EP4211731A1 - Beschichtung für ein optoelektronisches bauelement, verfahren zur herstellung einer solchen beschichtung, optoelektronisches bauelement mit einer solchen beschichtung - Google Patents

Beschichtung für ein optoelektronisches bauelement, verfahren zur herstellung einer solchen beschichtung, optoelektronisches bauelement mit einer solchen beschichtung

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EP4211731A1
EP4211731A1 EP20842178.4A EP20842178A EP4211731A1 EP 4211731 A1 EP4211731 A1 EP 4211731A1 EP 20842178 A EP20842178 A EP 20842178A EP 4211731 A1 EP4211731 A1 EP 4211731A1
Authority
EP
European Patent Office
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coating
monomer
optoelectronic component
layer system
layer
Prior art date
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Pending
Application number
EP20842178.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrike Bewersdorff-Sarlette
Andre Weiss
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heliatek GmbH
Original Assignee
Heliatek GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • Optoelectronic components in particular photovoltaic elements, consist of a layer system applied to a substrate, comprising two electrodes, one being applied as a base electrode on the substrate and the other as a cover electrode on the side facing away from the substrate. At least one photoactive layer, preferably an organic photoactive layer, is located between the two electrodes. In addition, further layers can be arranged between the electrodes, for example transport layers.
  • the optoelectronic components with an organic photoactive layer organic optoelectronic components, can be produced, for example, by evaporating the materials, by printing polymers or by processing from a liquid.
  • the basic structure of organic optoelectronic components is disclosed, for example, in WO2004083958A2, WO2006092134A1, WO2010139804A1 or WO2011138021A2.
  • the organic active layers can be made up of polymers or small molecules. Small molecules are understood to mean, in particular, non-polymeric organic molecules with monodisperse molar masses between 100 and 2000 g/mol, which under normal pressure ( air pressure of the atmosphere surrounding us ) and are in the solid phase at room temperature . In particular, the small molecules are photoactive, photoactive meaning that the molecules change their charge state and/or their polarization state when exposed to light.
  • a photoactive layer in a layer system can comprise only one acceptor or only one donor-absorber material or also comprise a combination of several absorber materials of different and/or the same type. Furthermore, materials can be added to the absorber layers in order to improve the absorption properties.
  • the layer system cannot only consist of photoactive (absorber) layers. Rather, further layers, for example transport layers, preferably doped transport layers, can also be introduced in the layer system between individual photoactive (absorber) layers and between a photoactive (absorber) layer and the electrodes.
  • Organic optoelectronic components in particular organic solar cells, consist of a series of thin layers with at least one photoactive layer, which are preferably vacuum-evaporated or processed from a solution.
  • the electrical connection can be made by metal layers, transparent conductive oxides and/or transparent conductive polymers.
  • the vacuum vapor deposition of the organic layers is particularly advantageous in the production of multi-layer solar cells, in particular tandem or triple cells.
  • Organic single or tandem cells are known from the prior art.
  • DE102004014046A1 discloses a photoactive component, in particular a solar cell, consisting of organic layers of one or more stacked pi, ni and/or pin diodes.
  • Organic optoelectronic components in particular organic solar cells or organic photodetectors, show a greatly reduced service life through direct contact with air, in particular oxygen, and/or moisture, in particular water, and must therefore be adequately protected by a barrier layer and/or a
  • Encapsulation are protected.
  • the encapsulation can Barrier films or be performed by a direct encapsulation.
  • Photovoltaic elements are structured using laser processes. This process is primarily used in the roll-to-roll process, both for the interconnection of individual solar cell strips on a module and for the electrical separation of individual cells.
  • a problem in the production of optoelectronic components with organic layers in the roll-to-roll process is that the substrates are only separated from one another by electrical insulation, usually introduced by laser processes or lithographic-chemical or mechanical processes. The substrates are on the roll and must be separated from one another for completion and adequately protected from external environmental influences. As a result, bulges, so-called laser scribes, arise primarily during the laser structuring of the electrodes, which can damage the module if the module is wound up without a covering layer.
  • a protective layer is therefore required to protect the optoelectronic component. This ensures a damage-free transfer to a subsequent machine and less sensitive further processing of the optoelectronic component, in which touches on both sides of the film are also possible.
  • a polymer film is applied as a protective layer.
  • DE 10 2004 024 461 A1 discloses the production of an organic component in a roll-to-roll process, with the active regions of the semiconductor layer not being exposed to unprotected solvents and/or solvent vapors at any time during the production process.
  • DE102015116418A1 discloses a protective layer and a method for applying the protective layer as part of a continuous roll-to-roll process for producing a semi-finished product of organic electronic components, comprising a layer stack on a substrate film, the protective layer protecting the layer stack from environmental influences before and during final production and protects against damage caused by handling.
  • a protective layer material that is at least temporarily fluid in the application phase can be crosslinked or cured and is compatible with the layer stack in the fluid and solid phase and with the conditions during the roll-to-roll process is applied in such a way that a functional protective layer forms.
  • a disadvantage of the prior art is that such coatings cannot be applied directly to a photoactive layer system, in particular electrodes or photoactive layers, since these are damaged.
  • the method is not suitable for a roll-to-roll method for producing optoelectronic components; in particular, simply covering the layer system is not sufficient in the roll-to-roll method for producing large-area solar cells because this can cause short circuits.
  • the invention is therefore based on the object of providing a coating for planarizing and stabilizing a laser-structured surface of an optoelectronic component, a method for coating a surface of a laser-structured optoelectronic component with such a coating, an optoelectronic component with such a coating, and the use of such a coating as winding protection for an optoelectronic component and/or for a semi-finished product for producing an optoelectronic component, with the disadvantages mentioned not occurring, and with in particular a protective layer being able to be applied to a layer system of an electronic component without negative interactions with the layer system, in particular Electrodes and / or a photoactive layer of the layer system occur.
  • a coating is provided in particular with direct contact of the coating or diffusion contact of the coating with an electrode or a photoactive layer, in particular an organic photoactive layer, with the function thereof in particular not being impaired and in particular not being damaged.
  • the technical problem on which the present invention is based is, on the one hand, to stabilize bulges, in particular caused by laser structuring of the individual layers of the layer system of the optoelectronic component, in order to achieve a sealing or to allow tight enclosure by means of a thin layer, which eliminates the disadvantages found in the prior art and on the other hand can be integrated into a roll-to-roll process.
  • the coating is intended in particular to enable protection and winding of the semi-finished product, which can then be further processed.
  • the object is achieved in particular by providing a coating for planarizing and stabilizing a laser-structured surface of an optoelectronic component, the optoelectronic component having a layer system, the layer system comprising a first electrode, a second electrode, and at least one photoactive layer, the at least one photoactive layer is arranged at least partially between the electrodes, and wherein the layer system is laser-structured.
  • the coating has a polythiolene matrix, preferably consists of a polythiolene matrix, the polythiolene matrix being formed by polymerisation of at least one first monomer and one second monomer, the first monomer being a polyfunctional thiol with at least three thiol groups preferably terminally arranged thiol groups, the second monomer being a polyfunctional alkene having at least two CC double bonds preferably terminally arranged CC double bonds, and wherein the coating is arranged on the optoelectronic component and at least partially has direct contact with the layer system and/or a diffusion contact with the layer system for at least the first monomer and/or the second monomer.
  • R 1 is an organic radical having at least two thiol groups, preferably an alkyl radical having at least two thiol groups.
  • R 2 is an organic radical having at least one CC double bond, preferably an alkyl radical having at least one CC double bond.
  • the layer system of the optoelectronic component in particular electrodes or a photoactive layer of the Layer system, protected for a transport and / or a phase of final production from environmental influences and damage during further processing.
  • the coating is electrically insulating, at least in the hardened state.
  • the laser-structured surface of the layer system is planarized and stabilized by the coating according to the invention.
  • the optoelectronic component can be a semi-finished product or a finished product.
  • the optoelectronic component has a substrate, with the layer system being arranged on the substrate.
  • the layer system has further functional layers, in particular transport and/or passivation layers.
  • a coating is understood to mean in particular a protective layer, preferably a barrier layer, to prevent the permeability of external influences, preferably air, in particular oxygen, and/or moisture, in particular water, to increase the mechanical resistance, in particular scratch resistance.
  • the coating is a barrier layer.
  • a barrier layer is understood to mean, in particular, a protective layer that forms a barrier against chemical compounds, contaminants, moisture and/or oxygen.
  • the barrier layer is in particular a protective layer to prevent the permeability of external influences, in particular atmospheric oxygen and/or moisture, a protective layer to increase the mechanical resistance, in particular scratch resistance, and/or a filter layer, preferably a layer with a UV filter.
  • Laser structuring of an optoelectronic component in particular of electrodes, layers of a layer system and/or of a layer system, is understood to mean in particular an interconnection of individual photovoltaic cells on an optoelectronic component or an electrical separation of photovoltaic cells.
  • the at least one photoactive layer is at least partially uncovered and not completely covered by an electrode, in particular an electrode layer.
  • Laser patterning creates a topology, morphology, particles, and/or bulges that result in an uneven, non-planar surface.
  • the laser structuring can cause bulges, so-called laser scribes, which exceed the height of the layers of the flat topology of a layer system of an organic photovoltaic element many times over.
  • further layers in particular a barrier layer, can only be applied with difficulty on the one hand, and on the other hand a layer that has already been applied can be damaged during subsequent encapsulation.
  • an optoelectronic component in particular the layer system
  • unevennesses of the surface are covered to such an extent that unevennesses, in particular bulges, for example due to the laser structuring of the layer system, are covered.
  • an optoelectronic component with a uniform layer thickness is obtained as a result of the planarization.
  • more material is applied to lower-lying areas on the surface of the optoelectronic component Coating applied than to higher lying areas. After applying the planarization layer or the coating, the optoelectronic component with the layer system is largely planar.
  • Stabilization means in particular stabilization of a specific surface structure of the layer system, in particular a topology and/or a morphology of the layer system. Ideally, the stabilization allows winding and unwinding during the later process steps for producing the end product in the roll-to-roll process and/or during the winding of the end product.
  • stabilization means fixing of the laser-structured surface of the optoelectronic component.
  • the planarization and stabilization of the bulges caused by laser structuring is ensured by the coating according to the invention.
  • the optoelectronic component is an LED, an OLED, a photovoltaic element, in particular a solar cell, an organic photovoltaic element, in particular an organic solar cell, or a photodetector, in particular an organic photodetector.
  • At least one photoactive layer is at least partially arranged on the surface of the layer system and/or is at least partially accessible from the surface of the layer system, in particular the layer system has grooves or channels for this purpose formed by laser structuring.
  • the layer system is preferably not completely covered by the electrodes.
  • Coating arranged on the optoelectronic component, wherein the coating at least partially direct contact with at least a photoactive layer of the layer system and/or a diffusion contact with at least one photoactive layer of the layer system for at least the first monomer and/or the second monomer.
  • the coating is arranged on a diffusion-permeable adjacent layer of the layer system.
  • the coating is arranged on a barrier layer already arranged on the layer system or is applied to a barrier layer already arranged on the layer system, the barrier layer not completely sealing the optoelectronic component, in particular the layer system, so that at least partially In other words, there is direct contact between the coating and the layer system at individual points, in particular as a result of fine cracks, imperfections and/or a barrier layer that is not formed cleanly, for example through an SiOCH layer arranged on the layer system.
  • a SiOCH layer is understood to mean, in particular, a layer which comprises silicon oxide (SiOx), which is given organic properties by means of a proportion of carbon, d. H . the carbon content influences the chemical structure and the polymer-like, partially cross-linked chain structure.
  • the material is more elastic and flexible than SiOx , it is a nanoporous material that has flexible and / or elastic properties .
  • Direct contact of the coating with the layer system is understood to mean in particular direct contact of at least one component, in particular at least the first monomer and/or the second monomer, with the layer system, in particular an electrode and/or a photoactive layer of the layer system.
  • the direct contact can arise, for example, due to an incomplete arrangement of an electrode on the at least one photoactive layer, due to the laser structuring of the layer system or due to cracks in an electrode and/or a protective layer arranged on the electrode.
  • Diffusion contact of the coating with the layer system means, in particular, indirect contact of at least one component of the coating, in particular the first monomer and/or the second monomer, via at least one intermediate material, in particular at least one intermediate layer, with the layer system, in particular an electrode and/or a photoactive layer of the layer system, wherein the at least one component of the coating can pass through the at least one intermediate material, in particular the at least one intermediate layer.
  • the coating does not contain any material that is incompatible with the layer system, in particular no incompatible solvent, and/or moisture that can impair and/or damage the layer system.
  • the coating is not formed from acrylates and/or methacrylates. In a preferred embodiment of the invention, the coating does not contain any polyacrylates.
  • the coating contains no siloxane (polysiloxane) and/or no silane.
  • the coating is water and solvent-free. This avoids or at least reduces the release of the organic materials from the layer system and/or disintegration of the layer system, for example through diffusion.
  • the coating is applied completely to the optoelectronic component. In a preferred embodiment of the invention, the coating is arranged over the entire surface of the optoelectronic component. In a further preferred embodiment of the invention, the coating is applied to the layer system in some areas. In a preferred embodiment of the invention, contact points of the optoelectronic component are of the Coating kept free, preferably without having to subsequently free them from a protective layer.
  • the photovoltaic element has a cell with at least one photoactive layer, in particular a CIS, CIGS, GaAs, or Si cell, a perovskite cell or an organic photovoltaic element (OPV), a so-called organic solar cell.
  • An organic photovoltaic element is understood to mean in particular a photovoltaic element with at least one organic photoactive layer, in particular a polymeric organic photovoltaic element or an organic photovoltaic element based on small molecules.
  • the organic photoactive layer is in particular a photoactive layer in which excitons (electron-hole pairs) are formed by radiation of visible light, UV radiation and/or IR radiation.
  • the organic materials are printed, glued, coated, steamed or otherwise applied to the foils in the form of thin films or small volumes.
  • the at least one photoactive layer is formed from organic materials, preferably from small organic molecules or polymeric organic molecules, particularly preferably from small organic molecules.
  • the photoactive layer of the layer system comprises small molecules which can be evaporated in a vacuum.
  • the layers of the layer system are applied by evaporating small organic molecules.
  • the coating according to the invention for planarizing and stabilizing a laser-structured surface of an optoelectronic component has advantages compared to the prior art.
  • the inventive Coating can be applied directly to the electrodes and / or the photoactive layer of a layer system without damaging them.
  • the coating protects the layer system from environmental influences and damage before and during the final production.
  • the coating can advantageously be applied in liquid form directly to the layer system, in particular the electrodes and/or the photoactive layer, without damaging them.
  • the coating according to the invention advantageously adheres particularly well to optoelectronic components.
  • the coating prevents short circuits caused by the bulges turning over or folding in after the laser structuring.
  • a closed planar topology is advantageously provided.
  • subsequent encapsulation can be applied more easily, for example thin-layer encapsulation.
  • the method can advantageously be carried out in a roll-to-roll process for producing an optoelectronic component.
  • the adhesion of a subsequently applied barrier layer or an encapsulation is advantageously improved.
  • the coating prevents the layer system from detaching from the substrate, in particular when unrolling in a roll-to-roll process, in particular in the case of longer storage times before further processing in the case of semi-finished products.
  • winding and unwinding is made possible during the roll-to-roll process.
  • the coating advantageously protects the organic photoactive layer system from undesired interaction, in particular with the adhesive.
  • several consecutive roll-to-roll systems can be used for the complete production of an end product of the optoelectronic component.
  • the layer system is protected from solvents and/or mechanical stress by the coating between the work steps.
  • the method for producing the coating is simple, flexible and inexpensive, and can be integrated into a roll-to-roll process.
  • a roll-to-roll process is understood to mean, in particular, the production of flexible electronic components that are printed on a web of flexible plastic or metal foil.
  • the substrate, which is on a roll is unrolled, processed and finally rolled up again.
  • a roll-to-roll process is understood to mean, in particular, a continuous process in which individual components are processed one after the other. In particular, this means that at least optoelectronic components or semi-finished products of optoelectronic components are produced in more than one process step using a continuous process.
