches Bauelement 100a mit
einer ersten Kontaktschicht 150a versehen, welches beispielsweise eine Kontaktierung
zur Grundelektrode 122 herstellt. Ferner ist ein zweites
organisches photoelektrisches Bauelement 100b gemäß Ausführungsbeispielen
mit einer zweiten Kontaktschicht 150b versehen, welches
beispielsweise eine Kontaktierung zur Deckelektrode 124 herstellt.
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Bei
dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
weist das erste organische photoelektrische Bauelement 110a ein
erstes Substrat 110a, einen ersten Schichtstapel 120a und
eine erste Schutzschicht 130a auf. Analog weist das zweite
organische photoelektrische Bauelement 100b ein zweites
Substrat 110b, einen zweiten Schichtstapel 120b und eine
zweite Schutzschicht 130b auf. Gemäß Ausführungsbeispielen
weist das erste und zweite photoelektrische Bauelement 100a, 100b jeweils
eine Kontaktschicht 150a, 150b auf. Das weitere
photoelektrische Bauelement 200 weist ebenfalls ein Substrat 210,
einen Schichtstapel 220 und eine Schutzschicht 230 auf – allerdings
keine Kontaktschicht 150.
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Das
erste und zweite organische photoelektrische Bauelement 100a, 100b sind
bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
beidseitig des weiteren organischen photoelektrischen Bauelements 200 angeordnet,
wobei das weitere organische photoelektrische Bauelement 200 keine
Kontaktschicht 150 aufweist. Das weitere photoelektrische
Bauelement 200 ist derart zwischen dem ersten und zweiten
organischen photoelektrischen Bauelement 100a, 100b angeordnet
ist, dass der Deckelektrodenkontakt 225 des weiteren organischen
photoelektrischen Bauelements 200 die erste Kontaktschicht 150a des
ersten organischen photoelektrischen Bauelements 100a kontaktiert.
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Ferner
kontaktiert der Grundelektrodenkontakt 223 des weiteren
organischen photoelektrischen Bauelements 200 die zweite
Kontaktschicht 150b des zweiten organischen photoelektrischen
Bauelements 100b. Die dadurch entstandene Reihenschaltung
zwischen dem ersten organischen photoelektrischen Bauelement 100a,
dem weiteren organischen photo elektrischen Bauelement 200 und
dem zweiten organischen photoelektrischen Bauelements 100b kann
mittels dem Deckelektrodenkontakt 125a des ersten organischen
photoelektrischen Bauelements einerseits kontaktiert werden. Andererseits
kann eine Kontaktierung an dem Grundelektrodenkontakt 123b des
zweiten organischen photoelektrischen Bauelements 100b erfolgen.
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Optional
kann die in der 3 gezeigte Reihenanordnung von
drei organischen photoelektrischen Bauelementen fortgesetzt werden.
Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass das erste organische
photoelektrische Bauelement 100a eine weitere Kontaktschicht 150 aufweist,
die den Deckelektrodenkontakt 125a kontaktiert und einen
Kontaktbereich auf der dem Deckelektrodenkontakt 125a gegenüberliegenden
Seite des Substrats 110a bereitstellt. Dadurch ist es möglich,
analog zu dem weiteren organischen photoelektrischen Bauelement 200 ein
zusätzliches organisches photoelektrisches Bauelement von
oben einzusetzen, welches wiederum die weitere Kontaktschicht 150b kontaktiert.
In analoger Weise kann die Reihenschaltung auch entlang des zweiten
organischen photoelektrischen Bauelements 100b fortgesetzt
werden, so dass auch hier das zweite organische photoelektrische
Bauelement 100b eine weitere Kontaktschicht 150 aufweist,
die den Grundelektrodenkontakt 123b kontaktiert und einen
Kontaktbereich auf der dem Grundelektrodenkontakt 123b gegenüberliegenden
Seite des Substrats 110b bereitstellt.
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Somit
ergibt sich eine Reihenschaltung von einer Vielzahl von photoelektrischen
Bauelementen, die abwechselnd oben und unten angeordnet sind. Diese
wechselseitige Anordnung erfolgt senkrecht zur lateralen Ausdehnung
oder parallel zu einer Flächennormalen der optisch aktiven
Bereiche wie sie in der der 2 dargestellt
sind. Bei der erfindungsgemäßen Verschaltung,
wie sie beispielsweise in der 3 zu sehen
ist, lässt sich damit der Randkontaktbereich minimieren,
so dass sich der optisch aktive Bereich bis auf die Randbereiche 31 und 32 über
die gesamte Längsausdehnung erstreckt. Die Randbereiche 31 und 32 bilden Überlappungsbereiche,
entlang derer sich die Bauelemente überlappen. Im Vergleich
zu einer Reihenverschaltung, bei dem das photoelektrische Bauelement 200 neben
dem ersten und zweiten organischen photoelektrischen Bauelement 100a, 100b angeordnet
werden würde, sind die Randbereiche 31 und 32 nur
halb so groß ausgebildet. Das stellt einen wesentlichen
Vorteil von Ausführungsbeispielen dar, da dadurch die optische
aktive Zone deutlich vergrößert werden kann und
die Randzone aufgrund der halbierten Größe optisch
kaum sichtbar ist (die Homogenität wird dadurch deutlich erhöht).
