EP2043861A2 - Mehrschichtkörper mit elektrisch leitfähiger polymerschicht und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Mehrschichtkörper mit elektrisch leitfähiger polymerschicht und verfahren zu dessen herstellung

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Publication number
EP2043861A2
EP2043861A2 EP07801436A EP07801436A EP2043861A2 EP 2043861 A2 EP2043861 A2 EP 2043861A2 EP 07801436 A EP07801436 A EP 07801436A EP 07801436 A EP07801436 A EP 07801436A EP 2043861 A2 EP2043861 A2 EP 2043861A2
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EP
European Patent Office
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layer
transfer
electrically conductive
layers
pedot
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07801436A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Schindler
Walter Lehnberger
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Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Original Assignee
Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2043861A2 publication Critical patent/EP2043861A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • Multilayer body with conductive polymer layer Multilayer body with conductive polymer layer
  • the invention relates to a multilayer body with an electrically conductive polymer layer, to a production method for this, and to a transfer film for producing the multilayer body.
  • organic solar cells For the construction of organic solar cells are organic
  • Electrically conductive polymers are often present as dispersions with a low solids content. Exactly such dispersions can be applied by Duckclar not or structured only with quality losses, because they usually have a water-like consistency.
  • the invention is based on the object to provide a multilayer body having electrically conductive organic layers, which are adjustable in their electrical properties without the use of chemical methods and a Specify a method suitable for mass production for the formation of structured electrically conductive organic layers.
  • the object of the invention is achieved by a method for producing a multilayer body having an electrically conductive layer arranged on a carrier layer, wherein it is provided that a transfer film is provided with a transfer layer having an electrically conductive polymer, and that the electrically conductive layer is transferred by transferring the transfer layer is formed by the transfer film on the multi-layer body.
  • the object is further achieved with a transfer film, preferably an embossing film, with a carrier layer and an electrically conductive transfer layer, it being provided that the transfer layer has N electron-conducting layers and N + 1 electrically conductive polymer layers, wherein alternately an electrically conductive polymer layer and an electron-conducting Layer is arranged and N> 1.
  • the object is further achieved with a multilayer body having a structured electrically conductive layer, it being provided that the electrically conductive layer comprises at least two electrically conductive polymer layers arranged one above the other.
  • the electrical properties of the electrically conductive layer are fundamentally adjusted during the preparation of the polymer dispersion and / or the production of the transfer film.
  • the geometric properties of the electrically conductive layer are determined, i. its contour and its thickness.
  • the contour of the electrically conductive layer can be formed by the transfer layer according to the invention with a high contour sharpness.
  • a transfer film with a carrier layer and an electrically conductive transfer layer which has at least one electron-conducting layer in addition to the electrically conductive polymer layer.
  • the electrical conductivity of the transfer layer of the transfer film can be significantly increased, without having to sacrifice the advantages of easy transfer and the layered structure of conductive structures.
  • antennas for RFID transponders can be embossed, with the antennas being able to have good electrical efficiency because of the good conductivity of the transfer layer of the transfer film.
  • the efficiency of the photovoltaic effect occurring in the organic semiconductor layer of an organic solar cell can be increased with the aid of the electron-conducting layers, for example by reducing the work function. If, for example, the electron-conducting layer is a thin semitransparent layer, then it can be further protected against oxidation in the composite, although the advantages such as transparency and optical conductivity are present.
  • the multilayer body according to the invention has an electrically conductive layer with precisely adjustable thickness, wherein the thickness tolerance is determined essentially by the thickness of the transfer layer.
  • the conductivity of the electrical layer is adjustable by the number of transmitted transfer layers.
  • the electrically conductive layer formed in this way has the n-times conductivity of the transfer layer transferred in each manufacturing step.
  • the resistance or area resistance can be calculated according to the equations of the parallel connection of resistors.
  • the transfer of the transfer layer from the transfer film to the multi-layer body may advantageously be provided in a roll-to-roll process.
  • the multi-layer body may be a film body from which, after completion of the manufacturing process, sections are separated which are placed on the market.
  • a non-filmed transfer layer is provided.
  • a non-filmed transfer layer does not form a coherent film.
  • the non-fused transfer layer has a powdery consistency when detached with the thumb sample from the carrier layer of the transfer film. This suggests the formation of predetermined breaking points in the transfer layer, which are caused by the fact that the transfer layer is applied from a dispersion and then the dispersant is expelled rapidly at a temperature of 30 to 40 0 C.
  • no coherent polymer film is formed and the adhesion to the carrier film is so small that the transfer layer is easily peeled off during transfer.
  • a filmed transfer layer is not at all or only incompletely separable from the carrier film of the transfer film when releasing onto the multilayer body and / or can not be separated in an undefined manner.
  • the transfer layer (52) is designed as a polymer transfer layer.
  • a transfer layer is provided in which the electrically conductive polymer is concentrated in domains and the transfer layer is preferably separable along the domain boundaries.
  • Electrically conductive polymers may be formed as mixtures of substances and have structures in which the electrically conductive polymer forms domains embedded in a matrix of a second polymer. The electrically conductive polymer may also be present in low concentration in the matrix. Conventional layers of the electrically conductive polymer form a tightly contiguous film which has no preferred breaking boundaries.
  • the transfer layer according to the invention can be an electrically conductive polymer layer in which the domain boundaries serve as predetermined breaking points, so that the transfer layer can be transferred in a structured manner.
  • the domains may, for example, in plan view, have a cigar-shaped profile with the dimensions 500 nm X 1000 nm. However, they may also be circular domains, wherein the thickness of the domains may be determined essentially by the thickness of the transfer layer.
  • the domains can So be formed a flat shape.
  • the electrically conductive layer is formed from one or more superimposed transmission beams by structured embossing of the transfer film onto the multi-layer body.
  • the hot stamping may be preferred.
  • About the surface geometry of the die can be determined in a simple manner, the surface geometry of the electrically conductive layer. Very high resolutions and very high register accuracy can be achieved here. The limits of the resolution are determined essentially by the size of the domains of the transfer layer of the transfer film.
  • the electrically conductive layer is formed from one or more superposed transfer layers by thermal transfer printing on the multi-layer body. It can be provided that the transfer film a
  • Wax release layer between transfer layer and carrier film has.
  • the achievable resolution is essentially determined by the design of the thermal transfer print head.
  • transmission layers which have a different electrical conductivity are used to form gradients of the resistance along the surface normals of the electrically conductive layer.
  • the transfer layer is solidified upon transfer from the transfer film to the multi-layer body by the action of temperature and / or pressure and / or chemical reaction and connected to the arranged under the transfer layer of the multilayer body. It can also be provided that additives are added to the polymers which improve, for example, adhesion or intercoat adhesion.
  • the transfer layer after transfer from the transfer film to the multi-layer body by Temperature action and / or pressure and / or chemical reaction is filmed and connected to the arranged under the transfer layer of the multilayer body. It can also be provided that the transfer layer is applied to non-conductive other layers, which crosslink in a subsequent process and cause intercoat adhesion.
  • a transfer film is used, which is not homogeneous itself and, for example, has different thicknesses at different locations or even a decoration.
  • a transfer film is used in which the conductive layer is embedded in other layers or surrounded by other layers, which in turn may have different properties.
  • the transfer layer is both during transfer and after transfer from the transfer film to the multilayer body by temperature and / or pressure and / or chemical reaction filmed and connected to the arranged under the transfer layer of the multilayer body. It may, for example, be provided to then subject the finished conductive layer to a heat treatment in order to improve the homogeneity and adhesive strength, wherein the heat treatment may be provided in a protective gas atmosphere or in a vacuum.
  • the parameters to be set can preferably be determined by experiments by varying the values of a parameter starting from starting values and the values of the remaining parameters are kept constant. In general, it is sufficient to vary four parameters: temperature, contact pressure, time duration and the substrate on which is embossed, for example
  • the electrically conductive layer according to the invention may also have a sandwich-like structure after its completion, which can be seen in the sectional image or on the vertical outside edges structured similarly to a book edge, if no homogeneous filming in the direction perpendicular to the layers has taken place.
  • the transfer layer of the transfer film is formed from PEDOT / PSS.
  • PEDOT / PSS is a short name for a mixture of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) and polystyrene sulfonate, i. a polymer mixture of two ionomers. Both components of PEDOT / PSS contribute different charge carriers to form the electrical conductivity: PEDOT positive charge carriers, PSS negative charge carriers.
  • a PEDOT / PSS layer has domains with a predominant proportion of PEDOT, which are integrated in a PSS matrix or in a PEDOT / PSS matrix with a low PEDOT content.
  • PEDOT / PSS is preferably prepared as an aqueous dispersion of polymer particles. It is preferably provided to apply the transfer layer from an aqueous PEDOT / PSS dispersion in a proportion of about 1.2% by weight.
  • PEDOT / PSS in a weight ratio of 1:20 to 1: 1 is used.
  • PEDOT / PSS is used in the weight ratio of 1: 1 because it has the highest electrical conductivity.
  • a transfer film is used whose transfer layer has a layer thickness> 500 nm. It can also be provided that a transfer film is used whose transfer layer has a layer thickness of 50 nm to 500 nm.
  • a transfer film is used whose transfer layer has a layer thickness of 5 nm to 50 nm.
  • An electrically conductive layer of 50 nm thickness can therefore be constructed, for example, from 10 to 1 transfer layer.
  • a transfer film is used whose transfer layer has a layer thickness of 5 nm to 10 nm.
  • a transfer film to be used in which the areas which are dissolved out are present in domains.
  • the electrically conductive layer of the multilayer body according to the invention consists of at least two electrically conductive polymer layers arranged one above the other.
  • the electrically conductive layer can have defects which can question its use according to the function.
  • the adjustability of the electrical parameters, for example the electrical conductivity is limited. Therefore, more than one transferred polymer layer is preferred.
  • the at least two polymer layers arranged one above the other are structured identically.
  • the electrically conductive layer of such a multilayer body is thus characterized in that it is constructed in each area from the same number of superimposed polymer layers.
  • the at least two superimposed polymer layers are structured differently.
  • areas with different electrical conductivity can be formed, ie areas of the electrically conductive layer can For example, assume the function of a resistance. It can be provided, for example, that the voltage drop occurring at this resistor is evaluated and serves as input to an electronic circuit, for example a control circuit or an alarm transmitter.
  • the superposed electrically conductive polymer layers are formed of different materials.
  • the electrically conductive polymer layer consists of PEDOT / PSS.
  • the electrically conductive polymer layer of PEDOT / PSS is formed in a weight ratio of 1:20 to 1: 1.
  • the electrically conductive layer may be formed as a separation layer between a semiconductor layer and an electrode layer.
  • the electrically conductive layer is formed as a conductor track.
  • the electrically conductive layer has electron-conducting particles.
  • Such a modified layer may have increased electrical conductivity.
  • the electron-conducting particles can also act as electrical shielding. However, they can also serve as scattering centers in the case of superimposed light extraction.
  • the particles can be different in shape, material, size and concentration.
  • At least one electron-conducting layer is arranged on or below the electrically conductive layer.
  • the electrically conductive layer prefferably arranged on a layer with a rough and / or structured and / or partially structured surface.
  • the electrically conductive layer and / or the electron-conducting layer provides personalized information.
  • the transfer layer of the transfer film has, for example, an un-filmed PEDOT / PSS layer and at least one electron-conducting layer.
  • the electron-conducting layer consists of a metallic layer.
