DE102012106607A1 - Verfahren zur Versiegelung von Modulen mit optoelektronischen Bauelementen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Versiegelung von Modulen umfassend zumindest zwei optoelektronische Bauelemente im Rolle-zu-Rolle-Verfahren.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Versiegelung von optoelektronischen Bauelementen.
- 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 Bauelemente mit organischen Schichten, welche aufgrund ihrer Ausgestaltung eine Anordnung auf gekrümmten der gewölbten Oberflächen erlauben.
- Bekannt sind beispielsweise organische Leuchtdioden (OLED´s), welche aufgrund der nicht benötigten Hintergrundbeleuchtung sehr dünn und damit auch flexibel ausgestaltet werden können.
- Weiterhin bekannt sind auch Solarzellen mit organischen aktiven Schichten (OSC), 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. - 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.
- 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.
- Bekannte Ausgestaltungen organsicher Solarzellen sind beispielsweise in der
WO 2004/083958 WO 2006/092135 WO 2006/092134 A1 EP 10725079 A1 WO 2010/139804 WO 2011/064330 - Die Herstellung von optoelektronioschen Bauelementen erfolgt in Abhängigkeit der verwendeten organischen Materialien in der aktiven organischen Schicht durch Sputtern, spin coating oder Bedrucken sowie durch Abscheidung aus der Dampfphase (CVD, OVPD) und durch Strukturierungsmaßnahmen wie Laserstrukturierung oder nasslithographische Strukturierung.
- Problematisch ist dabei, dass die Schichten in einzelnen Arbeitsschritten aufgebracht und strukturiert werden, wobei die schon fertigen Schichten zwischen den Arbeitsschritten immer vor Lösungsmitteln und/oder mechanischen Schäden bewahrt werden müssen.
- Die
DE 10 2004 024 461 A1 offenbart hierzu ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines organischen elektronischen photovoltaischen und/oder elektrochromen Bauelements im Rolle-zu-Rolle-Prozess zumindest eine erste und eine zweite Rolle und zwischen den zwei Rollen zumindest eine Reihe von 3 Modulen umfassend, wobei die erste Rolle ein Band unbeschichteten Substrats enthält, mit dem ersten Modul in der Reihe, das zwischen der ersten Rolle und dem zweiten Modul der Reihe angeordnet ist, die untere, gegebenenfalls semitransparente, Elektrode, mit dem zweiten Modul in der Reihe zumindest eine organische aktive Schicht und mit dem dritten Modul die Gegenelektrode aufbringbar und strukturierbar ist, wobei auf der, auf das dritte Modul folgenden, zweiten Rolle schließlich das durch diese Module beschichtete flexible organische Bauelement aufrollbar ist. - Ein Problem bei der Herstellung optoelektronischer Bauelemente mit organischen Schichten im Rolle-zu-Rolle-Prozess ist, dass die Substrate nur durch eine elektrische Isolierung voneinander getrennt (i.d.R. durch Laserprozesse oder lithographisch/ chemische oder mechanische Prozesse) sich auf der Rolle befinden, wobei es natürlich das Bestreben ist, die Fläche der Substratfolienrollen mit elektrisch aktiven Solarzellen kostengünstig, platz- und materialsparend zu prozessieren.
- Nachfolgend sollen die sich auf der Rolle befindlichen Substrate in einem Prozessablauf verkapselt werden ohne dabei einen aufwändigen Batchprozess verwenden zu müssen.
- Dieser Prozess muss zum einen so erfolgen, dass die Substrate auf oder in Verkapselungsmaterialien eingebettet werden und dabei nach allen Seiten umfassend über eine ausreichende Isolationszone von den Umwelteinflüssen isoliert werden. Zum anderen soll dieser in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess integrierbar ist. Es ist somit in hohem Maße wünschenswert, einen aufwendigen Batchprozess für die Verkapselung zu vermeiden und diesen in einen Rolle-zu-Rolle-Prozess zu integrieren.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin ein Verfahren anzugeben, welche die vorbenannten Nachteile überwindet.
- Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den anhängigen Ansprüchen angegeben.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren zur Versiegelung eines Moduls, umfassend zumindest zwei optoelektronische Bauelemente, gelöst umfassend die Schritte:
- – Abwickeln eines Halbfabrikats umfassend die optoelektronischen Bauelemente von einer Rolle,
- – Breitendimensionierung des Halbfabrikats durch ein Trennverfahren
- – Anordnung zumindest eines elektrischen Kontakts auf dem Halbfabrikat,
- – Längsdimensionierung des Halbfabrikats durch Quertrennung sowie
- – Versieglung des Halbfabrikats.
- Unter einem Halbfabrikat im Sinne der Erfindung wird ein unversiegeltes elektrisch funktionsfähiges Modul mit zumindest zwei optoelektronischen Bauelementen verstanden.
- In einer ersten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Anordnung des zumindest einen elektrischen Kontakts durch Applikation einer Kontaktverstärkung, wie etwa ein Metallband oder Busbar, oder elektrisch leitfähiger Pasten auf dem Halbfabrikat. Das Metallband kann dabei beispielsweise mittels Kleben angeordnet werden, wobei der Klebstoff elektrisch leitend ausgeführt ist. Die elektrisch leitfähigen Pasten können beispielsweise mittels eines Printprozesses aufgebracht sein.
