DE102014114168B4 - Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenschicht eines elektrischen Bauelements - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenschicht eines elektrischen Bauelements Download PDF

Info

Publication number
DE102014114168B4
DE102014114168B4 DE102014114168.7A DE102014114168A DE102014114168B4 DE 102014114168 B4 DE102014114168 B4 DE 102014114168B4 DE 102014114168 A DE102014114168 A DE 102014114168A DE 102014114168 B4 DE102014114168 B4 DE 102014114168B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
nanoparticles
substrate
electrode layer
layer
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102014114168.7A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102014114168A1 (de
Inventor
Nelli Weiß
Lars Müller-Meskamp
Jan Ludwig Bormann
Franz Selzer
David Kneppe
Nikolai Gaponik
Alexander Eychmüller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Dresden
Original Assignee
Technische Universitaet Dresden
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Dresden filed Critical Technische Universitaet Dresden
Priority to DE102014114168.7A priority Critical patent/DE102014114168B4/de
Priority to US14/868,540 priority patent/US9496496B2/en
Publication of DE102014114168A1 publication Critical patent/DE102014114168A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102014114168B4 publication Critical patent/DE102014114168B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/81—Electrodes
    • H10K30/82—Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/80—Constructional details
    • H10K50/805—Electrodes
    • H10K50/81—Anodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/40—Thermal treatment, e.g. annealing in the presence of a solvent vapour
    • H10K71/441—Thermal treatment, e.g. annealing in the presence of a solvent vapour in the presence of solvent vapors, e.g. solvent vapour annealing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Non-Insulated Conductors (AREA)

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenschicht eines elektrischen Bauelements, das Verfahren die folgenden Schritte aufweisend: – Bereitstellen einer Menge an Nanopartikeln (32) aus einem elektrisch leitenden Material, die oberflächenseitig jeweils eine Schicht aus einem hygroskopischen Stabilisatormaterial aufweisen, – Bereitstellen eines Substrats (31) und – Herstellen einer Elektrodenschicht auf einer Substratoberfläche, wobei hierbei die Nanopartikel (32) auf der Substratoberfläche abgeschieden und unter Aufrechterhaltung einer Lösungsmittelatmosphäre eines polaren Lösungsmittels getempert werden, wobei als polares Lösungsmittel Wasser verwendet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenschicht eines elektrischen Bauelements.
  • Hintergrund
  • Verschiedene Arten von elektrischen Bauelementen sind mit flächig gebildeten Elektroden versehen. Zu derartigen Bauelementen gehören zum Beispiel organische Bauelemente, sei es in Form einer organischen lichtemittierenden Diode oder einer Solarzelle, bei denen zwischen einander gegenüberliegenden Bauelementelektroden ein Stapel von Schichten aus organischen Materialien angeordnet ist. Bei diesen oder anderen Bauelementen werden die Elektroden hergestellt, indem auf eine Substratoberfläche ein Elektrodenmaterial abgeschieden wird. Als Substrat, auf dem die flächige Elektrode abgeschieden wird, kann hierbei ein Bauelementsubstrat dienen, auf dem das Bauelement hergestellt wird, zum Beispiel als Schichtstapel. Aber auch zuvor aufgebrachte Bauelementschichten, zum Beispiel organische Schichten, oder anorganische Barriereschichten, können die Substratgrundlage für das danach folgende Abscheiden der flächigen Elektrode bilden.
  • Es wurde vorgeschlagen, eine flächige Elektrode mittels Beschichten eines Substrats mit einem Netzwerk aus Metallnanodrähten in Form von Metallpartikeln in Form von Silbernanodrähten herzustellen. Zum Abscheiden der Silber-Nanodrähte (AgNW) werden diese gesprüht, gedruckt oder gedippt. Aktuell werden die am Markt angebotenen Silber-Nanodrähte in einem nasschemischen Prozess hergestellt. Um die Drahtform sowie später die Löslichkeit der AgNWs in Lösungsmitteln wie Wasser und Alkoholen zu gewährleisten, wurde die Zugabe eines Stabilisators während der Synthese vorgeschlagen. In Verbindung mit AgNW kommt häufig Poly(vinyl)pyrrolidon (PVP) zum Einsatz. Der polymere Stabilisator bindet während der Synthese an die Drahtoberfläche und bleibt auch nach dem Reinigen der Drähte in Form einer dünnen Schicht von 1 bis 3 nm Dicke vorhanden. Da PVP ein elektrischer Isolator ist, wird deshalb der Kontaktwiderstand zwischen den Nanodrahten sehr hoch, so dass frisch hergestellte Elektroden einen hohen Schichtwiderstand aufweisen.
