DE102012105810B4 - Transparent electrode for optoelectronic components - Google Patents

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Abstract

Optoelektronisches Bauelement auf einem Substrat umfassend eine erste und eine zweite Elektrode, wobei die erste Elektrode auf dem Substrat angeordnet ist und die zweite Elektrode eine Gegenelektrode bildet, wobei zwischen diesen Elektroden zumindest ein photoaktives Schichtsystem angeordnet ist, welches zumindest ein Donor-Akzeptorsystem mit organischen Materialien umfasst, wobei die Gegenelektrode aus einem Schichtsystem ausgebildet ist, umfassend zumindest eine erste Schicht (2), enthaltend ein Metall oder Metalloxid, eine zweite Schicht (3) umfassend ein Metall und eine dritte Schicht als Deckschicht (4), wobei die dritte Schicht (4) einen Brechungsindex > 2 aufweist, und wobei zwischen der ersten (2) und der zweiten (3) Schicht der Gegenelektrode zumindest eine Zwischenschicht (6) aus Nb2O5eingefügt ist, welche eine Schichtdicke zwischen 0,02 bis 40 nm aufweist.Optoelectronic component on a substrate comprising a first and a second electrode, the first electrode being arranged on the substrate and the second electrode forming a counter electrode, with at least one photoactive layer system being arranged between these electrodes, which at least one donor-acceptor system with organic materials comprises, wherein the counter electrode is formed from a layer system, comprising at least a first layer (2) containing a metal or metal oxide, a second layer (3) comprising a metal and a third layer as a cover layer (4), the third layer ( 4) has a refractive index> 2, and at least one intermediate layer (6) made of Nb2O5 is inserted between the first (2) and the second (3) layer of the counter electrode, which has a layer thickness between 0.02 and 40 nm.

Description

Die Erfindung betrifft eine transparente Elektrode für optoelektronische Bauelemente.The invention relates to a transparent electrode for optoelectronic components.

Optoelektronische Bauelemente, wie etwa Solarzellen oder LED's, TFT's, etc. finden heute eine breite Anwendung im alltäglichen sowie industriellen Umfeld. Von besonderem Interesse sind dabei solche Bauelemente, welche aufgrund ihrer Ausgestaltung eine Anordnung auf gekrümmten der gewölbten Oberflächen erlauben.Optoelectronic components such as solar cells or LEDs, TFTs, etc. are now widely used in everyday and industrial environments. Components of particular interest are those which, due to their design, allow an arrangement on curved or curved surfaces.

So sind beispielsweise Dünnschicht-Solarzellen bekannt, welche eine flexible Ausgestaltung aufweisen und damit eine Anordnung auf gekrümmten Oberflächen erlauben. Solche Solarzellen weisen dabei bevorzugt aktive Schichten aus amorphen Silicium (α-Si) oder CIGS (Cu(In,Ga) (S,Se)2) auf.For example, thin-film solar cells are known which have a flexible design and thus allow an arrangement on curved surfaces. Such solar cells preferably have active layers made of amorphous silicon (α-Si) or CIGS (Cu (In, Ga) (S, Se) 2 ).

Nachteilig bei diesen Dünnschicht-Solarzellen sind die vor allem durch die Materialien bedingten hohen Produktionskosten.The disadvantage of these thin-film solar cells is the high production costs, which are primarily due to the materials.

Bekannt sind ebenfalls organische Leuchtdioden (OLED's), welche aufgrund der nicht benötigten Hintergrundbeleuchtung sehr dünn und damit auch flexibel ausgestaltet werden können.Organic light-emitting diodes (OLEDs) are also known, which, because the background lighting is not required, can be designed to be very thin and therefore flexible.

Weiterhin bekannt sind auch Solarzellen mit organischen aktiven Schichten, welche flexibel ausgestaltet sind (Konarka - Power Plastic Series). Die organischen aktiven Schichten können dabei aus Polymeren (z.B. US 7825326 B2 ) oder kleinen Molekülen (z.B. EP 2385556 A1 ) aufgebaut sein. Während Polymere sich dadurch auszeichnen, dass diese nicht verdampfbar und daher nur aus Lösungen aufgebracht werden können, sind kleine Moleküle verdampfbar.Also known are solar cells with organic active layers which are designed to be flexible (Konarka - Power Plastic Series). The organic active layers can be made of polymers (e.g. US 7825326 B2 ) or small molecules (e.g. EP 2385556 A1 ) be constructed. While polymers are characterized by the fact that they cannot be evaporated and can therefore only be applied from solutions, small molecules can be evaporated.

Der Vorteil solcher Bauelemente auf organischer Basis gegenüber den konventionellen Bauelementen auf anorganischer Basis (Halbleiter wie Silizium, Galliumarsenid) sind die teilweise extrem hohen optischen Absorptionskoeffizienten (bis zu 2×105 cm-1), so dass sich die Möglichkeit bietet, mit geringem Material- und Energieaufwand sehr dünne Solarzellen herzustellen. Weitere technologische Aspekte sind die niedrigen Kosten, die Möglichkeit, flexible großflächige Bauteile auf Plastikfolien herzustellen, und die nahezu unbegrenzten Variationsmöglichkeiten und die unbegrenzte Verfügbarkeit der organischen Chemie.The advantage of such organic-based components compared to conventional inorganic-based components (semiconductors such as silicon, gallium arsenide) are the sometimes extremely high optical absorption coefficients (up to 2 × 10 5 cm -1 ), so that there is the possibility of using little material - and energy consumption to produce very thin solar cells. Further technological aspects are the low costs, the possibility of producing flexible, large-area components on plastic films, and the almost unlimited possibilities for variation and the unlimited availability of organic chemistry.

Eine Solarzelle wandelt Lichtenergie in elektrische Energie um. Der Begriff photoaktiv bezeichnet hierbei ebenfalls die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Im Gegensatz zu anorganische Solarzellen werden bei organischen Solarzellen durch das Licht nicht direkt freie Ladungsträger erzeugt, sondern es bilden sich zunächst Exzitonen, also elektrisch neutrale Anregungszustände (gebundene Elektron-Loch-Paare). Erst in einem zweiten Schritt werden diese Exzitonen in freie Ladungsträger getrennt, die dann zum elektrischen Stromfluss beitragen.A solar cell converts light energy into electrical energy. The term photoactive also refers to the conversion of light energy into electrical energy. In contrast to inorganic solar cells, light does not directly generate free charge carriers in organic solar cells, but excitons, i.e. electrically neutral states of excitation (bound electron-hole pairs), are initially formed. Only in a second step are these excitons separated into free charge carriers, which then contribute to the flow of electrical current.

Eine in der Literatur bereits vorgeschlagene Realisierungsmöglichkeit einer organischen Solarzelle besteht in einer pin-Diode [Pfeiffer, Martin, „Controlled doping of organic vacuum deposited dye layers: basics and applications“, PhD thesis TU-Dresden, 1999.] mit folgendem Schichtaufbau:

  • 0. Träger, Substrat,
  • 1. Grundkontakt, meist transparent,
  • 2. p- Schicht(en),
  • 3. i- Schicht(en),
  • 4. n- Schicht(en),
  • 5. Deckkontakt.
One possibility of realizing an organic solar cell already proposed in the literature consists in a pin diode [Pfeiffer, Martin, "Controlled doping of organic vacuum deposited dye layers: basics and applications", PhD thesis TU-Dresden, 1999.] with the following layer structure:
  • 0. Carrier, substrate,
  • 1. Basic contact, mostly transparent,
  • 2nd p-layer (s),
  • 3. i-layer (s),
  • 4. n-layer (s),
  • 5. Deck contact.

Hierbei bedeutet n bzw. p eine n- bzw. p-Dotierung, die zu einer Erhöhung der Dichte freier Elektronen bzw. Löcher im thermischen Gleichgewichtszustand führt. Es ist allerdings auch möglich, dass die n-Schicht(en) bzw. p-Schicht(en) zumindest teilweise nominell undotiert sind und nur aufgrund der Materialeigenschaften (z.B. unterschiedliche Beweglichkeiten), aufgrund unbekannter Verunreinigungen (z.B. verbliebene Reste aus der Synthese, Zerfalls- oder Reaktionsprodukte während der Schichtherstellung) oder aufgrund von Einflüssen der Umgebung (z.B. angrenzende Schichten, Eindiffusion von Metallen oder anderen organischen Materialien, Gasdotierung aus der Umgebungsatmosphäre) bevorzugt n-leitende bzw. bevorzugt p-leitende Eigenschaften besitzen. In diesem Sinne sind derartigen Schichten primär als Transportschichten zu verstehen. Die Bezeichnung i-Schicht bezeichnet demgegenüber eine nominell undotierte Schicht (intrinsische Schicht). Eine oder mehrere i-Schichten können hierbei Schichten sowohl aus einem Material, als auch eine Mischung aus zwei Materialien (sogenannte interpenetrierende Netzwerke bzw. bulk-heterojunction; Hiramoto, M., Mol. Cryst. Liq. Cryst., 2006, Vol. 444, S. 33–40) bestehen. Das durch den transparenten Grundkontakt einfallende Licht erzeugt in der i-Schicht bzw. in der n-/p-Schicht Exzitonen (gebundene Elektron-Loch-Paare). Diese Exzitonen können nur durch sehr hohe elektrische Felder oder an geeigneten Grenzflächen getrennt werden. In organischen Solarzellen stehen ausreichend hohe Felder nicht zur Verfügung, so dass alle Erfolg versprechenden Konzepte für organische Solarzellen auf der Exzitonentrennung an photoaktiven Grenzflächen beruhen. Die Exzitonen gelangen durch Diffusion an eine derartige aktive Grenzfläche, wo Elektronen und Löcher voneinander getrennt werden. Das Material, welches die Elektronen aufnimmt, wird dabei als Akzeptor, und das Material, welches das Loch aufnimmt, als Donator (oder Donor) bezeichnet. Die trennende Grenzfläche kann zwischen der p- (n-) Schicht und der i-Schicht bzw. zwischen zwei i-Schichten liegen. Im eingebauten elektrischen Feld der Solarzelle werden die Elektronen nun zum n-Gebiet und die Löcher zum p-Gebiet abtransportiert. Vorzugsweise handelt es sich bei den Transportschichten um transparente oder weitgehend transparente Materialien mit großer Bandlücke (wide-gap) wie sie z.B. in WO2004083958 A2 beschrieben sind. Als wide-gap Materialien werden hierbei Materialien bezeichnet, deren Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich <450nm liegt, vorzugsweise bei <400nm.Here, n or p denotes an n or p doping, which leads to an increase in the density of free electrons or holes in the thermal equilibrium state. However, it is also possible that the n-layer (s) or p-layer (s) are at least partially nominally undoped and only due to the material properties (e.g. different mobility), due to unknown impurities (e.g. remaining residues from the synthesis, decay - or reaction products during layer production) or due to environmental influences (e.g. adjacent layers, diffusion of metals or other organic materials, gas doping from the ambient atmosphere) preferably have n-conductive or preferably p-conductive properties. In this sense, such layers are primarily to be understood as transport layers. In contrast, the term i-layer denotes a nominally undoped layer (intrinsic layer). One or more i-layers can be layers made from one material or a mixture of two materials (so-called interpenetrating networks or bulk heterojunction; Hiramoto, M., Mol. Cryst. Liq. Cryst., 2006, Vol. 444 , Pp. 33–40). The incident light through the transparent ground contact generates excitons (bound electron-hole pairs) in the i-layer or in the n- / p-layer. These excitons can only be separated by very high electrical fields or at suitable interfaces. Sufficiently high fields are not available in organic solar cells, so that all promising concepts for organic solar cells are based on exciton separation at photoactive interfaces. The excitons reach such an active interface by diffusion, where electrons and holes are separated from one another. The Material that accepts the electrons is called the acceptor, and the material that accepts the hole is called the donor (or donor). The separating interface can lie between the p- (n-) layer and the i-layer or between two i-layers. In the built-in electric field of the solar cell, the electrons are now transported to the n-area and the holes to the p-area. The transport layers are preferably transparent or largely transparent materials with a large band gap (wide-gap), such as those in FIG WO2004083958 A2 are described. In this context, wide-gap materials are materials whose absorption maximum is in the wavelength range <450 nm, preferably <400 nm.

Da durch das Licht immer erst Exzitonen erzeugt werden und noch keine freien Ladungsträger, spielt die rekombinationsarme Diffusion von Exzitonen an die aktive Grenzfläche eine kritische Rolle bei Organische Solarzellen. Um einen Beitrag zum Photostrom zu leisten, muss daher in einer guten organischen Solarzelle die Exzitonendiffusionslänge die typische Eindringtiefe des Lichts deutlich übersteigen, damit der überwiegende Teil des Lichts genutzt werden kann. Strukturell und bezüglich der chemischen Reinheit perfekte organische Kristalle oder Dünnschichten erfüllen durchaus dieses Kriterium. Für großflächige Anwendungen ist allerdings die Verwendung von monokristallinen organischen Materialien nicht möglich und die Herstellung von Mehrfachschichten mit ausreichender struktureller Perfektion ist bis jetzt noch sehr schwierig.Since excitons are always generated by the light and not yet free charge carriers, the low-recombination diffusion of excitons at the active interface plays a critical role in organic solar cells. In order to make a contribution to the photocurrent, the exciton diffusion length in a good organic solar cell must therefore clearly exceed the typical penetration depth of the light so that the majority of the light can be used. Structurally and in terms of chemical purity, organic crystals or thin films that are perfect meet this criterion. For large-area applications, however, the use of monocrystalline organic materials is not possible and the production of multiple layers with sufficient structural perfection has so far been very difficult.

Falls es sich bei der i-Schicht um eine Mischschicht handelt, so übernimmt die Aufgabe der Lichtabsorption entweder nur eine der Komponenten oder auch beide. Der Vorteil von Mischschichten ist, dass die erzeugten Exzitonen nur einen sehr kurzen Weg zurücklegen müssen bis sie an eine Domänengrenze gelangen, wo sie getrennt werden. Der Abtransport der Elektronen bzw. Löcher erfolgt getrennt in den jeweiligen Materialien. Da in der Mischschicht die Materialien überall miteinander im Kontakt sind, ist bei diesem Konzept entscheidend, dass die getrennten Ladungen eine lange Lebensdauer auf dem jeweiligen Material besitzen und von jedem Ort aus geschlossene Perkolationspfade für beide Ladungsträgersorten zum jeweiligen Kontakt hin vorhanden sind.If the i-layer is a mixed layer, either only one of the components or both takes over the task of light absorption. The advantage of mixed layers is that the generated excitons only have to travel a very short distance until they reach a domain boundary where they are separated. The electrons or holes are transported away separately in the respective materials. Since the materials are in contact with each other everywhere in the mixed layer, it is crucial for this concept that the separate charges have a long service life on the respective material and that there are closed percolation paths for both types of charge carriers to the respective contact from every location.