  • the roll-to-roll method is characterized, for example, by a continuous substrate, in particular made of a plastic film, for example PET or PEN.
  • materials are applied to this substrate, in particular by vapor deposition, printing, coating, sputtering or plasma deposition.
  • the coating is at least largely permeable to light in the visible wavelength range, in particular at least largely transparent.
  • the coating is arranged in a form-fitting manner, in particular cohesively, on the optoelectronic component.
  • An optoelectronic component is understood to mean, in particular, a photovoltaic element.
  • a photovoltaic element is understood to mean in particular a photovoltaic cell, in particular a solar cell.
  • the photovoltaic element is preferably made up of a number of photovoltaic cells which can be connected in series or in parallel.
  • the multiple photovoltaic cells can be arranged and/or connected in different ways in the optoelectronic component.
  • an optoelectronic component is understood to mean a semifinished product of an optoelectronic component.
  • the first monomer has at least four thiol groups, with the thiol groups preferably being arranged in each case at a terminal end.
  • the second monomer has at least three C-C double bonds, preferably at least four C-C double bonds, with the C-C double bonds preferably being arranged in each case at a terminal end.
  • the polythiolene matrix is additionally formed from at least one third monomer and/or at least one further component, the at least one third monomer having at least two thiol groups, the thiol groups preferably each are arranged at a terminal end, and wherein the at least one further component is selected from the group consisting of an additive, a flame retardant, a filler, an inhibitor, an initiator, and a stabilizer.
  • the coating is additionally formed from at least one third monomer, the at least one third monomer having at least two thiol groups, preferably at least three thiol groups, with the thiol groups preferably each being arranged at a terminal end are .
  • the coating is additionally formed from at least one fourth monomer, the at least one fourth monomer having at least one CC double bond, the CC double bond preferably being located at a terminal end, particularly preferably having at least one fourth Monomer at least two CC double bonds, wherein the CC double bonds are preferably arranged in each case at a terminal end.
  • the coating has at least one compound with a functional urethane group, preferably with at least two functional urethane groups, preferably with three functional urethane groups, a urethane group, also referred to below as urethane, meaning an -NH-CO-O-group.
  • the coating contains at least one urethane in an amount of 5 to 30% by weight of the coating, based on the total weight of the coating, preferably 10 to 30% by weight, preferably 15 to 30% by weight. -%, preferably from 5 to 20% by weight, preferably from 5 to 10% by weight, preferably from 10 to 20% by weight, or preferably from 15 to 30% by weight, the urethane being a functional urethane group, or preferably has two urethane functional groups.
  • the first monomer and/or the third monomer has at least one urethane group.
  • the first monomer is a mercaptoester, preferably the first monomer is selected from the group consisting of:
  • the CC double bonds are allyl groups and/or vinyl groups, with the second monomer preferably being a triallyl isocyanurate or a triallyl cyanurate, particularly preferably selected from the group consisting of:
  • the molar ratio of the first monomer to the second monomer is 2:1 to 0.7:1, preferably 2:1 to 1:0.9, preferably 1.6:1 to 1:0 .9, preferably 1.5:1 to 1:1, or preferably 1.2:1 to 1:1.
  • the coating in particular the monomer mixture, has a proportion of the at least one first monomer of 30 to 60% by weight, preferably 35 to 60% by weight, preferably 30 to 55% by weight. -%, preferably from 30 to 50% by weight, or preferably from 35 to 50% by weight, based on the total weight of the coating, in particular based on the total weight of the monomer mixture.
  • the coating in particular the monomer mixture, has a proportion of the at least one second monomer of 10 to 60% by weight, preferably 20 to 60% by weight, preferably 30 to 55% by weight. %, preferably from 10 to 50% by weight, preferably from 10 to 40% by weight, or preferably from 10 to 30% by weight, based on the total weight of the coating, in particular based on the total weight of the monomer mixture .
  • the coating is formed from a proportion of the first monomer and the second monomer of at least 60% by weight, preferably at least 70% by weight, preferably at least 80% by weight, preferably at least 85% weight -%, preferably at least 90 wt. -%, preferably at least 95
  • weight -% preferably at least 98 wt. -%, preferably at least 99
  • weight -% preferably at least 99.5 wt. -% , or preferably at least
  • the coating has flexible properties, with an elasticity (modulus of elasticity) of the coating, preferably the polythiolene matrix, being 80,000 psi to 360,000 psi, preferably 100,000 psi to 300,000 psi, preferably 120,000 psi 260,000 psi, or preferably 100,000 psi to 200,000 psi.
  • the elasticity preferably relates to a cured coating, preferably a cured, in particular crosslinked, polythiolene matrix.
  • the layer thickness of the coating is 1 ⁇ m to 2000 ⁇ m, preferably 1 ⁇ m to 1000 ⁇ m, preferably 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably 1 ⁇ m to 10 ⁇ m, preferably 5 ⁇ m to 1000 ⁇ m, preferably 10 ⁇ m ⁇ m to 1000 ⁇ m, preferably 10 ⁇ m to 500 ⁇ m, preferably 10 ⁇ m to 200 ⁇ m, preferably 10 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably 20 ⁇ m to 200 ⁇ m, preferably 20 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably 20 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably 50 ⁇ m to 500 pm, preferably 50 pm to 200 pm, or preferably 50 pm to 100 pm.
  • the layer thickness of the coating is at least 100 ⁇ m, preferably at least 1000 ⁇ m, or preferably at least 2000 ⁇ m.
  • At least two layers of the coating are arranged on the optoelectronic component, preferably three layers of the coating.
  • the layer thickness of the coating is adapted in such a way that the coating completely covers particles and bulges formed by the laser structuring. In a preferred embodiment of the invention, the coating completely covers the layer system. In an alternative preferred embodiment of the invention, the coating does not cover the area of the busbar and/or the contacts. According to one development of the invention, it is provided that an SiOCH layer is at least partially arranged between the coating and the optoelectronic component, in particular between the coating and the layer system of the optoelectronic component.
  • the object of the present invention is also achieved by providing a method for coating a surface of a laser-structured optoelectronic component with a coating according to the invention, in particular according to one of the exemplary embodiments described above.
  • the method comprises the following steps: a) providing an optoelectronic component with a layer system having a first electrode, a second electrode and at least one photoactive layer which is arranged between the two electrodes, the optoelectronic component being laser-structured, b) providing at least a first monomer and a second monomer, wherein the first monomer is a polyfunctional thiol having at least three thiol groups, and the second monomer is a polyfunctional alkene having at least two CC double bonds, c) mixing the at least first monomer and second monomer , wherein a monomer mixture is obtained, d) application of the monomer mixture to the optoelectronic component, wherein the first monomer and/or the second monomer are at least partially in direct contact
  • At least the photoactive layer of the layer system with small molecules is vapor-deposited in a vacuum.
  • the coating is formed at least partially directly on the layer system, in particular at least partially directly on the at least one photoactive layer, in particular the monomer mixture for forming the coating is at least partially directly on the layer system, in particular at least partially applied directly to the at least one photoactive layer.
  • the at least one first monomer and the at least one second monomer in step b) are provided as a monomer mixture, so that there is no mixing in step c).
  • the process is carried out under an inert gas, preferably nitrogen.
  • the proportion of the first monomer and the second monomer in the monomer mixture is at least 60% by weight. -%, based on the total weight of the monomer mixture, preferably at least 70 wt. -%, preferably at least 80 wt. -%, preferably at least 85 wt. -%, preferably at least 90 wt. -%, preferably at least 95 wt. -%, preferably at least 98 wt. -%, or preferably at least 99 wt. -% .
  • the monomer mixture is applied in liquid form.
  • the monomer mixture does not contain any material that is incompatible with the layer system, in particular no incompatible solvent, and/or moisture that can impair and/or damage the layer system.
  • the monomer mixture contains no acrylate and/or methacrylate.
  • the monomer mixture has at least one initiator and/or at least one catalyst for accelerating and/or improving the polymerization of the at least first and second monomer.
  • the viscosity of the monomer mixture is 200 mPas to 9000 mPas, preferably 200 mPas to 3000 mPas, preferably 200 mPas to 2000 mPas, preferably 200 mPas to 1000 mPas, preferably 300 mPas to 3000 mPas, preferably 300 mPas to 2000 mPas, preferably 300 mPas to 1000 mPas, preferably 1000 mPas to 5000 mPas, preferably 1000 mPas to 4000 mPas, preferably 2000 mPas to 4000 mPas, preferably 1000 mPas to 3000 mPas, or preferably 1500 mPas to 250 mPas
  • the monomer is 200 mPas to 9000 mPas, preferably 200 mPas to 3000 mPas, preferably 200 mPas
  • the monomer mixture is cured by means of UV curing, dual curing, thermal curing and/or a reaction gas.
  • the monomer mixture is applied to the optoelectronic component at a temperature of from 20.degree. C. to 60.degree. C., preferably from 20.degree. C. to 50.degree. C., preferably from 20.degree. C. to 40.degree 20°C to 30°C, preferably from 25°C to 50°C, preferably from 25°C to 40°C, or preferably from 30°C to 50°C.
  • the applied monomer mixture is cured at a temperature of 30°C to 200°C, preferably 50°C to 150°C, preferably 80°C to 150°C, preferably 30°C to 100°C, preferably from 50°C to 100°C, preferably from 50°C to 80°C, or preferably from 30°C to 60°C.
  • the time required to dry the applied monomer mixture is chosen in particular depending on the type of monomer mixture and on the layer thickness of the applied monomer mixture.
  • the applied monomer mixture is dried over a period of 10 s to 300 s, preferably 10 s to 200 s, preferably 10 s to 100 s, preferably 10 s to 50 s, or preferably 10 s to 20 s.
  • the applied monomer mixture is dried at a temperature of 30°C to 70°C, preferably 30°C to 60°C, preferably 30°C, in particular after the monomer mixture has cured to 50°C, preferably from 30°C to 40°C, preferably from 40°C to 60°C, or preferably from 40°C to 50°C.
  • the method is carried out in a roll-to-roll process, preferably a continuous roll-to-roll process.
  • the substrate is in particular rolled onto a roll and thus runs continuously into a closed system. This is where the layer system is formed.
  • the layer system is preferably manufactured under vacuum. If the optoelectronic component is a semi-finished product, then the semi-finished product can be supplied for further processing. Due to the coating, in particular the coating as anti-winding protection, the semi-finished product is not damaged either by rolling up or by touching the surfaces.
  • the anti-wrap device prevents the layer system from detaching from the substrate, for example when it is being rolled up and down.
  • the monomer mixture is applied by means of a printing process, preferably a screen printing process, a plotting process, an inkjet printing process or a 3D printing process, a slot nozzle process, a commabar process or a Knife method, and wherein preferably the pressure for applying the monomer mixture is less than 200 kPa, preferably less than 50 kPa, preferably less than 10 kPa, or preferably less than 5 kPa.
  • the coating can be applied to the optoelectronic component either permanently or temporarily.
  • Temporary is understood in particular to mean that the coating can be removed without leaving any residue during further processing of the optoelectronic component as a semi-finished product, so that the removal of the additional layer does not cause any damage to the layer system.
  • the coating is applied as a temporary coating and can be removed again without residue at a later point in time before further processing of the optoelectronic component, the layer system not being damaged when the coating is removed.
  • the coating is structured on the surface so that a subsequent adhesive layer and/or barrier layer adheres better.
  • the object of the present invention is also achieved by providing an optoelectronic component, preferably a flexible optoelectronic component, with a coating according to the invention and/or produced according to a method according to the invention, in particular according to one of the exemplary embodiments described above.
  • an optoelectronic component preferably a flexible optoelectronic component
  • a coating according to the invention and/or produced according to a method according to the invention in particular according to one of the exemplary embodiments described above.
  • the optoelectronic component there are in particular the advantages which have already been described in connection with the coating for planarization and stabilization of a laser-structured surface of an optoelectronic component and with the method for coating a surface of a laser-structured optoelectronic component.
  • the optoelectronic component has a layer system with at least two electrodes and at least one photoactive layer, the at least one photoactive layer being arranged between the two electrodes, the coating at least partially having direct contact with the layer system and/or a diffusion contact with the layer system.
  • the optoelectronic component is a flexible optoelectronic component component .
  • the flexible optoelectronic component is a flexible photovoltaic element, in particular a flexible organic photovoltaic element.
  • a flexible optoelectronic component is understood to mean, in particular, an optoelectronic component that can be bent and/or stretched in a specific area.
  • the object of the present invention is also achieved by providing a use of a coating according to the invention as winding protection for an optoelectronic component and/or for a semi-finished product for producing an optoelectronic component, preferably in a roll-to-roll process, in particular after one of the exemplary embodiments described above.
  • This results in the use of the coating in particular the advantages that have already been mentioned in connection with the coating for planarization and stabilization of a laser-structured surface of an optoelectronic component, with the method for coating a surface of a laser-structured optoelectronic component, and the optoelectronic component with a coating according to the invention were described.
  • the coating protects the optoelectronic component and/or the semifinished product, in particular the layer system of the optoelectronic component and/or the semifinished product, at least temporarily from external influences, with the optoelectronic component and/or the semifinished product not being damaged.
  • Winding protection means in particular, a protective layer for protecting an optoelectronic component from environmental influences and/or damage. After the application of the coating as winding protection, a transfer of an optoelectronic component coated with the coating into a further system is made possible, in which further processing steps are carried out.
  • the optoelectronic component is a semi-finished product, correspondingly optoelectronic component to which the coating is applied, a semi-finished product for producing a finished optoelectronic component.
  • a semi-finished product is understood to mean, in particular, a preliminary stage of an optoelectronic component in which at least one further method step is necessary, ie further processing is necessary in order to obtain a finished optoelectronic component.
  • a semi-finished product is preferably understood to mean an optoelectronic component, in particular a photovoltaic cell, which does not yet have a barrier layer or not yet have all the barrier layers and/or is not yet encapsulated.
  • the optoelectronic component is preferably provided with all barrier layers and/or encapsulated after the final production, in particular equipped with the necessary connections for electrical contacting.
  • the coating can be removed from the semifinished product without leaving any residue before the optoelectronic component is finished, so that the optoelectronic component, in particular the layer system of the optoelectronic component, and/or the semifinished product are not damaged when the coating is removed.
  • Fig. 1 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a layer system of an optoelectronic component in cross section
  • Fig. 2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an optoelectronic component with a coating for planarization and stabilization of a laser-structured surface of the optoelectronic component in cross section;
  • Fig. 3 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an optoelectronic component with a SiOCH layer and with a coating for planarization and stabilization of a laser-structured surface of the optoelectronic component in cross section;
  • Fig. 4 shows a schematic representation of an embodiment of a method for coating a surface of a laser-structured optoelectronic component with a coating in a flow diagram
  • Fig. 6 in one embodiment an influence of the monomers of a coating according to the invention and a coating not according to the invention on the photoactive layer of a layer system.
  • the exemplary embodiments relate in particular to an optoelectronic component produced in a roll-to-roll process, preferably containing organic layers containing materials based on small molecules.
  • Fig. 1 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a layer system 7 of an optoelectronic component 100 in cross section;
  • the optoelectronic component 100 in particular an organic photovoltaic element, consists of a sequence of thin layers, with the layer system 7, with at least one photoactive layer 4, which are preferably vacuum-deposited or processed from a solution.
  • the electrical connection can be made by metal layers, transparent conductive oxides and/or transparent conductive polymers.
  • the vacuum vapor deposition of the organic layers is particularly advantageous in the production of multi-layer photovoltaic elements, in particular tandem or triple cells.
  • a layer system 7 of such an optoelectronic component 100 is shown in one exemplary embodiment in FIG. 1 .
  • the Optoelectronic component 100 has a layer system 7 with at least two electrodes 2 , 6 and at least one photoactive layer 4 with at least one absorber material on a substrate 1 , the at least one photoactive layer 4 being arranged between the two electrodes 2 , 6 .
  • the layer system 7 with the electrodes 2 , 6 is laser structured.
  • the layer system 7 can also have a hole transport layer 5 and a charge carrier layer 3 .
  • Fig. 2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an optoelectronic component 100 with a coating 10 for planarization and stabilization of a laser-structured surface 11 of the optoelectronic component 100 in cross section. Elements that are the same and have the same function are provided with the same reference symbols, so that reference is made to the previous description.