  • Um den Schichtwiderstand zu reduzieren, werden mechanisches Pressen, thermische, nanoplasmonische oder ohmsche Temperung verwendet. Außerdem werden AgNWs innerhalb einer leitenden Schicht mit anderen Stoffen wie Polymeren, Graphen oder Graphen-Oxid, Kohlenstoffnanoröhrchen, Metall- oder Oxid-Nanopartikeln kombiniert. Ein häufig verwendetes Verfahren ist das thermische Ausheizen der AgNW-Elektrode. Je nach Dimension (Durchmesser) der AgNWs wurden Temperaturen von 120 bis 250°C für Zeiten von 15 bis 120 Minuten angewendet (Sachse et al., Organic Electronics, 14(1), 143–148, 2013; Sepulveda-Mora et al., Journal of Nanomaterials, 2012, 286104, S. 1–7; M. Song et al., Adv. Funct Mat. 23 (2013), S 4177–4184). Hierbei schmilzt PVP und wird teilweise zerstört, was zu einer Deformierung der Drähte („Spaghetti-Effekt”), einer Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen den Drähten und teilweise zur Verschmelzung an den Kreuzungspunkten führt. Hieraus resultiert ein geringerer Elektrodenschichtwiderstand. Die thermische Behandlung von AgNW-Elektroden ist zeit- und energieintensiv. Besonders auf flexiblen polymeren Substraten ist die Verwendung schwierig oder sogar unmöglich, da viele Polymerfolien bei den notwendigen bzw. optimalen Behandlungstemperaturen zerstört werden oder ihre Flexibilität und Lichtdurchlässigkeit (Transmission) verlieren. Eine Absenkung der Temperatur führt zu längeren Behandlungszeiten, was technologisch nachteilig ist.
  • Auf das Einwirken von Wärme beruhen weitere aus der Literatur bekannte Verfahren: HIPL (High-Intensity Pulse Light) (Jiu et al., Nanoscale, 5, 11820–11828, 2013), Oberflächenplasmon-(Garnett et al., Nature Materials, 11(3), 241–92012, 2014) und ohmsches Nanoschweißen (Song et al., ACS Nano, 8(3), 2804–2811, 2014) von AgNWs. Durch Licht oder Strom wird das Netzwerk lokal oder über die gesamte Fläche erhitzt, wobei diese Literaturquellen für einzelne Methoden eine besondere, vorteilhafte Erwärmung der Kontaktstellen beanspruchen. HIPL-, Oberflächenplasmon- und ohmsches-Nanoschweißen wirken in sehr kurzer Zeit, erfordern aber die Verwendung zusätzlicher komplizierter Apparaturen und Geräte.
  • Die alternative Methode, mittels mechanischen Pressen den Kontaktwiderstand zu verringern, wurde für Glass- und Polymersubstrate demonstriert (Gaynor et al., Advanced Materials, 25(29), 4006–13, 2013; Hu et. al, ACS Nano, 4(5), 2955–63, 2010; Tokuno et al., Nano Research, 4(12), 1215–1222, 2011). Hierbei erfolgte die Prozessierung meistens bei einer erhöhten Temperatur (> 80°C) und einem Druck von 25 MPa bis 81 GPa.
  • Das mechanische Pressen ist aufwendig und für polymere Substrate besser geeignet, da für Glas Bruchgefahr besteht. Außerdem können die Drähte deformiert werden, was die Transmission der Elektrode verschlechtert (Gaynor et al., Advanced Materials, 25(29), 4006–13, 2013; Hu et al., ACS Nano, 4(5), 2955–63, 2010).
  • Eine weitere Methode zur Senkung des Kontaktwiderstandes ist die Herstellung von Hybrid-Schichten. So wurden hochleitende Elektroden durch Aufbringen von PEDOT:PSS auf Ag-NWs hergestellt (Dong Vun Choi et al, Nanoscale, 5(3), 977–983, 2013). Auch in diesem Fall wurde eine Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen übereinanderliegenden Nanodrähten festgestellt. Bei Raumtemperatur hergestellte Elektroden zeigten mit geheizten Elektroden vergleichbare Eigenschaften: 10,76 Ohm/sq bei 84,3% Transmission. Ein Nachteil einer PEDOT:PSS-Schicht ist ihre unerwünschte parasitäre Absorption. Zudem ist PEDOT:PSS sauer und kann eine ungewünschte Korrosion von Nanodrähten verursachen.
  • Zusammenfassung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenschicht eines elektrischen Bauelements anzugeben, bei dem die Elektrodenherstellung mit vermindertem Aufwand ermöglicht ist.
  • Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenschicht eines elektrischen Bauelements nach Anspruch 1 geschaffen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
  • Nach einem Aspekt ist ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenschicht eines elektronischen Bauelements geschaffen, bei dem eine Menge an Nanopartikeln aus einem elektrisch leitenden Material bereitgestellt wird. Die Nanopartikel weisen oberflächenseitig jeweils eine Schicht aus einem hygroskopischen Stabilisatormaterial auf, wobei die Schicht geschlossen oder nicht geschlossen gebildet sein kann. Bei dem Verfahren wird ein Substrat bereitgestellt. Bei dem Substrat kann es sich um ein Bauelementsubstrat handeln, auf dem das elektrische Bauelement hergestellt wird. Als Substrat für das Herstellen der Elektrodenschicht kann aber beispielsweise auch eine Materialschicht des Bauelements dienen, die ihrerseits zuvor hergestellt wurde, zum Beispiel mittels Abscheiden eines Schichtmaterials. Bei dem Verfahren wird eine Elektrodenschicht auf einer Substratoberfläche hergestellt, indem die Nanopartikel auf der Substratoberfläche abgeschieden und in einer Lösungsmittelatmosphäre getempert werden. Zum Erzeugen der Lösungsmittelatmosphäre wird als polares Lösungsmittel Wasser verwendet.