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Bei
weiteren Ausführungsbeispielen ist es ebenfalls möglich,
dass sämtliche organische photoelektrische Bauelemente 100 jeweils
eine Kontaktschicht 150 aufweisen und in einer stufenförmigen Anordnung übereinander
angeordnet werden, so dass ein unten liegendes organisches photoelektrisches
Bauelement 100 das darüberliegende organische
photoelektrische Bauelement einerseits von unten kontaktiert und
das darüberliegende organische photoelektrische Bauelement
seinerseits das folgende Bauelement ebenfalls von unten kontaktiert. Durch
die so erhaltene treppen- oder stufenförmige Ausgestaltung
ist es möglich, eine Hauptabstrahlrichtung durch ein Kippen
oder Neigen der treppenförmigen Ausgestaltung so zu wählen,
dass sie nicht senkrecht nach oben, sondern zu einer Seite gekippt
ist.
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Die 4a, 4b zeigen
wiederum Draufsichten auf die integrierte Reihenkontaktierung, wie sie
in der 3 als Querschnittsansicht gezeigt ist. Die 4a zeigt
wiederum ein Ausführungsbeispiel, bei dem die organischen
photoelektrischen Bauelemente 100, 200 eine viereckige
Form (in lateraler Richtung) aufweisen, währenddessen das
in der 4b gezeigte Ausführungsbeispiel
eine sechseckige Form der organischen photoelektrischen Bauelemente 100, 200 zeigt.
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In
der 4a sind insgesamt acht organische photoelektrische
Bauelemente gezeigt, die sich in zwei Reihen anordnen und seriell
miteinander verschaltet sind. In einer ersten Reihe ist zunächst
ein erstes organisches photoelektrisches Bauelement 100a und
ein zweites organisches photoelektrisches Bauelement 100b gezeigt,
zwischen denen ein erstes weitere organisches photoelektrisches
Bauelement 200a angeordnet ist und beidseitig die organischen
Bauelemente 100a, 100b kontaktiert, wobei der Überlappungsbereich
B1 (siehe 3) ebenfalls eingezeichnet ist.
Ferner ist in der ersten Reihe ein zweites weitere photoelektrisches
Bauelement 200b gezeigt, welches das zweite organische
photoelektrische Bauelement 100b seitlich kontaktiert.
In einer zweiten Reihe ist eine analoge Verschaltung von Bauelementen 100, 200 gezeigt,
so dass ein drittes und viertes organisches photoelektrisches Bauelement 100c, 100d beidseitig
einem dritten weiteren photoelektrischen Bauelement 200c angeordnet sind.
Ein viertes weiteres photoelektrisches Bauelement 200d kontaktiert
das vierte organische photoelektrische Bauelement 100d.
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Die
erste und zweite Reihe der photoelektrischen Bauelemente 100, 200 sind
in einem Abstand D zueinander angeordnet, wobei der Abstand D beispielsweise
derart gewählt werden kann, dass er einerseits möglichst
klein ist und andererseits jedoch die elektrische Isolierung der
elektrischen Kontakte sicherstellt. Damit kann beispielsweise erreicht
werden, dass optisch der Abstand D nicht sichtbar ist, so dass eine
homogen strahlende Leuchtfläche entsteht. Dazu kann es
ferner sinnvoll sein, dass die Kontaktschichten 150, wie
sie in der 2a gezeigt sind, sich nicht
bis zu einem Eckbereich erstrecken, und somit keine elektrische
Kontaktierung zwischen photoelektrischen Bauelementen in der ersten
und zweiten Reihe möglich ist.
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Die 4b zeigt
eine weitere Draufsicht auf eine Reihenkontaktierung, wie sie in
der 3 gezeigt ist, wobei bei dem Ausführungsbeispiel
der 4b eine sechseckförmige Ausgestaltung
der organischen photoelektrischen Bauelemente 100, 200 gezeigt
ist (siehe auch 2b). Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
sind lediglich zwei Reihen gezeigt, wobei in einer ersten Reihe
ein erstes und zweites photoelektrisches Bauelement 100a, 100b gezeigt
sind, die beidseitig von einem ersten weiteren photoelektrische
Bauelement 200a angeordnet sind, so dass sich die Randbereich
in einem ersten Überlappungsbereich B1 und einem zweiten Überlappungsbereich
B2 überlappen.
