DE102017214348A1

DE102017214348A1 - Organisches Halbleitermodul und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102017214348A1
Application number: DE102017214348.7A
Authority: DE
Inventors: Ralph Pätzold; Sebastian MEIER
Original assignee: Opvius GmbH
Current assignee: ASCA GMBH & CO. KG, DE
Priority date: 2017-08-17
Filing date: 2017-08-17
Publication date: 2019-02-21

Abstract

Es wird ein Halbleitermodul (2) angegeben, welches als organisches Halbleitermodul ausgebildet ist, welches eine Anzahl an Untermodulen (4) aufweist, wobei die Untermodule (4) mit einer Sammelschiene (8) verbunden sind, wobei die Sammelschiene (8) sich in einer Längsrichtung (L) erstreckt, wobei die Sammelschiene (8) nach Art eines Textils aus mehreren Einzelleitern (18) zusammengesetzt ist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleitermoduls (2) angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein organisches Halbleitermodul sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Ein organisches Halbleitermodul weist typischerweise eine Schichtstruktur auf, innerhalb welcher ein organisches Halbleitermaterial als eine aktive Schicht zwischen zwei Elektroden angeordnet ist. Die Elektroden bestehen typischerweise aus einem Gitter an möglichst dünnen Leiterbahnen, um eine Abschattung der aktiven Schicht möglichst gering zu halten. Die Elektroden und die aktive Schicht sind gemeinsam auf ein Substrat aufgebracht, welches üblicherweise aus einem Kunststoff besteht. Ein organisches Halbleitermodul zeichnet sich insbesondere durch eine geringe Dicke sowie eine hohe Flexibilität und Biegbarkeit aus.
Ein organisches Halbleitermodul ist beispielsweise ein Photovoltaikmodul. Bei einem solchen wird durch Absorption von Licht in der aktiven Schicht eine Vielzahl an Ladungsträgerpaaren erzeugt. Diese Ladungstrennung führt zu einer Spannung sowie einem Strom, welcher über die beiden Elektroden abgeführt wird. Das Halbleitermodul erzeugt somit Energie. Organische Photovoltaikmodule zeichnen sich aufgrund ihrer hohen Flexibilität durch eine einfache Handhabbarkeit aus und sind zudem auch auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar, z.B. in einem Rollendruckverfahren. Organische Photovoltaikmodule weisen weiterhin einen hohen Grad an Designfreiheit auf und eignen sich auch gut zur Integration in Gebäudefassaden und Ähnliches. Insgesamt sind organische Photovoltaikmodule besonders geeignet als architektonisches Gestaltungsmittel.
Ein organisches Photovoltaikmodul weist üblicherweise mehrere Zellen auf, welche miteinander in Serie verschaltet sind und bilden dadurch ein Untermodul. Mehrere solcher Untermodule sind dann wiederum parallel zueinander geschaltet, um eine entsprechende Menge an Strom zu generieren. Um die Zellen an ein Stromnetz oder an einen Verbraucher anzuschließen und um allgemein einen Strom über längere Strecken entlang des Halbleiterbauteils zu führen, werden auf das Substrat sogenannte Sammelschienen (Englisch: „busbar“ oder „bus bar“) aufgebracht. Die Sammelschienen sind im Vergleich zu den Elektroden deutlich breiter ausgebildet, da in den Sammelschienen der gesamte Strom des Halbleiterbauteils zusammenläuft und daher ein entsprechend größerer Querschnitt benötigt wird. Eine Sammelschiene ist daher üblicherweise als ein Leiterstreifen auf Kupfer ausgebildet, welcher mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs auf das Substrat geklebt wird und dabei mit den diversen Untermodulen verbunden wird, um für diese einen gemeinsamen Ableiter oder Zuleiter zu bilden.
Bei der weiteren Verarbeitung des Halbleitermoduls ergibt sich jedoch regelmäßig das Problem, dass das Substrat und die Sammelschiene sich im Zuge einer Wärmebehandlung unterschiedlich verhalten, d.h. konkret, dass das Substrat schrumpft, wodurch sich das Halbleitermodul wellt. Zwar lassen sich die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substrats und der Sammelschiene weitestgehend aneinander angleichen, das unterschiedliche thermische Verhalten ist aber auch bedingt durch das Herstellungsverfahren, bei welchem das Substrat zuerst gestreckt wird und anschließend wieder entspannt. Beim Auftragen der Elektroden und der aktiven Schicht in einem Rollendruckverfahren steht das Substrat typischerweise unter Zug und wird beim Erwärmen gestreckt. Da die Zugbelastung verfahrensbedingt beim Abkühlen weiter bestehen bleibt, wird die Streckung in dem Substrat sozusagen gespeichert. Bei einer Weiterverarbeitung des kompletten Halbleitermoduls, welche eine thermische Behandlung beinhaltet, jedoch keine Zugbelastung, entspannt das Substrat wieder, d.h. die gespeicherte Streckung wird aufgelöst und das Substrat schrumpft. Es entsteht ein Längenunterschied zwischen dem Substrat und der Sammelschiene und das Halbleitermodul wellt sich.