Aus der US 5093698 A ist die Dotierung organischer Materialien bekannt. Durch Beimischung einer akzeptorartigen bzw. donatorartigen Dotiersubstanz wird die Gleichgewichtsladungsträgerkonzentration in der Schicht erhöht und die Leitfähigkeit gesteigert. Nach US 5093698 A werden die dotierten Schichten als Injektionsschichten an der Grenzfläche zu den Kontaktmaterialien in elektrolumineszierenden Bauelementen verwendet. Ähnliche Dotierungsansätze sind analog auch für Solarzellen zweckmäßig.From the US 5093698 A the doping of organic materials is known. By adding an acceptor-like or donor-like dopant, the equilibrium charge carrier concentration in the layer is increased and the conductivity is increased. After US 5093698 A the doped layers are used as injection layers at the interface with the contact materials in electroluminescent components. Similar doping approaches are also useful for solar cells.

Aus der Literatur sind verschiedene Realisierungsmöglichkeiten für die photoaktive i-Schicht bekannt. So kann es sich hierbei um eine Doppelschicht ( EP 0000829 B1 ) oder eine Mischschicht ( Hiramoto, M., Appl. Phys. Lett., 1991, Vol. 58, S. 1062 ) handeln. Bekannt ist auch eine Kombination aus Doppel- und Mischschichten ( US 6559375 B1 ). Ebenfalls bekannt ist, dass das Mischungsverhältnis in verschiedenen Bereichen der Mischschicht unterschiedlich ist ( US 20050110005 A1 ) bzw. das Mischungsverhältnis einen Gradienten aufweist.Various implementation options for the photoactive i-layer are known from the literature. So this can be a double layer ( EP 0000829 B1 ) or a mixed layer ( Hiramoto, M., Appl. Phys. Lett., 1991, vol. 58, p. 1062 ) act. A combination of double and mixed shifts is also known ( US 6559375 B1 ). It is also known that the mixing ratio is different in different areas of the mixed layer ( US 20050110005 A1 ) or the mixing ratio has a gradient.

Weiterhin sind Tandem- bzw. Mehrfachsolarzellen aus der Literatur bekannt ( Hiramoto, M., Chem. Lett., 1990, Vol. 19, S. 327; DE 102004014046 A1 ).Furthermore, tandem or multiple solar cells are known from the literature ( Hiramoto, M., Chem. Lett., 1990, Vol. 19, p. 327; DE 102004014046 A1 ).

Aus der Literatur schon lange bekannt sind organische Tandemsolarzellen (Hiramoto, M., Chem. Lett., 1990, Vol. 19, S. 327) In der Tandemzelle befindet sich eine 2nm dicke Goldschicht zwischen den beiden Einzelzellen. Die Aufgabe dieser Goldschicht besteht darin für eine gute elektrische Verbindung zwischen den beiden Einzelzellen zu sorgen: die Goldschicht bewirkt eine effiziente Rekombination der Löcher aus der einen Teilzelle mit den Elektronen aus der anderen Teilzelle und bewirkt damit, dass die beiden Teilzellen elektrisch in Serie verschaltet sind. Weiterhin absorbiert die Goldschicht wie jede dünne Metallschicht (bzw. Metallcluster) einen Teil des einfallenden Lichts. Diese Absorption ist in der Tandemzelle von Hiramoto ein Verlustmechanismus, da dadurch den photoaktiven Schichten (H2Pc (metallfreies Phthalocyanin)/Me-PTC (N,N''-dimethylperylene-3,4,9,10-bis(dicarboximide) in den beiden Einzelzellen der Tandemzelle weniger Licht zur Verfügung steht. Die Aufgabe der Goldschicht ist in dieser Tandemstruktur daher rein auf der elektrischen Seite. Innerhalb dieser Konzeption sollte die Goldschicht möglichst dünn sein bzw. im besten Fall komplett wegfallen.Organic tandem solar cells have long been known from the literature (Hiramoto, M., Chem. Lett., 1990, Vol. 19, p. 327). In the tandem cell there is a 2 nm thick gold layer between the two individual cells. The task of this gold layer is to ensure a good electrical connection between the two individual cells: the gold layer effects an efficient recombination of the holes from one sub-cell with the electrons from the other sub-cell and thus ensures that the two sub-cells are electrically connected in series . Furthermore, like any thin metal layer (or metal cluster), the gold layer absorbs part of the incident light. This absorption is a loss mechanism in the Hiramoto tandem cell, because it causes the photoactive layers (H2Pc (metal-free phthalocyanine) / Me-PTC (N, N '' - dimethylperylene-3,4,9,10-bis (dicarboximide) in the two The task of the gold layer in this tandem structure is therefore purely on the electrical side. Within this conception, the gold layer should be as thin as possible or, in the best case, completely omitted.

Weiterhin aus der Literatur bekannt sind organische pin-Tandemzellen ( DE 102004014046 A1 ): Die Struktur solch einer Tandemzelle besteht aus zwei pin-Einzelzellen wobei die Schichtfolge „pin“ die Abfolge aus einem p-dotierten Schichtsystem, einem undotierten photoaktiven Schichtsystem und einem n-dotierten Schichtsystem beschreibt. Die dotierten Schichtsysteme bestehen bevorzugt aus transparenten Materialien, so genannten wide-gap Materialien/Schichten und sie können hierbei auch teilweise oder ganz undotiert sein oder auch ortsabhängig verschiedene Dotierungskonzentrationen aufweisen bzw. über einen kontinuierlichen Gradienten in der Dotierungskonzentration verfügen. Speziell auch sehr gering dotierte oder hochdotierte Bereiche im Grenzbereich an den Elektroden, im Grenzbereich zu einer anderen dotierten oder undotierten Transportschicht, im Grenzbereich zu den aktiven Schichten oder bei Tandem- oder Mehrfachzellen im Grenzbereich zu der anliegenden pin- bzw. nip- Teilzelle, d.h. im Bereich der Rekombinationszone sind möglich. Auch eine beliebige Kombination aus allen diesen Merkmalen ist möglich. Natürlich kann es sich bei einer solchen Tandemzelle auch um eine sogenannte invertierte Struktur (z.B. nip-Tandemzelle; handeln. Im Folgenden werden alle diese möglichen Tandemzellen-Realisierungsformen mit dem Begriff pin-Tandemzellen bezeichnet. Ein Vorteil einer solchen pin-Tandemzelle besteht darin, dass durch die Verwendung von dotierten Transportschichten eine sehr einfache und gleichzeitig sehr effiziente Realisierungsmöglichkeit für die Rekombinationszone zwischen den beiden Teilzellen möglich ist. Die Tandemzelle weist z.B. eine pinpin-Struktur auf (oder auch z.B. möglich nipnip). An der Grenzfläche zwischen den beiden pin-Teilzellen befinden sich jeweils eine n-dotierte Schicht und eine p-dotierte Schicht, die ein pn-System (bzw. np-System) bilden. In einem solchen dotierten pn-System erfolgt eine sehr effiziente Rekombination der Elektronen und Löcher. Die Stapelung von zwei pin-Einzelzellen ergibt damit direkt eine vollständige pin-Tandemzelle, ohne dass noch weitere Schichten benötigt werden. Speziell von Vorteil ist hier, dass keine dünnen Metallschichten mehr benötigt werden wie bei Hiramoto, um die effiziente Rekombination zu gewährleisten. Hierdurch kann die Verlustabsorption solcher dünnen Metallschichten komplett vermieden werden.Also known from the literature are organic pin tandem cells ( DE 102004014046 A1 ): The structure of such a tandem cell consists of two individual pin cells, the layer sequence “pin” describing the sequence of a p-doped layer system, an undoped photoactive layer system and an n-doped layer system. The doped layer systems preferably consist of transparent materials, so-called wide-gap materials / layers, and they can also be partially or completely undoped or also have different doping concentrations depending on location or have a continuous gradient in the doping concentration. Especially also very lightly doped or heavily doped areas in the border area at the electrodes, in the border area to another doped or undoped transport layer, in the border area to the active layers or in the case of tandem or multiple cells in the border area to the adjacent pin or nip sub-cell, ie in the area of the recombination zone are possible. Any combination of all of these features is also possible. Of course, such a tandem cell can also be a so-called inverted structure (e.g. nip tandem cell; In the following, all these possible tandem cell implementation forms are referred to with the term pin tandem cells. One advantage of such a pin tandem cell is that through the use of doped transport layers a very simple and at the same time very efficient implementation option for the recombination zone between the two sub-cells is possible. The tandem cell has, for example, a pinpin structure (or, for example, nipnip). At the interface between the two pin sub-cells There is an n-doped layer and a p-doped layer each, which form a pn system (or np system). In such a doped pn system there is a very efficient recombination of electrons and holes. The stacking of two Individual pin cells thus result in a complete pin tandem cell without the need for additional layers b are required. A particular advantage here is that thin metal layers are no longer required as with Hiramoto in order to ensure efficient recombination. In this way, the loss absorption of such thin metal layers can be completely avoided.

WO 2011160031 A2 offenbart Dünnschichtsolarzellen mit strukturierten transparenten Schichten, um deren Effizienz zu erhöhen, indem der einfallende Lichtweg geändert und ein Teil des reflektierten Lichts eingefangen wird. Die strukturierte transparente Schicht ist eine Anordnung von Linsen mit Mikrometeranteilen, wie Halbkugeln, Halbellipsoiden, Teilkugeln, Teilellipsoiden, Kegeln, Pyramidenprismen, Halbzylindern oder Kombinationen davon. US 20110139252 A1 offenbart eine invertierte organische Solarzelle und ein Verfahren zur Herstellung davon, wobei die invertierte organische Solarzelle umfasst: ein Substrat; eine erste Elektrode, die auf dem Substrat angeordnet ist, eine aktive Schicht, die auf der ersten Elektrode angeordnet ist, einen optischen Abstandshalter, der eine Pufferschicht und eine optische Grenzflächenschicht enthält, wobei die Pufferschicht auf die aktive Schicht laminiert ist, die optische Grenzflächenschicht auf die Pufferschicht laminiert ist und die Pufferschicht zwischen der aktiven Schicht und der optischen Grenzflächenschicht angeordnet ist, und eine zweite Elektrode, die auf dem optischen Abstandshalter angeordnet ist. WO 2011160031 A2 discloses thin film solar cells with structured transparent layers in order to increase their efficiency by changing the incident light path and capturing some of the reflected light. The structured transparent layer is an arrangement of lenses with micrometer proportions, such as hemispheres, hemellipsoids, partial spheres, partial ellipsoids, cones, pyramid prisms, semicylinders or combinations thereof. US 20110139252 A1 discloses an inverted organic solar cell and a method of manufacturing the same, the inverted organic solar cell comprising: a substrate; a first electrode disposed on the substrate, an active layer disposed on the first electrode, an optical spacer including a buffer layer and an optical interface layer, the buffer layer being laminated on the active layer, the optical interface layer the buffer layer is laminated and the buffer layer is disposed between the active layer and the optical interface layer, and a second electrode disposed on the optical spacer.

DE 10 2008 011 444 A1 offenbart thermochrom beschichtete Substrate und Verfahren zu deren Herstellung, mit einer mindestens 100 nm dicken und aus Metalloxid bestehenden Schutzschicht. DE 10 2008 011 444 A1 discloses thermochromically coated substrates and processes for their production, with a protective layer consisting of metal oxide and at least 100 nm thick.

WO 2009056732 A2 offenbart ein transparentes Glassubstrat, das mit einem Stapel dünner Schichten verbunden ist, die eine Elektrode bilden, wobei der Stapel eine Unterschicht umfasst, die eine Barriere gegen Alkalimetalle darstellt, und eine elektrisch leitende Schicht, wobei die elektrisch leitende Schicht mit einer Deckschicht zum Schutz gegen Oxidation beschichtet ist. WO 2009056732 A2 discloses a transparent glass substrate which is connected to a stack of thin layers which form an electrode, the stack comprising an underlayer which is a barrier against alkali metals and an electrically conductive layer, the electrically conductive layer having a top layer for protection against Oxidation is coated.

Die bisher in der Literatur beschriebenen Topkontakte sind zur Realisierung optoelektronischer Bauelemente mit hoher Transparenz nicht ausreichend und weisen zu hohe Reflexionen auf. Weiterhin besteht ein hohes Interesse an der Realisierung transparenter Topkontakte auf opaken Substraten.The top contacts described so far in the literature are not sufficient for realizing optoelectronic components with high transparency and have excessively high reflections. There is also great interest in realizing transparent top contacts on opaque substrates.

Zur Realisierung von transparenten Topkontakten auf organischen Bauelementen sind aus der Literatur dünne thermisch aufgedampfte Metallschichten mit Zwischenschichten und gesputterte ITO Schichten bekannt.Thin, thermally vapor-deposited metal layers with intermediate layers and sputtered ITO layers are known from the literature for realizing transparent top contacts on organic components.

Bailey-Salzmann et al. zeigen in ihrer Veröffentlichung von 2006 (Bailey-Salzmann, R., Appl. Phys. Lett., 2006, Vol. 88, S. 233502) die Verwendung von dünnen Ag Schichten (25nm) zu Realisierung von semitransparenten organischen Solarzellen.Bailey-Salzmann et al. show in their publication from 2006 (Bailey-Salzmann, R., Appl. Phys. Lett., 2006, Vol. 88, p. 233502) the use of thin Ag layers (25 nm) for the realization of semitransparent organic solar cells.

Meiss et al. zeigen 2009 in ihrer Veröffentlichung (Meiss, J., Appl. Phys. Lett., 2009, Vol. 95, S. 213306) die Verwendung von dotierten Transportschichten und dünnen Ag Schichten (14nm) zur Realisierung von transparenten organischen Solarzellen. Meiss et al. show in their 2009 publication (Meiss, J., Appl. Phys. Lett., 2009, Vol. 95, p. 213306) the use of doped transport layers and thin Ag layers (14nm) for the realization of transparent organic solar cells.