  • the electron-conducting layer consists of a sequence of two or more metallic layers, wherein in each case two adjoining metallic layers consist of different material. For example, if three designated A, B and C metallic
  • sequences such as A / B / C, C / B / A, A / C / B or A / B / A can be provided.
  • the metallic layers may consist of silver, gold, copper, titanium, aluminum, or a combination of these fvleiaiie ⁇ .
  • the metallic layers can be applied, for example, by sputtering or vapor deposition, with layer thicknesses in the range from 10 nm to 50 nm being preferred.
  • the electrically conductive polymer layer consists of PEDOT / PSS.
  • the PEDOT / PSS layer is advantageously a non-filmed PEDOT / PSS layer, as described above.
  • the PEDOT / PSS layer is first filmed by transfer by means of heat and / or pressure and then securely adheres to the substrate to which it was applied by the embossing process.
  • the transfer layer of the transfer film advantageously has a release layer which enables the transfer layer to be detached from the carrier layer, the release layer consisting of an electrically conductive polymer.
  • a release layer can make a contribution to the power line after the embossing of the transfer layer and the filming. It thus fulfills a dual function in that it is easily removable from the carrier layer as an un-filmed polymer layer and forms a firmly adhering electrically conductive layer as a film-coated polymer layer.
  • the release layer consists of PEDOT / PSS.
  • the transfer layer on the side facing away from the carrier layer has an adhesive layer for fixing the transfer layer on a target substrate and that the adhesive layer consists of an electrically conductive polymer.
  • the different behavior of an unfilmed and a filmed polymer layer is used.
  • This may be a polymer layer formed from the same material as the release layer, which acts as an adhesive as a result of the filming during embossing.
  • the adhesive layer may consist of PEDOT / PSS.
  • the primer layer facing away from a primer layer and that the primer layer consists of an electrically conductive polymer.
  • the primer layer may be provided for bonding and may be formed of the same material as the peel layer and the adhesive layer described above.
  • the primer layer may consist of PEDOT / PSS. Furthermore, it is also possible to add additives to the PEDOT / PSS to improve the adhesion or to modify the PEDOT / PSS accordingly.
  • the transfer layer has an intermediate layer formed between two electron-conducting layers and formed from an electrically conductive polymer.
  • the intermediate layer may be provided to impart adhesion between the two electron-conducting layers.
  • the intermediate layer may be formed of PEDOT / PSS. It is thus possible to provide a transfer foil having alternatingly superimposed electrically conductive polymer layers-preferably consisting of un-filmed PEDOT / PSS layers-and electron-conducting layers-preferably formed as a layer composite of more than one metallic layer-which can be adapted to a wide range of application conditions.
  • the metallic layers are formed with different thickness.
  • the electrically conductive polymer layers are formed with different thicknesses and / or a different chemical Have composition.
  • the production of the transfer film according to the invention can be carried out essentially in three successive steps, which can be carried out in a roll-to-roll process.
  • the lowermost PEDOT / PSS layer can be applied to the carrier layer, wherein it should be ensured that the PEDOT / PSS layer thus applied is not filmed after drying. This ensures that the PEDOT / PSS layer easily separates from the carrier layer after embossing.
  • the bottom PEDOT / PSS layer can therefore be used as a release layer, so that a special release layer can be omitted.
  • the lowest PEDOT-PSS layer can be applied, for example, by gravure printing, screen printing or coating.
  • one or more electron-conducting layers can be applied to the PEDOT / PSS layer, the layer thickness of which may advantageously be... Nm to... Nm.
  • the electron-conducting layer is a metallic layer, it can be applied, for example, by vapor deposition or sputtering.
  • a conductive paste is provided as the electron-conducting layer, it can be applied by the method mentioned above for applying the PEDOT / PSS layer.
  • preferred metals are silver, gold, copper, titanium and aluminum. Combinations of metals are also possible due to the layered structure of the electron-conducting layer, it being possible for the combinations to be metallic alloys.
  • the application of one or more primer layers or one or more PEDOT / PSS layers is provided. If only one primer layer or PEDOT / PSS layer has been described above, then it is to be understood that these layers, like the electron-conducting layers, can be formed from a plurality of partial layers.
  • the thickness of the PEDOT / PSS layers can be adjusted for example by repeated layer application. It can be provided that steps 1 and 2 are repeated one or more times before the production step 3 is carried out. In the case of production step 1, it should be noted that the PEDOT / PSS layer is applied to the respective upper layer of the stamping foil during repetition steps.
  • the transfer film according to the invention it is possible to use the transfer film according to the invention to build up a polymer solar cell comprising an electrically conductive layer formed from a transfer layer of the transfer film having an electrically conductive polymer. It is advantageous that the electrical layer can be "tailored” and in this way, in cooperation with, for example, the active layer of the solar cell, the efficiency of the solar cell can be increased.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section of a first embodiment of the multilayer body according to the invention
  • Fig. 2 is a diagram of the dependence of the sheet resistance of the
  • FIG. 3 is a schematic plan view of a second embodiment of the multilayer body according to the invention.
  • Fig. 4 is a schematic sectional view taken along the section line IV-IV in Fig.
  • PEDOT / PSS poly (3,4-ethylenedioxythiophene) and polystyrene sulfonate
  • PSS negative charge carriers PEDOT positive charge carriers
  • the carrier layer 11 is Plexiglas with a thickness of 1 to 2 mm.
  • the multilayer body is a test pattern for detecting the electrical properties of the PEDOT / PSS layer 12.
  • the material and / or the thickness of the carrier layer 11 can be adapted to the intended use, for example to the Use of the multilayer body 1 as a polymer solar cell.
  • the carrier layer 11 may be an organic semiconductor layer of said polymer solar cell, which is constructed on further layers and a substrate in which the PEDOT / PSS layer is applied as a layer between the semiconductor layer and an electrode layer. In Fig. 1, such further layers are not shown.
  • the PEDOT / PSS layer 12 is composed of PEDOT / PSS partial layers ⁇ 2 ⁇ to 12 22 , which are successively applied by embossing a PEDOT / PSS embossing film.
  • embossing different PEDOT / PSS types is conceivable. In this context, it was found that applications on rough and pre-structured layers are possible, which can not be coated by a normal coating process or coated very inadequate.
  • the PEDOT / PSS embossing film is in the embodiments described in Fig. 1 and the other figures by doctoring and drying a PEDOT / PSS dispersion formed on a carrier film.
  • the dried PEDOTVPSS layer forms a transfer layer of the PEDOT / PSS embossing foil.
  • the carrier film was embossed onto the carrier layer 11, wherein the temperature of the embossing wheel was set to 190 to 200 0 C. Some of the test multilayer body 1 was baked after embossing for about 10 minutes at about 130 to 150 0 C. This step is used for further homogenization and filming as well as for expelling residual solvents.
  • Baytron FCCP from HCStarck was used.
  • Baytron FCCP has a solids content of 1.25% and was applied with a doctor R 30/3 (application weight 10 g / m 2 at a solids content of 38.54%). The consistency of this dispersion is very low.
  • the samples were then dried in the air stream of a hot air blower at about 35 to 40 0 C. The drying time was about 2 minutes. The generated by said method
  • PEDOT / PSS layer was easily removed from the carrier film with a thumb sample, with the PEDOT / PSS layer crumbling powdery. This material property is caused by being a non-filmed PEDOT / PSS layer, i. the PEDOT / PSS layer applied by the method described above does not form a coherent film.
  • the samples initially had a mean sheet resistance of 4.078 k ⁇ . According to a further three-minute heat treatment at 150 0 C, the samples exhibited a mean sheet resistance of 3,856 kOhm. The samples were filmed after the said temperature treatment and could no longer be replaced with the thumb sample.
  • Orgacon S500 Pedot from AGFA was applied in the manner described above.
  • Orgacon PEDOT has a solids content of 1.29% and was applied with a R 30/3 doctor blade. After drying, a mean sheet resistance of 0.658 k ⁇ was measured; After three minutes of heat treatment at 150 ° C, an average surface resistance of 0.7 o 3 k ⁇ was measured.
  • the total surface resistance calculated from the individual values of the surface resistance agrees very well with the measured total resistance. It was assumed that the stacked PEDOT / PSS layers can be modeled as a parallel connection of resistors.
  • PEDOT / PSS can also be provided to apply the PEDOT / PSS by means of spin coating or else via a nozzle coating onto the carrier film and then to dry in the manner described above.
  • FIG. 2 shows, with reference to FIG. 1, a diagram showing the dependence of the sheet resistance of the PEDOT / PSS layer 12 as a function of the number of PEDOT / PSS partial layers 12 ! to 12 2 2 shows.
  • the result is a nonlinear profile of the surface resistance, wherein in the exemplary embodiment illustrated in FIG. 2 the sheet resistance has dropped to 9% of the initial value after 8 preamplifiers and to about 4% of the initial value after a further 14 preambles.
  • the sheet resistance was determined in each case according to the so-called four-point method as in the three examples mentioned above. This is a measurement method used inter alia in geophysics, in which the specific resistance of a body or a layer without sampling is determined by measurements on the surface.
  • FIG. 3 now shows a multilayer body 3 which has on a rectangular carrier layer 31 a PEDOT / PSS layer 32, formed from three PEDOT / PSS partial layers 32 ⁇ to 32 3 .
  • the PEDOT / PSS sub-layer 32 ⁇ is formed as a horizontally arranged strip-shaped region and is arranged directly on the carrier layer 31.
  • the PEDOT / PSS sub-layer 32 2 is arranged above the PEDOT / PSS sub-layer 32i and has three separate regions, wherein the left and the middle region are formed as vertically extending strip-shaped regions, which terminate with the horizontal edges of the carrier layer 31 and the right portion only the right edge portion of the PEDOT / PSS sub-layer 32-, covered.
  • the PEDOT / PSS sublayer 31 3 is the uppermost PEDOT / PSS sublayer and has two separate regions.
  • the left portion of the PEDOT / PSS sublayer 31 3 covers the left portion of the PEDOT / PSS sublayer 32 2 and the right portion of the PEDOT / PSS sublayer 31 3 covers the right portion of the PEDOT / PSS sublayer 32 2 .
  • the PEDOT / PSS layer 32 is formed for the sake of clarity only from three PEDOT / PSS partial layers. However, it may be provided to construct each of the three PEDOT / PSS sublayers 32 ⁇ to 32 3, for example, each of 7 sublayers, so that the sheet resistance of the three PEDOT / PSS sublayers together is about 350 ⁇ , assuming the embossing foil described in FIG , In the aforementioned embodiment of the three PEDOT / PSS partial layers, partial regions are formed in which 7, 14 or 21 partial layers are arranged one above the other, which have surface resistivities of 350 ⁇ , 250 ⁇ or 150 ⁇ .
  • Fig. 4 shows the multilayer body along the section line IV in Fig. 3. It is therefore not only possible, the sheet resistance of the PEDOT / PSS layer by the number of to set successively applied, superposed PEDOT / PSS sub-layers, but also to locally change the sheet resistance of the PEDOT / PSS layer.
  • a resistance gradient can be formed along the Klachennormaien the PEDüT / PSS layer. In this way, for example, working resistances connected to one another and / or to other components can be produced, wherein the areas of the low-surface resistance PEDOT / PSS layer can form strip conductors which connect the aforementioned components to one another in an electronic circuit.
  • FIGS. 5a and 5b now show production steps of a multilayer body 4.
  • FIG. 5a shows a multilayer body 4a, which forms the first manufacturing stage of the multilayer body 4.
  • the multilayer body 4a is formed from a carrier layer 41 and a first PEDOT / PSS sub-layer A2y, which covers the carrier layer 41 over the entire area.