Dies schränkt die eigentlich besonders flexible Verwendbarkeit des Halbleitermoduls an sich bei der Verwendung als ein Teil in einem komplexen Verbund deutlich ein. Beispielsweise wird bei der Herstellung eines Glasfassadenelements für ein Gebäude ein Halbleitermodul zwischen zwei Glasplatten einlaminiert. Das Halbleitermodul, welches auf oben beschriebene Weise in einem Rollendruckverfahren hergestellt wurde, wird nun zwischen den Glasplatten positioniert und bildet mit diesen einen Verbund. Dieser wird über einen Zeitraum von mehreren Stunden erwärmt, wobei sich das Substrat entspannt und zu einer Welligkeit des Halbleitermoduls führt.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Halbleitermodul anzugeben, welches sich bei einer Weiterverarbeitung mit einer Wärmebehandlung möglichst wenig wellt. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleitermoduls angegeben werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Halbleitermodul mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit der Halbleitermodul sinngemäß auch für das Verfahren und umgekehrt.
Das Halbleitermodul ist als organisches Halbleitermodul ausgebildet ist. Als solches weist das Halbleitermodul eine aktive Schicht aus einem organischen Halbleitermaterial auf. Die aktive Schicht ist zwischen zwei Elektroden angeordnet, nämlich zwischen einer oberen Elektrode und einer unteren Elektrode. Die Elektroden und die aktive Schicht sind gemeinsam auf einem Substrat angeordnet. Das Substrat besteht insbesondere aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus PET. Das Halbleitermodul ist insgesamt flexibel, d.h. biegeflexibel. Das Halbleitermodul weist insbesondere eine Dicke im Bereich zwischen 0,25mm und 5mm auf. Das Halbleitermodul ist und wird vorzugsweise in einem Rollendruckverfahren hergestellt.
Das Halbleitermodul weist eine Anzahl an Untermodulen auf, d.h. wenigstens ein Untermodul, vorzugsweise jedoch mehrere Untermodule. Jedes Untermodul besteht aus einer Anzahl an Zellen, d.h. aus wenigstens einer Zelle, vorzugsweise jedoch aus mehreren Zellen. Die Zellen eines jeweiligen Untermoduls sind insbesondere seriell miteinander verschaltet. Die Untermodule sind insbesondere parallel miteinander verschaltet. Die Untermodule sind jeweils mit einer Sammelschiene miteinander verbunden. Die Sammelschiene dient dem Abführen oder dem Zuführen von Strom zu den Untermodulen und somit zu den Zellen. Die Sammelschiene erstreckt sich generell in einer Längsrichtung. Insbesondere sind bei dem Halbleitermodul zwei Sammelschienen ausgebildet, welche jeweils einen Pol des Halbleitermoduls bilden. Die Sammelschiene wird aus als Sammelleiter, „busbar“ oder „bus bar“ bezeichnet.
Die Sammelschiene ist nach Art eines Textils aus mehreren Einzelleitern zusammengesetzt. Mit anderen Worten: die Sammelschiene ist ein flächiger Verbund von Einzelleitern, auch als textiles Flächengebilde bezeichnet. Da die Sammelschiene sich generell in einer Längsrichtung erstreckt, ist die Sammelschiene somit als ein Band aus Einzelleitern ausgebildet. Die Sammelschiene ist insgesamt flächig, d.h. deutlich breiter als dick und auch deutlich länger als dick. Die Sammelschiene zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Einzelleiter lose und zueinander beweglich angeordnet sind. Dabei wird unter „nach Art eines Textils“ insbesondere verstanden, dass die Einzelleiter in einem bestimmten Muster angeordnet sind, sodass sich eine flexible Anordnung ergibt. Die Sammelschiene ist somit insgesamt besonders flexibel, vor allem im Vergleich zu einer einstückigen Sammelschiene, welche z.B. als Folie oder als starres Band ausgebildet ist und welche entsprechend starr ist. Die Einzelleiter sind vorzugsweise derart zusammengesetzt, dass sie untereinander in Kontakt stehen, also leitend miteinander verbunden sind.