  • Beim Abscheiden der Nanopartikel können diese auf der Substratoberfläche ein Netzwerk von Nanopartikeln ausbilden, bei dem die abgeschiedenen Nanopartikel teilweise übereinander lagernd angeordnet sind.
  • Die Bauelementelektrode, welche mit der Elektrodenschicht hergestellt wird, kann aus der Elektrodenschicht von abgeschiedenen Nanopartikeln bestehen oder neben der Schicht aus den abgeschiedenen Nanopartikeln mit einer oder mehreren weiteren Schichten hergestellt werden.
  • Das Tempern in der Lösungsmittelatmosphäre kann in einer Niedrigtemperaturatmosphäre ausgeführt werden. Ein Tempern bei Temperaturen von höchstens 120°C, alternativ bei Temperaturen von höchstens 85°C kann vorgesehen sein.
  • Die Lösungsmittelatmosphäre kann erst nach dem Abscheiden, insbesondere nur beim Tempern, oder alternative zumindest zeitweise schon während des Abscheidens angewendet werden. Werden die Nanopartikel ohne die Anwendung der Lösungsmittelatmosphäre abgeschiedenen, kann dies im Rahmen einer Trockenabscheidung erfolgen.
  • Es hat sich überraschend gezeigt, dass mittels des vorgeschlagenen Verfahrens Bauelementelektroden herstellbar sind, die einen niedrigen ohmschen Widerstand aufweisen. Auch kann beim Herstellen der Elektrodenschicht auf den Einsatz zusätzlicher Materialien wie zum Beispiel Polymere oder anderen Nanopartikel verzichtet werden, die die Betriebseigenschaften der hergestellten Elektroden nachteilig beeinflussen können. Hierdurch können zusätzliche Aufwendungen vermieden werden.
  • Als Nanopartikel können metallische Nanopartikel verwendet werden. Zum Beispiel können Silbernanopartikel zum Einsatz kommen. Es können metallische Nanopartikel zum Einsatz kommen, die aus mehreren unterschiedlichen Metallen bestehen. Metallische Nanopartikel der folgenden Verbindungen können verwendet werden: Kupfer, Gold, Nickel, deren Legierungen sowie Partikel mit Kern-Schale-Struktur wie Ag/Ni, Ag/Au, Ag/Cu, Cu/Ni, Cu/Ag, Cu/Au, Ni/Au, Ni/Ag; und/oder Ni/Cu. Die metallischen Nanopartikel können zusätzlich oberflächenseitig durchgehend oder teilweise von einer Metall- oder Halbmetalloxidschicht bedeckt sein, zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, CuOx, NiOx, ZrO2, In2O3, SfO2, Al2O3, TiO2, Ta2O5 oder SiO2. Die metallische Nanopartikel können oberflächenseitig durchgehend oder teilweise eine Hülle aus organischem Material aufweisen und die Hülle kann stabilisierende Wirkung auf die Nanopartikel haben. Die Hülle kann eine organische hygroskopische Hülle sein.
  • Als Nanopartikel können Nano-Drahtpartikel verwendet werden. Zum Einsatz können Nano-Silberdrahtpartikel kommen. Die Nano-Drahtpartikel können Drahtpartikel mit einem Durchmesser zwischen etwa 20 nm und etwa 200 nm und einem Aspektverhältnis (Länge/Durchmesser) von mindestens etwa 100 sein. Die Länge der Nano-Drahtpartikel kann etwa 5 μm bis etwa 500 μm betragen. Die Nano-Drahtpartikel können einen Durchmesser von etwa 20 nm bis etwa 200 nm aufweisen. Alternativ kann ein Durchmesser von etwa 30 nm bis etwa 90 nm vorgesehen sein.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Schicht aus einem hygroskopischen Stabilisatormaterial aus einem Polymermaterial besteht. Zum Beispiel können Poly(vinyl)pyrrolidon oder deren Copolymere mit Acrylatmonomeren, N-Vinylimidazol, Dimethylaminomethacrylat, Vinylacetat und N-Vinylcaprolactam, sowie Polyacrylsäure und Polyamide verwendet werden.
  • Die Nanopartikel können in einer Wasserdampfatmosphäre abgeschieden werden. Alternativ kann vorgesehen sein, das die Wasserdampfatmosphäre nach dem Abscheiden angewendet wird.
  • Das Tempern in der Lösungsmittelatmosphäre kann während des Abscheidens und/oder nach dem Abscheiden der Nanopartikel auf der Substratoberfläche ausgeführt werden.