  • the multilayer body 4a is in contact with a stamping foil 5 formed of a carrier layer 51 and a transfer layer 52 of PEDOT / PSS. From the stamping foil 5, a section 52p of the transfer layer 52 is now transferred to the multilayer body 4a by means of a stamping tool 53.
  • FIG. 5b now shows a multilayer body 4b on whose first PEDOT / PSS sub-layer 42i a second PEDOT / PSS sub-layer 42 2 is applied, the second PEDOT / PSS sub-layer 42 2 from the section 52p of the transfer layer 52 of the embossing film 5 is formed (Fig. 5a).
  • FIG. 5b further shows the embossing foil 52r drawn from the multi-layer body 4b, which now has a residual transfer layer 52r, which no longer has the detached portion 52p.
  • the production steps illustrated in FIGS. 5a and 5b can be repeated until the PEDOT / PSS layer is formed in the desired layer thickness and / or structure. It can be provided to use successively different embossing tools 53 to one or more sub-layers of PEDOT / PSS layer to structure differently, as described above in Fig. 3 and 4. However, it can also be provided to transfer the PEDOT / PSS layer by means of a thermal transfer printer and to build it up in layers, it being possible to subsequently film the PEDOT / PSb layer by means of a thermal pressing tool. In addition, it can be provided that the stamping substrate is rough, structured or partially textured.
  • FIGS. 6 a to 11 b now show exemplary embodiments of the embossing foil according to the invention in a schematic sectional illustration.
  • the stamping foils are each formed from a carrier layer 41 and further layers arranged on the carrier layer 41, wherein the further layers form a transfer layer, which can be transferred to a substrate by an embossing process under the effect of temperature and / or pressure.
  • the carrier layer is, for example, a PET carrier with a layer thickness of 19 to 23 ⁇ m.
  • PEDOT / PSS layer On the carrier layer 41 a PEDOT / PSS layer is arranged, which forms a release layer 42a.
  • This basic layer structure is provided in all embodiments shown in FIGS. 6a to 11b.
  • the PEDOT / PSS layer has a thickness of about 300 nm in the illustrated embodiment.
  • Fig. 6a shows a stamping foil whose transfer layer is formed of three layers. Disposed on the release layer 42a is a metallic layer 43a covered by a second PEDOT / PSS layer formed as an adhesive layer 42k.
  • the metallic layer may preferably be made of silver, gold, copper, titanium or aluminum.
  • the release layer 42a and the adhesive layer 42k can differ in their chemical composition and / or in their thickness, which are selected such that both PEDOT / PSS layers optimally fulfill the intended functions.
  • the optimization is preferably voroutlinedbar by series of experiments.
  • FIG. 6b shows a stamping foil, which in principle is designed like the stamping foil shown in FIG. 6a, but where a plurality of metallic layers arranged one above the other are provided.
  • a stamping foil which in principle is designed like the stamping foil shown in FIG. 6a, but where a plurality of metallic layers arranged one above the other are provided.
  • metallic layers 43a, 43b and 43c are three metallic layers 43a, 43b and 43c, each consisting of a different material. It can be provided that at least two of different thickness are formed by the three metallic layers.
  • FIG. 7a now shows a stamping foil which has a further PEDOT / PSS layer.
  • the further PEDOT / PSS layer forms an intermediate layer 42z, which is arranged between two metallic layers 4Sa 1 and 43a 2 .
  • the intermediate layer 42z is provided, for example, to improve the adhesion between the individual metallic layers.
  • the three PEDOT / PSS layers may differ in their chemical composition and / or their thickness.
  • FIG. 7b now shows an embossing foil which, in principle, is designed like the embossing foil described in FIG. 7a, but in which the metallic layers are formed from a plurality of metallic layers 43a-1, 43a 2 to 43c- 1 , 43c 2 .
  • the metallic layers each have the same layer sequence, ie the layer sequence abc.
  • Fig. 8a shows an embossing film
  • the transfer layer 52 is formed in principle as the transfer layer 52 in Fig. 7a, but the intermediate layer 42z is now arranged between metallic layers 43a and 43c of different material.
  • FIG. 8b shows an embossing foil whose transfer layer 52 is designed in principle like the transfer layer 52 in FIG. 7b, but the metallic layers arranged above and below the intermediate layer 42z now have a different layer sequence and / or other materials.
  • the metallic layer below the intermediate layer 42z is formed from the superimposed layers 43a- ⁇ , 43bi and 43a 2 , thus has the layer sequence aba.
  • the metallic layer arranged above the intermediate layer is formed from the layers 43a3, 43c and 43b2 arranged one above the other, thus has the layer sequence acb.
  • the metallic layers can also differ in their thickness and the PEDOT / PSS layers in their chemical composition and / or their thickness.
  • Fig. Ba Number of metal types: Z 1 + Z 2 + Z 3 + ... + Z N where Z 1 ⁇ X 1 , Z 2 ⁇ X 2 , Z 3 ⁇ X 3,. .., Z N ⁇ XN-
  • FIGS. 9a and 9b now show exemplary embodiments in which only one PEDOT / PSS layer is provided, namely the release layer 42a.
  • the peel layer 42a allows the easy peeling of the
  • Transfer layer of the carrier layer This is, as shown above, a non-filmed PEDOT / PSS layer, which is easily removable from the example of PET existing carrier layer.
  • Fig. 9a shows an embodiment which differs from the embodiment shown above in Fig. 6a in that instead of the adhesive layer 42k of PEDOT / PSS an adhesive layer 44 is provided, which is not formed of PEDOT / PSS.
  • This layer may also be formed as a primer layer.
  • the adhesive layer 44 may also be formed of several layers.
  • the material of the adhesive layer 44 may be, for example, a hot melt adhesive.
  • the primer layer may for example consist of an acrylate mixture.
  • fillers, additives, etc. are added to this primer layer in order to achieve desired properties.
  • FIG. 9b now shows in an analogous manner an exemplary embodiment that differs from the exemplary embodiment shown in FIG. 6b in that, instead of the adhesive layer 42k formed from PEDOT / PSS, the adhesive layer 44 not formed from PEDOT / PSS is provided.
  • Adhesive layer 42k is replaced by the adhesive layer 44 not formed of PEDOT / PSS, in FIGS. 10a (otherwise as in FIG. 7a), FIG. 10b (otherwise as in FIG. 7b), FIG. 11a (otherwise in FIG 8a) and 11b (otherwise the same as Fig. 11b).

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtkörpers (4) mit einer auf einer Trägerschicht (41) angeordneten elektrisch leitfähigen Schicht (421) beschrieben, bei dem eine Transferfolie (5) bereitgestellt wird, die eine Übertragungsschicht (52) aus einem elektrisch leitfähigen Polymer aufweist. Die elektrisch leitfähige Schicht wird von der Transferfolie (5) auf den Mehrschichtkörper (4) übertragen. Weiter werden eine Transferfolie und ein nach dem Verfahren hergestellter Mehrschichtkörper angegeben.

Description

Mehrschichtkörper mit leitfähiger Polymerschicht
Die Erfindung betrifft einen Mehrschichtkörper mit einer elektrisch leitfähigen Polymerschicht, ein Herstellungsverfahren dazu, sowie eine Transferfolie zur Herstellung des Mehrschichtkörpers.
In zunehmendem Maße werden herkömmliche Produkte und Verfahren der Halbleiterindustrie durch Produkte und Verfahren mit organischen Schichten ersetzt. Wenngleich organische Halbleiter und Leiter vielfach noch nicht alle technischen Anforderungen erfüllen, zeichnen sich doch bedeutende Fortschritte ab, beispielsweise bei organischen Solarzellen bzw. Polymer-Solarzellen.
Zum Aufbau organischer Solarzellen werden unter anderem organische
Leiterbahnen und Elektrodenschichten benötigt, deren elektrischen Eigenschaften einstellbar sein müssen. Es ist bekannt, die elektrische Leitfähigkeit organischer Schichten elektrochemisch einzustellen. Das setzt jedoch einer Massenproduktion nach dem Rolle-zu-Rolle-Verfahren Grenzen, das auf konstante Fertigungsbedingungen abstellt.
Elektrisch leitfähige Polymere können häufig als Dispersionen mit einem geringen Feststoffanteil vor. Genau solche Dispersionen lassen sich durch Duckverfahren nicht oder nur mit Qualitätseinbußen strukturiert aufbringen, weil sie meist eine wasserähnliche Konsistenz aufweisen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Mehrschichtkörper zu schaffen, der elektrisch leitfähige organische Schichten aufweist, die in ihren elektrischen Eigenschaften ohne die Anwendung chemischer Verfahren einstellbar sind sowie ein für die Massenproduktion geeignetes Verfahren zur Ausbildung strukturierter elektrisch leitfähiger organischer Schichten anzugeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtkörpers mit einer auf einer Trägerschicht angeordneten elektrisch leitfähigen Schicht gelöst, wobei vorgesehen ist, dass eine Transferfolie mit einer elektrisch leitfähiges Polymer aufweisenden Übertragungsschicht bereitgestellt wird, und dass die elektrisch leitfähige Schicht durch Übertragen der Übertragungsschicht von der Transferfolie auf den Mehrschichtkörper ausgebildet wird. Die Aufgabe wird weiter mit einer Transferfolie, vorzugsweise einer Prägefolie, mit einer Trägerschicht und einer elektrisch leitfähigen Übertragungsschicht gelöst, wobei vorgesehen ist, dass die Übertragungsschicht N elektronenleitende Schichten und N+1 elektrisch leitfähige Polymerschichten aufweist, wobei abwechselnd eine elektrisch leitfähige Polymerschicht und eine elektronenleitende Schicht angeordnet ist und N > 1 ist. Die Aufgabe wird weiter mit einem Mehrschichtkörper mit einer strukturierten elektrisch leitfähigen Schicht gelöst, wobei vorgesehen ist, dass die elektrisch leitfähige Schicht aus wenigstens zwei übereinander angeordneten elektrisch leitfähigen Polymerschichten besteht.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorgeschlagen, eine Transferfolie zu verwenden, deren Übertragungsschicht aus einem elektrisch leitfähigen Polymer gebildet ist.
Zahlreiche Qualitätsprobleme sind dadurch vermieden, dass die elektrischen Eigenschaften der elektrisch leitfähigen Schicht grundsätzlich bei der Herstellung der Polymerdispersion und/oder der Herstellung der Transferfolie eingestellt werden. Bei der Übertragung der Übertragungsschicht auf den Mehrschichtkörper werden nun insbesondere die geometrischen Eigenschaften der elektrisch leitenden Schicht bestimmt, d.h. deren Kontur und deren Dicke. Die Kontur der elektrisch leitenden Schicht ist durch die erfindungsgemäße Übertragungsschicht mit hoher Konturenschärfe ausbildbar.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass eine Transferfolie mit einer Trägerschicht und einer elektrisch leitfähigen Übertragungsschicht vorgesehen ist, die neben der elektrisch leitfähigen Polymerschicht mindestens eine elektronenleitende Schicht aufweist. Durch diese elektronenleitende Schicht kann die elektrische Leitfähigkeit der Übertragungsschicht der Transferfolie deutlich erhöht werden, ohne auf die Vorteile der einfachen Übertragung und des schichtweisen Aufbaus leitfähiger Strukturen verzichten zu müssen. Beispielsweise können so Antennen für RFID-Transponder abgeprägt werden, wobei die Antennen wegen der guten Leitfähigkeit der Übertragungsschicht der Transferfolie einen guten elektrischen Wirkungsgrad aufweisen können.