Unter „nach Art eines Textils“ wird weiter insbesondere verstanden, dass die Einzelleiter nicht zwingend aus einem Textil, d.h. einem textilen Werkstoff hergestellt sind. Vorzugsweise sind die Einzelleiter vollständig aus einem oder mehreren leitenden Werkstoffen gefertigt, beispielsweise aus Kupfer, Aluminium, Silber oder einer Kombination hiervon. Hierdurch wird ein möglichst großer Leitungsquerschnitt mit möglichst geringem Raumbedarf realisiert. Geeignet ist jedoch auch eine Variante, bei welcher metallisierte Textilfasern verwendet werden oder bei welcher ein metallisiertes Textil verwendet wird.
Grundsätzlich ist es zur Lösung des Problems der Längenänderung möglich, das Herstellungsverfahren derart anzupassen, dass ein Strecken des Substrats in warmem Zustand vermieden wird, sodass das Substrat dann gerade nicht vorgestreckt ist und sich beim erneuten Erwärmen dann auch nicht zusammenzieht. Alternativ ist es auch möglich, die Verbindung zwischen dem Substrat und der Sammelschiene zu lockern, sodass beide sich bei einer Längenänderung gegeneinander verschieben können. Hierzu wird beispielsweise ein spezieller Klebstoff verwendet, welcher bei Erwärmung weich wird. Ein solcher Klebstoff wird auch als „hot-melt“ bezeichnet. Allerdings sind keine Klebstoffe verfügbar, welche bei der fraglichen Temperatur erweichen und gleichzeitig eine hinreichende Leitfähigkeit aufweisen. Bei Verwendung eines „hot-melts“ muss daher die Sammelschiene profiliert werden, um lokal durch die Klebstoffschicht hindurchzustechen und eine Kontaktierung mit den Elektroden zu gewährleisten.
Um die genannten Probleme zu umgehen, wird vorliegend eine spezielle Sammelschiene verwendet. Ein Kerngedanke der Erfindung besteht insbesondere darin, das Problem der unterschiedlichen Längenausdehnung des Substrats und der Sammelschiene dadurch zu umgehen, dass die herkömmliche starre Struktur der Sammelschiene aufgelöst wird und stattdessen eine Sammelschiene verwendet wird, welche aus mehrere Einzelelementen, nämlich den Einzelleitern, zusammengesetzt ist. Die Einzelleiter dieser flexiblen Sammelschiene können dann bei einer Längenänderung des Substrats weitestgehend unabhängig voneinander und in unterschiedliche Richtungen ausweichen. Die Sammelschiene bildet nunmehr keine zusammenhängende und durchgängige Fläche, sondern eine im Vergleich dazu lockere Ansammlung von Einzelleitern. Bei einer Längenänderung weichen dann die Einzelleiter individuell aus und die Überlänge der Sammelschiene bezüglich dem Substrat wird entlang der gesamte Sammelschiene verteilt, sodass eine Wellung ausbleibt. Die Längenänderung des Substrats relativ zur Sammelschiene wird demnach in Kauf genommen, durch die spezielle Ausgestaltung der Sammelschiene werden jedoch die nachteiligen Effekte hiervon neutralisiert.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass der herkömmliche Herstellungsprozess für das Halbleitermodul beibehalten werden kann. Die bisherige starre und folienartige Sammelschiene wird einfach durch die flexible und bandartige Sammelschiene aus Einzelleitern ersetzt. Die Anzahl der Einzelleiter ist dabei zweckmäßigerweise derart gewählt, dass der derselbe Leitungsquerschnitt erzielt wird. Die Sammelschiene aus Einzelleitern ist damit ähnlich dimensioniert wie die herkömmliche folienartige Sammelschiene. Einzelne Parameter des Herstellungsverfahrens bedürfen unter Umständen einer Anpassung, die bisher verwendeten Arbeitsweisen und Maschinen können jedoch vorteilhaft beibehalten werden. Die spezielle Sammelschiene hat also lediglich minimale Auswirkungen auf den Herstellungsprozess.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Einzelleiter miteinander verwoben. Dadurch ergibt sich ein Verbund, welcher besonders geeignet als Sammelschiene in einem Halbleitermodul ist. Die Einzelleiter bilden dann ein Gewebe, bei welchem zwei Gruppen von Einzelleitern gekreuzt zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass alle Einzelleiter untereinander verbunden sind und somit die Sammelschiene eine optimale Leitfähigkeit aufweist. Bei einem Gewebe sind insbesondere die beiden Gruppen von Einzelleitern wechselweise über- und untereinander geführt, sodass sich ein netzartiges Gebilde ergibt, bei welchem ein Auseinanderfallen oder -gleiten der Einzelleiter verhindert wird.