Darüber hinaus wird in dieser Veröffentlichung eine dünne Al Zwischenschicht unter der Ag Schicht zur Glättung selbiger verwendet. Auch die Verwendung von organischen Schichten auf der dünnen Ag Schicht zur Erhöhung der Transparenz des Top-Kontaktes wird hier gezeigt.In addition, in this publication, a thin Al intermediate layer is used under the Ag layer for smoothing the same. The use of organic layers on the thin Ag layer to increase the transparency of the top contact is also shown here.

In ihrer Veröffentlichung von 2011 zeigen Meiss et. al (Meiss, J., Appl. Phys. Lett., 2011, Vol. 99, S. 193307) alternativ zu der zuvor beschriebenen dünnen Al Zwischenschicht die Verwendung von einer dünnen Ca Schicht.In their 2011 publication, Meiss et. al (Meiss, J., Appl. Phys. Lett., 2011, Vol. 99, p. 193307), as an alternative to the thin Al intermediate layer described above, the use of a thin Ca layer.

Aus der Literatur ist auch die Realisierung von organischen Bauelementen mit transparentem Topkontakt auf opaken Grundkontakt bekannt. Hoffmann et al. zeigen beispielsweise in ihrer Veröffentlichung von 2012 (Hoffmann, S., Appl. Phys. Lett., 2010, Vol. 97, S. 253308) eine organische Leuchtdiode (OLED) unter Verwendung von dotierten Transportschichten, einer dünnen Ag-Metallschicht (13nm) und einer organischen Schicht auf der Ag-Schicht zur Erhöhung der Transparenz des Top-Kontaktes.The implementation of organic components with a transparent top contact on an opaque base contact is also known from the literature. Hoffmann et al. show, for example, in their publication from 2012 (Hoffmann, S., Appl. Phys. Lett., 2010, Vol. 97, p. 253308) an organic light-emitting diode (OLED) using doped transport layers, a thin Ag metal layer (13 nm) and an organic layer on the Ag layer to increase the transparency of the top contact.

Die bisher in der Literatur beschriebenen Topkontakte mit dünnen Metallschichten werden alle mit Hilfe von thermischem Verdampfen realisiert. Typische Schichtdicken der dünnen Metallschichten liegen im Bereich von 13-15nm. Zur Realisierung von höherer Transparenz von semitransparenten organischen Bauelementen bzw. Erhöhung der Effizienz von organischen Bauelementen auf opaken Substrat mit transparentem Top-Kontakt ist es notwendig die Transparenz des Top-Kontaktes durch Verminderung der Schichtdicke des dünnen Metallkontaktes zu erhöhen.The top contacts with thin metal layers described so far in the literature are all implemented with the aid of thermal evaporation. Typical thicknesses of the thin metal layers are in the range of 13-15 nm. To achieve higher transparency of semitransparent organic components or to increase the efficiency of organic components on opaque substrates with transparent top contact, it is necessary to increase the transparency of the top contact by reducing the layer thickness of the thin metal contact.

Bei opaken Substraten führen die bekannten Lösungen zu verstärkter parasitärer Absorption und Reflexionsverlusten und damit zu einer Verringerung der Effizienz gegenüber transparenten Substraten, wie etwa mit ITO-Grundkontakten.In the case of opaque substrates, the known solutions lead to increased parasitic absorption and reflection losses and thus to a reduction in efficiency compared to transparent substrates, such as those with ITO ground contacts.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die vorbenannten Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und einen transparenten Topkontakt für optoelektronische Bauelemente anzugeben.The object of the present invention is therefore to overcome the aforementioned disadvantages of the prior art and to specify a transparent top contact for optoelectronic components.

Die Aufgabe wird durch ein Bauelement gemäß dem Hauptanspruch, sowie durch eine Elektrodenvorrichtung und deren Verwendung gemäß den Ansprüchen 17 und 18 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is achieved by a component according to the main claim and by an electrode device and its use according to claims 17 and 18. Advantageous refinements are given in the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird ein optoelektronisches Bauelement auf einem Substrat vorgeschlagen, welches eine erste und eine zweite Elektrode umfasst, wobei die erste Elektrode auf dem Substrat angeordnet ist und die zweite Elektrode eine Gegenelektrode bildet. Zwischen diesen Elektroden ist zumindest ein photoaktives Schichtsystem angeordnet, wobei das photoaktive Schichtsystem zumindest ein Donor-Akzeptorsystem mit organischen Materialien umfasst. Dabei ist Gegenelektrode aus einem Schichtsystem ausgebildet, welches zumindest eine erste Schicht, enthaltend ein Metall oder Metalloxid, eine zweite Schicht umfassend ein Metall und eine dritte Schicht aus einer Deckschicht umfasst, wobei die dritte Schicht einen Brechungsindex > 2 aufweist, und wobei zwischen der ersten und der zweiten Schicht der Gegenelektrode zumindest eine Zwischenschicht aus Nb2O5 eingefügt ist, welche eine Schichtdicke zwischen 0,02 bis 40 nm aufweist.According to the invention, an optoelectronic component on a substrate is proposed, which comprises a first and a second electrode, the first electrode being arranged on the substrate and the second electrode forming a counter electrode. At least one photoactive layer system is arranged between these electrodes, the photoactive layer system comprising at least one donor-acceptor system with organic materials. The counterelectrode is formed from a layer system which comprises at least a first layer containing a metal or metal oxide, a second layer comprising a metal and a third layer composed of a cover layer, the third layer having a refractive index> 2, and between the first and at least one intermediate layer of Nb 2 O 5 is inserted into the second layer of the counter electrode, which has a layer thickness between 0.02 and 40 nm.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist die erste Schicht der Gegenelektrode eine Schichtdicke zwischen 0,1 bis 100 nm auf und ist durch thermisches Verdampfen abgeschieden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn metallische Schichten oder Metalloxidschichten auf organischen Schichten oder Schichten enthaltend organische Materialien abgeschieden werden sollen.In a first embodiment of the invention, the first layer of the counter electrode has a layer thickness between 0.1 and 100 nm and is deposited by thermal evaporation. This is particularly advantageous if metallic layers or metal oxide layers are to be deposited on organic layers or layers containing organic materials.

Unter thermischem Verdampfen wird im Sinne der vorliegenden Erfindung das Aufheizen des zu verdampfenden Materials in einer Verdampfungseinrichtung verstanden, wobei das Material erhitzt und infolgedessen verdampft wird, sodass ein Materialdampf entsteht, wobei sich dieser Materialdampf auf einem Substrat, das in räumlicher Nähe zur Verdampfungseinrichtung angeordnet ist, als Schicht abscheidet.In the context of the present invention, thermal evaporation is understood to mean the heating of the material to be evaporated in an evaporation device, the material being heated and consequently evaporated so that a material vapor is produced, this material vapor being located on a substrate that is arranged in close proximity to the evaporation device , deposited as a layer.

In einer weiteren Ausführungsform enthält die erste Schicht ein Molybdänoxid ausgewählt aus der Gruppe MoO, MoO2 und MoO3.In a further embodiment, the first layer contains a molybdenum oxide selected from the group MoO, MoO 2 and MoO 3 .

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die zweite Schicht der Gegenelektrode eine Schichtdicke zwischen 3 und 20 nm, vorzugsweise 5 bis 10 nm auf und ist nicht durch thermisches Verdampfen abgeschieden. Alternative Abscheidemethoden im Vergleich zu thermischen Verdampfen, welche nachfolgend als Depositionstechniken, können z.B. Elektronenstrahlverdampfen (engl. electron beam evaporation), Laserstrahlverdampfen (engl. pulsed laser deposition, pulsed laser ablation), Lichtbogenverdampfen (engl. arc evaporation, Arc-PVD, Molekularstrahlepitaxie (engl. molecular beam epitaxy), Sputtern (Sputterdeposition, Kathodenzerstäubung), Ionenstrahlgestützte Deposition (engl. ion beam assisted deposition, IBAD), Ionenplattieren, ICB-Technik (engl. ionized cluster beam deposition, ICBD) sein.In a further embodiment of the invention, the second layer of the counter electrode has a layer thickness between 3 and 20 nm, preferably 5 to 10 nm, and is not deposited by thermal evaporation. Alternative deposition methods compared to thermal evaporation, which are hereinafter referred to as deposition techniques, can e.g. Electron beam evaporation, laser beam evaporation (pulsed laser deposition, pulsed laser ablation), arc evaporation, arc PVD, molecular beam epitaxy, sputtering (sputter deposition, cathode atomization), ion beam-assisted Deposition (ion beam assisted deposition, IBAD), ion plating, ICB technology (ionized cluster beam deposition, ICBD).

Die Abscheidung der zweiten Schicht durch alternative Abscheidemethoden im Vergleich zu thermischen Verdampfen vereint mehrere Vorteile in sich:

  1. 1) Gegenüber thermischen Verdampfen können mit Hilfe von alternativen Abscheidemethoden glattere Schichten erzeugt werden, so dass bereits bei sehr dünnen Schichten eine geschlossene Schicht mit hoher Leitfähigkeit in der Ebene des Substrates erreicht werden kann. Auf Grund der geringen Schichtdicke können hohe Transmissionen der Schicht erreicht werden, bei gleichzeitig ausreichender Leitfähigkeit (in der Ebene).
  2. 2) Gegenüber thermischen Verdampfen kann mit Hilfe der oben benannten Depositionstechniken ein hohes Maß an Homogenität der Schichtdicke auf dem Substrat erzeugt werden. Dies ist bei dünnen Top-Kontakt-Schichten besonders wichtig, da sich Schwankungen in der Schichtdicke der zweiten Schicht direkt auf die Leistung des Bauelements auswirken und zu einer sichtbaren Änderung des optischen Eindrucks des Bauelements führen, was im Allgemeinen unerwünscht ist.
  3. 3) Durch die Verwendung von alternativen Abscheidemethoden gegenüber dem thermischen Verdampfen, ist es möglich eine größere Anzahl von verschiedenen Materialien bei großer Variation der Prozessparameter (z.B. reaktives Sputtern) zu verwenden.
The deposition of the second layer using alternative deposition methods compared to thermal evaporation combines several advantages:
  1. 1) Compared to thermal evaporation, smoother layers can be created with the help of alternative deposition methods, so that a closed layer with high conductivity can be achieved in the plane of the substrate even with very thin layers. Due to the low layer thickness, high transmissions of the layer can be achieved with sufficient conductivity (in the plane) at the same time.
  2. 2) Compared to thermal evaporation, the above-mentioned deposition techniques can produce a high degree of homogeneity in the layer thickness on the substrate. This is particularly important in the case of thin top contact layers, since fluctuations in the layer thickness of the second layer have a direct effect on the performance of the component and result in a visible change in the optical impression of the Lead component, which is generally undesirable.
  3. 3) By using alternative deposition methods compared to thermal evaporation, it is possible to use a larger number of different materials with large variations in the process parameters (e.g. reactive sputtering).

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Deckschicht eine Schichtdicke zwischen 10 bis 100 nm auf und ist durch thermisches Verdampfen oder alternativen Abscheidemethoden abgeschieden. Die Deckschicht dient in erster Linie zur Dünnschicht-Entspiegelung des Top-Kontaktes und sollte einen höheren Brechungsindex als das angrenzende, der Deckschicht nachfolgende Medium in dem für die Solarzelle nutzbaren Wellenlängenbereich besitzen.In a further embodiment of the invention, the cover layer has a layer thickness between 10 and 100 nm and is deposited by thermal evaporation or alternative deposition methods. The cover layer is primarily used for thin-film anti-reflective coating of the top contact and should have a higher refractive index than the adjoining medium following the cover layer in the wavelength range that can be used for the solar cell.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die dritte Schicht einen Brechungsindex > 2,2 auf. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um einen höheren Brechungsindex in dem für die Solarzelle nutzbaren Wellenlängenbereich gegenüber nachfolgenden Kleberschichten sicherzustellen.In a further embodiment of the invention, the third layer has a refractive index> 2.2. This is particularly advantageous in order to ensure a higher refractive index in the wavelength range that can be used for the solar cell compared to subsequent adhesive layers.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist auf der Deckschicht eine Schutzschicht, welche ein Metalloxid umfasst, angeordnet, welche eine Schichtdicke > 100 nm aufweist. Diese Schutzschicht bietet dem Bauelement einen mechanischen Schutz, so dass die Berührung der aktiven Seite ermöglicht wird und/ oder realisiert einen verstärkten Schutz des organischen Bauelements vor insbesondere Wasser und Sauerstoff.In a further embodiment of the invention, a protective layer comprising a metal oxide is arranged on the cover layer, which has a layer thickness of> 100 nm. This protective layer offers the component mechanical protection, so that it is possible to touch the active side and / or provides increased protection of the organic component against, in particular, water and oxygen.

Zwischen der ersten und der zweiten Schicht der Gegenelektrode ist zumindest eine erste Zwischenschicht aus Nb2O5 eingefügt, welche eine Schichtdicke zwischen 0,02 bis 40 nm aufweist. Diese erste Zwischenschicht kann als Glättungsschicht oder als Benetzungsschicht (wetting-layer) oder Keimschicht (Seedlayer) fungieren. In einer Ausgestaltung der weiteren Schicht als Glättungsschicht wird die Rauhigkeit von unterliegenden Schichten ausgeglichen, so dass die leitfähige zweite Schicht auf der geglätteten ersten Schicht aufwächst, wobei eine ausreichende Leitfähigkeit bei bereits geringen Schichtdicken der zweiten Schicht erreicht wird. In einer Ausgestaltung der ersten Zwischenschicht als Benetzungsschicht verhindert bzw. vermindert diese das Inselwachstum der zweiten Schicht, so dass bereits bei geringen Schichtdicken der zweiten Schicht eine ausreichende Leitfähigkeit in der Ebene des Substrates erzeugt wird. In einer Ausgestaltung der ersten Zwischenschicht als Keimschicht kann das Inselwachstum zwar nicht unterbunden werden, aber bei Deposition der zweiten Schichtbilden sich Inseln an den Keimen der Keimschicht, die sehr dicht nebeneinanderliegen, so dass bei geringen Schichtdicken der zweiten Schicht eine ausreichende Leitfähigkeit in der Ebene des Substrates erzeugt wird.At least one first intermediate layer made of Nb 2 O 5 , which has a layer thickness between 0.02 to 40 nm, is inserted between the first and the second layer of the counter electrode. This first intermediate layer can function as a smoothing layer or as a wetting layer or a seed layer. In one embodiment of the further layer as a smoothing layer, the roughness of the underlying layers is compensated for, so that the conductive second layer grows on the smoothed first layer, with sufficient conductivity being achieved even with thin layer thicknesses of the second layer. In an embodiment of the first intermediate layer as a wetting layer, it prevents or reduces the island growth of the second layer, so that sufficient conductivity is generated in the plane of the substrate even when the second layer is thin. In an embodiment of the first intermediate layer as a seed layer, the island growth cannot be prevented, but when the second layer is deposited, islands are formed on the seeds of the seed layer, which are very close to one another, so that if the second layer is thin, there is sufficient conductivity in the plane of the Substrates is generated.