  • Eine Weiterbildung kann vorsehen, dass das Substrat oberhalb einer Grenztemperatur thermisch instabil ist und das Tempern in der Lösungsmittelatmosphäre in einem Temperaturbereich ausgeführt wird, welcher die Grenztemperatur nicht überschreitet. Das Tempern kann bei Temperaturen von weniger als 85°C ausgeführt werden. Oberhalb der Grenztemperatur führt die thermische Instabilität des Substrats dazu, dass sich bei dem Substrat ein oder mehrere Eigenschaften verändern, die zumindest für die Nutzung des Substrats in dem elektrischen Bauelement nachteilig sind. Es können zum Beispiel Verformungen wie Schrumpfung oder Ausweitung eintreten, auch eine Verfestigung oder sogar Bruch des Substrats ist möglich (vgl. zum Beispiel MacDonald, J. Mater. Chem. 2004, 14, S. 4–10; Zhu et al., Energy Environ. Sci., 2013, 6, 2105–2111; Zardetto et al., J. Polym. Sci. B 2011, 49, 638–648).
  • Als Substrat kann ein Polymersubstrat verwendet werden. Das Polymersubstrat kann ein Bauelementsubstrat sein, auf dem Funktionsschichten des elektrischen Bauelementes abgeschieden werden. Als transparente flexible Plastiksubstrate können Polyethyleneterephtalat (PET), Polyethylennaphtalat (PEN), Polycarbonate (PC) oder Polyethersulfon (PES) verwendet werden. Auf dem Polymersubstrat können weitere Schichten abgeschieden sein, zum Beispiel zur Oberflächenplanarisierung (Lackierung), zur Modifikation der Oberflächenenergie (Oxidschichten) und/oder als Wasserdampfbarriere zum Schutz des Bauelementes.
  • Die Elektrodenschicht kann in einer Bauelementelektrode eines organischen Bauelementes hergestellt werden, bei dem zwischen einander gegenüberliegenden Bauelementelektroden ein Stapel von Schichten aus organischen Materialien angeordnet ist. Bei dem organischen Bauelement kann es sich um eine organische lichtemittierende Diode oder eine organische Solarzelle handeln.
  • Die Elektrodenschicht kann als eine zumindest in einem Wellenlängen-Arbeitsbereich lichttransparente Schicht eines lichtemittierenden oder eines lichtabsorbierenden Bauteils hergestellt werden. Der Wellenlängen-Arbeitsbereich kann beispielsweise dem Bereich sichtbaren Lichtes oder einem oder mehreren Teilbereichen hiervon entsprechen. Im Fall eines lichtemittierenden Bauteils, zum Beispiel einer organischen lichtemittierenden Diode, unterstützt die Lichttransparenz der Elektrodenschicht das Abgeben des im Bauelement erzeugten Lichtes. Bei einem Licht absorbierenden Bauteil, zum Beispiel einer Solarzelle, ermöglicht die lichttransparente Ausführung den Eintritt des zu absorbierenden Lichts durch die Bauelementelektrode in das Bauelement. Die Lichttransparenz der Elektrodenschicht kann in gleicher oder veränderter Form dann auch für die Bauelementelektrode gebildet sein, die wahlweise weitere Schichten aufweist.
  • Die Elektrodenschicht kann auf einer zuvor auf der Substratoberfläche abgeschiedenen Funktionsschicht hergestellt werden. Bei der abgeschiedenen Funktionsschicht kann es sich um eine beliebige Bauelementschicht handeln, die in dem elektrischen Bauelement mit der Elektrode in Kontakt stehen soll. Beispielsweise kann die Funktionsschicht eine Schicht aus einem organischen Material sein. Auch ein Stapel von Funktionsschichten kann zuvor abgeschieden sein.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Bauelementes,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Netzwerks aus Nano-Drahtpartikeln (Nanodrahtnetzwerk) auf einem Substrat,
  • 3 eine Aufnahme einer Untersuchung mittels Rasterelektronenmikroskop eines Abschnitts einer Schicht für eine Bauelementelektrode aus Nano-Silberdrahtpartikeln nach dem Abscheiden der Nano-Drahtpartikel,
  • 4 eine Aufnahme einer Untersuchung mittels Rasterelektronenmikroskop eines Abschnitts einer Schicht für eine Bauelementelektrode aus Silber-Nanodrahtpartikeln nach dem Tempern in einer Wasserdampfatmosphäre,
  • 5 eine grafische Darstellung für Messungen des optischen Transmissionsvermögens in Abhängigkeit vom Schichtwiderstand (Rs) und
  • 6 eine weitere grafische Darstellung für Messungen des optischen Transmissionsvermögens in Abhängigkeit vom Schichtwiderstand (Rs).
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Bauelements 1, bei dem auf einem Bauelementsubstrat 2 ein Stapel von Bauelementschichten 3 angeordnet ist. Die Bauelementschichten 3 können mit Hilfe verschiedener Verfahren hergestellt werden, wozu zum Beispiel das Abscheiden mittels Verdampfen eines oder mehrerer Schichtmaterialien im Vakuum gehören. Andere Verfahren zum Herstellen der Schichten sind das Sputtern und Drucken. Die Bauelementschichten 3 des elektrischen Bauelements 1 können mit demselben oder unterschiedlichen Verfahren hergestellt sein. Beispielsweise kann es sich bei dem elektrischen Bauelement 1 um ein organisches Bauelement handeln, bei dem der Stapel von Bauelementschichten 3 mit Schichten gebildet ist, die aus organischen Materialien sind. Aber auch Schichten aus nicht organischen Materialien können vorgesehen sein.