Weiter von Vorteil ist, dass mit Hilfe der elektronenleitenden Schichten beispielsweise die Effizienz des in der organischen Halbleiterschicht einer organischen Solarzelle ablaufenden photovoltaischen Effektes gesteigert werden kann, beispielsweise durch Senkung der Austrittsarbeit. Handelt es sich beispielsweise bei der elektronenleitenden Schicht um eine dünne semitransparente Schicht, so kann diese im Verbund weiter vor Oxidation geschützt werden, obwohl die Vorteile wie Lichtdurchlässigkeit und Lichtleitfähigkeit vorliegen.
Der erfindungsgemäße Mehrschichtkörper weist eine elektrisch leitende Schicht mit präzise einstellbarer Dicke auf, wobei die Dickentoleranz im wesentlichen durch die Dicke der Übertragungsschicht bestimmt ist. Damit ist beispielsweise die Leitfähigkeit der elektrischen Schicht durch die Anzahl der übertragenen Übertragungsschichten einstellbar. Wenn n Übertragungsschichten übertragen sind, dann weist die auf diese Weise ausgebildete elektrisch leitfähige Schicht die n-fache Leitfähigkeit der in jedem Fertigungsschritt übertragenen Übertragungsschicht auf. Der Widerstand oder Flächenwiderstand lässt sich gemäß den Gleichungen der Parallelschaltung von Widerständen berechnen.
Das Übertragen der Übertragungslage von der Transferfolie auf den Mehrschichtkörper kann vorteilhafterweise in einem Rolle-zu-Rolle-Prozeß vorgesehen sein. Bei dem Mehrschichtkörper kann es sich um einen Folienkörper handeln, aus dem nach Abschluss des Fertigungsprozesses Abschnitte abgetrennt werden, die in den Verkehr gebracht werden.
Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den Unteransprüchen bezeichnet. Es kann vorgesehen sein, dass eine nicht verfilmte Übertragungsschicht bereitgestellt wird. Eine nicht verfilmte Übertragungsschicht bildet keinen zusammenhängen Film. Die nicht verfilmte Übertragungsschicht weist eine pulvrige Konsistenz auf, wenn sie mit der Daumenprobe von der Trägerschicht der Transferfolie gelöst wird. Dies lässt die Ausbildung von Sollbruchstellen in der Übertragungsschicht vermuten, die dadurch entstehen, dass die Übertragungsschicht aus einer Dispersion aufgetragen wird und sodann das Dispersionsmittel bei einer Temperatur von 30 bis 40 0C rasch ausgetrieben wird. Infolgedessen ist kein zusammenhängender Polymerfilm ausgebildet und die Haftung auf der Trägerfolie ist so gering, dass die Übertragungsschicht beim Übertragen leicht ablösbar ist. Eine verfilmte Übertragungsschicht ist beim Übertragen auf den Mehrschichtkörper gar nicht oder unvollständig von der Trägerfolie der Transferfolie lösbar und/oder nicht definiert abtrennbar.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Übertragungsschicht (52) als Polymer- Übertragungsschicht ausgebildet ist.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass eine Übertragungsschicht bereitgestellt wird, in der das elektrisch leitfähige Polymer in Domänen konzentriert ist und die Übertragungsschicht entlang der Domänengrenzen bevorzugt trennbar ist. Elektrisch leitfähige Polymere können als Stoffgemische ausgebildet sein und Strukturen aufweisen, bei denen das elektrisch leitfähige Polymer Domänen bildet, die in eine Matrix aus einem zweiten Polymer eingebettet sind. In der Matrix kann auch noch das elektrisch leitfähige Polymer in geringer Konzentration vorkommen. Herkömmliche Schichten aus dem elektrisch leitfähigen Polymer bilden einen fest zusammenhängenden Film, der keine Vorzugsbruchgrenzen aufweist. Bei der erfindungsgemäßen Übertragungsschicht kann es sich dagegen um eine elektrisch leitfähige Polymerschicht handeln, in der die Domänengrenzen als Sollbruchstellen dienen, so dass die Übertragungsschicht strukturiert übertragen werden kann. Die Domänen können beispielsweise in der Draufsicht einen zigarrenförmigen Verlauf haben mit den Abmessungen 500 nm X 1000 nm. Es kann sich aber auch um kreisförmige Domänen handeln, wobei die Dicke der Domänen im wesentlichen durch die Dicke der Übertragungsschicht bestimmt sein kann. Die Domänen können also fladenförmig ausgebildet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die elektrisch leitfähige Schicht aus einer oder mehreren übereinander angeordneten Überträyungsscmchten durch strukturiertes Prägen der Transferfolie auf den Mehrschichtkörper ausgebildet wird. Dabei kann das Heißprägen bevorzugt sein. Über die Flächengeometrie des Prägestempels kann auf einfache Weise die Flächengeometrie der elektrisch leitfähigen Schicht bestimmt werden. Hierbei sind sehr hohe Auflösungen und sehr hohe Passergenauigkeiten erreichbar. Die Grenzen der Auflösung sind im wesentlichen durch die Größe der Domänen der Übertragungsschicht der Transferfolie bestimmt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die elektrisch leitfähige Schicht aus einer oder mehreren übereinander angeordneten Übertragungsschichten durch Thermotransferdruck auf den Mehrschichtkörper ausgebildet wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Transferfolie eine
Wachstrennschicht zwischen Übertragungslage und Trägerfolie aufweist. Was die erreichbare Auflösung betrifft, kann davon ausgegangen werden, dass die erreichbare Auflösung im wesentlichen durch die Ausbildung des Thermotransferdruckkopfes bestimmt ist.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass zur Ausbildung von Gradienten des Widerstandes entlang der Flächennormalen der elektrisch leitfähigen Schicht Übertragungsschichten verwendet werden, die eine unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit aufweisen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Übertragungsschicht beim Übertragen von der Transferfolie auf den Mehrschichtkörper durch Temperatureinwirkung und/oder Druckeinwirkung und/oder chemische Reaktion verfestigt und mit der unter der Übertragungsschicht angeordneten Schicht des Mehrschichtkörpers verbunden wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass den Polymeren Additive zugesetzt werden, die beispielsweise die Haftung oder Zwischenschichthaftung verbessern.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Übertragungsschicht nach dem Übertragen von der Transferfolie auf den Mehrschichtkörper durch Temperatureinwirkung und/oder Druckeinwirkung und/oder chemische Reaktion verfilmt und mit der unter der Übertragungsschicht angeordneten Schicht des Mehrschichtkörpers verbunden wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Überträyuπysscπichi auf nicnt leitende andere Schichten aufgetragen wird, die in einem anschließenden Prozess vernetzen und eine Zwischenschichthaftung hervorrufen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass eine Transferfolie verwendet wird, die selbst nicht homogen ist und beispielsweise an unterschiedlichen Stellen unterschiedliche Dicken aufweist oder auch ein Dekor.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass eine Transferfolie verwendet wird, bei der die leitfähige Schicht in andere Schichten eingebettet ist oder von anderen Schichten umgeben ist, die ihrerseits unterschiedliche Eigenschaften aufweisen können.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Übertragungsschicht sowohl beim Übertragen als auch nach dem Übertragen von der Transferfolie auf den Mehrschichtkörper durch Temperatureinwirkung und/oder Druckeinwirkung und/oder chemische Reaktion verfilmt und mit der unter der Übertragungsschicht angeordneten Schicht des Mehrschichtkörpers verbunden wird. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, die fertig aufgebaute leitfähige Schicht sodann einer Wärmebehandlung zu unterziehen, um die Homogenität und Haftfestigkeit zu verbessern, wobei die Wärmebehandlung in einer Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum vorgesehen sein kann.
Weitere Vorteile in diesem Zusammenhang sind zum Beispiel Applikationen auf rauen und vorstrukturierten Schichten, die durch einen normalen Beschichtungsprozess nicht beschichtet werden können. Es kann also ein Mehrschichtkörper vorgesehen sein, bei dem die elektrisch leitfähige Schicht auf einer Schicht mit einer rauen und/oder strukturierten und/oder teilstrukturierten Oberfläche angeordnet ist.
Die einzustellenden Parameter können vorzugsweise durch Versuche bestimmt werden, indem ausgehend von Startwerten die Werte eines Parameters variiert werden und die Werte der restlichen Parameter konstant gehalten werden. Im allgemeinen ist es ausreichend, vier Parameter zu variieren: Temperatur, Anpressdruck, Zeitdauer und das Substrat, auf dem geprägt wird, beispielsweise
Rauigkeit und die chemische Zusammensetzung.
Die erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Schicht kann auch nach ihrer Fertigstellung einen sandwichartigen Aufbau aufweisen, der im Schnittbild oder an den ähnlich einer Buchkante strukturierten senkrechten Außenkanten erkennbar ist, wenn keine homogene Verfilmung in senkrechter Richtung zu den Schichten stattgefunden hat.
Es kann vorgesehen sein, dass die Übertragungsschicht der Transferfolie aus PEDOT/PSS gebildet wird. PEDOT/PSS ist eine Kurzbezeichnung für ein Gemisch aus Poly(3,4-ethylendioxythiophen) und Polystyrensulfonat, d.h. ein Polymergemisch aus zwei lonomeren. Beide Komponenten von PEDOT/PSS tragen unterschiedliche Ladungsträger zur Ausbildung der elektrischen Leitfähigkeit bei: PEDOT positive Ladungsträger, PSS negative Ladungsträger. Eine PEDOT/PSS- Schicht weist Domänen mit einem überwiegenden Anteil von PEDOT auf, die in eine PSS-Matrix eingebunden sind bzw. in eine PEDOT/PSS-Matrix mit geringem PEDOT-Anteil.
PEDOT/PSS wird vorzugsweise als wässrige Dispersion von Polymerpartikeln dargestellt. Vorzugsweise ist vorgesehen, die Übertragungsschicht aus einer wässrigen PEDOT/PSS-Dispersion mit einem Anteil von ca. 1 ,2 Gewichts-% aufzutragen.
Es kann vorgesehen sein, dass PEDOT/PSS im Gewichtsverhältnis 1 : 20 bis 1 : 1 verwendet wird. Vorzugsweise wird PEDOT/PSS im Gewichtsverhältnis von 1 : 1 verwendet, da es die höchste elektrische Leitfähigkeit aufweist.
Weiter kann vorgesehen sein, dass eine Transferfolie verwendet wird, deren Übertragungsschicht eine Schichtdicke > 500 nm aufweist. Es kann auch vorgesehen sein, dass eine Transferfolie verwendet wird, deren Übertragungsschicht eine Schichtdicke von 50 nm bis 500 nm aufweist.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass eine Transferfolie verwendet wird, deren Übertragungsschicht eine Schichtdicke von 5 nm bis 50 nm aufweist. Eine elektrisch leitfähige Schicht von 50 nm Dicke kann also beispielsweise aus 10 bis 1 Übertragungsschicht aufgebaut sein.
Weiter vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass eine Transferfolie verwendet wird, deren Übertragungsschicht eine Schichtdicke von 5 nm bis 10 nm aufweist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass eine Transferfolie verwendet wird, in der die Bereiche, die herausgelöst werden, in Domänen vorliegen.