Die erste Zwischenschicht kann beispielsweise mittels der oben genannten Depositionstechniken abgeschieden werden.The first intermediate layer can be deposited, for example, by means of the above-mentioned deposition techniques.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der zweiten und der dritten Schicht der Gegenelektrode eine zweite Zwischenschicht mit einer Schichtdicke zwischen 0,02 nm und 40 nm aus einem Metall oder Metalloxid eingefügt. Diese zweite Zwischenschicht kann als Glättungsschicht, Benetzungsschicht oder Keimschicht fungieren. Die zweite Zwischenschicht kann mittels einer der oben benannten Depositionstechniken oder thermischen abgeschieden sein. In einer Ausgestaltung der Ausführungsform ist die zweite Zwischenschicht aus mehreren Schichten mit unterschiedlicher Materialzusammensetzung ausgeführt. Die zweite Zwischenschicht kann zudem aus einem leitfähigen Material oder einer Mischung von Materialien ausgeführt sein. Es ist zudem denkbar, dass diese zweite Zwischenschicht zur Stressreduktion beiträgt.In a further embodiment of the invention, a second intermediate layer with a layer thickness between 0.02 nm and 40 nm made of a metal or metal oxide is inserted between the second and the third layer of the counter electrode. This second intermediate layer can function as a smoothing layer, wetting layer or seed layer. The second intermediate layer can be deposited by means of one of the above-mentioned deposition techniques or thermally. In one configuration of the embodiment, the second intermediate layer is made up of several layers with different material compositions. The second intermediate layer can also be made of a conductive material or a mixture of materials. It is also conceivable that this second intermediate layer helps reduce stress.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Deckschicht aus mehreren Schichten ausgeführt. Dabei weist die Deckschicht eine erste Schicht auf, welche auf der zweiten Schicht angeordnet ist. Diese erste Schicht dient als Entspiegelungsschicht der Auskopplung. Darauf angeordnet ist eine zweite Schicht der Deckschicht, welche als Kratzschutz fungiert.In a further embodiment of the invention, the cover layer is made up of several layers. The cover layer has a first layer which is arranged on the second layer. This first layer serves as an anti-reflective layer for coupling out. Arranged on top is a second layer of the cover layer, which acts as a scratch protection.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die dritte Schicht ein Alkali- oder Erdalkalimetall, ein Metalloxid oder ein organisches Material.In a further embodiment of the invention, the third layer comprises an alkali or alkaline earth metal, a metal oxide or an organic material.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die zweite Schicht Ag, Au, Pt, Cr, Ti, Al, Zr, Cu, Zn, Sn, Sr, La, In, Sc, Hf oder eine Legierung umfassend zumindest eines der vorbenannten Elemente.In a further embodiment of the invention, the second layer comprises Ag, Au, Pt, Cr, Ti, Al, Zr, Cu, Zn, Sn, Sr, La, In, Sc, Hf or an alloy comprising at least one of the aforementioned elements.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat opak oder transparent ausgeführt.In a further embodiment of the invention, the substrate is made opaque or transparent.

Unter opak wird im Sinne der Erfindung nicht transparent verstanden.In the context of the invention, opaque is not understood to be transparent.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat flexibel ausgeführt.In a further embodiment of the invention, the substrate is designed to be flexible.

Unter einem flexiblen Substrat wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Substrat verstanden, welches eine Verformbarkeit infolge äußerer Krafteinwirkung gewährleistet. Dadurch sind solche flexiblen Substrate zur Anordnung auf gekrümmten Oberflächen geeignet. Flexible Substrate sind beispielsweise Folien oder Metallbänder.In the context of the present invention, a flexible substrate is understood to mean a substrate which is deformable as a result of external Force action guaranteed. This makes such flexible substrates suitable for arrangement on curved surfaces. Flexible substrates are, for example, foils or metal strips.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Elektrode, welche auf dem Substrat angeordnet ist opak oder transparent ausgeführt.In a further embodiment of the invention, the electrode which is arranged on the substrate is opaque or transparent.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Elektrode, welche auf dem Substrat angeordnet ist, ein Metall, Metalloxid, Metallgrid, Metall-Metalloxid-Schichtsystem, Metallpartikel, Metallnanowire, Graphen oder einen organischen Halbleiter.In a further embodiment of the invention, the electrode which is arranged on the substrate comprises a metal, metal oxide, metal grid, metal-metal oxide layer system, metal particles, metal nanowires, graphene or an organic semiconductor.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die aktive Schicht mindestens eine Mischschicht mit mindestens zwei Hauptmaterialien, wobei diese ein photoaktives Donor-Akzeptor-System bilden.In a further embodiment of the invention, the active layer comprises at least one mixed layer with at least two main materials, these forming a photoactive donor-acceptor system.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Hauptmaterial ein organisches Material.In a further embodiment of the invention, at least one main material is an organic material.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem organischen Material um kleine Moleküle. Unter dem Begriff kleine Moleküle werden im Sinne der Erfindung Monomere verstanden, die verdampft und damit auf dem Substrat abgeschieden werden können.In a further embodiment of the invention, the organic material is small molecules. For the purposes of the invention, the term small molecules is understood to mean monomers that can be vaporized and thus deposited on the substrate.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem organischen Material zumindest teilweise um Polymere.In a further embodiment of the invention, the organic material is at least partially polymers.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst mindestens eine der aktiven Mischschichten als Akzeptor ein Material aus der Gruppe der Fullerene bzw. Fullerenderivate.In a further embodiment of the invention, at least one of the active mixed layers comprises as an acceptor a material from the group of fullerenes or fullerene derivatives.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode zumindest eine dotierte, teilweise dotierte oder undotierte Transportschicht angeordnet.In a further embodiment of the invention, at least one doped, partially doped or undoped transport layer is arranged between the electrode and the counter electrode.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Gegenelektrode und dem photoaktiven Schichtsystem eine dotierte, teilweise dotierte oder undotierte Transportschicht angeordnet ist.In a further embodiment of the invention, a doped, partially doped or undoped transport layer is arranged between the counter electrode and the photoactive layer system.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Bauelement zumindest in einem gewissen Lichtwellenlängenbereich semitransparent.In a further embodiment of the invention, the component is semitransparent at least in a certain light wavelength range.

Unter Semitransparenz wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Transparenz <= 100 % und > 1% verstanden.In the context of the present invention, semitransparency is understood to mean a transparency <= 100% and> 1%.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle.In a further embodiment of the invention, the optoelectronic component is an organic solar cell.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das optoelektronische Bauelement eine organische Leuchtdiode.In a further embodiment of the invention, the optoelectronic component is an organic light-emitting diode.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Bauelement um eine pin-Einzel, pin-Tandemzelle, pin-Mehrfachzelle, nip-Einzelzelle, nip- Tandemzelle oder nip-Mehrfachzelle.In a further embodiment of the invention, the component is a single pin, tandem pin cell, multiple pin cell, single nip cell, tandem nip cell or multiple nip cell.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das Bauelement aus einer Kombination aus nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin oder pipn-Strukturen, bei der mehrere unabhängige Kombinationen, die mindestens eine i-Schicht enthalten, übereinandergestapelt sind.In a further embodiment of the invention, the component consists of a combination of nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin or pipn structures, in which several independent combinations containing at least one i- Layer included, are stacked on top of each other.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Elektrodenvorrichtung mit einer Gegenelektrode aus einem Schichtsystem umfassend zumindest eine erste Schicht aus einem Metall oder Metalloxid, eine zweite Schicht aus einem Metall und eine dritte Schicht als Deckschicht, wobei die dritte Schicht einen Brechungsindex > 2 aufweist, und einer Zwischenschicht aus Nb2O5 zwischen der ersten und der zweiten Schicht der Gegenelektrode, wobei die Zwischenschicht eine Schichtdicke zwischen 0,02 bis 40 nm aufweist, und wobei das Schichtsystem eine Transparenz von 40 bis 95 % aufweist.The invention also relates to an electrode device with a counter electrode made of a layer system comprising at least a first layer made of a metal or metal oxide, a second layer made of a metal and a third layer as a cover layer, the third layer having a refractive index> 2, and an intermediate layer made of Nb 2 O 5 between the first and the second layer of the counter electrode, the intermediate layer having a layer thickness between 0.02 to 40 nm, and the layer system having a transparency of 40 to 95%.

Weiterhin ist auch Gegenstand der Erfindung die Verwendung einer Elektrodenvorrichtung in einem optoelektronischen Bauelement.The invention also relates to the use of an electrode device in an optoelectronic component.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Bauelement zumindest in einem gewissen Lichtwellenlängenbereich semitransparent.In a further embodiment of the invention, the component is semitransparent at least in a certain light wavelength range.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Bauelement um eine pin-Einzel, pin-Tandemzelle, pin-Mehrfachzelle, nip-Einzelzelle, nip- Tandemzelle oder nip-Mehrfachzelle.In a further embodiment of the invention, the component is a single pin, tandem pin cell, multiple pin cell, single nip cell, tandem nip cell or multiple nip cell.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das Bauelement aus einer Kombination aus nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin oder pipn-Strukturen, bei der mehrere unabhängige Kombinationen, die mindestens eine i-Schicht enthalten, übereinandergestapelt sind.In a further embodiment of the invention, the component consists of a combination of nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin or pipn structures, in which several independent combinations containing at least one i- Layer included, are stacked on top of each other.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das optoelektronische Bauelement zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode mehr als eine photoaktive Schicht auf.In a further embodiment of the invention, the optoelectronic component has more than one photoactive layer between the electrode and the counter electrode.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung absorbieren die aktiven Schichten des Bauelementes möglichst viel Licht. Hierzu wird der Spektralbereich, in dem das Bauelement Licht absorbiert, möglichst breit gestaltet.In an advantageous embodiment of the invention, the active layers of the component absorb as much light as possible. For this purpose, the spectral range in which the component absorbs light is designed as broad as possible.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das aktive Schichtsystem des optoelektronischen Bauelementes mindestens aus zwei Mischschichten, die direkt aneinandergrenzen und mindestens eine der beiden Hauptmaterialien einer Mischschicht ein anderes organisches Material ist als die beiden Hauptmaterialien einer anderen Mischschicht. Jede Mischschicht besteht aus mindestens zwei Hauptmaterialien, wobei diese ein photoaktives Donor-Akzeptor-System bilden. Das Donor-Akzeptor-System zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest für die Photoanregung der Donor-Komponente gilt, dass die gebildeten Exzitonen an der Grenzfläche zum Akzeptor bevorzugt in ein Loch auf dem Donor und ein Elektron auf dem Akzeptor getrennt werden. Als Hauptmaterial wird ein Material bezeichnet, dessen Volumen- oder Massen-Anteil in der Schicht größer als 16% ist. Weitere Materialien können technisch bedingt oder aber zur Einstellung von Schichteigenschaften beigemischt sein. In a further embodiment of the invention, the active layer system of the optoelectronic component consists of at least two mixed layers which are directly adjacent and at least one of the two main materials of a mixed layer is a different organic material than the two main materials of another mixed layer. Each mixed layer consists of at least two main materials, these forming a photoactive donor-acceptor system. The donor-acceptor system is characterized in that, at least for the photoexcitation of the donor component, the excitons formed at the interface with the acceptor are preferably separated into a hole on the donor and an electron on the acceptor. The main material is a material whose volume or mass fraction in the layer is greater than 16%. Further materials can be added for technical reasons or else to adjust layer properties.