  • Bei dem Stapel aus Bauelementschichten 3 ist eine Elektrode 4 auf dem Bauelementsubstrat 2 abgeschieden. Eine Gegenelektrode 5 bildet eine Deckelektrode. Elektrode 4 sowie Gegenelektrode 5 sind jeweils als eine flächige Bauelementelektrode ausgeführt. Sie können aus dem gleichen oder aus unterschiedlichen elektrisch leitenden Materialien bestehen. Elektrode 4 und Gegenelektrode 5 können jeweils ein- oder mehrschichtig ausgeführt sein. Im Zwischenbereich 6 zwischen der Elektrode 4 und der Gegenelektrode 6 können ein oder mehrere Bauelementschichten angeordnet sein.
  • Zum Herstellen der Elektrode 4 und/oder der Gegenelektrode 5 kann ein Verfahren genutzt werden, bei dem elektrisch leitende Nanopartikel, insbesondere Nano-Drahtpartikel, auf einer darunterliegenden Substratschicht abgeschieden werden. Die Nanopartikel sind oberflächenseitig mit einer Schicht aus einem mikroskopischen Stabilisatormaterial versehen. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Schicht aus Poly(vinyl)pyrrolidon (PVP) handeln. Als Nano-Drahtpartikel können zum Beispiel Nano-Silberdrahtpartikel zum Einsatz kommen.
  • Während des Abscheidens und/oder nach Ende des Abscheidens der Nanopartikel wird ein Temperschritt in einer Lösungsmittelatmosphäre eines polaren Lösungsmittels ausgeführt, vorliegend in einer Dampfatmosphäre, die mittels Wasserdampf erzeugt wird. Es ergibt sich überraschend, dass die elektrischen Eigenschaften der Bauelementelektrode, die das Netzwerk der abgeschiedenen Nanopartikel aufweist, verbessert sind im Vergleich zu Elektroden, bei denen eine thermische Behandlung ohne Lösungsmittelatmosphäre erfolgt. Insbesondere ist der Kontaktwiderstand zwischen den Nanopartikeln gemindert.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung der bei dem Verfahren erzeugten Anordnung von Nano-Drahtpartikeln 30 auf einer Substratfläche 31. Die Nano-Drahtpartikel 30 bilden einen Nanodrahtnetzwerk 32.
  • Die 3 und 4 zeigen Aufnahmen mittels Rasterkraftmikroskop einer Schicht 30 (vgl. 2) für eine Bauelementelektrode (Elektrodenschicht) auf einem Substrat 31, wobei die Schicht 30 dem vorangehend beschriebenen Verfahren entsprechend hergestellt wurde unter Verwendung von Nano-Silberdrahtpartikeln 30. Die gezeigten Aufnahmen wurden mit einem Rasterelektronenmikroskop Carl Zeiss DSM 982 unter einem Winkel von 85° aufgenommen bei einer Beschleunigungsspannung 7 kV und einer Vergrößerung von 20.000 (3) und 10.000 (4). Der Messbalken entspricht 2 μm. Das Tempern wurde in einer Wasserdampfatmosphäre ausgeführt. Während 3 die Anordnung der Nano-Silberdrahtpartikel 32 vor dem Tempern zeigt, ist in 4 die Anordnung der Nano-Silberdrahtpartikel 32 nach dem Tempern bei 85°C und 85% relativer Luftfeuchtigkeit gezeigt.
  • Auf Grund der hygroskopischen Eigenschaft des Stabilisatormaterials (PVP) adsorbiert dieses Wassermoleküle aus der Umgebung. Durch die Absorption von Wasser können sich Eigenschaften des Polymers verändern, seine Stabilität und Reaktivität. So kann bei hohem Wasseranteil die charakteristische Glasübergangstemperatur deutlich abnehmen. Das bedeutet, PVP schmilzt bei wesentlich niedrigeren Temperaturen und geht in einen flexiblen, gummielastischen Zustand über. Das Polymer wird „klebrig”, was die Bewegung von Material an der Grenzfläche erleichtern und die Adhäsion zum Substrat und damit auch Kapillarkräfte zwischen den Drähten erhöhen kann. Als Folge kann der Kontaktwiderstand der Drähte und somit der Schichtwiderstand der Elektrode abnehmen. Auch wird angenommen, dass zusätzlich das freie Volumen des Polymers bei der Adsorption von Wasser aufgrund der Abschwächung von Anziehungskräften zwischen den Polymerketten wächst. Die Polymermoleküle werden mobiler und die Drähte bekommen mehr Möglichkeiten, miteinander durch hydrophobe Wechselwirkungen zu reagieren Besonders an den Kreuzungspunkten werden dadurch die Nanodrähte aneinander angezogen, was sich positiv in den Schichtwiderstandwerten widerspiegelt.