Es kann vorgesehen sein, dass die elektrisch leitfähige Schicht des erfindungsgemäßen Mehrschichtkörpers aus wenigstens zwei übereinander angeordneten elektrisch leitfähigen Polymerschichten besteht. Bei nur einer übertragenen Polymerschicht kann die elektrisch leitfähige Schicht Fehlstellen aufweisen, welche deren verwendungsgemäße Funktion infrage stellen können. Des weiteren ist bei nur einer Polymerschicht die Einstellbarkeit der elektrischen Parameter, beispielsweise der elektrischen Leitfähigkeit, eingeschränkt. Deshalb ist mehr als eine übertragene Polymerschicht bevorzugt.
Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei übereinander angeordneten Polymerschichten gleich strukturiert sind. Die elektrisch leitfähige Schicht eines solchen Mehrschichtkörpers ist also dadurch gekennzeichnet, dass sie in jedem Bereich aus der gleichen Anzahl übereinander angeordneter Polymerschichten aufgebaut ist.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei übereinander angeordneten Polymerschichten unterschiedlich strukturiert sind. Auf diese Weise können beispielsweise Bereiche mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit ausgebildet sein, d.h. Bereiche der elektrisch leitfähigen Schicht können beispielsweise die Funktion eines Widerstandes übernehmen. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der an diesem Widerstand eintretende Spannungsabfall ausgewertet wird und als Eingangsgröße einer elektronischen Schaltung dient, beispielsweise einer Regelungsschaltung oder eines Alarmgebers.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass die übereinander angeordneten elektrisch leitfähigen Polymerschichten aus unterschiedlichem Material gebildet sind.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die elektrisch leitfähige Polymerschicht aus PEDOT/PSS besteht.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die elektrisch leitfähige Polymerschicht aus PEDOT/PSS im Gewichtsverhältnis 1 : 20 bis 1 : 1 gebildet ist.
Die elektrisch leitfähige Schicht kann als eine Trennschicht zwischen einer Halbleiterschicht und einer Elektrodenschicht ausgebildet sein.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die elektrisch leitfähige Schicht als eine Leiterbahn ausgebildet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist vorgesehen, dass die elektrisch leitfähige Schicht elektronenleitende Partikel aufweist. Eine derart modifizierte Schicht kann eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Die elektronenleitenden Partikel können auch als elektrische Abschirmung wirken. Sie können aber im Falle einer überlagerten Lichtgewinnung auch als Streuzentren dienen. Die Partikel können dabei unterschiedlich in Form, Material, Größe und Konzentration vorliegen.
Es kann auch vorgesehen sein, dass auf oder unter der elektrisch leitfähigen Schicht mindestens eine elektronenleitende Schicht angeordnet ist.
Es ist möglich, dass die elektronenleitenden Partikel und/oder die elektronenleitende Schicht aus Silber, Gold, Kupfer, Titan, Aluminium oder einer Kombination aus diesen Metallen bestehen bzw. besteht.
Es ist weiter möglich, dass die elektrisch leitfähige Schicht auf einer Schicht mit einer rauen und/oder struktürierieπ und/oder teilstrukturierten Oberfläche angeordnet ist.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die elektrisch leitfähige Schicht und/oder die elektronenleitende Schicht eine personalisierte Information bereitstellt.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind auf die Transferfolie gerichtet. Wie bereits weiter oben ausgeführt, weist die Übertragungsschicht der Transferfolie beispielsweise eine unverfilmte PEDOT/PSS-Schicht auf sowie mindestens eine elektronenleitende Schicht auf.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die elektronenleitende Schicht aus einer metallischen Schicht besteht.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass die elektronenleitende Schicht aus einer Abfolge von zwei oder mehr metallischen Schichten besteht, wobei jeweils zwei aneinander grenzende metallische Schichten aus unterschiedlichem Material bestehen. Wenn beispielsweise drei mit A, B und C bezeichnete metallische
Schichten vorgesehen sind, dann können Abfolgen wie A/B/C, C/B/A, A/C/B oder A/B/A vorgesehen sein.
Hierdurch wird u.a. der Vorteil erzielt, dass die chemische Stabilität zu angrenzenden Schichten, aber auch zur Umgebung verbessert werden kann. Weiter wird die Haftung an anderen Schichten verbessert.
Es ist möglich, dass die zwei einer elektrisch leitfähigen Polymerschicht benachbarten elektronenleitenden Schichten die gleiche Abfolge der metallischen Schichten aufweisen.
Es ist aber auch möglich, dass die zwei einer elektrisch leitfähigen Polymerschicht benachbarten elektronenleitenden Schichten eine unterschiedliche Abfolge der metallischen Schichten aufweisen.
Die metallischen Schichten können aus Silber, Gold, Kupfer, Titan, Aluminium oder einer Kombination aus diesen fvleiaiieπ bestehen. Die metallischen Schichten können beispielsweise durch Sputtern oder Aufdampfen aufgebracht sein, wobei Schichtdicken im Bereich von 10 nm bis 50 nm bevorzugt sind.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die elektrisch leitfähige Polymerschicht aus PEDOT/PSS besteht. Bei der PEDOT/PSS-Schicht handelt es sich dabei vorteilhafterweise um eine nicht verfilmte PEDOT/PSS-Schicht, wie weiter oben beschrieben. Die PEDOT/PSS-Schicht wird erst durch das Übertragen mittels Hitze und/oder Druck verfilmt und haftetet dann sicher auf dem Substrat, auf welches sie durch den Prägeprozess aufgebracht wurde.
Die Übertragungsschicht der Transferfolie weist vorteilhafterweise eine Ablöseschicht auf, die das Ablösen der Übertragungsschicht von der Trägerschicht ermöglicht, wobei die Ablöseschicht aus einem elektrisch leitfähigen Polymer besteht. Eine solche Ablöseschicht kann nach dem Abprägen der Übertragungsschicht und dem Verfilmen einen Beitrag zur Stromleitung leisten. Sie erfüllt somit eine Doppelfunktion, indem sie als unverfilmte Polymerschicht leicht ablösbar von der Trägerschicht ist und als verfilmte Polymerschicht eine fest haftende elektrisch leitfähige Schicht bildet.
Es kann vorgesehen sein, dass die Ablöseschicht aus PEDOT/PSS besteht.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Übertragungsschicht auf der der Trägerschicht abgewandten Seite eine Klebeschicht zum Festlegen der Übertragungsschicht auf einem Zielsubstrat aufweist und dass die Klebeschicht aus einem elektrisch leitfähigen Polymer besteht. Auch hierbei ist das unterschiedliche Verhalten einer unverfilmten und einer verfilmten Polymerschicht genutzt. Es kann sich dabei um eine aus dem gleichen Material wie die Ablöseschicht ausgebildete Polymerschicht handeln, die durch das Verfilmen beim Abprägen wie ein Kleber wirkt. Die Klebeschicht kann aus PEDOT/PSS bestehen. Weiter ist es auch möglich, dem PEDOT/PSS Zusätze zur Haftungsverbesserung zuzufügen bzw. das PEDOT/PSS entsprechend zu modifizieren.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Übertragungsschicht auf der der
Trägerschicht abgewandten Seite eine Grundierungsschicht aufweist und dass die Grundierungsschicht aus einem elektrisch leitfähigen Polymer besteht. Die Grundierungsschicht kann zur Haftvermittlung vorgesehen sein und aus dem gleichen Material ausgebildet sein wie die vorstehend beschriebene Ablöseschicht und die Klebeschicht.
Die Grundierungsschicht kann aus PEDOT/PSS bestehen. Weiter ist es auch möglich, dem PEDOT/PSS Zusätze zur Haftungsverbesserung zuzufügen bzw. das PEDOT/PSS entsprechend zu modifizieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist vorgesehen, dass die Übertragungsschicht eine zwischen zwei elektronenleitenden Schichten angeordnete aus einem elektrisch leitfähigen Polymer gebildete Zwischenschicht aufweist. Die Zwischenschicht kann vorgesehen sein, um die Haftung zwischen den beiden elektronenleitenden Schichten zu vermitteln.
Die Zwischenschicht kann aus PEDOT/PSS ausgebildet sein. Es ist also möglich, eine Transferfolie mit abwechselnd übereinander angeordneten elektrisch leitenden Polymerschichten - vorzugsweise aus unverfilmten PEDOT/PSS-Schichten bestehend - und elektronenleitenden Schichten - vorzugsweise als Schichtverbund von mehr als einer metallischen Schicht ausgebildet - bereitzustellen, die an vielfältige Einsatzbedingungen anpassbar ist.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass die metallischen Schichten mit unterschiedlicher Dicke ausgebildet sind.
Weiter ist es möglich, dass die elektrisch leitfähigen Polymerschichten mit unterschiedlicher Dicke ausgebildet sind und/oder eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Transferfolie kann im wesentlichen in drei aufeinander folgenden Schritten erfolgen, die in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren durchführbar sind.
Im ersten Schritt kann die unterste PEDOT/PSS-Schicht auf die Trägerschicht aufgebracht werden, wobei darauf zu achten ist, dass die so aufgebrachte PEDOT/PSS-Schicht nach dem Trocknen nicht verfilmt ist. Dadurch ist erreicht, dass sich die PEDOT/PSS-Schicht nach dem Prägen leicht von der Trägerschicht löst. Die unterste PEDOT/PSS-Schicht kann auf deshalb als Ablöseschicht genutzt werden, so dass eine spezielle Ablöseschicht entfallen kann. Die unterste PEDOT-PSS- Schicht kann beispielsweise durch Tiefdruck, Siebdruck oder Coaten aufgebracht werden.
Im zweiten Schritt können auf die PEDOT/ PSS-Schicht eine oder mehrere elektronenleitende Schichten aufgebracht werden, deren Schichtdicke vorteilhafterweise ...nm bis ... nm betragen kann. Wenn es sich bei der elektronenleitenden Schicht um eine metallische Schicht handelt, kann sie beispielsweise durch Bedampfen oder Sputtern aufgebracht werden. Wenn als elektronenleitende Schicht eine leitfähige Paste vorgesehen ist, kann diese durch die für das Auftragen der PEDOT/PSS-Schicht weiter oben genannten Verfahren aufgetragen werden. Wie bereits weiter oben ausgeführt, sind als Metalle Silber, Gold, Kupfer, Titan und Aluminium bevorzugt. Durch den schichtweisen Aufbau der elektronenleitenden Schicht sind auch Kombinationen aus Metallen möglich, wobei es sich bei den Kombinationen um metallische Legierungen handeln kann.
Als dritter Schritt ist das Aufbringen einer oder mehrerer Grundierungsschichten oder einer oder mehrerer PEDOT/PSS-Schichten vorgesehen. Wenn weiter oben jeweils nur eine Grundierungsschicht oder PEDOT/PSS-Schicht beschrieben wurde, so ist eingeschlossen, dass diese Schichten wie die elektronenleitenden Schichten aus mehreren Teilschichten gebildet sein können. Die Dicke der PEDOT/PSS-Schichten kann beispielsweise durch mehrmaligen Schichtauftrag eingestellt werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Schritte 1 und 2 ein- oder mehrmals wiederholt werden, bevor der Fertigungsschritt 3 ausgeführt wird. Beim Fertigungsschritt 1 ist dabei mitzulesen, dass die PEDOT/PSS-Schicht bei Wiederholungsschritten auf die jeweils obere Schicht der Prägefolie aufgebracht wird.
Es ist möglich, mit der erfindungsgemäßen Transferfolie eine Polymer-Solarzelle aufzubauen, die eine elektrisch leitfähige Schicht umfasst, gebildet aus einer ein elektrisch leitfähiges Polymer aufweisenden Übertragungsschicht der Transferfolie. Von Vorteil ist, dass die elektrische Schicht „maßgeschneidert" werden kann und auf diese Weise im Zusammenwirken beispielsweise mit der aktiven Schicht der Solarzelle die Effizienz der Solarzelle erhöht werden kann.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft verdeutlicht.