Bereits bei einer Doppelmischschicht enthält das Bauelement drei bzw. vier verschiedene Absorbermaterialien, kann damit einen Spektralbereich von ca. 600nm bzw. ca. 800nm abdecken.Even with a double mixed layer, the component contains three or four different absorber materials and can thus cover a spectral range of approx. 600 nm or approx. 800 nm.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung kann die Doppelmischschicht auch dazu benutzt werden, für einen bestimmten Spektralbereich deutlich höhere Photoströme zu erzielen, indem Materialien gemischt werden, die bevorzugt in demselben Spektralbereich absorbieren. Dies kann dann im Weiteren benutzt werden, um in einer Tandemsolarzelle oder Mehrfachsolarzelle eine Stromanpassung zwischen den verschiedenen Teilzellen zu erreichen. Damit ist neben der Verwendung der Kavitätsschicht eine weitere Möglichkeit der Anpassung der Ströme der Teilzellen gegeben.In a further embodiment of the invention, the double mixed layer can also be used to achieve significantly higher photocurrents for a specific spectral range by mixing materials which preferably absorb in the same spectral range. This can then be used further in order to achieve a current adjustment between the various sub-cells in a tandem solar cell or multiple solar cell. In addition to using the cavity layer, there is thus another possibility of adapting the currents of the sub-cells.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können zur Verbesserung der Ladungsträgertransporteigenschaften der Mischschichten die Mischungsverhältnisse in den verschiedenen Mischschichten gleich oder auch unterschiedlich sein.In a further embodiment of the invention, in order to improve the charge carrier transport properties of the mixed layers, the mixing ratios in the various mixed layers can be the same or different.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bestehen die Mischschichten bevorzugt aus jeweils zwei Hauptmaterialien.In a further embodiment of the invention, the mixed layers preferably each consist of two main materials.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann in den einzelnen Mischschichten ein Gradient des Mischungsverhältnisses vorhanden sein.In a further embodiment of the invention, a gradient of the mixing ratio can be present in the individual mixed layers.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das optoelektronische Bauelement als Tandemzellen ausgeführt und es besteht durch die Verwendung von Doppel- bzw. Mehrfachmischschichten der weitere Vorteil, dass die Strom-Angleichung (current matching) zwischen den Teilzellen durch die Wahl der Absorbermaterialien in den Mischschichten optimiert und damit der Wirkungsgrad weiter erhöht werden kann.In a preferred embodiment of the invention, the optoelectronic component is designed as tandem cells and the use of double or multiple mixed layers has the further advantage that the current matching between the sub-cells is optimized by the choice of absorber materials in the mixed layers and so the efficiency can be further increased.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die einzelnen Materialien dabei in unterschiedlichen Maxima der Lichtverteilung der charakteristischen Wellenlängen, die dieses Material absorbiert, positioniert sein. So kann beispielsweise ein Material in einer Mischschicht im 2. Maximum seiner charakteristischen Wellenlänge liegen und das andere Material im 3. Maximum.In a further embodiment of the invention, the individual materials can be positioned in different maxima of the light distribution of the characteristic wavelengths that this material absorbs. For example, one material in a mixed layer can be at the 2nd maximum of its characteristic wavelength and the other material at the 3rd maximum.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das optoelektronische Bauelement, insbesondere eine organische Solarzelle, aus einer Elektrode und einer Gegenelektrode und zwischen den Elektroden wenigstens zwei organischen aktiven Mischschichten, wobei die Mischschichten jeweils im Wesentlichen aus zwei Materialien bestehen und die beiden Hauptmaterialien jeweils einer Mischschicht ein Donator-Akzeptor-System bilden sowie die beiden Mischschichten direkt aneinandergrenzen und wenigstens eine der beiden Hauptmaterialien der einen Mischschicht ein anderes organisches Material ist als die beiden Hauptmaterialien einer anderen Mischschicht.In a further embodiment of the invention, the optoelectronic component, in particular an organic solar cell, consists of an electrode and a counter electrode and at least two organic active mixed layers between the electrodes, the mixed layers each consisting essentially of two materials and the two main materials each comprising a mixed layer Form donor-acceptor system and the two mixed layers directly adjoin one another and at least one of the two main materials of one mixed layer is a different organic material than the two main materials of another mixed layer.

In einer Weiterbildung der vorbeschriebenen Ausführungsform sind mehrere oder alle Hauptmaterialien der Mischschichten voneinander verschieden.In a further development of the embodiment described above, several or all main materials of the mixed layers are different from one another.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um drei oder mehr Mischschichten, welche zwischen der Elektrode und Gegenelektrode angeordnet sind.In a further embodiment of the invention, there are three or more mixed layers which are arranged between the electrode and the counter electrode.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind zusätzlich zu den genannten Mischschichten noch weitere photoaktive Einzel- oder Mischschichten vorhanden.In a further embodiment of the invention, further photoactive individual or mixed layers are present in addition to the mixed layers mentioned.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Mischschichtsystem und der einen Elektrode noch wenigstens eine weitere organische Schicht vorhanden.In a further embodiment of the invention, at least one further organic layer is also present between the mixed layer system and the one electrode.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Mischschichtsystem und der Gegenelektrode noch wenigstens eine weitere organische Schicht vorhanden.In a further embodiment of the invention, at least one further organic layer is also present between the mixed layer system and the counter electrode.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind eine oder mehrere der weiteren organischen Schichten dotierte wide-gap Schichten, wobei das Maximum der Absorption bei < 450nm liegt.In a further embodiment of the invention, one or more of the further organic layers doped wide-gap layers, with the maximum absorption at <450 nm.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen mindestens zwei Hauptmaterialien der Mischschichten verschiedene optische Absorptionsspektren auf.In a further embodiment of the invention, at least two main materials of the mixed layers have different optical absorption spectra.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Hauptmaterialien der Mischschichten verschiedene optische Absorptionsspektren auf, die sich gegenseitig ergänzen, um einen möglichst breiten Spektralbereich abzudecken.In a further embodiment of the invention, the main materials of the mixed layers have different optical absorption spectra which complement one another in order to cover the broadest possible spectral range.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Absorptionsbereich zumindest eines der Hauptmaterialien der Mischschichten in den Infrarot-Bereich.In a further embodiment of the invention, the absorption range of at least one of the main materials of the mixed layers extends into the infrared range.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Absorptionsbereich zumindest eines der Hauptmaterialien der Mischschichten in den Infrarot-Bereich im Wellenlängenbereich von >700nm bis 1500nm.In a further embodiment of the invention, the absorption range of at least one of the main materials of the mixed layers extends into the infrared range in the wavelength range from> 700 nm to 1500 nm.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die HOMO- und LUMO-Niveaus der Hauptmaterialien so angepasst, dass das System eine maximale Leerlaufspannung, einen maximalen Kurzschlussstrom und einen maximalen Füllfaktor ermöglicht.In a further embodiment of the invention, the HOMO and LUMO levels of the main materials are adapted so that the system enables a maximum open circuit voltage, a maximum short circuit current and a maximum fill factor.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält mindestens eine der photoaktiven Mischschichten als Akzeptor ein Material aus der Gruppe der Fullerene bzw. Fullerenderivate (C60, C70, etc.).In a further embodiment of the invention, at least one of the photoactive mixed layers contains a material from the group of fullerenes or fullerene derivatives (C 60 , C 70 , etc.) as an acceptor.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthalten alle photoaktiven Mischschichten als Akzeptor ein Material aus der Gruppe der Fullerene bzw. Fullerenderivate (C60, C70, etc.).In a further embodiment of the invention, all photoactive mixed layers contain a material from the group of fullerenes or fullerene derivatives (C 60 , C 70 , etc.) as an acceptor.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält mindestens eine der photoaktiven Mischschichten als Donator ein Material aus der Klasse der Phthalocyanine, Perylenderivate, TPD-Derivate, Oligothiophene oder ein Material wie es in WO 2006092134 A1 beschrieben ist.In a further embodiment of the invention, at least one of the photoactive mixed layers contains as a donor a material from the class of phthalocyanines, perylene derivatives, TPD derivatives, oligothiophenes or a material as described in WO 2006092134 A1 is described.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält mindestens eine der photoaktiven Mischschichten als Akzeptor das Material Fulleren C60 und als Donator das Material 4P-TPD.In a further embodiment of the invention, at least one of the photoactive mixed layers contains the material fullerene C 60 as an acceptor and the material 4P-TPD as a donor.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bestehen die Kontakte aus Metall, einem leitfähigen Oxid, insbesondere ITO, ZnO:Al oder anderen TCOs oder einem leitfähigen Polymer, insbesondere PEDOT:PSS oder PANI.In a further embodiment of the invention, the contacts consist of metal, a conductive oxide, in particular ITO, ZnO: Al or other TCOs or a conductive polymer, in particular PEDOT: PSS or PANI.

Im Sinne der Erfindung sind auch Polymersolarzellen, die zwei oder mehrere photoaktive Mischschichten beinhalten, umfasst, wobei die Mischschichten direkt aneinandergrenzen. Bei Polymersolarzellen besteht aber das Problem das die Materialien aus Lösung aufgebracht werden und somit eine weitere aufgebrachte Schicht sehr leicht dazu führt, dass die darunterliegenden Schichten angelöst, aufgelöst oder in ihrer Morphologie verändert werden. Bei Polymersolarzellen können daher nur sehr eingeschränkt Mehrfachmischschichten hergestellt werden und auch nur dadurch, dass verschiedene Material- und Lösungsmittelsysteme verwendet werden, die sich bei der Herstellung gegenseitig nicht oder kaum beeinflussen. Solarzellen aus kleinen Molekülen haben hier einen ganz klaren Vorteil, da durch den Aufdampfprozess im Vakuum beliebige Systeme und Schichten aufeinander gebracht werden können und somit der Vorteil der Mehrfachmischschichtstruktur sehr breit genutzt und mit beliebigen Materialkombinationen realisiert werden kann.For the purposes of the invention, polymer solar cells that contain two or more photoactive mixed layers are also included, the mixed layers directly adjoining one another. With polymer solar cells, however, there is the problem that the materials are applied from solution and thus a further applied layer very easily leads to the underlying layers being partially dissolved, dissolved or changed in their morphology. In the case of polymer solar cells, therefore, multiple mixed layers can only be produced to a very limited extent, and only by using different material and solvent systems that have little or no influence on one another during production. Solar cells made from small molecules have a very clear advantage here, since any systems and layers can be brought onto one another through the vapor deposition process in a vacuum and the advantage of the multiple mixed layer structure can thus be used very widely and implemented with any material combination.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelementes besteht darin, dass zwischen der ersten elektronenleitenden Schicht (n-Schicht) und der auf dem Substrat befindlichen Elektrode noch eine p-dotierte Schicht vorhanden ist, so dass es sich um eine pnip oder pni-Struktur handelt, wobei vorzugsweise die Dotierung so hoch gewählt ist, dass der direkte pn-Kontakt keine sperrende Wirkung hat, sondern es zu verlustarmer Rekombination, bevorzugt durch einen Tunnelprozess kommt.A further embodiment of the component according to the invention consists in that a p-doped layer is also present between the first electron-conducting layer (n-layer) and the electrode located on the substrate, so that it is a pnip or pni structure, where the doping is preferably selected to be so high that the direct pn contact has no blocking effect, but rather low-loss recombination, preferably by a tunneling process.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann in dem Bauelement zwischen der aktiven Schicht und der auf dem Substrat befindlichen Elektrode noch eine p-dotierte Schicht vorhanden sein, so dass es sich um eine pip oder pi-Struktur handelt, wobei die zusätzliche p-dotierte Schicht eine Ferminiveaulage hat, die höchstens 0,4eV, bevorzugt aber weniger als 0,3eV unterhalb des Elektronentransportniveaus der i-Schicht liegt, so dass es zu verlustarmer Elektronenextraktion aus der i-Schicht in diese p-Schicht kommen kann.In a further embodiment of the invention, a p-doped layer can also be present in the component between the active layer and the electrode located on the substrate, so that it is a pip or pi structure, the additional p-doped layer has a Fermi level which is at most 0.4 eV, but preferably less than 0.3 eV below the electron transport level of the i-layer, so that there can be low-loss electron extraction from the i-layer into this p-layer.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist noch ein n-Schichtsystem zwischen der p-dotierten Schicht und der Gegenelektrode vorhanden, so dass es sich um eine nipn oder ipn-Struktur handelt, wobei vorzugsweise die Dotierung so hoch gewählt ist, dass der direkte pn-Kontakt keine sperrende Wirkung hat, sondern es zu verlustarmer Rekombination, bevorzugt durch einen Tunnelprozess kommt.In a further embodiment of the invention, there is also an n-layer system between the p-doped layer and the counter electrode, so that it is a nipn or ipn structure, the doping preferably being selected so high that the direct pn- Contact has no blocking effect, but rather low-loss recombination, preferably through a tunnel process.

In einer weiteren Ausführungsform kann in dem Bauelement noch ein n-Schichtsystem zwischen der intrinsischen, photoaktiven Schicht und der Gegenelektrode vorhanden sein, so dass es sich um eine nin- oder in-Struktur handelt, wobei die zusätzliche n-dotierte Schicht eine Ferminiveaulage hat, die höchstens 0,4eV, bevorzugt aber weniger als 0,3eV oberhalb des Löchertransportnivaus der i-Schicht liegt, so dass es zu verlustarmer Löcherextraktion aus der i-Schicht in diese n-Schicht kommen kann.In a further embodiment, an n-layer system can also be present in the component between the intrinsic, photoactive layer and the counterelectrode, so that it is an nin or in structure, the additional n-doped layer has a Fermi level which is at most 0.4 eV, but preferably less than 0.3 eV above the hole transport level of the i-layer, so that there can be low-loss hole extraction from the i-layer into this n-layer.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelementes besteht darin, dass das Bauelement ein n-Schichtsystem und/oder ein p-Schichtsystem enthält, so dass es sich um eine pnipn, pnin, pipn- oder p-i-n-Struktur handelt, die sich in allen Fällen dadurch auszeichnen, dass - unabhängig vom Leitungstyp - die substratseitig an die photoaktive i-Schicht angrenzende Schicht eine geringere thermische Austrittsarbeit hat als die vom Substrat abgewandte an die i-Schicht grenzende Schicht, so dass photogenerierte Elektronen bevorzugt zum Substrat hin abtransportiert werden, wenn keine externe Spannung an das Bauelement angelegt wird.A further embodiment of the component according to the invention is that the component contains an n-layer system and / or a p-layer system, so that it is a pnipn, pnin, pipn or pin structure, which are characterized in all cases that - regardless of the conductivity type - the layer adjoining the photoactive i-layer on the substrate side has a lower thermal work function than the layer adjoining the i-layer facing away from the substrate, so that photo-generated electrons are preferentially transported away to the substrate when there is no external voltage is applied to the component.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden mehrere Konversionskontakte hintereinandergeschaltet, so dass es sich z.B. um eine npnipn, pnipnp, npnipnp, pnpnipnpn oder pnpnpnipnpnpn Struktur handelt.In a further embodiment of the invention, several conversion contacts are connected in series, so that e.g. is an npnipn, pnipnp, npnipnp, pnpnipnpn or pnpnpnipnpnpn structure.

In einer bevorzugten Weiterbildung der oben beschriebenen Strukturen sind diese als organische Tandemsolarzelle oder Mehrfachsolarzelle ausgeführt. So kann es sich bei dem Bauelement um eine Tandemzelle aus einer Kombination aus nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin oder pipn-Strukturen handeln, bei der mehrere unabhängige Kombinationen, die mindestens eine i-Schicht enthalten, übereinandergestapelt sind (Kreuzkombinationen).In a preferred development of the structures described above, these are designed as organic tandem solar cells or multiple junction solar cells. The component can be a tandem cell made up of a combination of nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin or pipn structures in which several independent combinations, at least one i-layer contain, are stacked on top of each other (cross combinations).

In einer weiteren Ausführungsform der oben beschriebenen Strukturen ist diese als eine pnipnipn-Tandemzelle ausgeführt.In a further embodiment of the structures described above, this is designed as a pnipnipn tandem cell.

In einer weiteren Ausführungsform liegt das Akzeptor-Material in der Mischschicht zumindest teilweise in kristalliner Form vor.In a further embodiment, the acceptor material is at least partially in crystalline form in the mixed layer.