Abseits von dem oben beschriebenen Gewebe sind auch andere Arten der Anordnung der Einzelleiter geeignet. So sind die Einzelleiter in einer Variante miteinander verflochten, z.B. zopfartig, und bilden ein Geflecht. In einer anderen Variante sind die Einzelleiter miteinander verstrickt und bilden ein Gestrick. In einer anderen Variante sind die Einzelleiter lediglich zusammengelegt, vorzugsweise wie bei dem Gewebe in zwei Gruppen, welche sich kreuzen, und bilden dann ein Gelege. Grundsätzlich geeignet ist auch eine Variante, bei welcher die Einzelleiter in eine Anzahl von Gruppen bilden, wobei die Einzelleiter einer jeweiligen Gruppe in derselben Richtung und parallel zueinander verlaufen. Die Einzelleiter liegen möglichst dicht aneinander an, um einen optimalen elektrischen Kontakt untereinander zu gewährleisten. In einer weiteren geeigneten Variante werden mehrere der genannten Varianten kombiniert.
Insbesondere im Gegensatz zu einer durchgängigen und folienartigen Sammelschiene sind die Einzelleiter vorteilhafterweise lose zusammengesetzt und quer zur Längsrichtung voneinander beabstandet. Die Einzelleiter bilden demnach gerade keine durchgehende, leitende Fläche, sondern einen netz- oder gitterartigen Verbund, welcher zwar an sich flächig ist, jedoch eine Vielzahl an Löchern oder Maschen aufweist. Dadurch ist sichergestellt, dass sich die Einzeldrähte beim Ausweichen im Falle einer Längenänderung beim Erwärmen nicht gegenseitig blockieren. Vorzugsweise sind die Einzeldrähte jedoch auch möglichst dicht zusammengesetzt, sodass möglichst viel Material auf möglichst geringem Raum angeordnet ist und die Sammelschiene besonders kompakt ist. Hierzu sind die Einzeldrähte in einem Abstand voneinander beabstandet, welche wenigstens die Hälfte und höchstens das Dreifache eines Durchmessers der Einzelleiter beträgt.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Einzelleiter jeweils als ein Draht ausgebildet, d.h. es werden Drähte als Einzelleiter verwendet. Die Einzelleiter sind demnach Drähte, welche zu einem textilartigen und flächigen Verbund zusammengesetzt sind. Die Drähte zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie einerseits leitfähig sind und andererseits flexibel. Ein jeweiliger Draht weist vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 10µm bis 200µm auf, besonders bevorzugt zwischen 20µm und 100µm. Alternativ zu den Drähten ist auch eine Ausgestaltung geeignet, bei welcher die Einzelleiter als Litze oder als flaches Band ausgebildet sind.
Besonders geeignet sind Einzelleiter, welche einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Andere Querschnitte sind grundsätzlich auch geeignet, ein kreisrunder Querschnitt gewährleistet jedoch eine maximale Flexibilität, da hier die Gefahr minimiert wird, dass sich die Einzelleiter untereinander verhaken.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind mehrere der Einzelleiter jeweils als Längsleiter ausgebildet, welche in Längsrichtung verlaufen, und die Längsleiter sind durch eine Anzahl an Einzelleitern, welche als Querleiter ausgebildet sind, miteinander verbunden. Die Querleiter sind ebenfalls vorzugsweise als Drähte wie oben beschrieben ausgebildet. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass die Längsrichtung eine Vorzugsrichtung ist, da in Längsrichtung entlang der Sammelschiene der Strom geführt wird. Der Strom fließt also im Betreib des Halbleitermoduls in Längsrichtung. Insbesondere wird das Hableitermodul in Längsrichtung endseitig an der Sammelschiene an einen Verbraucher oder an eine Stromquelle angeschlossen. Es genügt demnach, eine gute Leitfähigkeit zumindest in Längsrichtung sicherzustellen. Dies wird durch die Längsleiter realisiert.
Die Querleiter müssen dagegen insbesondere keinem speziellen Verlauf folgen und dienen vorrangig insbesondere der Verbindung der Längsleiter untereinander. Grundsätzlich ist ein einzelner Querleiter ausreichend, welcher entlang der Längsrichtung wiederkehrend quer die Längsleiter kreuzt, also einem Sägezahnverlauf folgt. Alternativ oder zusätzlich sind mehrere Querleiter ausgebildet, welche jeweils von einer zur anderen Seite verlaufen und dabei jeweils mehrere und vorzugsweise alle Längsleiter kreuzen. Besonders bei einem Gewebe verlaufen die Querleiter jeweils geeigneterweise abwechselnd unter- und oberhalb der Längsleiter oder unter- und oberhalb von Gruppen von Längsleitern. Dadurch lässt sich eine Vielzahl an Gewebemustern realisieren.
