DE19905694A1 - Bauelement - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauelement mit einer ersten Schicht (30), die im wesentlichen aus einem ersten Material besteht, einer zweiten Schicht (60), die im wesentlichen aus einem zweiten Material besteht und wenigstens einer zwischen der ersten Schicht (30) und der zweiten Schicht (60) befindlichen Zwischenschicht (40), wobei die Zwischenschicht (40) das erste Material und/oder das zweite Material enthält und wobei in der Zwischenschicht (40) mindestens ein Stoff kolloidal gelöst ist und wobei der Stoff eine andere Leitfähigkeit aufweist als das erste Material oder das zweite Material. DOLLAR A Erfindungsgemäß zeichnet sich das Bauelement dadurch aus, daß die Konzentration des Stoffes räumlich variiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauelement nach der Patentanmeldung 198 54 938.5 mit einer ersten Schicht, die im wesentlichen aus einem ersten Material besteht, einer zweiten Schicht, die im wesentlichen aus einem zweiten Material besteht und wenigstens einer zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht befindlichen Zwischenschicht, wobei die Zwischenschicht das erste Material und/oder das zweite Material enthält und wobei in der Zwischenschicht mindestens ein Stoff kolloidal gelöst ist und wobei der Stoff eine andere Leitfähigkeit aufweist als das erste Material oder das zweite Material.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Bauelement zu schaffen, welches für eine Aussendung und/oder einen Empfang von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Licht, einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Konzentration des Stoffes räumlich variiert.
Die Erfindung sieht also vor, ein Bauelement zu schaffen, das eine Zwischenschicht aufweist, innerhalb derer eine Konzentration eines kolloidal gelösten Stoffes räumlich variiert.
Die Zwischenschicht befindet sich zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht, wobei es möglich ist, daß diese Schichten sich innerhalb eines gemeinsamen Trägermaterials befinden. Die erste und die zweite Schicht können sich sowohl wenig voneinander unterscheiden als auch aus völlig verschiedenen Materialien bestehen.
Vorzugsweise unterscheiden das erste und das zweite Material sich lediglich dadurch, daß sie anders dotiert sind.
Eine zweckmäßige Ausführungsform des Bauelementes zeichnet sich dadurch aus, daß die Konzentration des Stoffes innerhalb der Zwischenschicht variiert.
Insbesondere ist es zweckmäßig, daß das Bauelement so gestaltet ist, daß sich in der Zwischenschicht mindestens zwei Stoffe befinden.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen.
Von den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Bauelement,
Fig. 2 eine Konzentration eines ersten Dotierstoffs in Abhängigkeit von seiner Entfernung zu einem Bereich einer ersten Schicht 30,
Fig. 3 eine Konzentration eines zweiten Dotierstoffs in Abhängigkeit von seiner Entfernung zu einem Bereich einer ersten Schicht 30.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Bauelement handelt es sich beispielsweise um eine Solarzelle oder um eine organische lichtemittierende Diode. Das Bauelement enthält ein auf einem Substrat 10, beispielsweise Glas, insbesondere Silikatglas, aufgebrachtes Schichtsystem aus einer transparenten Kontaktschicht 20, einer Mehrfachschicht und einer Kontaktierungsschicht 70. Die Mehrfachschicht besteht vorzugsweise aus einer ersten Schicht 30, einer zweiten Schicht 60 und einer Zwischenschicht 40.
Auf einen seitlichen Bereich der transparenten Kontaktschicht 20 ist ein Kontakt 80 aufgebracht. Ein weiterer Kontakt 90 befindet sich auf der oberen Kontaktierungsschicht 70. Die transparente Kontaktschicht 20 weist eine Dicke zwischen 5 nm und 1 µm, vorzugsweise 10 nm bis 200 nm, auf. Die Dicke der Kontaktschicht 20 kann variabel gewählt werden.
Die erste Schicht 30 befindet sich auf der transparenten Kontaktschicht. Es ist möglich, daß die erste Schicht 30 abschnittsweise auch auf das Substrat 10 reicht, beispielsweise in Bereichen, in denen zuvor die transparente Kontaktschicht 20 weggeätzt wurde. Für die Erzielung der Grenzflächeneffekte zwischen der transparenten Kontaktschicht 20 und der ersten Schicht 30 ist dies jedoch nicht erforderlich.