In einer weiteren Ausführungsform liegt das Donator-Material in der Mischschicht zumindest teilweise in kristalliner Form vor.In a further embodiment, the donor material is at least partially in crystalline form in the mixed layer.

In einer weiteren Ausführungsform liegen sowohl das Akzeptor-Material als auch das Donator-Material in der Mischschicht zumindest teilweise in kristalliner Form vor.In a further embodiment, both the acceptor material and the donor material are at least partially in crystalline form in the mixed layer.

In einer weiteren Ausführungsform verfügt das Akzeptor-Material über ein Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich > 450nm.In a further embodiment, the acceptor material has an absorption maximum in the wavelength range> 450 nm.

In einer weiteren Ausführungsform verfügt das Donator-Material über ein Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich > 450nm.In a further embodiment, the donor material has an absorption maximum in the wavelength range> 450 nm.

In einer weiteren Ausführungsform enthält das aktive Schichtsystem zusätzlich zu der genannten Mischschicht noch weitere photoaktive Einzel- oder Mischschichten.In a further embodiment, the active layer system contains further photoactive individual or mixed layers in addition to the mixed layer mentioned.

In einer weiteren Ausführungsform besteht das n-Materialsystem aus einer oder mehreren Schichten.In a further embodiment, the n-material system consists of one or more layers.

In einer weiteren Ausführungsform besteht das p-Materialsystem aus einer oder mehreren Schichten.In a further embodiment, the p-material system consists of one or more layers.

In einer weiteren Ausführungsform enthält das n-Materialsystem eine oder mehrere dotierte wide-gap Schichten. Der Begriff wide-gap Schichten definiert dabei Schichten mit einem Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich <450nm.In a further embodiment, the n-material system contains one or more doped wide-gap layers. The term wide-gap layers defines layers with an absorption maximum in the wavelength range <450 nm.

In einer weiteren Ausführungsform enthält das p-Materialsystem eine oder mehrere dotierte wide-gap Schichten.In a further embodiment, the p-material system contains one or more doped wide-gap layers.

In einer weiteren Ausführungsform enthält das Bauelement zwischen der ersten elektronenleitenden Schicht (n-Schicht) und der auf dem Substrat befindlichen Elektrode eine p-dotierte Schicht, so dass es sich um eine pnip oder pni-Struktur handelt.In a further embodiment, the component contains a p-doped layer between the first electron-conducting layer (n-layer) and the electrode located on the substrate, so that it is a pnip or pni structure.

In einer weiteren Ausführungsform enthält das Bauelement zwischen der photoaktiven i-Schicht und der auf dem Substrat befindlichen Elektrode eine p-dotierte Schicht, so dass es sich um eine pip oder pi-Struktur handelt, wobei die zusätzliche p-dotierte Schicht eine Ferminiveaulage hat, die höchstens 0,4eV, bevorzugt aber weniger als 0,3eV unterhalb des Elektronentransportnivaus der i-Schicht liegt.In a further embodiment, the component contains a p-doped layer between the photoactive i-layer and the electrode located on the substrate, so that it is a pip or pi structure, the additional p-doped layer having a Fermi level, which is at most 0.4 eV, but preferably less than 0.3 eV below the electron transport level from the i-layer.

In einer weiteren Ausführungsform enthält das Bauelement ein n-Schichtsystem zwischen der p-dotierten Schicht und der Gegenelektrode, so dass es sich um eine nipn oder ipn-Struktur handelt.In a further embodiment, the component contains an n-layer system between the p-doped layer and the counter electrode, so that it is a nipn or ipn structure.

In einer weiteren Ausführungsform enthält das Bauelement ein n-Schichtsystem zwischen der photoaktiven i-Schicht und der Gegenelektrode, so dass es sich um eine nin- oder in-Struktur handelt, wobei die zusätzliche n-dotierte Schicht eine Ferminiveaulage hat, die höchstens 0,4eV, bevorzugt aber weniger als 0,3eV oberhalb des Löchertransportnivaus der i-Schicht liegt.In a further embodiment, the component contains an n-layer system between the photoactive i-layer and the counter electrode, so that it is an nin or in structure, the additional n-doped layer having a Fermi level that is at most 0, 4 eV, but preferably less than 0.3 eV above the hole transport level from the i-layer.

In einer weiteren Ausführungsform enthält das Bauelement ein n-Schichtsystem und/oder ein p-Schichtsystem, so dass es sich um eine pnipn, pnin, pipn- oder p-i-n-Struktur handelt.In a further embodiment, the component contains an n-layer system and / or a p- Layer system, so that it is a pnipn, pnin, pipn or pin structure.

In einer weiteren Ausführungsform enthält das zusätzliche p-Materialsystem und/oder das zusätzliche n-Materialsystem eine oder mehrere dotierte wide-gap Schichten.In a further embodiment, the additional p-material system and / or the additional n-material system contains one or more doped wide-gap layers.

In einer weiteren Ausführungsform enthält das Bauelement noch weitere n-Schichtsysteme und/oder p-Schichtsysteme, so dass es sich z.B. um eine npnipn, pnipnp, npnipnp, pnpnipnpn oder pnpnpnipnpnpn -Struktur handelt.In a further embodiment, the component also contains further n-layer systems and / or p-layer systems, so that it can e.g. is an npnipn, pnipnp, npnipnp, pnpnipnpn or pnpnpnipnpnpn structure.

In einer weiteren Ausführungsform enthält eines oder mehrere der weiteren p-Materialsysteme und/oder der weiteren n-Materialsysteme eine oder mehrere dotierte wide-gap Schichten.In a further embodiment, one or more of the further p-material systems and / or the further n-material systems contains one or more doped wide-gap layers.

In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem Bauelement um eine Tandemzelle aus einer Kombination aus nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin oder pipn-Strukturen.In a further embodiment, the component is a tandem cell composed of a combination of nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin or pipn structures.

In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei den organischen Materialien zumindest teilweise um Polymere, wobei aber zumindest eine photoaktive i-Schicht aus kleinen Molekülen gebildet ist.In a further embodiment, the organic materials are at least partially polymers, but at least one photoactive i-layer is formed from small molecules.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Akzeptor-Material ein Material aus der Gruppe der Fullerene bzw. Fullerenderivate (bevorzugt C60 oder C70) oder ein PTCDI-Derivat (Perylen-3,4,9,10-bis(dicarboximid)-Derivat).In a further embodiment, the acceptor material is a material from the group of fullerenes or fullerene derivatives (preferably C 60 or C 70 ) or a PTCDI derivative (perylene-3,4,9,10-bis (dicarboximide) derivative) .

In einer weiteren Ausführungsform ist das Donator-Material ein Oligomer, insbesondere ein Oligomer nach WO 2006092134 A1 , ein Porphyrin-Derivat, ein Pentacen-Derivat oder ein Perylenderivat, wie DIP (Di-Indeno-Perylen), DBP (Di-benzoperylene).In a further embodiment, the donor material is an oligomer, in particular an oligomer according to WO 2006092134 A1 , a porphyrin derivative, a pentacene derivative or a perylene derivative such as DIP (di-indeno-perylene), DBP (di-benzoperylene).

In einer weiteren Ausführungsform enthält das p-Materialsystem ein TPD-Derivat(Triphenylamin-Dimer), eine Spiro-Verbindung, wie Spiropyrane, Spiroxazine, MeO-TPD (N,N,N',N'-Tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidin), Di-NPB (N,N'diphenyl-N,N'-bis (N,N'-di (1-naphthyl)-N,N'-diphen yl-(1,1'-biphenyl) 4,4'-diamine), MTDATA (4,4',4' ‚-Tris-(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamin), TNATA (4,4‘,4''-Tris[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]-triphenylamin), BPAPF (9,9-bis{4-[di-(p-biphenyl)aminophenyl]}fluorene), NPAPF (9,9-Bis[4-(N,N'-bis-naphthalen-2-yl-amino)phenyl]-9H-fluorene), Spiro-TAD (2,2',7,7'-Tetrakis-(diphenylamino)-9,9'-spirobifluoren), PV-TPD (N,N-di 4-2,2-diphenyl-ethen-1-yl-phenyl-N,N-di 4-methylphenylphenylbenzidine), 4P-TPD (4,4'-bis-(N,N-diphenylamino)-tetraphenyl), oder ein in DE 102004014046 A1 beschriebenes p-Material.In a further embodiment, the p-material system contains a TPD derivative (triphenylamine dimer), a spiro compound such as spiropyrans, spiroxazines, MeO-TPD (N, N, N ', N'-tetrakis (4-methoxyphenyl) - benzidine), di-NPB (N, N'diphenyl-N, N'-bis (N, N'-di (1-naphthyl) -N, N'-diphenyl- (1,1'-biphenyl) 4, 4'-diamine), MTDATA (4,4 ', 4 "-tris- (N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino) -triphenylamine), TNATA (4,4', 4" -tris [N - (1-naphthyl) -N-phenyl-amino] triphenylamine), BPAPF (9,9-bis {4- [di- (p-biphenyl) aminophenyl]} fluorenes), NPAPF (9,9-bis [4 - (N, N'-bis-naphthalen-2-yl-amino) phenyl] -9H-fluorene), Spiro-TAD (2,2 ', 7,7'-tetrakis- (diphenylamino) -9,9'- spirobifluoren), PV-TPD (N, N-di 4-2,2-diphenyl-ethen-1-yl-phenyl-N, N-di 4-methylphenylphenylbenzidine), 4P-TPD (4,4'-bis- ( N, N-diphenylamino) tetraphenyl), or an in DE 102004014046 A1 described p-material.

In einer weiteren Ausführungsform enthält das n-Materialsystem Fullerene, wie beispielsweise C60, C70; NTCDA (1,4,5,8-Naphthalene-tetracarboxylic-dianhydride), NTCDI (Naphthalenetetracarboxylic diimide) oder PTCDI (Perylen-3,4,9,10-bis(dicarboximid) .In a further embodiment, the n-material system contains fullerenes, such as, for example, C 60 , C 70 ; NTCDA (1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydride), NTCDI (naphthalenetetracarboxylic diimide) or PTCDI (perylene-3,4,9,10-bis (dicarboximide).

In einer weiteren Ausführungsform enthält das p-Materialsystem einen p-Dotanden, wobei dieser p-Dotand F4-TCNQ, ein p-Dotand wie in DE 10338406 A1 , DE 10347856 A1 , DE 10357044 A1 , DE 102004010954 A1 , DE 102006053320 A1 , DE 102006054524 A1 und DE 102008051737 A1 beschrieben oder ein Übergangsmetalloxid (VO, WO, MoO, etc.) ist.In a further embodiment, the p-material system contains a p-dopant, this p-dopant F4-TCNQ, a p-dopant as in FIG DE 10338406 A1 , DE 10347856 A1 , DE 10357044 A1 , DE 102004010954 A1 , DE 102006053320 A1 , DE 102006054524 A1 and DE 102008051737 A1 or a transition metal oxide (VO, WO, MoO, etc.).

In einer weiteren Ausführungsform enthält das n-Materialsystem einen n-Dotanden, wobei dieser n-Dotand ein TTF-Derivat (Tetrathiafulvalen-Derivat) oder DTT-Derivat (dithienothiophen), ein n-Dotand wie in DE 10338406 A1 , DE 10347856 A1 , DE 10357044 A1 , DE 102004010954 A1 , DE 102006053320 A1 , DE 102006054524 A1 und DE 102008051737 A1 beschrieben oder Cs, Li oder Mg ist.In a further embodiment, the n-material system contains an n-dopant, this n-dopant being a TTF derivative (tetrathiafulvalene derivative) or DTT derivative (dithienothiophene), an n-dopant as in FIG DE 10338406 A1 , DE 10347856 A1 , DE 10357044 A1 , DE 102004010954 A1 , DE 102006053320 A1 , DE 102006054524 A1 and DE 102008051737 A1 or is Cs, Li or Mg.

In einer weiteren Ausführungsform ist eine Elektrode transparent mit einer Transmission > 80% und die andere Elektrode reflektierend mit einer Reflektion > 50% ausgeführt.In a further embodiment, one electrode is transparent with a transmission> 80% and the other electrode is made reflective with a reflection> 50%.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Bauelement semitransparent mit einer Transmission von 10-80% ausgeführt.In a further embodiment, the component is designed to be semitransparent with a transmission of 10-80%.

In einer weiteren Ausführungsform bestehen die Elektroden aus einem Metall (z.B. Al, Ag, Au oder eine Kombination aus diesen), einem leitfähigen Oxid, insbesondere ITO, ZnO:Al oder einem anderen TCO (Transparent Conductive Oxide), einem leitfähigen Polymer, insbesondere PEDOT/PSS Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate) oder PANI (Polyanilin), oder aus einer Kombination aus diesen Materialien.In a further embodiment, the electrodes consist of a metal (for example Al, Ag, Au or a combination of these), a conductive oxide, in particular ITO, ZnO: Al or another TCO (Transparent Conductive Oxide), a conductive polymer, in particular PEDOT / PSS Poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate) or PANI (polyaniline), or a combination of these materials.

In einer weiteren Ausführungsform weisen die verwendeten organischen Materialien einen niedrigen Schmelzpunkt, bevorzugt < 100°C, auf.In a further embodiment, the organic materials used have a low melting point, preferably <100 ° C.