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In
einer zweiten Reihe, die sich ebenfalls in einem Abstand D zu der
ersten Reihe befindet, sind weitere organische photoelektrische
Bauelemente 100, 200 gezeigt, die beispielsweise
ein drittes und viertes organisches photoelektrisches Bauelement 100c, 100d aufweisen,
die ihrerseits wiederum beidseitig einem zweiten weiteren photoelektrischen
Bauelement 200b angeordnet sind. Ähnlich wie in
der 4a sind in der zweiten Reihe der 4b ebenfalls
ein drittes weiteres organisches photoelektrisches Bauelement 200c gezeigt,
welches das vierte organische photoelektrische Bauelement 100d seitlich
kontaktiert.
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Ferner
zeigt die 4b eine mögliche Querschnittslinie
3-3', entlang welcher beispielsweise die Querschnittsansicht der 3 gezeigt
ist.
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Somit
umfassen Ausführungsbeispiele ebenfalls Module von organischen
photoelektrischen Bauelementen 100, 200, die in
Serie oder parallel an eine Treiberelektronik angeschlossen sind.
Beispielsweise ist in der ersten Reihe der 4a eine
Serienschaltung gezeigt. Eine parallele Schaltung ist beispielsweise
zwischen den Bauelementen der ersten Reihe und den Bauelementen
der zweiten Reihe in der 4a (oder
der 4b) möglich. Die Treiberelektronik ist
in den Figuren nicht gezeigt und kann beispielsweise auf der dem
Substrat abgewandten Seite des Schichtstapels 120 angeordnet
sein. Die Module, so wie sie beispielsweise aus schnittsweise in
der 4a und der 4b gezeigt
sind, können sowohl horizontal als auch vertikal fortgesetzt
werden, so dass sich dadurch großflächige und
homogen ausgestrahlte Leuchtflächen ergeben.
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Zusammenfassend
umfassen somit Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
eine organische Leuchtdiode oder eine organische Solarzelle sowie
deren Herstellung, wobei das organische photoelektrische Bauelement
ein Substrat 110, eine Grundelektrode 122, eine
organische Schichtanordnung 126 und eine Deckelektrode 124 sowie
eine Verkapselung 130 aufweisen, die ferner dadurch gekennzeichnet
sind, dass eine der Elektroden durch eine leitende Verbindung 150 auf
die Rückseite des Substrats 112 geführt
wird und mit dem Vorderseitenkontakt einer Elektrode eines anderen
Elements (in dem Bereich B) verbunden wird. Hierbei werden die Elemente
in einer Dimension versetzt angeordnet (vertikale Richtung in der 3)
und als Serie verschaltet. Ferner umfassen Ausführungsbeispiele
organische photoelektrische Bauelemente, wobei die leitende Verbindung
auf der Rückseite mittels eines Metallbands oder Metallgitters
ausgeführt oder durchgeführt wird. Schließlich
können die Bauelemente 100, 200 ebenfalls
durch eine Reiheanordnung mehrerer Elemente 100, 200 ein
Modul erzeugen, wie es beispielsweise in der 4a, 4b gezeigt
ist.
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Bei
Ausführungsbeispielen können die Schichten die
folgenden Dimensionierungen beispielhaft aufweisen. Als Substrat
dient beispielsweise Glas mit einer Schichtdicke in einem beispielhaften
Bereich zwischen 0,5 mm und 2 mm. Die organische Schichtanordnung
weist beispielsweise bis zu sieben Sublagen auf und kann eine Schichtdicke
in einem beispielhaften Bereich zwischen 50 nm und 500 nm oder von
ca. 100 nm bis 200 nm umfassen. Die Deckelektrode als metallische
Kathode weist häufig Aluminium in einer Schichtdicke in
einem beispielhaften Bereich von 50 nm und 1000 nm oder von ca.
100 nm bis 500 nm auf. Die ITO-Schicht kann beispielsweise einem
Flächenwiderstand von ca. 10 bis 100 Ohm/Quadratfläche
aufweisen. Außerdem weist die organische Schichtanordnung
komplementär dotierte organische Schichten, die einen pn-Übergang bilden,
auf. Der Überhang L kann beispielsweise in einem Bereich
zwischen 0,5 μm und 1 mm liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 7307278 [0009]
- - US 7034470 [0009]
- - US 6693296 [0009]
- - US 7276724 [0009]
- - US 7122398 [0009, 0009]