Es zeigen
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Mehrschichtkörpers;
Fig. 2 ein Diagramm zur Abhängigkeit des Flächenwiderstandes von der
Prägeanzahl für den Mehrschichtkörper in Fig. 1 ;
Fig. 3 eine schematische Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Mehrschichtkörpers;
Fig. 4 eine schematische Schnittansicht entlang der Schnittlinie IV-IV in Fig.
3;
Fig. 5a, 5b Fertigungsstufen eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Mehrschichtkörpers; Fig. 6a bis 11 b Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Prägefolie.
Fig. 1 zeigt einen Mehrschichtkörper 1 , der durch multiples Prägen erzeugt wurde, bestehend aus einer elektrisch isolierenden Trägerschicht 11 und einer PEDOT/PSS- Schicht 12. Bei PEDOT/PSS (Poly(3,4-ethylendioxythiophen) und Polystyrensulfonat)handelt es sich um ein Polymergemisch aus zwei lonomeren. Beide Komponenten tragen unterschiedliche Ladungsträger bei: PSS negative Ladungsträger, PEDOT positive Ladungsträger.
Bei der Trägerschicht 11 handelt es sich um Plexiglas mit einer Stärke von 1 bis 2 mm. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Mehrschichtkörper um ein Versuchsmuster zum Nachweis der elektrischen Eigenschaften der PEDOT/PSS-Schicht 12. Das Material und/oder die Dicke der Trägerschicht 11 kann an den Einsatzzweck angepasst sein, beispielsweise an den Einsatz des Mehrschichtkörpers 1 als Polymer-Solarzelle. Es kann sich bei der Trägerschicht 11 um eine organische Halbleiterschicht besagter Polymer-Solarzelle handeln, die auf weiteren Schichten und einem Substrat aufgebaut ist, bei der die PEDOT/PSS-Schicht als Schicht zwischen der Halbleiterschicht und einer Elektrodenschicht aufgebracht ist. In Fig. 1 sind solche weiteren Schichten nicht dargestellt.
Die PEDOT/PSS-Schicht 12 ist aus PEDOT/PSS-Teilschichten ^ 2^ bis 1222 aufgebaut, die nacheinander durch Prägen einer PEDOT/PSS-Prägefolie aufgebracht sind. Hierbei ist ein Prägen unterschiedlicher PEDOT/PSS-Typen denkbar. In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, dass Applikationen auf rauen und vorstrukturierten Schichten möglich sind, die durch einen normalen Beschichtungsprozess nicht beschichtet oder sehr ungenügend beschichtet werden können.
Die PEDOT/PSS-Prägefolie ist in dem in Fig. 1 und den weiteren Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen durch Aufrakeln und Trocknen einer PEDOT/PSS-Dispersion auf eine Trägerfolie gebildet. Die getrocknete PEDOTVPSS- Schicht bildet eine Übertragungsschicht der PEDOT/PSS-Prägefolie.
Die Trägerfolie wurde auf die Trägerschicht 11 abgeprägt, wobei die Temperatur des Prägerades auf 190 bis 200 0C eingestellt war. Einige der Test-Mehrschichtkörper 1 wurde nach dem Prägen jeweils ca. 10 min bei ca. 130 bis 150 0C ausgeheizt. Dieser Schritt dient der weiteren Homogenisierung und Verfilmung sowie zum Austreiben restlicher Lösungsmittel.
In einem ersten Beispiel wurde Baytron FCCP der Fa. H.C.Starck verwendet. Baytron FCCP weist einen Festkörperanteil von 1 ,25 % auf und wurde mit einem Rakel R 30/3 aufgetragen (Auftragsgewicht 10g/m2 bei Festkörpergehalt von 38,54 %). Die Konsistenz dieser Dispersion ist dabei sehr gering. Die Proben wurden sodann im Luftstrom eines Heißluftgebläses bei etwa 35 bis 40 0C getrocknet. Die Trockenzeit betrug ca. 2 Minuten. Die mit besagtem Verfahren erzeugte
PEDOT/PSS-Schicht ließ sich bei einer Daumenprobe leicht von der Trägerfolie entfernen, wobei die PEDOT/PSS-Schicht pulvrig zerfiel. Diese Materialeigenschaft ist dadurch hervorgerufen, dass es sich um eine nicht verfilmte PEDOT/PSS-Schicht handelt, d.h. die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren aufgebrachte PEDOT/PSS-Schicht bildet keinen zusammenhängenden Film.
Die Proben wiesen zunächst einen mittleren Flächenwiderstand von 4,078 kΩ auf. Nach einer weiteren dreiminütigen Temperaturbehandlung bei 150 0C wiesen die Proben einen mittleren Flächenwiderstand von 3,856 kΩ auf. Die Proben waren nach der besagten Temperaturbehandlung verfilmt und ließen sich nicht mehr mit der Daumenprobe ablösen.
Im Unterschied dazu haftete die in einem Trockenschrank bei 130 0C bis 150 0C ca. 5 Minuten getrocknete PEDOT/PSS-Schicht fester auf der Trägerfolie und bildete einen fest zusammenhängenden Film, der mit dem Reibtest (Daumenprobe) nur schwer entfernbar war. Gleichermaßen kann die mit oben genannten Verfahren bei 35 bis 40 0C getrocknete PEDOT/PSS-Schicht nach längerer Lagerung (10 bis 14 Tage) einen fester haftenden Film bilden und ist deshalb nicht mehr als Übertragungsschicht der PEDOT/PSS-Prägefolie geeignet. Es ist deshalb vorgesehen, die PEDOT/PSS-Prägefolie zeitnah nach der Herstellung zu verarbeiten oder die PEDOT/PSS-Prägefolie aufzuwickeln, so dass die Trägerfolie zugleich eine Schutzfolie für die PEDOT/PSS-Übertragungsschicht ist und das nachträgliche Verfiimen der PEDüT/PSS-Übertragungsschicht verhindert oder zumindest sehr verzögert. Die Langzeitstabilität hängt auch von dem verwendeten PEDOT/PSS ab.
In einem zweiten Beispiel wurde Orgacon S500 Pedot der Fa. AGFA in der vorstehend beschriebenen Weise aufgetragen. Orgacon PEDOT weist einen Festkörperanteil von 1 ,29 % auf und wurde mit einem Rakel R 30/3 aufgetragen. Nach dem Auftrocknen wurde ein mittlerer Flächenwiderstand von 0,658 kΩ gemessen; nach dreiminütiger Temperaturbehandlung bei 150 °C wurde ein mittlerer Oberflächenwiderstand von 0,7o3 kΩ gemessen.
In einem dritten Beispiel wurden zwei unterschiedliche PEDOT-Schichten übereinander aufgetragen, und zwar Orgacon S500 mit einen Festkörperanteil von 1 ,29 % und Baytron FCCP mit einem Festkörperanteil von 1 ,25 %. Die Schichten wurden ebenfalls mit dem Rakel R 30/3 aufgetragen, wobei das Rakel ein Auftragsgewicht von 10g/m2 hatte nach dem Festkörperanteil, der 38,54 % betrug. Die Proben wurden sodann im Luftstrom eines Heißluftgebläses bei etwa 35 bis 40 0C getrocknet. Die Trockenzeit betrug ca. 2 Minuten. Die Proben wiesen zunächst einen mittleren Flächenwiderstand von 0,565 kΩ auf und wiesen nach einer weiteren dreiminütigen Temperaturbehandlung bei 150 0C einen mittleren Flächenwiderstand von 0,613 kΩ auf. Die Proben waren nach der besagten Temperaturbehandlung verfilmt und ließen sich nicht mehr mit der Daumenprobe ablösen.
Wie das letztgenannte zweite Beispiel gezeigt hat, stimmt der aus den Einzelwerten des Flächenwiderstandes berechnete Gesamtflächenwiderstand sehr gut mit dem gemessenen Gesamtwiderstand überein. Es wurde davon ausgegangen, dass die übereinander angeordneten PEDOT/PSS-Schichten als Parallelschaltung von Widerständen modelliert werden können.
1/Rges = 1/Rßaytron FCCP + 1/Rθrgacon = 1/4,078 kΩ + 1/0,658 kΩ = 1/0,5665 kΩ
Rges = 0,5665 kΩ Der gemessene Gesamtwiderstand betrug, wie oben ausgeführt, 0,565 kΩ.
Es kann auch vorgesehen sein, das PEDOT/PSS mittels Rotationsbeschichtung (Spin-coating) oder auch über eine Düsenbeschichtung auf die Trägerfolie aufzutragen und anschließend in der weiter oben beschriebenen Weise zu trocknen.
Fig. 2 zeigt nun mit Bezug auf Fig. 1 ein Diagramm, welches die Abhängigkeit des Flächenwiderstandes der PEDOT/PSS-Schicht 12 in Abhängigkeit von der Anzahl der PEDOT/PSS-Teilschichten 12! bis 1222 aufzeigt. Wie in Fig. 2 zu erkennen, ergibt sich ein nichtlinearer Verlauf des Flächenwiderstandes, wobei in dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Flächenwiderstand nach 8 Prägeschritten auf 9 % des Ausgangswertes gesunken ist und nach weiteren 14 Prägeschritten auf ca. 4 % des Ausgangswertes. Der Flächenwiderstand wurde wie auch in den weiter oben genannten drei Beispielen jeweils nach der so genannten 4-Punkt-Methode bestimmt. Es handelt sich dabei ein unter anderem in der Geophysik angewendetes Messverfahren, bei dem der spezifische Widerstand eines Körpers bzw. einer Schicht ohne Probenahme durch Messungen an der Oberfläche bestimmt wird.
Tabelle 1 In Tabelle 1 sind die gemessenen Oberflächenwiderstände in Abhängigkeit von der Prägeanzahl den berechneten Kehrwerten des Oberflächenwiderstandes (Leitwert) gegeπübcrgesteüt. Der Leitweil i&i in guter Näherung der Prageanzahl proportional. Es ist also möglich, durch mehrmaliges Prägen PEDOT/PSS-Schichten mit definiertem Leitwert zu erzeugen.
Fig. 3 zeigt nun einen Mehrschichtkörper 3, der auf einer rechteckförmigen Trägerschicht 31 eine PEDOT/PSS-Schicht 32, gebildet aus drei PEDOT/PSS- Teilschichten 32τ bis 323 aufweist. Die PEDOT/PSS-Teilschicht 32τ ist als ein waagerecht angeordneter streifenförmiger Bereich ausgebildet und ist unmittelbar auf der Trägerschicht 31 angeordnet. Die PEDOT/PSS-Teilschicht 322 ist über der PEDOT/PSS-Teilschicht 32i angeordnet und weist drei voneinander getrennte Bereiche auf, wobei der linke und der mittlere Bereich als senkrecht verlaufende streifenförmige Bereiche ausgebildet sind, die mit den waagerechten Rändern der Trägerschicht 31 abschließen und der rechte Bereich nur den rechten Randabschnitt der PEDOT/PSS-Teilschicht 32-, überdeckt. Die PEDOT/PSS-Teilschicht 313 ist die oberste PEDOT/PSS-Teilschicht und weist zwei voneinander getrennte Bereiche auf. Der linke Bereich der PEDOT/PSS-Teilschicht 313 überdeckt den linken Bereich der PEDOT/PSS-Teilschicht 322 und der rechte Bereich der PEDOT/PSS-Teilschicht 313 überdeckt den rechten Bereich der PEDOT/PSS-Teilschicht 322.
In dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die PEDOT/PSS-Schicht 32 der übersichtlichen Darstellung wegen nur aus drei PEDOT/PSS-Teilschichten gebildet. Es kann aber vorgesehen sein, jede der drei PEDOT/PSS-Teilschichten 32τ bis 323 beispielsweise aus jeweils 7 Teilschichten aufzubauen, so dass der Flächenwiderstand der drei PEDOT/PSS-Teilschichten zusammen etwa 350 Ω ist, die in Fig. 1 beschriebene Prägefolie vorausgesetzt. Bei der vorstehend genannten Ausbildung der drei PEDOT/PSS-Teilschichten sind Teilbereiche gebildet, in denen 7, 14 oder 21 Teilschichten übereinander angeordnet sind, die Flächenwiderstände von 350 Ω, 250 Ω oder 150 Ω aufweisen.
Fig. 4 zeigt den Mehrschichtkörper längs der Schnittlinie IV in Fig. 3. Es ist also nicht nur möglich, den Flächenwiderstand der PEDOT/PSS-Schicht durch die Anzahl der nacheinander aufgebrachten, übereinander angeordneten PEDOT/PSS- Teilschichten einzustellen, sondern den Flächenwiderstand der PEDOT/PSS-Schicht auch lokal zu verändern. Zudem kann ein Widerstandsgradient entlang der Fiächennormaien der PEDüT/PSS-Schicht ausgebildet werden. Auf diese Weise können beispielsweise miteinander und/oder mit anderen Bauelementen verbundene Arbeitswiderstände erzeugt werden, wobei die Bereiche der PEDOT/PSS-Schicht mit geringem Flächenwiderstand Leiterbahnen bilden können, welche die vorbenannten Bauelemente miteinander zu einer elektronischen Schaltung verknüpfen.
Die Fig. 5a und 5b zeigen nun Fertigungsschritte eines Mehrschichtkörpers 4.
Fig. 5a zeigt einen Mehrschichtkörper 4a, der die erste Fertigungsstufe des Mehrschichtkörpers 4 bildet. Der Mehrschichtkörper 4a ist aus einer Trägerschicht 41 und einer ersten PEDOT/PSS-Teilschicht A2y gebildet, welche vollflächig die Trägerschicht 41 bedeckt.
Der Mehrschichtkörper 4a steht in Kontakt mit einer Prägefolie 5, die aus einer Trägerschicht 51 und einer Übertragungsschicht 52 aus PEDOT/PSS gebildet ist. Von der Prägefolie 5 wird nun mittels eines Prägewerkzeugs 53 ein Abschnitt 52p der Übertragungsschicht 52 auf den Mehrschichtkörper 4a übertragen.
Fig. 5b zeigt nun einen Mehrschichtkörper 4b, auf dessen erster PEDOT/PSS- Teilschicht 42i eine zweite PEDOT/PSS-Teilschicht 422 aufgebracht ist, wobei die zweite PEDOT/PSS-Teilschicht 422 aus dem Abschnitt 52p der Übertragungsschicht 52 der Prägefolie 5 gebildet ist (Fig. 5a).
In Fig. 5b ist weiter die von dem Mehrschichtkörper 4b abgezogene Prägefolie 52r dargestellt, die nunmehr eine Rest-Übertragungsschicht 52r aufweist, die nicht mehr den abgelösten Abschnitt 52p aufweist.
Die in Fig. 5a und 5b dargestellten Fertigungsschritte können so oft wiederholt werden, bis die PEDOT/PSS-Schicht in der gewünschten Schichtdicke und/oder Struktur ausgebildet ist. Dabei kann vorgesehen sein, nacheinander unterschiedliche Prägewerkzeuge 53 zu verwenden, um eine oder mehrere Teilschichten der PEDOT/PSS-Schicht unterschiedlich zu strukturieren, wie weiter oben in Fig. 3 und 4 beschrieben. Es kann aber auch vorgesehen sein, die PEDOT/PSS-Schicht mittels eines Thermotransferdruckers zu übertragen und schichtweise aufzubauen, wobei vorgesehen sein kann, die PEDOT/PSb-iSchicht anschließend durch einen thermisches Presswerkzeug zu verfilmen. Zudem kann vorgesehen werden, dass der Prägeuntergrund rau, strukturiert oder teilstrukturiert ist.
Die Fig. 6a bis 11 b zeigen nun Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Prägefolie in schematischer Schnittdarstellung.
Die Prägefolien sind jeweils aus einer Trägerschicht 41 und auf der Trägerschicht 41 angeordneten weiteren Schichten gebildet, wobei die weiteren Schichten eine Übertragungsschicht bilden, die durch einen Prägeprozess unter Temperatur- und/oder Druckeinwirkung auf ein Substrat übertragbar sind. Bei der Trägerschicht handelt es sich beispielsweise um einen PET-Träger mit einer Schichtdicke von 19 bis 23 μm.
Auf der Trägerschicht 41 ist eine PEDOT/PSS-Schicht angeordnet, die eine Ablöseschicht 42a bildet. Dieser grundsätzliche Schichtaufbau ist bei allen in den Fig. 6a bis 11 b dargestellten Ausführungsbeispielen vorgesehen. Die PEDOT/PSS- Schicht weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Dicke von ca. 300 nm auf.
Fig. 6a zeigt eine Prägefolie, deren Übertragungsschicht aus drei Schichten ausgebildet ist. Auf der Ablöseschicht 42a ist eine metallische Schicht 43a angeordnet, die von einer zweiten PEDOT/PSS-Schicht bedeckt ist, die als Klebeschicht 42k ausgebildet ist. Die metallische Schicht kann vorzugsweise aus Silber, Gold, Kupfer, Titan oder Aluminium bestehen.
Die Ablöseschicht 42a und die Klebeschicht 42k können sich in ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder in ihrer Dicke unterscheiden, die so gewählt sind, dass beide PEDOT/PSS-Schichten optimal die zugedachten Funktionen erfüllen. Die Optimierung ist vorzugsweise durch Versuchsreihen vornehmbar. Die in Fig. 6a gezeigte Prägefolie weist N = 1 metallische Schichten und N+1 = 2 PEDOT/PSS-Schichten auf, wobei die Anzahl der Metallarten X = 1 ist.
Die Fiy. 6b zeigt eine Prägefoiie, die prinzipiell wie die in Hg. 6a dargestellte Prägefolie ausgebildet ist, wobei jedoch mehrere übereinander angeordnete metallische Schichten vorgesehen sind. In dem in Fig. 6b dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um drei metallische Schichten 43a, 43b und 43c, die jeweils aus einem anderen Material bestehen. Es kann vorgesehen sein, dass von den drei metallischen Schichten wenigstens zwei mit unterschiedlicher Dicke ausgebildet sind.
Die in Fig. 6b gezeigte Prägefolie weist N = 1 elektronenleitende Schichten auf, die aus X = 3 metallischen Schichten 43a, 43b und 43c besteht und N+1 = 2 PEDOT/PSS-Schichten auf, wobei die Anzahl der Metallarten Z = 3 ist.
Die Fig. 7a zeigt nun eine Prägefolie, die eine weitere PEDOT/PSS-Schicht aufweist. Die weitere PEDOT/PSS-Schicht bildet eine Zwischenschicht 42z, die zwischen zwei metallischen Schichten 4Sa1 und 43a2 angeordnet ist. Die Zwischenschicht 42z ist vorgesehen um beispielsweise die Haftung zwischen den einzelnen metallischen Schichten zu verbessern.
Wie auch in den Ausführungsbeispielen in Fig. 6a und 6b vorgesehen, können sich die drei PEDOT/PSS-Schichten in ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrer Dicke voneinander unterscheiden.
Die in Fig. 7a gezeigte Prägefolie weist N = 2 elektronenleitende Schichten auf, die aus X = 1 metallischen Schichten 43a bestehen, und N+1 = 3 PEDOT/PSS- Schichten auf, wobei die Anzahl der Metallarten Z =X = 1 ist. Fig. 7b zeigt nun eine Prägefolie, die prinzipiell wie die in Fig. 7a beschriebene Prägefolie ausgebildet ist, bei der jedoch die metallischen Schichten aus mehreren rπetaiiischen Schichten 43a-ι, 43a2 bis 43c-i, 43c2 gebildet sind. Die metallischen Schichten weisen jeweils die gleiche Schichtfolge auf, d.h. die Schichtfolge a-b-c.
Die in Fig. 7b gezeigte Prägefolie weist N = 2 elektronenleitende Schichten auf, die aus X = 3 metallischen Schichten 43a-ι, 43a2 bis 43ci, 43c2 bestehen und N+1 = 3 PEDOT/PSS-Schichten auf, wobei die Anzahl der Metallarten Z = X = 3 ist.
Das in Fig. 8a dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Prägefolie, deren Übertragungsschicht 52 prinzipiell wie die Übertragungsschicht 52 in Fig. 7a ausgebildet ist, doch ist die Zwischenschicht 42z nunmehr zwischen metallischen Schichten 43a und 43c aus unterschiedlichem Material angeordnet.
Die in Fig. 8a gezeigte Prägefolie weist N = 2 elektronenleitende Schichten auf, die aus X = 1 metallischen Schichten 43a und 43c bestehen, und N+1 = 3 PEDOT/PSS- Schichten auf.
Das Ausführungsbeispiel in Fig. 8b zeigt eine Prägefolie, deren Übertragungsschicht 52 prinzipiell wie die Übertragungsschicht 52 in Fig. 7b ausgebildet ist, doch weisen die oberhalb und unterhalb der Zwischenschicht 42z angeordneten metallischen Schichten nunmehr eine unterschiedliche Schichtfolge und/oder andere Materialien auf. Die metallische Schicht unterhalb der Zwischenschicht 42z ist aus den übereinander angeordneten Schichten 43a-ι, 43bi und 43a2 gebildet, weist also die Schichtfolge a-b-a auf. Die über der Zwischenschicht angeordnete metallische Schicht ist aus den übereinander angeordneten Schichten 43a3, 43c und 43b2 gebildet, weist also die Schichtfolge a-c-b auf. Wie auch zu den weiter oben angeführten Ausführungsbeispielen der Prägefolie angemerkt, können sich die metallischen Schichten auch in ihrer Dicke unterscheiden sowie die PEDOT/PSS- Schichten in ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrer Dicke. Die in Fig. 8b gezeigte Prägefolie weist N = 2 elektronenleitende Schichten auf, die aus Xi = 3 metallischen Schichten und X2 = 3 metallischen Schichten bestehen, und N+1 = 3 PEDOT/PSS-Schichten auf, wobei die Anzahl der Metallarten Z1 = 3 und Z2 = 2 ist. Allgemein gut für das in Fig. Ba gezeigte Ausführungsbeispiel: Anzahl der Metallarten: Z1 + Z2 + Z3 + ... + ZN mit Z1 < X1, Z2 < X2, Z3 < X3, ..., ZN < XN-
Die Fig. 9a und 9b zeigen nun Ausführungsbeispiele, bei denen nur eine PEDOT/PSS-Schicht vorgesehen ist, und zwar handelt es sich dabei um die Ablöseschicht 42a. Die Ablöseschicht 42a ermöglicht das leichte Ablösen der
Übertragungslage von der Trägerschicht. Es handelt sich hierbei, wie weiter oben dargestellt, um eine nicht verfilmte PEDOT/PSS-Schicht, die von der beispielsweise aus PET bestehenden Trägerschicht leicht ablösbar ist.