In einer weiteren Ausführungsform weisen die verwendeten organischen Materialien eine niedrige Glasübergangstemperatur, bevorzugt < 150°C, auf.In a further embodiment, the organic materials used have a low glass transition temperature, preferably <150 ° C.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird durch Verwendung von Lichtfallen der optische Weg des einfallenden Lichtes im aktiven System vergrößert.In a further embodiment of the invention, the optical path of the incident light in the active system is enlarged by using light traps.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Bauelement als organische pin-Solarzelle bzw. organische pin-Tandemsolarzelle ausgeführt. Als Tandemsolarzelle wird dabei eine Solarzelle bezeichnet, die aus einem vertikalen Stapel zweier in Serie verschalteter Solarzellen besteht.In a further embodiment of the invention, the component is designed as an organic pin solar cell or organic pin tandem solar cell. A solar cell is referred to as a tandem solar cell, which consists of a vertical stack of two solar cells connected in series.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Lichtfalle dadurch realisiert, dass das Bauelement auf einem periodisch mikrostrukturierten Substrat aufgebaut wird und die homogene Funktion des Bauelements, also eine kurzschlussfreie Kontaktierung und homogene Verteilung des elektrischen Feldes über die gesamte Fläche, durch die Verwendung einer dotierten wide-gap-Schicht gewährleistet wird. Ultradünne Bauelemente weisen auf strukturierten Substraten eine erhöhte Gefahr zur Bildung lokaler Kurzschlüsse auf, so dass durch eine solche offensichtliche Inhomogenität letztlich die Funktionalität des gesamten Bauelements gefährdet ist. Diese Kurzschlussgefahr wird durch die Verwendung der dotierten Transportschichten verringert.In a further embodiment, the light trap is implemented in that the component is built up on a periodically microstructured substrate and the homogeneous function of the component, i.e. short-circuit-free contact and homogeneous distribution of the electrical field over the entire area, by using a doped wide gap Layer is guaranteed. Ultra-thin components have an increased risk of local short circuits forming on structured substrates, so that such an obvious inhomogeneity ultimately endangers the functionality of the entire component. This risk of short circuits is reduced by using the doped transport layers.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Lichtfalle dadurch realisiert, dass das Bauelement auf einem periodisch mikrostrukturierten Substrat aufgebaut wird und die homogene Funktion des Bauelementes, dessen kurzschlussfreie Kontaktierung und eine homogene Verteilung des elektrischen Feldes über die gesamte Fläche durch die Verwendung einer dotierten wide-gap-Schicht gewährleistet wird. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass das Licht die Absorberschicht mindestens zweimal durchläuft, was zu einer erhöhten Lichtabsorption und dadurch zu einem verbesserten Wirkungsgrad der Solarzelle führen kann. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass das Substrat pyramidenartige Strukturen auf der Oberfläche aufweist mit Höhen und Breiten jeweils im Bereich von einem bis zu mehreren hundert Mikrometern. Höhe und Breite können gleich oder unterschiedlich gewählt werden. Ebenfalls können die Pyramiden symmetrisch oder asymmetrisch aufgebaut sein.In a further embodiment of the invention, the light trap is realized in that the component is built up on a periodically microstructured substrate and the homogeneous function of the component, its short-circuit-free contact and a homogeneous distribution of the electric field over the entire surface through the use of a doped wide- gap layer is guaranteed. It is particularly advantageous that the light passes through the absorber layer at least twice, which can lead to increased light absorption and thus to an improved efficiency of the solar cell. This can be achieved, for example, in that the substrate has pyramid-like structures on the surface with heights and widths each in the range from one to several hundred micrometers. Height and width can be chosen the same or different. The pyramids can also be constructed symmetrically or asymmetrically.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Lichtfalle dadurch realisiert, dass eine dotierte wide-gap-Schicht eine glatte Grenzfläche zur i-Schicht und eine rauhe Grenzfläche zum reflektierenden Kontakt hat. Die rauhe Grenzfläche kann beispielsweise durch eine periodische Mikrostrukturierung erreicht werden. Besonders vorteilhaft ist die rauhe Grenzfläche, wenn sie das Licht diffus reflektiert, was zu einer Verlängerung des Lichtweges innerhalb der photoaktiven Schicht führt.In a further embodiment of the invention, the light trap is realized in that a doped wide-gap layer has a smooth interface with the i-layer and a rough interface with the reflective contact. The rough interface can be achieved, for example, by periodic microstructuring. The rough interface is particularly advantageous if it reflects the light diffusely, which leads to an extension of the light path within the photoactive layer.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Lichtfalle dadurch realisiert, dass das Bauelement auf einem periodisch mikrostrukturierten Substrat aufgebaut wird und eine dotierte wide-gap-Schicht eine glatte Grenzfläche zur i-Schicht und eine rauhe Grenzfläche zum reflektierenden Kontakt hat.In a further embodiment, the light trap is implemented in that the component is built up on a periodically microstructured substrate and a doped wide-gap layer has a smooth interface with the i-layer and a rough interface with the reflective contact.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Gesamtstruktur des optoelektronischen Bauelements mit transparentem Grund- und Deckkontakt versehen.In a further embodiment of the invention, the overall structure of the optoelectronic component is provided with transparent base and cover contacts.

In einer weiteren Ausführungsform werden die erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelemente in Verbindung mit Energiepuffer bzw. Energiespeichermedium wie beispielsweise Akkus, Kondensatoren, etc. zum Anschluss an Verbraucher bzw. Geräte verwendet.In a further embodiment, the optoelectronic components according to the invention are used in conjunction with energy buffers or energy storage media such as, for example, rechargeable batteries, capacitors, etc. for connection to loads or devices.

In einer weiteren Ausführungsform werden die erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelemente in Kombination mit Dünnfilmbatterien verwendet.In a further embodiment, the optoelectronic components according to the invention are used in combination with thin-film batteries.

In einer weiteren Ausführungsform werden die erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelemente auf gekrümmten Oberflächen, wie beispielsweise Glas, Beton, Dachziegeln, Ton, Autoglas, etc. verwendet. Dabei ist es vorteilhaft, dass die erfindungsgemäßen organischen Solarzellen gegenüber herkömmlichen anorganischen Solarzellen auf flexiblen Trägern wie Folien, Textilen, etc. aufgebracht werden können.In a further embodiment, the optoelectronic components according to the invention are used on curved surfaces, such as glass, concrete, roof tiles, clay, car glass, etc., for example. It is advantageous that the organic solar cells according to the invention can be applied to flexible substrates such as foils, textiles, etc. compared to conventional inorganic solar cells.

Zur Realisierung der Erfindung können auch die vorbeschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden.To implement the invention, the embodiments described above can also be combined with one another.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele und Figuren eingehend erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele sollen dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken. Es zeigen in

  • 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung einer Elektrodenanordnung in,
  • 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführung einer Elektrodenanordnung,
  • 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen dritten Ausführung einer Elektrodenanordnung, und in
  • 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen vierten Ausführung einer Elektrodenanordnung.
The invention is to be explained in detail below with the aid of some exemplary embodiments and figures. The exemplary embodiments are intended to describe the invention without restricting it. It show in
  • 1 a schematic representation of a first embodiment of an electrode arrangement in,
  • 2 a schematic representation of a second embodiment of an electrode arrangement,
  • 3 a schematic representation of a third embodiment of an electrode arrangement according to the invention, and in
  • 4th a schematic representation of a fourth embodiment of an electrode arrangement according to the invention.

In einem Ausführungsbeispiel wird in 1 eine erfindungsgemäße Elektrodenanordnung 1 dargestellt, welche eine erste Schicht 2 aus einem Metall oder Metalloxid, beispielsweise aus MoO3, umfasst. Die erste Schicht 2 wird dabei durch thermisches Verdampfen auf einer organischen Schicht des Bauelements abgeschieden. Darauf wird eine zweite Schicht 3 umfassend ein Metall, wie etwa Ag, abgeschieden. Die Abscheidung erfolgt dabei mittels Sputtern. Auf dieser zweiten Schicht wird eine Deckschicht 4 als Entspiegelungsschicht angeordnet, welche beispielsweise N,N'-bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin umfasst.In one embodiment, in 1 an electrode arrangement according to the invention 1 shown showing a first layer 2 of a metal or metal oxide, for example of MoO 3 . The first layer 2 is deposited on an organic layer of the component by thermal evaporation. There is a second layer on top 3 comprising a metal such as Ag, deposited. The deposition takes place by means of sputtering. On top of this second layer is a top layer 4th arranged as an anti-reflective layer, which comprises, for example, N, N'-bis (naphthalen-1-yl) -N, N'-bis (phenyl) -benzidine.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist in 2 eine weitere Ausgestaltung einer Elektrodenanordnung 1 dargestellt, welche den gleichen Aufbau, wie das vorhergehende Ausführungsbeispiel umfasst, wobei auf der Deckschicht 4 eine Kratzschutzschicht 5 angeordnet ist. Diese Kratzschutzschicht 5 kann beispielweise aus TiO2 ausgeführt sein und eine Schichtdicke von 150nm haben.In a further embodiment, in 2 a further embodiment of an electrode arrangement 1 shown, which comprises the same structure as the previous embodiment, with on the top layer 4th a scratch protection layer 5 is arranged. This anti-scratch layer 5 can for example be made of TiO 2 and have a layer thickness of 150 nm.

In einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist in 3 eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung 1 dargestellt, welche eine erste Schicht 2 aus einem Metall oder Metalloxid, beispielsweise aus MoO3, umfasst. Darauf angeordnet ist eine erste Zwischenschicht 6 aus Nb2O5, welche eine Schichtdicke zwischen 5 bis 40 nm aufweist. Auf dieser ersten Zwischenschicht ist eine zweite Schicht 3 aus einem Metall, wie etwa Ag, abgeschieden, wobei die Abscheidung durch Sputtern erfolgt. Auf dieser zweiten Schicht 3 wird eine Deckschicht 4 als Entspiegelungsschicht angeordnet, welche beispielsweise N,N'-bis(naphthalen-1-yl)-N,N'- bis(phenyl)-benzidin umfasst. Auf dieser Deckschicht 4 ist eine Kratzschutzschicht 5 angeordnet. Diese Kratzschutzschicht 5 kann beispielweise aus TiO2 ausgeführt sein und eine Schichtdicke von 150nm haben.In one embodiment of the invention, in 3 a schematic representation of an electrode arrangement 1 shown showing a first layer 2 of a metal or metal oxide, for example of MoO 3 . A first intermediate layer is arranged thereon 6th made of Nb 2 O 5 , which has a layer thickness between 5 and 40 nm. A second layer is on top of this first intermediate layer 3 from a metal such as Ag, deposited by sputtering. On this second layer 3 becomes a top layer 4th arranged as an anti-reflective layer, which comprises, for example, N, N'-bis (naphthalen-1-yl) -N, N'- bis (phenyl) -benzidine. On this top layer 4th is a scratch protection layer 5 arranged. This anti-scratch layer 5 can for example be made of TiO 2 and have a layer thickness of 150 nm.

In einer nicht näher dargestellten nicht-erfindungsgemäßen Ausgestaltung des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels ist die erste Zwischenschicht 6 aus aluminiumdotiertem Zinkoxid (AZO) ausgeführt. Die Schichtdicke kann hierbei zwischen 5 bis 40 nm betragen.In an embodiment of the above-described exemplary embodiment, which is not shown in detail, is the first intermediate layer 6th made of aluminum-doped zinc oxide (AZO). The layer thickness can be between 5 and 40 nm.

In einer weiteren nicht näher dargestellten nicht-erfindungsgemäßen Ausgestaltung des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels ist die erste Zwischenschicht 6 aus Al ausgeführt. Die Schichtdicke kann hierbei zwischen 0,2 bis 3 nm betragen.The first intermediate layer is in a further refinement, not shown in detail, of the above-described exemplary embodiment 6th executed from Al. The layer thickness can be between 0.2 and 3 nm.

In einer nicht näher dargestellten erfindungsgemäßen Ausgestaltung des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels weist die Elektrodenanordnung 1 eine erste Schicht 2 auf, welche ein Metall oder Metalloxid, beispielsweise aus MoO3, umfasst. Darauf angeordnet ist eine erste Zwischenschicht 6 aus Nb2O5, welche eine Schichtdicke zwischen 5 bis 40 nm aufweist. Auf dieser ersten Zwischenschicht ist eine zweite Schicht 3 aus einem Metall, wie etwa Ag, abgeschieden, wobei die Abscheidung durch Sputtern erfolgt. Auf dieser zweiten Schicht 3 wird ist eine Kratzschutzschicht 5 angeordnet. Diese Kratzschutzschicht 5 kann beispielweise aus TiO2 ausgeführt sein und eine Schichtdicke von 150nm haben.In an embodiment of the above-described embodiment according to the invention that is not shown in detail, the electrode arrangement 1 a first layer 2 which comprises a metal or metal oxide, for example MoO 3 . A first intermediate layer is arranged thereon 6th made of Nb 2 O 5 , which has a layer thickness between 5 and 40 nm. A second layer is on top of this first intermediate layer 3 from a metal such as Ag, deposited by sputtering. On this second layer 3 is a scratch protection layer 5 arranged. This anti-scratch layer 5 can for example be made of TiO 2 and have a layer thickness of 150 nm.

In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist in 4 eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung 1 dargestellt, welche eine erste Schicht 2 aus einem Metall oder Metalloxid, beispielsweise aus MoO3, umfasst. Auf dieser ersten Schicht 2 ist eine erste Zwischenschicht 6 aus Nb2O5, welche eine Schichtdicke zwischen 5 bis 40 nm aufweist. Darauf ist eine zweite Schicht 3 aus einem Metall, wie etwa Ag, angeordnet, wobei die Abscheidung der zweiten Schicht 3 mittels Sputtern erfolgt. Auf dieser zweiten Schicht 3 ist eine zweite Zwischenschicht 7, beispielsweise aus ITO, angeordnet. Die Schichtdicke dieser zweiten Zwischenschicht 7 aus ITO beträgt zwischen 5 bis 40 nm. Auf dieser zweiten Zwischenschicht 7 wird eine Deckschicht 4 als Entspiegelungsschicht angeordnet, welche beispielsweise N,N'-bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin umfasst. Auf dieser Deckschicht 4 ist eine Kratzschutzschicht 5 angeordnet. Diese Kratzschutzschicht 5 kann beispielweise aus TiO2 ausgeführt sein und eine Schichtdicke von 150nm haben. In einer Ausgestaltung des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels ist die zweite Zwischenschicht 7 aus Aluminiumdotiertem Zinkoxid AZO ausgeführt, wobei diese Zwischenschicht eine Schichtdicke zwischen 5 bis 40 nm aufwiest.In a further exemplary embodiment according to the invention, FIG 4th a schematic representation of an electrode arrangement 1 shown showing a first layer 2 of a metal or metal oxide, for example of MoO 3 . On this first layer 2 is a first intermediate layer 6th made of Nb2O5, which has a layer thickness between 5 and 40 nm. There's a second layer on top 3 made of a metal such as Ag, with the deposition of the second layer 3 takes place by means of sputtering. On this second layer 3 is a second intermediate layer 7th , for example from ITO, arranged. The layer thickness of this second intermediate layer 7th made of ITO is between 5 and 40 nm. On this second intermediate layer 7th becomes a top layer 4th arranged as an anti-reflective layer, which comprises, for example, N, N'-bis (naphthalen-1-yl) -N, N'-bis (phenyl) -benzidine. On this top layer 4th is a scratch protection layer 5 arranged. This anti-scratch layer 5 can for example be made of TiO 2 and have a layer thickness of 150 nm. In one configuration of the embodiment described above, the second intermediate layer is 7th made of aluminum-doped zinc oxide AZO, this intermediate layer having a layer thickness between 5 and 40 nm.