In einer geeigneten Weiterbildung weisen die Querleiter jeweils einen geringeren Querschnitt auf als die Längsleiter. Dadurch lässt sich Material einsparen und auch der Raumbedarf der Sammelschiene besonders deren Dicke deutlich reduzieren. Dieser Weiterbildung liegt ebenfalls die Überlegung zugrunde, dass eine Leitung von Strom hauptsächlich in Längsrichtung erfolgt und daher quer zur Längsrichtung kein möglichst großer Leitungsquerschnitt benötigt wir, sodass die Querleiter entsprechend kleiner ausgelegt werden können. Die Längsleiter dienen dann vorrangig der Führung von Strom, wohingegen die Querleiter vorrangig eine elektrische und mechanische Verbindung der Längsleiter sicherstellen.
Die Längsleiter verlaufen vorzugsweise in Längsrichtung und parallel zueinander, d.h. kreuzen sich gegenseitig nicht, und sind demnach untereinander nicht direkt verbunden, sondern lediglich über die Querleiter. Darunter wird insbesondere verstanden, dass sämtliche Einzelleiter, welche als Längsleiter ausgebildet sind, parallel zueinander verlaufen. Alternativ liegen die Längsleiter aneinander an. Allgemein, aber vor allem bei der Ausgestaltung mit Drähten als Einzelleiter, weist die Sammelschiene über deren Breite verteilt vorzugsweise 5 bis 25 Längsleiter auf, d.h. Einzelleiter, welche in Längsrichtung verlaufen.
Die Längsrichtung, in welcher sich die Sammelschiene erstreckt ist vorzugsweise auch eine Längsrichtung, in welcher sich das Halbleitermodul erstreckt. Da dieses insbesondere im Rahmen eines Rollendruckverfahren hergestellt wird, ist das Halbleitermodul als entsprechend lange Bahn ausgebildet, entlang welcher sich dann auch die Sammelschiene erstreckt. Die Längsrichtung entspricht insbesondere auch einer Förderrichtung des Halbleitermoduls bei dessen Herstellung. Die Sammelschiene ist im Vergleich zu den übrigen Teilen des Halbleitermoduls, insbesondere den Elektroden und der aktiven Schicht, besonders robust und dient daher vorteilhafterweise auch als Stützkontur für Förderrollen, mittels welcher das Halbleitermodul während der Herstellung gefördert und geführt wird. Vorzugsweise weist das Halbleitermodul in Längsrichtung eine Modullänge auf und die Sammelschiene erstreckt sich entlang der gesamten Modullänge.
Außerdem ist die Abmessung der Sammelschiene in Längsrichtung deutlich größer als quer dazu, die Sammelschiene ist also deutlich länger ist als breit, insbesondere um mehrere Größenordnungen. Die Sammelschiene weist vorzugsweise eine Breite im Bereich von 1mm bis 10mm auf. Während die Breite also lediglich wenige Millimeter beträgt, weist die Sammelschiene eine Länge auf, welche mehrere Zentimeter bis zu mehreren hundert Metern beträgt. Ein Längenunterschied zwischen dem Substrat und der Sammelschiene wirkt sich somit vorrangig in Längsrichtung aus, wohingegen eine Längenänderung quer zur Längsrichtung lediglich von untergeordneter Bedeutung ist.
Senkrecht zur Länge und senkrecht zur Breite gemessen, d.h. senkrecht zum Substrat gemessen, weist die Sammelschiene eine Dicke auf, welche vorzugsweise im Bereich von 10µm bis 100µm liegt. Die Dicke wird möglichst gering gehalten, damit das Halbleitermodul möglichst gering aufbaut und dann besonders gut zwischen zwei Glasplatten einlaminierbar ist. Die Dicke ist insbesondere durch die Art der Anordnung der Einzelleiter bestimmt, sozusagen durch die Webart oder Flechtart des textilartig ausgebildeten Verbunds.
Die Sammelschiene ist vorzugsweise festgeklebt, zweckmäßigerweise mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs. Der Klebstoff ist vorzugsweise ein drucksensitiver Klebstoff, welcher durch Gegeneinanderdrücken der zu verklebenden Komponenten haftet. Vorzugsweise ist der Klebstoff auch ein lösungsmittelfreier Klebstoff. Alternativ oder zusätzlich wird die Sammelschiene angelötet.
In einer geeigneten Ausgestaltung weist das Halbleitermodul einen Randbereich auf, welcher sich in Längsrichtung erstreckt und die Sammelschiene ist lediglich in dem Randbereich angeordnet. Die aktive Schicht reicht insbesondere nicht oder zumindest nicht wesentlich in den Randbereich hinein. Der Randbereich dient somit vorrangig der Unterbringung der Sammelschiene und eine Abschattung der aktiven Schicht durch die Sammelschiene wird vermieden. Der Randbereich weist insbesondere eine Breite auf, welche höchstens dem Vierfachen der Breite der Sammelschiene beträgt. Geeignet ist aber auch eine Variante, bei welcher die Sammelschiene nicht in einem Randbereich angeordnet ist.