Fig. 9a zeigt ein Ausführungsbeispiel, das sich von dem weiter oben in Fig. 6a dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass anstelle der Klebeschicht 42k aus PEDOT/PSS eine Klebeschicht 44 vorgesehen ist, die nicht aus PEDOT/PSS gebildet ist. Diese Schicht kann auch als Grundierungsschicht ausgebildet sein. Wie auch für die anderen Schichten vorgesehen, kann die Klebeschicht 44 auch aus mehreren Schichten gebildet sein. Bei dem Material der Klebeschicht 44 kann es sich beispielsweise um einen Heißkleber handeln. Die Grundierungsschicht kann beispielsweise aus eine Acrylatmischung bestehen. Ferner kann es vorgesehen sein, dass dieser Grundierungsschicht Füllkörper, Additive, etc. beigemischt sind, um gewünschte Eigenschaften zu erzielen.
Die in Fig. 9a gezeigte Prägefolie weist N = 1 metallische Schichten und N = 1 PEDOT/PSS-Schichten auf, wobei die Anzahl der Metallarten X = 1 ist.
Fig. 9b zeigt nun in analoger Weise ein Ausführungsbeispiel, das sich von dem in Fig. 6b dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass anstelle der aus PEDOT/PSS ausgebildeten Klebeschicht 42k die nicht aus PEDOT/PSS gebildete Klebeschicht 44 vorgesehen ist. Die in Fig. 9b gezeigte Prägefolie weist N = 1 elektronenleitende Schichten auf, die aus X = 3 metallischen Schichten 43a, 43b und 43c bestehen und N = 1 PEDOT/PSS-Schichten auf, wobei die Anzahl der Metallarten Z = 3 ist.
Weitere Ausführungsbeispiele, bei denen die aus PEDOT/PSS ausgebildete
Klebeschicht 42k durch die nicht aus PEDOT/PSS gebildete Klebeschicht 44 ersetzt ist, sind in den Fig. 10a (im übrigen wie Fig. 7a), Fig. 10b (im übrigen wie Fig. 7b), Fig. 11a (im übrigen wie Fig. 8a) und Fig. 11 b (im übrigen wie Fig. 11 b) dargestellt.
Es kann vorgesehen sein, dass zur Ausbildung eines Mehrschichtkörpers nacheinander unterschiedliche Prägefolien übereinander abgeformt werden, so dass aus den in den Fig. 6a bis 11 b beispielhaft dargestellten Prägefolien Mehrschichtkörper herstellbar sind, die durch Auswahl der Prägefolien und/oder der Kombination der Prägefolien für eine vorgesehene Funktion optimal ausgebildet sind.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtkörpers mit einer auf einer Trägerschicht angeordneten elektrisch leitfähigen Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Transferfolie (5) mit einer ein elektrisch leitfähiges Polymer aufweisenden Übertragungsschicht (52) bereitgestellt wird, und dass die elektrisch leitfähige Schicht durch Übertragen der Übertragungsschicht (52) von der Transferfolie (5) auf den Mehrschichtkörper (4) ausgebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine nicht verfilmte Übertragungsschicht (52) bereitgestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsschicht (52) als Polymer-Übertragungsschicht ausgebildet ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übertragungsschicht (52) bereitgestellt wird, in der das elektrisch leitfähige Polymer in Domänen konzentriert ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Schicht (42) aus einer oder mehreren übereinander angeordneten Übertragungsschichten (52) durch strukturiertes Prägen der Transferfolie (5) auf den Mehrschichtkörper (4) ausgebildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung von Gradienten des Widerstandes entlang der Flächennormalen der elektrisch leitfähigen Schicht (42) Übertragungsschichten (52) verwendet werden, die eine unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit aufweisen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsschicht (52) beim Übertragen von der Transferfolie (5) auf den Mehrschichtkörper (4) durch Temperatureinwirkung und/oder Druckeinwirkung und/oder chemische Reaktion verfilmt und mit der unter der
Übertragungsschicht (52) angeordneten Schicht des Mehrschichtkörpers (4) verbunden wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Transferfolie (5) verwendet wird, bei der die leitfähige Schicht in andere Schichten eingebettet ist oder von anderen Schichten umgeben ist, die ihrerseits unterschiedliche Eigenschaften aufweisen können.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsschicht (52) nach dem Übertragen von der Transferfolie (5) auf den Mehrschichtkörper (4) durch Temperatureinwirkung und/oder Druckeinwirkung und/oder chemische Reaktion verfilmt und mit der unter der Übertragungsschicht (52) angeordneten Schicht des Mehrschichtkörpers (4) verbunden wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsschicht (52) der Transferfolie (5) aus PEDOT/PSS gebildet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass PEDOT/PSS im Gewichtsverhältnis 1 : 20 bis 1 :1 verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Transferfolie (5) verwendet wird, in der die Bereiche, die herausgelöst werden, in Domänen vorliegen.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Transferfolie (5) bereitgestellt wird, deren Übertragungsschicht (52) eine oder mehrere Schichten (42) bestehend aus einem elektrisch leitfähigen Polymer und eine oder mehrere elektronenleitende Schichten (43) aufweist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren elektronenleitenden Schichten aus einem elektronenleitenden Material, insbesondere aus einem Metall oder einer Metalllegierung bestehen.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der elektronenleitenden Schicht (43) eine Schicht aus Silber,
Gold, Kupfer, Titan, Aluminium oder eine Kombination aus diesen Metallen durch
Sputtern und/oder Bedampfen (52) aufgebracht wird.
16. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der elektronenleitenden Schicht (43) eine elektrisch leitfähige Paste mittels Tiefdruck und/oder Siebdruck und/oder Coaten auf die Übertragungsschicht aufgebracht wird.
17. Transferfolie, insbesondere Prägefolie, mit einer Trägerschicht (41) und einer elektiisuii ieilfäπigen Übertragungsschicht [52), dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsschicht (52) N elektronenleitende Schichten (43) und N+1 Polymerschichten (42) aufweist, wobei abwechselnd eine elektrisch leitfähige Polymerschicht (42) und eine elektronenleitende Schicht angeordnet ist und N > 1 ist.
18. Transferfolie nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronenleitende Schicht (43) aus einer metallischen Schicht besteht.
19. Transferfolie nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronenleitende Schicht (43) aus einer Abfolge von zwei oder mehr metallischen Schichten (43a bis 43c) besteht, wobei jeweils zwei aneinander grenzende metallische Schichten (43a bis 43c) aus unterschiedlichem Material bestehen.
20. Transferfolie nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei einer elektrisch leitfähigen Polymerschicht benachbarten elektronenleitenden Schichten (43) die gleiche Abfolge der metallischen
Schichten (43a bis 43c) aufweisen.
21. Transferfolie nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei einer elektrisch leitfähigen Polymerschicht benachbarten elektronenleitenden Schichten (43) eine unterschiedliche Abfolge der metallischen Schichten (43a bis 43c) aufweisen.
22. Transferfolie nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Schichten aus Silber, Gold, Kupfer, Titan, Aluminium oder einer Kombination aus diesen Metallen bestehen.
23. Transferfolie nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Polymerschicht (42) aus PEDOT/PSS besteht.
24. Transferfolie nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsschicht (52) eine Ablöseschicht (42a) aufweist, die das Ablösen der Übertragungsschicht von der Trägerschicht (41) ermöglicht und dass die Ablöseschicht (42a) aus einem elektrisch leitfähigen Polymer besteht.
25. Transferfolie nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablöseschicht (42a) aus PEDOT/PSS besteht.
26. Transferfolie nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsschicht (52) auf der der Trägerschicht (41 ) abgewandten Seite eine Klebeschicht (42k) zum Festlegen der Übertragungsschicht (52) auf einem Zielsubstrat aufweist und dass die Klebeschicht (42k) aus einem elektrisch leitfähigen Polymer besteht.
27. Transferfolie nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeschicht (42k) aus PEDOT/PSS besteht.
28. Transferfolie nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsschicht (52) auf der der Trägerschicht (41) abgewandten Seite eine Grundierungsschicht aufweist und dass die Grundierungsschicht aus einem elektrisch leitfähigen Polymer besteht.
29. Transferfolie nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundierungsschicht aus PEDOT/PSS besteht.
30. Transferfolie nach einem der Ansprüche 17 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsschicht (52) eine zwischen zwei elektronenleitenden Schichten (43) angeordnete aus einem elektrisch leitfähigen Polymer gebildete
Zwischenschicht (42z) aufweist.
31. Transferfolie nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (42z) aus PEDOT/PSS besteht.
32. Transferfolie nach einem der Ansprüche 18 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Schichten (43a bis 43c) mit unterschiedlicher Dicke ausgebildet sind.
33. Transferfolie nach einem der Ansprüche 17 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Polymerschichten mit unterschiedlicher Dicke ausgebildet sind und/oder eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen.
34. Mehrschichtkörper mit einer strukturierten elektrisch leitfähigen Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Schicht (12, 32) wenigstens zwei übereinander angeordnete elektrisch leitfähige Polymerschichten (12i bis 1222, 32i bis 323) aufweist.
35. Mehrschichtkörper nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die übereinander angeordneten elektrisch leitfähigen Polymerschichten (12i bis 1222, 32i bis 323) aus unterschiedlichem Material gebildet sind.
36. Mehrschichtkörper nach einem der Ansprüche 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Schicht (12, 32) als eine Trennschicht zwischen einer Halbleiterschicht und einer Elektrodenschicht ausgebildet ist.
37. Mehrschichtkörper nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Schicht (12, 32) als eine Leiterbahn ausgebildet ist.
38. Mehrschichtkörper nach einem der Ansprüche 34 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Schicht (12, 32) elektronenleitende Partikel aufweist.
39. Mehrschichtkörper nach einem der Ansprüche 34 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass auf oder unter der elektrisch leitfähigen Schicht (12, 32) mindestens eine elektronenleitende Schicht (43) angeordnet ist.
40. Mehrschichtkörper nach Anspruch 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronenleitenden Partikel und/oder die elektronenleitende Schicht (43) aus Silber, Gold, Kupfer, Titan, Aluminium, einer Kombination aus diesen Metallen oder aus Nanopartikeln bestehen bzw. besteht.
41. Mehrschichtkörper nach einem der Ansprüche 34 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Polymerschicht aus PEDOT/PSS besteht.
42. Mehrschichtkörper nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Polymerschicht aus PEDOT/PSS im Gewichtsverhältnis 1 : 20 bis 1 : 1 gebildet ist.
43. Mehrschichtkörper nach einem der Ansprüche 34 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Schicht (12, 32) auf einer Schicht mit einer rauen und/oder strukturierten und/oder teilstrukturierten Oberfläche angeordnet ist.
44. Mehrschichtkörper nach einem der Ansprüche 34 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Schicht (12, 32) und/oder die elektronenleitende Schicht (43) eine personalisierte Information bereitstellt.
45. Polymer-Solarzelle, umfassend eine elektrisch leitfähige Schicht, gebildet aus einer ein elektrisch leitfähiges Polymer aufweisenden Übertragungsschicht einer Transferfolie.
46. Verwendung einer Transferfolie nach einem der Ansprüche 17 bis 33 zur Herstellung von Antennen.
47. Verwendung einer Transferfolie nach einem der Ansprüche 17 bis 33, als
Vorstufe eines Galvanisierungsprozesses, beispielsweise für Antennen.
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