In einer weiteren nicht näher dargestellten erfindungsgemäßen Ausgestaltung des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels weist die Elektrodenanordnung 1 eine erste Schicht 2 auf, welche ein Metall oder Metalloxid, beispielsweise aus MoO3, umfasst. Auf dieser ersten Schicht 2 ist eine erste Zwischenschicht 6 aus Nb2O5, welche eine Schichtdicke zwischen 5 bis 40 nm aufweist. Darauf ist eine zweite Schicht 3 aus einem Metall, wie etwa Ag, angeordnet, wobei die Abscheidung der zweiten Schicht 3 mittels Sputtern erfolgt. Auf dieser zweiten Schicht 3 ist eine zweite Zwischenschicht 7, beispielsweise aus ITO, angeordnet. Die Schichtdicke dieser zweiten Zwischenschicht 7 aus ITO beträgt zwischen 5 bis 40 nm. Auf dieser Zwischenschicht 7 ist eine Kratzschutzschicht 5 angeordnet. Diese Kratzschutzschicht 5 kann beispielweise aus TiO2 ausgeführt sein und eine Schichtdicke von 150nm haben.In a further refinement of the above-described embodiment according to the invention, which is not shown in detail, the electrode arrangement has 1 a first layer 2 which comprises a metal or metal oxide, for example MoO 3 . On this first layer 2 is a first intermediate layer 6th made of Nb 2 O 5 , which has a layer thickness between 5 and 40 nm. There's a second layer on top 3 made of a metal such as Ag, with the deposition of the second layer 3 takes place by means of sputtering. On this second layer 3 is a second intermediate layer 7th , for example from ITO, arranged. The layer thickness of this second intermediate layer 7th of ITO is between 5 and 40 nm. On this intermediate layer 7th is a scratch protection layer 5 arranged. This anti-scratch layer 5 can for example be made of TiO 2 and have a layer thickness of 150 nm.

In einem weiteren nicht näher dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel umfasst die Elektrodenanordnung 1 eine erste Schicht 2 aus einem Metall oder Metalloxid, beispielsweise aus MoO3, umfasst. Auf dieser ersten Schicht 2 ist eine erste Zwischenschicht 6 aus Nb2O5, welche eine Schichtdicke zwischen 5 bis 40 nm aufweist, angeordnet. Auf dieser ersten Zwischenschicht 6 ist eine zweite Schicht 3 aus einem Metall, wie etwa Ag, angeordnet, wobei die Abscheidung er zweiten Schicht 3 mittels Sputtern erfolgt. Auf dieser zweiten Schicht 3 ist eine zweite Zwischenschicht 7, beispielsweise aus ITO, angeordnet. Die Schichtdicke dieser zweiten Zwischenschicht 7 aus ITO beträgt zwischen 5 bis 40 nm. Auf dieser Zwischenschicht 7 wird eine Deckschicht 4 als Entspiegelungsschicht angeordnet, welche beispielsweise N,N'-bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin umfasst. Auf dieser Deckschicht 4 ist eine Kratzschutzschicht 5 angeordnet. Diese Kratzschutzschicht 5 kann beispielweise aus TiO2 ausgeführt sein und eine Schichtdicke von 150 nm haben.In a further exemplary embodiment according to the invention, which is not shown in detail, the electrode arrangement comprises 1 a first layer 2 of a metal or metal oxide, for example of MoO 3 . On this first layer 2 is a first intermediate layer 6th made of Nb 2 O 5 , which has a layer thickness between 5 and 40 nm. On this first intermediate layer 6th is a second layer 3 made of a metal such as Ag, the deposit being the second layer 3 takes place by means of sputtering. On this second layer 3 is a second intermediate layer 7th , for example from ITO, arranged. The layer thickness of this second intermediate layer 7th of ITO is between 5 and 40 nm. On this intermediate layer 7th becomes a top layer 4th arranged as an anti-reflective layer, which comprises, for example, N, N'-bis (naphthalen-1-yl) -N, N'-bis (phenyl) -benzidine. On this top layer 4th is a scratch protection layer 5 arranged. This anti-scratch layer 5 can for example be made of TiO 2 and have a layer thickness of 150 nm.

In einem weiteren nicht näher dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel umfasst die Elektrodenanordnung 1 eine erste Schicht 2 aus einem Metall oder Metalloxid, beispielsweise aus MoO3, umfasst. Auf dieser ersten Schicht 2 ist eine erste Zwischenschicht 6 aus Nb2O5, welche eine Schichtdicke zwischen 5 bis 40 nm aufweist, angeordnet. Auf dieser ersten Zwischenschicht 6 ist eine zweite Schicht 3 aus einem Metall, wie etwa Ag, angeordnet, wobei die Abscheidung er zweiten Schicht 3 mittels Sputtern erfolgt. Auf dieser zweiten Schicht 3 ist eine zweite Zwischenschicht 7, beispielsweise aus ITO, angeordnet. Die Schichtdicke dieser zweiten Zwischenschicht 7 aus ITO beträgt zwischen 5 bis 40 nm. Auf dieser Zwischenschicht 7 wird eine Kratzschutzschicht 5 angeordnet. Diese Kratzschutzschicht 5 kann beispielweise aus TiO2 ausgeführt sein und eine Schichtdicke von 150 nm haben.In a further exemplary embodiment according to the invention, which is not shown in detail, the electrode arrangement comprises 1 a first layer 2 of a metal or metal oxide, for example of MoO 3 . On this first layer 2 is a first intermediate layer 6th made of Nb 2 O 5 , which has a layer thickness between 5 and 40 nm. On this first intermediate layer 6th is a second layer 3 made of a metal such as Ag, the deposit being the second layer 3 takes place by means of sputtering. On this second layer 3 is a second intermediate layer 7th , for example from ITO, arranged. The layer thickness of this second intermediate layer 7th of ITO is between 5 and 40 nm. On this intermediate layer 7th becomes a scratch protection layer 5 arranged. This anti-scratch layer 5 can for example be made of TiO 2 and have a layer thickness of 150 nm.

Claims (18)

Optoelektronisches Bauelement auf einem Substrat umfassend eine erste und eine zweite Elektrode, wobei die erste Elektrode auf dem Substrat angeordnet ist und die zweite Elektrode eine Gegenelektrode bildet, wobei zwischen diesen Elektroden zumindest ein photoaktives Schichtsystem angeordnet ist, welches zumindest ein Donor-Akzeptorsystem mit organischen Materialien umfasst, wobei die Gegenelektrode aus einem Schichtsystem ausgebildet ist, umfassend zumindest eine erste Schicht (2), enthaltend ein Metall oder Metalloxid, eine zweite Schicht (3) umfassend ein Metall und eine dritte Schicht als Deckschicht (4), wobei die dritte Schicht (4) einen Brechungsindex > 2 aufweist, und wobei zwischen der ersten (2) und der zweiten (3) Schicht der Gegenelektrode zumindest eine Zwischenschicht (6) aus Nb2O5 eingefügt ist, welche eine Schichtdicke zwischen 0,02 bis 40 nm aufweist.Optoelectronic component on a substrate comprising a first and a second electrode, the first electrode being arranged on the substrate and the second electrode forming a counter electrode, with at least one photoactive layer system being arranged between these electrodes, which at least one donor-acceptor system with organic materials comprises, wherein the counter electrode is formed from a layer system, comprising at least a first layer (2) containing a metal or metal oxide, a second layer (3) comprising a metal and a third layer as a cover layer (4), the third layer ( 4) has a refractive index> 2, and at least one intermediate layer (6) made of Nb 2 O 5 , which has a layer thickness between 0.02 to 40 nm, is inserted between the first (2) and the second (3) layer of the counter electrode . Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht (2) der Gegenelektrode eine Schichtdicke zwischen 5 bis 100 nm aufweist und durch thermisches Verdampfen abgeschieden ist.Optoelectronic component according to Claim 1 , wherein the first layer (2) of the counter electrode has a layer thickness between 5 and 100 nm and is deposited by thermal evaporation. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die zweite Schicht (3) der Gegenelektrode eine Schichtdicke zwischen 3 und 20 nm, vorzugsweise 5 bis 10 nm, aufweist und durch eine Depositionstechnik ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Elektronenstrahlverdampfen, Laserstrahlverdampfen, Lichtbogenverdampfen, Molekularstrahlepitaxie, Sputtern, Ionenstrahlgestützte Deposition, Ionenplattieren, ICB-Technik abgeschieden ist.Optoelectronic component according to one of the Claims 1 and 2 , wherein the second layer (3) of the counter electrode has a layer thickness between 3 and 20 nm, preferably 5 to 10 nm, and is selected by a deposition technique from the group consisting of electron beam evaporation, laser beam evaporation, arc evaporation, molecular beam epitaxy, sputtering, ion beam-assisted deposition, ion plating, ICB technology is deposited. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Deckschicht (4) einen höheren Brechungsindex als das angrenzende, der Deckschicht nachfolgende Medium aufweist.Optoelectronic component according to one of the preceding claims, wherein the cover layer (4) has a higher refractive index than the adjoining medium following the cover layer. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der dritten Schicht (4) eine Schutzschicht (5) angeordnet ist, welche ein Metalloxid umfasst und eine Schichtdicke > 100 nm aufweist.Optoelectronic component according to one of the preceding claims, wherein a protective layer (5) is arranged on the third layer (4) which comprises a metal oxide and has a layer thickness> 100 nm. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Schicht (4) als eine weitere Schutzschicht ausgeführt ist, welche ein Metalloxid umfasst und eine Schichtdicke > 100 nm aufweist.Optoelectronic component according to one of the preceding claims, wherein the third layer (4) is designed as a further protective layer which comprises a metal oxide and has a layer thickness> 100 nm. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die dritte Schicht (4) eine Schichtdicke zwischen 10 bis 100 nm aufweist.Optoelectronic component according to one of the Claims 1 to 4th , the third layer (4) having a layer thickness between 10 and 100 nm. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Schicht (4) ein Alkali- oder Erdalkalimetall, ein Metalloxid oder ein organisches Material umfasst.Optoelectronic component according to one of the preceding claims, wherein the third layer (4) comprises an alkali or alkaline earth metal, a metal oxide or an organic material. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Schicht (3) Ag, Au, Pt, Cr, Ti, Al, Zr, Cu, Zn, Sn, Sr, La, In, Sc, Hf oder Legierungen umfassend zumindest eines der vorbenannten Elemente umfasst.Optoelectronic component according to one of the preceding claims, wherein the second layer (3) comprises at least one of Ag, Au, Pt, Cr, Ti, Al, Zr, Cu, Zn, Sn, Sr, La, In, Sc, Hf or alloys includes the aforementioned elements. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat opak oder transparent ausgeführt ist.Optoelectronic component according to one of the preceding claims, wherein the substrate is opaque or transparent. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat flexibel ausgeführt ist.Optoelectronic component according to one of the preceding claims, wherein the substrate is designed to be flexible. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrode, welche auf dem Substrat angeordnet ist opak oder transparent ausgeführt ist.Optoelectronic component according to one of the preceding claims, wherein the electrode which is arranged on the substrate is opaque or transparent. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrode, welche auf dem Substrat angeordnet ist, ein Metall, Metalloxid, Metallgrid, Metall-Metalloxid-Schichtsystem, Metallpartikel, Metallnanowire, Graphen, organische Halbleiter umfasst.Optoelectronic component according to one of the preceding claims, wherein the electrode which is arranged on the substrate comprises a metal, metal oxide, metal grid, metal-metal oxide layer system, metal particles, metal nanowires, graphene, organic semiconductors. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle ist.Optoelectronic component according to one of the preceding claims, wherein the optoelectronic component is an organic solar cell. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem optoelektronischen Bauelement um eine pin-Einzelzelle, pin-Tandemzelle, pin-Mehrfachzelle, nip-Einzelzelle, nip-Tandemzelle oder nip-Mehrfachzelle handelt.Optoelectronic component according to one of the preceding claims, wherein the optoelectronic component is a pin single cell, pin tandem cell, pin multiple cell, nip single cell, nip tandem cell or nip multiple cell. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optoelektronische Bauelement aus einer Kombination aus nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin oder pipn-Strukturen besteht, bei der mehrere unabhängige Kombinationen, die mindestens eine i-Schicht enthalten, übereinandergestapelt sind.Optoelectronic component according to one of the preceding claims, wherein the optoelectronic component consists of a combination of nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin or pipn structures, in which several independent combinations that contain at least one i-layer, are stacked on top of each other. Elektrodenvorrichtung mit einer Gegenelektrode aus einem Schichtsystem umfassend zumindest eine erste Schicht (2) aus einem Metall oder Metalloxid, eine zweite Schicht (3) aus einem Metall und eine dritte Schicht (4) als Deckschicht, wobei die dritte Schicht (4) einen Brechungsindex > 2 aufweist, und einer Zwischenschicht (6) aus Nb2O5 zwischen der ersten (2) und der zweiten (3) Schicht der Gegenelektrode, wobei die Zwischenschicht (6) eine Schichtdicke zwischen 0,02 bis 40 nm aufweist, und wobei das Schichtsystem eine Transparenz von 40 bis 95 % aufweist.Electrode device with a counter electrode made of a layer system comprising at least a first layer (2) made of a metal or metal oxide, a second layer (3) made of a metal and a third layer (4) as a cover layer, the third layer (4) having a refractive index> 2, and an intermediate layer (6) of Nb 2 O 5 between the first (2) and the second (3) layer of the counter electrode, the intermediate layer (6) having a layer thickness between 0.02 to 40 nm, and wherein the Layer system has a transparency of 40 to 95%. Verwendung einer Elektrodenvorrichtung nach Anspruch 17 in einem optoelektronischen Bauelement.Use of an electrode device according to Claim 17 in an optoelectronic component.
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