Es ist jedoch produktionstechnisch zweckmäßig, daß die erste Schicht 30 über die transparente Kontaktschicht 20 hinausragt, weil so ein Kurzschluß zwischen dem Kontakt 90 und der transparenten Kontaktschicht 20 vermieden wird.
Die erste Schicht 30 weist eine Dicke zwischen 5 nm und 1000 nm, vorzugsweise 10 nm bis 200 nm auf. Die Dicke der Schicht 30 kann variabel gewählt werden, weil es zur Erzielung der Grenzflächeneffekte zwischen den Schichten 30 und 60 nicht auf die Abmessungen der Schichten 30, 60 ankommt.
Die Kontaktschicht 20 besteht vorzugsweise aus einem transparenten Material, bei dem es sich insbesondere um ein transparentes leitfähiges Oxid handelt. Die transparenten Eigenschaften sind bei einem Einsatz als Solarzelle oder als lichtemittierende Diode mit Licht, das durch das Substrat 10 hindurchdringt, erforderlich, damit durch das Substrat 10 hindurchdringende Lichtstrahlen von der Kontaktschicht 20 nicht absorbiert werden. Bei einem Lichteinfall oder -austritt durch die Schicht 60 ist die lichtdurchlässige Gestaltung der Kontaktschicht 20 jedoch nicht erforderlich.
Die Schicht 30 besteht im wesentlichen aus einem Matrixmaterial und einem darin kolloidal gelösten Halbleiter. Der Halbleiter weist vorzugsweise einen ersten Leitfähigkeitstyp auf. Beispielsweise handelt es sich um ein n-leitendes Material, vorzugsweise um Cadmiumsulfid (CdS), n-dotiertes Galliumarsenid (GaAs), n-dotiertes Silizium, n-dotiertes Cadmiumtellurit (CdTe) oder um ein substituiertes Perylenpigment, insbesondere um ein methylensubstituiertes Perylenpigment, insbesondere um Perylen-3,4,9,10-tetracarbonsäure-N,N'-dimethylimid (MPP).
Die zweite Schicht 60 besteht vorzugsweise aus einem Matrixmaterial und einem darin kolloidal gelösten zweiten halbleitenden Material. Bei dem zweiten halbleitenden Material handelt es sich insbesondere um ein Material mit einem dem ersten halbleitenden Material entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, zum Beispiel p-dotiertes Zinkphthalocyanin (ZnPc), p-dotiertes Galliumarsenid (GaAs) oder p-dotiertes Silizium.
Eine Kontaktierungsschicht 70 dient zu einem elektrischen Anschluß der Schicht 60. Beispielsweise besteht die Kontaktierungsschicht 70 aus Gold. Gold hat den besonderen Vorteil, daß es eine hohe elektrische Leitfähigkeit mit einer hohen chemischen Beständigkeit vereinigt.
Zwischen der ersten Schicht 30 und der zweiten Schicht 60 befindet sich wenigstens eine Zwischenschicht 40. Die Zwischenschicht 40 enthält ein geeignetes Matrixmaterial. Wenn die Schicht 30 das gleiche Matrixmaterial aufweist wie die Schicht 60, ist es zweckmäßig, daß die Zwischenschicht 40 auch aus diesem Matrixmaterial besteht. Wenn, was gleichfalls möglich ist, die Schicht 30 ein anderes Matrixmaterial aufweist als die Schicht 60, ist es bevorzugt, daß die Zwischenschicht 40 aus einem Gemisch oder einer Lösung der Matrixmaterialien mit einem oder mehreren darin kolloidal gelösten Stoffen besteht.
Die Mehrfachschicht wird durch abwechselndes Eintauchen in verschieden konzentrierte Lösungen hergestellt. Hierdurch werden nacheinander die Schichten, welche die Mehrfachschicht bilden, abgeschieden.
Bei einer bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens wird auf dem Substrat 10 wie folgt ein Schichtsystem abgeschieden:
Eine Benetzung, insbesondere ein Dip-Coating beispielsweise von Indium-Zinn-Oxid (ITO), erfolgt mit einer kolloidalen, insbesondere wäßrigen Lösung von Teilchen, beispielsweise zunächst CdTe-Teilchen, wobei das Substrat 10 nacheinander in verschieden konzentrierte Lösungen eingetaucht wird. Eintauchdauern und Ziehgeschwindigkeiten werden so variiert, daß zunächst nur CdTe-Teilchen, dann Mischungen mit variabler Zusammensetzung, dann reine CdS-Teilchen die Schicht aufbauen.