  • 5 zeigt eine grafische Darstellung für Messungen des Transmissionsvermögens bei einer Wellenlänge vom 550 nm in Abhängigkeit vom Schichtwiderstand (Rs) für eine nichttemperierte (0 min) und eine bei 85°C und 85% Raumfeuchtigkeit temperierte Probe (Elektrode) nach 25, 70 und 90 min. Eine deutliche Reduzierung des Schichtwiderstandes ist sichtbar.
  • 6 zeigt eine grafische Darstellung für Messungen des Transmissionsvermögens bei einer Wellenlänge von 550 nm in Abhängigkeit vom Schichtwiderstand (Rs) für eine 90 min auf der Heizplatte bei 210°C (Kreise) und eine 120 min im Klimaschrank bei 85°C und 70% Raumfeuchtigkeit (Dreiecke) temperierte Probe. Vergleichbare Schichtwiderstandswerte konnten in Wasserdampfatmosphäre bei deutlich niedrigeren Temperaturen erreicht werden.
  • Zur Herstellung der untersuchten Beispiele, für die die experimentellen Untersuchungen in den 5 und 6 gezeigt sind, wurden Silber-Nanodrähte SLV-NW-90 (BlueNano, USA) auf 2.5 × 2.5 cm2 BK7 Glas-Substrat (Schott, Mainz, Germany) mittels eines Sprühverfahrens abgeschieden. Danach wurden die Elektroden in einem Klimaschrank bei Temperaturen zwischen 45°C und 90°C und relativer Luftfeuchtigkeit zwischen 15 und 90% für 120 min temperiert. Parallel wurde eine Referenz-Elektrode an der Luft auf einer Heizplatte für 90 min bei 210°C temperiert. Abschließend wurde die Transmission bei 550 nm mit einem Spektrometer (Shimadzu) und der Schichtwiderstand mit einem Vierspitzenmessplatz (Lucas Labs) vermessen.
  • Weitere Beispiele wurden hergestellt, indem Silber-Nanodrähte SLV-NW-90 auf einem Folienmaterial mittels Sprühverfahren abgeschieden wurden. Danach wurden die so hergestellten Elektroden im Klimaschrank bei einer Temperatur von 85°C und bei relativer Luftfeuchte von 70% für 120 min temperiert. Parallel wurde eine Referenz-Elektrode an der Luft auf einer Heizplatte für 30 min bei 140°C temperiert.
  • Bei der Verwendung einer PET-Folie (Melinex ST504, DuPont Teijin Films) wurde so der Ausgangsschichtwiderstand von 4500 Ohm/sq auf 30,5 Ohm/sq reduziert. Das Transmissionsvermögen bei einer Wellenlänge von 550 nm betrug 82,8%. Das Erreichen einer ähnlichen Reduzierung des Schichtwiderstandes bei einer Referenz-Elektrode, die an der Luft temperiert wurde, verlangte die Anwendung einer deutlich höheren Temperatur von 140°C.
  • Bei der Verwendung einer PEN-Folie (Teonex Q65F, DuPont Teijin Films) verminderte sich der Schichtwiderstand von 406 Ohm/sq auf 17,8 Ohm/sq. Das Transmissionsvermögen wurde bei einer Wellenlänge von 550 nm zu 81,8% bestimmt. Es wurden die oben erläuterten Messbedingungen angewendet.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenschicht eines elektrischen Bauelements, das Verfahren die folgenden Schritte aufweisend: – Bereitstellen einer Menge an Nanopartikeln (32) aus einem elektrisch leitenden Material, die oberflächenseitig jeweils eine Schicht aus einem hygroskopischen Stabilisatormaterial aufweisen, – Bereitstellen eines Substrats (31) und – Herstellen einer Elektrodenschicht auf einer Substratoberfläche, wobei hierbei die Nanopartikel (32) auf der Substratoberfläche abgeschieden und unter Aufrechterhaltung einer Lösungsmittelatmosphäre eines polaren Lösungsmittels getempert werden, wobei als polares Lösungsmittel Wasser verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Nanopartikel (32) metallische Nanopartikel verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Nanopartikel (32) Nano-Drahtpartikel verwendet werden.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus einem hygroskopischen Stabilisatormaterial aus einem Polymermaterial besteht.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel (32) in einer Wasserdampfatmosphäre abgeschieden werden.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tempern in der Lösungsmittelatmosphäre während des Abscheidens und/oder nach dem Abscheiden der Nanopartikel (32) auf der Substratoberfläche ausgeführt wird.
  7. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (31) oberhalb einer Grenztemperatur thermisch instabil ist und das Tempern in der Lösungsmittelatmosphäre in einem Temperaturbereich ausgeführt wird, welcher die Grenztemperatur nicht überschreitet.
  8. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat (31) ein Polymersubstrat verwendet wird.
  9. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenschicht aus den Nanopartikeln als Elektrodenschicht eines organischen Bauelementes hergestellt wird, bei dem zwischen einander gegenüberliegenden Bauelementelektroden ein Stapel von Schichten aus organischen Materialien angeordnet ist.