  • the coating 10 for planarizing and stabilizing a laser-structured surface 11 of an optoelectronic component 100 is at least partially arranged on the layer system 7 of the optoelectronic component 100, the optoelectronic component 100 having a layer system 7, the layer system 7 having a first electrode 2, a second electrode 6 , and at least one photoactive layer 4 , the at least one photoactive layer 4 being arranged at least partially between the electrodes 2 , 6 , and the layer system 7 being laser-structured.
  • the coating 10 has a polythiolene matrix, preferably consists of a polythiolene matrix, the polythiolene matrix being formed by means of polymerization from at least a first monomer and a second monomer, the first monomer being a polyfunctional thiol with at least three thiol groups is preferably terminally arranged thiol groups, the second monomer being a polyfunctional alkene having at least two CC double bonds preferably terminally arranged CC double bonds, and wherein the coating 10 is arranged on the optoelectronic component 100 and at least partially has direct contact with the layer system 7 and/or a diffusion contact with the layer system 7 for at least the first monomer and/or the second monomer.
  • the provided optoelectronic component 100 was produced in particular in a roll-to-roll process.
  • the coating 10 of the optoelectronic component 100 can be applied directly to the electrodes 2, 6 and/or the photoactive layer 4 of a layer system 7 without damaging them, with a planar topology being provided in particular.
  • the coating 10 can be applied directly to the layer system 7 in liquid form.
  • the method can advantageously be carried out in a roll-to-roll process for producing an optoelectronic component 100 or a semifinished product thereof.
  • the coating 10 can be wound up and unwound during the roll-to-roll process.
  • the coating 10 prevents the layer system 7 from becoming detached from the substrate 12 , in particular when unrolling in a roll-to-roll process, in particular during further processing of semi-finished products of the optoelectronic component 100 .
  • the coating 10 advantageously protects the layer system 7 from environmental influences and damage before and during the final production.
  • the first monomer has at least four thiol groups, with the thiol groups preferably being arranged in each case at a terminal end.
  • the second monomer has at least three CC double bonds, preferably at least four CC double bonds, the CC double bonds preferably each being located at a terminal end.
  • the polythiolene matrix is additionally formed from at least one third monomer and/or at least one further component, the at least one third monomer having at least two thiol groups, the thiol groups preferably each being at a terminal End are arranged, and wherein the at least one other component is selected from the group consisting of an additive, a flame retardant, a filler, an inhibitor, an initiator, and a stabilizer.
  • the first monomer is a mercaptoester, preferably the first monomer is selected from the group consisting of:
  • the CC double bonds are allyl groups and/or vinyl groups, the second monomer preferably being a triallyl isocyanurate or a triallyl cyanurate, particularly preferably selected from the group consisting of:
  • the molar ratio of the first monomer to the second monomer is 2:1 to 1:0.9, preferably 1.5:1 to 1:1, or preferably 1.2:1 to 1:1.
  • the first monomer is present in at least a slight excess.
  • the coating contains at least one urethane in an amount of 5 to 40% by weight of the coating, based on the total weight of the coating, preferably 5 to 30% by weight, preferably 10 to 30% by weight. -%, preferably from 15 to 30% by weight, preferably from 5 to 20% by weight, preferably from 5 to 10% by weight, preferably from 10 to 20% by weight, or preferably from 15 to 30% by weight %.
  • compositions are available from Nordland Products Inc., for example, under the designations NOA61, NOA63, NOA65 or NOA68.
  • NOA61 contains 55-57% by weight of a tetrathiol and 43-45% by weight of a triallyl isocyanurate.
  • NOA63 contains 70-75% by weight of NOA61 and 15-30% by weight of a urethane.
  • the coating 10 has flexible properties, with an elasticity (modulus of elasticity) of the coating 10, preferably the polythiolene matrix, being 80,000 psi to 360,000 psi, preferably 100,000 psi to 300,000 psi, particularly preferably 120,000 psi to 260,000 psi, and/or the layer thickness of the coating 10 is 1 pm to 2000 pm, preferably 1 pm to 1000 pm, or preferably 20 pm to 100 pm.
  • an elasticity (modulus of elasticity) of the coating 10 preferably the polythiolene matrix, being 80,000 psi to 360,000 psi, preferably 100,000 psi to 300,000 psi, particularly preferably 120,000 psi to 260,000 psi, and/or the layer thickness of the coating 10 is 1 pm to 2000 pm, preferably 1 pm to 1000 pm, or preferably 20 pm to 100 pm.
  • an SiOCH layer 14 is arranged at least partially.
  • the SiOCH layer 14 can be produced using plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) methods, such as hollow-cathode-supported PECVD (arcPECVD) methods, via an HMDSO precursor or bis-trimethylsilymethane (BTMSM) precursor or tetraethylorthosilicate (TEOS) precursor or tetramethylsilane (TMS) precursor or hexamethyldisilazane (HMDSN) precursor are deposited.
  • PECVD plasma-enhanced chemical vapor deposition
  • the optoelectronic component 100 is a flexible optoelectronic component 100, with a coating 10 according to the invention and/or produced according to a method according to the invention, having a layer system 7 with at least two electrodes 2, 6 and at least one photoactive layer 4, wherein the at least one photoactive layer 4 is arranged between the two electrodes 2 , 6 , the coating 10 at least partially having direct contact with the layer system 7 and/or a diffusion contact with the layer system 7 .
  • the optoelectronic component 100 is preferably a photovoltaic element, particularly preferably a flexible organic photovoltaic element.
  • the production of the organic optoelectronic component 100 in the roll-to-roll process takes place by providing a substrate 12 to which the layer system 7 is applied, with the first electrode 2 in particular first and then both the absorber also being (partially) doped and/or or undoped transport layers, in particular the photoactive layer 4, are applied.
  • the second electrode 6 is then applied.
  • individual applied layers are at least partially laser-structured, or the layer system 7 is at least partially laser-structured after all layers have been applied.
  • Barrier layer 13 are applied to protect against moisture and / or atmospheric oxygen.
  • the coating 10 can have a layer thickness of 10 ⁇ m to 2000 ⁇ m, preferably from 100 ⁇ m to 1000 ⁇ m.
  • the coating 10 is at least largely electrically insulating.
  • the optoelectronic component 100 is a semifinished product of an optoelectronic component 100, in particular a semifinished product in a roll-to-roll process.
  • a continuous substrate 12 or on an optoelectronic component 100 with a substrate 12 comprising an electrode 2 arranged on the substrate 12, an organic layer system 7 and an electrode 6 on the side of the layer system 7 facing away from the substrate 12, at least one photoactive organic layer 4 between the electrode 2 and of the electrode 6 , and a protective layer on that side of the at least one optoelectronic component 100 which is remote from the substrate 12 , the protective layer preferably completely covering the organic layer system 7 .
  • the optoelectronic component 100 is an organic optoelectronic component 100, preferably an organic solar cell, an OFET, an OLED or an organic photodetector.
  • the coating 10 according to the invention can be used in particular as winding protection for an optoelectronic component 100 and/or for a semi-finished product for producing an optoelectronic component 100, preferably in a roll-to-roll process.
  • the coating protects the optoelectronic component 100 and/or the semifinished product, in particular the layer system 7 of the optoelectronic component 100 and/or the semifinished product, at least temporarily from external influences, with the optoelectronic component 100 and/or the semifinished product not being damaged.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an optoelectronic component 100 with an SiOCH layer 14 and with a coating 10 for planarization and stabilization of a laser-structured surface 11 of the optoelectronic component 100 in cross section.
  • Elements that are the same and have the same function are provided with the same reference symbols, so that reference is made to the previous description.
  • the coating 10 of the optoelectronic component 100 has at least partially direct contact with the layer system 7 and/or a diffusion contact with the layer system 7 .
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a method for coating a surface 11 of a laser-structured optoelectronic component 100 with a coating 10 in a flow chart. Elements that are the same and have the same function are provided with the same reference symbols, so that reference is made to the previous description.
  • the method for coating a surface 11 of a laser-structured optoelectronic component 100 with a coating 10 comprises the following steps: a) providing an optoelectronic component 100 with a layer system 7, having a first electrode 2, a second electrode 6, and at least one photoactive Layer 4, which is arranged between the two electrodes 2, 6, the optoelectronic component 100 being laser-structured, b) providing at least a first monomer and a second monomer, the first monomer being a polyfunctional thiol having at least three thiol groups, and the second monomer is a polyfunctional alkene having at least two CC double bonds, c) mixing the at least first monomer and second monomer, a monomer mixture being obtained, d) applying the monomer mixture to the optoelectronic component 100, the first monomer and/or the second ite monomer at least partially have direct contact with the layer system 7 and/or have a diffusion contact with the layer system 7, and e) curing of the monomer mixture by
  • the viscosity of the monomer mixture is 200 mPas to 9000 mPas, preferably 300 mPas to 3000 mPas, and the monomer mixture is cured by means of UV curing, dual curing, thermal curing and/or a reaction gas, in particular is networked.
  • the method is carried out in a roll-to-roll process, preferably a continuous roll-to-roll process.
  • the monomer mixture is applied by means of a printing process, preferably a screen printing process, a plotting process, an inkjet printing process or a 3D printing process, a slot nozzle process, a commabar process or a doctor blade process, wherein preferably the pressure for applying the monomer mixture is less than 200 kPa, preferably less than 50 kPa, preferably less than 10 kPa, or preferably less than 5 kPa.
  • the applied monomer mixture is cured thermally at a temperature of 80 and 150 °C.
  • the monomer mixture applied can alternatively be cured by means of UV radiation, for example with a UV radiation dose of 0.150 J/cm 2 to 1.20 J/cm 2 in a wavelength range of 100 nm to 280 nm and at least partially cured monomer mixture, in particular the coating 10, are dried in a further step, for example at 30° C. to 60° C.
  • the applied monomer mixture was processed in a Fusion UV System LC6B Benchtop at a speed of 1 . 83 m/min cured .
  • the coating 10 is in particular before the flexible optoelectronic component 100 is wound up, before it is transported into another facility or after transport under nitrogen to another facility.
  • Fig. 5 shows experimental results of laser-structured optoelectronic components 100 with a coating 10 according to the invention and a coating not according to the invention.
  • the optoelectronic component 100 is a photovoltaic element.
  • the coating 10 according to the invention was produced from a liquid monomer mixture with subsequent curing by UV radiation, with the winding protection being obtained.
  • BS1 was applied as an adhesive film to the photovoltaic element.
  • BS1 is a polyester carrier film coated with a polysiloxane PSA (pressure-sensitive adhesive).
  • PSA pressure-sensitive adhesive
  • FIG. 5A shows the course of the fill factor FF of the photovoltaic element over a period of 1000 h
  • FIG. 5B shows the course of the short-circuit current Isc of the photovoltaic element over a period of 1000 h
  • FIG. 5C shows the course of the normalized efficiency of the photovoltaic element PCE over a period of 1000 h
  • FIG. 5D shows the course of the no-load voltage Voc of the photovoltaic element over a period of 1000 h, in each case in a comparison of a coating 10 according to the invention made of NOA63 as winding protection with a coating not according to the invention with BS1 as winding protection.
  • the fill factor FF, the short-circuit current Isc , the normalized efficiency PCE , and the open-circuit voltage Voc of the photovoltaic element with a coating 10 according to the invention as winding protection over a period of 1000 h run much better compared to the photovoltaic Element with BS1 as anti-winding protection.
  • better protection of the photovoltaic element, in particular of the layer system 7 of the photovoltaic element is obtained with the coating 10 according to the invention as winding protection.
  • FIG. 6 shows an influence of the monomers of a coating 10 according to the invention and a coating not according to the invention on the photoactive layer 4 of a layer system 7 .
  • the optoelectronic component 100 is an organic photovoltaic element.
  • the organic photovoltaic element comprises a substrate 1, e.g. B. made of glass, on which an electrode 2 is located, which z. B. ITO includes .
  • Arranged thereon is a layer system 7 with an electron-transporting layer 3 and at least one photoactive layer 4, with at least one absorber, a p-conducting donor material, and an n-conducting acceptor material, e.g. B. C60 fullerene .
  • a p-doped hole transport layer 5 and an electrode 6 made of aluminum are arranged above it.
  • the monomer mixture was applied to the layer system 7 of an optoelectronic component 100 as drops and then distributed over a wide area.
  • the optoelectronic component 100 has a laser-structured layer system 7 .
  • the first monomer and the second monomer were mixed in a proportion of 55:45 to 57:43.
  • the first monomer and the second monomer are the main components of the monomer mixture and together account for at least 80% by weight. -% from, based on the total weight of the monomer mixture.
  • the monomer mixture according to the invention has NOA63, and the mixture not according to the invention VE672 has acrylates, in particular 25-75% exo-1,7,7-trimethylbicyclo[2.2.1] hept-2-yl acrylate, 25-75% methacrylic acid ester, and 2.5-10% urethane acrylate.
  • the coatings were each prepared from a liquid monomer mixture with subsequent curing by UV radiation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beschichtung (10) zur Planarisierung und Stabilisierung einer laserstrukturierten Oberfläche (11) eines optoelektronischen Bauelements (100), wobei das optoelektronische Bauelement (100) ein Schichtsystem (7) aufweist, wobei das Schichtsystem (7) eine erste Elektrode (2), eine zweite Elektrode (6), und mindestens eine photoaktive Schicht (4) umfasst, wobei die mindestens eine photoaktive Schicht (4) zumindest teilweise zwischen den Elektroden (2,6) angeordnet ist, und wobei das Schichtsystem (7) laserstruktriert ist. Die Beschichtung (10) weist eine Polythiolen-Matrix auf, wobei die Polythiolen-Matrix mittels Polymerisation aus mindestens einem ersten Monomer und einem zweiten Monomer gebildet ist, wobei das erste Monomer ein polyfunktionales Thiol mit mindestens drei Thiol-Gruppen ist und das zweite Monomer ein polyfunktionales Alken mit mindestens zwei C-C-Doppelbindungen ist, und wobei die Beschichtung (10) auf dem optoelektronischen Bauelement (100) angeordnet ist und zumindest teilweise direkten Kontakt mit dem Schichtsystem (7) und/oder einen Diffusionskontakt mit dem Schichtsystem (7) für mindestens das erste Monomer und/oder das zweite Monomer aufweist.

Description

Beschichtung für ein optoelektronisches Bauelement , Verfahren zur Herstellung einer solchen Beschichtung, optoelektronisches Bauelement mit einer solchen
Be s chi ch tung
Die Erfindung betrifft eine Beschichtung zur Planarisierung und Stabilisierung einer laserstrukturierten Oberfläche eines optoelektronischen Bauelements , ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines laserstrukturierten optoelektronischen Bauelements mit einer solchen Beschichtung, ein optoelektronisches Bauelement mit einer solchen Beschichtung , sowie eine Verwendung einer solchen Beschichtung als Wickelschutz für ein optoelektronisches Bauelement . Die Erfindung betrifft insbesondere eine Schutzschicht , auch als Wickelschutz bezeichnet , und ein Verfahren zum Aufbringen einer solchen Schutzschicht im Rahmen eines Rolle-zu-Rolle-Verf ährens zur Herstellung eines beschädigungsfrei handhabbaren Halbfabrikats eines optoelektronischen Bauelements .