Die kolloidale Lösung aus der durch Dip-Coating die Schichten abgeschieden werden, kann einen Stabilisator enthalten, dies ist jedoch nicht notwendig. Ein bevorzugter Stabilisator ist Polysulfat, das in der Lösung eine Hülle um die Teilchen bildet, die verhindert, daß die Teilchen zusammenwachsen. Bei einer Abscheidung der Schichten bildet der Stabilisator ein Matrixmaterial, in dem die Teilchen eingebettet sind.
Falls die kolloidale Lösung keinen Stabilisator enthält, befindet sich um die Teilchen jeweils eine Raumladungszone - ionische Schicht - mit Ladungen, die verhindern, daß die Teilchen zusammenwachsen. In der Raumladungszone befindliche Ionen werden bei der Abscheidung mit in die abgeschiedene Schicht eingebaut.
In Fig. 2 ist eine Konzentration eines ersten Dotierstoffs in Abhängigkeit von seiner Entfernung zu einem Bereich einer ersten Schicht 30 dargestellt. Der erste Dotierstoff ist beispielsweise CdTe. In einem Bereich von etwa 100 µm nimmt die Konzentration des ersten Dotierstoffs weitgehend linear ab.
Durch eine weitgehend lineare Abnahme der Konzentration des ersten Dotierstoffs liegt für den ersten Dotierstoff in dem etwa 100 µm breiten Bereich ein im wesentlichen konstanter Konzentrationsgradient vor.
In Fig. 3 ist eine Konzentration eines zweiten Dotierstoffs in Abhängigkeit von seiner Entfernung zu dem Bereich der ersten Schicht 30 dargestellt. Der zweite Dotierstoff ist beispielsweise CdS. In einem Bereich von etwa 100 µm steigt die Konzentration des zweiten Dotierstoffs weitgehend linear an.
Durch eine weitgehend lineare Zunahme der Konzentration des zweiten Dotierstoffs liegt für den zweiten Dotierstoff in dem etwa 100 µm breiten Bereich gleichfalls ein im wesentlichen konstanter Konzentrationsgradient vor.
In dem dargestellten, besonders bevorzugten Fall unterscheiden sich die Konzentrationsgradienten der Dotierstoffe nur durch ihr Vorzeichen.
Der anhand der Fig. 2 und 3 dargestellte Konzentrationsverlauf ist zwar bevorzugt, die Erfindung ist jedoch in keiner Weise auf lineare Konzentrationsänderungen beschränkt.
Bezugszeichenliste
10
Substrat
20
Kontaktschicht
30
erste Schicht
40
Zwischenschicht
60
zweite Schicht
70
Kontaktierungsschicht
80
Kontakt
90
Kontakt

Claims (9)

1. Bauelement nach der Patentanmeldung 198 54 938.5 mit einer ersten Schicht (30), die im wesentlichen aus einem ersten Material besteht, einer zweiten Schicht (60), die im wesentlichen aus einem zweiten Material besteht, und wenigstens einer zwischen der ersten Schicht (30) und der zweiten Schicht (60) befindlichen Zwischenschicht (40), wobei die Zwischenschicht (40) das erste Material und/oder das zweite Material enthält und wobei in der Zwischenschicht (40) mindestens ein Stoff kolloidal gelöst ist und wobei der Stoff eine andere Leitfähigkeit aufweist als das erste Material oder das zweite Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Stoffes räumlich variiert.
2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Stoffes innerhalb der Zwischenschicht variiert.
3. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß sich in der Zwischenschicht mindestens zwei Stoffe befinden.
4. Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Stoffe eine Konzentration aufweist, die räumlich anders variiert als eine Konzentration des anderen Stoffes.
5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens ein Stoff aus einem Halbleitermaterial besteht.
6. Bauelement nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der erste Stoff ein Fermi-Niveau aufweist, das sich um wenigstens 20 meV von einem Fermi-Niveau des zweiten Stoffes unterscheidet.
7. Bauelement nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der erste Stoff einen anderen Leitfähigkeitstyp aufweist als der zweite Stoff.
8. Bauelement nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der eine Stoff eine andere Bandlücke aufweist als der andere Stoff.
9. Bauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandlücke des ersten Stoffes sich von der Bandlücke des zweiten Stoffes um wenigstens 20 meV unterscheidet.
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