- In einer Ausgestaltung der vorbeschriebenen Ausführungsform erfolgt die Applikation des Metallbands fortlaufend.
- In einer alternativen Ausgestaltung der der vorbeschriebenen Ausführungsform erfolgt die Applikation des Metallbands mit Unterbrechungen, sodass bestimmte Bereiche des Halbfabrikats einen elektrischen Kontakt aufweisen, während andere Bereiche keinen Kontakt aufweisen. Dies ist beispielsweise vorteilhaft zur Strukturierung der Kontakte bzw. für die Längsdimensionierung des Moduls.
- In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Kontaktverstärkung, wie etwa ein Metallband oder Busbar, leitende Metalle oder Legierungen z.B. Al, Cu, Stahlbänder, Silber, Gold, etc. In einer Ausgestaltung der Ausführungsform ist die Kontaktverstärkung so ausgeführt, dass diese mit einem für einen Lötprozess beschichteten Adaptionsmaterial, z.B. Sn und Legierungen davon, beschichtet ist.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt nach der Anordnung des elektrischen Kontakts ein elektrischer Funktionstest. Der elektrische Funktionstest wird mitlaufend durchgeführt und orientiert sich an den angeordneten elektrischen Kontakten. Dabei werden Stromabnehmer z.B. leitfähige Rollen auf die Metallbänder temporär aufgesetzt. Dadurch wird ein elektrischer Kontakt hergestellt. Durch Beleuchtung dieses in dem Moment durchlaufenden Abschnittes dieses photoaktiven Halbzeuges kommt es zu Generation von Strom und Spannung, die wiederum von den Stromabnehmern abgegriffen werden kann. Dadurch wird sichergestellt, dass die erzeugten Module elektrisch funktionsfähig sind. Etwaige Störungen im Ablauf der Herstellung der Module werden so frühzeitig erkannt.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Längsdimensionierung durch Quertrennung des Halbfabrikats mittels Trennverfahren wie z.B. Lasern, Schneiden, Abschmelzen (thermische Trennung), etc.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt zunächst die Längsdimensionierung des Moduls durch eine erste Quertrennung des Halbfabrikats. Anschließend erfolgt die Versiegelung des Halbfabrikats und abschließend eine zweite Quertrennung des Halbfabrikats zur endgültigen Einstellung der Längsdimensionierung des Moduls.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Längsdimensionierung des Moduls durch zwei Quertrennungen des Halbfabrikats und anschließender Versiegelung des Moduls. Dabei wird zunächst die Längsdimensionierung des späteren Moduls durch die Quertrennungen festgelegt und anschließend erfolgt die Versiegelung des Moduls. Dadurch können individuell längsdimensionierte Module entsprechend den Anforderungen der Anwender erzeugt werden, welche anschließend durch Versiegelung optimal gegen Umwelteinflüsse geschützt werden.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Abstand der Halbfabrikate zueinander variabel eingestellt. So kann der Abstand der Halbfabrikate voneinander innerhalb des Laminationsverbundes bis zum Abstand 0 variabel eingestellt werden, wobei Abstand 9 einer Nichttrennung entspricht.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Versiegelung des Moduls unter Vakuum- oder Inertatmosphäre.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Versiegelung des Moduls unter Luftatmosphäre.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt nach der Quertrennung und Versiegelung bzw. Verkapselung der Module eine Überführung in einen Rollen-/ Bahnprozess. Dadurch wird der Folienverbund erhalten und kann als solcher flexibel weiter verarbeitet werden. D.h. keine Trennung in kleine Stücke.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Versiegelung als Zwei-Schrittversiegelung durch Auflage der ersten Substratkante auf eine Verkapselungsfolie von einer Rolle mit anschließender Fixierung des Substrates auf dieser. Im zweiten Schritt erfolgt die Applikation (Versiegelung) der zweiten Verkapselungsfolie von der Bahn auf die mit dem Substratmodul versehenen ersten Verkapselungsfolie inklusive Weitertransport als Bahn im Gesamtverbund.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Versiegelung des Moduls als Ein-Schrittversiegelung durch gleichzeitige Applizierung (Verkapselung, Einlamination) beider Versiegelungsfolien, jeweils von der Rolle, auf das Substratmodul, inklusive Weitertransport als Bahn im Gesamtverbund.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Versiegelung als Ein-Schrittversiegelung durch Applizierung einer Verkapselungsfolie von der Rolle auf das Substratmodul (z.B. falls Substratfolie bereits auch die Funktion einer Verkapselungsfolie beinhaltet) inklusive Weitertransport als Bahn im Gesamtverbund.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt nach der Versiegelung des Moduls ein Energieeintrag zur Aushärtung der Versiegelung. Bevorzugt erfolgt der Energieeintrag durch thermische Energie, beispielsweise mittels Infrarot-Strahlung, Heizplatte, Heißluft, etc.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird im optoelektronischen Bauelement zumindest eine organische Schicht aus mindestens einem organischen Material verwendet, welche zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode angeordnet ist.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Bauelement zumindest in einem gewissen Lichtwellenlängenbereich semitransparent.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle, eine organische Leuchtdiode, ein OFET, etc.
- Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele eingehend erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele sollen dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken.
- Ausführungsbeispiele
- In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Versiegelung bzw. Verkapselung eines Moduls mit organischen Solarzellen im Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Dabei wird zunächst ein Halbfabrikat auf einem bandförmigen Substrat, wie etwa eine Folie, hergestellt, wobei die Abscheidung der einzelnen Schichten der Solarzellen durch Vakuumverdampfung der Materialien, bevorzugt organische Materialien erfolgt. Das Halbfabrikat selbst ist beispielsweise ein elektrisch funktionierendes unverkapseltes Solarmodul mit einer Mehrzahl von darauf angeordneten Solarzellen. Das Solarmodul selbst ist auf einem folienförmigen Substrat, wie etwa PET, PTFE, o.ä. aufgebracht und das Substrat auf einer Rolle aufgewickelt.
- Anschließend erfolgen die Abwicklung der Rolle und die darauffolgende Versiegelung des Halbfabrikats. Dabei erfolgt zunächst die Breitendimensionierung des Halbfabrikats. Anschließend wird ein elektrischer Kontakt auf das Halbfabrikat angeordnet, beispielsweise ein Busbar oder eine elektrische leitfähige Paste. Daran anschließend erfolgt ein elektrischer Funktionstest, um die Funktionalität des Halbfabrikats zu prüfen.
- Danach erfolgt die Längsdimensionierung des Halbfabrikats durch ein Trennverfahren, wie beispielsweise Laserschneiden. Abschließend erfolgt die Versiegelung des Halbfabrikats durch Umhüllung mit einer entsprechend ausgestalteten Versiegelung. Diese kann beispielswiese als Folie ausgeführt sein, wobei die Versieglung durch eine Laminierung erfolgt.
- In einer alternativen Ausgestaltung der Ausführungsform wird der elektrische Kontakt durch Applikation einer elektrisch leitfähigen Paste erzeugt.
- In einer alternativen Ausgestaltung der Ausführungsform wird ein Halbfabrikat umfassend zumindest zwei organische Leuchtdioden versiegelt.
- In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt die Dimensionierung des Halbfabrikats durch einen Beschnitt, wobei zunächst eine erste Trennung erfolgt und die zweite Trennung nach der Versiegelung zumindest eines Teilbereichs des Halbfabrikats erfolgt.
- In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt die Dimensionierung des Halbfabrikats durch einen Beschnitt, wobei zunächst die erste Trennung und zweite Trennung gleichzeitig erfolgen.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- US 7825326 B2 [0004]
- EP 2385556 A1 [0004]
- WO 2004/083958 [0007]
- WO 2006/092135 [0007]
- WO 2006/092134 A1 [0007]
- EP 10725079 A1 [0007]
- WO 2010/139804 [0007]
- WO 2011/064330 [0007]
- DE 102004024461 A1 [0010]
Claims (15)
- Verfahren zur Versiegelung von Modulen, umfassend zumindest zwei optoelektronische Bauelemente, im Rolle-zu-Rolle-Verfahren umfassend die Schritte: – Abwickeln eines Halbfabrikats umfassend die optoelektronischen Bauelemente von einer Rolle, – Breitendimensionierung des Halbfabrikats durch ein Trennverfahren, – Anordnung zumindest eines elektrischen Kontakts auf dem Halbfabrikat, – Längsdimensionierung des Halbfabrikats durch Quertrennung sowie – Versieglung des Halbfabrikats.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des zumindest einen elektrischen Kontakts durch Applikation einer Kontaktverstärkung oder einer leitfähiger Paste auf dem Halbfabrikat erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikation der Kontaktverstärkung oder der leitfähigen Paste fortlaufend oder mit Unterbrechungen erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktverstärkung als Metallband oder Busbar ausgeführt ist und elektrisch leitende Metalle oder Legierungen davon umfasst.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Anordnung des elektrischen Kontakts ein elektrischer Funktionstest erfolgt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die Längsdimensionierung des Moduls durch eine erste Quertrennung des Halbfabrikats, anschließend die Versiegelung des Halbfabrikats und abschließend eine zweite Quertrennung des Halbfabrikats zur endgültigen Einstellung der Längsdimensionierung des Moduls erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsdimensionierung des Moduls durch zwei Quertrennungen des Halbfabrikats und anschließender Versiegelung des Moduls erfolgt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Halbfabrikate zueinander variabel eingestellt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelung des Moduls unter Vakuum- oder Inert- oder Luftatmosphäre erfolgt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelung des Moduls als Einschritt- oder Zweischrittversiegelung erfolgt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im optoelektronischen Bauelement zumindest eine organische Schicht aus mindestens einem organischen Material verwendet wird, welche zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode angeordnet ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement zumindest in einem gewissen Lichtwellenlängenbereich semitransparent ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement eine organische Leuchtdiode ist.
- Modul umfassend zumindest zwei optoelektronische Bauelemente hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
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