Bevorzugterweise ist das Halbleitermodul ein Photovoltaikmodul. Ein solches dient zur Erzeugung von Strom durch Absorption von Licht in der aktiven Schicht. Das Photovoltaikmodul ist allgemein eine organische Solarzelle (OSC), z.B. eine dye sensitized solar cell (DSSC) oder eine Perovskit-Solarzelle. Die Sammelschiene dient dann dem Abtransport der erzeugten Ladungen zu einem Verbraucher oder einem Energiespeicher. Das Photovoltaikmodul weist insbesondere mehrere Zellen auf, welche gruppenweise miteinander in Serie verschaltet sind und dadurch die Untermodule bilden, welche je nach Zellanzahl eine bestimmte Spannung erzeugen. Diese Untermodule sind dann insbesondere parallel zueinander geschaltet, um eine entsprechende Menge an Strom zu generieren. Eine Parallelschaltung der Untermodule wird insbesondere durch die Sammelschiene realisiert. In einer geeigneten Ausgestaltung sind die Untermodule in Längsrichtung hintereinander angeordnet.
Alternativ ist das Halbleitermodul eine organische Leuchtdiode (OLED), eine Laserdiode, ein organischer Transistor, insbesondere ein Dünnschichttransistor (OTFT), ein organischer Feldeffekttransistor (OFET), ein organischer Photodetektor (OPD), eine Schottky-Diode, ein Photoleiter, ein Photodetektor oder ein thermoelektrisches Bauteil.
Bei dem Verfahren zur Herstellung des Halbleitermoduls wird dieses als organisches Halbleitermodul ausgebildet und mit mehreren Untermodule ausgebildet, wobei die Untermodule mittels einer Sammelschiene miteinander verbunden werden. Die Sammelschiene erstreckt sich in einer Längsrichtung und ist nach Art eines Textils aus mehreren Einzelleitern zusammengesetzt. Wesentlich ist bei dem Verfahren insbesondere die Verwendung der speziellen Sammelschiene. Vorzugsweise ist das Verfahren ein Rollendruckverfahren, bei welchem das Substrat in einer Förderrichtung über eine Anzahl an Führungsrollen geführt wird und dabei die einzelnen Verfahrensschritte zum Auftragen der Elektroden und der aktiven Schicht insbesondere nacheinander durchgeführt werden. Die Sammelschiene wird vorzugsweise vor dem Auftragen der Elektroden und der aktiven Schicht auf das Substrat aufgebracht.
Zweckmäßigerweise wird die Sammelschiene mittels eines leitfähigen Klebstoffs aufgeklebt. Der Klebstoff wird beispielsweise als Klebstoffschicht auf die Sammelschiene aufgetragen. Der Klebstoff dringt einerseits vorteilhaft in die Zwischenräum, welche durch die Einzelleiter gebildet werden ein und stellt andererseits auch einen optimalen, leitenden Kontakt zu den Elektroden her.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:

1 ein Halbleitermodul in einer Aufsicht,
2 das Halbleitermodul aus 1 in einer Querschnittansicht, und
3 ausschnittsweise eine Sammelschiene in einer Aufsicht.

In 1 ist ausschnittsweise ein Halbleitermodul 2 in einer Aufsicht, d.h. von oben gezeigt. Das Halbleitermodul ist vorliegend ein organisches Photovoltaikmodul, d.h. eine organische Solarzelle. Das Halbleitermodul 2 ist in einem Rollendruckverfahren als langes Band oder als Endlosware hergestellt und erstreckt sich generell in einer Längsrichtung L, welche auch eine Förderrichtung bei dem Herstellungsverfahren ist.
Das Halbleitermodul 2 weist mehrere Untermodule 4 auf, welche jeweils aus einer Anzahl an Zellen 6 bestehen. Vorliegend sind drei Untermodule 4 gezeigt, welche in Längsrichtung L hintereinander angeordnet sind. Jedes Untermodul 4 weist vorliegend vier Zellen 6 auf, welche quer zur Längsrichtung L nebeneinander angeordnet sind. Wie in 1 lediglich schematisch angedeutet ist, sind die Zellen 6 eines jeweiligen Untermoduls 4 seriell miteinander verschaltet und die Untermodule 4 sind parallel miteinander verschaltet.
Die Untermodule 4 sind mittels zweier Sammelschienen 8 miteinander verbunden. Die Sammelschienen 8 dienen dem Abführen des von den Zellen 6 erzeugten Stroms. Die Sammelschienen 8 erstrecken sich vorliegend entlang des gesamten Halbleitermoduls 2 und bilden jeweils einen Pol des Halbleitermoduls 2. Beim Konfektionieren wird dann ein Längsabschnitt des Halbleitermoduls abgetrennt und an die Sammelschienen 8 ein Verbraucher oder ein Energiespeicher angeschlossen.