Optoelektronische Bauelemente , insbesondere photovoltaische Elemente , bestehen aus einem auf einem Substrat aufgebrachten Schichtsystem umfassend zwei Elektroden, wobei die eine als Grundelektrode auf dem Substrat und die andere als Deckelektrode auf der vom Substrat abgewandt Seite aufgebracht ist . Zwischen den beiden Elektroden befindet sich mindestens eine photoaktive Schicht , bevorzugt eine organische photoaktive Schicht . Zusätzlich können weitere Schichten zwischen den Elektroden angeordnet sein, beispielsweise Transportschichten . Die optoelektronischen Bauelemente mit einer organischen photoaktiven Schicht , organische optoelektronische Bauelemente , können beispielsweise durch Verdampfen der Materialien, durch Drucken von Polymeren oder durch Prozessieren aus einer Flüssigkeit hergestellt werden . Der prinzipielle Aufbau organischer optoelektronischer Bauelemente ist beispielsweise in W02004083958A2 , WO2006092134A1 , W02010139804A1 oder W02011138021A2 offenbart . Die organischen aktiven Schichten können dabei aus Polymeren oder kleinen Molekülen auf gebaut sein . Unter kleinen Molekülen werden insbesondere nicht-polymere organische Moleküle mit monodispersen molaren Massen zwischen 100 und 2000 g/mol verstanden, die unter Normaldruck ( Luftdruck der uns umgebenden Atmosphäre ) und bei Raumtemperatur in fester Phase vorliegen . Insbesondere sind die kleinen Moleküle photoaktiv, wobei unter photoaktiv verstanden wird, dass die Moleküle unter Lichteintrag ihren Ladungs zustand und/oder ihren Polarisierungszustand ändern .
Eine photoaktive Schicht in einem Schichtsystem kann nur ein Akzeptoroder nur ein Donor-Absorbermaterial umfassen oder auch eine Kombination mehrerer Absorbermaterialien unterschiedlichen und/oder gleichen Typs umfassen . Weiterhin können den Absorberschichten Materialien zugesetzt werden, um die Absorptionseigenschaften zu verbessern . Das Schichtsystem kann nicht nur aus photoaktiven (Absorber ) schichten bestehen . Sondern es können in dem Schichtsystem auch weitere Schichten, beispielsweise Transportschichten, vorzugsweise dotierte Transportschichten zwischen einzelnen photoaktiven (Absorber- ) Schichten und zwischen einer photoaktiven (Absorber- ) Schicht und den Elektroden, eingebracht sein .
Organische optoelektronische Bauelemente , insbesondere organische Solarzellen, bestehen aus einer Folge dünner Schichten mit mindestens einer photoaktiven Schicht , welche bevorzugt im Vakuum auf gedampft oder aus einer Lösung prozessiert werden . Die elektrische Anbindung kann durch Metallschichten, transparente leitfähige Oxide und/oder transparente leitfähige Polymere erfolgen . Das Vakuum-Aufdampfen der organischen Schichten ist insbesondere vorteilhaft bei der Herstellung von mehrschichtigen Solarzellen, insbesondere Tandem- oder Triple- Zellen . Aus dem Stand der Technik sind organische Einfach- oder Tandemzellen bekannt . DE102004014046A1 offenbart ein photoaktives Bauelement , insbesondere eine Solarzelle , bestehend aus organischen Schichten aus einer oder mehreren aufeinander gestapelten pi- , ni- und/oder pin-Dioden .
Organische optoelektronische Bauelemente , insbesondere organische Solarzellen oder organische Photodetektoren, zeigen eine stark verminderte Lebensdauer durch direkten Kontakt mit Luft , insbesondere Sauerstoff , und/oder Feuchtigkeit , insbesondere Wasser, und müssen daher hinreichend durch eine Barriereschicht und/oder einer
Verkapselung geschützt werden . Die Verkapselung kann durch Barrierefolien oder durch eine Direktverkapselung ausgeführt werden .
Dieses kann durch bekannte Verfahren realisiert werden .
Photovoltaische Elemente werden mittels Laserprozessen strukturiert . Dieses Verfahren wird vor allem im Rolle-zu-Rolle-Verf ahren eingesetzt , sowohl zur Verschaltung individueller Solarzellen-Streif en auf einem Modul , als auch zur elektrischen Trennung von einzelnen Zellen . Ein Problem bei der Herstellung optoelektronischer Bauelemente mit organischen Schichten im Rolle-zu-Rolle-Verf ahren ist , dass die Substrate nur durch eine elektrische Isolierung voneinander getrennt sind, in der Regel eingebracht durch Laserprozesse oder lithographisch-chemische oder mechanische Prozesse . Die Substrate befinden sich auf der Rolle und müssen zur Fertigstellung sowohl voneinander getrennt als auch hinreichend vor äußeren Umwelteinflüssen geschützt werden . Dadurch entstehen vor allem bei der Laserstrukturierung der Elektroden Aufwürfe , sogenannte laser scribes , die bei einem Aufwickeln des Moduls ohne eine abdeckende Schicht das Modul beschädigen können . Problematisch ist dabei , dass das schon fertige Schichtsystem zwischen den Arbeitsschritten vor Feuchtigkeit , Lösungsmitteln und/oder mechanischem Stress geschützt werden muss , da sonst die organische Schicht beschädigt werden kann . Hinzu kommt die zumeist geringe Haftung zwischen photoaktiven Schichten und Elektroden im Schichtsystem, weswegen eine Auf- und Abwicklung des fortlaufenden Substrates mitsamt dem vollständigen Schichtsystem zu einer Schädigung der optoelektronischen Bauelemente führen kann . Zum Schutz des optoelektronischen Bauelements wird daher eine Schutzschicht benötigt . Diese gewährleistet einen schadensfreien Transfer in eine Folgemaschine sowie eine unempfindlichere Weiterverarbeitung des optoelektronischen Bauelements , bei der auch Berührungen auf beiden Seiten der Folie möglich sind . Als Schutzschicht wird im Stand der Technik eine Polymerfolie aufgebracht . Eine vorgefertigte Folie weist aber ohne besondere Maßnahmen, beispielsweise eine aufwändige Trocknung, eine hohe Feuchtigkeit auf , was zu Schäden am Schichtsystem führen kann, zudem ist eine mechanische Beanspruchung des Schichtsystems vorhanden . Andere Verfahren zur Ausbildung einer Deckschicht sind ebenfalls bekannt . DE 10 2008 026 216 B4 offenbart ein Verfahren zum Aufbringen eines Lacks auf elektronische Schaltungen . Das Verfahren kann j edoch nicht zum Aufbringen direkt auf ein Schichtsystem, insbesondere auf Elektroden oder photoaktive Schichten des Schichtsystems , eingesetzt werden, da dieses durch einen Lösungsmittelgehalt des Lacks das Schichtsystem beschädigt wird .
DE 10 2009 025 123 Al offenbart durch die Extrusion eines Polymers aus einer Breitschlitzdüse auf Strahlungsemittierende Vorrichtungen aufgebrachte Schichten . Die relativ hohen Temperaturen, die zum Schmelzen des Polymers erforderlich sind und die aus dem Extrusionsvorgang resultierende mechanische Belastung führen dazu, dass dieses Verfahren nicht eingesetzt werden kann, um eine Schutzschicht auf einem photoaktiven Schichtsystem zu bilden .
DE 10 2004 024 461 Al offenbart die Herstellung eines organischen Bauelements in einem Rolle-zu-Rolle Verfahren, wobei die aktiven Bereiche der Halbleiterschicht zu keiner Zeit während des Herstellungsprozesses ungeschützten Lösungsmitteln und/oder Lösungsmitteldämpfen ausgesetzt sind .
DE102015116418A1 offenbart eine Schutzschicht und ein Verfahren zum Aufbringen der Schutzschicht im Rahmen eines kontinuierlichen Rolle- zu-Rolle-Verf ährens zur Herstellung eines Halbfabrikats organischer elektronischer Bauelemente , umfassend einen Schichtstapel auf einer Substratfolie , wobei die Schutzschicht den Schichtstapel vor und während der Endfertigung vor Umwelteinflüssen und durch Handhabung bedingte Beschädigungen schützt . Dabei wird durch ein zumindest temporär in der Phase des Auftragens fluides , vernetz- oder aushärtbares und mit dem Schichtstapel in fluider und in fester Phase sowie mit den Bedingungen während des Rolle-zu-Rolle-Verf ährens kompatibles Schutzschichtmaterial in der Weise aufgetragen, dass sich eine funktionelle Schutzschicht herausbildet .
Nachteilig aus dem Stand der Technik ist j edoch, dass derartige Beschichtungen nicht direkt auf ein photoaktives Schichtsystem, insbesondere Elektroden oder photoaktive Schichten aufgetragen werden können, da diese beschädigt werden . Des Weiteren sind die bekannten Verfahren insbesondere nicht für ein Rolle-zu-Rolle Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Bauelementen geeignet , insbesondere ist im Rolle-zu-Rolle Verfahren zur Herstellung von großflächigen Solarzellen eine einfache Abdeckung des Schichtsystems nicht ausreichend, weil dadurch Kurzschlüsse entstehen können .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde , eine Beschichtung zur Planarisierung und Stabilisierung einer laserstrukturierten Oberfläche eines optoelektronischen Bauelements , ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines laserstrukturierten optoelektronischen Bauelements mit einer solchen Beschichtung , ein optoelektronisches Bauelement mit einer solchen Beschichtung, sowie eine Verwendung einer solchen Beschichtung als Wickelschutz für ein optoelektronisches Bauelement und/oder für ein Halbfabrikat zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements bereitzustellen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten, und wobei insbesondere eine Schutzschicht auf ein Schichtsystem eines elektronischen Bauelements aufgebracht werden kann, ohne dass negative Wechselwirkungen mit dem Schichtsystem, insbesondere Elektroden und/oder einer photoaktiven Schicht des Schichtsystems , auf treten .
Erfindungsgemäß wird insbesondere eine Beschichtung mit einem direkten Kontakt der Beschichtung oder einem Diffusionskontakt der Beschichtung mit einer Elektrode oder einer photoaktiven Schicht , insbesondere einer organischen photoaktiven Schicht , bereitgestellt , wobei insbesondere deren Funktion nicht beeinträchtigt wird, diese insbesondere nicht beschädigt werden .
Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende technische Problem besteht darin, Aufwürfe , insbesondere entstanden durch Laserstrukturierung der einzelnen Schichten des Schichtsystems des optoelektronischen Bauelements , einerseits zu stabilisieren, um eine Versiegelung bzw . dichte Umschließung mittels einer dünnen Schicht zu ermöglichen, die im Stand der Technik festgestellten Nachteile beseitigt und andererseits in ein Rolle-zu-Rolle-Verf ahren integriert werden kann . Die Beschichtung soll insbesondere einen Schutz und ein Aufwickeln des Halbfabrikats ermöglichen, welches anschließend weiterverarbeitet werden kann . Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen .
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst , indem eine Beschichtung zur Planarisierung und Stabilisierung einer laserstrukturierten Oberfläche eines optoelektronischen Bauelements bereitgestellt wird, wobei das optoelektronische Bauelement ein Schichtsystem aufweist , wobei das Schichtsystem eine erste Elektrode , eine zweite Elektrode , und mindestens eine photoaktive Schicht umfasst , wobei die mindestens eine photoaktive Schicht zumindest teilweise zwischen den Elektroden angeordnet ist , und wobei das Schichtsystem laserstruktriert ist . Die Beschichtung weist eine Polythiolen-Matrix auf , besteht bevorzugt aus einer Polythiolen-Matrix , wobei die Polythiolen-Matrix mittels Polymerisation aus mindestens einem ersten Monomer und einem zweiten Monomer gebildet ist , wobei das erste Monomer ein polyfunktionales Thiol mit mindestens drei Thiol-Gruppen ist bevorzugt endständig angeordneten Thiol-Gruppen, wobei das zweite Monomer ein polyfunktionales Alken mit mindestens zwei C-C-Doppelbindungen ist bevorzugt endständig angeordneten C-C-Doppelbindungen, und wobei die Beschichtung auf dem optoelektronischen Bauelement angeordnet ist und zumindest teilweise direkten Kontakt mit dem Schichtsystem und/oder einen Diffusionskontakt mit dem Schichtsystem für mindestens das erste Monomer und/oder das zweite Monomer aufweist . Bei R1 handelt es sich dabei um einen organischen Rest mit mindestens zwei Thiol-Gruppen, bevorzugt einen Alkyl-Rest mit mindestens zwei Thiol-Gruppen . Bei R2 handelt es sich dabei um einen organischen Rest mit mindestens einer C-C-Doppelbindung , bevorzugt einen Alkyl-Rest mit mindestens einer C-C-Doppelbindung .
Dadurch wird insbesondere das Schichtsystem des optoelektronischen Bauelements , insbesondere Elektroden oder eine photoaktive Schicht des Schichtsystems , für einen Transport und/oder eine Phase der Endfertigung vor Umwelteinflüssen und durch Beschädigungen bei der Weiterverarbeitung geschützt . Die Beschichtung ist zumindest in ausgehärtetem Zustand elektrisch isolierend . Durch die erfindungsgemäße Beschichtung ist die laserstrukturierte Oberfläche des Schichtsystems planarisiert und stabilisiert . Bei dem optoelektronischen Bauelement kann es sich um ein Halbfabrikat oder ein Endfabrikat handeln .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das optoelektronische Bauelement ein Substrat auf , wobei das Schichtsystem auf dem Substrat angeordnet ist .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Schichtsystem weitere funktionale Schichten, insbesondere Transport- und/oder Passivierungsschichten, auf .
Unter einer Beschichtung wird insbesondere eine Schutzschicht , bevorzugt eine Barriereschicht , zum Verhindern der Durchlässigkeit von äußeren Einflüssen, bevorzugt von Luft , insbesondere Sauerstoff , und/oder Feuchtigkeit , insbesondere Wasser , zur Erhöhung der mechanischen Widerstandsfähigkeit , insbesondere Kratzfestigkeit , verstanden .
Unter einer Beschichtung und/oder mindestens einem Monomer zum Bilden einer Beschichtung , die zumindest teilweise direkt auf einem optoelektronischen Bauelement angeordnet ist , wird insbesondere ein zumindest teilweise direkter Kontakt der Beschichtung und/oder mindestens eines Monomers zum Bilden der Beschichtung mit einem Schichtsystem des optoelektronischen Bauelements , insbesondere einer photoaktiven Schicht oder einer Elektrode , verstanden, also mindestens einer Komponente der Beschichtung mit mindestens einer Komponente des Schichtsystems , wobei bevorzugt keine weitere Schicht oder kein weiteres Material dazwischen angeordnet ist .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Beschichtung eine Barriereschicht . Unter einer Barriereschicht wird insbesondere eine Schutzschicht verstanden, die eine Barriere gegenüber chemischen Verbindungen, Verunreinigungen, Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff bildet . Die Barriereschicht ist insbesondere eine Schutzschicht zum Verhindern der Durchlässigkeit von äußeren Einflüssen, insbesondere von Luftsauerstoff und/oder Feuchtigkeit , eine Schutzschicht zur Erhöhung der mechanischen Widerstandsfähigkeit , insbesondere Kratzfestigkeit , und/oder eine Filterschicht , bevorzugt eine Schicht mit einem UV- Filter .
Unter einer Laserstrukturierung eines optoelektronischen Bauelements , insbesondere von Elektroden, Schichten eines Schichtsystems und/oder eines Schichtsystems , wird insbesondere eine Verschaltung einzelner photovoltaischer Zellen auf einem optoelektronischen Bauelement oder eine elektrische Trennung von photovoltaischen Zellen verstanden . Durch die Laserstrukturierung der Oberfläche wird insbesondere die mindestens eine photoaktive Schicht zumindest teilweise freigelegt und nicht vollständig von einer Elektrode , insbesondere einer Elektrodenschicht , bedeckt . Bei der Laserstrukturierung bildet sich eine Topologie , Morphologie , Partikel und/oder Aufwürfe , die zu einer unebenen, nicht planaren Oberfläche führen . Durch die Laserstrukturierung können Aufwürfe entstehen, sogenannte laser scribes , die die Höhe der Schichten der flachen Topologie eines Schichtsystems eines organischen photovoltaischen Elements um ein Vielfaches übersteigen . Dadurch können einerseits weitere Schichten, insbesondere eine Barriereschicht , nur schwer aufgetragen werden, andererseits kann bei einer anschließenden Verkapselung eine bereits auf getragene Schicht beschädigt werden .
Bei einer Planarisierung von Schichten eines optoelektronischen Bauelements , insbesondere des Schichtsystems , werden insbesondere Unebenheiten der Oberfläche so weit abgedeckt , dass Unebenheiten, insbesondere Aufwürfe , beispielsweise durch die Laserstrukturierung des Schichtsystems , abgedeckt sind . Durch die Planarisierung wird insbesondere ein optoelektronisches Bauelement mit einer gleichmäßigen Schichtdicke erhalten . Dazu wird auf tieferliegende Bereiche auf der Oberfläche des optoelektronischen Bauelements mehr Material der Beschichtung auf etragen als auf höherliegende Bereiche . Nach dem Auftrag der Planarisierungsschicht bzw . der Beschichtung ist das optoelektronische Bauelement mit dem Schichtsystem weitgehend planar .
