DE102012007009A1 - Erzeugung von organischen Solarzellen und Photodioden mit Elektronenstrahlbeschuss - Google Patents
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Abstract
Herstellung von p-n-Übergängen in organischen Halbleitern insbesondere für Solarzellen und Photodioden mittels Teilchenstrahlbeschuss insbesondere mit Elektronenstrahlen zur Defekterzeugung in der kristallinen oder molekularen Struktur unter Einbezug von Excitonenprozessen.
Description
- Ein elektronischer p-n-Übergang in einem anorganischen Halbleiter zur Funktion eines Gleichrichters, Transistors oder einer Photodiode wird in erschöpfend ausgereiften Technologien hergestellt, obwohl die Technologie mit elektronstrahlerzeugten Übergängen mittels Kristallfehlstellen (Schottkydefekten) noch weitere extrem nicht-thermische komplexe Übergangsstrukturen herzustellen erlaubt. Diese Übergänge sind leicht herzustellen und vermeiden aggressive, giftige und teuere Chemikalien, wie mit den ersten auf diese Weise erzeugten Solarzellen [1] gezeigt wurde. Die Erzeugung der Gleichtereigenschaften in Silizium mit weit unterkritischen Energien von intensiven Elektronenstrahlen wurde entdeckt [2] worüber zusammengefasst [3] und berichtet wurde [4]. Die Anwendung für Solarzellen wurde wurde patentiert [5] und beschrieben, wie die neuartigen extremen Nichtgleichewichtsstrukturen ausgenützt werden können [6].
- Bei diesen Entwicklungen mit Solarzellen wurden neben anorganischen Materialien, organische Polymere insbesondere mit Mehrfachbindungen und Halbleitereigenschaften bereits erwähnt [5]. Bei der Herstellung der organischen photovoltaischen (OPV) Zellen oder organischen Lichtemissionsdioden (OLED) mit p-n-Übergängen stellte sich allerdings heraus, dass die Übergänge nicht einfach wie in anorganischen Materialien erzeugt werden [7] und komplexe Vielfachstrukturen mit Zweischenlagen [8] verwednet werden. Die Übergänge (p-n junctions) sind dann nicht einfach wie in anorganischen Transistoren durch elektrische Leitungseffekte mit Minoritätsladungsträgern und das Vieltälerbändermodell [9] zu erklären, sondern unter Einbezug von Excitonen.
- Auf diese Weise werden OPVs durch Auswalzen von Polymerlagen erzeugt, die eine Effizienz von bis zu 15% ergeben [7]. Bei diesen Herstellungverfahren sind die Stabilität und Dauerhaftigkeit der Zellen und der Leuchtdioden sowie die flächenmäßige Homogenität bekannte Probleme. Insbesondere die Materialeigenschaften der notwendig beim Walzen entstehenden atomaren und molekularen Fehlordnungen für den Excitonenmechanismus und die Diodeneigenschaften der Übergänge erforderlichen Funktiontn basieren bisher nur auf rein empirischen Methoden. Erfindungsgemäss werden diese Unsicherheiten überwunden, indem statt der mechanischen Auswalzmethoden die für den Excitonenprozess nötigen Fehlordnungen in den Materialien durch Elektronenstahlbeschuss erzeugt werden.
- Erfindungsgemäss wird mit unterschwelligen Eletronenenergien unterhalb 200 keV gearbeitet, wobei der Energiebereich zwischen 1000 und 100.000 Elektronenvolt abgegrenzt wird. Ferner wird beim Beschuss die Elektronenenergie und die Elektronenstrahlintensität moduliert zur Maxmierung der Effizienz. Dabei werden die von den Elektronen erzeugten Defekte in einem vom thermischen Verlauf abweichenden Nichtgleichgewichtsverlauf optmiert. Das bestrahlte Material kann aus aufeinanderliegenden Schichten von verschiedener Zusammensetzung bestehen. Im Anschluss an die Elektronenbestrahlung kann eine thermische oder mechanische Nachbehandlung zur weiteren Verbesserung der p-n-Übergänge insbesondere von Solarzellen oder der Photodioden erfolgen.
- Zitate:
- [1] M. Ghoranneviss, A. H. Sari, et al. SPIE Proceed. 6035, 377–383 (2006)
- [2]
Deutsches Patent 1179640 (1966);USA Patent 3 206 336 (1965) - [3] A. H. Sari, F. Osman, K. R. Doolan, M. Ghornanneviss, H. Hora, R. Höpfl, G. Benstetter, M. R. Hantehzadeh, Laser and Particle Beams, 23, 467–473 (2005)
- [4] H. Hora, Stresses in Silicon Crystals from Ion-Implanted Amorphous Regions, Applied Physics A32, 1–5 (1983).