In 2 ist das Halbleitermodul 2 in einer Schnittansicht quer zur Längsrichtung L gezeigt. Deutlich erkennbar ist die Schichtstruktur des Halbleiterbauteils 2. Das Halbleitermodul 2 weist eine aktive Schicht 10 aus einem organischen Halbleitermaterial auf. Die aktive Schicht 10 ist zwischen zwei Elektroden 12, 14 angeordnet, nämlich zwischen einer oberen Elektrode 12 und einer unteren Elektrode 14. Deutlich erkennbar ist die Serienschaltung der Zellen 6 und die Unterteilung der Elektroden 12, 14 und mehrere obere und untere Teilelektroden. Jeweils eine untere und eine obere Teilelektrode fassen zusammen einen Teil der aktiven Schicht 10 ein und bilden auf diese Weise eine jeweilige Zelle 6. Die Elektroden 12, 14 und die aktive Schicht 10 sind gemeinsam auf einem Substrat 16 angeordnet, welches vorliegend aus einem Kunststoff hergestellt ist. Das Halbleitermodul 2 weist vorliegend eine Dicke im Bereich von 0,25mm bis 5mm auf und ist dadurch insgesamt flexibel, d.h. biegeflexibel.
Eine jeweilige Sammelschiene 8 ist nach Art eines Textils aus mehreren Einzelleitern 18 zusammengesetzt, d.h. die Sammelschiene 8 ist ein flächiger Verbund von Einzelleitern 18, welcher auch als textiles Flächengebilde bezeichnet wird. Die Sammelschiene 8 erstreckt sich vorliegend in derselben Längsrichtung L wie das Halbleitermodul 2. Insgesamt ist die Sammelschiene 8 ein Band, d.h. bandartig, aus Einzelleitern 18 ausgebildet und zeichnet sich dadurch aus, dass die Einzelleiter 18 grundsätzlich lose und zueinander beweglich angeordnet sind. Eine der beiden Sammelschienen 8 ist mit der oberen Elektrode 12 verbunden, die andere Sammelschiene 8 ist mit der unteren Elektrode 14 verbunden.
Die spezielle Ausgestaltung der Sammelschiene 8 umgeht das Problem der unterschiedlichen Längenausdehnung des Substrats 16 und der Sammelschiene 8 dadurch, dass die starre Struktur herkömmlicher Sammelschienen aufgelöst wird und stattdessen eine flexible Sammelschiene 8 verwendet wird, welche aus mehrere Einzelelementen, nämlich den Einzelleitern 18, zusammengesetzt ist. Bei einer Längenänderung des Substrats 10 können die Einzelleiter 18 weitestgehend unabhängig voneinander und in unterschiedliche Richtungen ausweichen. Die Sammelschiene 8 bildet nunmehr keine zusammenhängende und durchgängige Fläche, sondern eine im Vergleich dazu lockere Ansammlung von Einzelleitern 18. Bei einer Längenänderung wird die entstehende Überlänge der Sammelschiene 8 bezüglich des Substrats 10 entlang der gesamten Sammelschiene 8 verteilt, sodass eine Wellung ausbleibt.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Einzelleiter 18 miteinander verwoben und bilden dann ein Gewebe, bei welchem zwei Gruppen von Einzelleitern 18 gekreuzt zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass alle Einzelleiter 18 untereinander verbunden sind. Bei einem Gewebe sind die beiden Gruppen von Einzelleitern 18 wechselweise über- und untereinander geführt, sodass sich ein netzartiges Gebilde ergibt. Dies ist in 3 verdeutlicht, in welcher ein Längsausschnitt einer Sammelschiene 8 vergrößert und in einer Aufsicht dargestellt ist. Deutlich erkennbar ist, dass vorliegend mehrere Einzelleiter 18 parallel und in Längsrichtung geführt sind und paarweise zusammengefasst mit einem querlaufenden weiteren Einzelleiter 18 verwoben sind. Die in Längsrichtung laufenden Einzelleiter 18 werden auch als Längsleiter 18a bezeichnet. Der quer dazu laufende Einzelleiter 18, welcher die Längsleiter kreuzt, wird auch als Querleiter 18b bezeichnet. Vorliegend weist der Querleiter 18b einen geringeren Querschnitt auf als die Längsleiter 18a, um den Raumbedarf der Sammelschiene 8 und besonders deren Dicke S zu reduzieren.