Unter einer Stabilisierung wird insbesondere eine Stabilisierung einer bestimmten Oberflächenstruktur des Schichtsystems , insbesondere eine Topologie und/oder eine Morphologie des Schichtsystems , verstanden . Idealerweise ermöglicht die Stabilisierung ein Auf- und Abwickeln während der späteren Prozessschritte zur Herstellung des Endfabrikats im Rolle-zu-Rolle-Prozess und/oder während des Aufrollens des Endfabrikats .
Durch die Planarisierung und Stabilisierung werden insbesondere bei einer Laserstrukturierung gebildete Aufwürfe des Schichtsystems planarisiert und stabilisiert . In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird unter einer Stabilisierung eine Fixierung der laserstrukturierten Oberfläche des optoelektronischen Bauelements verstanden . Die Planarisierung und Stabilisierung der durch Laserstrukturierung entstandenen Aufwürfe wird durch die erfindungsgemäße Beschichtung gewährleistet .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das optoelektronische Bauelement eine LED, eine OLED, ein photovoltaisches Element , insbesondere eine Solarzelle , ein organisches photovoltaisches Element , insbesondere eine organische Solarzelle , oder ein Photodetektor , insbesondere ein organischer Photodetektor .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine photoaktive Schicht zumindest teilweise an der Oberfläche des Schichtsystems angeordnet und/oder ist zumindest teilweise von der Oberfläche des Schichtsystems aus zugänglich, insbesondere weist das Schichtsystem dazu mittels der Laserstrukturierung gebildete Rillen oder Kanäle auf . Vorzugsweise ist das Schichtsystem nicht vollständig von den Elektroden abgedeckt .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die
Beschichtung auf dem optoelektronischen Bauelement angeordnet , wobei die Beschichtung zumindest teilweise direkten Kontakt mit mindestens einer photoaktiven Schicht des Schichtsystems und/oder einen Diffusions kontakt mit mindestens einer photoaktiven Schicht des Schichtsystems für mindestens das erste Monomer und/oder das zweite Monomer aufweist . In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Beschichtung auf einer Dif f usions-durchlässigen benachbarten Schicht des Schichtsystems angeordnet .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Beschichtung auf einer bereits auf dem Schichtsystem angeordneten Barriereschicht angeordnet oder wird auf eine bereits auf dem Schichtsystem angeordneten Barriereschicht aufgetragen, wobei die Barriereschicht das optoelektronische Bauelement , insbesondere das Schichtsystem, nicht vollständig abdichtet , so dass zumindest teilweise , also an einzelnen Stellen, insbesondere durch feine Risse , Störstellen und/oder eine nicht sauber ausgebildete Barriereschicht , ein direkter Kontakt der Beschichtung mit dem Schichtsystem besteht , beispielsweise durch eine auf dem Schichtsystem angeordneten SiOCH- Schicht .
Unter einer SiOCH-Schicht wird insbesondere eine Schicht welche Siliziumoxid ( SiOx ) umfasst verstanden, die mittels eines Kohlenstoff- Anteils organische Eigenschaften erhält , d . h . es kommt durch den Kohlenstoff-Anteil zu einer Beeinflussung des chemischen Gefüges und der polymerartigen, teilvernetzten Kettenstruktur . Das Material ist elastischer und flexibler als SiOx , es handelt sich um ein nanoporöses Material , das flexible und/oder elastische Eigenschaften aufweist .
Unter einem direkten Kontakt der Beschichtung mit dem Schichtsystem wird insbesondere ein direkter Kontakt mindestens eines Bestandteils , insbesondere mindestens des ersten Monomers und/oder des zweiten Monomers , mit dem Schichtsystem, insbesondere einer Elektrode und/oder einer photoaktiven Schicht des Schichtsystems , verstanden . Der direkte Kontakt kann beispielsweise durch eine unvollständige Anordnung einer Elektrode auf der mindestens einen photoaktiven Schicht , aufgrund der Laserstrukturierung des Schichtsystems oder aufgrund von Rissen in einer Elektrode und/oder einer auf der Elektrode angeordneten Schutzschicht entstehen . Unter einem Diffusions kontakt der Beschichtung mit dem Schichtsystem wird insbesondere ein indirekter Kontakt mindestens eines Bestandteils der Beschichtung , insbesondere des ersten Monomers und/oder des zweiten Monomers , über mindestens ein dazwischenliegendes Material , insbesondere mindestens eine dazwischenliegende Schicht , mit dem Schichtsystem, insbesondere einer Elektrode und/oder einer photoaktiven Schicht des Schichtsystems verstanden, wobei der mindestens eine Bestandteil der Beschichtung das mindestens eine dazwischenliegende Material , insbesondere die mindestens eine dazwischenliegende Schicht , passieren kann .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Beschichtung kein für das Schichtsystem unverträgliches Material , insbesondere kein unverträgliches Lösungsmittel , und/oder Feuchtigkeit auf , das das Schichtsystem beeinträchtigen und/oder schädigen kann .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Beschichtung nicht aus Acrylaten und/oder Methacrylaten gebildet . In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Beschichtung keine Polyacrylate auf .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Beschichtung kein Siloxan ( Polysiloxan ) und/oder kein Silan auf .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Beschichtung wasser- und lösungsmittelfrei . Dadurch wird ein Auslösen der organischen Materialien aus dem Schichtsystem und/oder ein Zerfall des Schichtsystems , beispielsweise durch Diffusion, vermieden oder zumindest verringert .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Beschichtung vollständig auf das optoelektronische Bauelement auf getragen . In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Beschichtung über die gesamte Oberfläche des optoelektronischen Bauelements angeordnet . In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Beschichtung bereichsweise auf das Schichtsystem auf getragen . In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Kontaktierungsstellen des optoelektronischen Bauelements von der Beschichtung freigehalten, bevorzugt ohne diese nachträglich von einer Schutzschicht befreien zu müssen .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das photovoltaische Element eine Zelle mit mindestens einer photoaktiven Schicht auf , insbesondere eine CIS- , CIGS- , GaAs- , oder Si-Zelle , eine Perovskit-Zelle oder ein organisches photovoltaisches Element (OPV) , eine sogenannte organische Solarzelle . Unter einem organische photovoltaische Element wird insbesondere ein photovoltaisches Element mit mindestens einer organischen photoaktiven Schicht verstanden, insbesondere ein polymeres organisches photovoltaisches Element oder ein organisches photovoltaisches Element auf Basis kleiner Moleküle . Während Polymere sich dadurch aus zeichnen, dass diese nicht verdampfbar und daher nur aus Lösungen aufgebracht werden können, sind kleine Moleküle meist verdampfbar und können entweder wie Polymere als Lösung aufgebracht werden, oder auch mittels Verdampfungstechnik, insbesondere durch Verdampfen aus dem Vakuum . Bei der organischen photoaktiven Schicht handelt es sich insbesondere um eine photoaktive Schicht , bei der durch Strahlung von sichtbarem Licht , UV-Strahlung und/oder IR-Strahlung Exzitonen ( Elektron-Loch-Paare ) gebildet werden . Die organischen Materialien werden dabei in Form dünner Filme oder kleiner Volumen auf die Folien aufgedruckt , aufgeklebt , gecoated, auf gedampft oder anderweitig aufgebracht .
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine photoaktive Schicht aus organischen Materialien ausgebildet , bevorzugt aus kleinen organischen Molekülen oder polymeren organischen Molekülen, insbesondere bevorzugt aus kleinen organischen Molekülen . In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die photoaktive Schicht des Schichtsystems kleine Moleküle , welche im Vakuum verdampfbar sind . In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Schichten des Schichtsystems durch Verdampfen kleiner organischer Moleküle aufgebracht .
Die erfindungsgemäße Beschichtung zur Planarisierung und Stabilisierung einer laserstrukturierten Oberfläche eines optoelektronischen Bauelements weist Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf . Überraschenderweise kann die erfindungsgemäße Beschichtung direkt auf die Elektroden und/oder die photoaktive Schicht eines Schichtsystems aufgebracht werden, ohne diese zu beschädigen . Vorteilhafterweise schützt die Beschichtung das Schichtsystem vor und während der Endfertigung vor Umwelteinflüssen und Beschädigungen . Vorteilhafterweise kann die Beschichtung in flüssiger Form direkt auf das Schichtsystem, insbesondere die Elektroden und/oder die photoaktive Schicht , aufgebracht werden, ohne diese zu beschädigen . Vorteilhafterweise haftet die erfindungsgemäße Beschichtung besonders gut auf optoelektronischen Bauelementen . Vorteilhafterweise werden durch die Beschichtung Kurzschlüsse durch ein Um- oder Einklappen der Aufwürfe nach der Laserstrukturierung verhindert . Vorteilhafterweise wird eine geschlossene planare Topologie bereitgestellt . Dadurch kann insbesondere eine anschließende Verkapselung leichter aufgebracht werden, beispielsweise eine Dünnschichtverkapselung . Vorteilhafterweise ist das Verfahren in einem Rolle-zu-Rolle-Verf ahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements durchführbar . Vorteilhafterweise wird die Haftung einer anschließenden aufgebrachten Barriereschicht oder einer Verkapselung verbessert . Vorteilhafterweise verhindert die Beschichtung ein Ablösen des Schichtsystems vom Substrat , insbesondere beim Abrollen in einem Rolle-zu-Rolle Verfahren, insbesondere bei längeren Lagerzeiten bis zur Weiterverarbeitung bei Halbfabrikaten . Vorteilhafterweise wird ein Auf- und Abwickeln während des Rolle-zu-Rolle Verfahrens ermöglicht . Vorteilhafterweise realisiert die Beschichtung bei einer nachfolgenden Verkapselung des optoelektronischen Bauelements mit einer Barrierefolie und Klebstoff einen Schutz des organischen photoaktiven Schichtsystems vor ungewollter Wechselwirkung , insbesondere mit dem Klebstoff . Vorteilhafterweise können für die vollständige Produktion eines Endfabrikats des optoelektronischen Bauelements mehrere aufeinanderfolgende Rolle-zu-Rolle-Anlagen verwendet werden . Das Schichtsystem wird durch die Beschichtung zwischen den Arbeitsschritten vor Lösungsmitteln und/oder mechanischem Stress geschützt . Vorteilhafterweise ist das Verfahren zur Herstellung der Beschichtung einfach, flexibel und kostengünstig, und in ein Rolle-zu- Rolle-Verf ahren integrierbar . Unter einem Rolle-zu-Rolle Verfahren wird insbesondere die Herstellung flexibler elektronischer Bauteile verstanden, die auf eine Bahn aus flexiblem Kunststoff- oder Metallfolien gedruckt werden . Das sich auf einer Rolle befindliche Substrat wird abgerollt , bearbeitet und schließlich wieder auf gerollt . Unter einem Rolle-zu-Rolle-Verf ahren wird insbesondere eine kontinuierliche Verfahrensführung verstanden indem einzelne Bauteile nacheinander prozessiert werden . Im Speziellen bedeutet dies , dass zumindest optoelektronische Bauelement oder Halbfabrikate von optoelektronischen Bauelementen in mehr als einem Verfahrensschritt mit einem kontinuierlichen Verfahren hergestellt werden . Das Rolle-zu-Rolle-Verf ahren ist beispielsweise durch ein fortlaufendes Substrat , insbesondere aus einer Kunststofffolie , beispielsweise PET oder PEN, gekennzeichnet . Auf dieses Substrat werden zur Ausbildung elektronischer Bauelemente Materialien aufgetragen, insbesondere durch Aufdampfen, Drucken, Coaten, Sputtern oder Plasmaabscheiden .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Beschichtung zumindest weitgehend durchlässig für Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich, insbesondere zumindest weitgehend transparent .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Beschichtung formschlüssig, insbesondere stoff schlüssig auf dem optoelektronischen Bauelement angeordnet .
Unter einem optoelektronischen Bauelement wird insbesondere ein photovoltaisches Element verstanden . Unter einem photovoltaischen Element wird insbesondere eine photovoltaische Zelle verstanden, insbesondere eine Solarzelle . Das photovoltaische Element ist bevorzugt aus mehreren photovoltaischen Zellen aufgebaut , die in Reihe oder parallel verschaltet sein können . Die mehreren photovoltaischen Zellen können auf unterschiedliche Weise in dem optoelektronischen Bauelement angeordnet und/oder verschaltet sein . In einer bevorzugten Ausführungsform wird unter einem optoelektronischen Bauelement ein Halbfabrikat eines optoelektronischen Bauelements verstanden . Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Monomer mindestens vier Thiol-Gruppen aufweist , wobei die Thiol- Gruppen bevorzugt j eweils an einem terminalen Ende angeordnet sind .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Monomer mindestens drei C-C-Doppelbindungen aufweist , bevorzugt mindestens vier C-C-Doppelbindungen, wobei die C-C-Doppelbindungen bevorzugt j eweils an einem terminalen Ende angeordnet sind .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Polythiolen-Matrix zusätzlich aus mindestens einem dritten Monomer und/oder mindestens einer weiteren Komponente gebildet ist , wobei das mindestens eine dritte Monomer mindestens zwei Thiol-Gruppen aufweist , wobei die Thiol-Gruppen bevorzugt j eweils an einem terminalen Ende angeordnet sind, und wobei die mindestens eine weitere Komponente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Additiv, einem Flammschutzmittel , einem Füllstoff , einem Inhibitor , einem Initiator, und einem Stabilisator .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Beschichtung zusätzlich aus mindestens einem dritten Monomer gebildet , wobei das mindestens eine dritte Monomer mindestens zwei Thiol-Gruppen aufweist , bevorzugt mindestens drei Thiol-Gruppen, wobei die Thiol- Gruppen bevorzugt j eweils an einem terminalen Ende angeordnet sind .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Beschichtung zusätzlich aus mindestens einem vierten Monomer gebildet , wobei das mindestens eine vierte Monomer mindestens eine C-C- Doppelbindung aufweist , wobei die C-C-Doppelbindung bevorzugt an einem terminalen Ende angeordnet sind, insbesondere bevorzugt weist das mindestens eine vierte Monomer mindestens zwei C-C-Doppelbindungen auf , wobei die C-C-Doppelbindungen bevorzugt j eweils an einem terminalen Ende angeordnet sind .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Beschichtung mindestens eine Verbindung mit einer funktionellen Urethan-Gruppe auf , bevorzugt mit mindestens zwei funktionellen Urethan-Gruppen, bevorzugt mit drei funktionellen Urethan-Gruppen, wobei unter einer Urethan-Gruppe, im folgenden auch Urethan genannt, eine -NH-CO-O-Gruppe verstanden wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Beschichtung mindestens ein Urethan in der Menge von 5 bis 30 Gew.-% der Beschichtung, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung, bevorzugt von 10 bis 30 Gew.-%, bevorzugt von 15 bis 30 Gew.-%, bevorzugt von 5 bis 20 Gew.-%, bevorzugt von 5 bis 10 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 20 Gew,-%, oder bevorzugt von 15 bis 30 Gew.-%, wobei das Urethan eine funktionelle Urethan-Gruppe aufweist, oder bevorzugt zwei funktionelle Urethan-Gruppen aufweist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das erste Monomer und/oder das dritte Monomer die mindestens eine Urethan- Gruppe auf.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Monomer ein Mercaptoester ist, bevorzugt ist das erste Monomer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus : Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die C-C- Doppelbindungen Allyl-Gruppen und/oder Vinyl-Gruppen sind, wobei das zweite Monomer bevorzugt ein Triallyl-Isocyanurat oder ein Triallyl- cyanurat ist, insbesondere bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Molverhältnis des ersten Monomers zu dem zweiten Monomer 2:1 bis 0,7:1 beträgt, bevorzugt 2:1 bis 1:0,9, bevorzugt 1,6:1 bis 1:0,9, bevorzugt 1,5:1 bis 1:1, oder bevorzugt 1,2:1 bis 1:1.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Beschichtung, insbesondere die Monomer-Mischung, einen Anteil des mindestens einen ersten Monomers von 30 bis 60 Gew.-% auf, bevorzugt von 35 bis 60 Gew.-%, bevorzugt von 30 bis 55 Gew.-%, bevorzugt von 30 bis 50 Gew.-%, oder bevorzugt von 35 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung, insbesondere bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomer-Mischung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Beschichtung, insbesondere die Monomer-Mischung, einen Anteil des mindestens einen zweiten Monomers von 10 bis 60 Gew.-% auf, bevorzugt von 20 bis 60 Gew.-%, bevorzugt von 30 bis 55 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 50 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 40 Gew.-%, oder bevorzugt von 10 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung, insbesondere bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomer-Mischung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Beschichtung aus einem Anteil des ersten Monomers und des zweiten Monomers von mindestens 60 Gew.-% gebildet, bevorzugt mindestens 70 Gew.-%, bevorzugt mindestens 80 Gew.-%, bevorzugt mindestens 85 Gew . -% , bevorzugt mindestens 90 Gew . -% , bevorzugt mindestens 95
Gew . -% , bevorzugt mindestens 98 Gew . -% , bevorzugt mindestens 99
Gew . -% , bevorzugt mindestens 99 , 5 Gew . -% , oder bevorzugt mindestens
99 , 9 Gew . -% , j eweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Beschichtung flexible Eigenschaften aufweist , wobei eine Elastizität (modulus of elasticity) der Beschichtung, bevorzugt der Polythiolen- Matrix, 80000 psi bis 360000 psi beträgt , bevorzugt 100000 psi bis 300000 psi , bevorzugt 120000 psi bis 260000 psi , oder bevorzugt 100000 psi bis 200000 psi . Vorzugsweise betrifft die Elastizität eine ausgehärtete Beschichtung, bevorzugt eine ausgehärtete , insbesondere vernetzte Polythiolen-Matrix .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Schichtdicke der Beschichtung 1 pm bis 2000 pm beträgt , bevorzugt 1 pm bis 1000 pm, bevorzugt 1 pm bis 100 pm, bevorzugt 1 pm bis 10 pm, bevorzugt 5 pm bis 1000 pm, bevorzugt 10 pm bis 1000 pm, bevorzugt 10 pm bis 500 pm, bevorzugt 10 pm bis 200 pm, bevorzugt 10 pm bis 100 pm, bevorzugt 20 pm bis 200 pm, bevorzugt 20 pm bis 100 pm, bevorzugt 20 pm bis 100 pm, bevorzugt 50 pm bis 500 pm, bevorzugt 50 pm bis 200 pm, oder bevorzugt 50 pm bis 100 pm. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Schichtdicke der Beschichtung mindestens 100 pm, bevorzugt mindestens 1000 pm, oder bevorzugt mindestens 2000 pm .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mindestens zwei Schichten der Beschichtung auf dem optoelektronischen Bauelement angeordnet , bevorzugt drei Schichten der Beschichtung .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schichtdicke der Beschichtung derart angepasst , dass die Beschichtung Partikel und durch die Laserstrukturierung gebildete Aufwürfe vollständig abdeckt . In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung deckt die Beschichtung das Schichtsystem vollständig ab . In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform der Erfindung deckt die Beschichtung den Bereich der Sammelschiene und/oder der Kontakte nicht ab . Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Beschichtung und dem optoelektronischen Bauelement , insbesondere zwischen der Beschichtung und dem Schichtsystem des optoelektronischen Bauelements , zumindest teilweise eine SiOCH-Schicht angeordnet ist .