- [5]
Deutsches Patetent 2415399 (1977) - [6] Offenlegungsschrift
DE 102005060800 A1 (2005) - [7] Jaqueline Hewett, Interview: M. Pfeiffer, Physics World, Optics and Lasers, April 2012, S. 19
- [8] Harry Boehme OLED Yutube FCO11: Novatec. YuTube ecosummit TV
- [9] H. Hora „Klimaprobleme und Lösungswege" S. Roderer Verlag, Regensburg 2010 Kapitel C. 2
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 1179640 [0006]
- DE 3206336 [0006]
- DE 2415399 [0009]
- DE 102005060800 A1 [0010]
- Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- M. Ghoranneviss, A. H. Sari, et al. SPIE Proceed. 6035, 377–383 (2006) [0005]
- A. H. Sari, F. Osman, K. R. Doolan, M. Ghornanneviss, H. Hora, R. Höpfl, G. Benstetter, M. R. Hantehzadeh, Laser and Particle Beams, 23, 467–473 (2005) [0007]
- H. Hora, Stresses in Silicon Crystals from Ion-Implanted Amorphous Regions, Applied Physics A32, 1–5 (1983) [0008]
- Jaqueline Hewett, Interview: M. Pfeiffer, Physics World, Optics and Lasers, April 2012, S. 19 [0011]
- Harry Boehme OLED Yutube FCO11: Novatec. YuTube ecosummit TV [0012]
- H. Hora „Klimaprobleme und Lösungswege” S. Roderer Verlag, Regensburg 2010 Kapitel C. 2 [0013]
Claims (9)
- Erzeugung von p-n-Übergängen in organischen Halbleitern unter Einschluss von Excitonenprozessen gekennzeichnet dadurch, dass Teilchenstrahlen zur Strukturänderung angewendet werden;
- Erzeugung von p-n-Übergangen in organischen Halbleitern unter Einschluss von Excitonenprozessen nach Anspruch 1. gekennzeichnet dadurch, dass Elektronenstrahlenstrahlen zur Strukturänderungen angewendet werden;
- Erzeugung von p-n-Übergängen in organischen Halbleitern unter Einschluss von Excitonenprozessen nach den Ansprüchen 1 bis 2 gekennzeichnet dadurch, dass Elektronenstrahlenstrahlen mit Energien zwischen 1 keV und 100 keV zur Strukturänderungen angewendet werden;
- Erzeugung von p-n-Übergängen in organischen Halbleitern unter Einschluss von Excitonenprozessen nach den Ansprüchen 1 bis 3 gekennzeichnet dadurch, dass ein Zeitverlauf der eingestahlten Elektonenenergie zur Strukturänderung angewendet wird;
- Erzeugung von p-n-Übergängen in organischen Halbleitern unter Einschluss von Excitonenprozessen nach den Ansprüchen 1 bis 4 gekennzeichnet dadurch, dass ein Zeitverlauf der eingestahlten Elektonenintensität zur Strukturänderung angewendet wird;
- Erzeugung von p-n-Übergangen in organischen Halbleitern unter Einschluss von Excitonenprozessen nach den Ansprüchen 4 bis 5 gekennzeichnet dadurch, dass der Zeitverlauf der eingestahlten Elektonenenergie und Elektronenintensität einem Verlauf von verschiedenen Schichten zur Strukturänderung angepasst wird;
- Erzeugung von p-n-Übergängen in organischen Halbleitern unter Einschluss von Excitonenprozessen nach den Ansprüchen 1 bis 6 gekennzeichnet dadurch, dass nach der Einwirkung der Elektronenstrahlen eine Wäremebhandlung mit Temperaturen im Material über 100 Grad Celsius zur Strukturänderung angewendet wird;
- Erzeugung von p-n-Übergängen in organischen Halbleitern unter Einschluss von Excitonenprozessen nach den Ansprüchen 1 bis 7 gekennzeichnet dadurch, dass nach der eingestahlten Elektonenenergie eine mechanische Nachbehandlung durch Druck zur Strukturänderung angewendet wird;
- Erzeugung von p-n-Übergängen in organischen Halbleitern unter Einschluss von Excitonenprozessen nach den Ansprüchen 1 bis 7 gekennzeichnet dadurch, dass die mechanische Nachbehandlung mit einem Walzprozess zur Strukturänderung angewendet wird;
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| DE3206336A1 (de) | 1982-02-22 | 1983-09-01 | Schneider Gmbh & Co, 5020 Frechen | Rohrabzweig aus steinzeug, beton od. dgl. fuer kanalisationsrohre |
| DE102005060800A1 (de) | 2005-12-17 | 2007-06-28 | Hora, Heinrich, Prof. Dr. Dr. | Teilchenstrahlerzeugung von p-n-Übergängen |
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2012
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Non-Patent Citations (6)
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|---|
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| H. Hora, Stresses in Silicon Crystals from Ion-Implanted Amorphous Regions, Applied Physics A32, 1-5 (1983) |
| Harry Boehme OLED Yutube FCO11: Novatec. YuTube ecosummit TV |
| Jaqueline Hewett, Interview: M. Pfeiffer, Physics World, Optics and Lasers, April 2012, S. 19 |
| M. Ghoranneviss, A. H. Sari, et al. SPIE Proceed. 6035, 377-383 (2006) |
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