Die Einzelleiter 18 bilden also gerade keine durchgehende, leitende Fläche, sondern einen netz- oder gitterartigen Verbund, welcher zwar an sich flächig ist, jedoch eine Vielzahl an Löchern oder Maschen aufweist. Dadurch ist sichergestellt, dass sich die Einzeldrähte 18 beim Ausweichen im Falle einer Längenänderung beim Erwärmen nicht gegenseitig blockieren. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Einzelleiter 18 in einem Abstand A voneinander beabstandet, welcher vorliegend in etwa dem Durchmesser D der Einzelleiter 18 beträgt.
In einer nicht gezeigten Variante sind die Einzelleiter 18 alternativ oder zusätzlich miteinander verflochten und bilden ein Geflecht, sind miteinander verstrickt und bilden ein Gestrick, sind lediglich zusammengelegt und bilden ein Gelege, oder eine Kombination hiervon.
Die Abmessung der Sammelschiene 8 in Längsrichtung L ist deutlich größer als quer dazu. In gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Sammelschiene 8 eine Breite B von 8mm auf. Dagegen beträgt die Länge, welche aufgrund der lediglich ausschnittsweisen Darstellung nicht vollständig erkennbar ist, mehrere Zentimeter bis zu mehreren hundert Metern. Die Dicke S der Sammelschiene 8 entspricht in etwa dem Durchmesser D der Einzelleiter 18, das der Querleiter 18b besonders dünn gewählt ist. Vorliegend beträgt die Dicke S etwa 35µm.
Die Sammelschiene 8 ist vorliegend mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs 20 festgeklebt. Der Klebstoff 20 ist ein drucksensitiver und lösungsmittelfreier Klebstoff, welcher durch ein bloßes Gegeneinanderdrücken der Sammelschiene 8 und des Substrats 10 eine Haftwirkung entfaltet. Das gezeigte Halbleitermodul 2 weist für jede der Sammelschienen 8 einen Randbereich 22 auf, welcher sich in Längsrichtung L erstreckt und in welchem die Sammelschiene 8 angeordnet ist.
Bezugszeichenliste

2: Halbleitermodul
4: Untermodul
6: Zelle
8: Sammelschiene
10: aktive Schicht
12: obere Elektrode
14: untere Elektrode
16: Substrat
18: Einzelleiter
18a: Längsleiter
18b: Querleiter
20: Klebstoff
22: Randbereich
A: Abstand
B: Breite
D: Durchmesser
L: Längsrichtung
S: Dicke

Claims

Halbleitermodul (2), - welches als organisches Halbleitermodul ausgebildet ist, - welches eine Anzahl an Untermodulen (4) aufweist, - wobei die Untermodule (4) mit einer Sammelschiene (8) verbunden sind, - wobei die Sammelschiene (8) sich in einer Längsrichtung (L) erstreckt, - wobei die Sammelschiene (8) nach Art eines Textils aus mehreren Einzelleitern (18) zusammengesetzt ist.
Halbleitermodul (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelleiter (18) miteinander verwoben sind.
Halbleitermodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelleiter (18) lose zusammengesetzt sind und quer zur Längsrichtung (L) voneinander beabstandet sind.
Halbleitermodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelleiter (18) jeweils als ein Draht ausgebildet sind.
Halbleitermodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelleiter (18) einen kreisrunden Querschnitt aufweisen.
Halbleitermodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Einzelleiter (18) jeweils als Längsleiter (18a) ausgebildet sind, welche in Längsrichtung (L) verlaufen, und dass die Längsleiter (18a) durch eine Anzahl an Einzelleitern (18), welche als Querleiter (18b) ausgebildet sind, miteinander verbunden sind.
Halbleitermodul (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Querleiter (18b) jeweils einen geringeren Querschnitt aufweisen als die Längsleiter (18a).
Halbleitermodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Einzelleiter (18) als Längsleiter (18a) ausgebildet sind, in Längsrichtung (L) verlaufen und parallel zueinander angeordnet sind.
Halbleitermodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelschiene (8) eine Breite (B) im Bereich von 1mm bis 10mm aufweist.
Halbleitermodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelschiene (8) eine Dicke (S) im Bereich von 10µm bis 100µm aufweist.
Halbleitermodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelschiene (8) festgeklebt ist.
Halbleitermodul (2( nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen Randbereich (22) aufweist, welcher sich in Längsrichtung (L) erstreckt und dass die Sammelschiene (8) lediglich in dem Randbereich (22) angeordnet ist.
Halbleitermodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Photovoltaikmodul ist.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei das Halbleitermodul (2) als organisches Halbleitermodul ausgebildet wird, - wobei das Halbleitermodul (2) mit einer Anzahl an Untermodule (4) ausgebildet wird, - wobei die Untermodule (4) mit einer Sammelschiene (8) verbunden werden, - wobei die Sammelschiene (8) sich in einer Längsrichtung (L) erstreckt, - wobei die Sammelschiene (8) nach Art eines Textils aus mehreren Einzelleitern (18) zusammengesetzt ist.