  10. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenschicht als eine zumindest in einem Wellenlängen-Arbeitsbereich lichttransparente Schicht eines lichtemittierenden oder eines lichtabsorbierenden Bauteils hergestellt wird.
  11. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenschicht auf einer zuvor auf der Substratoberfläche abgeschiedenen Funktionsschicht hergestellt wird.
DE102014114168.7A 2014-09-30 2014-09-30 Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenschicht eines elektrischen Bauelements Expired - Fee Related DE102014114168B4 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014114168.7A DE102014114168B4 (de) 2014-09-30 2014-09-30 Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenschicht eines elektrischen Bauelements
US14/868,540 US9496496B2 (en) 2014-09-30 2015-09-29 Method for producing an electrode layer of an electrical device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014114168.7A DE102014114168B4 (de) 2014-09-30 2014-09-30 Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenschicht eines elektrischen Bauelements

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102014114168A1 DE102014114168A1 (de) 2016-03-31
DE102014114168B4 true DE102014114168B4 (de) 2017-02-23

Family

ID=55485612

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014114168.7A Expired - Fee Related DE102014114168B4 (de) 2014-09-30 2014-09-30 Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenschicht eines elektrischen Bauelements

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9496496B2 (de)
DE (1) DE102014114168B4 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1947702B1 (de) * 2005-08-12 2011-11-02 Cambrios Technologies Corporation Verfahren zur Herstellung von transparente Leiter auf Nanodrahtbasis
DE102012102319A1 (de) * 2012-03-20 2013-09-26 Rent A Scientist Gmbh Nichtlineare Nanodrähte
US20140170383A1 (en) * 2011-08-02 2014-06-19 Fondazione Istituto Italiano Di Tecnologia Ordered superstructures of octapod-shaped nanocrystals, their process of fabrication and use thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050126338A1 (en) * 2003-02-24 2005-06-16 Nanoproducts Corporation Zinc comprising nanoparticles and related nanotechnology
US8018568B2 (en) * 2006-10-12 2011-09-13 Cambrios Technologies Corporation Nanowire-based transparent conductors and applications thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1947702B1 (de) * 2005-08-12 2011-11-02 Cambrios Technologies Corporation Verfahren zur Herstellung von transparente Leiter auf Nanodrahtbasis
US20140170383A1 (en) * 2011-08-02 2014-06-19 Fondazione Istituto Italiano Di Tecnologia Ordered superstructures of octapod-shaped nanocrystals, their process of fabrication and use thereof
DE102012102319A1 (de) * 2012-03-20 2013-09-26 Rent A Scientist Gmbh Nichtlineare Nanodrähte

Non-Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHOI, D. Y. [u.a.]: Annealing-free, flexible silver nanowire-polymer composite electrodes via a continuous two-step spray-coating method. In: Nanoscale, Vol. 5, 2013, No. 3, S. 977 - 983. - ISSN 2040-3364 *
CHOI, D. Y. [u.a.]: Annealing-free, flexible silver nanowire-polymer composite electrodes via a continuous two-step spray-coating method. In: Nanoscale, Vol. 5, 2013, No. 3, S. 977 – 983. - ISSN 2040-3364
Garnett, E. C. [u.a.]: Self-limited plasmonic welding of silver nanowire junctions. In: Nature materials, Vol. 11, 2012, S. 241-249. - ISSN 1476-1122 *
GAYNOR, W. [u.a.]: Color in the corners: ITO-free white OLEDs with angular color stability. In: Advanced Materials, Vol. 25, 2013, No. 29, S. 4006-4013. - ISSN 0935-9648 *
Hu, L. [u.a.]: Scalable coating and properties of transparent, flexible, silver nanowire electrodes. In: ACS nano, Vol. 4, 2010, no. 5, S. 2955-2963. - ISSN 1936-0851 *
JIU, J. [u.a.]: High-intensity pulse light sintering of silver nanowire transparent films on polymer substrates: the effect of the thermal porperties of substrates on the performance of silver films. In: Nanoscale, 2013, No. 5, S.11820 - 11828. - ISSN 2040-3364 *
JIU, J. [u.a.]: High-intensity pulse light sintering of silver nanowire transparent films on polymer substrates: the effect of the thermal porperties of substrates on the performance of silver films. In: Nanoscale, 2013, No. 5, S.11820 – 11828. - ISSN 2040-3364
MACDONALD, W. A.: Engineered films for display technologies. In: Journal of materials chemistry, Vol. 14, 2004, No. 1, S. 4 - 10. - ISSN 0959-9428 *
MACDONALD, W. A.: Engineered films for display technologies. In: Journal of materials chemistry, Vol. 14, 2004, No. 1, S. 4 – 10. - ISSN 0959-9428
Sachse, C. [u.a.]: Transparent, dip-coated silver nanowire electrodes for small molecule organic solar cells. In: Organic electronics, Vol. 14, 2013, S. 143-148. - ISSN 1466-1199 *