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst , indem ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines laserstrukturierten optoelektronischen Bauelements mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung bereitgestellt wird, insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele . Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte : a ) Bereitstellen eines optoelektronischen Bauelements mit einem Schichtsystem, aufweisend eine erste Elektrode , eine zweite Elektrode , und mindestens eine photoaktive Schicht , die zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist , wobei das optoelektronische Bauelement laserstrukturiert ist , b ) Bereitstellen mindestens eines ersten Monomers und eines zweiten Monomers , wobei das erste Monomer ein polyfunktionales Thiol mit mindestens drei Thiol-Gruppen ist , und das zweite Monomer ein polyfunktionales Alken mit mindestens zwei C-C-Doppelbindungen ist , c ) Mischen des mindestens ersten Monomers und zweiten Monomers , wobei eine Monomer-Mischung erhalten wird, d) Aufträgen der Monomer-Mischung auf das optoelektronische Bauelement , wobei das erste Monomer und/oder das zweite Monomer zumindest teilweise direkten Kontakt mit dem Schichtsystem aufweisen und/oder einen Diffusionskontakt mit dem Schichtsystem aufweisen, und e ) Aushärten der Monomer-Mischung durch Polymerisieren, wobei die Beschichtung gebildet wird, wobei die laserstrukturierte Oberfläche des Schichtsystems planarisiert und stabilisiert wird, so dass das Schichtsystem nicht beschädigt wird . Dabei ergeben sich für das Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines laserstrukturierten optoelektronischen Bauelements insbesondere die Vorteile , die bereits in Zusammenhang mit der Beschichtung zur Planarisierung und Stabilisierung einer laserstrukturierten Oberfläche eines optoelektronischen Bauelements beschrieben wurden . In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest die photoaktive Schicht des Schichtsystems mit kleinen Molekülen im Vakuum auf gedampft .
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Beschichtung zumindest teilweise direkt auf dem Schichtsystem, insbesondere zumindest teilweise direkt auf der mindestens einen photoaktiven Schicht , gebildet , insbesondere wird die Monomer-Mischung zum Bilden der Beschichtung zumindest teilweise direkt auf das Schichtsystem, insbesondere zumindest teilweise direkt auf die mindestens eine photoaktive Schicht , aufgetragen .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das mindestens eine erste Monomer und das mindestens eine zweite Monomer in Schritt b ) als Monomer-Mischung bereitgestellt , so dass das Mischen in Schritt c ) entfällt .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren unter Schutzgas durchgeführt , bevorzugt Stickstoff .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Anteil des ersten Monomers und des zweiten Monomers in der Monomer-Mischung mindestens 60 Gew . -% , bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomer- Mischung, bevorzugt mindestens 70 Gew . -% , bevorzugt mindestens 80 Gew . -% , bevorzugt mindestens 85 Gew . -% , bevorzugt mindestens 90 Gew . -% , bevorzugt mindestens 95 Gew . -% , bevorzugt mindestens 98 Gew . -% , oder bevorzugt mindestens 99 Gew . -% .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Monomer- Mischung in flüssiger Form auf getragen .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Monomer- Mischung kein für das Schichtsystem unverträgliches Material , insbesondere kein unverträgliches Lösungsmittel , und/oder Feuchtigkeit auf , das das Schichtsystem beeinträchtigen und/oder schädigen kann .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Monomer- Mischung kein Acrylat und/oder Methacrylat auf . In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Monomer- Mischung mindestens einen Initiator und/oder mindestens einen Katalysator zur Beschleunigung und/oder Verbesserung der Polymerisation des mindestens ersten und zweiten Monomers auf.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Viskosität der Monomer-Mischung 200 mPas bis 9000 mPas beträgt, bevorzugt 200 mPas bis 3000 mPas, bevorzugt 200 mPas bis 2000 mPas, bevorzugt 200 mPas bis 1000 mPas, bevorzugt 300 mPas bis 3000 mPas, bevorzugt 300 mPas bis 2000 mPas, bevorzugt 300 mPas bis 1000 mPas, bevorzugt 1000 mPas bis 5000 mPas, bevorzugt 1000 mPas bis 4000 mPas, bevorzugt 2000 mPas bis 4000 mPas, bevorzugt 1000 mPas bis 3000 mPas, oder bevorzugt 1500 mPas bis 2500 mPas . Dadurch haftet die Monomer-
Mischung zum Bilden der Beschichtung auf der Oberfläche des optoelektronischen Bauelements und es ist insbesondere gewährleistet, dass die Beschichtung formschlüssig und/oder stoff schlüssig auf dem optoelektronischen Bauelement angeordnet ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Monomer-Mischung mittels UV-härten, Dualhärten, thermischem Härten, und/oder eines Reaktionsgases ausgehärtet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Monomer- Mischung bei einer Temperatur von 20°C bis 60°C auf das optoelektronische Bauelement aufgetragen, bevorzugt von 20°C bis 50°C, bevorzugt von 20°C bis 40°C, bevorzugt von 20°C bis 30°C, bevorzugt von 25°C bis 50°C, bevorzugt von 25°C bis 40°C, oder bevorzugt von 30°C bis 50°C.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die aufgetragene Monomer-Mischung bei einer Temperatur von 30°C bis 200°C gehärtet, bevorzugt von 50°C bis 150°C, bevorzugt von 80°C bis 150°C, bevorzugt von 30°C bis 100°C, bevorzugt von 50°C bis 100°C, bevorzugt von 50°C bis 80°C, oder bevorzugt von 30°C bis 60°C.
Die zum Trocknen der auf getragenen Monomer-Mischung benötigte Zeit wird insbesondere in Abhängig von der Art der Monomer-Mischung und von der Schichtdicke der auf getragenen Monomer-Mischung gewählt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die aufgetragene Monomer-Mischung über einen Zeitraum von 10s bis 300s getrocknet, bevorzugt von 10s bis 200s, bevorzugt von 10s bis 100s, bevorzugt von 10s bis 50s, oder bevorzugt von 10s bis 20s.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die aufgetragene Monomer-Mischung, insbesondere nach dem Aushärten der Monomer-Mischung, bei einer Temperatur von 30°C bis 70°C getrocknet, bevorzugt von 30°C bis 60°C, bevorzugt von 30°C bis 50°C, bevorzugt von 30°C bis 40°C, bevorzugt von 40°C bis 60°C, oder bevorzugt von 40°C bis 50°C.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren in einem Rolle-zu-Rolle Verfahren durchgeführt wird, bevorzugt einem kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle Verfahren. Bei einem Rolle-zu-Rolle Verfahren ist das Substrat insbesondere auf eine Rolle aufgerollt und läuft dadurch kontinuierlich in eine geschlossene Anlage ein. Dort wird das Schichtsystem gebildet. Vorzugsweise erfolgt die Fertigung des Schichtsystems unter Vakuum. Handelt es sich bei dem optoelektronischen Bauelement um ein Halbfabrikat, so kann das Halbfabrikat der weiteren Bearbeitung zugeführt werden. Durch die Beschichtung, insbesondere die Beschichtung als Wickelschutz, wird das Halbfabrikat weder durch ein Aufrollen noch durch Berührung der Oberflächen beschädigt. Des Weiteren verhindert der Wickelschutz ein Ablösen des Schichtsystems von dem Substrat, beispielsweise beim Auf- und Abrollen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Monomer-Mischung mittels eines Druckverfahrens aufgetragen wird, bevorzugt einem Siebdruck-Verfahren, einem Plot-Verfahren, einem Tintenstrahldruck-Verfahren oder einem 3D-Druck-Verf ahren, eines Schlitzdüsenverfahrens, eines Kommabarverfahrens oder eines Rakelverfahrens, und wobei bevorzugt der Druck zum Aufträgen der Monomer-Mischung weniger als 200 kPa, bevorzugt weniger als 50 kPa beträgt, bevorzugt weniger als 10 kPa, oder bevorzugt weniger als 5 kPa. Die Beschichtung kann sowohl permanent als auch temporär auf das optoelektronische Bauelement aufgebracht werden . Unter temporär wird insbesondere verstanden, dass die Beschichtung bei einer weiteren Verarbeitung des optoelektronischen Bauelements als Halbfabrikat rückstandlos entfernt werden kann, so dass dabei durch das Entfernen der Zusatzschicht keine Beschädigungen an dem Schichtsystem hervorgerufen werden . In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Beschichtung als temporäre Beschichtung aufgebracht und kann vor dem Weiterverarbeiten des optoelektronischen Bauelements zu einem späteren Zeitpunkt wieder rückstandsfrei entfernt werden, wobei das Schichtsystem beim Entfernen der Beschichtung nicht beschädigt wird .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Beschichtung an der Oberfläche strukturiert , so dass eine folgende Klebeschicht und/oder Barriereschicht besser haftet .
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst , indem ein optoelektronisches Bauelement , bevorzugt ein flexibles optoelektronisches Bauelement , mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung und/oder hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellt wird, insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele . Dabei ergeben sich für das optoelektronische Bauelement insbesondere die Vorteile , die bereits in Zusammenhang mit der Beschichtung zur Planarisierung und Stabilisierung einer laserstrukturierten Oberfläche eines optoelektronischen Bauelements und mit dem Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines laserstrukturierten optoelektronischen Bauelements beschrieben wurden . Das optoelektronische Bauelement weist ein Schichtsystem mit mindestens zwei Elektroden und mindestens einer photoaktiven Schicht auf , wobei die mindestens eine photoaktive Schicht zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist , wobei die Beschichtung zumindest teilweise direkten Kontakt mit dem Schichtsystem und/oder einen Diffusionskontakt mit dem Schichtsystem aufweist .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das optoelektronische Bauelement ein flexibles optoelektronisches Bauelement . In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das flexible optoelektronische Bauelement ein flexibles photovoltaisches Element , insbesondere ein flexibles organisches photovoltaisches Element .
Unter einem flexiblen optoelektronischen Bauelement wird insbesondere ein optoelektronisches Bauelement verstanden, dass in einem bestimmten Bereich biegbar und/oder dehnbar ist .
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst , indem eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Beschichtung als Wickelschutz für ein optoelektronisches Bauelement und/oder für ein Halbfabrikat zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements , bevorzugt in einem Rolle-zu-Rolle-Verf ahren, bereitgestellt wird, insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele . Dabei ergeben sich für die Verwendung der Beschichtung insbesondere die Vorteile , die bereits in Zusammenhang mit der Beschichtung zur Planarisierung und Stabilisierung einer laserstrukturierten Oberfläche eines optoelektronischen Bauelements , mit dem Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines laserstrukturierten optoelektronischen Bauelements , und dem optoelektronischen Bauelement mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung beschrieben wurden . Die Beschichtung schützt dabei das optoelektronische Bauelement und/oder das Halbfabrikat , insbesondere das Schichtsystem des optoelektronischen Bauelements und/oder des Halbfabrikats , zumindest temporär vor äußeren Einflüssen, wobei das optoelektronische Bauelement und/oder das Halbfabrikat nicht beschädigt werden .
Unter einem Wickelschutz wird insbesondere eine Schutzschicht zum Schutz eines optoelektronischen Bauelements vor Umwelteinflüssen und/oder einer Beschädigung verstanden . Nach dem Aufbringen der Beschichtung als Wickelschutz wird ein Transfer eines mit der Beschichtung beschichteten optoelektronischen Bauelements in eine weitere Anlage ermöglicht , in der weitere Bearbeitungsschritte vollzogen werden .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das optoelektronische Bauelement ein Halbfabrikat , entsprechend ist das optoelektronische Bauelement auf das die Beschichtung aufgetragen wird ein Halbfabrikat zur Herstellung eines endgefertigten optoelektronischen Bauelements .
Unter einem Halbfabrikat wird insbesondere eine Vorstufe eines optoelektronischen Bauelements verstanden, bei dem mindestens ein weiterer Verfahrensschritt notwendig ist , also eine weitere Verarbeitung notwendig ist , um ein endgefertigtes optoelektronisches Bauelement zu erhalten . Vorzugsweise wird unter einem Halbfabrikat ein optoelektronische Bauelement , insbesondere eine photovoltaische Zelle , verstanden, welches noch keine Barriereschicht oder noch nicht alle Barriereschichten aufweist und/oder noch nicht verkapselt ist . Dagegen ist das optoelektronische Bauelement nach der Endfertigung bevorzugt mit allen Barriereschichten versehen und/oder verkapselt , insbesondere mit den notwendigen Anschlüssen für eine elektrische Kontaktierung ausgestattet .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Beschichtung von dem Halbfabrikat vor einer Endfertigung des optoelektronischen Bauelements wieder rückstandsfrei entfernbar, so dass das optoelektronische Bauelement , insbesondere das Schichtsystem des optoelektronischen Bauelements , und/oder das Halbfabrikat beim Entfernen der Beschichtung nicht beschädigt werden .
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert . Dabei zeigen :
Fig . 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Schichtsystems eines optoelektronischen Bauelements im Querschnitt ;
Fig . 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Bauelements mit einer Beschichtung zur Planarisierung und Stabilisierung einer laserstrukturierten Oberfläche des optoelektronischen Bauelements im Querschnitt ;
Fig . 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Bauelements mit einer SiOCH-Schicht und mit einer Beschichtung zur Planarisierung und Stabilisierung einer laserstrukturierten Oberfläche des optoelektronischen Bauelements im Querschnitt ;
Fig . 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Beschichten einer Oberfläche eines laserstrukturierten optoelektronischen Bauelements mit einer Beschichtung in einem Fließdiagramm;
Fig . 5 experimentelle Ergebnisse von laserstrukturierten photovoltaischen Elementen mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung und einer nicht erfindungsgemäßen Beschichtung; und
Fig . 6 in einem Ausführungsbeispiel einen Einfluss der Monomere einer erfindungsgemäßen Beschichtung und einer nicht erfindungsgemäßen Beschichtung auf die photoaktive Schicht eines Schichtsystems .
Ausführungsbeispiele
Die Ausführungsbeispiele beziehen sich insbesondere auf ein in einem Rolle-zu-Rolle Verfahren hergestelltes optoelektronisches Bauelement , bevorzugt organische Schichten beinhaltend Materialien auf der Basis kleiner Moleküle .
Fig . 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Schichtsystems 7 eines optoelektronischen Bauelements 100 im Querschnitt ;
Das optoelektronische Bauelement 100 , insbesondere ein organisches photovoltaisches Element , besteht aus einer Folge dünner Schichten, mit dem Schichtsystem 7 , mit mindestens einer photoaktiven Schicht 4 , welche bevorzugt im Vakuum aufgedampft oder aus einer Lösung prozessiert werden . Die elektrische Anbindung kann durch Metallschichten, transparente leitfähige Oxide und/oder transparente leitfähige Polymere erfolgen . Das Vakuum-Aufdampfen der organischen Schichten ist insbesondere vorteilhaft bei der Herstellung von mehrschichtigen photovoltaischen Elementen, insbesondere Tandem- oder Triple-Zellen .
Ein Schichtsystem 7 eines solchen optoelektronischen Bauelements 100 ist in einem Ausführungsbeispiel in Fig . 1 dargestellt . Das optoelektronische Bauelement 100 weist ein Schichtsystem 7 mit mindestens zwei Elektroden 2 , 6 und mindestens einer photoaktiven Schicht 4 mit mindestens einem Absorbermaterial auf einem Substrat 1 auf , wobei die mindestens eine photoaktive Schicht 4 zwischen den beiden Elektroden 2 , 6 angeordnet ist . Das Schichtsystem 7 mit den Elektroden 2 , 6 ist laserstrukturiert . Das Schichtsystem 7 kann weiter eine Löchertransportschicht 5 und eine Ladungsträgerschicht 3 aufweisen .
Fig . 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Bauelements 100 mit einer Beschichtung 10 zur Planarisierung und Stabilisierung einer laserstrukturierten Oberfläche 11 des optoelektronischen Bauelements 100 im Querschnitt . Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird .
Die Beschichtung 10 zur Planarisierung und Stabilisierung einer laserstrukturierten Oberfläche 11 eines optoelektronischen Bauelements 100 ist zumindest teilweise auf dem Schichtsystem 7 des optoelektronischen Bauelements 100 angeordnet , wobei das optoelektronische Bauelement 100 ein Schichtsystem 7 aufweist , wobei das Schichtsystem 7 eine erste Elektrode 2 , eine zweite Elektrode 6 , und mindestens eine photoaktive Schicht 4 umfasst , wobei die mindestens eine photoaktive Schicht 4 zumindest teilweise zwischen den Elektroden 2 , 6 angeordnet ist , und wobei das Schichtsystem 7 laserstruktriert ist . Die Beschichtung 10 weist eine Polythiolen- Matrix auf , bevorzugt besteht aus einer Polythiolen-Matrix, wobei die Polythiolen-Matrix mittels Polymerisation aus mindestens einem ersten Monomer und einem zweiten Monomer gebildet ist , wobei das erste Monomer ein polyfunktionales Thiol mit mindestens drei Thiol-Gruppen ist bevorzugt endständig angeordneten Thiol-Gruppen, wobei das zweite Monomer ein polyfunktionales Alken mit mindestens zwei C-C-Doppelbindungen ist bevorzugt endständig angeordneten C-C-Doppelbindungen, und wobei die Beschichtung 10 auf dem optoelektronischen Bauelement 100 angeordnet ist und zumindest teilweise direkten Kontakt mit dem Schichtsystem 7 und/oder einen Diffusionskontakt mit dem Schichtsystem 7 für mindestens das erste Monomer und/oder das zweite Monomer aufweist .
Das bereitgestellte optoelektronische Bauelement 100 wurde insbesondere in einem Rolle-zu-Rolle Verfahren hergestellt .
Die Beschichtung 10 des optoelektronischen Bauelements 100 kann direkt auf die Elektroden 2 , 6 und/oder die photoaktive Schicht 4 eines Schichtsystems 7 aufgebracht werden, ohne diese zu beschädigen, wobei insbesondere eine planare Topologie bereitgestellt wird . Die Beschichtung 10 kann in flüssiger Form direkt auf das Schichtsystem 7 aufgebracht werden . Vorteilhafterweise ist das Verfahren in einem Rolle-zu-Rolle-Verf ahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements 100 oder eines Halbfabrikats davon durchführbar .
Vorteilhafterweise wird ein Auf- und Abwickeln der Beschichtung 10 während des Rolle-zu-Rolle Verfahrens ermöglicht . Die Beschichtung 10 verhindert ein Ablösen des Schichtsystems 7 vom Substrat 12 , insbesondere beim Abrollen in einem Rolle-zu-Rolle Verfahren, insbesondere bei einer Weiterverarbeitung von Halbfabrikaten des optoelektronischen Bauelements 100 . Vorteilhafterweise schützt die Beschichtung 10 das Schichtsystem 7 vor und während der Endfertigung vor Umwelteinflüssen und Beschädigungen .
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das erste Monomer mindestens vier Thiol-Gruppen auf , wobei die Thiol-Gruppen bevorzugt j eweils an einem terminalen Ende angeordnet sind .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das zweite Monomer mindestens drei C-C-Doppelbindungen auf , bevorzugt mindestens vier C- C-Doppelbindungen, wobei die C-C-Doppelbindungen bevorzugt j eweils an einem terminalen Ende angeordnet sind . In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Polythiolen- Matrix zusätzlich aus mindestens einem dritten Monomer und/oder mindestens einer weiteren Komponente gebildet , wobei das mindestens eine dritte Monomer mindestens zwei Thiol-Gruppen aufweist , wobei die Thiol-Gruppen bevorzugt j eweils an einem terminalen Ende angeordnet sind, und wobei die mindestens eine weitere Komponente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Additiv, einem Flammschutzmittel , einem Füllstoff , einem Inhibitor, einem Initiator , und einem Stabilisator .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Monomer ein Mercaptoester , bevorzugt ist das erste Monomer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus :
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die C-C- Doppelbindungen Allyl-Gruppen und/oder Vinyl-Gruppen, wobei das zweite Monomer bevorzugt ein Triallyl-Isocyanurat oder ein Triallyl-cyanurat ist , insbesondere bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus :
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt das Molverhältnis des ersten Monomers zu dem zweiten Monomer 2 : 1 bis 1:0, 9, bevorzugt 1,5:1 bis 1:1, oder bevorzugt 1,2:1 bis 1:1. Vorzugsweise liegt das erste Monomer in einem zumindest geringen Überschuss vor.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält die Beschichtung mindestens ein Urethan in der Menge von 5 bis 40 Gew.-% der Beschichtung, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung, bevorzugt von 5 bis 30 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 30 Gew.-%, bevorzugt von 15 bis 30 Gew.-%, bevorzugt von 5 bis 20 Gew.-%, bevorzugt von 5 bis 10 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 20 Gew,-%, oder bevorzugt von 15 bis 30 Gew.-%.
Zusammensetzungen sind beispielsweise unter den Bezeichnungen NOA61, NOA63, NOA65 oder NOA68 von Nordland Products Inc. erhältlich. NOA61 enthält 55 - 57 Gew.-% eines Tetrathiols und 43 - 45 Gew.-% eines Triallyl Isocyanurates . NOA63 enthält 70 - 75 Gew.-% an NOA61 und 15 - 30 Gew.-% eines Urethans.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Beschichtung 10 flexible Eigenschaften auf, wobei eine Elastizität (modulus of elasticity) der Beschichtung 10, bevorzugt der Polythiolen-Matrix, 80000 psi bis 360000 psi beträgt, bevorzugt 100000 psi bis 300000 psi, insbesondere bevorzugt 120000 psi bis 260000 psi, und/oder die Schichtdicke der Beschichtung 10 1 pm bis 2000 pm beträgt, bevorzugt 1 pm bis 1000 pm, oder bevorzugt 20 pm bis 100 pm.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zwischen der Beschichtung 10 und dem optoelektronischen Bauelement 100, insbesondere zwischen der Beschichtung 10 und dem Schichtsystem 7 des optoelektronischen Bauelements 100 , zumindest teilweise eine SiOCH- Schicht 14 angeordnet . Die SiOCH-Schicht 14 kann mittels plasma enhanced chemical vapor deposition ( PECVD ) Verfahren, wie beispielsweise Hohl-Kathoden gestütztem PECVD ( arcPECVD ) Verfahren, über einen HMDSO-Precursor oder bis-trimethylsilymethane ( BTMSM) Precursor oder Tetraethylorthosilicate (TEOS ) Precursor oder tetramethylsilane (TMS ) Precursor oder hexamethyldisilazane ( HMDSN) Precursor abgeschieden werden .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das optoelektronische Bauelement 100 ein flexibles optoelektronisches Bauelement 100 , mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung 10 und/oder hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, aufweisend ein Schichtsystem 7 mit mindestens zwei Elektroden 2 , 6 und mindestens einer photoaktiven Schicht 4 , wobei die mindestens eine photoaktive Schicht 4 zwischen den beiden Elektroden 2 , 6 angeordnet ist , wobei die Beschichtung 10 zumindest teilweise direkten Kontakt mit dem Schichtsystem 7 und/oder einen Diffusions kontakt mit dem Schichtsystem 7 aufweist .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das optoelektronische Bauelement 100 bevorzugt ein photovoltaisches Element , insbesondere bevorzugt ein flexibles organisches photovoltaisches Element .
Die Herstellung des organischen optoelektronischen Bauelements 100 im Rolle-zu-Rolle-Verf ahren erfolgt durch die Bereitstellung eines Substrats 12 auf das das Schichtsystem 7 aufgebracht wird, wobei insbesondere zuerst die erste Elektrode 2 und dann sowohl Absorberais auch ( teil- ) dotierte und/oder undotierte Transportschichten, insbesondere die photoaktive Schicht 4 , aufgebracht werden . Anschließend wird die zweite Elektrode 6 aufgebracht . Einzelne aufgebrachte Schichten werden nach dem Aufbringen zumindest teilweise laserstrukturiert oder das Schichtsystem 7 wird nach dem Aufbringen aller Schichten zumindest teilweise laserstrukturiert . Zwischen dem Substrat 12 und dem Schichtsystem 7 kann alternativ eine Barriereschicht 13 zum Schutz vor Feuchtigkeit und/oder Luftsauerstoff aufgebracht werden .
Die Beschichtung 10 kann in einem Ausführungsbeispiel eine Schichtdicke von 10 pm bis 2000 pm aufweisen, bevorzugt von 100 pm bis 1000 pm . Die Beschichtung 10 ist zumindest weitgehend elektrisch isolierend .
Das optoelektronische Bauelement 100 ist in einer Ausführungsform ein Halbfabrikat eines optoelektronischen Bauelements 100 , insbesondere ein Halbfabrikat in einem Rolle-zu-Rolle Verfahren . In dem Rolle-zu- Rolle Verfahren wird auf einem fortlaufenden Substrat 12 bzw . auf einem optoelektronischen Bauelement 100 mit einem Substrat 12 , umfassend eine auf dem Substrat 12 angeordneten Elektrode 2 , ein organisches Schichtsystem 7 und eine Elektrode 6 auf der dem Substrat 12 abgewandten Seite des Schichtsystems 7 , mindestens eine photoaktive organische Schicht 4 zwischen der Elektrode 2 und der Elektrode 6 , und eine Schutzschicht auf der dem Substrat 12 abgewandten Seite des mindestens einen optoelektronischen Bauelements 100 , wobei die Schutzschicht das organischen Schichtsystem 7 bevorzugt vollständig bedeckt .
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das optoelektronische Bauelement 100 ein organisches optoelektronisches Bauelement 100 , bevorzugt eine organische Solarzelle , ein OFET , eine OLED oder ein organischer Photodetektor .
Die erfindungsgemäße Beschichtung 10 kann insbesondere als Wickelschutz für ein optoelektronisches Bauelement 100 und/oder für ein Halbfabrikat zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements 100 , bevorzugt in einem Rolle-zu-Rolle-Verf ahren, verwendet werden . Die Beschichtung schützt dabei das optoelektronische Bauelement 100 und/oder das Halbfabrikat , insbesondere das Schichtsystem 7 des optoelektronischen Bauelements 100 und/oder des Halbfabrikats , zumindest temporär vor äußeren Einflüssen, wobei das optoelektronische Bauelement 100 und/oder das Halbfabrikat nicht beschädigt werden . Fig . 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Bauelements 100 mit einer SiOCH-Schicht 14 und mit einer Beschichtung 10 zur Planarisierung und Stabilisierung einer laserstrukturierten Oberfläche 11 des optoelektronischen Bauelements 100 im Querschnitt . Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugs zeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird .
Die Beschichtung 10 des optoelektronischen Bauelements 100 weist zumindest teilweise direkten Kontakt mit dem Schichtsystem 7 und/oder einen Diffusions kontakt mit dem Schichtsystem 7 auf .
Fig . 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Beschichten einer Oberfläche 11 eines laserstrukturierten optoelektronischen Bauelements 100 mit einer Beschichtung 10 in einem Fließdiagramm . Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird .
Das Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche 11 eines laserstrukturierten optoelektronischen Bauelements 100 mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung 10 , umfasst die folgenden Schritte : a ) Bereitstellen eines optoelektronischen Bauelements 100 mit einem Schichtsystem 7 , aufweisend eine erste Elektrode 2 , eine zweite Elektrode 6 , und mindestens eine photoaktive Schicht 4 , die zwischen den beiden Elektroden 2 , 6 angeordnet ist , wobei das optoelektronische Bauelement 100 laserstrukturiert ist , b ) Bereitstellen mindestens eines ersten Monomers und eines zweiten Monomers , wobei das erste Monomer ein polyfunktionales Thiol mit mindestens drei Thiol-Gruppen ist , und das zweite Monomer ein polyfunktionales Alken mit mindestens zwei C-C-Doppelbindungen ist , c ) Mischen des mindestens ersten Monomers und zweiten Monomers , wobei eine Monomer-Mischung erhalten wird, d) Aufträgen der Monomer-Mischung auf das optoelektronische Bauelement 100 , wobei das erste Monomer und/oder das zweite Monomer zumindest teilweise direkten Kontakt mit dem Schichtsystem 7 aufweisen und/oder einen Diffusionskontakt mit dem Schichtsystem 7 aufweisen, und e ) Aushärten der Monomer-Mischung durch Polymerisieren, wobei die Beschichtung 10 gebildet wird, wobei die laserstrukturierte Oberfläche 11 des Schichtsystems 7 planarisiert und stabilisiert wird, so dass das Schichtsystem 7 nicht beschädigt wird . Die Monomer-Mischungen wird in einem Ausführungsbeispiel mittels eines spin-coating Verfahrens auf das optoelektronische Bauelement 100 aufgetragen .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Viskosität der Monomer-Mischung 200 mPas bis 9000 mPas , bevorzugt 300 mPas bis 3000 mPas , und wobei die Monomer-Mischung mittels UV-härten, Dualhärten, thermischem Härten, und/oder eines Reaktionsgases ausgehärtet wird, insbesondere vernetzt wird .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren in einem Rolle-zu-Rolle Verfahren durchgeführt , bevorzugt einem kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle Verfahren .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Monomer- Mischung mittels eines Druckverfahrens aufgetragen, bevorzugt einem Siebdruck-Verfahren, einem Plot-Verfahren, einem Tintenstrahldruck- Verfahren oder einem 3D-Druck-Verf ahren, eines Schlitzdüsenverfahrens , eines Kommabarverfahrens oder eines Rakelverfahrens , wobei bevorzugt der Druck zum Aufträgen der Monomer-Mischung weniger als 200 kPa beträgt , bevorzugt weniger als 50 kPa, bevorzugt weniger als 10 kPa , oder bevorzugt weniger als 5 kPa .
Die aufgebrachte Monomer-Mischung wird thermisch bei einer Temperatur von 80 und 150 ° C gehärtet . Die auf getragene Monomer-Mischung kann alternativ mittels UV-Strahlung gehärtet werden, beispielsweise mit einer UV Strahlungsdosis von 0 , 150 J/cm2 bis 1 , 20 J/cm2 in einem Wellenlängenbereich von 100 nm bis 280 nm. Alternativ kann die aufgetragene und zumindest teilweise ausgehärtete Monomer-Mischung, insbesondere die Beschichtung 10 , in einem weiteren Schritt getrocknet werden, beispielsweise bei 30 ° C bis 60 ° C . Die aufgetragene Monomer- Mischung wurde in einem Fusion UV System LC6B Benchtop bei einer Geschwindigkeit von 1 . 83 m/min ausgehärtet .
Die Beschichtung 10 wird insbesondere vor dem Aufwickeln des flexiblen optoelektronischen Bauelements 100 , vor dem Transport in eine andere Anlage oder nach dem Transport unter Stickstoff in eine andere Anlage , auf getragen .
Fig . 5 zeigt experimentelle Ergebnisse von laserstrukturierten optoelektronischen Bauelementen 100 mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung 10 und einer nicht erfindungsgemäßen Beschichtung . Das optoelektronische Bauelement 100 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein photovoltaisches Element .
Dabei wurden als Wickelschutz des photovoltaischen Elements eine erfindungsgemäße Beschichtung 10 aus NOA63 und eine Schutzschicht aus BS1 , die als weitverbreiteter Wickelschutz für optoelektronische Bauelemente verwendet wird, miteinander verglichen . Die erfindungsgemäße Beschichtung 10 wurde aus einer flüssigen Monomer- Mischung mit anschließendem Härten durch UV-Bestrahlung hergestellt , wobei der Wickelschutz erhalten wurde , bei dem nicht erfindungsgemäßen Wickelschutz wurde BS1 als adhäsive Folie auf das photovoltaische Element aufgebracht . Bei BS1 handelt es sich um eine Trägerfolie aus Polyester, die mit einem PSA ( Pressure-sensitive adhesive ) aus Polysiloxanen beschichtet ist . BS1 wird mit der PSA beschichteten Seite der Folie auf das optoelektronische Bauelement 100 aufgebracht . Die Folie mit der PSA-Beschichtung weist eine Dicke von ca . 60 pm auf .
Fig . 5A zeigt den Verlauf des Füllfaktors FF des photovoltaischen Elements über eine Zeit von 1000h, Fig . 5B zeigt den Verlauf des Kurzschlussstroms Isc des photovoltaischen Elements über eine Zeit von 1000h, Fig . 5C zeigt den Verlauf der normalisierten Effizienz des photovoltaischen Elements PCE über eine Zeit von 1000h, und Fig . 5D zeigt den Verlauf der Leerlauf Spannung Voc des photovoltaischen Elements über eine Zeit von 1000h, j eweils im Vergleich einer erfindungsgemäßen Beschichtung 10 aus NOA63 als Wickelschutz mit einer nicht erfindungsgemäßen Beschichtung mit BS1 als Wickelschutz .
Den Fig . 5A bis 5D ist zu entnehmen, dass der Füllfaktor FF, der Kurzschlussstroms Isc , die normalisierte Effizienz PCE , und die Leerlauf Spannung Voc des photovoltaischen Elements mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung 10 als Wickelschutz über eine Zeit von 1000h weitgehend besser verlaufen im Vergleich zu dem photovoltaischen Element mit BS1 als Wickelschutz . Dadurch wird mit der erfindungsgemäßen Beschichtung 10 als Wickelschutz ein besserer Schutz des photovoltaischen Elements , insbesondere des Schichtsystems 7 des photovoltaischen Elements , erhalten .
Fig . 6 zeigt in einem Ausführungsbeispiel einen Einfluss der Monomere einer erfindungsgemäßen Beschichtung 10 und einer nicht erfindungsgemäßen Beschichtung auf die photoaktive Schicht 4 eines Schichtsystems 7 .
In diesem Ausführungsbeispiel ist das optoelektronische Bauelement 100 ein organisches photovoltaisches Element . Das organische photovoltaische Element weist ein Substrat 1 auf , z . B . aus Glas , auf dem sich eine Elektrode 2 befindet , die z . B . ITO umfasst . Darauf angeordnet ist ein Schichtsystem 7 mit einer elektronentransportierenden Schicht 3 sowie mindestens einer photoaktiven Schicht 4 , mit mindestens einem Absorber , einem p- leitenden Donor-Material , und einem n-leitenden Akzeptor-Material , z . B . C60 Fulleren . Darüber angeordnet befindet sich eine p-dotierte Lochtransportschicht 5 , und eine Elektrode 6 aus Aluminium.
Zur Beurteilung der Kompatibilität der Beschichtung 10 , insbesondere der erfindungsgemäßen Monomer-Mischung mit mindestens einem ersten Monomer und einem zweiten Monomer zum Bilden der Beschichtung 10 , mit einem Schichtsystem 7 wurde die Monomer-Mischung auf das Schichtsystem 7 eines optoelektronischen Bauelements 100 als Tropfen aufgetragen und dann flächig verteilt . Das optoelektronische Bauelement 100 weist ein laserstrukturiertes Schichtsystem 7 auf . In diesem Ausführungsbeispiel wurden das erste Monomer und das zweite Monomer in einem Mengenverhältnis von 55 : 45 bis 57 : 43 gemischt . Das erste Monomer und das zweite Monomer sind die Hauptbestandteile der Monomer-Mischung und machen zusammen einen Anteil von mindestens 80% Gew . -% aus , bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomer-Mischung . Der Einfluss der erfindungsgemäßen Beschichtung 10 , insbesondere der erfindungsgemäßen Monomer-Mischung zum Bilden der Beschichtung 10 , mit mindestens einem ersten Monomer und einem zweiten Monomer zum Bilden der Beschichtung 10 ( Fig . 6A) , wurde im Vergleich mit einer nicht erfindungsgemäßen Mischung an Monomeren zum Bilden einer Beschichtung ( Fig . 6B ) für optoelektronische Bauelemente 100 untersucht. Die erfindungsgemäße Monomer-Mischung weist NOA63 auf, und die nicht erfindungsgemäße Mischung VE672 weist Acrylate auf, insbesondere 25 - 75% exo-1,7,7- Trimethylbicyclo [2.2.1] hept-2-ylacrylat, 25 - 75% Methacrylsäureester , und 2,5 - 10 % Urethanacrylat . Die Beschichtungen wurden jeweils aus einer flüssigen Monomer-Mischung mit anschließendem Härten durch UV- Bestrahlung hergestellt.
Bei der erfindungsgemäßen Beschichtung 10 ist keine Verfärbung, Trübung oder sonstige optische Veränderung des Schichtsystems 7 zu erkennen (Fig. 6A) , das laserstrukturierte Schichtsystem 7 wird nicht beschädigt. Im Gegensatz dazu entfärbt die nicht erfindungsgemäße Monomer-Mischung das Schichtsystem 7 (Fig. 6B) , und löst es teilweise an, das laserstrukturierte Schichtsystem 7 wird deutlich beschädigt. Eine Entfärbung des Schichtsystems 7 ist auch durch die Elektrode hindurch zu erkennen.

Claims

38 Patentansprüche
1. Beschichtung (10) zur Planarisierung und Stabilisierung einer laserstrukturierten Oberfläche (11) eines optoelektronischen Bauelements (100) , wobei das optoelektronische Bauelement (100) ein Schichtsystem (7) aufweist, wobei das Schichtsystem (7) eine erste Elektrode (2) , eine zweite Elektrode (6) , und mindestens eine photoaktive Schicht (4) umfasst, wobei die mindestens eine photoaktive Schicht (4) zumindest teilweise zwischen den Elektroden (2,6) angeordnet ist, und wobei das Schichtsystem (7) laserstruktriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Beschichtung (10) eine Polythiolen-Matrix aufweist, bevorzugt aus einer Polythiolen-Matrix besteht, wobei die Polythiolen-Matrix mittels Polymerisation aus mindestens einem ersten Monomer und einem zweiten Monomer gebildet ist, b. wobei das erste Monomer ein polyfunktionales Thiol mit mindestens drei Thiol-Gruppen ist c. bevorzugt endständig angeordneten Thiol-Gruppen, d. wobei das zweite Monomer ein polyfunktionales Alken mit mindestens zwei C-C-Doppelbindungen ist e. bevorzugt endständig angeordneten C-C-Doppelbindungen, und f. wobei die Beschichtung (10) auf dem optoelektronischen Bauelement (100) angeordnet ist und zumindest teilweise direkten Kontakt mit dem Schichtsystem (7) und/oder einen Diffusions kontakt mit dem Schichtsystem (7) für mindestens das erste Monomer und/oder das zweite Monomer aufweist.
2. Beschichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Monomer mindestens vier Thiol-Gruppen aufweist, wobei die Thiol-Gruppen bevorzugt jeweils an einem terminalen Ende angeordnet sind. 39 Beschichtung ( 10 ) nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass das zweite Monomer mindestens drei C-C-Doppelbindungen aufweist , bevorzugt mindestens vier C-C-Doppelbindungen, wobei die C-C-Doppelbindungen bevorzugt j eweils an einem terminalen Ende angeordnet sind . Beschichtung ( 10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass die Polythiolen-Matrix zusätzlich aus mindestens einem dritten Monomer und/oder mindestens einer weiteren Komponente gebildet ist , wobei das mindestens eine dritte Monomer mindestens zwei Thiol-Gruppen aufweist , wobei die Thiol-Gruppen bevorzugt j eweils an einem terminalen Ende angeordnet sind, und wobei die mindestens eine weitere Komponente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Additiv, einem Flammschutzmittel , einem Füllstoff , einem Inhibitor, einem Initiator, und einem Stabilisator . Beschichtung ( 10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass das erste Monomer ein Mercaptoester ist , bevorzugt ist das erste Monomer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus : 40 Beschichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die C-C-Doppelbindungen Allyl- Gruppen und/oder Vinyl-Gruppen sind, wobei das zweite Monomer bevorzugt ein Triallyl-Isocyanurat oder ein Triallyl-cyanurat ist, insbesondere bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus : Beschichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Molverhältnis des ersten Monomers zu dem zweiten Monomer 2:1 bis 1:0, 9 beträgt, bevorzugt 1,5:1 bis 1:1, oder bevorzugt 1,2:1 bis 1:1. Beschichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung flexible Eigenschaften aufweist, wobei die Elastizität der Beschichtung (10) , bevorzugt der Polythiolen-Matrix, 80000 psi bis 360000 psi beträgt, bevorzugt 100000 psi bis 300000 psi beträgt, insbesondere bevorzugt 120000 psi bis 260000 psi, und/oder die Schichtdicke der Beschichtung (10) 1 pm bis 2000 pm beträgt, bevorzugt 20 pm bis 100 pm. Beschichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Beschichtung (10) und dem optoelektronischen Bauelement (100) , insbesondere zwischen der Beschichtung (10) und dem Schichtsystem (7) des optoelektronischen Bauelements (100) , zumindest teilweise eine SiOCH-Schicht (14) angeordnet ist. Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche (11) eines laserstrukturierten optoelektronischen Bauelements (100) mit einer Beschichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend die folgenden Schritte: a. Bereitstellen eines optoelektronischen Bauelements (100) mit einem Schichtsystem (7) , aufweisend eine erste Elektrode (2) , eine zweite Elektrode (6) , und mindestens eine photoaktive Schicht (4) , die zwischen den beiden Elektroden (2, 6) angeordnet ist, wobei das optoelektronische Bauelement (100) laserstrukturiert ist, b. Bereitstellen mindestens eines ersten Monomers und eines zweiten Monomers, wobei das erste Monomer ein polyfunktionales Thiol mit mindestens drei Thiol-Gruppen ist, und das zweite Monomer ein polyfunktionales Alken mit mindestens zwei C-C- Doppelbindungen ist, c. Mischen des mindestens ersten Monomers und zweiten Monomers, wobei eine Monomer-Mischung erhalten wird, d. Aufträgen der Monomer-Mischung auf das optoelektronische Bauelement (100) , wobei das erste Monomer und/oder das zweite Monomer zumindest teilweise direkten Kontakt mit dem Schichtsystem (7) aufweisen und/oder einen Diffusionskontakt mit dem Schichtsystem (7) aufweisen, und e. Aushärten der Monomer-Mischung durch Polymerisieren, wobei die Beschichtung (10) gebildet wird, wobei die laserstrukturierte Oberfläche (11) des Schichtsystems (7) planarisiert und stabilisiert wird, so dass das Schichtsystem (7) nicht beschädigt wird. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Viskosität der Monomer- Mischung 200 mPas bis 9000 mPas beträgt, bevorzugt 300 mPas bis 3000 mPas, und wobei die Monomer-Mischung mittels UV-härten, Dualhärten, thermischem Härten, und/oder eines Reaktionsgases ausgehärtet wird. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Verfahren in einem Rolle-zu-Rolle Verfahren durchgeführt wird, bevorzugt einem kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle Verfahren. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Monomer- Mischung mittels eines Druckverfahrens aufgetragen wird, bevorzugt einem Siebdruck-Verfahren, einem Plot-Verfahren, einem Tintenstrahldruck-Verfahren oder einem 3D-Druck-Verf ahren, eines Schlitzdüsenverfahrens, eines Kommabarverfahrens oder eines Rakelverfahrens, und wobei bevorzugt der Druck zum Aufträgen der Monomer-Mischung weniger als 200 kPa beträgt, bevorzugt weniger als 50 kPa, bevorzugt weniger als 10 kPa, oder bevorzugt weniger als 5 kPa . Optoelektronisches Bauelement (100) , bevorzugt ein flexibles optoelektronisches Bauelement (100) , mit einer Beschichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder hergestellt nach einem Verfahren der Ansprüche 10 bis 13, aufweisend ein Schichtsystem (7) mit mindestens zwei Elektroden (2,6) und mindestens einer photoaktiven Schicht (4) , wobei die mindestens eine photoaktive Schicht (4) zwischen den beiden Elektroden (2,6) angeordnet ist, wobei die Beschichtung (10) zumindest teilweise direkten Kontakt mit dem Schichtsystem (7) und/oder einen Diffusions kontakt mit dem Schichtsystem (7) aufweist, wobei das optoelektronische Bauelement (100) bevorzugt ein photovoltaisches Element ist, insbesondere bevorzugt ein flexibles organisches photovoltaisches Element . Verwendung einer Beschichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, als Wickelschutz für ein optoelektronisches Bauelement (100) und/oder für ein Halbfabrikat zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements (100) , bevorzugt in einem Rolle- zu-Rolle-Verf ahren, wobei die Beschichtung (10) das optoelektronische Bauelement (100) und/oder das Halbfabrikat, insbesondere das Schichtsystem (7) des optoelektronischen Bauelements (100) und/oder des Halbfabrikats, zumindest temporär vor äußeren Einflüssen schützt, wobei das optoelektronische Bauelement (100) und/oder das Halbfabrikat nicht beschädigt werden .
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