SEPULVEDA-MORA, S. B. ; CLOUTIER, S. G.: Figures of merit for high-performance transparent electrodes using dip-coated silver nanowire networks. In: Journal of nanomaterials, Vol. 2012, 2012, Article ID 286104. - ISSN 1687-4110 *
Song, M. [u.a.]: Highly efficient and bendable organic solar cells with solution-processed silver nanowire electrodes. In: Advanced functional materials, Vol. 23, 2013, S. 4177-4184. - ISSN 1616-301X *
Song, T. [u.a.]: Nanoscale joule heating and electromigration enhanced ripening of silver nanowire contacts. In: ACS nano, Vol. 8, 2014, no. 3, S. 2804-2811. - ISSN 1936-0851 *
Tokuno, T. [u.a.]: Fabrication of silver nanowire transparent electrodes at room temperature. In: Nano research, Vol. 4, 2011, no. 12, S. 1215-1222. - ISSN 1998-0124 *
ZARDETTO, V. [u.a.]: Substrates for flexible electronis: a practical investigation on the electrical, film flexibility, optical, temperature, and solvent resistance properties. In: Journal of polymer science - Part B: Polymer physics, Vol. 49, 2011, No. 9, S. 638 - 648. - ISSN 0022-3832 *
ZARDETTO, V. [u.a.]: Substrates for flexible electronis: a practical investigation on the electrical, film flexibility, optical, temperature, and solvent resistance properties. In: Journal of polymer science – Part B: Polymer physics, Vol. 49, 2011, No. 9, S. 638 – 648. - ISSN 0022-3832
ZHU, H. [u.a.]: Biodegradable transparent substrates for flexible organic-light-emitting diodes. In: Energy & environmental science, Vol. 6, 2013, No. 7, S. 2105 - 2111. - ISSN 1754-5692 *
ZHU, H. [u.a.]: Biodegradable transparent substrates for flexible organic-light-emitting diodes. In: Energy & environmental science, Vol. 6, 2013, No. 7, S. 2105 – 2111. - ISSN 1754-5692

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014114168A1 (de) 2016-03-31
US9496496B2 (en) 2016-11-15
US20160093805A1 (en) 2016-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015206065B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Herstellungsgegenstands mit einem dehnbaren, leitfähigen Film auf Silber-Nanoteilchen-Basis
DE102012021222B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer nanoporösen Schicht auf einem Substrat
EP2775483A1 (de) Elektrisch leitendes Material und dessen Verwendung als Elektrode in einem dielektrischen Elastomerkomposit oder als elektrisch leitende, dehnbare Faser
EP2655526A2 (de) Pickering-emulsion zur herstellung elektrisch leitfähiger beschichtungen und verfahren zur herstellung einer pickering-emulsion
DE102018118116A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Substrats, einer elektronischen Vorrichtung und einer Anzeigevorrichtung
EP3084776A1 (de) Transparente nanodrahtelektrode mit funktionaler organischer schicht
DE102014114168B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenschicht eines elektrischen Bauelements
EP2790196A1 (de) Elektrisch leitfähiges Substrat für eine optoelektrische Vorrichtung
EP3283576B1 (de) Metallnanopartikelhaltige, disperse formulierung
EP1512184A2 (de) Elektroden für optoelektronische bauelemente und deren verwendung
WO2007076745A1 (de) Verfahren zur herstellung von nanostrukturen auf einem substrat
KR20170137796A (ko) 패터닝된 투명 전도성 필름을 제조하는 방법 및 투명 전도성 필름
EP1442486B1 (de) Solarzelle mit organischem material in der photovoltaischen schicht sowie verfahren zu deren herstellung
DE102008051656A1 (de) Verfahren zum Aufbringen einer metallischen Elektrode auf eine Polymerschicht
DE102014210303A1 (de) Nanostrukturdispersionen und transparente Leiter
WO2008087192A2 (de) Strahlungsemittierende vorrichtung und verfahren zur herstellung einer strahlungsemittierenden vorrichtung
DE112015005210B4 (de) Optoelektronische Vorrichtung mit Schmelzsicherung
WO2016156026A1 (de) Organische leuchtdiode und verfahren zur herstellung einer organischen leuchtdiode
EP1638155A1 (de) Verbesserung der Leitfähigkeit einer Polymerelektrode durch Aufbringen einer darunterliegenden Metallschicht
WO2017029367A1 (de) Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements und optoelektronisches bauelement
DE102013225902B4 (de) Beschichtungsmittel, Verfahren zum Herstellen eines Beschichtungsmittels und einer elektrisch leitfähigen Schicht sowie Bauelement mit Schicht
DE112015003561B4 (de) Organisches Bauteil
DE102012105860A1 (de) Photoaktives organisches Bauelement mit einer optisch transparenten Elektrode und Verfahren zum Herstellen
DE102015100336A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Trägervorrichtung für ein organisches Licht emittierendes Bauelement und zur Herstellung eines organischen Licht emittierenden Bauelements
DE102016105205A1 (de) Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zum Betreiben eines optoelektronischen Bauelements

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee