WO2024047257A1

WO2024047257A1 - Strukturiertes optoelektronisches bauelement

Info

Publication number: WO2024047257A1
Application number: PCT/EP2023/074186
Authority: WO
Inventors: Sabri Alamri; Tim Kunze
Original assignee: Fusion Bionic Gmbh
Priority date: 2022-09-02
Filing date: 2023-09-04
Publication date: 2024-03-07

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement, aufweisend ein Substrat, insbesondere eine Deckschicht, eine optoelektronisch aktive Schicht und eine Kontaktierungsschicht, dessen äußere und/oder innere Oberfläche einen strukturierten Bereich mit einer Punktstruktur aus Zapfen oder inversen Zapfen aufweist. Durch eine solche Punktstruktur können optische Eigenschaften und Benetzungseigenschaften des optoelektronischen Bauelementes vorteilhaft gezielt eingestellt werden. So ist es insbesondere möglich die Lichteinkopplung in oder die Lichtauskopplung aus optoelektronischen Bauelementen sowie somit Effizienz zu verbessern. Weiterhin betrifft die Erfindung ein optoelektronisches Modul, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronisches Bauelementes sowie die Verwendung eines strukturierten Substrates für ein optoelektronisches Bauelement.

Description

STRUKTURIERTES OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement, aufweisend ein Substrat, insbesondere eine Deckschicht, eine optoelektronisch aktive Schicht und eine Kontaktierungsschicht, dessen äußere und/oder innere Oberfläche und/oder im Volumen, insbesondere innerhalb einer Ebene im Volumen, einen strukturierten Bereich mit einer Punktstruktur aus Zapfen oder inversen Zapfen aufweist. Durch eine solche Punktstruktur können optische Eigenschaften und Benetzungseigenschaften des optoelektronischen Bauelementes vorteilhaft gezielt eingestellt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung ein optoelektronisches Modul, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronisches Bauelementes sowie die Verwendung eines strukturierten Substrates für ein optoelektronisches Bauelement.

Optoelektronische Bauelemente werden sowohl zur umweltfreundlichen Energiegewinnung unter Verwendung des Sonnenlichtes als auch zur effizienten Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingesetzt. Da eines der wichtigsten Themen für die Technologie der Zukunft die Energieerzeugung aus erneuerbaren Energien in Verbindung mit einem effizienten Einsatz der erzeugten Energie darstellt, bieten optoelektronische Bauelemente großes Potential.

Eine Abkehr von fossilen Energieträgern soll sowohl die Rohstoff-Abhängigkeit vermindern als auch den Ausstoß klimaschädlicher Gase verringern bzw. vermeiden, sodass photovoltaische Bauelemente, auch photovoltaische Zellen oder Solarzellen, hier einen wichtigen Beitrag leisten können. Die Photovoltaik ist eine bereits weit verbreitete Technologie zur Energiegewinnung, bei der elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie umgewandelt wird. In Form von photovoltaischen Zellen sowie Modulen aus mehreren photovoltaischen Zellen werden sowohl einzelne Bauelemente in technischen Geräten zur direkten Stromversorgung genutzt als auch große Anlagen zur allgemeinen Gewinnung von elektrischer Energie errichtet.

Ein weiterer Ansatzpunkt für die Energiewende ist neben der Energieerzeugung auch das Einsparen von elektrischer Energie durch effiziente Geräte und Leuchtmittel. So konnte durch den Einsatz von lichtemittierenden Dioden (LEDs) bereits ineffiziente Lichtquellen wie Glühbirnen ersetzt werden. Sowohl bei der Energiegewinnung mittels elektromagnetischer Wellen als auch bei Leuchtmitteln, welche elektromagnetische Wellen aussenden, ist die Effizienz der Technologie stark davon abhängig, wie gut es gelingt die elektromagnetischen Wellen in das Bauelement einzukoppeln (Photovoltaik) oder aus dem Bauelement auszukoppeln (LED). Die Transmission des Lichtes durch die äußeren Schichten des Bauelementes ist somit ein Grundproblem, dessen Lösung die Effizienz derartiger Bauelemente stark beeinflusst.

Relevant für eine Beeinträchtigung einer effizienten Lichtausbeute sind dabei die an der oder den Grenzflächen auftretende Reflexion an den Schichtmaterialien und auch Absorptionsprozesse aufgrund von vorhandenen Schmutzpartikeln.

Es ist beispielsweise aus Klemens Ilse et al. („Techno-Economic Assessment of Soiling Losses and Mitigation Strategies for Solar Power Generation“ von Joule 3, Seiten 2303- 2321 , 16. Oktober 2019, Elsevier Inc.) bekannt, dass Verschmutzung an photovoltaischen Anlagen, die photovoltaische Module aufweisen, zu Einbußen der Effizienz von wenigstens 3 % bis 4 % führen. Dadurch kommt es bereits zu einem wirtschaftlichen Verlust von 3 bis 5 Milliarden Euro. Unter Berücksichtigung weiterer Kosten, wie beispielsweise der sehr aufwändigen Reinigung derartiger Anlagen, gehen einige Schätzungen auch von Werten bis zu 7 Milliarden Euro aus.

Auch Reflexionsverluste, welche an den bestehenden Grenzflächen auftreten, verringern den Anteil an genutzter oder zu nutzender elektromagnetischer Strahlung.

STAND DER TECHNIK

Es gibt verschiedene Ansätze die Bauelemente zu optimieren um den Anteil der elektromagnetischen Wellen, welche die äußeren Schichten durchdringen können, zu verbessern und so die optischen Eigenschaften der Bauelemente zu optimieren.

So werden beispielsweise die Verkapselungen von photovoltaischen Bauelementen mit einer Antireflexionsschicht versehen. Es sind auch strukturierte Antireflexfolien bekannt, welche nachträglich auf die Bauelemente aufgebracht werden und dafür sorgen, dass ein größerer Anteil des Lichtes in photovoltaische Bauelemente eingekoppelt wird und somit deren Effizienz erhöht.

Eine Antireflexionsschicht, welche auch für Solarzellen angewendet werden kann, ist auch in der DE 196 42 419 A1 beschrieben. Es wird eine poröse Beschichtung aufgebracht, die eine antireflektierende Wirkung aufweist. Nachteilig ist, dass die verwendeten Materialien umweltschädlich und kostenintensiv sind. Dadurch wird sowohl die ökologische als auch die ökonomische Bilanz photovoltaischer Anlagen belastet.

Weiterhin werden Beschichtungen auch verwendet, um Anti-Schmutzeigenschaften der Bauelemente zu erzeugen. Beispielsweise werden solche Anti-Schmutzbeschichtungen auf das Frontglas aufgebracht. Nachteilig müssen solche Beschichtungen zusätzlich zu den anderen Schichten aufgebracht werden, was aufwändig und kostenintensiv ist.

Technologisch ist es sehr relevant, dass solche Beschichtungen mit Anti- Schmutzeigenschaften auch für optische Effekte optimiert sind. Wenn nur die Anti- Schmutzeigenschaften optimiert werden, besteht die Gefahr eines Verlustes an Effizienz aufgrund beispielsweise hoher Reflektion aufgrund der Verwendung der zusätzlichen Materialschicht.

Es sind allerdings auch Beschichtungen bekannt, welche in vielfacher Hinsicht optimiert sind. So ist aus Jaesung Son, et al. („A practical superhydrophilic self cleaning and antireflective surface for outdoor photovoltaic applications“ aus Solar Energy Materials and Solar Cells, Volume 98, März 2012, Seiten 46-51) auch ein lithographisches Verfahren bekannt, welches mittels einer aufgebrachten Beschichtung und einer darauf angeordneten Maske durch Ätzen Nanostrukturen erzeugt. Die dadurch erzeugte Beschichtung sorgt dafür, dass die Oberfläche superhydrophile und dadurch selbstreinigende Eigenschaften sowie auch eine anti-reflektierende Wirkung zeigt. Das Erzeugen einer solchen Beschichtung ist nachteilig sehr aufwändig. Weiterhin sind die verwendeten Materialien für die Beschichtung, aber auch jene für den Ätzprozess kostenintensiv und umweltschädlich.

In der US 2016/293781 A1 werden drei-dimensionale Strukturen an Solarzellen gezeigt, welche Antireflexions-Eigenschaften sowie auch hydrophobe Eigenschaften aufweisen. Diese werden verwendet, um die Lichteinkopplung in Solarzellen zu erhöhen und die Effizienz verbessern zu können.

Zur Erzeugung der Struktur wird dabei eine Nanoindentationsanordnung auf eine Oberfläche einer elektrochemisch-polierten Aluminiumfolienschicht eingeprägt. Dabei wird eine Art Stempel verwendet, um mittels in einem hexagonalen Muster angeordneter Silizium- Nanosäulen die Strukturen unter Verwendung von nasschemischem Ätzen zu erzeugen. Die erzeugten Strukturen zeigen nachteilig aufgrund des Ätzprozesses eine unebene Oberfläche, wodurch die Reproduzierbarkeit der Effekte reduziert ist. Weiterhin ist das hier verwendete Verfahren wenig flexibel, da für jede Anpassung der Strukturgrößen eine neue Stempel- Anordnung erforderlich ist. Eine Solarzelle, die ein Substrat verwendet, in dem eine Antireflexions-Nanostruktur integriert ist, wird in KR 20120060185 A beschrieben. Es wird hier ein Herstellungsverfahren vorgestellt, welches darauf abzielt, die Menge reflektierten Lichtes zu minimieren, die aufgrund eines Brechungsindexunterschieds zwischen einem Substrat und Luft erzeugt wird. Dafür wird eine Antireflexions-Nanostruktur mit einem Zyklus oder einem durchschnittlichen Abstand unterhalb einer optischen Wellenlänge auf einem Substrat einer Solarzelle gebildet. Die antireflektierende Nanostruktur ist dabei auf beiden Seiten eines Substrats periodisch oder aperiodisch angeordnet und sie hat einen mittleren Abstand unterhalb einer optischen Wellenlänge. Eine transparente leitfähige Oxidschicht wird dabei auf dem Substrat gebildet und eine amorphe Siliziumschicht vom p-i-n-Typ wird auf der transparenten leitfähigen Elektrodenschicht angeordnet. Auf der amorphen Siliziumschicht vom p-i-n-Typ wird dann eine rückseitige Reflexionsschicht gebildet. Eine entsprechende Struktur zur Anwendung auf einer Deckschicht bzw. auf einer Schutzschicht wird in KR 2012 0060182 A beschrieben.

Zur Herstellung der zapfenartigen Antireflexionsschichten wird jeweils ein Ätzverfahren genutzt, bei dem auf der Oberfläche angeordnete Metallpartikel als Maske dienen. Die beschriebenen Abstände sind im Bereich unter 300 nm. Ätzen führt dabei nachteilig zu unebenen und wenig definierten Strukturen. Dadurch kann nachteilig keine geeignete Reproduzierbarkeit der Eigenschaften erreicht werden. Auch werden für die Ätzverfahren giftige Materialien verwendet.

Ein DLIP-Verfahren, welches zur Strukturierung einer Schicht aus Aluminium-Zinkoxid (AZO) genutzt wird, ist in A. Lasagni, et al. (“High speed surface functionalization rising direct laser interference patterning, towards I m2/min fabrication speed with sub-pm resolution”, Proc. Of SPIE Vol. 8968 8968012-1 , 2014 SPIE) beschrieben. Die Laserinterferenzstrukturierung erfolgt hier entweder mit zwei Teilstrahlen oder über einen diffractive beam splitter (DBS), sodass eine Mehrzahl von Teilstrahlen entsteht. Die entstehenden Strukturen sind entweder linienförmig oder aber es kommt zu hexagonalen Strukturen. Zur Erzeugung der hexagonalen Strukturen werden aus Linieninterferenzmuster nacheinander unter einem Drehwinkel von 60° erzeugt. Nachteilig erfordert dieses Verfahren daher zwingend eine mehrfache Bestrahlung. Somit ist es aufwändig und fehleranfällig. Zur Einstellung der Interferenzperiode werden in dem hier vorgestellten Verfahren geeignete Linsen mit entsprechenden Brennweiten verwendet. Dadurch ist die Einstellung der Interferenzperioden nachteilig nur für die vorhandenen Linsen möglich und es muss nachteilig nachjustiert werden, sobald eine Anpassung der Interferenzperiode erfolgt.

In Dokument US 2018/006166 A1 wird ein Verfahren erläutert, bei dem ein Solarabsorber auf Metallbasis hergestellt. Es kann durch das hier beschriebene Verfahren das Solarabsorptionsvermögen selektiv verbessert werden. Ferner kann eine optimierte thermische Stabilität erreicht werden. Dafür wird ein Laserinterferenzlitographieverfahren genutzt, bei dem eine Struktur durch eine erstellte Maske in das Material geätzt wird. Nachteilig werden dadurch unebene Strukturen erzeugt und für das Verfahren auch giftige Materialien verwendet.

Eine Anti-Reflexionsschicht, insbesondere für Solarzellen, ist in JP 2010 219495 A offenbart. Die beschriebenen Strukturen weisen Abstände von kleiner als 400 nm oder auch weniger als 150 nm auf. Zur Erzeugung der Strukturen werden unterschiedliche Verfahren erwähnt. So wird beispielsweise Elektronenstrahlschreiben oder auch Laserinterferenz zur Strukturierung erwähnt. Nachteilig sind diese Verfahren in der Regel aufwändig und langsam.

Es wird in der EP 1 630 612 A2 eine Interferenzstrukturierung beschrieben, bei der mittels zweier überlagerter Teilstrahlen strukturiert wird. Die genutzte Laserwellenlänge liegt bei Wellenlängen kleiner als der des sichtbaren Lichtes. Allerdings wird hier ein lichtempfindlicher Film strukturiert, welcher dann als Maske für ein Ätzen dient. Nachteilig werden beim Ätzen unebene Strukturen erzeugt und für das Verfahren auch giftige Materialien verwendet.

Strukturen, welche auf einer Oberfläche zu Antireflexionseigenschaften führen sind auch in der EP 2 056 129 A1 offenbart. Das hier verwendete Verfahren ist jedoch sehr aufwändig und damit langsam und ineffizient. Zudem können die Strukturparameter nur mit großem Aufwand variiert werden.

AUFGABE

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die technische Aufgabe zugrunde, ein optoelektronisches Bauelement mit verbesserter Effizienz bereitzustellen, welches über ein einfaches Verfahren erzeugt werden kann.

Dabei ist es darüber hinaus Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die optischen Eigenschaften des optoelektronischen Bauelementes zu verbessern, wobei die Oberfläche des optoelektronischen Bauelementes robust, insbesondere gegenüber äußeren Einflüssen, wie Umwelt, Witterung ausgebildet ist und die Degradation der Materialien mit der zeit nur gering ausgeprägt ist. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem derartige optoelektronische Bauelemente gezielt und zuverlässig reproduzierbar mit vorgegebenen Eigenschaften hergestellt werden können.

LÖSUNG

Die Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Modul und ein Verfahren mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche erfüllt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Ausführungsbeispielen zu entnehmen.

Die Aufgabe wird insbesondere durch ein optoelektronisches Bauelement gelöst, welches folgendes aufweist: eine Deckschicht, die eine äußere Oberfläche und eine innere Oberfläche aufweist. Dabei ist die Deckschicht zumindest teiltransparent, vorzugsweise transparent, ausgebildet und die äußere Oberfläche der Deckschicht ist zum Abschließen des optoelektronischen Bauelementes gegenüber der Umwelt ausgebildet. Weiterhin weist das optoelektronische Bauelement zumindest eine funktionale Schicht auf, welche vorzugsweise eine optoelektronisch aktive Schicht oder eine Kontaktierungsschicht darstellt, die zumindest teilweise auf der inneren Oberfläche der Deckschicht angeordnet ist. Die funktionale Schicht ist somit bevorzugt an die Deckschicht angrenzend angeordnet.

Funktionale Schichten sind dabei im Sinne der Erfindung Schichten, welche für die Funktion eines optoelektronischen Bauelementes entscheidend sind. So zählen die Grenzschichten, die p-n-Übergänge aufweisenden optoelektronisch aktiven Schichten oder auch optionale Barriereschichten oder entsprechend der Definition die Kontaktierungsschichten dazu.

Erfindungsgemäß ist die äußere Oberfläche und/oder die innere Oberfläche und/oder im Volumen, insbesondere innerhalb einer Ebene im Volumen, der Deckschicht aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet. Dabei weist der strukturierte Bereich eine erste periodische Punktstruktur auf und die erste Punktstruktur ist aus zumindest einem ersten Interferenzpixel (10) mit einer ersten Interferenzperiode (pi) gebildet. Das erste Interferenzpixel (10) weist ein periodisches Gitter von zumindest drei, vorzugsweise sieben, besonders bevorzugt 19, Zapfen oder inversen Zapfen mit einer ersten Interferenzperiode (pi) auf. Die Interferenzperiode der ersten periodischen Punktstruktur liegt dabei im Bereich von 50 nm bis 50 pm, also im Mikro- oder Submikrometerbereich. Der strukturierte Bereich wird dabei durch die unterschiedlichen aufgebrachten Strukturen gebildet. Diese können eine einzelne Punktstruktur, mehrere überlagerte Punktstrukturen oder auch überlagerte Punkt- und Linienstrukturen sein. Auch wenn der strukturierte Bereich aus mehreren nicht zwingend miteinander verbundenen einzelnen strukturierten Teilbereichen, wie beispielsweise einzelnen Zapfen, besteht, so wird im Sinne der Erfindung doch der gesamte Anteil der Oberfläche, der strukturiert ist, dessen Oberfläche sich folglich aufgrund einer Behandlung mittels eines Laserinterferenzverfahrens geändert hat, als ein strukturierter Bereich angesehen. Es kann also jede Oberfläche lediglich einen strukturierten Bereich aufweisen.

Jeglicher Teil der Oberfläche, der nicht dem strukturierten Bereich zuzuordnen ist, gilt dann als zum unstrukturierten Bereich gehörend.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung betrifft die Erfindung ein optoelektronisches Bauelement, dass zumindest die folgenden Komponenten oder Schichten aufweist

• eine optoelektronisch aktive Schicht, eine Kontaktierungsschicht und/oder eine Deckschicht, die jeweils unabhängig voneinander eine äußere Oberfläche und eine innere Oberfläche aufweisen, wobei die optoelektronisch aktive Schicht, die Kontaktierungsschicht und/oder die Deckschicht (auch im strukturierten Zustand) zumindest teiltransparent ausgebildet ist,

• zumindest eine funktionale Schicht, die zumindest teilweise auf der inneren und/oder äußeren Oberfläche der optoelektronisch aktive Schicht, der Kontaktierungsschicht und/oder der Deckschicht angeordnet bzw. aufgebracht ist, wobei die äußere Oberfläche und/oder innere Oberfläche der optoelektronisch aktiven Schicht, der Kontaktierungsschicht und/oder der Deckschicht jeweils unabhängig voneinander aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet ist, wobei der strukturierte Bereich eine erste periodische Punktstruktur aufweist, wobei die erste Punktstruktur aus zumindest einem ersten Interferenzpixel (10) mit einer ersten Interferenzperiode (p1) gebildet ist, wobei das erste Interferenzpixel (10) ein periodisches Gitter von zumindest drei Zapfen oder inversen Zapfen aufweist, wobei die Interferenzperiode der ersten periodischen Punktstruktur im Bereich von 50 nm bis 50 pm liegt.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung liegt die erste Interferenzperiode der ersten periodischen Punktstruktur im Bereich von 100 nm bis 1.000 nm. Hierdurch können vorzugsweise die Antireflexionseigenschaften des Substrats, insbesondere der optoelektronisch aktiven Schicht, der Kontaktierungsschicht und/oder der Deckschicht (wie hierin definiert) eingestellt werden.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung liegt die erste Interferenzperiode der ersten periodischen Punktstruktur im Bereich von 200 nm bis 50 pm, wobei der Wasserkontaktwinkel der äußeren Oberfläche der Deckschicht kleiner als 20° oder größer als 150° ist. Hierdurch können die Anti-Schmutzeigenschaften als auch die Benetzungseigenschaften der Deckschicht (wie hierin definiert) eingestellt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Eigenschaften, insbesondere die Transmission, einer Oberfläche durch ein Aufbringen eines strukturierten Bereiches positiv beeinflusst werden können und dass dadurch ohne die Notwendigkeit eine zusätzliche Schicht aufbringen zu müssen die Lichteinkopplung in bzw. die Lichtauskopplung aus optoelektronischen Bauelementen verbessert werden kann.

Bei photovoltaischen Zellen führt eine optimierte Lichteinkopplung direkt zu einem erhöhten Kurzschlussstrom. Da die Materialien dafür in der Regel nicht verändert werden müssen und somit, insbesondere bei einer Strukturierung der äußeren Oberfläche der Deckschicht, die Schichtübergänge nicht beeinflusst werden, wird vorteilhaft der Füllfaktor der Strom- Spannungs-Kennlinie nicht verringert. Da auch die Lichtauskopplung entsprechend verbessert wird gilt dies auch für lichtemittierende Bauelemente. Es kann somit einem Kernproblem der Photovoltaik sowie der lichtemittierenden Bauelemente, der Kompromiss zwischen verbesserter Transparenz bei möglichst unverändertem, insbesondere nicht erhöhtem Schichtwiderstand, begegnet werden. Ein erfindungsgemäßen optoelektronisches Bauelement mit einer Punktstrukturen aufweisenden Deckschicht führt zu einer erhöhten Effizienz, da die optischen Eigenschaften aufgrund eines höheren Anteils an die Deckschicht durchdringenden elektromagnetischen Wellen verbessert werden, ohne die elektrischen Eigenschaften des optoelektronischen Bauelementes zu verringern.

Kennzeichnend ist bei der vorliegenden strukturierten Deckschicht, dass der strukturierte Bereich Gitterstrukturen aufweist. Dabei sind Zapfen oder inverse Zapfen wenigstens abschnittsweise periodisch zueinander angeordnet. ALLGEMEINE VORTEILE

Mit Hilfe einer hierin beschriebenen Strukturierung von Oberflächen und/oder Grenzflächen von Substraten optoelektronischer Bauelemente können vorteilhaft die optischen Eigenschaften der Oberfläche oder Grenzfläche bzw. die Eigenschaften der Oberfläche beim Benetzen mit Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser, oder auch bezüglich kleiner Partikel gezielt beeinflusst werden.

Die optischen Eigenschaften werden dabei bevorzugt derart beeinflusst, dass ein größerer Anteil der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung, bspw. des sichtbaren Lichtes an einer Ebene des Substrates, insbesondere der Oberfläche des Substrates, durch diese Ebene hindurch gelangt. Somit kann der Anteil der diese Oberfläche durchquerenden elektromagnetischen Strahlung erhöht werden. Eine mögliche Strukturierung erhöht diesen Anteil dabei aufgrund eines veränderten, vorzugsweise graduellen, Brechungsindex des Substrates, welcher die Reflexion an der Oberfläche reduziert. Weiterhin führt ein aufgebrachtes Gitter zu Beugungseffekten und einer Ablenkung der Ausbreitungsrichtung des Lichtes, also der elektromagnetischen Wellen. Dies bringt große Vorteile für photovoltaische Bauelemente und photovoltaische Module, da vorteilhaft so der Weg, den das Licht innerhalb der optoelektronisch aktiven Schichten zurücklegt, vergrößert wird. Somit kann ein größerer Anteil des einfallenden Lichtes absorbiert werden und es entsteht eine größere Anzahl an Ladungsträgern, wodurch die Effizienz des photovoltaischen Bauelementes oder des photovoltaischen Moduls verbessert wird. Es kann aber auch eine Strukturierung erzeugt werden, welche eine Erhöhung des Anteils an die Oberfläche durchquerender elektromagnetischer Strahlung dadurch erreicht, dass eine mehrfache Reflexion innerhalb eines inversen Zapfens zu einer Art Falleneffekt führt, bei dem bei jedem Auftreffen der elektromagnetischen Welle auf einer Stelle der Oberfläche, vor allem innerhalb des inversen Zapfens, ein weiterer Teil der elektromagnetischen Strahlung diese Oberfläche durchquert.

Weiterhin können vorteilhaft die Benetzungseigenschaften der Oberfläche eingestellt werden, sodass hydrophile oder superhydrophile oder auch hydrophobe oder superhydrophobe Eigenschaften der Oberfläche generiert werden. Dadurch können auf der Oberfläche der Deckschicht Anti-Fogging-Effekte, also Antibeschichtungseffekte sowie Anti- Schmutz-Effekte generiert werden. Weiterhin können durch eine angepasste Strukturierung der Oberfläche die Halte- bzw. Stickingeigenschaften der Oberfläche angepasst werden. So kann die Oberflächenstrukturierung gezielt so generiert werden, dass die Haftung von Festpartikeln an der Oberfläche reduziert ist. In Verbindung mit den optimierten Benetzungseigenschaften werden Schmutzpartikel somit schneller abgewaschen.

Des Weiteren kann die Struktur direkt (d.h. ohne das Erfordernis, die Struktur zwingend über eine weitere Schicht indirekt aufzubringen) auf eine Oberfläche einer Deckschicht eines optoelektronischen Bauelementes appliziert/erzeugt werden. Da die Strukturierung nicht vom Brechungsindex oder der Haftung bestimmter Beschichtungsmaterialien auf dem optoelektronischen Bauelement abhängig ist, ist diese Struktur also flexibler einsetzbar als herkömmliche chemische Strukturierungen oder Nanostrukturierungen, bei denen Metallgitter auf die Anordnungen aufgebracht werden müssen.

Ferner ist die Stabilität der so erzeugten Punktstrukturen zu erwähnen, die im Vergleich zu herkömmlichen Beschichtungen beständiger sind, da sie direkt auf die Oberfläche einer Deckschicht eines optoelektronischen Bauelementes aufgebracht und/oder in das optoelektronische Bauelement eingebracht sind und sich nicht über die Zeit und der einsatzbedingten Materialbeanspruchung, insbesondere mechanischen Materialbeanspruchung von der zu beschichtenden Oberfläche (ab)lösen können. Darüber hinaus sind die Strukturen chemikalienbeständig gegenüber Lösungsmitteln und Glasreinigern.

Wird die Strukturierung im Volumen, d.h. im Inneren eines Substrats des optoelektronischen Bauelementes, insbesondere in der transparenten oderteiltransparenten oder transluzenten Deckschicht vorgenommen, so ist die entstandene Strukturierung (d.h. die Punktstruktur des strukturierten Substrates) unempfindlicher gegen Stöße und Abrieb als herkömmliche Beschichtungen. Die Texturierung, also das Einfügen einer Punkt Struktur, im Inneren bzw. im Volumen des Materials ist für Anwendungsgebiete interessant, wie Produktschutz, optische Datenspeicherung, Dekoration, usw. Auch wenn eine Strukturierung im Inneren eines Bauelementes oder im Inneren einer Schicht nicht zu einer Verbesserung der Anti-Fogging oder der Anti-Schmutz-Eigenschaften führt, so kann dennoch aufgrund der Wechselwirkung des Lichtes mit der Struktur im Inneren die Beugungseffizienz erhöht werden. So kann auch eine Antireflexionseigenschaft einer Schicht, insbesondere einer Deckschicht und/oder einer funktionalen Schicht, erreicht werden.

Entgegen herkömmlicher Methoden (wie beim Ätzen, Sandstrahlen, Polymerbeschichtungen) zum Auf-/Einbringen einer Struktur (bspw. Rauigkeit) auf einem Substrat besteht ein weiterer Vorteil des hierin definierten optoelektronischen Bauelementes mit strukturierter Deckschicht bzw. des Applikationsverfahrens darin, dass ohne großen Aufwand lediglich gewisse Ausschnitte/Bereiche einer Ebene einer Deckschicht zielgerichtet und/oder partiell strukturiert werden können. So kann bspw. auch auf das aufwendige Anfertigen und Anordnen einer Maske zum Anbringen auf einer zu strukturierenden Oberfläche, die bspw. gewisse Bereiche der Oberfläche vor der Behandlung abschirmt/schützt, verzichtet werden. Zudem lassen sich die Strukturparameter (bspw. die Interferenzperiode, die Strukturtiefe, die Durchmesser, die Form und die Größe der inversen Zapfen) und somit auch die damit verbundenen Eigenschaften zielgerichtet und maßgeschneidert anpassen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Effekte

Ziel dieser Erfindung ist es strukturierte Bereiche auf Oberflächen und/oder im Volumen, insbesondere innerhalb einer Ebene im Volumen, von optoelektronischen Bauelementen oder optoelektronischen Modulen, wie der optoelektronisch aktiven Schicht, der Kontaktierungsschicht und der Deckschicht, bereitzustellen, und dadurch die optischen Effekte und/oder die Benetzungseffekte dieser Bauelemente oder Module, insbesondere deren Schichten einzustellen. Es versteht sich, dass die Einstellung der optischen Effekte, insbesondere der Antireflexionseigenschaften, der Reduzierung der Reflexion aufgrund des Falleneffektes und Lichtwegverlängerung durch Beugung am Gitter (jeweils wie hierin definiert) als auch die Einstellung des Benetzungseffektes durch die Ausbildung geeigneter strukturierter und unstrukturierter Bereiche auf der äußeren Oberfläche und/oder inneren Oberfläche und/oder im Volumen, insbesondere innerhalb einer Ebene im Volumen, eines Substrates (wie hierin definiert), insbesondere der funktionalen Schicht (wie optoelektronisch aktiven Schicht, Grenzschicht), der Kontaktierungsschicht und der Deckschicht jeweils unabhängig voneinander eingestellt werden können. Demzufolge können die Strukturparameter, insbesondere die Interferenzperioden, die Strukturtiefen, die Durchmesser der Grundfläche der Zapfen oder inversen Zapfen, der Anteil der so strukturierten Oberfläche oder und/oder innerhalb einer Ebene im Volumen einer jeden Schicht, der Grad an Unordnung innerhalb eines strukturierten Bereiches als auch die Periodizität oder Nicht-Periodizität der Global-Punktstruktur auf der äußeren Oberfläche und/oder inneren Oberfläche und/oder im Volumen, insbesondere innerhalb einer Ebene im Volumen, eines Substrates, insbesondere der funktionalen Schicht (wie optoelektronisch aktiven Schicht, Grenzschicht), der Kontaktierungsschicht und der Deckschicht jeweils unabhängig voneinander eingestellt werden, sodass die einzelnen Abschnitte hierin, auch wenn diese spezifisch auf eine Schicht spezifiziert formuliert sind, sich auch auf die anderen Schichten des optoelektronischen Bauelements oder des optoelektronischen Moduls beziehen lassen.

Optische Effekte

Mittels der Strukturierung einer Deckschicht eines optoelektronischen Bauelementes, vorzugsweise einer photovoltaischen Zelle, auch Solarzelle, oder einer lichtemittierenden Diode, auch LED, können unterschiedliche Effekte an der Deckschicht erreicht werden, welche insbesondere die Effizienz der optoelektronischen Bauelemente im Betrieb verbessern können. So ist es ein Kernpunkt der Technologie photovoltaischer Zellen die Einkopplung des Lichtes in die optoelektronisch aktive Schicht zu optimieren. Da die Anzahl der erzeugten Ladungsträger mit einer Zunahme der eingekoppelten Photonen, also Lichtteilchen, steigt, kann der erzeugte elektrische Strom dadurch erhöht werden, dass die Einkopplung des Lichtes in die optoelektronisch aktive Schicht verbessert wird. Im Gegensatz dazu steigt die Effizienz bei lichtemittierenden Dioden mit einer verbesserten Auskopplung des Lichtes. In jedem Fall ist dabei eine verbesserte Durchquerung der elektromagnetischen Strahlung, also des Lichtes durch die Deckschicht des optoelektronischen Bauelementes entscheidend.

Dafür wird vorteilhaft der Anteil des an der Oberfläche bzw. Grenzfläche reflektierten Lichtes verringert, wodurch ein höherer Anteil in die optoelektronisch aktive Schicht gelangt. Hierfür können zwei unterschiedliche Effekte ausgenutzt werden, welche durch unterschiedliche Strukturierungen, also auch mit unterschiedlichen Interferenzperioden oder Strukturtiefen, erzielt werden können.

Zum einen basiert die Erhöhung des durch die Oberfläche bzw. Grenzfläche gelangten Lichtes auf einem veränderten Brechungsindex der Oberfläche. Dieser Effekt wird als Antireflexion bezeichnet. Glas weist als Grenzfläche zu Luft beispielsweise eine typische Reflexion von 4 % auf. Es kann also bis zu 4 % des Lichtes an einer solchen Oberfläche gewonnen werden. Zum anderen kann die erhöhte Durchdringung der Oberfläche oder Grenzfläche auch darauf basieren, dass innerhalb der Zapfen oder inversen Zapfen die Seitenflächen der Zapfen oder inversen Zapfen aufgrund ihrer Ausrichtung dafür sorgen, dass das einfallende Licht mehrmals innerhalb des Zapfens oder inversen Zapfens auf die Oberfläche der Deckschicht trifft und so bei jedem Auftreffen ein zusätzlicher Teil der elektromagnetischen Strahlung bzw. des Lichtes in das Innere der Deckschicht oder aus dieser heraus gelangt.

Benetzungseffekte

Eine Verbesserung der Lichtein- oder Lichtauskopplung kann auch dadurch erzielt werden, dass Effekte vermieden werden, welche die effiziente Transmission an der Oberfläche oder Grenzfläche verhindern. So können beispielsweise Anti-Schmutzeigenschaften der Außenseite der Deckschicht dafür sorgen, dass weniger Schmutzpartikel zu Beeinträchtigungen führen. Derartige Benetzungseffekte beruhen dabei auf hydrophilen bzw. superhydrophilen oder aber auf hydrophoben bzw. superhydrophoben Oberflächen. Eine Optimierung der Benetzungseigenschaften spielt dabei in erster Linie auf der Oberfläche des optoelektronischen Bauelementes eine Rolle. So wirkt bei einer superhydrophoben Oberfläche bei Kontakt mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, der Lotuseffekt und kleine Schmutzpartikel haften an den an der Oberfläche entlang bewegten und von der Oberfläche abgestoßenen Flüssigkeitstropfen.

Auch superhydrophile Oberflächen zeigen einen solchen Effekt, wobei hier ein gleichmäßig verlaufener Flüssigkeits-Film die Schmutzpartikel abträgt.

Optoelektronisches Bauelement

Das optoelektronische Bauelement weist grundsätzlich zumindest eine optoelektronisch aktive Schicht und wenigstens zwei Kontaktierungsschichten auf, welche geeignet sind, die Ladungsträger in das optoelektronische Bauelement hinein, wie bei einer lichtemittierenden Diode, oder aus dem optoelektronischen Bauelement hinaus, wie bei einer photovoltaischen Zelle, zu leiten. Ein optoelektronisches Bauelement ist im Sinne der Erfindung eine einzelne optoelektronische Zelle, wobei ein optoelektronisches Modul aus mehreren (d.h. zumindest zwei) optoelektronischen Zellen gebildet wird. Durch eine Reihenschaltung mehrerer optoelektronischer Zellen kann dabei insbesondere die erreichte Effizienz der Emission und/oder Absorption elektromagnetischer Strahlung innerhalb eines Moduls verbessert, insbesondere erhöht, werden.

Das optoelektronische Bauelement (kurz Bauelement) kann ein strahlungsemittierendes Bauelement oder ein photovoltaisches Bauelement sein. Das optoelektronische Bauelement kann ein photovoltaisches Bauelement, eine lichtemittierende Diode (LED) oder eine organische Photodiode (OPD) sein, wobei die optoelektronisch aktive Schicht entsprechend als Bereich ausgebildet ist, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise Licht, emittieren und/oder absorbieren kann. Das Licht kann im für den Menschen optisch sichtbaren Spektralbereich oder im Bereich von Infrarot- oder Ultraviolettstrahlung, wie hierin definiert sein. Optoelektronische Bauelemente, die elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise Licht emittieren, können beispielsweise lichtemittierende Dioden (LEDs) oder organische lichtemittierende Dioden (OLEDs) sein. Ein elektromagnetische Strahlung absorbierendes optoelektronisches Bauelement kann beispielsweise eine Solarzelle oder eine Photodiode, bspw. eine organische Photodiode (OPD) bzw. organische Photozelle sein.

Ein strahlungsemittierendes Bauelement ist im Sinne der Erfindung eine einzelne strahlungsemittierende Zelle, wobei ein strahlungsemittierendes Modul aus mehreren (d.h. zumindest zwei) strahlungsemittierenden Zellen gebildet wird. Durch eine Reihenschaltung mehrerer strahlungsemittierender Zellen kann dabei insbesondere die erreichte Emission elektromagnetischer Strahlung innerhalb eines Moduls verbessert, insbesondere erhöht, werden.

Ein photovoltaisches Bauelement ist im Sinne der Erfindung eine einzelne photovoltaische Zelle, wobei ein photovoltaisches Modul aus mehreren (d.h. zumindest zwei) photovoltaischen Zellen gebildet wird. Durch eine Reihenschaltung mehrerer photovoltaischer Zellen kann dabei insbesondere die erreichte Spannung innerhalb eines Moduls verbessert, insbesondere erhöht, werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein optoelektronisches Bauelement als Schichtstapel ausgebildet, dessen Schichten flächig in eine Stapelrichtung (S) benachbart zueinander angeordnet sind und wobei der Schichtstapel zumindest drei flächig ausgedehnte Schichten, insbesondere eine erste, das optoelektronische Bauelement abschließende Schicht (hierin auch „erste abschließende Schicht“), eine zweite, das optoelektronische Bauelement abschließende Schicht (hierin auch „zweite abschließende Schicht“) und eine zwischen der ersten und der zweiten abschließenden Schicht angeordnete oder aufgebrachte funktionale Schicht, wobei die funktionale Schicht vorzugsweise eine optoelektronisch aktive Schicht oder eine Kontaktierungsschicht ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste oder die zweite abschließende Schicht als Deckschicht des optoelektronischen Bauelements ausgebildet, wobei entsprechend der vorangestellten Auswahl (d.h., ob die erste oder die zweite abschließende Schicht die Deckschicht ist) die andere abschließende Schicht vorzugsweise als Trägerschicht ausgebildet ist. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass die funktionale Schicht eine optoelektronisch aktive Schicht ist, wobei in Stapelrichtung (S) entsprechend der vorangestellten Auswahl zwischen der Deckschicht und der optoelektronisch aktiven Schicht als auch zwischen der optoelektronisch aktiven Schicht und der Trägerschicht jeweils unabhängig voneinander eine Kontaktierungsschicht angeordnet sein kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das optoelektronische Bauelement starr oder mechanisch flexibel (sodass sich das optoelektronische Bauelement daher zerstörungsfrei von einer Rolle ab- bzw. aufrollen lässt) ausgestaltet sein. Gemäß einer Weiterbildung ist das optoelektronische Bauelement flexibel und/oder zerstörungsfrei biegbar ausgebildet. Beispielsweise ist das optoelektronische Bauelement eine flexible organische lichtemittierende Diode (OLED).

Vorzugsweise ist das Substrat, insbesondere die optoelektronisch aktive Schicht, die Kontaktierungsschicht und/oder die Deckschicht flexibel, vorzugsweise als Folie ausgebildet. Dies ermöglicht eine gute Anpassbarkeit des Substrates an das optoelektronische Bauelement. Bei optoelektronischen Bauelemente aus flexiblen Materialien, wie beispielsweise organischen Halbleitern, bleibt somit vorteilhaft die Verformbarkeit erhalten.

Die Aufgabe wird auch durch ein optoelektronisches Modul gelöst, welches wenigstens zwei erfindungsgemäße, miteinander elektrisch kontaktierte optoelektronische Bauelemente aufweist. Dabei kann jedes optoelektronische Bauelement eine separate Deckschicht aufweisen. Somit können erfindungsgemäße optoelektronische Bauelemente zu einem optoelektronischen Modul verbunden werden.

Es ist aber auch möglich die erfindungsgemäßen Vorteile zu erreichen, wenn auf einer Deckschicht, wenigstens zwei optoelektronisch aktive (Teil-)schichten zur Bildung jeweils eines (separaten/eigenständigen) optoelektronischen Bauelementes angeordnet sind. Dies kann zu einem effizienteren Fertigungsprozess führen.

Optoelektronisch aktive Schicht

Das optoelektronische Bauelement weist wenigstens eine funktionale Schicht auf. Die funktionale Schicht ist im Sinne der Erfindung ein Substrat, das zumindest eine optoelektronisch aktive Schicht aufweist oder aus dieser besteht, welche zur Erzeugung oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung oder zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung in elektrischen Strom geeignet ist. Die elektromagnetische Strahlung kann beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich, UV-Licht und/oder infrarotes Licht (jeweils vorzugsweise wie hierin definiert) sein.

Eine optoelektronisch aktive Schicht ist im Sinne der Erfindung eine Schicht, welche auch als Schichtstapel ausgebildet sein kann, welche aus Materialien bzw. Materialkombinationen besteht, welche aufgrund ihrer Eigenschaften eine Umwandlung von elektrischer Energie in elektromagnetische Wellen bzw. Photonen oder umgekehrt erlauben. Ein mögliches geeignetes Grundmaterial ist beispielsweise Silizium als anorganischer Halbleiter. Möglich sind auch organische Halbleiter und/oder typische Materialien der Dünnschichtsolarzellen, wie beispielsweise CdTe, aufweisen.

Die optoelektronisch aktive Schicht weist nach einer möglichen Ausgestaltung einen Schichtaufbau nach der Technologie der Heterojunction auf. Bei der Technologie der Heterojunction werden wenigstens eine erste optoelektronisch aktive Schicht und eine zweite optoelektronisch aktive Schicht aneinander angrenzend aufgebracht. Kennzeichnend ist dabei, dass die Energieniveaus, insbesondere die Bandlücke sich unterscheiden. Dabei können die erste optoelektronisch aktive Schicht und die zweite optoelektronisch aktive Schicht aus zwei unterschiedlichen Materialien, beispielsweise aus GaAs und InGaAs, ausgebildet sein. Eine weitere Möglichkeit ist es in den Schichten dasselbe Material zu verwenden, welches in unterschiedlicher kristalliner Form vorliegt. So sieht eine Ausführungsform eines Heterojunctions vor, die erste optoelektronisch aktive Schicht aus kristallinem Silizium vorzusehen und die zweite optoelektronisch aktive Schicht aus amorphem oder polykristallinem Silizium auszubilden. Weiterhin können auch weitere Schichten, beispielsweise eine dritte optoelektronisch aktive Schicht innerhalb des Heterojunction angeordnet sein. Dabei weisen jeweils zwei aneinander angrenzende Schichten des Heterojunction voneinander abweichende Energieniveaus auf. Dadurch können vorteilhaft Ladungsträger effizienter erzeugt und zu den Außenkontakten transportiert werden. Vorteilhaft kann so die Effizienz des optoelektronischen Bauelementes erhöht werden.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das optoelektronische Bauelement eine optoelektronisch aktive Schicht nach der Technologie der Heterojunction unter Verwendung von Silizium auf, wie es beispielsweise in US5648675A vorgeschlagen ist. Vorzugsweise weist das optoelektronische Bauelement als optoelektronisch aktive Schicht eine erste Schicht auf, die aus einer kristallinen, dotierten, vorzugweise n- oder p-dotierten, besonders bevorzugt n-dotierten, Schicht ausgebildet ist. Weiterhin ist eine zweite, an die erste Schicht angrenzende Schicht vorgesehen, welche als eine amorphe oder polykristalline Siliziumschicht ausgebildet ist. Auf der der zweiten Schicht abgewandten Seite der ersten Schicht ist zudem eine dritte Schicht aus dotiertem und intrinsischem, amorphen oder polykristallinen Silizium vorgesehen. Vorzugsweise sind die zweite und die dritte Schicht dünner ausgebildet als die erste Schicht.

Die optoelektronisch aktiven Schichten des optoelektronischen Bauelementes können verschiedene Materialien, wie anorganische Halbleitermaterialien, beispielsweise Silizium, Cadmiumtellurid (CdTe), Galliumarsenid (GaAs) aufweisen. Weitere mögliche Materialien sind organische Halbleitermaterialien, wie organische Polymere, konjugierte Polymere organische Oligomere, organischen Monomeren, organischen kleine, nicht-polymere Moleküle („small molecules", bspw. Fullerene) oder Kombinationen daraus. Darüber hinaus kommen als geeignete Materialien für optoelektronisch aktiven Schichten Perowskite, insbesondere der allgemeinen Formel ABX3 in Betracht.

Gemäß einer Ausführungsform ist die optoelektronisch aktive Schicht Bestandteil einer Abfolge optoelektronisch aktiver Schichten, insbesondere einer Halbleiterschichtenfolge. Die Abfolge optoelektronisch aktiver Schichten kann insbesondere eine Mehrzahl von optoelektronisch aktiven Schichten aus organischen Halbleitermaterialien und/oder anorganischen Halbleitermaterialien aufweisen, beispielsweise Elektronentransportschichten, elektrolumineszierende Schichten und/oder Lochtransportschichten.

Die optoelektronisch aktive Schicht kann auf einem organischen Halbleitermaterial und/oder einem anorganischen Halbleitermaterial basieren. Gemäß einer Ausführungsform ist die optoelektronisch aktive Schicht ein anorganisches Halbleitermaterial, das vorzugsweise Silizium, CdTe, GaAs oder CIS (CulnS₂, Kupfer-Indium-Sulfid), CIGS (Cu(ln,Ga)(S,Se)₂, wie Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid oder Kupfer-Indium-Disulfid) aufweist.

Die optoelektronisch aktive Schicht kann beispielsweise als eine Schicht einer Halbleiterschichtenfolge ausgebildet sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die optoelektronisch aktive Schicht, vorzugsweise die Halbleiterschichtenfolge, ein organisches Halbleitermaterial auf. Insbesondere kann die Halbleiterschichtenfolge eine Abfolge organischer, optoelektronisch aktiver Schichten umfassen, sodass das optoelektronische Bauelement dabei als organische, lichtemittierende Diode (OLED) oder als organische Photodiode (OPD) ausgebildet ist.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die optoelektronisch aktive Schicht einen Leuchtstoff auf. Der Leuchtstoff kann bspw. in Form als Leuchtstoffpartikel in einem Matrixmaterial dispergiert vorliegen. So kann der Leuchtstoff vorzugsweise aufgeschlämmt in dem Matrixmaterial vorliegen. Hierdurch kann eine gleichmäßige Verteilung des Leuchtstoffs und somit eine gleichmäßige Anregung des Leuchtstoffs und auch ein gleichmäßiger Lichtaustritt erreicht werden. Als Matrixmaterial kommen bspw. Silikon, Epoxid oder ein Hybrid zum Einsatz. Als Hybride können Epoxy-Silikon oder Silikon- Polyester eingesetzt werden.

Auch kann der Leuchtstoff zusammen mit Streupartikeln in ein Matrixmaterial eingebracht werden. Dadurch wird ein gleichmäßiger Lichtaustritt gewährleistet.

Das optoelektronische Bauelement ist vorzugsweise als lichtemittierende Diode (LED) oder Laserdiode oder photovoltaische Zelle ausgebildet. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die photovoltaische Zelle eine Tandem-Zelle. Bei einer solchen Tandem-Zelle wird durch die Verwendung verschiedener optoelektronisch aktiver Materialien die Effizienz dadurch erhöht, dass die verschiedenen Materialien in verschiedenen Bereichen besonders gut absorbieren. Gerade bei derart optimierten photovoltaischen Zellen ist eine gute Lichteinkopplung besonders relevant. Dieser Effekt kann durch Tripel-Zellen, bei denen drei unterschiedliche Materialien zur Absorption beitragen noch erhöht werden.

Erfindungsgemäß weist die optoelektronisch aktive Schicht eine Außenseite mit einer äußeren Oberfläche auf (hierin auch als „äußere Oberfläche“ bezeichnet), die im Sinne der Erfindung (bei bestimmungsgemäßem Gebrauch) eine in Stapelrichtung (S) vorgelagert zur Deckschicht bzw. Umwelt zugewandte Grenzfläche darstellt.

Zudem weist die optoelektronisch aktive Schicht eine Innenseite mit einer inneren Oberfläche auf (hierin auch als „innere Oberfläche“ bezeichnet), die im Sinne der Erfindung (bei bestimmungsgemäßem Gebrauch) eine zum Inneren des optoelektronischen Bauelements, d.h. eine in Stapelrichtung (S) zur Deckschicht bzw. Umwelt abgewandte Grenzfläche darstellt, wobei die innere Oberfläche der optoelektronisch aktive Schicht die Grenzfläche zwischen der optoelektronisch aktive Schicht und der in Stapelrichtung (S) vorgelagerten Schicht oder einer anderen Komponente des optoelektronischen Bauelements ausbildet.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die äußere Oberfläche und/oder innere Oberfläche und/oder das Volumen, insbesondere innerhalb einer Ebene im Volumen, insbesondere die äußere Oberfläche der optoelektronisch aktive Schicht aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich (wie hierin definiert) gebildet, wobei der strukturierte Bereich eine erste periodische Punktstruktur aufweist, wobei die erste Punktstruktur aus zumindest einem ersten Interferenzpixel (10) mit einer ersten Interferenzperiode (pi) gebildet ist, wobei das erste Interferenzpixel (10) ein periodisches Gitter von zumindest drei Zapfen oder inversen Zapfen aufweist, wobei die Interferenzperiode (pi) der ersten periodischen Punktstruktur im Mikrometerbereich oder Submikrometerbereich (wie hierin definiert) liegt. Dies hat den Vorteil, dass die optischen Eigenschaften der optoelektronisch aktiven Schicht derart beeinflusst werden, dass ein größerer Anteil der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung, bspw. des sichtbaren Lichtes an einer Ebene der optoelektronisch aktive Schicht, insbesondere der Oberfläche der optoelektronisch aktive Schicht, durch diese Ebene hindurch gelangt. Somit kann der Anteil der, diese Oberfläche durchquerenden elektromagnetischen Strahlung erhöht werden. Eine mögliche Strukturierung erhöht diesen Anteil dabei aufgrund eines veränderten, vorzugsweise graduellen, Brechungsindex des Substrates, welcher bspw. die Reflexion (wie hierin definiert) an der Oberfläche reduziert. Weiterhin führt ein aufgebrachtes Gitter zu Beugungseffekten und einer Ablenkung der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung, also der elektromagnetischen Wellen. Dies bringt bspw. große Vorteile für photovoltaische Bauelemente und photovoltaische Module, da vorteilhaft so der Weg, den das Licht innerhalb der optoelektronisch aktiven Schichten zurücklegt, vergrößert wird. Somit kann ein größerer Anteil des einfallenden Lichtes absorbiert werden und es entsteht eine größere Anzahl an Ladungsträgern, wodurch die Effizienz des photovoltaischen Bauelementes oder des photovoltaischen Moduls verbessert wird. Es kann aber auch eine Strukturierung erzeugt werden, welche eine Erhöhung des Anteils an die Oberfläche durchquerender elektromagnetischer Strahlung dadurch erreicht, dass eine mehrfache Reflexion innerhalb eines inversen Zapfens zu einer Art Falleneffekt (wie hierin definiert) führt, bei dem bei jedem Auftreffen der elektromagnetischen Welle auf einer Stelle der Oberfläche, vor allem innerhalb des inversen Zapfens, ein weiterer Teil der elektromagnetischen Strahlung diese Oberfläche durchquert.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das optoelektronische Bauelement als funktionale Schicht auch eine Grenzschicht aufweisen. In der Grenzschicht (p-n-junction) zwischen n- und p-leitendem Material löschen sich die beweglichen Ladungsträger gegenseitig aus, während die ortsfesten Ladungen (negative im p-leitenden und positive im n-leitenden Material) erhalten bleiben. Die Grenzschicht ist aus diesem Grund verarmt an beweglichen Ladungsträgern. Aufgrund von Diffusion bildet sich im n-dotierten Bereich eine positiv geladene Zone und im p-dotierten Bereich eine negativ geladene Zone. Es bildet sich also eine Raumladungszone aus. Durch die Energie von eingestrahlten Photonen wird vorhandenen Elektronen Energie zugeführt, sodass sie zu beweglichen Ladungsträgern werden, welche sich in Richtung der positiv geladenen Zone (ein Beispiel für eine optoelektronisch aktive Schicht) bewegen. Gleichzeitig entstehen Löcher, also positiv geladene, bewegliche Ladungsträger, welche sich wiederum in Richtung der negativ geladenen Zone bewegen. Somit erfolgt durch die Energie der eingestrahlten Photonen, also der elektromagnetischen Strahlung, ein Fluss an Ladungsträgern. Die Grenzschicht wird im Sinne dieser Erfindung auch wie eine optoelektronisch aktive Schicht verstanden bzw. kann Bestandteil dieser sein.

Die Grenzschicht kann als dielektrisches Material ausgebildet sein, wobei die Grenzschicht elektrisch leitfähig sein kann, insbesondere durch Tunnelströme. Um die Oberfläche der Grenzschicht zu den angrenzenden optoelektronisch aktiven Schichten zu erhöhen und damit die aktive Fläche für den Ladungsaustausch und folglich den Ladungsaustausch selbst zwischen n- und p-leitendem Material zu verbessern, bietet es sich an, die Grenzschicht insbesondere die innere und/oder äußere Oberfläche aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich zu bilden, wobei der strukturierte Bereich eine periodische Punktstruktur, insbesondere eine erste periodische Punktstruktur, wie hierin definiert, aufweist.

Insbesondere bietet die Möglichkeit, dass mittels Laserstrukturapplikationsverfahren, insbesondere der direkten Laserinterferenzstrukturierung, hierarchische Strukturierungen (wie hierin definiert) auf der Oberfläche der Grenzfläche erzeugt werden können, den Vorteil, dass die für den Ladungstransfer bereitstehende Oberfläche bspw. ausgehend vom Mikrometerbereich bis in den Submikrometerbereich "aufgeraut“ werden kann. Dabei werden vorteilhaft definierte Kontakte bzw. Kontaktbereiche ausgebildet, an denen die zwei Oberflächen aneinander anliegen. In den Bereichen, in denen Zapfen einer Oberfläche in den inversen Zapfen einer zweiten Oberfläche angeordnet sind, entstehen dabei in diesen Bereichen definierte Kontaktbereiche.

Typische Materialien für solche Grenzschichten, insbesondere sog. Lochtransportschichten können MoO_x, VO_X, WO_X CuO_x und CuSCN oder NiO_x sein. Kontaktierungsschicht

Das optoelektronische Bauelement weist vorzugsweise zumindest eine „erste Kontaktierungsschicht“ und eine „zweite Kontaktierungsschicht“ auf, welche dazu geeignet sind, die Ladungsträger in das optoelektronische Bauelement hinein, wie bei einem strahlungsemittierenden Bauelement (bspw. Einer lichtemittierenden Diode), oder aus dem optoelektronischen Bauelement hinaus, wie bei einer photovoltaischen Zelle, zu leiten.

Vorzugsweise begrenzen die erste Kontaktierungsschicht und die zweite Kontaktierungsschicht direkt (d.h. unmittelbar angrenzend zu der/diesen) die funktionalen Schichten des optoelektronischen Bauelements, und stellen somit in Stapelrichtung (S) den direkten Abschluss zu den funktionalen Schichten, insbesondere optoelektronisch aktiven Schichten dar.

Vorzugsweise ist die „erste Kontaktierungsschicht“ in Stapelrichtung (S) in der Schichtfolge den funktionalen Schichten des optoelektronischen Bauelements, insbesondere den optoelektronisch aktiven Schichten, der zweiten Kontaktierungsschicht und optional einer Deckschicht vorgelagert angeordnet.

Vorzugsweise ist die „zweite Kontaktierungsschicht“ in Stapelrichtung (S) in der Schichtfolge der ersten Kontaktierungsschicht und den funktionalen Schichten des optoelektronischen Bauelements, insbesondere den optoelektronisch aktiven Schichten nachgelagert und optional einer Deckschicht vorgelagert angeordnet.

Die Kontaktierungsschichten sind vorzugsweise ebenfalls funktionale Schichten, die zur elektronischen Kontaktierung der optoelektronisch aktiven Schicht des optoelektronischen Bauelements dienen und vorzugsweise einen geringen Widerstand aufweisen.

Optional kann die Deckschicht als eine der Kontaktierungsschichten ausgebildet sein und/oder an eine Kontaktierungsschicht angrenzen.

Eine Kontaktierung ist im Sinne der Erfindung immer eine elektrische Kontaktierung mit einer elektrischen Leitfähigkeit von wenigstens einer elektrischen Leitfähigkeit von über 1 S/cm, vorzugsweise 10³S/cm, besonders bevorzugt 10⁴ S/cm. Die Kontaktierungsschichten weisen bevorzugt einen spezifischen Widerstand von kleiner als 10^-1 Dem, vorzugsweise kleiner als 10^-2 Dem, besonders bevorzugt kleiner als 10^-3 Dem auf. Bevorzugt sind an dem optoelektronischen Bauelement weitere, elektrisch mit einer der Kontaktierungsschichten verbundene Kontaktierungselemente, wie beispielsweise Metalldrähte, angeordnet. Derartige Kontaktierungselemente sind nach einer möglichen Ausgestaltung als Kontaktfinger und/oder Sammelschienen ausgebildet, wobei die Sammelschienen den Ladungsträgertransport nach außen gewährleisten. Möglich ist auch eine Anordnung von dünnen Metalldrähten, die einen guten Kompromiss zwischen Ladungsträgertransport und geringer Verschattung bilden. Vorzugsweise sind solche Metalldrähte wie beispielsweise bei der sogenannten „smart-wire“-Technologie in einer Folie eingebettet, wobei die Metalldrähte aufweisende Folie auf ein Modul, aufweisend mehrere photovoltaische Zellen, aufgebracht werden kann, sodass die mehreren photovoltaischen Zellen dann durch die Metalldrähte elektrisch verbunden sind. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine solche Metalldrähte aufweisende Folie die Deckschicht eines optoelektronischen Bauelementes.

Die Kontaktierungselemente können unabhängig voneinander aus einem Substrat und einer darauf angeordneten intermetallischen Verbindung gebildet sein. Als geeignete Substrate bieten sich hierbei insbesondere weitgehend aus Kupfer, Stahl oder einer Eisenlegierung bestehende Substrate an. Die intermetallische Verbindung aufweisend vorzugsweise mindestens ein Metall ausgewählt aus der Gruppe Cu, Sn, Ag, Ni, Fe, Ru, Zr, Au oder AI oder die intermetallische Verbindung ist eine Legierung oder eine intermetallische Verbindung mit einem oder mindestens zwei dieser Metalle. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält die intermetallische Verbindung Zinn (Sn) und Kupfer (Cu), ist eine Legierung aus Zinn und Kupfer, oder besteht im Wesentlichen aus Zinn und Kupfer.

Das Substrat der Kontaktierungselemente kann bereichsweise eine Schicht aus einer intermetallischen Verbindung und bereichsweise Oberflächenbereiche aufweisen, die aus einem Metall oder einer von der intermetallischen Verbindung verschiedenen (Metall-)Legierung bestehen. Die Schicht aus der intermetallischen Verbindung kann dabei eine Dicke von 500 nm bis 20 pm, insbesondere 1 pm bis 10 pm, aufweisen.

Zur Ausbildung dieser Schicht aus der intermetallischen Verbindung auf der Oberfläche des Substrates wird vorzugsweise eine Metallschicht, aufweisend mindestens ein Metall ausgewählt aus der Gruppe Cu, Sn, Ag, Ni, Fe, Ru, Zr, Au oder AI, auf das Substrat aufgebracht. Mittels Laserinterferenzstrukturierung wird ein Energieeintrag auf der erzeugten Oberfläche erzeugt und so das Bilden einer intermetallischen Verbindung, aufweisend vorzugsweise mindestens ein Metall oder wenigstens zwei Metallen ausgewählt aus der Gruppe Cu, Sn, Ag, Ni, Fe, Ru, Zr, Au oder AI oder aufweisend eine Legierung mit einem oder mindestens zwei dieser Metalle, angeregt wird. Dadurch kann vorteilhaft eine hohe Leitfähigkeit, vorzugsweise wenigstens 2 x 10⁴ S/cm, besonders bevorzugt wenigstens 3 x 10⁴ S/cm erreicht werden. Hier kann somit eine gute Leitfähigkeit erreicht werden, ohne eine große Menge an teuren Metallen, wie Cu, Sn, Ag, Ni, Fe, Ru, Zr, Au oder AI zu verwenden. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Kontaktierungselement eine äußere Oberfläche und/oder innere Oberfläche, bevorzugt eine äußere Oberfläche, aufweisen, wobei die äußere Oberfläche und/oder innere Oberfläche, bevorzugt eine äußere Oberfläche, aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich (jeweils wie hierin definiert) gebildet ist, wobei der strukturierte Bereich eine erste periodische Punktstruktur aufweist, wobei die erste Punktstruktur aus zumindest einem ersten Interferenzpixel mit einer ersten Interferenzperiode (pi) gebildet ist, und wobei das erste Interferenzpixel ein periodisches Gitter von zumindest drei Zapfen oder inversen Zapfen aufweist. Eine derartige Strukturierung hat den Vorteil, dass hierdurch ein gezieltes Aufrauen der äußeren und/oder inneren Oberfläche zumindest eines der Kontaktpartner, bspw. des Kontaktierungselements, in der Art erzielt wird, dass die effektive Oberfläche, die für den Ladungsaustausch bzw. Ladungsübertritt zwischen zwei Kontaktpartnern, bspw. dem Kontaktierungselement und der Kontaktierungsschicht und/oder dem Abnehmer, vorgesehen ist, gezielt beeinflusst wird, insbesondere werden so definierte Kontakte oder Kontaktbereiche erzeugt. Hierdurch kann vorteilhaft der elektrische Kontaktwiderstand verringert und/oder die Leitfähigkeit erhöht werden.

Kontaktpartner können auch eine optoelektronisch aktive Schicht und eine dazu benachbart angeordnete Grenzschicht darstellen.

Besonders bevorzugt werden dabei Bereiche auf der Oberfläche des einen Substrats ausgebildet, die komplementär zu Bereichen, insbesondere zu dem Kontaktbereich der Oberfläche des anderen, vorzugsweise gegenüberliegend angeordneten Substrat ausgebildet ist (sog. Lego-Prinzip). Dadurch kann eine vergrößerte Oberfläche erzeugt werden. Weiterhin kann vorteilhaft ein Fixieren der einzelnen aneinander angrenzenden Schichten erreicht werden. Das hängt insbesondere auch damit zusammen, dass die Punktstrukturen weniger Freiheitsgrade gegenüber einem Verschieben zulassen als es beispielsweise bei Linienstrukturen der Fall ist.

So können außerdem definierte Kontakte mit gezielten Eigenschaften ausgebildet werden, die ineinanderpassen. Insbesondere bietet die Möglichkeit, dass mittels Laserstrukturapplikationsverfahren, insbesondere der direkten Laserinterferenzstrukturierung, hierarchische Strukturierungen (wie hierin definiert) auf der Oberfläche der Grenzfläche erzeugt werden können, den Vorteil, dass die für den Ladungstransfer bereitstehende Oberfläche bspw. ausgehend vom Mikrometerbereich bis in den Submikrometerbereich "aufgeraut“ werden kann. Dabei werden vorteilhaft definierte Kontakte bzw. Kontaktbereiche ausgebildet, an denen die zwei Oberflächen aneinander anliegen. Durch die überlagerten quasi-periodischen Linienstrukturen (LIPPS) innerhalb der inversen Zapfen einer ersten Oberfläche und/oder auf den Zapfen der angrenzenden zweiten Oberfläche entstehen, können auch in den Bereichen, in denen Zapfen der zweiten Oberfläche in den inversen Zapfen der ersten Oberfläche angeordnet sind, definierte Kontaktbereiche erzeugt werden.

In einer Ausgestaltung ist die Kontaktierungsschicht, insbesondere die zweite Kontaktierungsschicht, als eine, für in einer optoelektronisch aktiven Schicht erzeugte, Strahlung oder für eine von außen einfallende Strahlung durchlässige Schicht ausgebildet. Besonders bevorzugt enthält die Kontaktierungsschicht ein transparentes leitfähiges Oxid (transparent conductive oxide, TCO). Transparente leitfähige Oxide sind transparente, leitfähige Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, ZnO:AI, SnO₂ oder ln₂O₃ gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn₂SnO4, CdSnO₃, ZnSnO₃, Mgln₂O₄, GalnO₃, Zn₂ln₂O₅ oder ln₄Sn₃0i₂ oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitfähiger Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p-dotiert oder n-dotiert sein. Eine derartige Kontaktierungsschicht hat den Vorteil, dass diese für in der optoelektronisch aktiven Schicht erzeugte Strahlung oder in diese einfallende Strahlung durchlässig, also transparent oder teiltransparent, ausgebildet sein kann.

Erfindungsgemäß weist die zweite Kontaktierungsschicht eine Außenseite mit einer äußeren Oberfläche auf (hierin auch als „äußere Oberfläche“ bezeichnet), die im Sinne der Erfindung (bei bestimmungsgemäßem Gebrauch) eine zur Deckschicht bzw. Umwelt zugewandte - jedoch von den optoelektronisch aktiven Schicht eines optoelektronischen Bauelements abgewandte Grenzfläche darstellt.

Zudem weist die zweite Kontaktierungsschicht eine Innenseite mit einer inneren Oberfläche auf (hierin auch als „innere Oberfläche“ bezeichnet), die im Sinne der Erfindung (bei bestimmungsgemäßem Gebrauch) eine zum Inneren des optoelektronischen Bauelements, d.h. zum aktiven Bereich des optoelektronischen Bauelements hin zugewandte Seite/Fläche darstellt, wobei die Oberfläche der Innenseite der zweiten Kontaktierungsschicht die Grenzfläche zwischen der zweiten Kontaktierungsschicht und der vorhergehenden Schicht (bspw. einer optoelektronisch aktiven Schicht, wie diese in Stapelrichtung (S) vorgelagert ist) oder einer anderen Komponente des optoelektronischen Bauelements ausbildet.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die äußere Oberfläche und/oder innere Oberfläche und/oder das Volumen, insbesondere eine Ebene innerhalb des Volumens, der Kontaktierungsschicht aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich (wie hierin definiert) gebildet, wobei der strukturierte Bereich eine erste periodische Punktstruktur aufweist, wobei die erste Punktstruktur aus zumindest einem ersten Interferenzpixel (10) mit einer ersten Interferenzperiode (pi) gebildet ist, wobei das erste Interferenz pixel (10) ein periodisches Gitter von zumindest drei Zapfen oder inversen Zapfen aufweist, wobei die Interferenzperiode (pi) der ersten periodischen Punktstruktur im Mikrometerbereich oder Submikrometerbereich (wie hierin definiert) liegt. Dies hat den Vorteil, dass die optischen Eigenschaften der Kontaktierungsschicht, insbesondere der zweiten Kontaktierungsschicht derart beeinflusst werden, dass ein größerer Anteil der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung, bspw. des sichtbaren Lichtes an einer Ebene der Kontaktierungsschicht, insbesondere der Oberfläche der Kontaktierungsschicht, durch diese Ebene hindurch gelangt. Somit kann der Anteil der, diese Oberfläche durchquerenden elektromagnetischen Strahlung erhöht werden. Eine mögliche Strukturierung erhöht diesen Anteil dabei aufgrund eines veränderten, vorzugsweise graduellen, Brechungsindex des Substrates, welcher bspw. die Reflexion (wie hierin definiert) an der Oberfläche reduziert. Weiterhin führt ein aufgebrachtes Gitter zu Beugungseffekten und einer Ablenkung der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung, also der elektromagnetischen Wellen. Dies bringt bspw. große Vorteile für photovoltaische Bauelemente und photovoltaische Module, da vorteilhaft so der Weg, den das Licht innerhalb der optoelektronisch aktiven Schichten zurücklegt, vergrößert wird. Somit kann ein größerer Anteil des einfallenden Lichtes absorbiert werden und es entsteht eine größere Anzahl an Ladungsträgern, wodurch die Effizienz des photovoltaischen Bauelementes oder des photovoltaischen Moduls verbessert wird. Es kann aber auch eine Strukturierung erzeugt werden, welche eine Erhöhung des Anteils an die Oberfläche durchquerender elektromagnetischer Strahlung dadurch erreicht, dass eine mehrfache Reflexion innerhalb eines inversen Zapfens zu einer Art Falleneffekt (wie hierin definiert) führt, bei dem bei jedem Auftreffen der elektromagnetischen Welle auf einer Stelle der Oberfläche, vor allem innerhalb des inversen Zapfens, ein weiterer Teil der elektromagnetischen Strahlung diese Oberfläche durchquert. Deckschicht

Im Sinne der Erfindung ist eine „Deckschicht“ ein Substrat, insbesondere ein teiltransparentes Substrat, welches keine optoelektronisch aktive Schicht im Sinne der Erfindung darstellt und bevorzugt zum Abschließen des optoelektronischen Bauelementes gegenüber der Umwelt ausgebildet ist. Dabei begrenzt die Deckschicht das optoelektronische Bauelement, insbesondere die funktionalen Schichten des optoelektronischen Bauelements, in wenigstens einer Raumrichtung, vorzugsweise in der Stapelrichtung (S), d.h. in der Raumrichtung, in der die einzelnen Schichten aufeinander aufgebracht werden, und stellt in dieser Raumrichtung den Abschluss zu den funktionalen Schichten, vorzugsweise direkt gegenüber der Umwelt dar. Entsprechend des Einsatzes des optoelektronischen Bauelements ist die Deckschicht für den Lichteinfall in das und/oder für den Lichtaustritt aus dem optoelektronische(n) Bauelement ausgebildet. Beispielsweise ist die Deckschicht in einer Solarzelle die Schicht, die die Solarzelle zur Umgebung/Umwelt abgrenzende Schicht, die das von außen in die Solarzelle einfallende Licht als erstes passiert. Dem gegenüber ist die Deckschicht in einer lichtemittierenden Diode (LED) vorzugsweise die Schicht, die die lichtemittierende Diode zur Umgebung/Umwelt abgrenzende Schicht, die das durch die und aus der lichtemittierenden Diode austretende, generierte Licht vom Inneren der lichtemittierenden Diode her betrachtet als letztes passiert.

Erfindungsgemäß weist die Deckschicht eine Außenseite mit einer äußeren Oberfläche auf (hierin auch als „äußere Oberfläche“ bezeichnet), die im Sinne der Erfindung (bei bestimmungsgemäßem Gebrauch) eine zur Umgebung bzw. zur, das optoelektronische Bauelement umgebenden, Umwelt hin abschließende Seite darstellt, wobei die äußere Oberfläche der Außenseite der Deckschicht die Grenzfläche zwischen der Deckschicht und der Umgebung definiert. Beispielsweise ist die, das optoelektronische Bauelement umgebende, Umwelt Luft. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die, das optoelektronische Bauelement umgebende, Umwelt auch als eine weitere Schicht, wie beispielsweise eine Trägerschicht, ausgebildet ist, bspw. wenn das optoelektronische Bauelement innerhalb einer komplexen Vorrichtung, wie beispielsweise einem optoelektronisches Modul, vorzugsweise ein Solarzellenmodul, angeordnet ist. In diesem Fall kann die weitere Schicht, die an die Deckschicht angrenzt, eine oder mehrere Verkapselungsschichten sein.

Vorzugsweise bildet die Deckschicht bei einer photovoltaischen Zelle die Abschlussschicht, durch welche die elektromagnetische Strahlung in das Bauelement eindringt. Die Deckschicht weist eine Innenseite mit einer inneren Oberfläche auf (hierin auch als „innere Oberfläche“ bezeichnet), die im Sinne der Erfindung (bei bestimmungsgemäßem Gebrauch) eine zum Inneren des optoelektronischen Bauelements, d.h. zum aktiven Bereich des optoelektronischen Bauelements hin zugewandte Seite/Fläche darstellt, wobei die Oberfläche der Innenseite der Deckschicht die Grenzfläche zwischen der Deckschicht und der nächstfolgenden Schicht (bspw. eine Kontaktschichten, eine optoelektronisch aktive Schicht, wie diese in Stapelrichtung (S) folgen) oder einer anderen Komponente des optoelektronischen Bauelements ausbildet.

Die Deckschicht kann dabei auch die Trägerschicht sein, auf der die weiteren funktionalen Schichten aufgebracht sind. Optional ist die Deckschicht eine als Kontaktierungsschicht für eine photovoltaische Zelle geeignete Schicht, deren Widerstand zumindest ausreichend gering ist, dass entstandene Ladungsträger effektiv zu vorhandenen Kontaktfingern transportiert werden können. Weiterhin kann eine als Kontaktierungsschicht geeignete Deckschicht bei einer lichtemittierenden Diode für den Ladungsträgertransport zu den optoelektronisch aktiven Materialien, in denen also die Umwandlung der elektrischen Energie unter Aussendung der Photonen bzw. elektromagnetischen Wellen erfolgt, beitragen.

Eine mögliche Ausführungsform sieht vor, dass sowohl die innere als auch die äußere Oberfläche der Deckschicht aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet ist. Dabei sieht eine mögliche Ausgestaltung vor, dass die erste periodische Punktstruktur sowohl auf der inneren Oberfläche als auch auf der äußeren Oberfläche inverse Zapfen aufweist. Vorteilhaft können somit sowohl die innere Oberfläche als auch die äußere Oberfläche direkt mittels eines Lasers, vorzugsweise mittels eines Laserinterferenzverfahrens, strukturiert werden, wodurch direkt die vorteilhaften Eigenschaften der Oberflächen, insbesondere auch die Anti-Reflexionseigenschaften, generiert werden.

Nach einer alternativen Ausgestaltung weist die erste periodische Punktstruktur sowohl auf der inneren Oberfläche als auch auf der äußeren Oberfläche Zapfen auf. Vorteilhaft können somit sowohl die innere Oberfläche als auch die äußere Oberfläche mittels einer Negativform, die inverse Zapfen aufweist, strukturiert werden. Dadurch können die vorteilhaften Eigenschaften der Oberflächen, insbesondere auch die Anti- Reflexionseigenschaften effizient, in schnellen Prozessen generiert werden, so ist beispielsweise ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren zur Bearbeitung von als Folien ausgebildeten Deckschichten möglich. Eine dritte Möglichkeit sieht vor, dass die erste periodische Punktstruktur auf der inneren Oberfläche Zapfen aufweist und die erste periodische Punktstruktur auf der äußeren Oberfläche inverse Zapfen aufweist. Dadurch kann eine Reduktion der Reflektion aufgrund des Falleneffektes vorteilhaft sowohl an der inneren Oberfläche als auch auf der äußeren Oberfläche erreicht werden. Diese Reduktion der Reflektion aufgrund des Falleneffektes kann dabei für eine Lichteinkopplung von außen erreicht werden, wenn also das Licht zunächst auf die äußere Oberfläche trifft, dann die Deckschicht durchquert und danach durch die innere Oberfläche aus der Deckschicht in die angrenzenden Schichten eintritt. Diese Variante eignet sich folglich besonders für photovoltaische Bauelemente oder photovoltaische Module.

Nach einer weiteren möglichen Variante weist die erste periodische Punktstruktur auf der inneren Oberfläche inverse Zapfen auf und die erste periodische Punktstruktur auf der äußeren Oberfläche Zapfen auf. Dadurch kann eine Reduktion der Reflektion aufgrund des Falleneffektes vorteilhaft sowohl an der inneren Oberfläche als auch auf der äußeren Oberfläche erreicht werden. Diese Reduktion der Reflektion aufgrund des Falleneffektes kann dabei für eine Lichtauskopplung von innen nach außen erreicht werden, wenn also das Licht zunächst auf die innere Oberfläche der Deckschicht trifft, dann die Deckschicht durchquert und danach durch die äußere Oberfläche aus der Deckschicht austritt. Diese Variante eignet sich folglich besonders für lichtemittierende Bauelemente oder Module, bei denen Licht, also elektromagnetische Strahlung, innerhalb der funktionalen Schichten erzeugt wird.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Deckschicht als optisches Element oder spektrales Filterelement ausgebildet. Bei dem optischen Element kann es sich beispielsweise um eine sphärische oder asphärisch geformte Linse handeln. Es sind auch Ausführungsformen denkbar bei denen das optische Element eine Stufenlinse oder eine Streuplatte ist. Es sind auch Ausführungsformen denkbar bei denen das optische Element eine Stufenlinse oder eine Streuplatte ist. Das spektrale Filterelement ist dazu eingerichtet, die Intensität unerwünschter Spektralanteile, bspw. parasitäre Lumineszenz („Defektlumineszenz“) zu minimieren bzw. ganz zu eliminieren. Ein Beispiel für ein spektrales Filterelement ist ein optischen Kurzpassfilter oder alternativ eines Bandpassfilters mit einer entsprechenden unteren Bandkante, die in das Packaging (hierin auch als Verkapselung) oder direkt in oder auf einem optoelektronischen Bauelement angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist das spektrale Filterelement ein Bragg-Reflektor (auch Bragg-Spiegel). Der Bragg-Reflektor besteht vorzugsweise aus alternierenden, dünnen Schichten unterschiedlicher Brechungsindizes, welche zumeist aus Dielektrika bestehen, wobei an jeder Grenzschicht ein Teil der elektromagnetischen Welle des Lichtes gemäß den fresnelschen Formeln reflektiert wird. Bei einem spektralen Filterelement, insbesondere einem Bragg-Reflektor kann es sich um einen auf ein Substrat aufgebrachten Schichtstapel handeln. Ein in das Packaging integriertes spektrales Filterelement, insbesondere ein Bragg- Reflektor kann auf einer Deckschicht als weitere Schicht der Deckschicht aufgebracht sein. Die Oberfläche und/oder das Volumen, insbesondere eine Ebene im Volumen, des optischen Elements oder spektralen Filterelements kann je nach Funktion des Elements glatt oder strukturiert sein. Vorteilhaft kann dadurch die Lichteinkopplung oder die Lichtauskopplung weiter optimiert werden. Daraus erfolgt eine weitere Verbesserung der Effizienz des optoelektronischen Bauelementes. Vorzugsweise ist ein solches Element an einem lichtemittierenden optoelektronischen Bauelement, beispielsweise einer LED oder einer Laserdiode angeordnet. Dadurch können die Eigenschaften des austretenden Lichtes gezielt beeinflusst und an die vorgegebene Anwendung angepasst werden.

Die Strukturierung der äußeren Oberfläche und/oder inneren Oberfläche und/oder des Volumens, insbesondere einer Ebene im Volumen, eines optischen Elements oder spektralen Filterelements mit einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich (wie hierin beschrieben) erlaubt es bspw., dass die Lichteinkopplung in bzw. die Lichtauskopplung aus optoelektronischen Bauelementen verbessert werden kann. So kann vorgesehen sein, dass ein spektrales Filterelement, dass in einem strahlungsemittierenden Bauelement angeordnet ist und für die (Rück-) Reflexion bestimmter Spektralbereiche, bspw. im UV- Bereich in das strahlungsemittierende Bauelement vorgesehen ist, auf seiner inneren Oberfläche (d.h. der zum optoelektronischen Bauelement zugewandten Seite) aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet ist, der eine verbesserte Lichteinkopplung, insbesondere durch Erzielung von Antireflexionseigenschaften und/oder eine reduzierte Reflexion aufgrund des Falleneffektes mit Strukturparametern (jeweils wie hierin definiert) in das spektrale Filterelement erlaubt.

Bevorzugt weist eine solche als optisches Element oder spektrales Filterelement ausgebildete Deckschicht eine mittlere Strukturtiefe d₅o von maximal 2 pm, besonders bevorzugt maximal 1 pm auf. Vorteilhaft ändern sich so die Eigenschaften des optischen Elementes, wie Transparenz und die auch die Beeinflussung der Ausbreitungsrichtung von Licht bzw. eines Lichtstrahls, kaum. Somit bleibt die Funktion des optischen Elementes erhalten, auch wenn es eine äußere Oberfläche und/oder eine innere Oberfläche aufweist, die strukturierte und unstrukturierte Bereiche aufweist. Wenn die inversen Zapfen oder Zapfen der Punktstruktur zusätzlich mit Seitenflächen ausgebildet sind, die eine glatte Oberfläche ausbilden, so wird dieser Effekt der Beibehaltung der Eigenschaften des optischen Elementes noch verstärkt und der Unterschied, insbesondere in der Transparenz, eines optischen Elementes mit wenigstens einer strukturierten Oberfläche und eines optischen Elementes dessen Oberflächen nur unstrukturierte Bereiche aufweisen, unterscheiden sich kaum, bevorzugt um nicht mehr als 10 %, vorzugsweise 5 %.

Eine weitere Möglichkeit sieht vor, die Deckschicht aus Glas auszubilden oder aus Materialien, welche Gas aufweisen. Die Wahl dieses Materials führt zu einer hohen Transparenz bei gleichzeitig stabilem Verhalten. Das Glas kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Mineralglas, Quarzglas, Saphirglas (AI₂O₃), Alumosilikatglas, Zirkonia (ZrO₂), glaskeramischen Systemen (Verbundwerkstoff aus Glas und Kristallen), wie dem MAS-System (MgO x AI₂O₃ x nSiO₂-System), dem ZAS-System (ZnO x AI₂O₃ x nSiO₂- System), dem LAS-System (l_i₂O x AI₂O₃ x nSiO₂-System) und Mischungen daraus.

Optional ist die Deckschicht als Kontaktierungsschicht ausgebildet, wobei auch mehrere erfindungsgemäße Deckschichten auf einem optoelektronischen Bauelement angeordnet sein können, welche beispielsweise durch Metalldrähte voneinander getrennt ausgebildet sind.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Deckschicht als einschichtige oder mehrschichtige Deckschicht ausgebildet, die sich über das optoelektronische Modul und somit vorzugsweise über zumindest zwei optoelektronische Bauelemente erstreckt. Ein optoelektronisches Modul weist nach einer Ausführungsform mehrere Deckschichten auf, welche sich jeweils über wenigstens zwei optoelektronische Bauelemente erstrecken. Die mehreren Deckschichten erstrecken sich dabei bevorzugt über unterschiedliche optoelektronische Bauelemente.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Deckschicht eine „erste Deckschicht“ und eine „zweite Deckschicht“ umfassen, wobei

- die „erste Deckschicht“ in Stapelrichtung (S) den funktionalen Schichten nachgelagert und der zweiten Deckschicht vorgelagert angeordnet ist und vorzugsweise direkt (d.h. unmittelbar angrenzend zu den funktionalen Schichten) die funktionalen Schichten des optoelektronischen Bauelements begrenzt, und somit in Stapelrichtung (S) den direkten Abschluss zu den funktionalen Schichten darstellt, und die „zweite Deckschicht“ in Stapelrichtung (S) den funktionalen Schichten und der ersten Deckschicht nachgelagert angeordnet ist und vorzugsweise den direkten Abschluss der einzelnen vorgelagerten Schichten des optoelektronischen Bauelements in Stapelrichtung gegenüber der Umwelt darstellt.

Sowohl die erste Deckschicht als auch die zweite Deckschicht weisen eine äußere Oberfläche und eine innere Oberfläche auf. So kann vorgesehen sein, dass die äußere Oberfläche und/oder die innere Oberfläche der ersten Deckschicht und/oder die äußere Oberfläche und/oder die innere Oberfläche der zweiten Deckschicht aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich (wie hierin definiert) gebildet ist.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die äußere Oberfläche und/oder die innere Oberfläche der ersten Deckschicht aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die äußere Oberfläche und/oder die innere Oberfläche der zweiten Deckschicht aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet. Mit Hilfe einer hierin beschriebenen Strukturierung der äußere Oberfläche und/oder die innere Oberfläche der zweiten Deckschicht können vorteilhaft die optischen Eigenschaften der Oberfläche oder Grenzfläche bzw. die Eigenschaften der Oberfläche beim Benetzen mit Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser, oder auch bezüglich kleiner Partikel gezielt beeinflusst werden. Beispielsweise kann die äußere Oberfläche der zweiten Deckschicht aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich, insbesondere zur Ausbildung von Anti-Reflexionseigenschaften und/oder Anti-Schmutzeigenschaften (wie hierin definiert), gebildet sein.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest die innere Oberfläche der ersten Deckschicht und die äußere Oberfläche der zweiten Deckschicht aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich (wie hierin definiert) gebildet. Hierbei bietet es sich an, dass die innere Oberfläche der ersten Deckschicht bereits vor dem Aufbringen auf den Schichtstapel strukturiert ist, dass diese aus einem strukturierten und einen unstrukturierten Bereich gebildet ist. Der strukturierte Bereich kann auf die äußere Oberfläche der zweiten Deckschicht nach dem Aufbringen der zweiten Deckschicht auf den Schichtstapel appliziert werden oder die äußere Oberfläche der zweiten Deckschicht ist bereits vor dem Aufbringen auf den Schichtstapel strukturiert.

Es kann dabei vorgesehen sein, dass die zweite Deckschicht als eine einschichtige oder mehrschichtige Verkapselung des optoelektronischen Bauelements oder des optoelektronischen Moduls ausgebildet ist, welche die funktionalen Schichten des optoelektronischen Bauelementes oder des optoelektronischen Moduls, aufweisend mehrere optoelektronische Bauelemente, vor Umwelteinflüssen, wie Feuchtigkeit schützt. Vorzugsweise begrenzt eine als Verkapselungsschicht ausgebildete Deckschicht das optoelektronische Bauelement oder Modul gegenüber der sie umgebenden Luft. In diesem Fall ist es vorteilhaft, dass die äußere Oberfläche und/oder die innere Oberfläche, insbesondere die äußere Oberfläche, der zweiten Deckschicht aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich, insbesondere zur Ausbildung von Anti- Reflexionseigenschaften und/oder Anti-Schmutzeigenschaften (wie hierin definiert), gebildet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Deckschicht als eine einschichtige oder mehrschichtige Verkapselung als abschließende Schicht eines einzelnen optoelektronischen Bauelements ausgebildet (sog. Einzellenverkapselung). Dabei kann vorgesehen sein, dass die erste Deckschicht als Kontaktierungsschicht ausgebildet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Deckschicht als eine einschichtige oder mehrschichtige Verkapselung als abschließende Schicht des optoelektronischen Moduls (wie hierin definiert) als eine Anordnung von zumindest zwei optoelektronischen Bauelementen ausgebildet.

Die zweite Deckschicht kann bspw. als mehrschichtige Verkapselung ausgebildet sein, die eine Schichtenfolge aufweist, welche mindestens eine Barriereschicht und mindestens eine Planarisierungsschicht umfasst. Dabei kann entweder eine Barriereschicht oder eine Planarisierungsschicht auf der äußeren Seite der Verkapselung angeordnet sein. Die äußere Seite der Verkapselung ist die von einem zu verkapselnden Element abgewandte Seite der Verkapselung.

Vorzugsweise weist die zweite Deckschicht, die als einschichtige oder mehrschichtige Verkapselung ausgebildet ist, eine geringe Wasserdurchlässigkeit und/oder Gasdurchlässigkeit, insbesondere Sauerstoffdurchlässigkeit, auf, was insbesondere für die Verkapselung von organischen Leuchtemissionsdioden (OLEDs) vorteilhaft ist, da hierdurch die organischen Schichten einer OLED zuverlässig vor Wasser- und Sauerstoffdegradation geschützt werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Barriereschicht ein Metalloxid enthalten. Das Metalloxid kann aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Hafniumoxid, Tantaloxid, Zinkoxid, Lanthanoxid, Titanoxid und Kombinationen daraus umfasst. Die Barriereschicht kann mindestens zwei Teilschichten umfassen, wobei jede Teilschicht ein Metalloxid umfasst.

Für die zweite Deckschicht, die vorzugsweise als einschichtige oder mehrschichtige Verkapselung ausgebildet ist, kann die Dicke im Bereich von einschließlich 50 nm bis 1 ,5 pm, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 50 nm bis einschließlich 1 ,0 pm, insbesondere einschließlich 100 nm bis 500 nm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 200 nm bis 300 nm ausgewählt sein.

In einer bevorzugten Ausgestaltung kann auf dem optoelektronische Bauelement, eine Schutzschicht ausgebildet sein. Insbesondere ist die Schutzschicht als (Teil-)Schicht der zweiten Deckschicht, die vorzugsweise als einschichtige oder mehrschichtige Verkapselung ausgebildet sein kann, ausgebildet. Gemäß einer Weiterbildung kann zum Ausbilden der Schutzschicht ein Ausgangsmaterial auf die bestehenden Schichten der Verkapselung aufgebracht werden, welches bspw. gehärtet wird. Das Ausgangsmaterial kann beispielsweise einen Klebstoff, Kunstharz, Acryl und/oder Epoxid aufweisen oder sein und/oder mittels UV-Licht härtbar sein. Das selektive Härten des ersten Abschnitts kann beispielsweise mittels Anordnens einer Maske über dem Ausgangsmaterial und Bestrahlens von in der Maske freigelegten Abschnitten der Schutzschicht erfolgen. Nachträglich kann eine Zerstörung der übrigen UV-Aktivatorstoffe erfolgen, so dass die Vernetzung des Materials sich lokal von einem oder mehreren benachbarten Abschnitten unterscheidet.

Substrat

Im Sinne der Erfindung bezieht sich der Begriff Substrat auf ein Material oder eine Materialzusammensetzung aus dem/der die Schichten des optoelektronischen Bauelements, insbesondere die optoelektronisch aktive Schicht, die Kontaktierungsschicht und/oder die Deckschicht gebildet ist und dessen Oberfläche eine Ausdehnung in mehrere Raumrichtungen hat. Es kann sich bei einem Substrat, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrat, um ein planares Substrat oder ein gekrümmtes Substrat, beispielsweise ein parabolisches Substrat handeln. Unter flächig ist im Sinne der Erfindung ferner zu verstehen, dass die Ausdehnung eines Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, beispielsweise eines planaren Substrates in x und y Richtung, beziehungsweise die Ausdehnung eines gekrümmten Substrates entlang seines Krümmungsradius größer ist als die Ausdehnung des Bereichs, in dem die zumindest drei Teilstrahlen miteinander interferieren. In einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Substrat um ein Substrat, dessen Ausdehnung in x und y Richtung, beziehungsweise dessen Ausdehnung entlang eines Krümmungsradius kleiner oder gleich der Ausdehnung des Bereichs ist, in dem die zumindest drei Teilstrahlen miteinander interferieren. Eine homogene Strukturierung des Substrats ist in einem Bearbeitungsschritt (während eines Laserpulses) möglich.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Substrat um ein flächiges Substrat, dessen Ausdehnung in x und y Richtung, beziehungsweise dessen Ausdehnung entlang eines Krümmungsradius größer der Ausdehnung des Bereichs ist, in dem die zumindest drei Teilstrahlen miteinander interferieren. Durch Bewegen des Substrats in der x- und y-Ebene ist eine flächige, homogene Strukturierung des Substrats in mehreren Bearbeitungsschritten (mit mehreren Laserpulsen) möglich. Die Bewegung des Substrats kann hierbei durch Rotation oder Translation erfolgen.

Im Sinne der Erfindung umfasst die Bezeichnung Substrat ein festes Material, welches transparent oder teiltransparent (transluzent) ausgebildet ist, mit bspw. reflektierender Oberfläche. Beispiele für solche Materialien sind Polymere, Keramiken, Epoxide und Gläser. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung reflektiert das Substrat elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 100 nm bis 10 m, bspw. sichtbares Licht im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm, Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 50 pm oder Mikrowellenstrahlung, insbesondere Radarstrahlen im Wellenlängenbereich von 1 mm bis 10 m. Die hierin definierte Strukturierung des Substrates erlaubt eine gezielte Beeinflussung der optischen Eigenschaften des Substrates, wie beispielsweise ein Erzeugen von Antireflexionseigenschaften.

Hinsichtlich der Substrate, die durch die Applizierung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere mittels Laserinterferenzstrukturierungsverfahrens mit einer hierin definierten Punktstruktur, insbesondere mit antireflektierenden Eigenschaften, Anti- Schmutzeigenschaften und/oder mit Falleneffekt bearbeitet werden können, besteht im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine breite Auswahlmöglichkeit an transparenten oder transluzenten Materialien. Derart geeignete Materialien oder Materialzusammensetzungen, die in optoelektronischen Baudelementen eingesetzt werden können sind dem Fachmann bekannt und beispielhaft hierin beschrieben.

Vorzugsweise ist das Substrat ein flächiges und/oder transparentes Substrat. Das Substrat kann als flexibles und/oder biegsames Substrat, wie bspw. eine Polymerfolie, die auch als Trägermaterial geeignet ist, ausgebildet sein.

Transparenz

Vorzugsweise besteht das Substrat, bspw. die Deckschicht aus einem transparenten Material. Ein Material bzw. Substrat ist im Sinne der vorliegenden Erfindung transparent, wenn es eine hohe Durchlässigkeit für zumindest einen Teilbereich des Spektrums elektromagnetischer Strahlung zwischen 1 nm und 10 m aufweist, vorzugsweise für Licht, dass für das menschliche Auge sichtbar ist oder Licht im Bereich von Infrarot- oder Ultraviolettstrahlung. Derartige Teilbereiche sind beispielsweise elektromagnetische Strahlung im Bereich des ultravioletten (UV) Lichtes von 100 nm bis 380 nm, insbesondere UV-A von 315 nm bis 380 nm oder UV-B von 280 nm bis 315 nm oder UV-C von 100 nm bis 280 nm, des sichtbaren Lichts von 380 nm bis 780 nm oder in einem Bereich, der auch infrarotes Licht umfasst, von 780 nm bis 5.000 nm oder in einem Bereich des infraroten Lichtes (Wärmestrahlung) oder in einem Bereich der Mikrowellenstrahlung, insbesondere Radarstrahlen im Wellenlängenbereich von 1 mm bis 10 m, oder auch ein anderer Teilbereich, der entsprechend der gewünschten Anwendung, insbesondere an die Wellenlänge der Laserquelle, angepasst ist. Ein solcher Teilbereich hat bevorzugt wenigstens eine Breite von 10 % oder von 50 % der Wellenlänge, welche die untere Grenze des Teilbereiches bildet. Eine hohe Durchlässigkeit in einem Teilbereich ist im Sinne der Erfindung ein Transmissionsgrad von wenigstens 50 % oder vorzugsweise wenigstens 70 % oder besonders bevorzugt wenigstens 80 % oder wenigstens 90 % für jede Wellenlänge in dem Teilbereich, also für das gesamte Spektrum in dem Teilbereich. Im Gegensatz dazu wird ein Substrat als teiltransparent bezeichnet, wenn es wenigstens eine gewissen Transmissionsgrad aufweist, vorzugsweise wenigstens 20 % für jede Wellenlänge in dem Teilbereich, also für das gesamte Spektrum in einem hierin beschriebenen Teilbereich, aufweist.

Vorzugsweise ist das Substrat, insbesondere die optoelektronisch aktive Schicht, die Kontaktierungsschicht und/oder die Deckschicht, besonders bevorzugt die Kontaktierungsschicht und/oder die Deckschicht, ganz besonders bevorzugt die Deckschicht, transparent, weist also in einem Teilbereich des elektromagnetischen Spektrums, vorzugsweise im Bereich des sichtbaren Lichtes oder des nahinfraroten Lichtes oder des UV-Bereiches, insbesondere UV-A und/oder UV-B und/oder UV-C, einen Transmissionsgrad von wenigstens 50 %, vorzugsweise wenigstens 70 %, besonders bevorzugt wenigstens 80 %, wenigstens 90 % für jede Wellenlänge in dem Teilbereich auf. Als ein transparentes Substrat kann aber auch ein Substrat bezeichnet werden, welches selektiv für bestimmte Wellenlängenbereiche im Bereich des sichtbaren Lichts eine hohe Durchlässigkeit aufweist, bspw. hat das Substrat eine hohe Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im Bereich von 500 nm bis 800 nm. Dabei kann der Transmissionsgrad über den Wellenlängenbereich, welcher transmittiert wird, variieren, bspw. für Wellenlängen im Bereich von 380 nm bis 500 nm nicht weniger als 70 % betragen, und im Bereich von 500 nm bis 750 nm nicht weniger als 90 % betragen. Beispielsweise transmittiert das Substrat Strahlung mit Wellenlängen von 380 nm bis 780 nm. Besonders hohe Transmission, bspw. einen Transmissionsgrad von 90% weist es bei Wellenlängen von 450 nm bis 690 nm auf; der Transmissionsgrad bei den Wellenlängen darunter und darüber beträgt bspw. 70 %.

Es versteht sich, dass das transparente Substrat, dessen äußere Oberfläche und/oder innere Oberfläche und/oder dessen Volumen, insbesondere eine Ebene im Volumen, aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet ist, also nach dessen Strukturierung (d.h. nach Applikation einer ersten, zweiten und/oder weiteren Punktstruktur, wie hierin definiert) weiterhin transparent oder zumindest teiltransparent ist, insbesondere seine transparenten Eigenschaften beibehält.

Ein transparentes Material umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung transparente Materialien, insbesondere Glas, wie beispielsweise Borosilikatgläser, Quarzgläser, Alkali- Erdalkali-Silikatgläser (bspw. Kalknatronglas), Alumosilikatgläser, metallische Gläser. Ein transparentes Material kann aber auch feste Polymere, wie beispielsweise Polycarbonate, wie Makrolon® und Apec®; Polycarbonatblends, wie Makroblend® und Bayblen®; Polymethylmethacrylat, wie Plexiglas®; Polyester; Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polyethylen, sowie transparente Keramiken, wie beispielsweise Spinell-Keramiken, wie Mg- Al-Spinell, ALON, Aluminiumoxid, Yttriumaluminiumgranat, Yttriumoxid oder Zirkonoxid, oder Mischungen daraus umfassen. Polycarbonate sind Homopolycarbonate, Copolycarbonate und thermoplastische Polyestercarbonate.

Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung besteht das transparente Material aus einem Glas (wie hierin definiert) oder einem festen Polymer (wie hierin definiert). Das Silikatgerüst von Glas sorgt vorzugsweise für ein T ransmissionsfenster für Wellenlängen im Bereich zwischen 170 nm und 5.000 nm, d.h. Wellenlängenbereich die das sichtbare Licht im Bereich von 380 nm bis 780 nm einschließen und Infrarotstrahlung umfassen. Vorteilhaft können die erfindungsgemäßen Strukturen auf transparenten oder wenigstens teiltransparenten Substraten, insbesondere auf Deckschichten oder auf Kontaktierungsschichten oder auf optoelektronisch aktiven Schichten, aufgebracht werden. Die Schwierigkeit liegt dabei darin, dass transparente oder teiltransparente Substrate in der Regel nicht oder zumindest wenig im Wellenlängenbereich des Laserlichts absorbieren. Diese Herausforderung stellt sich insbesondere bei einem Glas oder einem festen Polymer, allerdings auch bei anderen transparenten oder teiltransparenten Substraten.

Es ist folglich eine große Herausforderung eine präzise, insbesondere eine zuverlässig reproduzierbare Materialveränderung auf der Oberfläche oder im Volumen des Substrates zu erzeugen. Um dennoch einen Energieeintrag in das Substrat zu gewährleisten, ist es zielführend, nichtlinear optische Effekte, wie beispielsweise Frequenzverdopplung, auszunutzen, weshalb die erfindungsgemäßen Substrate unter hohem Energieeintrag bei sehr kurzen Laserpulsdauern (jeweils insbesondere wie hierin definiert) erzeugt werden.

Eine präzise Fokussierung auf transparenten oder teiltransparenten Substraten ist eine weitere Herausforderung. Es wird nach einer vorteilhaften Ausgestaltung dadurch gelöst, dass ein Strahlteilerelement entlang des optischen Weges des Anregungslasers verschiebbar ausgebildet ist, sodass dadurch die Interferenzperiode anpassbar ist, wobei die restlichen optischen Elemente fixiert sind.

Alternativ dazu kann das Substrat auch ein intransparentes Material umfassen.

Beispielsweise eignet sich ein solches strukturiertes Substrat als Negativform zur indirekten Aufbringung oder Erzeugung von Strukturen auf einem anderen, vorzugsweise transparenten oder transluzenten, Substrat.

Punktförmige Struktur/Interferenzmuster

Der Begriff „inverser Zapfen“ bezieht sich im Sinne dieser Erfindung auf Strukturen mit einer kreisförmigen, elliptischen, mehreckigen, wie bspw. achteckigen, sechseckigen, fünfeckigen, dreieckigen oder im Wesentlichen rechteckigen Grundfläche (bezogen auf die Oberfläche des Substrates), insbesondere mit einer kreisförmigen oder elliptischen Grundfläche, die in vertikaler Richtung zur Oberfläche des Substrates kegelförmig oder pyramidenförmig, insbesondere kegelförmig in das Substrat zulaufen und in deren Sattelpunkt über eine abgerundete Kegelspitze oder einen Kegelstumpf, insbesondere eine abgerundete Kegelspitze, verfügen. Bevorzugt erfolgt das Strukturieren der Oberfläche eines Substrates mit inversen Zapfen, d.h. das Applizieren der strukturierten Bereiche umfassend ein erstes, zweites, drittes und/oder weiteres Interferenzpixel, insbesondere auf der optoelektronisch aktiven Schicht, der Kontaktierungsschicht und/oder der Deckschicht durch ein mechanisches Verfahren, Laserstrukturapplikationsverfahren und/oder mittels chemischer (Nach-)Behandlung.

In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die inversen Zapfen vorzugsweise während des Strukturierungsprozesses mittels Laserstrukturapplikationsverfahren, insbesondere der direkten Laserinterferenzstrukturierung erzeugt, d.h. beim Auftreffen eines Laserpulses als Folge des Auftreffens eines Bereiches hoher Intensität in das zu strukturierende Substrat ausgebildet, wobei die Bereiche zwischen den inversen Zapfen auf bzw. innerhalb des Substrates idealerweise durch destruktive Interferenz deren Intensität Null ist im Wesentlichen unstrukturiert verbleiben. Folglich wird durch die Fokussierung der Laser(teil)strahlen auf bzw. innerhalb des Substrats das Negativ von dem, was die Intensitätsverteilung vorgibt, ausgebildet. Die beschriebene Form der inversen Zapfen bezieht sich auf Punktstrukturen, welche an der Oberfläche des Substrates angeordnet sind. Eine Anordnung der Punktstrukturen in einer oder entlang einer Ebene innerhalb des Volumens führt zu einer Form welche symmetrischer, also eher nach der Form eines Ellipsoids, ausgebildet ist. Im Sinne der Erfindung sind auch die mittels Laserinterferenzstrukturierung innerhalb eines Volumens generierten Punktstrukturen als inverse Zapfen bezeichnet.

Inverse Zapfen mit einer elliptischen Grundfläche können in einem Strukturierungsprozess mittels Laserstrukturapplikationsverfahren beispielsweise durch Neigung des Substrates im Verhältnis zum Einfallswinkel des bzw. der fokussierten Laser(teil)strahlen erzeugt werden.

Als „Zapfen“ werden im Sinne dieser Erfindung Strukturen mit einer kreisförmigen, elliptischen, dreieckigen oder im Wesentlichen rechteckigen Grundfläche, insbesondere mit einer kreisförmigen Grundfläche, bezeichnet, die in vertikaler Richtung kegelförmig aus dem Substrat herausragen und in deren Sattelpunkt über eine abgerundete Kegelspitze oder einen Kegelstumpf, insbesondere eine abgerundete Kegelspitze, verfügen. Zapfen können durch ein Aufbringen einer Negativform, die inverse Zapfen aufweist, in eine Oberfläche ein- bzw. auf eine Oberfläche aufgebracht werden. Hierfür eignen sich bspw. die Imprint- Lithographie, bspw. der Nanoprägelithografie (wie hierin definiert).

Die hierin definierten periodischen Punktstrukturen, die vorzugsweise aus Zapfen und/oder inversen Zapfen (entsprechend der Ausrichtung zur Oberfläche einer Schicht im optoelektronischen Bauelement) gebildet sind, haben gegenüber (periodischen) Linien- oder Wellenstrukturen den Vorteil, dass die einzelnen Vertiefungen bzw. Erhebungen eine Mantelfläche aufspannen, die sich vorzugsweise radial über den Zapfenquerschnitt (Durchmesser der Grundfläche des Zapfens oder inversen Zapfens) bis zum Sattelpunkt erstreckt. Dies ermöglicht es, dass die hierin definierten optischen Effekte, wie die Antireflexionseigenschaften, die Lichtwegverlängerung durch Beugung am Gitter und die reduzierte Reflexion aufgrund des Falleneffektes, und Benetzungseffekte unabhängig von der Ausrichtung der jeweiligen Schicht des optoelektronischen Bauelements im Raum und vom Einfallswinkel der elektromagnetischen Strahlung eingestellt werden können. So kann beispielsweise elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht bei einer photovoltaischen Zelle unabhängig von der Ausrichtung der photovoltaischen Zelle zum Einfallswinkel der elektromagnetischen Strahlung durch die periodischen Punktstrukturen verbessert in die photovoltaischen Zelle bzw. in die einzelnen Schichten Eingekoppelt werden. Auf eine aufwändige Ausrichtung der photovoltaischen Zelle bzw. der einzelnen darin angeordneten Schichten entsprechend des Einfallswinkels der elektromagnetischen Strahlung kann somit verzichtet werden.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist für aneinander angrenzende Schichten, deren Oberflächen aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet sind, vorgesehen, dass die Grenzfläche derart strukturiert ist, dass eine, der beiden zueinander angrenzenden, Schichten inverse Zapfen aufweist, wohingegen die daran angrenzende Schicht Zapfen aufweist. Vorzugsweise sind die Zapfen der einen Schicht dabei komplementär zu den inversen Zapfen der angrenzenden Schicht ausgebildet, besonders bevorzugt derart komplementär zu den inversen Zapfen der angrenzenden Schicht ausgebildet, dass jeder Zapfen der einen Oberfläche in einem inversen Zapfen der anderen Oberfläche angeordnet ist (sog. „Lego-Prinzip“). Ein derartig komplementär angeordneter Schichtstapel aus zumindest zwei Schichten hat darüber hinaus den Vorteil, dass die benachbart zueinander angeordneten Schichten ineinandergreifen, was zu einer Verzahnung der Schichten untereinander und somit zu einer erhöhten Stabilität der des Schichtaufbaus führt. Anders als bei (periodisch zueinander angeordneten) Linien- oder Wellenstrukturen hat dies den großen Vorteil, dass sich die Schichten nicht gegenseitig zueinander in einer Raumrichtung verschieben lassen und/oder nicht über große Strecken, insbesondere über die Breite/Länge einer Schicht über lediglich einen Steg, der durch die Linien- oder Wellenstruktur gebildet wird, miteinander verbunden sind.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist für aneinander angrenzende Schichten, deren Oberflächen aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet sind, vorgesehen, dass bezogen auf die Einfallsrichtung elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise Licht, auf die Grenzfläche zwischen den beiden Schichten, die Schicht, aus der die elektromagnetische Strahlung austritt und in die angrenzende Schicht übertritt, einen strukturierten Bereich aufweist, der aus Zapfen (wie hierin definiert) gebildet ist. Demgegenüber ist der strukturierte Bereich der an diese Schicht angrenzenden Schicht, in die das Licht eintritt, aus inversen Zapfen gebildet. Sind beispielsweise innerhalb einer photovoltaischen Zelle eine optoelektronisch aktive Schicht angrenzend zu einer Kontaktierungsschicht angeordnet, so weist die Grenzfläche zwischen beiden Schichten vorzugsweise Zapfen bzw. inverse Zapfen auf, wobei die inversen Zapfen in der äußeren Oberfläche der optoelektronisch aktiven Schicht ausgebildet sind, wobei komplementär dazu die innere Oberfläche der Kontaktierungsschicht einen strukturierten Bereich aufweist, der aus Zapfen gebildet ist.

Die Periode der Struktur wird im Sinne der Erfindung als Interferenzperiode (p_n) bezeichnet. Sie ist im Allgemeinen abhängig von der Strukturierung einer Maske, dem Negativ der gewünschten periodischen Punktstruktur auf einem Formwerkzeug oder der Wellenlänge der interferierenden Laserstrahlen, dem Einfallswinkel der interferierenden Laserstrahlen und der Anzahl der interferierenden Laserstrahlen.

Der Begriff „Interferenzpixel“, bspw. erstes, zweites, drittes und/oder weiteres Interferenzpixel bezeichnet im Sinne der vorliegenden Erfindung ein periodisches Muster bzw. Gitter von zumindest drei Zapfen oder inversen Zapfen, vorzugsweise von zumindest sieben Zapfen oder inversen Zapfen, ganz besonders bevorzugt zumindest 19 Zapfen oder inversen Zapfen auf der Oberfläche eines Substrates, die sich innerhalb eines Interferenzpixels ausbilden (vgl. Fig. 15). Dabei zeichnet sich ein Interferenzpixel vorzugsweise dadurch aus, dass die Zapfen oder inversen Zapfen derart repetitiv zueinander ausgerichtet sind, dass bei dem Vorliegen von drei Zapfen bzw. inversen Zapfen diese so zueinander ausgerichtet sind, dass deren Scheitelpunkte (bei Zapfen deren Höhenmittelpunkte oder bei inversen Zapfen deren Zentren der Vertiefungen) zueinander den gleichen Abstand aufweisen (sog. Interferenzperiode). Bei dem Vorliegen von sieben Zapfen bzw. inversen Zapfen sind diese so zueinander ausgerichtet, dass ein Zapfen bzw. inverser Zapfen zentral im Gitter angeordnet ist, wohingegen die sechs verbleibenden Zapfen bzw. inverser Zapfen um das Zentrum derart angeordnet sind, dass jeder der Scheitelpunkte (bei Zapfen deren Höhenmittelpunkte oder bei inversen Zapfen deren Zentren der Vertiefungen) der sechs verbleibenden Zapfen bzw. inverser Zapfen zu dem Zapfen bzw. inverser Zapfen im Zentrum und zumindest zu weiteren zwei seiner benachbarten Zapfen bzw. inversen Zapfen den gleichen Abstand aufweist (sog. Interferenzperiode). Vorzugsweise wird das periodische Muster bzw. Gitter des Interferenzpixels, insbesondere umfassend inverse Zapfen, durch mechanische Verfahren, Laserstrukturapplikationsverfahren und/oder mittels chemischer (Nach-)Behandlung, insbesondere durch direkte Laserinterferenzstrukturierung hergestellt. Im Falle der direkten Laserinterferenzstrukturierung wird das periodische Muster bzw. Gitter, insbesondere die erste periodische Punktstruktur, bevorzugt auch eine überlagerte Punkt- oder Linienstruktur oder alle überlagerten Punkt- und/oder Linienstrukturen, vorzugsweise durch das Überlagern von zumindest drei, besonders bevorzugt von zumindest vier Laser(teil-)strahlen infolge des Fokussierens (Bündelns) dieser Laser(teil-)strahlen auf die Oberfläche oder in das Innere des Substrats erzeugt, wodurch die Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats konstruktiv und destruktiv interferieren.

Der Einsatz von Laserstrukturapplikationsverfahren, insbesondere der direkten Laserinterferenzstrukturierung zur direkten Herstellung oder indirekten Herstellung (bspw. im Falle der Imprint-Lithographie, insbesondere der Nanoprägelithografie) zur Herstellung strukturierter und unstrukturierter Bereiche auf der Oberfläche eines Substrates hat den Vorteil, dass die Zapfen oder inversen Zapfen einer periodischen Punktstrukturen innerhalb einer Art eines Interferenzpixels identische oder nahezu identische Abmessungen aufweisen. Vorzugsweise beträgt der Variationskoeffizient, also der Wert, der sich aus dem Quotienten aus Standardabweichung und Durchschnittswert ergibt, des Zapfenquerschnitts (Durchmesser der Grundfläche des Zapfens oder inversen Zapfens) max. 15,0 % oder weniger, mehr bevorzugt max. 10,0 % oder weniger, noch mehr bevorzugt max. 5,0 % oder weniger, insbesondere max. 2,5 % oder weniger, noch bevorzugter max. 1 ,0 % oder weniger aufweisen. Es lassen sich somit Zapfen oder inverse Zapfen herstellen, die zueinander in der Ausformung nahezu identisch sind. Dies erlaubt zudem eine bessere Nachweisbarkeit des erfindungsgemäß strukturierten Substrates gegenüber herkömmlichen Verfahren zur Strukturierung/Beschichtung von Substraten (bspw. Ätzen, Partikelstrahlen, Polymerbeschichtung).

Dabei sind die so innerhalb eines Interferenzpixels erzeugten Punktstrukturen in Form als periodisch angeordnete, Zapfen oder inverse Zapfen ausgebildet, wobei zur Erzeugung einer Struktur auf einer Oberfläche des Substrates die Interferenzperiode, das heißt der Abstand zwischen den Scheitelpunkten zweier benachbarter Zapfen oder inverser Zapfen - also deren Höhenmittelpunkte oder Zentren der Vertiefungen, bezogen auf Zapfen, die durch ein Interferenzpixel gebildet sind, im statistischen Mittel im Bereich von 1 pm bis 50 pm, bevorzugt im Bereich von 5 pm bis 50 pm, mehr bevorzugt im Bereich von 10 pm bis 30 pm liegt. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann durch das Bewegen des Substrats in Relation zum Fokussierpunkt, welcher das Interferenzpixel erzeugt, in Kombination mit gepulsten Laser(teil-)strahlen somit eine flächige, optional homogene und periodische, Punktstruktur auf der Oberfläche oder im Inneren eines Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, erzeugt werden.

Alternativ zum Bewegen des Substrats in Relation zum Fokussierpunkt kann auch der Fokussierpunkt (bspw. durch scannerbasierte Methoden) über die Probe bzw. das Substrat geführt werden.

Eine Verschiebung des zu strukturierenden Substrates, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, im Laserstrahl kann aufgrund der relativ großen dabei bewegten Massen vergleichsweise aufwändig und langsam sein. Es ist daher vorteilhaft das Substrat, bevorzugt flächige und/oder transparente Substrat während der Bearbeitung ortsfest vorzusehen und die flächige Strukturierung des Substrates dadurch zu realisieren, dass die Fokussierung der Teilstrahlen auf die Oberfläche oder das Volumen des Substrats durch Manipulation der Laserteilstrahlen mit optischen Elementen (Fokussierspiegel bzw. Galvo- Spiegel (Laserscanner)) in Strahlrichtung bewirkt wird. Da die dabei bewegten Massen relativ klein sind, ist dies mit weit geringerem Aufwand bzw. viel schneller möglich. Vorzugsweise ist das Substrat während des Verfahrens ortsfest angeordnet. Es ist auch möglich zwischen einem Bewegen des Substrates und einem Führen des Fokussierpunktes über das Substrat zu wechseln, wodurch große Substrate, beispielsweise über 200 mm x 200 mm, effizient und dennoch definiert und reproduzierbar strukturiert werden können.

Vorteilhaft können die einzelnen Pixel einer Art eines Interferenzpixels, bspw. eines ersten Interferenzpixels, eines zweiten Interferenzpixels und/oder eines weiteren Interferenzpixels, die benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnet sind, global (d.h. über die Ausdehnung der zu strukturierenden Ebene/Oberfläche) wahlweise eine periodische oder eine nicht-periodische Global-Punktstruktur, welche also den strukturierten Bereich bildet, ausbilden. Dabei ist eine periodische Global-Punktstruktur entweder eine vollperiodische Global-Punktstruktur oder eine quasi-periodische Global-Punktstruktur. Eine vollperiodische Global-Punktstruktur wird erzeugt bzw. liegt vor, wenn der vorhergehende Pixel und der nachfolgende Pixel einer Art eines Interferenzpixels jeweils um ein ganzes Vielfaches (bspw. 2, 3, 4, 5) der Interferenzperiode (p_n) in eine Raumrichtung zueinander verschoben sind. Es ergibt sich dadurch über die Ausdehnung der zu strukturierenden Ebene ein vollperiodisches Muster, dessen Periode der Interferenzperiode (p_n) entspricht. Eine quasi-periodische Global-Punktstruktur wird erzeugt bzw. liegt vor, wenn der vorhergehende Pixel und der nachfolgende Pixel einer Art eines Interferenzpixels jeweils um ein gleiches, von einem ganzen Vielfachen abweichendem, Vielfachen (bspw. 0,5; 1 ,3; 2,6) der Interferenzperiode (p_n) in eine Raumrichtung zueinander verschoben sind. Dem gegenüber wird eine nichtperiodische Global-Punktstruktur erzeugt bzw. liegt vor, wenn die Interferenzperiode des nachfolgenden Pixels zum benachbarten, vorhergehenden Pixel variiert wird und/oder benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnete Pixel verdreht, bspw. sukzessive verdreht appliziert werden.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Global- Punktstruktur, die durch benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnete Pixel einer Art eines Interferenzpixels ausgebildet ist, eine vollperiodische Global-Punktstruktur oder eine quasi-periodische Global-Punktstruktur (jeweils wie vorstehend definiert).

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben darüber hinaus herausgefunden, dass neben der Periodizität auch die Strukturtiefe (d.h. die Tiefe der inversen Zapfen, gemessen von deren Sattelpunkt der Vertiefung bis zum Scheitelpunkt) einen Einfluss auf die optischen Eigenschaften (wie hierin definiert) oder die Benetzungseigenschaften haben.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist auch ein optoelektronisches Bauelement mit einem strukturierten Substrat, insbesondere mit einer optoelektronisch aktiven Schicht, einer Kontaktierungsschicht und/oder einer Deckschicht umfasst, wobei die Oberfläche aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich besteht, wobei der strukturierte Bereich durch eine erste periodische Punktstruktur mit einer ersten Interferenzperiode im Mikro- oder Submikrometerbereich gebildet ist. Dabei ist die periodische Punktstruktur aus inversen Zapfen gebildet, wobei die inversen Zapfen periodisch mit einem Abstand bezogen auf deren jeweiligen Sattelpunkt bzw. Höhenmittelpunkt (kreisförmige Grundfläche) entsprechend der jeweils anzupassenden optischen Eigenschaft oder des zu erzielenden Benetzungseffekts im Bereich wie jeweils hierin definiert zueinander angeordnet sind. Dabei besteht die erste periodische Punktstruktur aus einem Interferenzpixel oder aus mehreren versetzt zueinander angeordneten Interferenzpixeln. Ein derart strukturiertes Substrat zeichnet sich dadurch aus, dass es über eine periodische Punktstruktur mit genau einer Interferenzperiode verfügt. Es sind keine überlagerten periodischen Strukturen vorhanden, welche eine zweite Interferenzperiode aufweisen. Somit ergibt sich eine präzisere Kontrolle der Substrateigenschaften, insbesondere der Transparenz des Substrats, welche aufgrund geringer Strukturtiefen, welche daraus resultieren, dass jedes Interferenzpixel gerade nur einmal bestrahlt wird, nicht durch die Strukturierung beeinträchtigt wird.

Vorzugsweise weist der strukturierte Bereich der Oberfläche des Substrates weiterhin eine zweite periodische Punktstruktur auf, wobei die zweite periodische Punktstruktur aus zumindest einem zweiten Interferenzpixel (11) mit einer zweiten Interferenzperiode (p₂) gebildet ist, wobei das zweite Interferenzpixel (11) ein periodisches Gitter von zumindest drei Zapfen oder inversen Zapfen mit einer zweiten Interferenzperiode (p₂) aufweist. Der strukturierte Bereich wird somit aus einer Überlagerung von zumindest zwei periodischen Punktstrukturen gebildet. Das zweite Interferenzpixel liegt dabei dann bevorzugt versetzt vor, da die zweite periodische Punktstruktur eine sich von der ersten Interferenzperiode unterscheidende Interferenzperiode aufweist.

Optional weist der strukturierte Bereich eine periodische Linienstruktur mit einer Interferenzperiode im Mikro oder Submikrometerbereich auf, es liegt dann eine Überlagerung aus einer periodischen Punktstruktur und einer periodischen Linienstruktur vor.

Nach einer möglichen Ausführungsform weisen die Zapfen oder inversen Zapfen des strukturierten Bereiches eines Substrates Seitenflächen auf. Dabei weisen die Seitenflächen eine überlagerte quasi-periodische oder periodische Linienstruktur oder eine glatte Oberfläche auf. Die überlagerte quasi-periodische Linienstruktur wird bevorzugt durch LIPSS erzeugt. Alternativ dazu kann die überlagerte quasi-periodische oder periodische Linienstruktur auch durch ein nachgelagertes Strukturieren der Oberfläche des Substrates, bspw. durch ein weiteres Abrastern der Oberfläche des Substrates mit einem Laserstrukturapplikationsverfahren, insbesondere der direkten Laserinterferenzstrukturierung erzeugt werden, wobei die Strukturparameter der überlagernden quasi-periodischen oder periodischen Linienstruktur kleiner gewählt ist, als die der Zapfen oder inversen Zapfen.

Eine glatte Oberfläche der Seitenflächen (Mantelfläche) der Zapfen oder inversen Zapfen wird dabei vorzugsweise dadurch erreicht, dass die einzelnen Zapfen oder inversen Zapfen bei der Strukturierung mittels Laserstrukturapplikationsverfahren, insbesondere mittels direkter Laserinterferenzstrukturierung nicht mehr als viermal, insbesondere nicht mehr als dreimal, besonders bevorzugt nicht mehr als zweimal, ganz besonders bevorzugt nur einmal bestrahlt werden. Dabei erfolgt die Erzeugung jedes Interferenzpixels vorzugsweise durch Einfachbestrahlung. Im Sinne der Erfindung gilt eine Oberfläche als glatt, wenn der Mittenrauwert (R_a) gemäß DIN EN ISO 4287:2010 kleiner ist als 200 nm, vorzugsweise kleiner als 50 nm, besonders bevorzugt kleiner als 20 nm, ganz besonders bevorzugt kleiner als 5 nm.

Eine glatte Mantelfläche der Zapfen und/oder inversen Zapfen hat gegenüber einer rauen Oberfläche den Vorteil, dass insbesondere bei Einstrahlung elektromagnetischer Strahlung diese nicht diffus an der Oberfläche zurückgestreut wird bzw. werden kann. Die Mantelfläche der Zapfen oder inversen Zapfen dient somit bspw. bei der Ausnutzung des Falleneffekts als quasi-homogene Spiegelfläche, die den Anteil reflektierter einfallender elektromagnetischer Strahlung innerhalb der Zapfen und/oder inversen Zapfen, insbesondere inversen Zapfen, bis zum Sattelpunkt reflektiert, wobei an jedem weiteren Reflexionspunkt innerhalb der Mantelfläche ein Anteil (verbleibender) elektromagnetischer in das Substrat, dessen äußere Oberfläche und/oder innere Oberfläche aus einem derartigen strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet ist, einkoppelt (siehe bspw. Fig. 4 bis 6).

Vorzugsweise wird auf einen Überlapp eventuell vorhandener mehrerer Interferenzpixel einer Art verzichtet. Wenn doch ein Überlapp der Interferenz pixel auftritt, so wird dennoch ein mehrfaches Bestrahlen desselben Zapfens oder inversen Zapfens vermieden, sodass die inversen Zapfen des überlappenden, nachfolgend aufgebrachten Interferenzpixels in den Bereichen zwischen den vorhergehend aufgebrachten inversen Zapfen, also im unstrukturierten Bereich, generiert werden. Dadurch kann eine überlagerte Struktur aus mehreren periodischen Punktstrukturen ohne ein Auftreten der LIPSS erreicht werden. Dies ermöglicht eine zuverlässige Generierung der vorgegebenen Eigenschaften aufgrund einer erhöhten Reproduzierbarkeit des Prozesses. Dies kann beispielsweise realisiert werden, in dem eine um 30 % der Interferenzperiode verschobene Struktur mit derselben Interferenzperiode aufgebracht wird. Dabei kann dann eine Mehrfachbestrahlung der inversen Zapfen vermieden werden, obwohl es einen Überlapp der Interferenzpixel gibt.

Vorzugsweise ist die Grundfläche des Zapfens oder des inversen Zapfens kreisförmig oder elliptisch ausgebildet. Die Kreislinie weist dann also keine Unebenheiten auf, wie sie in der Regel beim Ätzen durch eine Maske mit kreisförmigen oder elliptischen Öffnungen auftreten.

Alternativ zur Applikation von Zapfen oder inversen Zapfen auf die äußere und/oder innere Oberfläche eines Substrates umfasst die vorliegende Erfindung auch die Strukturierung im Volumen eines Substrates, insbesondere im Volumen einer funktionalen Schicht, insbesondere einer optoelektronisch aktiven Schicht, einer Kontaktierungsschicht und/oder einer Deckschicht (jeweils wie hierin definiert). Wird die Strukturierung im Volumen, d.h. im Inneren des Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, insbesondere in dem transparenten Material vorgenommen, so ist die entstandene Strukturierung (d.h. die periodische Punktstruktur des strukturierten Substrates) unempfindlicher gegen Stöße und Abrieb als herkömmliche Beschichtungen. Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Strukturierung (hierin auch als Texturierung bezeichnet) im Inneren des Materials (d.h. unterhalb der Oberfläche) die hierin beschriebenen Eigenschaften, insbesondere die Antireflexionseigenschaften, Lichtwegverlängerung durch Beugung am Gitter und/oder die reduzierte Reflexion aufgrund des Falleneffektes in das Material des Substrates einbringt.

Die vorliegende Erfindung umfasst daher auch ein Optoelektronisches Bauelement, dass zumindest die folgenden Komponenten oder Schichten aufweist:

• zumindest eine funktionale Schicht, die zumindest teilweise auf der inneren und/oder äußeren Oberfläche der optoelektronisch aktive Schicht, der Kontaktierungsschicht und/oder der Deckschicht angeordnet bzw. aufgebracht ist, wobei das Volumen, insbesondere eine Ebene im Volumen, der optoelektronisch aktiven Schicht, der Kontaktierungsschicht und/oder der Deckschicht jeweils unabhängig voneinander aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet ist, wobei der strukturierte Bereich eine erste periodische Punktstruktur aufweist, wobei die erste Punktstruktur aus zumindest einem ersten Interferenzpixel mit einer ersten Interferenzperiode (pi) gebildet ist, wobei das erste Interferenzpixel ein periodisches Gitter von zumindest drei Zapfen oder inversen Zapfen aufweist, wobei die Interferenzperiode (pi) der ersten periodischen Punktstruktur im Bereich von 50 nm bis 50 pm liegt.

Die strukturierten Bereiche, insbesondere die Punktstrukturen, besonders bevorzugt die Zapfen und/oder inversen Zapfen im Volumen des Substrats, insbesondere innerhalb einer Ebene im Volumen des Substrats, können dabei jeweils unabhängig voneinander die hierin definierten Strukturparameter annehmen. Um Doppelungen zu vermeiden, werden die strukturierten Bereiche, insbesondere die Punktstrukturen, besonders bevorzugt die Zapfen und/oder inversen Zapfen im Volumen des Substrats wie die strukturierten Bereiche, insbesondere die Punktstrukturen, besonders bevorzugt die Zapfen und/oder inversen Zapfen auf der Oberfläche des Substrats synonym verwendet, sodass dieselben Strukturparameter und Ausgestaltungen gelten. Insbesondere werden durch das Strukturieren innerhalb einer Ebene im Volumen des Substrats dieselben optischen Eigenschaften, insbesondere die Antireflexionseigenschaften, Lichtwegverlängerung durch Beugung am Gitter und/oder die reduzierte Reflexion aufgrund des Falleneffektes in das Material des Substrates eingebracht. Auf die Ausführungen zu den jeweiligen optischen Eigenschaften und den bevorzugten Strukturparametern wird hierin Bezug genommen. In Zusammenhang mit Punktstrukturen im Volumen, insbesondere innerhalb einer Ebene im Volumen, wird der Begriff oberfläche (wenn nicht separat ausgeführt) synonym zu der Ebene verstanden, die im Volumen des Substrats angeordnet ist.

Vorzugsweise erfolgt das Strukturieren im Volumen des Substrates mittels Laserstrukturapplikationsverfahren, insbesondere der direkten Laserinterferenzstrukturierung.

Zur Strukturierung innerhalb des Volumens eines Substrates kann es sich anbieten, die hierin bevorzugte Laserpulsdauer und/oder Laserpulsenergie einzusetzen. Durch diese geringe Laserpulsdauer und/oder Laserpulsenergie pro Laserpuls kann ein unerwünschtes und/oder unkontrolliertes Aufschmelzen des Substrates (bspw. in Form einer strukturellen oder chemischen Umwandlung), insbesondere in Folge lokaler Überhitzung bspw. durch einen zu hohen Energieeintrag, unterbunden oder zumindest minimiert werden. Dies ist insbesondere bei den hierin eingesetzten „empfindlichen“ Materialien die die Substrate aufweisen oder aus denen die die Substrate bestehen vorteilhaft.

Antireflexion

Bei transparenten und teiltransparenten Substraten wird ein Teil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit von der Materialzusammensetzung zum Teil an den Grenzflächen reflektiert und beim Durchqueren des Substrates in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und der Dicke des Substrates teilweise absorbiert. Der verbleibende Rest der elektromagnetischen Strahlung wird durch das Substrat transmittiert und tritt an der gegenüberliegenden Seite des Substrates wieder aus. Der Transmissionsgrad (als Maß für die Durchlässigkeit eines Mediums/Substrates) ist somit kleiner als 100%. Beispielsweise beträgt der Transmissionsgrad handelsüblicher Flachgläser in Abhängigkeit von der Glasdicke 83% - 90%. Bei senkrechtem Lichteinfall wird etwa 8% des Lichtes an den beiden Grenzflächenhandelsüblicher Flachgläser, die bei einer Schicht vorzugsweise gegenüber zueinander, insbesondere planparallel angeordnet sind und welche bei einer Ausbildung des Substrates als Deckschicht der äußeren Oberfläche und der inneren Oberfläche entsprechen, zur Luft oder auch zu einem anderen Medium, reflektiert.

Im Sinne der Erfindung beziehen sich Antireflexionseigenschaften hierin insbesondere auf das vermehrte Transmittieren, bzw. Beugen von einfallender elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen im für den Menschen optisch sichtbaren Spektralbereich, insbesondere 380 bis 780 nm, oder im Bereich von Ultraviolettstrahlung (insbesondere 100 bis 380 nm) oder Infrarotstrahlung (insbesondere 780 bis 10.000 nm).

Die hierin definierten Strukturparameter zur Erzeugung einer Oberfläche, die Antireflexionseigenschaften aufweist, wie die Interferenzperiode und Strukturtiefe, insbesondere die Interferenzperiode, erlauben es vorteilhaft, den Anteil reflektierter Strahlung an einer Grenzfläche eines Substrates um zumindest 50%, vorzugsweise zumindest 70%, besonders bevorzugt zumindest 80%, ganz besonders bevorzugt zumindest 90%, insbesondere zumindest 95% zu reduzieren. Am Beispiel von Glas als zu strukturierendes Substrat kann hierdurch vorteilhaft der Anteil reflektierten Lichts an einer der Grenzflächen, also an der inneren und/oder der äußeren Oberfläche der Deckschicht, auf weniger als 4%, besonders bevorzugt auf weniger als 2,4%, besonders bevorzugt auf weniger als 1 ,6%, ganz besonders bevorzugt auf weniger als 0,8%, ganz besonders bevorzugt auf weniger als 0,4% reduziert werden. Die Einstellung der Antireflexionseigenschaften durch die Ausbildung geeigneter strukturierter und unstrukturierter Bereiche auf der äußeren Oberfläche und/oder inneren Oberfläche eines Substrates (wie hierin definiert) ist insbesondere für die Deckschicht und/oder die Kontaktierungsschicht, insbesondere für die Deckschicht von großer Bedeutung, da durch diese Schicht(en) die elektromagnetische Strahlung aus dem optoelektronischen Bauelement in die Umgebung austritt (insbesondere bei strahlungsemittierenden Zellen) oder aus der Umgebung in diese eintritt (insbesondere bei photovoltaischen Zellen).

Gleichwohl kann die Einstellung der Antireflexionseigenschaften durch die Ausbildung eines geeigneten strukturierten und unstrukturierten Bereiches, insbesondere eines strukturierten Bereiches, auf der äußeren Oberfläche und/oder inneren Oberfläche einer optoelektronisch aktiven Schicht vorgesehen sein, da hierdurch Strahlungsverluste aufgrund von Reflexion an der Grenzfläche der optoelektronisch aktiven Schicht (insbesondere beim Eintritt elektromagnetischer Strahlung in eine photovoltaische Zelle oder beim Austritt elektromagnetischer Strahlung aus einer strahlungsemittierenden Zelle, insbesondere einer Leuchtdiode) unterbunden oder zumindest verringert werden können.

Strukturtiefe

Für die Erzeugung einer Oberfläche, die Antireflexionseigenschaften aufweist, weisen die inversen Zapfen eines Interferenzpixels nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine mittlere Strukturtiefe bzw. Profiltiefe im statistischen Mittel d₅o im Bereich von 5 nm bis 10 pm, insbesondere im Bereich von 10 nm bis 5 pm, besonders bevorzugt im Bereich von 50 nm bis 800 nm, ganz besonders bevorzugt von 100 nm bis 500 nm auf. Die Strukturtiefe der inversen Zapfen eines Interferenzpixels wird im Allgemeinen durch die mittlere Strukturtiefe (d₅o) beschrieben, die innerhalb eines Interferenzpixels die Anteile der Zapfen mit einer bestimmten Strukturtiefe kleiner oder größer als der angegebene Wert für die Strukturtiefe definiert.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen die inversen Zapfen eine Strukturtiefe im Bereich von 5 nm bis 800 nm, besonders bevorzugt von 5 nm bis 500 nm, ganz besonders bevorzugt von 5 nm bis 200 nm, insbesondere im Bereich von 5 nm bis 150 nm oder im Bereich von 10 nm bis 100 nm auf. Dass die inversen Zapfen eine derart geringe Strukturtiefe aufweisen, hat den Vorteil, dass damit auch sehr dünne Substrate, insbesondere die Substrate von optoelektronischen Bauelementen, wie die optoelektronisch aktive Schicht, die Kontaktierungsschicht und/oder die Deckschicht, insbesondere funktionale Schichten, wie hierin definiert, mit ausgeprägten Antireflexionseigenschaften erhalten werden, ohne dabei die Eigenschaften der Substrate zu beeinträchtigen. Derart geringe Strukturtiefen können vorzugsweise mittels

Laserstrukturapplikationsverfahren, insbesondere der direkten Laserinterferenzstrukturierung erhalten werden.

Im Sinne der Erfindung beschreibt ein strukturiertes Substrat mit Antireflexionseigenschaften auch ein solches Substrat, welches einen strukturierten Bereich aufweist, der aus sich überlagernden Strukturen besteht, wobei also der ersten periodischen Punktstruktur eine weitere Struktur überlagert ist, wobei mindestens eine Struktur Abmessungen im Mikro- oder Submikrometerbereich aufweist, und wobei zumindest eine Struktur aus Zapfen oder inversen Zapfen (wie hierin definiert) gebildet ist, welche insbesondere durch interferierende Laserstrahlen erzeugbar sind. Vorzugsweise ist die weitere Struktur eine Linienstruktur oder eine weitere periodische Punktstruktur aus Zapfen oder inversen Zapfen. Beispielsweise kann der strukturierte Bereich, insbesondere die Punktstruktur, aus sich überlagernden Strukturen, bei dem Einsatz von interferierenden Laserstrahlen durch entsprechende Ausgestaltung der Parameter (Auswahl der Laserstrahlungsquelle, Anordnung der optischen Elemente) an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung optimal angepasst werden. Vorzugsweise weist ein optoelektronisches Bauelement mit einer Deckschicht mit einer inneren Oberfläche und/oder äußeren Oberfläche mit anti- reflektierenden Eigenschaften eine periodische Punktstruktur auf, die den strukturierten Bereich bildet.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren zur Beeinflussung der Oberflächen- oder Grenzflächen-Eigenschaften (bspw. Ätzen, Sandstrahlen, Polymerbeschichtungen) ist es bei Verwendung von Laserstrukturapplikationsverfahren, insbesondere der direkten Laserinterferenzstrukturierung nicht erforderlich, dass die gesamte Oberfläche strukturiert werden muss. Der Anteil der so strukturierten Oberfläche (Bedeckungsgrad an Zapfen pro Flächeneinheit, der durch die Anzahl und den Durchmesser der inversen Zapfen bedingt ist), d.h. der Anteil auf dem strukturierten Substrat beträgt vorzugsweise 3 % bis 99 %, besonders bevorzugt 5 % bis 80 %, ganz besonders bevorzugt 7 % bis 70 %, insbesondere 10 % bis 50 %. Dies erlaubt nicht nur eine bessere Nachweisbarkeit gegenüber herkömmlichen Verfahren zur Strukturierung/Beschichtung von Substraten, sondern hat diesen gegenüber den Vorteil, dass weniger Defekte oder anfälligere Strukturen in die Ebene eines Substrates, insbesondere in die Oberfläche eingebracht werden, um die hierin definierten Eigenschaften zu erzielen.

Interferenzperiode

Bevorzugt werden Antireflexionseigenschaften auf einer Oberfläche dadurch erreicht, dass der strukturierte Bereich durch eine periodische Punktstruktur im Nanobereich (Submikrometerbereich) aus inversen Zapfen oder Zapfen mit mittleren Abmessungen im Submikrometerbereich gebildet ist oder eine solche periodische Punktstruktur im Nanobereich wenigstens aufweist. Die periodische Punktstruktur eines Interferenzpixels weist insbesondere eine Interferenzperiode, d.h. einen mittleren Abstand bezogen auf den jeweiligen Sattelpunkt bzw. Höhenmittelpunkt zweier benachbarter inverser Zapfen bzw. Zapfen eines Interferenzpixels, von 100 nm bis 1.000 nm, besonders bevorzugt 200 nm bis 700 nm, ganz besonders bevorzugt von 200 nm bis 450 nm.

Die periodische Punktstruktur im Nanometerbereich ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass das strukturierte Substrat bei einer periodischen Punktstruktur von weniger als 1 .000 nm elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von mehr als 550 nm, bevorzugt bei einer periodische Punktstruktur von weniger als 750 nm von mehr als 500 nm, ganz besonders bevorzugt bei einer periodische Punktstruktur von weniger als 600 nm von mehr als 450 nm transmittiert. In Abhängigkeit der Strukturtiefe der inversen Zapfen können somit insbesondere Wellenlängen im roten und/oder gelben Lichtspektrum, im grünen Lichtspektrum bis hin ins blaue Lichtspektrum aufgrund der Antireflexionseigenschaften in das Substrat transmittieren.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, weist die Oberfläche zur Erzeugung einer Oberfläche, die Antireflexionseigenschaften aufweist, vorzugsweise eine Punktstrukturen auf, die in Form als periodisch angeordnete, inverse Zapfen gebildet ist, wobei der Abstand zwischen den Scheitelpunkt benachbarter inverser Zapfen (d.h. Höhenmittelpunkt oder Zentren der Erhebungen) im statistischen Mittel im Bereich von 50 nm bis 50 pm, bevorzugt im Bereich von 50 nm bis 20 pm angeordnet sind, mehr bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 1.000 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 600 nm.

Im Sinne der Erfindung beziehen sich Antireflexionseigenschaften hierin auf das vermehrte Transmittieren, bzw. Beugen von einfallender elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen im Bereich des sichtbaren Lichts, insbesondere mit Wellenlängen im Bereich von 400 nm bis 780 nm als auch auf den Bereich von Infrarotstrahlung, bzw.

Wärmestrahlung, insbesondere mit Wellenlängen im Bereich von 780 nm bis 10 pm, vorzugsweise 780 nm bis 0,1 mm. Dabei zeichnet sich das Substrat dadurch aus, dass die von ihm umfasste periodische Punktstruktur vorzugsweise Abmessungen, also Interferenzperioden, im Submikrometerbereich, besonders bevorzugt im Nanometerbereich aufweist. Ganz besonders bevorzugt sind die Abmessungen der periodischen Punktstruktur im Bereich der Wellenlänge von elektromagnetischer Strahlung im Bereich des sichtbaren Lichts. So sind die Abmessungen der periodischen Punktstruktur bevorzugt im Bereich von 630 nm bis 700 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem Licht, im Bereich von 590 nm bis 630 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem und orangenem Licht, im Bereich von 560 nm bis 590 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem, orangenem und gelben Licht, im Bereich von 500 nm bis 560 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem, orangenem, gelbem und grünem Licht, im Bereich von 475 nm bis 500 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem, orangenem, gelbem, grünem und türkisem Licht, im Bereich von 450 nm bis 475 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem, orangenem, gelbem, grünem, türkisem und blauem Licht, im Bereich von 425 nm bis 450 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem, orangenem, gelbem, grünem, türkisem, blauem und indigofarbenem Licht, im Bereich von 400 nm bis 425 nm zum Transmittieren, bzw. Beugen von rotem, orangenem, gelbem, grünem, türkisem, blauem, indigofarbenem und violettem Licht. Somit lassen sich durch das Verändern der Abmessungen der periodischen Punktstruktur die Antireflexionseigenschaften des Substrats kontrollieren.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das optoelektronische Bauelement eine lichtemittierende Diode (LED). Dabei kann eine periodische Punktstruktur auf der inneren Oberfläche der Kontaktierungsschicht und/oder der Deckschicht vorgesehen sein. Dabei kann die periodische Punktstruktur auf der inneren Oberfläche der Kontaktierungsschicht und/oder der Deckschicht derart ausgebildet sein, dass hochenergetisches Licht, insbesondere UV-Licht oder blaues Licht in die LED zurückreflektiert wird, wohingegen bspw. durch die optoelektronisch aktive Schicht, insbesondere durch Leuchtstoffe in einer optoelektronisch aktiven Schicht, erzeugtes Licht einer spezifischen Wellenlänge im sichtbaren Bereich durch die Kontaktierungsschicht und/oder die Deckschicht in die Umgebung austreten kann. Vorzugsweise kann das zurückreflektierte hochenergetische Licht, zur weiteren Anregung der Leuchtstoffe dienen. Daher sind die Abmessungen der periodischen Punktstruktur bevorzugt größer als 450 nm, besonders bevorzugt größer als 475 nm, ganz besonders bevorzugt größer als 500 nm. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Abmessungen der periodischen Punktstrukturen (unabhängig von den vorgenannten Grenzbereichen) vorzugsweise maximal 1.000 nm, besonders bevorzugt maximal 900 nm, ganz besonders bevorzugt maximal 800 nm, insbesondere maximal 700 nm betragen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung eignet sich das hierin offenbarte Verfahren und die hierin offenbarte Vorrichtung zum Erzeugen eines Substrates, das eine periodische Punktstruktur im Nanometerbereich, welche bspw. mittels Laserinterferenzstrukturierung erzeugt wurde, umfasst und welches sich durch Antireflexionseigenschaften auszeichnet. Im Sinne der Erfindung beziehen sich Antireflexionseigenschaften hierin auch auf das vermehrte Transmittieren, bzw. Beugen von einfallender elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen im Bereich des nicht sichtbaren Lichts, insbesondere im Bereich von Ultraviolettstrahlung (UV-Strahlung), insbesondere mit Wellenlängen im Bereich von 100 nm bis 380 nm. Dabei zeichnet sich das Substrat dadurch aus, dass die von ihm umfasste periodische Punktstruktur vorzugsweise Abmessungen im Nanometerbereich aufweist. Vorteilhaft ist ein so strukturiertes Substrat in Bereichen einsetzbar, in denen ein Schutz vor UV-Strahlung notwendig ist.

Der periodischen Punktstruktur zur Erzeugung der Antireflexionseigenschaften kann aber auch eine weitere Punktstruktur und/oder Linienstruktur zur Beeinflussung weiterer Eigenschaften, wie beispielsweise der Benetzungseigenschaften, überlagert sein. Die resultierende Global-Punktstruktur, also die resultierende Punktstruktur, welche den strukturierten Bereich bildet, kann dann vollperiodisch oder quasi-periodisch oder nicht periodisch ausgebildet sein.

Die Antireflexionseigenschaften für sichtbares Licht kommen insbesondere zustande, wenn die Abmessungen der erzeugten Struktur, also die Interferenzperiode und Abmessung der einzelnen Zapfen oder inversen Zapfen, in Bereichen kleiner als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts liegen, also vorzugsweise ab und unterhalb von 700 nm.

Unter Reflexion versteht man in der Physik das Zurückwerfen von einer elektromagnetischen Welle an einer Grenzfläche von Materialien unterschiedlichen Brechungsindizes. Der Reflexionswinkel und der Transmissionswinkel von Licht in transparenten Substraten können allgemein über das Snelliussche Brechungsgesetz berechnet werden zu n₁sin8₁ = n₂sin8₂ berechnet, wobei und n₂ den Brechungsindex von Luft und dem Substrat angeben und öi und ö₂ jeweils die Winkel des einfallenden und reflektierten Strahls angeben.

Durch die periodische Punktstruktur auf der Oberfläche des Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, verändert sich der Brechungsindex des Substrats in der Form, dass sich ein gradueller Brechungsindex ergibt. Das hat zur Folge, dass Licht mit Wellenlängen größer der Interferenzperiode (p_n) der periodischen Punktstruktur vermehrt transmittiert wird. Licht mit Wellenlängen kleiner oder gleich der periodischen Punktstruktur wird an der Oberfläche gebeugt.

Antireflexionseigenschaften bezeichnen im Sinne der Erfindung Punktstrukturen, deren Abmessungen im Bereich der einfallenden elektromagnetischen Welle liegen, sodass die einfallende Welle derart vom Betrachter weggebeugt wird, dass keine Reflexion als „störend“ wahrgenommen wird. Zusätzlich umfasst der Begriff Antireflexionseigenschaften im Sinne der Erfindung auch, dass der Brechungsindex an der Grenze zwischen dem ersten Medium, zum Beispiel Luft, und dem Substrat, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrat, graduell ist, sodass für die einfallende elektromagnetische Welle kein klarer Übergang von einem Medium zum anderen vorhanden ist und die einfallende elektromagnetische Welle vermehrt transmittiert wird. Der Brechungsindex des strukturierten Substrats ist dabei durch die erzeugte periodische Punktstruktur graduell. Er nimmt über die Höhe der Struktur hinweg ab, sodass kein klarer Luft-Medium Übergang existiert. Dadurch kommt es zur erhöhten Transmission von einfallenden elektromagnetischen Wellen mit einer Wellenlänge größer als die Interferenzperiode der erzeugten Punkt Struktur, und zur Beugung von einfallenden elektromagnetischen Wellen mit einer Wellenlänge im Bereich der Interferenzperiode der erzeugten Punktstruktur in das Substrat.

Lichtwegverlängerung durch Beugung am Gitter

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der strukturierte Bereich einer inneren Oberfläche und/oder äußeren Oberfläche einer Deckschicht eines photovoltaischen Bauelementes oder eines photovoltaischen Moduls eine periodische Punktstruktur auf oder ist aus einer periodischen Punktstruktur gebildet. Diese periodische Punktstruktur wirkt dabei als periodisches Gitter und führt zu einer Lichtwegverlängerung. Daraus folgt eine verbesserte Absorption und somit eine bessere Effizienz wie nachfolgend erläutert wird.

Um eine maximale Einstrahlung des Lichtes in das photovoltaische Bauelement zu gewährleisten, wird ein möglichst senkrechter Einstrahlungswinkel des Lichtes in die äußere Oberfläche des optoelektronischen Bauelementes angestrebt. Dadurch ist der Weg, den das Licht durch die optoelektronisch aktive Schicht zurücklegt, allerdings nicht optimal und eigentlich zu kurz um eine optimale Absorption des Lichtes durch die optoelektronisch aktive Schicht, insbesondere die Absorptionsschicht, zu gewährleisten. Aufgrund der notwendigen kurzen Ladungsträgertransportlegostrecke innerhalb der optoelektronisch aktiven Schicht, insbesondere der Absorptionsschicht, - um eine Rekombination der Ladungsträger zu verhindern - ist es keine geeignete Option, die Dicke der optoelektronisch aktiven Schicht, insbesondere der Absorptionsschicht, zu erhöhen.

Vorteilhaft kann die vorliegende Erfindung hier dennoch zu einer Verlängerung des Weges, welchen das Licht durch die optoelektronisch aktive Schicht, insbesondere die Absorptionsschicht, zurücklegt, beitragen.

Auf einer äußeren Oberfläche und/oder inneren Oberfläche einer Deckschicht eines photovoltaischen Bauelementes oder eines photovoltaischen Modules angeordnete periodische Punktstrukturen wirken auf einfallendes Licht als Beugungsgitter, wodurch es zu Beugungseffekten kommt. Somit wird ein Teil des Lichtes in seiner Ausbreitungsrichtung abgelenkt. Dadurch durchquert ein Teil des Lichtes die optoelektronisch aktive Schicht nicht senkrecht, sondern unter einem gewissen abgelenkten Winkel. Durch die resultierende Lichtwegverlängerung kann vorteilhaft der Anteil absorbierten Lichtes erhöht werden, insbesondere ohne die Ladungsträgerextraktion negativ zu beeinflussen.

Weiterhin kann die Einstellung der Lichtwegverlängerung durch Beugung an einem Gitter auch durch die Ausbildung eines geeigneten strukturierten und unstrukturierten Bereiches, insbesondere eines strukturierten Bereiches, auf der äußeren Oberfläche und/oder inneren Oberfläche einer optoelektronisch aktiven Schicht erzeugt werden. Eine an der Grenzfläche zur optoelektronisch aktiven Schicht erzeugte periodische Struktur führt bei einem Eintritt elektromagnetischer Strahlung in eine photovoltaische Zelle zu einer geeigneten Ablenkung der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung und somit zu der oben genannten Lichtwegverlängerung und der damit verbundenen Erhöhung der Absorption und folglich auch der Effizienz.

Reduzierte Reflexion aufgrund des Falleneffektes

Die Reduzierung der Reflexion aufgrund des Falleneffektes (wie hierin definiert) durch die Ausbildung geeigneter strukturierter und unstrukturierter Bereiche auf der äußeren Oberfläche und/oder inneren Oberfläche eines Substrates ist, insbesondere für die optoelektronisch aktiven Schichten, insbesondere für die optoelektronisch aktiven Schichten in photovoltaischen Zellen von großer Bedeutung, da innerhalb dieser Schicht(en) die Absorption und/oder Wechselwirkung zwischen der, in das optoelektronische Bauelement bzw. optoelektronische Modul einfallenden elektromagnetischen Strahlung und dem lichtabsorbierenden Material innerhalb der optoelektronischen Schicht für einen hohen Wirkungsgrad des optoelektronischen Bauelements sorgt.

Gleichwohl kann die beschriebene Reduktion der Reflektion aufgrund des Falleneffektes bei einem lichtemittierenden Bauelement oder einem mehrere lichtemittierende Bauelemente aufweisenden Modul die Lichtauskopplung erhöhen. Vorteilhaft kann somit eine Steigerung der Effizienz, insbesondere der Lichtausbeute/Lichtfreisetzung des lichtemittierenden Bauelements bzw. lichtemittierenden Moduls erreicht werden.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die strukturierten Bereiche, die zu einer Reduzierung der Reflexion aufgrund des Falleneffektes innerhalb der strukturierten Bereiche derart angeordnet, dass bezogen auf die Einfallsrichtung elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise Licht, an dieser Grenzfläche, in die das Licht eintritt, inverse Zapfen derart angeordnet sind, dass diese in das Substrat, insbesondere in die optoelektronisch aktive Schicht hin ausgebildet sind.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist für aneinander angrenzende Schichten, deren Oberflächen aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet sind, vorgesehen, dass bezogen auf die Einfallsrichtung elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise Licht, auf die Grenzfläche zwischen den beiden Schichten, die Schicht, aus der die elektromagnetische Strahlung austritt und in die angrenzende Schicht übertritt, einen strukturierten Bereich aufweist, der aus Zapfen (wie hierin definiert) gebildet ist. Demgegenüber ist der strukturierte Bereich der an diese Schicht angrenzenden Schicht, in die das Licht eintritt, aus inversen Zapfen gebildet. Ist beispielsweise innerhalb einer photovoltaischen Zelle eine optoelektronisch aktive Schicht angrenzend zu einer Kontaktierungsschicht angeordnet, so weist die Grenzfläche zwischen beiden Schichten vorzugsweise Zapfen bzw. inverse Zapfen auf, wobei die inversen Zapfen in der äußeren Oberfläche der optoelektronisch aktiven Schicht ausgebildet sind, und wobei komplementär dazu die innere Oberfläche der Kontaktierungsschicht einen strukturierten Bereich aufweist, der aus Zapfen gebildet ist (sog. „Lego-Prinzip“).

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Strukturen an einer äußeren Oberfläche und/oder inneren Oberfläche einer Deckschicht und/oder einer Kontaktierungsschicht erzeugt.

Es kann eine solche Struktur zur Reduzierung der Reflektion aufgrund des Falleneffektes auch durch die Ausbildung eines geeigneten strukturierten und unstrukturierten Bereiches, insbesondere eines strukturierten Bereiches, auf der äußeren Oberfläche und/oder inneren Oberfläche einer optoelektronisch aktiven Schicht erzeugt werden. Gerade auch an einer Grenzfläche zur optoelektronisch aktiven Schicht ist eine Reduktion der Reflektion besonders relevant.

Nach einer vorteilhaften Ausführung ist das optoelektronische Bauelement ein photovoltaisches Bauelement und die an der optoelektronisch aktiven Schicht erzeugten Punktstrukturen sind inverse Zapfen.

Nach einer alternativen Ausgestaltung ist das optoelektronische Bauelement ein lichtemittierendes Bauelement, vorzugsweise eine LED, und die an der optoelektronisch aktiven Schicht erzeugten Punktstrukturen sind Zapfen. So kann die beschriebene Reduktion der Reflektion aufgrund des Falleneffektes bei einem photovoltaischen Bauelement oder einem mehrere photovoltaische Bauelemente aufweisenden Modul die Lichteinkopplung und bei einem lichtemittierenden Bauelement oder einem mehrere lichtemittierende Bauelemente aufweisenden Modul die Lichtauskopplung erhöhen. Vorteilhaft kann somit eine Steigerung der Effizienz der optoelektronischen Bauelemente bzw. optoelektronischen Module erreicht werden.

Die Mantelfläche der Zapfen oder inversen Zapfen dient bei der Ausnutzung des Falleneffekts als Spiegelfläche, vorzugsweise quasi-homogene Spiegelfläche, die den Anteil reflektierter einfallender elektromagnetischer Strahlung innerhalb der Zapfen und/oder inversen Zapfen, insbesondere inversen Zapfen, bis zum Sattelpunkt reflektiert, wobei an jedem weiteren Reflexionspunkt innerhalb der Mantelfläche ein Anteil (verbleibender) elektromagnetischer in das Substrat, dessen äußere Oberfläche und/oder innere Oberfläche aus einem derartigen strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet ist, einkoppelt (siehe bspw. Fig. 4 bis 6). Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Mantelfläche der Zapfen oder inversen Zapfen glatt ausgebildet.

Strukturtiefe

Für die Erzeugung einer Oberfläche, die Eigenschaften zur Reduzierung der Reflexion aufgrund des Falleneffektes aufweist, weisen die Zapfen oder inversen Zapfen eines Interferenzpixels nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine mittlere Strukturtiefe bzw. Profiltiefe im statistischen Mittel d₅o im Bereich von 0,05 pm bis 20 pm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,05 pm bis 10 pm, ganz besonders bevorzugt von 0,1 pm bis 5 pm, insbesondere 0,1 pm bis 2 pm auf. Die Strukturtiefe der inversen Zapfen eines Interferenzpixels wird im Allgemeinen durch die mittlere Strukturtiefe (d₅o) beschrieben, die innerhalb eines Interferenzpixels die Anteile der Zapfen mit einer bestimmten Strukturtiefe kleiner oder größer als der angegebene Wert für die Strukturtiefe definiert. Eine derart ausgestaltete Strukturtiefe hat bspw. den Vorteil, dass ein hoher Anteil an verbleibender elektromagnetischer Strahlung, der bei der ersten Wechselwirkung mit der Oberfläche des Substrates noch nicht in das Substrat eingekoppelt ist, durch weitere Wechselwirkung mit der Mantelfläche innerhalb des Zapfens oder inversen Zapfens bis zu dessen Sattelpunkt weitergeleitet wird und in Folge dessen (dem Zapfen bzw. inversen Zapfen nicht mehr entkommend) in das Substrat mit einem Wirkungsgrad von mehr als 90 %, vorzugsweise mehr als 95 %, besonders bevorzugt mehr als 98 %, ganz besonders bevorzugt mehr als 99 % einkoppelt. Die Strukturtiefe einer Zapfen aufweisenden Punktstruktur ist im Sinne der Erfindung die mittlere Strukturtiefe einer Zapfen aufweisenden Punktstruktur, das heißt das statistische Mittel des Abstandes von der Oberfläche zum Höhenmittelpunkt der Zapfen. Auch wenn die Zapfen grundsätzlich aus der Struktur herausragen, wird der mittlere Abstand der Höhenmittelpunkte der Zapfen zur Oberfläche dennoch in Analogie zu den inversen Zapfen als Strukturtiefe oder mittlere Strukturtiefe d₅o bezeichnet.

Im Sinne der Erfindung beschreibt ein strukturiertes Substrat bzw. eine Deckschicht mit Eigenschaften zur Reduzierung der Reflexion aufgrund des Falleneffektes auch ein solches Substrat, welches einen strukturierten Bereich aufweist, der aus sich überlagernden Strukturen besteht, wobei also der periodischen Punktstruktur eine weitere Struktur überlagert ist, wobei mindestens eine Struktur Abmessungen im Mikro- oder Submikrometerbereich aufweist, und wobei zumindest eine Struktur aus Zapfen oder inversen Zapfen (wie hierin definiert) gebildet ist, welche insbesondere durch interferierende Laserstrahlen erzeugbar sind. Vorzugsweise ist die weitere Struktur eine Linienstruktur oder eine weitere periodische Punktstruktur aus Zapfen oder inversen Zapfen.

Beispielsweise lässt sich eine Global-Punktstruktur, insbesondere die Global-Punktstruktur aus sich überlagernden Strukturen, bei dem Einsatz von interferierenden Laserstrahlen durch entsprechende Ausgestaltung der Parameter (Auswahl der Laserstrahlungsquelle, Anordnung der optischen Elemente) an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung optimal angepasst werden. Vorzugsweise weist ein optoelektronisches Bauelement mit einer Deckschicht mit einer Oberfläche oder Grenzfläche mit Eigenschaften zur Reduktion der Reflexion aufgrund des Falleneffektes eine periodische Global-Punktstruktur auf.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren zur Beeinflussung der Oberflächen- oder Grenzflächen-Eigenschaften (bspw. Ätzen, Sandstrahlen, Polymerbeschichtungen) ist es nicht erforderlich, dass die gesamte Oberfläche strukturiert (und/oder wie bei herkömmlichen Verfahren beschichtet) werden muss. Der Anteil der so strukturierten Oberfläche (Bedeckungsgrad an Zapfen pro Flächeneinheit, der durch die Anzahl und den Durchmesser der inversen Zapfen bedingt ist), d.h. der Anteil auf dem strukturierten Substrat beträgt vorzugsweise 3 % bis 99 %, besonders bevorzugt 5 % bis 80 %, ganz besonders bevorzugt 7 % bis 70 %, insbesondere 10 % bis 50 %. Dies erlaubt nicht nur eine bessere Nachweisbarkeit gegenüber herkömmlichen Verfahren zur Strukturierung/Beschichtung von Substraten, sondern hat diesen gegenüber den Vorteil, dass weniger Defekte oder anfälligere Strukturen in die Ebene eines Substrates, insbesondere in die Oberfläche eingebracht werden, um die hierin definierten Eigenschaften zu erzielen. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst das strukturierte Substrat nicht bloß ein einzelnes Interferenzpixel einer Art, bspw. eines ersten Interferenzpixels, eines zweiten Interferenzpixels und/oder eines dritten Interferenzpixels, sondern es sind mehrere Interferenzpixel einer Art, bspw. mehrere erste Interferenzpixel und/oder mehrere zweite Interferenzpixel jeweils unabhängig voneinander innerhalb einer Ebene in zumindest einer Raumrichtung (x- und/oder y-Ausrichtung), besonders bevorzugt in zwei Raumrichtungen (flächig), benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnet. So kann bspw. vorgesehen sein, dass in einem ersten Schritt zumindest mehrere erste Interferenzpixel (10) innerhalb einer Ebene in zumindest eine Raumrichtung benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnet auf eine Ebene auf einer Oberfläche oder im Volumen des zu strukturierenden Substrates appliziert werden (siehe bspw. Fig. 15) und in einem zweiten Schritt diesen mehreren ersten Interferenzpixel (10) mehrere zweite Interferenzpixel (11) innerhalb einer Ebene in zumindest die gleiche Raumrichtung benachbart repetitiv versetzt zueinander überlagert appliziert werden. Gleichwohl kann vorgesehen sein, dass diese mehreren ersten Interferenzpixel (10) und mehreren zweiten Interferenzpixel (11) alternierend, also abwechselnd - d.h. ein erstes Interferenzpixel, dann ein zweites Interferenzpixel und erneut von vorn - auf die Ebene appliziert werden.

Dadurch wird vorteilhaft einerseits der Bereich, auf dem die Reflexion durch den Falleneffekt reduziert wird, vergrößert. Weiterhin eröffnet eine Anordnung, bei der eine Vielzahl von Interferenzpixeln wenigstens in eine Raumrichtung benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnet sind eine Reihe von einstellbaren Freiheitsgraden, welche für eine effiziente Beeinflussung der Eigenschaften der Oberfläche genutzt werden können.

Durch das Anordnen mehrerer erster Interferenzpixel (10) und mehrerer zweiter Interferenzpixel (11) können gezielt Eigenschaften, insbesondere eine Reduktion der Reflexion, also eine Reduktion des weder transmittierten noch absorbierten Lichtes, über einen großen Bereich insbesondere flächig auf eine Ebene des Substrates, die durch eine Oberfläche des Substrates aufgespannt wird, oder innerhalb des Volumens des Substrates erreicht/aufgebracht werden. Eine derartige Strukturierung mit mehreren ersten Interferenzpixeln (10) und mehreren zweiten Interferenzpixeln (11) kann bspw. durch ein Abscannen des Substrates mit einem Polygonscanner erfolgen.

Die einander überlagerten Interferenzpixel unterschiedlicher Arten, bspw. eines ersten Interferenzpixels, eines zweiten Interferenzpixels und/oder eines weiteren Interferenzpixels, können global (d.h. über die Ausdehnung der zu strukturierenden Ebene) wahlweise eine periodische oder eine nicht-periodische Global-Punktstruktur ausbilden. Eine vollperiodische Global-Punktstruktur wird erzeugt bzw. liegt vor, wenn die Pixel eines Interferenzpixels einer ersten Art und die dazu überlagerten Pixel eines Interferenzpixels einer anderen Art zueinander jeweils um ein ganzes Vielfaches (bspw. 2, 3, 4, 5) der Interferenzperiode (p_n) in einer Raumrichtung zueinander verschoben sind. Es ergibt sich dadurch über die Ausdehnung der zu strukturierenden Ebene ein vollperiodisches Muster, dessen Periode der Interferenzperiode (p_n) entspricht. Eine quasi-periodische Global-Punktstruktur wird erzeugt bzw. liegt vor, wenn die Pixel einer ersten Art und die dazu überlagerten Pixel eines Interferenzpixels einer anderen Art zueinander jeweils um ein gleiches, von einem ganzen Vielfachen abweichendem, Vielfachen (bspw. 0,5; 1 ,3; 2,6) der Interferenzperiode (p_n) in eine Raumrichtung zueinander verschoben sind. Dem gegenüber wird durch die Pixel einer ersten Art und die dazu überlagerten Pixel eines Interferenzpixels einer anderen Art eine nicht-periodische Global-Punktstruktur erzeugt bzw. liegt vor, wenn die überlagerten ersten Interferenzpixel und die überlagerten zweiten Interferenzpixel unterschiedliche Interferenzperioden aufweisen und/oder die benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordneten Pixel zumindest einer Art eines Interferenzpixels verdreht, bspw. sukzessive verdreht appliziert sind.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Global- Punktstrukturen, umfassend zumindest eine Vielzahl von ersten Interferenzpixeln zumindest einer ersten Interferenzperiode (pi) und eine Vielzahl von zweiten Interferenzpixeln zumindest einer zweiten Interferenzperiode (p₂) quasi-periodisch oder nicht-periodisch, besonders bevorzugt nicht-periodisch ausgebildet, wobei eine solche Global-Punktstruktur vorzugsweise aus der Überlagerung von zumindest einem ersten Interferenzpixel und einem zweiten Interferenzpixel gebildet sind, die jeweils für sich genommen in zumindest eine Raumrichtung benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnet sind und hierin jeweils für sich genommen eine periodische oder quasiperiodische Global-Punktstruktur ausbilden.

Es kann dabei vorgesehen sein, dass zueinander benachbart angeordnete erste Interferenzpixel (10) und/oder zweite Interferenz pixel (11) variierende Strukturparameter, ausgewählt aus der Gruppe umfassend die Interferenzperiode des Interferenzpixels, die Strukturtiefe der inversen Zapfen, den Durchmesser der inversen Zapfen, die Form der inversen Zapfen und die Größe der inversen Zapfen, aufweisen. Hierdurch kann vorteilhaft lokal ein hoher Grad an Unordnung, d.h. nicht periodischen Strukturen erzeugt werden, wodurch unerwünschte oder störende optische Effekte, wie Moire-Effekte oder Farbeffekte, die durch Diffraktion an aufgebrachten Mikrostrukturen entstehen, minimiert oder verhindert werden. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Interferenzperiode der Punktstruktur zumindest eines jeden weiteren Interferenzpixels einer Art, bspw. jedes Interferenzpixel eines ersten Interferenzpixels, jedes Interferenzpixel eines zweiten Interferenzpixels und/oder jedes Interferenzpixel eines dritten Interferenzpixels, im Wesentlichen identisch, d.h. differieren maximal um 0 % bis 2,0 %, besonders bevorzugt um maximal 0 % bis 1 ,0 %. Ganz besonders bevorzugt sind die Interferenzperioden identisch. Hierdurch können die Parameter der Laserinterferenzstrukturierungsvorrichtung zum Applizieren der Interferenzpixel auf die Ebene des Substrates konstant gehalten werden, was den Aufwand und das Entstehen von Fehlstrukturen minimiert.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden die benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordneten Interferenzpixel einer Art, bspw. das erste Interferenzpixel, das zweite Interferenzpixel und/oder das dritte Interferenzpixel zum vorhergehenden Interferenzpixel dieser einen Art um eine innerhalb des Interferenzpixels angeordnete (vorzugsweise um eine zentrische) Drehachse (d.h. eine Normale zur Ebene) verdreht, bspw. alternierend oder sukzessive im Verhältnis zum vor-vorhergehenden verdreht. Vorzugsweise wird das nachfolgende Interferenzpixel im Verhältnis zum vorhergehenden Interferenzpixel der Interferenzpixel einer Art im Bereich um 1 ° bis 90°, weiterhin im Bereich um 3° bis 85°, besonders bevorzugt um 5° bis 80°, ganz besonders bevorzugt um 10° bis 75°, insbesondere im Bereich um 15° bis 60° verdreht. Hierdurch wird global über eine Ebene des Substrates, die durch eine Oberfläche des Substrates aufgespannt wird oder innerhalb des Volumens des Substrates, ein hoher Grad an Unordnung, d.h. nicht periodischen Strukturen erzeugt, wodurch ebenfalls unerwünschte oder störende optische Effekte, wie Moire-Effekte oder Farbeffekte, die durch Diffraktion an aufgebrachten Mikrostrukturen entstehen, minimiert oder verhindert werden.

Die Erzeugung von strukturierten Bereichen, welche eine nicht-periodische Global- Punktstruktur aufweisen, kann vorteilhaft sein. Aus einer Überlagerung von ersten und zweiten Interferenzpixeln, welche identische Interferenzperioden aufweisen, können periodische Punktstrukturen resultieren, bei denen der unerwünschte Moire-Effekt auftritt, sodass nach einer vorteilhaften Ausgestaltung die Interferenzperioden überlagerter Interferenzpixel um einen nicht-ganzzahligen Faktor variiert sind. Auch eine nachteilige Änderung des Farbverhaltens wie sie aufgrund von Beugungseffekten an den eingeführten Strukturen auftreten können, werden durch einen hohen Grad an Unordnung vermieden. Zur Erzeugung einer nicht-periodischen Global-Punktstruktur liegt der Versatz zwischen dem Interferenzpixel einer ersten Art und dem Interferenzpixel einer zweiten Art, bspw. dem zweiten Interferenzpixel und dem ersten Interferenzpixel bevorzugt im Bereich von

5 % < x < 50 %, vorzugsweise im Bereich von 10 % < x < 50 %, insbesondere im Bereich von 20 % < x < 50 %, besonders bevorzugt im Bereich von 25 % < x < 45 % der Interferenzperiode. Ist die periodische Punktstruktur derart ausgebildet, dass ein Interferenzpixel einer weiteren Art vorgesehen ist, zumindest ein drittes Interferenzpixel, so ist dieses zu dem Interferenzpixel der vorhergehenden Art derart überlagert angeordnet, dass der Versatz zwischen dem Interferenz pixel der weiteren Art, bspw. dem dritten Interferenzpixel und dem zweiten Interferenzpixel bevorzugt im Bereich von 5 % < x < 50 %, vorzugsweise im Bereich von 10 % < x < 50 %, insbesondere im Bereich von 20 % < x < 50 %, besonders bevorzugt im Bereich von 25 % < x < 45 % der Interferenzperiode liegt. Ein Versatz, welcher unterhalb der Interferenzperiode liegt, führt zu einer Erhöhung der Strukturdichte bzw. Dichte der Punktstruktur, woraus eine Erhöhung der Dichte der potentiell als Fallen fungierenden Zapfen oder inversen Zapfen und so vorteilhaft eine verbesserte Lichtein- oder Lichtauskopplung resultiert.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das strukturierte Substrat, insbesondere die strukturierte Deckschicht und die auf der Oberfläche der Deckschicht applizierte Punktstruktur zumindest eine weitere Art eines Interferenzpixel mit einer weiteren Interferenzperiode (p_n), bspw. ein drittes Interferenzpixel (12) mit einer dritten Interferenzperiode (p₃) auf, wobei das weitere, bspw. das dritte Interferenzpixel (12) entsprechend der vorgenannten Ansprüche zu dem ersten Interferenzpixel (10) und zweiten Interferenzpixel (11) überlagert angeordnet ist. Hierdurch können in der Ebene des zu strukturierenden Substrates vorteilhaft weitere Defekte (d.h. Punktstrukturen im Mikro- und Submikrometerbereich) erzeugt werden. Eine höhere Anzahl an Zapfen oder inversen Zapfen erhöht die Anzahl an Fallen, wodurch der Anteil an reflektiertem Licht vorteilhaft reduziert wird.

Vorteilhaft kann zudem hierdurch auch der Grad an Unordnung, d.h. nicht periodischen Strukturen erhöht werden, wodurch unerwünschte oder störende optische Effekte, wie Moire- Effekte oder Farbeffekte, die durch Diffraktion an aufgebrachten Mikrostrukturen entstehen, minimiert oder verhindert werden.

Interferenzperiode

Bevorzugt werden Eigenschaften, bei denen die Reflektion aufgrund des Falleneffektes reduziert wird, dadurch erreicht, dass die Global-Punktstruktur, welche den strukturierten Bereich bildet, eine nicht-periodische Global-Punktstruktur aus inversen Zapfen mit mittleren Abmessungen im Mikrometerbereich ist. Die periodische Punktstruktur eines Interferenzpixels weist insbesondere eine Interferenzperiode, d.h. einen mittleren Abstand bezogen auf den jeweiligen Sattelpunkt bzw. Höhenmittelpunkt zweier benachbarter Zapfen eines Interferenzpixels von 1 pm bis 50 pm, besonders bevorzugt 1 pm bis 30 pm, ganz besonders bevorzugt von 1 pm bis 20 pm aufweist. Dieser bevorzugt nicht-periodischen Punktstruktur im Mikrometerbereich kann eine weitere Struktur im Nanometerbereich überlagert sein, wobei die mittlere Abmessung der überlagernden Struktur bevorzugt Abmessungen im Bereich der Laserwellenlänge A, bzw. A/2, insbesondere von 100 nm bis 1 .000 nm, bevorzugt von 200 nm bis 500 nm, besonders bevorzugt von 200 nm bis 450 nm aufweist. Im Sinne der Erfindung wird eine solche Struktur auch als hierarchische Struktur bezeichnet.

Dabei bezeichnet eine hierarchische Strukturierung eine Struktur, bei welcher eine erste Struktur mit Abmessungen im Mikro- oder Submikrometerbereich, insbesondere im Mikrometerbereich, welche einem Interferenzmuster entspricht, von einer weiteren Struktur überlagert ist, welche Abmessungen aufweist, die unterhalb der Abmessungen der ersten Struktur liegen und welche bspw. durch einen Selbstorganisationsprozess ausgebildet ist. Bevorzugt befinden sich die Abmessungen der weiteren Struktur, die Punktstruktur im Mikrometerbereich überlagernde Struktur im Nanometerbereich, welche bspw. durch einen Selbstorganisationsprozess ausgebildet ist, im Bereich von 1 % bis 30 %, besonders bevorzugt im Bereich von 1 % bis 10 % der Abmessungen der ersten Struktur, welche einem Interferenzmuster entspricht.

Insbesondere weist die, die Punktstruktur im Mikrometerbereich überlagernde Struktur im Nanometerbereich eine periodische Wellenstruktur, vorzugsweise eine vollperiodische Wellenstruktur auf, wobei das Material auf der Oberfläche des Substrats im Bereich der sich überlagernden Struktur eine Abfolge von Wellenbergen und Wellentälern aufweist, deren Periodizität im Submikrometerbereich, bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 1.000 nm, besonders bevorzugt von 200 nm bis 500 nm, insbesondere in einem Bereich wie hierin für Antireflexionseigenschaften definiert, liegt. Hierdurch können in der strukturierten Ebene, insbesondere auf der Oberfläche des Substrats zusätzlich vorteilhaft Antireflexionseigenschaften eingebracht werden. Durch die Strukturen im Nanometerbereich wird gewährleistet, dass Licht, das auf das Substrat eintrifft, weniger reflektiert bzw. unter einem so flachen Winkel reflektiert, dass es bei normaler Betrachtung der Materialoberfläche nicht „störend“ wirkt. Die periodische Punktstruktur im Nanometerbereich ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass das strukturierte Substrat bei einer periodischen Punktstruktur von weniger als 1 .000 nm elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von mehr als 550 nm, bevorzugt bei einer periodische Punktstruktur von weniger als 750 nm von mehr als 500 nm, ganz besonders bevorzugt bei einer periodische Punktstruktur von weniger als 600 nm von mehr als 450 nm transmittiert. In Abhängigkeit der Strukturtiefe der inversen Zapfen können somit insbesondere Wellenlängen im roten und/oder gelben Lichtspektrum, im grünen Lichtspektrum bis hin ins blaue Lichtspektrum in das Substrat transmittieren.

Die mittlere Strukturtiefe dieser, die Punktstruktur im Mikrometerbereich überlagernden, Struktur im Nanometerbereich liegt vorzugsweise im Bereich von 10 nm bis 500 nm.

Aufgrund der Dimensionierung der, die Punktstruktur im Mikrometerbereich überlagernden, Struktur im Nanometerbereich im Verhältnis zur Punktstruktur im Mikrometerbereich bietet es sich an, diese periodische Nanometerstruktur, vorzugsweise eine vollperiodische Wellenstruktur nach dem Applizieren der Punktstruktur im Mikrometerbereich zu applizieren, da anderenfalls die überlagernde Struktur im Nanometerbereich durch das Applizieren der weitaus größeren Punktstruktur im Mikrometerbereich zerstört werden könnte.

Die Wellenstruktur, die die periodische Punktstruktur aus inversen Zapfen mit mittleren Abmessungen im Mikrometerbereich überlagert, kann während des Strukturierungsprozesses, d.h. beim Auftreffen eines Laserpulses in das zu strukturierende Substrat als Folge des Auftretens eines Bereiches hoher Intensität ausgebildet werden, wobei die Strukturierung durch einen Selbstorganisationsprozess erfolgt, welcher durch das zumindest teilweise Aufschmelzen des Substratmaterials mittels eines Laserpulses in einem Bereich hoher Intensität angeregt wird. Insbesondere wird die Wellenstruktur unter Ausnutzen von laser-induzierten periodischen Oberflächenstrukturen (engl. Laser-induced Periodic Surface Structures - LIPSS) erzeugt, wobei das Auftreten dieser Oberflächenstrukturen an das Erzeugen der Punktstrukturen mittels interferierender Laserstrahlen gekoppelt ist.

Alternativ dazu kann die Wellenstruktur, die die erfindungsgemäße Punktstruktur aus inversen Zapfen mit mittleren Abmessungen im Mikro- oder Submikrometerbereich überlagert, auch durch ein nachfolgendes Applizieren eines weiteren Interferenzpixels auf die Oberfläche des (vorstrukturierten) Substrates erfolgen, wobei die mit dem weiteren Interferenzpixel generierten Strukturen eine Interferenzperiode bezogen auf die Zapfen, die durch das weitere Interferenzpixel gebildet sind, im statistischen Mittel im Bereich von 100 nm bis 1.000 nm, bevorzugt im Bereich von 200 nm bis 500 nm aufweisen.

Für hierarchische Strukturen gibt es zahlreiche technische Anwendungsgebiete, wie bspw. im Bereich der Herstellung von Substraten mit hydrophoben oder superhydrophoben sowie hydrophilen oder superhydrophilen Oberflächen und Substrate mit Anti-Icing, oder Anti- Fogging Eigenschaften neben den eingangs genannten Substraten mit Eigenschaften zur Reduktion der Reflexion aufgrund der Falleneffekte.

Vorteilhaft ist somit eine flächige Strukturierung eines Substrats, bspw. mit Eigenschaften zur Reduktion der Reflexion aufgrund von Falleneffekten durch interferierende Laserstrahlen und unter Ausnutzen von laser-induzierten periodischen Oberflächenstrukturen möglich, ohne eine lange Bearbeitungszeit oder eine hohe Anzahl an sukzessiv ausführbaren Prozessschritten in Kauf nehmen zu müssen. Die Erfindung ermöglicht somit ein simultanes Erzeugen von hierarchischen Strukturen, welche im technischen Bereich sowohl im Bereich von Substraten mit Antireflexionseigenschaften, als auch im Bereich von selbstreinigenden, hydrophoben oder superhydrophoben, sowie hydrophilen oder superhydrophilen Substraten mit Antireflexionseigenschaften und/oder anti-fogging Eigenschaften einsetzbar sind.

Anti-Schmutzeigenschaften/Benetzungseigenschaften

Insbesondere bei optoelektronischen Bauelementen oder optoelektronischen Modulen, die im Außenbereich eingesetzt werden und dabei dem Einfluss der Umwelt ausgesetzt sind, verschmutzen die zur Umwelt hin abschließenden Schichten bzw. Oberflächen schnell oder neigen unter Bildung von Kondenswasser dazu, insbesondere in Form von Beschlag oder Nebel, dass sich die Oberfläche zusetzt und sich hierdurch die Durchlässigkeit für Licht in die optoelektronische Zelle oder aus dieser austretende verringert. Hierdurch sinkt bspw. die Effizienz von photovoltaischen Zellen. Es bietet sich daher an, die äußere Oberfläche, die das optoelektronische Bauelement oder das optoelektronische Modul zur Umwelt hin abschließt derart zu modifizieren, dass die Benetzungseigenschaften der Oberfläche verbessert bzw. erhöht wird, sodass das Substrat Anti-Schmutz-Eigenschaften und/oder Anti-Fogging-Eigenschaften aufweist.

Aufgrund der erzeugbaren, sehr geringen Strukturabmessungen eignen sich die hierin offenbarte Vorrichtung und das hierin offenbarte Verfahren auch zum Erzeugen von Oberflächen mit hydrophoben und/oder superhydrophoben sowie hydrophilen und/oder superhydrophilen Eigenschaften. Dabei ist vorteilhaft, dass durch Applikation der periodischen Punktstruktur auf die Oberfläche des Substrates (wie hierin definiert), insbesondere der periodischen Punktstrukturen, die optischen Eigenschaften, insbesondere die originäre Transparenz des Substrates, insbesondere bei Applikation auf die äußere Oberfläche einer Deckschicht nicht beeinträchtigt werden.

Oberflächen mit Anti-Schmutzeigenschaften sind dabei gerade dadurch charakterisiert, dass sie entweder stark hydrophobe oder stark hydrophile Eigenschaften aufweisen. Der Grad der Hydrophobie oder Hydrophilie einer Oberfläche kann dabei mittels des Wasserkontaktwinkels einer mit Wasser benetzten Oberfläche bestimmt werden. Ein Wasserkontaktwinkel von weniger als 90° wird dabei als hydrophil und ein Wasserkontaktwinkel von mehr als 90° wird dabei als hydrophob bezeichnet.

Im Sinne der Erfindung hat eine Oberfläche eine Anti-Schmutzeigenschaft wenn sie bei Benetzen mit Wasser einen Wasserkontaktwinkel von kleiner als 20° oder größer als 130°, bevorzugt kleiner als 10° oder größer als 140°, besonders bevorzugt kleiner als 5° oder größer als 150° aufweist.

Der Wasserkontaktwinkel einer Oberfläche wird mittels Tropfenkonturanalyse ermittelt. Diese Bildanalysemethode nutzt das Schattenbild eines auf der Oberfläche angeordneten bzw. liegenden Tropfens, wobei dessen Form auf der Oberfläche analysiert wird. Es wird dabei ein Tropfen von 2 pl deionisiertem Wasser auf der Oberfläche des Substrats verwendet. Die Umgebungstemperatur beträgt 22°C.

Ein weiterer Effekt, der an den strukturierten Oberflächen erreicht werden kann, ist eine reduzierte Halteeigenschaft von festen Partikeln, insbesondere Schmutz- und Staubpartikeln. Dadurch bleibt ein geringerer Anteil an festen Partikeln an der Oberfläche haften. Vorteilhaft führt eine solche an einer äußeren Oberfläche einer Deckschicht aufgebrachte Strukturierung zu einer saubereren äußeren Oberfläche der Deckschicht und bei Materialien, die zumindest teiltransparent, bevorzugt transparent ausgebildet sind, auch zu einer besseren Transparenz der Deckschicht, da Schmutz- und Staubpartikel auch einen Teil des Lichtes absorbieren oder reflektieren. Dadurch kann die Lichtein- sowie Lichtauskopplung verbessert und die Effizienz der optoelektronischen Bauelemente erhöht werden. Vorzugsweise wird die Interferenzperiode kleiner gewählt als die mittlere Partikelgröße, der Partikel deren Anhaften reduziert werden soll. Dadurch ist ein Anhaften gestört bzw. kann stark verringert werden. Dieser Effekt wird auch als Anti-Soiling-Effekt bezeichnet.

Gerade für optoelektronische Bauelemente, bei denen die Transparenz der Oberflächen sehr relevant ist, ist es sehr problematisch, dass Partikel, insbesondere besonders kleine Partikel wie Staub, sehr stark an einer Oberfläche haften. Dies gilt ganz besonders für Staubpartikel mit einem Durchmesser von 0,2 pm bis 100 pm, besonders relevant sind auch Staubpartikel mit einem Durchmesser von 0,5 bis 20 pm, ganz besonders relevant sind Durchmesser von 1 bis 10 pm. Diese Partikel reduzieren die Transparenz der Oberfläche und mindern damit die Effizienz des optoelektronischen Bauelementes, insbesondere des photovoltaischen Bauelements oder der Leuchtdiode. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die erste periodische Punktstruktur oder eine Linienstruktur, bevorzugt eine überlagerte Linienstruktur, Interferenzperioden von kleiner als 100 pm, bevorzugt kleiner als 20 pm und ganz besonders bevorzugt kleiner als 10 pm auf. Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung liegen die Interferenzperioden in einem Bereich von 50 nm bis 5 pm. Durch den an der Oberfläche gegenüber Staubpartikeln mit größeren Durchmessern als die jeweilige Interferenzperiode auftretenden Anti-Soiling-Effekt werden dann die zwischen den Staubpartikeln und der Oberfläche der Deckschicht wirkenden Van-der-Waals-Kräfte durch die Strukturierung reduziert. Dies führt zu einer Reduzierung der Haftung des Staubs bzw. der Partikel, insbesondere der Schmutzpartikel, an der Oberfläche der Deckschicht, aufgrund der reduzierten Kontaktfläche zwischen den Staubpartikeln und der Oberfläche.

Die Struktur wird dabei so gewählt, dass die funktionale Laserstruktur gerade kleiner ist als die mittlere Partikelverteilung. Je größer die Abweichung von der mittleren Partikelgröße, desto stärker ist der Anti-Soiling-Effekt.

Vorzugsweise ist die Strukturtiefe, insbesondere die mittlere Strukturtiefe im statistischen Mittel dso, der ersten periodischen Punktstruktur und/oder der überlagerten Linienstruktur dabei, also in Kombination mit den oben genannten Interferenzperioden zur Optimierung des Anti-Soiling-Effektes, im Bereich von 10 nm bis 20 pm, vorzugsweise bei 20 nm bis 1 pm, bevorzugt im Bereich von 50 nm bis 200 nm. Vorteilhaft kann dabei der Anti-Soiling-Effekt erreicht werden, ohne die Transparenz wesentlich zu reduzieren. Vorteilhaft sieht das menschliche Auge die Strukturierung nicht, wobei der Staub sie aber doch "sieht". Derart geringe Strukturtiefen erfordern auch nur geringe Laserpulsenergien bzw. Laserpulsleistungen, sodass die Prozessgeschwindigkeit vorteilhaft sehr hoch mit Flächengeschwindigkeiten von 0,01 m²/min und höher sein kann.

Diese Strukturen können die Haftung von Mondstaub, Zementstaub oder Wüstenstaub reduzieren. Dabei kann durch diese Art der Strukturen zudem erreicht werden, dass die Transparenz hoch, wenigstens 50 %, bevorzugt wenigstens 70 %, besonders bevorzugt wenigstens 90 %, ist. Eine besonders vorteilhafte Eigenschaft ist, dass die Transparenz der unstrukturierten Oberfläche durch die Strukturierung in einem Teilbereich der elektromagnetischen Strahlung bevorzugt um max. 10 % reduziert wird. Mögliche Teilbereiche sind dabei beispielsweise elektromagnetische Strahlung im Bereich des ultravioletten (UV) Lichtes von 100 nm bis 380 nm, insbesondere UV-A von 315 nm bis 380 nm oder UV-B von 280 nm bis 315 nm oder UV-C von 100 nm bis 280 nm, des sichtbaren Lichts von 380 nm bis 780 nm oder in einem Bereich, der auch infrarotes Licht umfasst, von 780 nm bis 5.000 nm oder in einem Bereich des infraroten Lichtes (Wärmestrahlung) oder in einem Bereich der Mikrowellenstrahlung, insbesondere Radarstrahlen im Wellenlängenbereich von 1 mm bis 10 m, oder auch ein anderer Teilbereich, der entsprechend der gewünschten Anwendung, insbesondere im Bereich der Messtechnik an die Wellenlänge der Lichtquelle, angepasst ist. So kann beispielsweise eine hohe Transparenz auch im nahen infraroten gewählt werden, wobei die Transparenz im sichtbaren Bereich deutlich niedriger sein kann.

Dadurch eignen sich optoelektronische Bauelemente mit derartigen Strukturen besonders für Anwendungen in der Automobilindustrie und in der Raumfahrt zur Energieerzeugung und/oder zur Beleuchtung.

Der periodischen Punktstruktur zur Erzeugung der Anti-Schmutzeigenschaften und/oder Optimierung der Benetzungseigenschaften kann aber auch eine weitere Punktstruktur und/oder Linienstruktur zur Beeinflussung weiterer Eigenschaften, wie beispielsweise der Benetzungseigenschaften, überlagert sein. Die resultierende Global-Punktstruktur, also die resultierende Punktstruktur, welche den strukturierten Bereich bildet, kann dann vollperiodisch oder quasi-periodisch oder nicht periodisch ausgebildet sein.

Hydrophobe Eigenschaften

Hydrophobe Eigenschaften hängen sowohl von der chemischen als auch von der Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere der Oberflächenrauigkeit, eines Substrats ab. Die Erfinder haben nun überraschend herausgefunden, dass sich durch das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere hydrophobe Substrate durch das Einbringen von Strukturierungen im Mikrometer- und Submikrometerbereich, insbesondere sich überlagernden Strukturen (wie hierin definiert) Substratoberflächen erhalten werden, die superhydrophobe und selbstreinigende Eigenschaften aufweisen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei Substraten mit superhydrophoben Eigenschaften um Substrate mit einer hierarchischen Oberflächenstrukturierung. Unter einer hierarchischen Oberflächenstrukturierung ist hierin zu verstehen, dass es sich um eine Oberfläche handelt, auf der sich regelmäßige Strukturen mit Abmessungen im Mikrometerbereich befinden, welche wiederum ihrerseits an ihrer Oberfläche eine Strukturierung mit Abmessungen im Submikrometerbereich aufweisen. Eine solche hierarchische Strukturierung kann zu einer hohen Oberflächenrauigkeit führen.

Die Erfinder haben zudem herausgefunden, dass sich Substrate, die vornehmlich durch eine hierin offenbarte Vorrichtung oder ein hierin offenbartes Verfahren strukturiert wurden, durch ausgeprägte hydrophobe Eigenschaften an der Oberfläche eines Substrats auszeichnen. Mittels der hierin offenbarten Vorrichtung und des Verfahrens zur Erzeugung von Punktstrukturen mit Abmessungen im Mikro- und/oder Submikrometerbereich ist auch eine Strukturierung zur Erzeugung von einer Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere einer Oberflächenrauigkeit auf der Oberfläche eines Substrats möglich, welche dazu führt, dass das Substrat hydrophobe oder superhydrophobe Eigenschaften aufweist. Hydrophobe Materialeigenschaften können erzeugt werden, indem mittels der direkten Laserinterferenzstrukturierung eine Struktur mit Abmessungen im Mikro- und/oder Submikrometerbereich erzeugt wird. In einer bevorzugten Ausführung wird zunächst eine Struktur mit Abmessungen im Mikrometerbereich an der Oberfläche erzeugt. Danach wird durch Verschieben des Strahlteilerelements im Strahlengang des Lasers eine Struktur mit Abmessungen im Submikrometerbereich auf der Oberfläche der ersten Struktur generiert, wobei vorzugsweise eine Mehrfachbestrahlung des Substrats erfolgt. Die so erzeugte hierarchische Struktur hat hydrophobe oder superhydrophobe Eigenschaften.

Zum Erzeugen eines Substrates mit hydrophoben Eigenschaften ist es ebenfalls denkbar, dass lediglich eine Punktstruktur mit Abmessungen im Mikro- oder Submikrometerbereich erzeugt wird, ohne dass das Strahlteilerelement in einem Zwischenschritt bewegt wird. Die genannten Abmessungen beziehen sich dabei auf die Interferenzperioden oder die Größe der zwischenliegenden unstrukturierten Abschnitte.

Vorteilhaft können somit mittels desselben Verfahrens und auf Basis derselben Vorrichtung in technisch leicht realisierbarer Art und Weise optoelektronische Bauelemente mit hydrophoben und/oder superhydrophoben Eigenschaften erzeugt werden, indem eine periodische Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich und/oder eine periodische Punktstruktur mit hierarchischer Struktur im Mikro- und Submikrometerbereich erzeugt wird. Durch das Verschieben des Strahlteilerelements ist eine zumindest zweifache, aber auch eine beliebige Anzahl an weiterer Strukturierung auf der Oberfläche des Substrates ohne weitere Veränderung des Aufbaus, bspw. ohne den Austausch von optischen Elementen oder Verschieben des Substrats, realisierbar. Dadurch ist sowohl die Präzision in der Ausrichtung der Strukturen, als auch die Geschwindigkeit des Prozesses gesteigert gegenüber herkömmlichen Verfahren oder Vorrichtungen.

Die Erfinder haben einen Zusammenhang zwischen der Oberflächenbeschaffenheit eines Substrats und der Eisbildung an dessen Oberfläche festgestellt. Insbesondere können demgemäß sog. Anti-Icing Eigenschaften, beispielsweise auf der äußeren Oberfläche einer Deckschicht, erzeugt werden, wenn die Strukturgröße an der Oberfläche eines Substrates hinreichend klein ist. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass ein Substrat mit superhydrophoben Eigenschaften (vorzugsweise wie hierin definiert) auch Anti-Icing Eigenschaften aufweisen kann.

Unter Anti-Icing Eigenschaften ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass an der Oberfläche eines Substrates kein oder nur sehr wenig Wasser gefriert, wobei diese Eigenschaft auf die Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere die Oberflächenrauigkeit zurückzuführen ist.

Ein solches Substrat kann vorteilhaft im Bereich der Luft- und Raumfahrt, bei Windturbinen, im Bereich von Automobilkomponenten oder auch Telekommunikations- und Antennentechnik verwendet werden, um exponierte Bestandteile vor Vereisen zu schützen.

Hydrophile Eigenschaften

Die Erfinder haben weiterhin herausgefunden, dass sich Substrate, die vornehmlich durch eine hierin offenbarte Vorrichtung oder ein hierin offenbartes Verfahren strukturiert wurden, durch ausgeprägte hydrophile Eigenschaften an der Oberfläche eines Substrats auszeichnen. Mittels der hierin offenbarten Vorrichtung und des Verfahrens zur Erzeugung von Punktstrukturen mit Abmessungen im Mikro- und Submikrometerbereich ist auch eine Strukturierung zur Erzeugung von einer Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere einer Oberflächenrauigkeit auf der Oberfläche eines Substrats möglich, welche dazu führt, dass das Substrat hydrophile oder superhydrophile Eigenschaften aufweist.

Hydrophile Materialeigenschaften können erzeugt werden, indem mittels der direkten Laserinterferenzstrukturierung eine Punkt und/ oder Linienstruktur mit Abmessungen im Mikro- und/oder Submikrometerbereich erzeugt wird. In einer bevorzugten Ausführung wird zunächst eine Struktur mit Abmessungen im Mikrometerbereich an der Oberfläche erzeugt. Danach wird durch Verschieben des Strahlteilerelements im Strahlengang des Lasers eine Struktur mit Abmessungen im Submikrometerbereich auf der Oberfläche der ersten Struktur generiert, wobei vorzugsweise eine Mehrfachbestrahlung des Substrats erfolgt. Die so erzeugte hierarchische Struktur hat hydrophile oder superhydrophile Eigenschaften.

Zum Erzeugen eines Substrates mit hydrophilen Eigenschaften ist es ebenfalls denkbar, dass lediglich eine Struktur mit Abmessungen im Mikro- oder Submikrometerbereich erzeugt wird, ohne dass das Strahlteilerelement in einem Zwischenschritt bewegt wird. Nach einer Ausführungsform wird der strukturierte Bereich mittels Einfachbestrahlung erzeugt, sodass LIPSS-Strukturen vermieden werden. So kann eine zuverlässige und effektive Strukturierung erreicht werden. Vorteilhaft können somit mittels desselben Verfahrens und auf Basis derselben Vorrichtung in technisch leicht realisierbarer Art und Weise Substrate mit hydrophilen und/oder superhydrophilen Eigenschaften erzeugt werden, indem eine periodische Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich und/oder eine periodische Punktstruktur mit hierarchischer Struktur im Mikro- und Submikrometerbereich erzeugt wird. Durch das Verschieben des Strahlteilerelements ist eine zumindest zweifache, aber auch eine beliebige Anzahl an weiterer Strukturierung auf der Oberfläche des Substrates ohne weitere Veränderung des Aufbaus, bspw. ohne den Austausch von optischen Elementen oder Verschieben des Substrats, realisierbar. Dadurch ist sowohl die Präzision in der Ausrichtung der Strukturen, als auch die Geschwindigkeit des Prozesses gesteigert gegenüber herkömmlichen Verfahren oder Vorrichtungen.

Nach einer vorteilhaften Ausführung des Verfahren werden bei dem Laserinterferenzverfahren Teilstrahlen mittels eines Strahlteilerelementes (2) erzeugt und die Interferenzperiode (p) eines Interferenzpixels, vorzugsweise die erste Interferenzperiode (pi) des ersten Interferenzpixels (10), wird mittels eines Verschiebens des Strahlteilerelementes (2) stufenlos eingestellt. Dabei sind vorzugsweise die weiteren optischen Elemente fixiert.

Ein durch das hierin offenbarte Verfahren und die hierin offenbarte Vorrichtung erzeugtes optoelektronisches Bauelement eignet sich darüber hinaus zum weiteren Bearbeiten mittels eines Beschichtungsprozesses, wobei das optoelektronische Bauelement eine physikalische und/oder chemische Beschichtung erhalten kann. Durch eine solche Beschichtung können die Eigenschaften des strukturierten Substrats, beispielsweise die Antireflexionseigenschaften und/oder hydrophile und/oder hydrophobe Eigenschaften verstärkt werden. Denkbar ist das Aufbringen einer chemischen Sprühbeschichtung und/oder das Aufbringen einer Beschichtung mittels chemical vapor deposition und/oder Sputtern.

Die Erfindung umfasst somit auch ein optoelektronisches Bauelement, welches eine Deckschicht mit einer Beschichtung aufweist. Dabei ist auf der strukturierten Oberfläche der Deckschicht eine Beschichtung, vorzugsweise eine Schutzbeschichtung, bevorzugt eine transparente Schutzbeschichtung, angeordnet. Eine solche Beschichtung, vorzugsweise Schutzbeschichtung, bevorzugt transparente Schutzbeschichtung, ist vorzugsweise sehr dünn ausgebildet und weist beispielsweise eine Dicke von 1 nm bis 5 pm auf. Dadurch bleibt die Struktur der strukturierten Oberfläche im Wesentlichen erhalten. Bevorzugt weist die Beschichtung, vorzugsweise Schutzbeschichtung, eine hohe Härte auf, wodurch die Langlebigkeit der strukturierten Oberfläche der Deckschicht bzw. des optoelektronischen Bauelementes erhöht und damit verbessert wird. Relevant ist hier, dass das unterliegende Substrat bereits eine strukturierte Oberfläche aufweist, also nicht nur die Beschichtung strukturiert ist. Durch die Kombination aus einer strukturierten Deckschicht und einer dünnen darauf angeordneten Beschichtung können durch die Oberflächenveränderung in Kombination mit den Eigenschaften der Materialien besondere Eigenschaften der Oberfläche, insbesondere spezielle Benetzungseigenschaften der resultierenden strukturierten Oberfläche, generiert werden.

Dabei ist die Beschichtung derart an dem optoelektronischen Bauelement auf der strukturierten Deckschicht angeordnet, dass die erste Punktstruktur in der Beschichtung ausgebildet ist und auch in der an die Beschichtung angrenzenden, unterliegenden Schicht, insbesondere der Deckschicht, ausgebildet ist.

Durch die Materialwahl der Beschichtung kann der Wasserkontaktwinkel der Oberfläche definiert eingestellt werden. Die Oberflächenspannung wird dabei durch funktionale Endgruppen innerhalb der Beschichtung modifiziert, sodass entweder hydrophile oder hydrophobe Eigenschaften entstehen.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Material für die Beschichtung hydrophobe Benetzungseigenschaften auf. Dadurch kann eine super-hydrophobe Eigenschaft auch auf einem darunter liegenden hydrophilen Material, wie beispielsweise Glas, erreicht werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Material für die Beschichtung hydrophile Benetzungseigenschaften auf. Dadurch kann eine besonders langlebige und stabile superhydrophile Oberfläche erreicht werden.

Geeignete Materialien für eine hydrophobe Beschichtung sind dabei (Nano-)Beschichtungen auf Siliziumdioxidbasis, Fluorierte Silane und Fluorpolymerbeschichtungen, Manganoxid- Polystyrol (Mn02/PS)-Nanokomposite, Zinkoxid-Polystyrol (ZnO/PS)-Nanokomposite, Beschichtungen auf Basis von Kalziumkarbonat und auch Kohlenstoff- Nanoröhrenstrukturbeschichtungen, also eine Beschichtung welche Kohlenstoffnanoröhrchen aufweist , bevorzugt transparente Kohlenstoff- Nanoröhrenstrukturbeschichtungen.

Geeignete Materialien für eine hydrophile Beschichtung sind dabei beispielsweise keramische Materialien, wie BeO-basierte, MgO-basierte, TiO2-basierte, AI2O3-basierte, ZrO2-basierte, ZnO-basierte, SnO-basierte, SiO2-basierte, Alumosilikat-basierte Beschichtungen, Silikat-basierte Beschichtungen, Spinell-Keramiken, wie Mg-Al-Spinell, Aluminiumoxynitrid (ALON), Yttriumaluminiumgranat, Yttriumoxid-basierte Beschichtungen, Mischoxidkeramiken wie ATZ / ZTA, Siliciumcarbid (SiC), Wolframcarbid (WC), Alumosilikate, (Schicht)Silikatmatierialien sowie Kombinationen davonTi02-basierte Beschichtungen, Hydrogele / Sol-Gel-Beschichtungen, Polymere auf Acrylatbasis / Acrylamid-Copolymere, Beschichtungen auf Polyurethan-Basis oder auch Polyalkoholdiepoxid.

Vorteilhaft sind Beschichtungen wie Hydrogele, Polymere auf Acrylatbasis sowie Beschichtungen auf Siliziumdioxidbasis und auch Kohlenstoff-Nanoröhrchen bei geringer Dicke, insbesondere bis zu 5 pm, transparent, weisen also eine hohe Transmission auf. Dadurch können Deckschichten mit einer Beschichtung erzeugt werden, welche eine hohe Transmission (wie hierin beschrieben) aufweisen.

Zu den vorteilhaften Modifikationen der Oberfläche gehört die Bereitstellung hydrophober Polymere, wie Alkylketten und/oder Alkylsilan- und/oder fluorierte Alkylketten, die bevorzugt als Polymerbürsten ausgeführt sind. Polymerbürsten im Sinne der vorliegenden Erfindung sind dichte Schichten von Polymerketten, die an eine Oberfläche gebunden oder gepfropft sind, häufig an einem Ende der Ketten. Die Methoden, mit denen Oberflächen modifiziert werden, um chemische Befestigungspunkte für die Ketten zu schaffen, sind dem Fachmann bekannt und umfassen beispielsweise Biokonjugation, radikalische/anionische/katonische Kettenpolymerisation, besonders bevorzugt lebende Kettenpolymerisation und/oder oberflächeninduzierte Polymerisation (SIP). Dadurch lassen sich die Oberflächeneigenschaften wie Benetzbarkeit und Haftung nach Strukturierungs- und Verarbeitungsprozessen nachträglich verbessern. Bevorzugt weisen diese Schichten eine Schichtdicke von 10 bis 250 nm, bevorzugter von 20 bis 150 nm auf. Diese Schichten sind bevorzugt transparent und erlauben es, physikalische Eigenschaften wie die Hydrophobie zu beeinflussen, während die optischen Eigenschaften nicht beeinflusst werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Beschichtungen vorteilhaft so gestaltet, dass eine Änderung der Bedingungen, wie Temperatur oder pH-Wert, die Oberflächeneigenschaften beeinflusst. So kann die Hydrophobie des Materials gesteuert werden, z. B. durch Erhöhung der Temperatur. Vorteilshaft ermöglicht dies die Steuerung der Benetzbarkeit und Adhäsion erlauben.

Schichtdicken können mittels eines Rasterkraftmikroskops (atomic force microscopy, AFM) und/oder durch Ellipsometrie im UV/Vis Bereich bestimmt werden. Strukturtiefe

Für die Erzeugung einer Oberfläche, die Anti-Schmutzeigenschaften und/oder Anti- Fogging-Eigenschaften aufweist, weisen die inversen Zapfen eines Interferenzpixels nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine mittlere Strukturtiefe bzw. Profiltiefe im statistischen Mittel d₅o im Bereich von 0,05 pm bis 20 pm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,05 pm bis 10 pm, ganz besonders bevorzugt von 0,05 pm bis 5 pm, insbesondere von 0,05 pm bis 2 pm, mehr bevorzugt im Bereich von 0,1 pm bis 1 pm, ganz besonders bevorzugt von 0,5 pm bis 800 nm auf. Die Strukturtiefe der inversen Zapfen eines Interferenzpixels wird im Allgemeinen durch die mittlere Strukturtiefe (d₅o) beschrieben, die innerhalb eines Interferenzpixels die Anteile der Zapfen mit einer bestimmten Strukturtiefe kleiner oder größer als der angegebene Wert für die Strukturtiefe definiert.

Die geringen Strukturtiefen ermöglichen vorteilhaft das Erhalten der optischen Eigenschaften, insbesondere der originären Transparenz des unstrukturierten Substrats, da die eingebrachten periodischen Punktstrukturen aufgrund der geringen Strukturtiefe nicht „störend“ wirken. Dabei weicht die Transparenz des strukturierten Substrats gegenüber dem unstrukturierten Substrat gleichen Aufbaus um maximal 10 %, vorzugsweise um maximal 5 % oder 2 %, ab, wobei die Transparenz des strukturierten Substrates bevorzugt geringer ist als die des unstrukturierten Substrates gleichen Materials und Aufbaus. Insbesondere sind diese geringen Strukturtiefen durch eine Einfachbestrahlung mittels eines Laserpulses mit einer geringen Laserpulsenergie erzeugbar.

Darüber hinaus zeichnen sich diese Strukturtiefen dadurch aus, dass die Mantelfläche der Zapfen oder inversen Zapfen wie bei der Ausnutzung des Falleneffekts als Spiegelfläche, vorzugsweise quasi-homogene Spiegelfläche, dient, die den Anteil reflektierter einfallender elektromagnetischer Strahlung innerhalb der Zapfen und/oder inversen Zapfen, insbesondere inversen Zapfen, bis zum Sattelpunkt reflektiert, wobei an jedem weiteren Reflexionspunkt innerhalb der Mantelfläche ein Anteil (verbleibender) elektromagnetischer in das Substrat, dessen äußere Oberfläche und/oder innere Oberfläche aus einem derartigen strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet ist, einkoppelt (siehe bspw. Fig. 4 bis 6). Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Mantelfläche der Zapfen oder inversen Zapfen glatt ausgebildet.

Aufgrund der beiden vorgenannten Vorteile, eignen sich die hierin in Verbindung mit Anti- Schmutzeigenschaften und/oder Anti-Fogging-Eigenschaften definierten periodischen Strukturen insbesondere zur Applikation auf die äußere Oberfläche einer Deckschicht eines optoelektronischen Bauelements.

Im Sinne der Erfindung beschreibt ein strukturiertes Substrat, bspw. eine Deckschicht mit Anti-Schmutzeigenschaften und/oder Anti-Fogging-Eigenschaften auch ein solches Substrat, welches einen strukturierten Bereich aufweist, der aus sich überlagernden Strukturen besteht, wobei also der ersten periodischen Punktstruktur eine weitere Struktur überlagert ist, wobei vorzugsweise mindestens eine Struktur Abmessungen im Submikrometerbereich aufweist, und wobei zumindest eine Struktur aus Zapfen oder inversen Zapfen (wie hierin definiert) gebildet ist, welche insbesondere durch interferierende Laserstrahlen erzeugbar sind. Vorzugsweise ist die weitere Struktur eine Linienstruktur oder eine weitere periodische Punktstruktur aus Zapfen oder inversen Zapfen.

Interferenzperiode

Insbesondere handelt es sich bei dem strukturierten Bereich um eine Punktstruktur aus inversen Zapfen mit mittleren Abmessungen im Mikro- oder Submikrometerbereich, wobei die Struktur eines Interferenzpixels insbesondere einen mittleren Abstand bezogen auf den jeweiligen Sattelpunkt bzw. Höhenmittelpunkt zweier benachbarter Zapfen eines Interferenzpixels von 200 nm bis 50 pm, bevorzugt 200 nm bis 20 pm, ganz besonders bevorzugt von 200 nm bis 10 pm aufweist. Dieser Punktstruktur im Mikrometerbereich kann eine weitere Struktur bevorzugt im Nanometerbereich überlagert sein, wobei die mittlere Abmessung der überlagernden Struktur bevorzugt Abmessungen im Bereich der Laserwellenlänge h, bzw. h/2, insbesondere von 100 nm bis 1.000 nm, besonders bevorzugt von 200 nm bis 500 nm aufweist. Im Sinne der Erfindung wird eine solche Struktur auch als hierarchische Struktur bezeichnet.

Die Grundfläche der inversen Zapfen beträgt vorzugsweise 10 % bis 40 % der Interferenzperiode der periodischen Punktstruktur.

Von der vorliegenden Erfindung ist auch ein strukturiertes Substrat (5) mit einer Oberfläche mit Anti-Schmutzeigenschaften umfasst, wobei die Oberfläche aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich besteht, wobei der strukturierte Bereich durch eine erste periodische Punktstruktur mit einer ersten Interferenzperiode im Mikro- oder Submikrometerbereich gebildet ist. Dabei ist die periodische Punktstruktur aus inversen Zapfen gebildet, wobei die inversen Zapfen periodisch mit einem Abstand bezogen auf deren jeweiligen Sattelpunkt bzw. Höhenmittelpunkt (kreisförmige Grundfläche) im Bereich von 50 nm bis 50 pm zueinander angeordnet sind. Ein derart strukturiertes Substrat zeichnet sich dadurch aus, dass es über eine periodische Punktstruktur mit genau einer Interferenzperiode verfügt. Es sind keine überlagerten periodischen Strukturen vorhanden, welche eine zweite Interferenzperiode aufweisen. Somit ergibt sich eine präzisere Kontrolle der Substrateigenschaften, insbesondere der Transparenz des Substrats, welche aufgrund geringer Strukturtiefen, welche daraus resultieren, dass jedes Interferenzpixel gerade nur einmal bestrahlt wird, nicht durch die Strukturierung beeinträchtigt wird.

Zusätzlich bietet ein solches Substrat eine gute Kontrolle der hydrophilen Eigenschaften des Substrats, da zuverlässig ein spezifischer Wasserkontaktwinkel an der Substrat-Oberfläche erzeugt werden kann. Eine derart zuverlässige Reproduzierbarkeit des Wasserkontaktwinkels, kann dadurch erreicht werden, dass potenziell auftretende LIPSS- Strukturen dadurch vermieden werden, dass eine Einfachbestrahlung, also ein einzelner Laserpuls zum Erzeugen der periodischen Punktstruktur, genutzt wird. Einfachbestrahlung verhindert das Auftreten von unkontrollierten Selbstorganisationsprozessen, welche zu LIPSS-Strukturen, im Sinne der Erfindung auch als quasi-periodische Wellenstrukturen bezeichnet, führen.

LIPSS-Strukturen treten nachteilig häufig dann auf, wenn eine Punktstruktur innerhalb eines Interferenzpixels mehrfach aufeinanderfolgend, also mit mehreren Pulsen, bestrahlt wird. Die dadurch auftretenden Selbstorganisationsprozesse sind schlecht steuerbar, wodurch die Reproduzierbarkeit negativ beeinflusst wird.

Alternativ kann ein strukturiertes Substrat mit Anti-Schmutzeigenschaften auch aus mehreren überlagerten, vorzugsweise hierarchischen Strukturen gebildet sein, aufweisend zumindest eine erste Struktur mit einer Interferenzperiode im Mikro- und/oder Submikrometerbereich und eine zweite Struktur mit einer Interferenzperiode im Mikro- und/oder Submikrometerbereich, wobei die erste Struktur Interferenzperioden aufweist, die deutlich größer sind als die der zweiten Struktur, und wobei zumindest eine Struktur aus inversen Zapfen (wie hierin definiert) gebildet ist, welche insbesondere durch interferierende Laserstrahlen erzeugbar sind. Bevorzugt weist die zweite Struktur Interferenzperioden mit Abmessungen im Bereich von 1 % bis 30 %, insbesondere von 5 % bis 20 %, bevorzugt von 5 % bis 15 % der Abmessungen der Interferenzperiode der ersten Punktstruktur auf. Vorteilhaft können durch hierarchische Strukturen die Anti-Schmutzeigenschaften eines Substrats zusätzlich verstärkt werden, da ein höherer Grad an Hydrophilie oder Hydrophobie erreicht werden kann. Dieser ist darauf zurückzuführen, dass hierarchische Strukturen im Vergleich zu herkömmlichen Strukturierungen im Mikro- oder Submikrometerbereich eine deutliche Erhöhung der Oberflächenrauigkeit erzielen.

Vorzugsweise liegt die Interferenzperiode der ersten Struktur, insbesondere der periodischen Punktstruktur, im Bereich von 50 nm bis 2 pm, bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 1 pm, besonders bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 700 nm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 200 nm bis 500 nm.

Nach einer weiteren Ausgestaltung liegt die Interferenzperiode der ersten Struktur, insbesondere periodischen Punktstruktur, im Bereich von 9,5 pm bis 50 pm, besonders bevorzugt im Bereich von 10 pm bis 40 pm oder 12 pm bis 40 pm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 15 pm bis 30 pm.

Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die sich überlagernde Struktur eine quasiperiodische Linienstruktur auf, wobei die Linienstruktur als Wellenstruktur ausgeprägt ist, wobei das Material auf der Oberfläche des Substrats im Bereich der sich überlagernden Struktur eine Abfolge von Wellenbergen und Wellentälern aufweist, deren Interferenzperiode im Submikrometerbereich, bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 700 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 500 nm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 300 nm liegt. Im Sinne der Erfindung bezieht sich der Begriff quasi-periodisch auf sich regelmäßig wiederholende Strukturmerkmale, welche allerdings im Gegensatz zu einer echt periodischen Struktur Abweichungen in der Interferenzperiode aufweisen, wobei diese Abweichungen jedoch in einem Bereich deutlich kleiner als die Abmessungen der Strukturmerkmale, bevorzugt im Bereich von 1 % bis 5 % der Abmessungen der Strukturmerkmale liegen. Auch Defekte in der Strukturuniformität, d.h. ein fehlender Wellenberg oder ein fehlendes Wellental sind möglich.

Die Wellenstruktur wird während des Strukturierungsprozesses, d.h. beim Auftreffen von Laserpulsen, insbesondere infolge einer Mehrfachbestrahlung, in das zu strukturierende Substrat als Folge des Auftretens eines Bereiches hoher Intensität ausgebildet, wobei die Strukturierung durch einen Selbstorganisationsprozess erfolgt, welcher durch das zumindest teilweise Aufschmelzen des Substratmaterials mittels Laserpulsen in einem Bereich hoher Intensität angeregt wird. Insbesondere wird die Wellenstruktur unter Ausnutzen von laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturen (engl. Laser-induced Periodic Surface Structures - LIPSS) erzeugt, wobei das Auftreten dieser Oberflächenstrukturen an das Erzeugen der periodischen Punktstrukturen mittels interferierender Laserstrahlen gekoppelt ist. Das bedeutet insbesondere, dass die quasi-periodischen Wellenstrukturen lediglich in den Bereichen der Intensitätsmaxima innerhalb eines Interferenzpixels auftreten, insbesondere innerhalb der inversen Zapfen der ersten periodischen Punktstruktur. Der Anteil der in den Intensitätsminima auftretenden unstrukturierten Bereiche bleibt in Bezug auf eine Strukturierung mittels einer einfachen periodischen Punktstruktur gleich.

Nach einer Ausgestaltung werden die hierarchischen Strukturen durch Mehrfachbestrahlung desselben Interferenzpixels mit identischen Verfahrensparametern erzeugt, wobei die Verfahrensparameter die Pulsenergie, Pulsdauer und/oder die Anordnung von optischen Elementen betrifft. Vorteilhaft ist so eine Strukturierung möglich, welche eine geringe Intensität der einfallenden Laser(teil)strahlen benötigt, wodurch die optischen Elemente, die Teil der zur Strukturierung verwendeten Laserstrukturierungsvorrichtung sind, geschont werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung werden die hierarchischen Strukturen durch Einfachbestrahlung desselben Interferenzpixels mittels Laser(teil)strahlen mit hoher Intensität erzeugt. Vorteilhaft ist somit eine flächige Strukturierung eines Substrats, bspw. mit Anti-Fogging-Eigenschaften, durch interferierende Laserstrahlen und unter Ausnutzen von laser-induzierten periodischen Oberflächenstrukturen möglich, ohne eine lange Bearbeitungszeit oder eine hohe Anzahl an sukzessiv ausführbaren Prozessschritten in Kauf zu nehmen. Die Erfindung ermöglicht somit ein simultanes Erzeugen von hierarchischen Strukturen, welche im technischen Bereich sowohl im Bereich von Substraten mit Anti- Fogging-Eigenschaften, als auch im Bereich von selbstreinigenden, hydrophoben oder superhydrophoben oder hydrophilen oder superhydrophilen Substraten, optional auch mit anti-icing und/oder Antireflexionseigenschaften, einsetzbar sind.

Nach einer weiteren Ausgestaltung werden die hierarchischen Strukturen durch Mehrfachbestrahlung des Substrats mit abweichenden Verfahrensparametern erzeugt, wobei die Verfahrensparameter insbesondere derart abweichen, dass eine zweite periodische Struktur mit abweichender Interferenzperiode erzeugt wird. Dabei handelt es sich bei der zweiten periodischen Struktur um eine Linienstruktur oder eine Punkt Struktur, bevorzugt um eine Punktstruktur. Eine Linienstruktur bezeichnet dabei im Sinne der Erfindung eine sog. 1 D-Struktur, die aus parallel angeordneten Strukturbergen und Strukturtälern besteht, welche in regelmäßiger Abfolge zu je einem Berg und einem Tal angeordnet sind. Die zweite periodische Struktur wird in dieser Ausgestaltung analog zur ersten periodischen Punktstruktur durch direkte Laserinterferenzstrukturierung erzeugt. Die Interferenzperiode der zweiten periodischen Struktur ist dabei durch die Verfahrensparameter einstellbar. Das Erzeugen der zweiten periodischen Struktur ist dabei nicht an das Erzeugen der ersten periodischen Struktur gekoppelt. Daher weist ein derart strukturiertes Substrat im Vergleich zu einem lediglich mit einer ersten periodischen Punktstruktur strukturierten Substrat einen geringeren Anteil an nicht strukturierter Oberfläche auf, da die unstrukturierten Bereiche der ersten periodischen Punktstruktur beim Erzeugen der zweiten periodischen Struktur mit geringeren Interferenzperioden teilweise strukturiert werden.

Vorzugsweise beträgt der Anteil der strukturierten Fläche, insbesondere Oberfläche des Substrats 5 % bis 100 %, bevorzugt 10 % bis 70 %, besonders bevorzugt 20 % bis 50 % der Gesamtoberfläche des Substrats.

Die Erfinder haben einen Zusammenhang zwischen der Oberflächenbeschaffenheit eines Substrats und der Bildung von Kondenswasser, insbesondere in Form von Beschlag oder Nebel, an dessen Oberfläche festgestellt. Insbesondere können demgemäß sog. Anti- Fogging-Eigenschaften erzeugt werden, wenn die Strukturgröße an der Oberfläche eines Substrates hinreichend klein ist. Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass ein Substrat mit superhydrophilen Eigenschaften auch Anti-Fogging Eigenschaften aufweisen kann.

Ein optoelektronisches Bauelement mit Anti-Fogging-Eigenschaften beschreibt im Sinne der Erfindung ein optoelektronisches Bauelement mit einer Deckfläche, bevorzugt aus einem teiltransparenten oder transparenten Substrat, mit einer periodischen Punktstruktur mit Interferenzperioden im Mikro- oder Submikrometerbereich, also im Bereich von 50 nm bis 50 pm. Diese Anti-Fogging-Eigenschaften kommen zustande, wenn die Abmessungen der erzeugten Struktur, also die Interferenzperiode und Abmessung der einzelnen inversen Zapfen, die Oberflächenrauigkeit des Substrats derart erhöhen, dass die hydrophilen Eigenschaften der unstrukturierten Oberfläche derart verstärkt werden, dass sich beim Benetzen mit Wasser Kontaktwinkel im Bereich von 0° bis 20°, bevorzugt 0° bis 15°, besonders bevorzugt 0° bis 10°, ganz besonders bevorzugt 0° bis 5° ausbilden und damit eine superhydrophile Oberfläche gegeben ist. Dabei basiert die erhöhte Oberflächenrauigkeit darauf, dass die Oberflächentextur durch die in das Substrat eingebrachte periodische Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich verändert ist, insbesondere darauf, dass die Oberfläche des Substrats durch die eingebrachte periodische Punktstruktur Vertiefungen aufweist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt die Interferenzperiode der periodischen Punktstruktur im Bereich von 50 nm bis 2 pm, bevorzugt von 100 nm bis 1 pm, besonders bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 700 nm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 500 nm. Die Erfinder haben herausgefunden, dass sich bei Interferenzperioden unterhalb vom 2 pm antibakterielle Eigenschaften auf der Oberfläche eines Substrats nachweisen lassen. Vorteilhaft weist ein so strukturiertes Substrat zusätzlich zu ausgeprägten Anti-Fogging-Eigenschaften also auch antibakterielle, also auch antiseptische, Eigenschaften auf.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die periodische Punktstruktur dabei Abmessungen auf, welche deutlich größer sind, zumindest 10 % bis 30 % größer sind, als die sich auf ihr ablagernden Bakterien. Dadurch werden die sich auf der Oberfläche ablagernden Bakterien isoliert und somit unschädlich gemacht. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die periodische Punktstruktur dabei Abmessungen auf, welche deutlich kleiner sind, zumindest 10 % bis 30 % kleiner sind, als die sich auf ihr ablagernden Bakterien. Dadurch ist ein Anhaften der Bakterien auf der Oberfläche nicht möglich und die Oberfläche wird somit steril gehalten.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das strukturierte Substrat eine periodische Punktstruktur auf, welche aus Zapfen ausgebildet ist. Die Struktureigenschaften, wie die Interferenzperiode und die hydrophilen Eigenschaften, insbesondere der Wasserkontaktwinkel, der sich bei Benetzung auf der Oberfläche des Substrats ausbildet sind dabei identisch zu den hierin definierten Eigenschaften eines strukturierten Substrats welches eine periodische Punktstruktur aufweist, wobei die Punktstruktur aus inversen Zapfen ausgebildet ist. Folglich gilt das für inverse Zapfen erläuterte auch für die Strukturen, die aus Zapfen ausgebildet sind. Die so erzeugte periodische Punktstruktur aufweisend regelmäßig zueinander angeordnete Zapfen ist zum Erzeugen eines Substrats mit Anti- Fogging-Eigenschaften also genauso geeignet wie die hierin definierte periodische Punktstruktur aufweisend inverse Zapfen. Die Struktureigenschaften sind dabei unverändert.

Weiterhin eignet sich die erfindungsgemäß strukturierte Deckschicht zur weiteren Bearbeitung, beispielsweise bietet sich eine chemische und/oder physikalische Behandlung an. Insbesondere eignen sich chemische Sprühbeschichtungen und/oder Sol-Gel-Prozesse, um die hierin definierten Eigenschaften, die mit der erfindungsgemäßen Strukturierung erhalten werden, zu steigern oder die Eigenschaften des strukturierten Substrates durch das Aufbringen anderer von Schichten (bspw. Antireflexionseigenschaften und/oder hydrophoben oder superhydrophoben und/oder hydrophilen oder superhydrophilen Eigenschaften) zu modifizieren.

Es kann darüber hinaus auch vorgesehen sein, dass die strukturierten Substrate durch Ätzen mit Säuren (bspw. Flusssäure) oder durch das Auslaugen der Oberfläche in basischen Lösungen nachträglich modifiziert werden. Vorzugsweise kann eine selektive Ätzung erfolgen. So greifen Säuren oder Basen bevorzugt in den erzeugten StrukturtälernZ-minima, also in den inversen Zapfen, an. Darüber hinaus lässt sich der Ätzengrad oder die Ätzgeschwindigkeit über die Dichte der Mikrostrukturen (Bedeckungsgrad an Zapfen pro Flächeneinheit, der durch die Anzahl und den Durchmesser der inversen Zapfen bedingt ist) einstellen.

Bei der Laserinterferenzstrukturierung werden die Interferenzmaxima bzw. Bereiche hoher Intensität des Interferenzbildes von mehreren überlagerten Laser(teil-)strahlen in dreidimensionale Punktstrukturen in Form von inversen Zapfen auf einer Oberfläche des Substrats oder in einer Ebene innerhalb des Volumens des Substrates überführt.

Die physikalischen/chemischen Effekte zur Erzeugung der Punktstrukturen treten dabei erst ab einer bestimmten Energieschwelle, also ab einer bestimmten Intensitätsschwelle, auf. Diese Energieschwelle begrenzt die Größe des Interferenzpixels, da eine Abnahme der Intensität der Maxima hin zu den Rändern der überlagerten Laser(teil-)strahlen erfolgt. Wenn die Intensität an den Rändern zu schwach ist, so erfolgt in diesen Bereichen keine Strukturierung im Sinne der Erfindung.

Das Interferenzbild hängt dabei von den Eigenschaften der überlagerten Laser(teil-)strahlen ab. So kann die Strukturtiefe durch den Energieeintrag, also auch durch die Wellenlänge des Laser(teil)strahles beeinflusst werden Die Eigenschaften der resultierenden Punktstruktur bei einer Bestrahlung mit einer bestimmten Pulslänge, also die Eigenschaften der einzelnen Interferenzpixel, sind aber auch von den Eigenschaften des Substrates abhängig.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt das Applizieren eines Interferenzpixels, bspw. Eines ersten, eines zweiten und/oder eines dritten Interferenzpixels auf die Oberfläche eines Substrates mittels Laserinterferenzstrukturierung durch eine Bestrahlung des Substrates mit mehreren Laser(teil)strahlen in einem Winkel zur Oberfläche des Substrates von 45° bis 90° (senkrecht), bevorzugt in einem Winkel von 60° bis 90°, besonders bevorzugt in einem Winkel von 75° bis 90°, bspw. Jeweils in einem Winkelbereich von/bis 76°, 77°, 78°, 79°, 80°, 81°, 82°, 83°, 84°, 85°, 86°, 87°, 88°, 99°, 90°. Ganz besonders bevorzugt erfolgt das Applizieren eines Interferenzpixels auf die Oberfläche eines Substrates im Wesentlichen senkrecht entlang einer Normalen zur Oberfläche, d.h. in einem Winkel von 90° ± 1 °. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird auf einer Oberfläche der „Fakir- Effekt“ durch ein gezieltes Aufrauen einer äußeren und/oder inneren Oberfläche, vorzugsweise einer äußeren Oberfläche, erzeugt. Dabei ist das Aspektverhältnis der ersten Punktstruktur oder einer zweiten Punktstruktur oder einer Linienstruktur vorzugsweise wenigstens 0,5, bevorzugt wenigstens 1 ,0. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt das Aspektverhältnis maximal 0,1 und insbesondere nur 0,005. Dies kann beispielsweise durch eine Interferenzperiode von 20 pm und eine Strukturtiefe von 100 nm erreicht werden. Dadurch kann vorteilhaft das Haften von Staubpartikeln, insbesondere von Wüsten-Sand, insbesondere Kalahari-Sand, reduziert werden. Auch die Verwendung derartiger Strukturen im extra terrestrischen Bereich bietet viele Vorteile, wird durch derartige Strukturen auch das Anhaften von Partikeln wie sie auf dem Mond oder auf dem Mars vorkommen deutlich reduziert, wenn die Strukturgrößen an die mittleren Partikelgrößen angepasst sind. Das Aspektverhältnis ist dabei der Quotient aus Strukturtiefe, insbesondere mittlerer Strukturtiefe, und Interferenzperiode. Dadurch dass somit die ausgebildeten Strukturen vergleichsweise tief im Verhältnis zu einer vorgegebenen Interferenzperiode sind, wird die Kontaktfläche reduziert und es kann so ein Anhaften von Flüssigkeiten und Partikeln, wie beispielsweise Bakterien, reduziert werden.

VERFAHREN

Von der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelementes, bei der die äußere Oberfläche und/oder die innere Oberfläche einer optoelektronisch aktiven Schicht, einer Kontaktierungsschicht und/oder einer Deckschicht aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet ist, mitumfasst. Die entsprechende vorgenannte Schicht, bevorzugt transparente Schicht, weist eine periodische Punktstruktur mit Abmessungen im Mikro- und/oder Submikrometerbereich auf, die vorzugsweise mittels mechanischer Verfahren, Laserstrukturapplikationsverfahren und/oder mittels chemischer (Nach-)Behandlung, insbesondere durch direkte Laserinterferenzstrukturierung hergestellt wird.

Im Sinne der Erfindung umfasst das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelementes, die folgenden Schritte:

Es wird eine erste, das optoelektronische Bauelement abschließende Schicht, die eine innere Oberfläche, welche auch als Innenseite bezeichnet werden kann, aufweist, bereitgestellt. Auf zumindest einen Teilbereich der inneren Oberfläche der ersten abschließenden Schicht wird eine funktionale Schicht, vorzugsweise eine optoelektronisch aktive Schicht oder eine Kontaktierungsschicht, aufgebracht. Weiterhin wird eine zweite, das optoelektronische Bauelement abschließende Schicht auf zumindest einen Teilbereich der funktionalen Schicht aufgebracht. Dabei ist die erste oder die zweite abschließende Schicht als Deckschicht, aufweisend eine äußere Oberfläche und eine innere Oberfläche, des optoelektronischen Bauelements ausgebildet. Die äußere Oberfläche und/oder die innere Oberfläche der Deckschicht ist dabei aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet oder die äußere Oberfläche und/oder die innere Oberfläche, vorzugsweise die äußere Oberfläche, der Deckschicht wird im Anschluss an Schritt (c) derart strukturiert, dass die so strukturierte Oberfläche aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet ist. Die strukturierten Bereiche werden bevorzugt mittels Laserinterferenzstrukturierung erzeugt. Dabei kann also sowohl zunächst ein optoelektronisches Bauelement erzeugt werden, dessen zumindest eine Deckschicht dann strukturiert wird oder aber es kann zunächst die Strukturierung der Deckschicht, also das Erzeugen des strukturierten und des unstrukturierten Bereiches, durchgeführt werden, wonach die so generierte Deckschicht mit einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich in ein optoelektronisches Bauelement integriert wird. In jedem Fall führt der erfindungsgemäße strukturierte Bereich zu einer Verbesserung der Eigenschaften der strukturierten Oberfläche und somit zu einer Erhöhung der Effizienz.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelementes, das sich insbesondere durch Antireflexionseigenschaften und/oder Antischmutzeigenschaften und/oder eine reduzierte Reflexion aufgrund des Falleneffektes und/oder eine Lichtwegverlängerung durch Beugung am Gitter auszeichnet, und die folgenden Schritte umfasst:

(a) Bereitstellen einer ersten abschließenden Schicht, die eine innere Oberfläche aufweist,

(b) Aufbringen einer funktionalen Schicht, vorzugsweise einer optoelektronisch aktive Schicht oder eine Kontaktierungsschicht, auf zumindest einen Teilbereich der inneren Oberfläche der ersten abschließenden Schicht,

(c) Aufbringen einer zweiten abschließenden Schicht auf zumindest einen Teilbereich der funktionalen Schicht, wobei die erste oder die zweite abschließende Schicht als Deckschicht des optoelektronischen Bauelements ausgebildet ist, wobei die funktionale Schicht, vorzugsweise die optoelektronisch aktive Schicht oder die Kontaktierungsschicht, und/oder die Deckschicht eine äußere Oberfläche und eine innere Oberfläche aufweist, wobei die äußere Oberfläche und/oder die innere Oberfläche der funktionalen Schicht, vorzugsweise der optoelektronisch aktiven Schicht oder der Kontaktierungsschicht, und/oder der Deckschicht jeweils unabhängig voneinander aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet ist, oder wobei die äußere Oberfläche und/oder die innere Oberfläche der funktionalen Schicht, vorzugsweise der optoelektronisch aktiven Schicht oder der Kontaktierungsschicht, und/oder der Deckschicht jeweils unabhängig voneinander nach dem Aufbringen der jeweiligen Schicht, insbesondere unmittelbar nach dem Aufbringen der jeweiligen Schicht (d.h. vor dem Aufbringen der nächsten Schicht, die zum Aufbau des Schichtstapels eingesetzt wird), oder im Anschluss an Schritt (c) derart strukturiert wird, dass diese aus einem strukturierten und einen unstrukturierten Bereich gebildet ist, wobei der strukturierte Bereich jeweils unabhängig voneinander eine erste periodische Punktstruktur aufweist, wobei die erste Punktstruktur aus zumindest einem ersten Interferenzpixel (10) mit einer ersten Interferenzperiode (pi) gebildet ist, wobei das erste Interferenzpixel (10) ein periodisches Gitter von zumindest drei Zapfen oder inversen Zapfen aufweist, wobei die erste Interferenzperiode der ersten periodischen Punktstruktur im Bereich von 50 nm bis 50 pm liegt.

Die nachträgliche Strukturierung der bereits vorhandenen Bauelemente hat den großen Vorteil, dass auch bereits vorhandene Bauelemente oder auch optoelektronische Module mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens strukturiert und somit deren optische Eigenschaft aufgrund einer verbesserten Lichtein- oder -auskopplung verbessert werden. Eine Effizienzerhöhung kann durch das erfindungsgemäße Verfahren somit auch nachträglich erreicht werden. Unabhängig davon bietet das nachträgliche Strukturieren, d.h. nach Aufbringen der jeweiligen zu strukturierenden Schicht, bspw. unmittelbar nach dem Aufbringen der jeweiligen Schicht oder im Anschluss an Schritt (c), den Vorteil, dass der Verfahrensschritt des Strukturierens der zu strukturierenden Schicht in den laufenden Produktionsablauf/- aufbau eines optoelektronischen Bauelements integriert werden kann. Das Strukturieren kann dabei vorzugsweise mittels Laserstrukturapplikationsverfahren, insbesondere der direkten Laserinterferenzstrukturierung erfolgen. Auf einen Transport oder ein Umlagern des Bauelements oder einzelner vorgefertigter Schichten kann somit verzichtet werden. Überdies lassen sich durch das Strukturieren im laufenden Prozess die Parameter des optoelektronischen Bauelements, insbesondere der einzelnen Schichten des optoelektronischen Bauelements zueinander, besser aufeinander abstimmen. Dabei kann vorgesehen sein, dass entweder das Strukturieren der äußeren Oberfläche und/oder der inneren Oberfläche und/oder innerhalb des Volumens der funktionalen Schicht, vorzugsweise der optoelektronisch aktiven Schicht oder der Kontaktierungsschicht, und/oder der Deckschicht jeweils unabhängig voneinander erfolgt.

Erfindungsgemäß weist der strukturierte Bereich eine erste periodische Punktstruktur auf, wobei die erste Punktstruktur aus zumindest einem ersten Interferenzpixel mit einer ersten Interferenzperiode gebildet ist. Das erste Interferenzpixel weist wiederum ein periodisches Gitter von zumindest drei, vorzugsweise sieben, periodisch zueinander angeordneten Zapfen oder inversen Zapfen auf. Die Interferenzperiode der ersten periodischen Punktstruktur liegt dabei im Mikro- und/oder Submikrometerbereich, vorzugsweise im Bereich von 50 nm bis 50 pm, besonders bevorzugt in Bereichen, wie hierin definiert.

Bevorzugt erfolgt das Strukturieren der Oberfläche eines Substrates, d.h. das Applizieren der strukturierten Bereiche umfassend ein erstes, zweites, drittes und/oder weiteres Interferenzpixel, insbesondere der optoelektronisch aktiven Schicht, der Kontaktierungsschicht und/oder der Deckschicht durch ein mechanisches Verfahren, Laserstrukturapplikationsverfahren und/oder mittels chemischer (Nach-)Behandlung.

Zur Herstellung von Substraten, deren äußere Oberfläche und/oder innere Oberfläche aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet ist, kann als mechanisches Verfahren beispielsweise Lithographie, insbesondere Photolithographie oder Imprint- Lithographie, wie Nano-Imprint-Lithographie, verwendet werden. Bei der Lithographie wird in der Regel auf der zu strukturierenden Oberfläche des Substrates eine Opferschicht angeordnet. Die Opferschicht dient einer Maskierung der zu strukturierenden Oberfläche und kann nach der Lithographie, insbesondere vollständig, entfernt werden. Beispielsweise kann die Opferschicht auf der zu strukturierenden Oberfläche aufgebracht und nachfolgend strukturiert werden. Die laterale Struktur der Opferschicht kann dann, insbesondere mittels eines Ätzverfahren, auf die Oberfläche des Substrates übertragen werden.

Bei der Photolithographie ist die Opferschicht meist eine photosensitive Lackschicht, dessen chemische Eigenschaften mittels Bestrahlung durch eine entsprechend strukturierte Maske, etwa eine Metallmaske, hindurch, lokal modifiziert werden, was ein Ausbilden der strukturierten Bereiche in der Opferschicht ermöglicht. Mit diesem Verfahren kann eine Strukturierung von Flächen mit Strukturgrößen von wenigen Mikrometern in lateraler Richtung erzielt werden. Sowohl regelmäßige als auch unregelmäßige Strukturen können so hergestellt werden.

Die Imprint-Lithographie, bspw. der Nanoprägelithografie (engl. Nano-Imprint-Lithography) ist ein Mikroformverfahren bzw. ein Kontaktstrukturierungsverfahren bei dem die Strukturierung der Oberfläche eines Substrates, bspw. der Opferschicht mittels eines Formwerkzeugs erfolgt, das geeignet strukturiert ist. Dieses Formwerkzeug, etwa ein entsprechend strukturierter Stempel, wird in die Opferschicht eingedrückt. Die Opferschicht kann beispielsweise ein thermoplastisches Polymer (Thermoplastic Nano Imprint Lithography, T- NIL) oder ein photosensitives Material (Photo Nano Imprint Lithography, P-NIL) enthalten. Mittels Nano-Imprint-Lithographie können Oberflächen auf besonders einfache Weise strukturiert werden. Insbesondere können besonders kleine laterale Strukturgrößen, also Strukturen unterhalb von 1 pm bis in den Bereich unterhalb von 10 nm hergestellt werden. Die Nano-Imprint-Lithographie ist deshalb für die Herstellung von Strukturgrößen, die in der Größenordnung der Wellenlänge von Strahlung im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich liegen, etwa für die Herstellung von Strukturen für ein photonisches Gitter, besonders geeignet. Ein derartiges Verfahren eignen sich insbesondere, wenn die strukturierten Bereiche der Oberfläche des Substrates eine periodische Punktstruktur (wie hierin definiert) aufweisen sollen, die aus Zapfen gebildet sind. Zur Herstellung des Formwerkzeuges bietet es sich dabei an, das Negativ der gewünschten periodischen Punktstruktur auf dem Substrat der jeweiligen Schicht des optoelektronischen Bauelements, insbesondere einer periodischen Struktur, die aus Zapfen gebildet ist, zur indirekten Aufbringung oder Erzeugung von Strukturen auf einem anderen Substrat zu applizieren, bspw. durch Laserstrukturapplikationsverfahren, insbesondere der direkten Laserinterferenzstrukturierung, und dieses auf die zu strukturierende Oberfläche des Substrates zu übertragen. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das Strukturieren der Oberfläche des Substrates mittels Laserstrukturapplikationsverfahren, insbesondere der direkten Laserinterferenzstrukturierung erfolgen. Dabei geschieht die Erzeugung einer periodischen Intensitätsverteilung auf der Oberfläche des Substrates oder in dessen Volumen durch Interferenz von gepulsten Laserstrahlen durch Aufspalten des ursprünglichen Laserstrahls in mehrere Teilstrahlen und durch anschließendes Übereinanderführen dieser Teilstrahlen in einem beliebigen festen Punkt (Fokussierpunkt) auf der Oberfläche des Substrates oder im Volumen des Substrates.

Ein strukturierter Bereich auf einer äußeren oder einer inneren Oberfläche einer Deckschicht, die aus einem Substrat gebildet ist, kann dabei folgendermaßen erzeugt werden:

Es wird ein Substrat (5), bevorzugt flächiges und/oder transparentes Substrat, bereitgestellt, welches sich auf einer Haltevorrichtung befindet. Von einer Laserstrahlungsquelle (1) wird ein Laserstrahl emittiert. Der Laserstrahl wird durch ein Strahlteilerelement (2), das auch als optisches Strahlteilerelement bezeichnet werden kann, und zumindest drei, besonders bevorzugt vier Teilstrahlen geteilt. Die Teilstrahlen treffen auf ein Fokussierelement (4) auf, welches die zumindest drei, besonders bevorzugt vier Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, fokussiert (bündelt), sodass die Teilstrahlen auf der Oberfläche des Substrats konstruktiv und destruktiv interferieren. Somit wird eine periodische Punktstruktur im Mikro- und/oder Submikrometerbereich auf der Oberfläche des Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, durch Laserinterferenzbearbeitung erzeugt. Dabei werden die zumindest drei Teilstrahlen so überlagert, dass ein 2D-Muster entsteht.

Die periodische Punktstruktur wird nach einer Variante des Verfahrens innerhalb eines Interferenzpixels mittels eines einzelnen Laserpulses, hierin als Einfachbestrahlung bezeichnet, auf der äußeren Oberfläche und/oder inneren Oberfläche der Deckschicht erzeugt. Eine Einfachbestrahlung bedeutet dabei, dass der Interferenzpixel innerhalb eines Bearbeitungsschrittes vorzugsweise nur einmal mittels eines einzelnen Laserpulses belichtet wird. Es wird also eine Punktstruktur mit einer Interferenzperiode innerhalb eines Interferenzpixels durch die Belichtung mit nur einem Laserpuls erzeugt. Dabei überlappen nebeneinander angeordnete Interferenzpixel vorzugsweise nicht, sodass ein entstandener inverser Zapfen nicht erneut beleuchtet wird. Die maximale Laserpulsenergie ist dabei von der Pixelgröße sowie vom Material abhängig. Vorzugsweise ist die minimale Pulsenergie 200 pJ. Vorteilhaft ist somit eine hohe Prozessgeschwindigkeit erreichbar. Zusätzlich verhindert das Verwenden einer Einfachbestrahlung das Auftreten von quasi-periodischen Wellenstrukturen, sog. LIPSS, durch unkontrollierte Selbstorganisationsprozesse, welche die optischen Eigenschaften der Substratoberfläche dahingehend verändern, dass die Transparenz und die Reproduzierbarkeit des Wasserkontaktwinkels verschlechtert sind. Folglich kann durch eine Einfachbestrahlung ein Auftreten der LIPSS-Strukturen verhindert werden. Dadurch kann eine deutlich präzisere Prozesskontrolle erreicht und zuverlässig eine spezifische Eigenschaft erzeugt werden.

Dass die periodische Punktstruktur innerhalb eines Interferenzpixels durch Applizieren eines einzelnen Laserpulses mittels Einfachbestrahlung erzeugt wird, hat darüber hinaus den Vorteil, dass sehr geringe Strukturtiefen erzeugt werden können, was insbesondere bei dünnen Substraten von Vorteil ist.

Vorzugsweise werden durch Einfachbestrahlung geringe Strukturtiefen, die entsprechend des Materials bzw. der Materialzusammensetzung des Substrats eingestellt werden können. Beispielsweise lassen sich hierdurch Strukturtiefen im Bereich von 0,05 pm bis 2 pm, bevorzugt von 0,1 pm bis 1 pm erreichen. Beispielsweise können hierdurch auch Strukturierung von Substraten erzielt werden, die sich insbesondere durch Antireflexionseigenschaften auszeichnen, wobei die Strukturtiefen im Bereich von 5 nm bis 200 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 5 nm bis 150 nm, ganz besonders bevorzugt 10 nm bis 100 nm liegen. Durch das Verwenden eines einzelnen Laserpulses und dadurch, dass zwischen benachbarten Interferenzpixeln kein Pulsüberlapp besteht, wird gewährleistet, dass die Strukturtiefen der periodischen Punktstruktur eine geringe Ausprägung haben. Vorteilhaft wird so erreicht, dass die optischen Eigenschaften des Substrats, insbesondere seine Transparenz, gegenüber dem unstrukturierten Substrat nicht verschlechtert sind. Insbesondere weicht die Transparenz des strukturierten Substrates gegenüber dem unstrukturierten Substrat gleichen Aufbaus um maximal 10 %, vorzugsweise um maximal 5 % oder 2 % ab, wobei die Transparenz des strukturierten Substrates bevorzugt geringer ist als die des unstrukturierten Substrates gleichen Materials und Aufbaus.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird derselbe Interferenz pixel mittels mehrerer aufeinanderfolgender Laserpulse durch eine Mehrfachbestrahlung bearbeitet. Mehrfachbestrahlung bedeutet dabei, dass derselbe Bereich des Substrats durch mehrere aufeinanderfolgende Laserpulse bearbeitet wird. Es wird also eine Punktstruktur mit einer Interferenzperiode innerhalb eines Interferenzpixels mehrmals belichtet, wobei ein entstandener inverser Zapfen erneut einmal oder mehrmals belichtet wird. Die Pulslänge ist dabei durch den Nutzer einstellbar. Insbesondere wird bei diesem Verfahren derselbe Interferenzpixel mittels Mehrfachbestrahlung bearbeitet. Somit bildet sich in Folge der aufeinanderfolgenden Mehrfachbestrahlung, insbesondere zumindest drei, besonders bevorzugt zumindest vier aufeinanderfolgende Pulse mit identischen Verfahrensparametern eines Interferenzpixels durch Selbstorganisationsprozesse eine der periodischen Punktstruktur überlagerte quasiperiodische Linienstruktur als Wellenstruktur aus. Unter verfahrensparametern sind im Sinne der Erfindung die Einstellung des Abstands des Strahlteilerelements zum Fokussierelement, die Laserpulsdauer, die Laserpulsenergie, die Laserwellenlänge und/oder die Position des Interferenzbereichs auf dem Substrat zu verstehen.

Selbstorganisationsprozesse bezeichnen insbesondere sog. LIPSS, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. LIPSS treten in Folge eines teilweisen Erwärmens der Substratoberfläche und dem anschließenden Erstarren derselben in Form von regelmäßigen, quasi-periodischen (wie hierin definiert) Wellenstrukturen auf.

Vorteilhaft sind so hierarchische Strukturen auf der Oberfläche des Substrats schnell und somit effektiv erzeugbar. Eine Neueinstellung der Laserinterferenzvorrichtung und/oder eine Neuausrichtung des Substrats ist dafür nicht notwendig. Zusätzlich sind die Strukturparameter der periodischen Punktstruktur, insbesondere die Strukturtiefe somit ebenfalls einstellbar. Vorzugsweise wird eine geringe Strukturtiefe hierbei dadurch erreicht, dass die Prozessparameter, insbesondere die Laserpulsenergie, derart angepasst werden, dass der Energieeintrag durch die Mehrfachbestrahlung pro Interferenzpixel möglichst gering bleibt.

Insbesondere ist das Erreichen der gewünschten Interferenzperioden der durch die Selbstorganisationsprozesse erzeugten LIPSS von den Materialeigenschaften des zu strukturierenden Substrats und den Eigenschaften des zur Strukturierung verwendeten Laserstrahls abhängig, insbesondere von der Wellenlänge des Laserstrahls. Eine gewünschte Interferenzperiode ist also über eine geeignete Auswahl der Laserstrahlungsquelle einstellbar.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird durch Mehrfachbestrahlung mit abweichenden Verfahrensparametern eine weitere periodische Punktstruktur oder periodische Linienstruktur mit einer von der Interferenzperiode der ersten periodischen Punktstruktur verschiedenen Interferenzperioden auf das Substrat aufgebracht. Dabei betreffen die abweichenden Verfahrensparameter insbesondere den Abstand des Strahlteilerelements zum Fokussierelement, wodurch die Interferenzperiode der weiteren periodischen Punktstruktur oder Linienstruktur im Vergleich zur ersten periodischen Punktstruktur verändert wird. Aber auch eine zusätzliche Veränderung der Laserpulsdauer und/oder -energie ist möglich.

Somit kann vorteilhaft eine flexible zweite Struktur mit Abmessungen im Mikro- und/oder Submikrometerbereich auf das Substrat aufgebracht werden, die von der ersten periodischen Punktstruktur unabhängig ist. Dadurch ist eine einfache Ausrichtung der Interferenzpixel auf dem Substrat gewährleistet. Zusätzlich ist so der Anteil der strukturierten Fläche auf der Substratoberfläche erhöht, sodass bestimmte Eigenschaften, wie beispielsweise der Falleneffekt zur Reduzierung der Reflexion eine größere Rolle spielt.

Vorteilhaft an einem solchen Verfahren ist, dass die Interferenzperiode n durch das Einstellen des Strahlteilerelements präzise kontrollierbar sind, und dass die gewünschten Interferenzperiode n unabhängig von Materialeigenschaften und den Eigenschaften des zur Strukturierung genutzten Laserstrahls einstellbar sind.

Durch das Verschieben des Strahlteilerelements entlang seiner optischen Achse kann die Interferenzperiode oder Interferenzperiode des jeweiligen Interferenzpixels stufenlos eingestellt werden. Dabei ist eine zumindest zweifache, aber auch eine beliebige Anzahl an weiterer Strukturierung auf der Oberfläche des Substrates ohne weitere Veränderung des Aufbaus, bspw. ohne den Austausch von optischen Elementen oder Verschieben des Substrats, realisierbar. Vorzugsweise sind die weiteren optischen Elemente bei der Einstellung bzw. Veränderung der vorgegebenen bzw. zu erreichenden Interferenzperiode fixiert. Dadurch ist sowohl die Präzision in der Ausrichtung der Strukturen, als auch die Geschwindigkeit des Prozesses gesteigert gegenüber herkömmlichen Verfahren oder Vorrichtungen.

Bevorzugt beträgt der Abstand des optischen Strahlteilerelements von der Fokussierlinse nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise 10 mm bis 50 mm oder 150 mm bis 200 mm.

Die Laserpulsdauer beträgt vorzugsweise 50 fs bis 1 ns, besonders bevorzugt 50 fs bis 10 ps. Durch diese kurzen Laserpulsdauer kann ein unerwünschtes und/oder unkontrolliertes Aufschmelzen des Substrates (bspw. in Form einer strukturellen oder chemischen Umwandlung), insbesondere in Folge lokaler Überhitzung bspw. durch einen zu hohen Energieeintrag, unterbunden oder zumindest minimiert werden. Dies ist insbesondere bei den hierin eingesetzten „empfindlichen“ Materialien die die Substrate aufweisen oder aus denen die die Substrate bestehen vorteilhaft. Die Laserwellenlänge beträgt vorzugsweise 200 nm bis 10,6 pm, bevorzugt 266 nm bis 1064 nm.

Die Laserpulsenergie beträgt vorzugsweise 50 pJ bis 20 mJ, bevorzugt 300 pJ bis 800 pJ, besonders bevorzugt 500 bis 800 pJ. Durch diese geringe Laserpulsenergie pro Laserpuls kann ein unerwünschtes und/oder unkontrolliertes Aufschmelzen des Substrates (bspw. in Form einer strukturellen oder chemischen Umwandlung), insbesondere in Folge lokaler Überhitzung bspw. durch einen zu hohen Energieeintrag, unterbunden oder zumindest minimiert werden. Dies ist insbesondere bei den hierin eingesetzten „empfindlichen“ Materialien die die Substrate aufweisen oder aus denen die die Substrate bestehen vorteilhaft.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelementes mittels Laserinterferenzstrukturierung, insbesondere durch ein hierin offenbartes Verfahren, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Deckschicht bzw. eines Substrates (5), vorzugsweise umfassend ein transparentes Material, b) Applizieren zumindest eines ersten Interferenzpixels (10) mit einer ersten Interferenzperiode (pi) auf einer äußeren oder einer inneren Oberfläche der Deckschicht, insbesondere mittels Laserablation, c) Applizieren zumindest eines zweiten Interferenzpixels (11) mit einer zweiten Interferenzperiode (p₂) auf die in Schritt b) bearbeitete Oberfläche der Deckschicht, insbesondere mittels Laserablation, wobei das erste und das zweite Interferenzpixel jeweils unabhängig voneinander ein periodisches Gitter von zumindest drei inversen Zapfen mit einer ersten Interferenzperiode (pi) bzw. einer zweiten Interferenzperiode (p₂) aufweisen, wobei die Punktstruktur durch überlagertes Applizieren des zweiten Interferenzpixels (11) mit dem ersten Interferenzpixel (10) innerhalb einer Ebene auf einer Oberfläche oder im Volumen des Substrates gebildet wird, wobei das Verhältnis der ersten Interferenzperiode (pi) zur zweiten Interferenzperiode (p₂) im Bereich von 20:1 bis 1 :20, vorzugsweise im Bereich von 10:1 bis 1 :10, besonders bevorzugt im Bereich von 5:1 bis 1 :5, insbesondere 3:1 bis 1 :3 liegt. Besonders vorteilhaft kann hierdurch auf dem Substrat, insbesondere auf einer zumindest teiltransparenten Deckschicht eines optoelektronischen Bauelementes eine Strukturierung erzeugt werden, die Anti-Glare Eigenschaften aufweist.

Unter Glare (Blendung) versteht man im Sinne der Erfindung die Reflexion des Lichts einer Lichtquelle (z. B. der Sonne) auf einem transparenten Substrat, bspw. einem Fenster oder einem Bildschirm, wodurch es schwierig werden kann, das Geschehen auf dem Bildschirm zu erkennen.

Mit Hilfe einer Anti-Glare-Behandlung der Oberflächen (im Stand der Technik typischerweise durch Beschichtungen erzeugt) können diese Blendeffekte reduziert werden. Eine Anti-Glare Struktur streut auftreffendes Licht an der Oberfläche, so dass eine Spiegelung deutlich reduziert werden kann.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Interferenzperioden der Punktstruktur des ersten Interferenzpixels und die Periode des zweiten Interferenzpixels identisch.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren nach Schritt c) das Applizieren zumindest einer weiteren Art eines Interferenzpixel mit einer weiteren Interferenzperiode (p_n), bspw. ein drittes Interferenzpixel (12) mit einer dritten Interferenzperiode (p₃) auf die in den Schritten b) und c) bearbeitete Oberfläche der Deckschicht, insbesondere die Oberfläche des Substrates (5), insbesondere mittels Laserablation, wobei das weitere, bspw. das dritte Interferenzpixel (12) entsprechend der hierin definierten Merkmale zu dem ersten Interferenzpixel (10) und zweiten Interferenzpixel (11) überlagert angeordnet wird. Dabei liegt das Verhältnis der weiteren Interferenzperiode (p_n) zu den anderen Interferenzperioden im vorzugsweise im Bereich von 20:1 bis 1 :20, vorzugsweise im Bereich von 10:1 bis 1 :10, besonders bevorzugt im Bereich von 5:1 bis 1 :5, insbesondere 3:1 bis 1 :3, wodurch die hierin definierten Eigenschaften, insbesondere die Anti-Glare-Eigenschaften oder die Reduktion der Reflexion aufgrund des Falleneffektes der Deckschicht optimiert werden können.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Verfahren zusätzlich die folgenden Schritte:

• Das Bereitstellen eines weiteren, also zweiten Substrats, wobei das zweite Substrat vorzugsweise transparent ist, und

• das Prägen des ersten Substrats auf das weitere Substrat, sodass auf dem zweiten Substrat eine periodische Punktstruktur entsteht, welche aus Zapfen gebildet wird. Dabei wird das erste Substrat als Negativform für das zweite Substrat verwendet. Vorteilhaft ist das erste Substrat somit zum Prägen von beliebig vielen weiteren Substraten verwendbar, wodurch der Prozess des Erzeugens eines strukturierten Substrats mit Anti-Fogging-Eigenschaften erheblich beschleunigt werden kann.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung wird zum Applizieren einer periodischen Struktur auf ein Substrat die periodische Punktstruktur zunächst mittels eines Laserinterferenzverfahrens (wie hierin definiert) auf einer Negativform erzeugt und mittels der Negativform auf dem zu strukturierenden Substrat, insbesondere der funktionalen Schicht, wie der optoelektronisch aktiven Schicht oder der Kontaktierungsschicht, oder der Deckschicht bspw. mittels Imprint- Lithographie-Verfahren, wie der Nanoprägelithografie aufgebracht.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben darüber hinaus herausgefunden, dass neben der Periodizität auch die Strukturtiefe (d.h. die Tiefe der inversen Zapfen, gemessen von deren Sattelpunkt der Vertiefung bis zum Scheitelpunkt) einen Einfluss auf die Eigenschaften, insbesondere die optischen Eigenschaften oder die Benetzungseigenschaften, beispielsweise die Antireflexionseigenschaften (wie hierin definiert), haben. Beispielsweise liegt die Strukturtiefe bzw. Profiltiefe der inversen Zapfen (Erhebungen und Vertiefungen) im statistischen Mittel im Bereich von 0,05 pm bis 2 pm, bevorzugt im Bereich von 0,1 pm bis 1 pm.

Bevorzugt wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines strukturierten Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, genutzt, die zwei Umlenkelemente (6), (7) umfasst. Die Umlenkelemente (6), (7) sind im Strahlengang (3) des Lasers zwischen dem Strahlteilerelement (2) und dem Fokussierelement (4) angeordnet. Die Umlenkelemente (6), (7) dienen zur Aufweitung des Diffraktionswinkels der zumindest drei, besonders bevorzugt vier Teilstrahlen, in dem sie auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, interferieren. Durch die Einstellung der Abstände der optischen Elemente kann gewährleistet werden, dass zur Veränderung der Interferenzperiode lediglich das Strahlteilerelement (2) entlang seiner optischen Achse beweglich sein muss. Dies ermöglicht leichtere Einstellprozesse während der Bearbeitung.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines strukturierten Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, genutzt, die eine gepulste Laserstrahlungsquelle (1) verwendet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines strukturierten Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, genutzt, die über eine Haltevorrichtung für das Substrat verfügt, die in der xy-Ebene, senkrecht zum Strahlengang (3) des von der Laserstrahlungsquelle (1) emittierten Laserstrahls frei beweglich ist.

Über die Frequenz der Laserstrahlungsquelle (1), f, und die Geschwindigkeit der Bewegung der Haltevorrichtung, v, lässt sich die Pixeldichte Pd, also der Abstand in der ein Interferenzpixel mit der Weite D auf dem Substrat, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrat, aufgebracht werden kann, einstellen zu: p^d = ^V/f

Ist die Weite des Interferenzpixels, D, größer als die Pixeldichte Pd, so überlagern sich benachbarte Interferenzpixel in einem Bereich. Dieser Bereich ist dem Fachmann als Pulsüberlapp, OV, bekannt. Er kann berechnet werden zu:

OV = ^^D ~ ^Pd _D

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist bei dem Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, Pd kleiner als D. Der dadurch entstehende Pulsüberlapp OV führt zu einer Mehrfachbestrahlung des Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats. Bevorzugt können so nicht-texturierte Flächen vermieden werden.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung werden bei dem Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats dieselben Interferenzpixel mehrfach bestrahlt. Dadurch ist es möglich, die Tiefe der entstandenen Mikrostrukturen zu erhöhen.

Der Vorteil eines durch ein solches Verfahren erzeugten strukturierten Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats ist die hohe Regelmäßigkeit der erzeugten periodischen Punktstrukturen mit Strukturabmessungen im Mikro- und/oder Submikrometerbereich. Eine so erzeugte periodische Punktstruktur mit Abmessungen im Mikro- und/oder Submikrometerbereich hat vorzugsweise einen Variationskoeffizienten (ein Wert, der sich aus der Teilung der Standardabweichung durch den Durchschnittswert ergibt) des Zapfenquerschnitts von 15 % oder weniger, mehr bevorzugt 10 % oder weniger, noch mehr bevorzugt 5 % oder weniger.

Insbesondere eignet sich die Mehrfachbestrahlung eines Substrats zur Herstellung von hierarchischen Strukturen. So bewirkt die Mehrfachbestrahlung desselben Interferenzpixels ein zumindest teilweises Aufschmelzen des Substratmaterials, wobei sich während des Strukturierungsprozesses, d.h. beim Auftreffen eines Laserpulses, als Folge des Auftretens eines Bereiches hoher Intensität eine Wellenstruktur ausbildet. Dabei bildet sich die Strukturierung, insbesondere die Wellenstruktur durch einen Selbstorganisationsprozess aus. Insbesondere überlagert die Wellenstruktur eine periodische Punktstruktur im Mikrooder Submikrometerbereich, welche mittels Laserinterferenzstrukturierung erzeugbar ist. Somit ist mit einem Verfahrensschritt eine hierarchische Strukturierung in einem Substrat erzeugbar. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt daher die Mehrfachbestrahlung, vorzugsweise 2-fache bis 400-fache, insbesondere 20-fache bis 300- fache, besonders bevorzugt 50-fache bis 200-fache Bestrahlung desselben Interferenzpixels auf dem Substrat, wodurch eine Wellenstruktur (wie hierin definiert) ausgebildet wird, insbesondere eine periodische Punktstruktur aus sich überlagernden Strukturen ausgebildet wird, wobei mindestens eine Struktur Abmessungen im Submikrometerbereich, insbesondere eine quasi-periodische Wellenstruktur aufweist, und wobei zumindest eine Struktur aus inversen Zapfen gebildet ist. Besonders bevorzugt ist der Zeitversatz zwischen den einzelnen Pulsen dabei im Bereich der Pulsdauer des Laserpulses, bevorzugt im Bereich von 50 fs bis 1 ns, besonders bevorzugt im Bereich von 10 fs bis 50 ps, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 10 fs bis 10 ps.

Dabei bezeichnet eine hierarchische Strukturierung eine Struktur, bei welcher eine erste Struktur mit Abmessungen im Mikro- oder Submikrometerbereich, welche einem Interferenzmuster entspricht, von einer weiteren Struktur überlagert ist, welche Abmessungen aufweist, die unterhalb der Abmessungen der ersten Struktur liegen und welche durch einen Selbstorganisationsprozess oder einen weiteren Laserinterferenzprozess ausgebildet ist. Bevorzugt befinden sich die Abmessungen der weiteren Struktur, welche durch einen Selbstorganisationsprozess oder einen weiteren Laserinterferenzprozess ausgebildet ist, im Bereich von 1 % bis 30 % der Abmessungen der ersten Struktur, welche einem Interferenzmuster entspricht.

Zusätzlich ist es durch das hierin definierte Verfahren möglich, mittels derselben Vorrichtung und darüber hinaus im selben Prozessschritt ein Substrat mit hierarchischen Strukturen zu versehen, während herkömmliche Prozesse sukzessiv vorgehen, d.h. nicht in der Lage sind, zeitgleich welcher eine erste Struktur mit Abmessungen im Mikro- oder Submikrometerbereich, welche einem Interferenzmuster entspricht, und eine weitere Struktur, welche durch einen Selbstorganisationsprozess ausgebildet ist, zu erzeugen. Eine Verschiebung des zu strukturierenden Substrates, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, im Laserstrahl ist aufgrund der relativ großen dabei bewegten Massen vergleichsweise aufwändig und langsam. Es ist daher vorteilhaft das Substrat, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats während der Bearbeitung ortsfest vorzusehen und die flächige Strukturierung des Substrates dadurch zu realisieren, dass die Fokussierung der Teilstrahlen auf die Oberfläche oder das Volumen des Substrats durch Manipulation der Laserteilstrahlen mit optischen Elementen (Fokussierspiegel bzw. Galvo- Spiegel (Laserscanner)) in Strahlrichtung bewirkt wird. Da die dabei bewegten Massen relativ klein sind, ist dies mit weit geringerem Aufwand bzw. viel schneller möglich. Vorzugsweise ist das Substrat während des Verfahrens ortsfest angeordnet.

Die flächige Strukturierung des Substrates ist selbstverständlich grundsätzlich auch durch eine Verschiebung des Substrates im Laserstrahl möglich.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelementes, das sich insbesondere durch Antireflexionseigenschaften, eine reduzierte Reflexion aufgrund des Falleneffektes und/oder eine Lichtwegverlängerung durch Beugung am Gitter auszeichnet, und die folgenden Schritte umfasst:

(c) Aufbringen einer zweiten abschließenden Schicht auf zumindest einen Teilbereich der funktionalen Schicht, wobei die erste oder die zweite abschließende Schicht als Deckschicht des optoelektronischen Bauelements ausgebildet ist, wobei das Volumen, insbesondere eine Ebene im Volumen, der funktionalen Schicht, vorzugsweise der optoelektronisch aktiven Schicht oder der Kontaktierungsschicht, und/oder der Deckschicht jeweils unabhängig voneinander aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet ist, oder wobei das Volumen, insbesondere eine Ebene im Volumen, der funktionalen Schicht, vorzugsweise der optoelektronisch aktiven Schicht oder der Kontaktierungsschicht, und/oder der Deckschicht jeweils unabhängig voneinander an Schritt (c) derart strukturiert wird, dass diese aus einem strukturierten und einen unstrukturierten Bereich gebildet ist, wobei der strukturierte Bereich jeweils unabhängig voneinander eine erste periodische Punktstruktur aufweist, wobei die erste Punktstruktur aus zumindest einem ersten Interferenzpixel mit einer ersten Interferenzperiode (pi) gebildet ist, wobei das erste Interferenzpixel ein periodisches Gitter von zumindest drei Zapfen oder inversen Zapfen aufweist, wobei die erste Interferenzperiode der ersten periodischen Punktstruktur im Bereich von 50 nm bis 50 pm liegt.

Die Erfindung umfasst somit auch ein Verfahren, bei dem das optoelektronische Bauelement nach der Strukturierung gemäß einer der hierin erwähnten Beschichtungsarten beschichtet wird. Dadurch tritt die Strukturierung, insbesondere die erste periodische Punktstruktur dann sowohl in der Beschichtung, aber auch in der darunter liegenden Deckschicht auf.

VORRICHTUNG

Laserstrahlungsquelle (1)

Die Vorrichtung zum Erzeugen eines strukturierten Substrats mit Anti-Fogging-Eigenschaften weist eine Laserstrahlungsquelle (1) auf, die einen Laserstrahl emittiert. Das Strahlungsprofil des emittierten Laserstrahls entspricht entweder einem Gauß-Profil, oder einem Top-Hat- Profil, besonders bevorzugt einem Top-Hat-Profil. Das Top-Hat-Profil ist hilfreich, um eine zu strukturierende Oberfläche oder das Volumen eines Substrates homogener zu strukturieren bzw. abzudecken und um ggf. eine schnellere Strukturierungsrate zu ermöglichen.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei der Laserstrahlungsquelle (1) um eine Quelle, die einen gepulsten Laserstrahl erzeugt. Die Pulsweite der gepulsten Laserstrahlungsquelle liegt dabei beispielsweise im Bereich von 50 fs bis 1 ns, insbesondere 50 fs bis 100 ns, ganz besonders bevorzugt 50 Femtosekunden bis 10 ps.

Mit Laserstrahl oder Teilstrahl ist, wenn nicht ausdrücklich anderes angegeben ist, kein idealisierter Strahl der geometrischen Optik gemeint, sondern ein realer Lichtstrahl, wie beispielsweise ein Laserstrahl, der keinen infinitesimal kleinen, sondern einen ausgedehnten Strahlquerschnitt (Gauß-Verteilungsprofil oder einen intrinsischer Top-Hat-Strahl) aufweist.

Mit Top-Hat-Profil oder Top-Hat-Intensitätsverteilung ist eine Intensitätsverteilung gemeint, die sich zumindest hinsichtlich einer Richtung im Wesentlichen durch eine Rechteckfunktion (rect (x)) beschreiben lässt. Dabei sind reale Intensitätsverteilungen, die Abweichungen von einer Rechteckfunktion im Prozentbereich beziehungsweise geneigte Flanken aufweisen, ebenfalls als Top-Hat- Verteilung oder Top-Hat-Profil bezeichnet. Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung eines Top-Hat-Profils sind dem Fachmann bestens bekannt und bspw. in EP 2 663 892 beschrieben. Ebenso sind bereits optische Elemente zur Transformation des Intensitätsprofils eines Laserstrahls bekannt. Beispielsweise können mittels diffraktiven und/oder refraktiven Optiken Laserstrahlen mit gaußförmigem Intensitätsprofil in Laserstrahlen transformiert werden, welche in einer oder mehreren definierten Ebenen ein Top-Hat-förmiges Intensitäts profil aufweisen, wie zum Beispiel ein Gauss-to-Top Hat Focus Beam Shaper der Firma TOPAG Lasertechnik GmbH, siehe z.B. DE102010005774A1. Derartige Laserstrahlen mit Top-Hat-förmigem Intensitätsprofilen sind besonders attraktiv für die Lasermaterialbearbeitung, insbesondere bei der Verwendung von Laserpulsen, die kürzer als 50 ps sind, da mit der im Wesentlichen konstanten Energie- bzw. Leistungsdichte hierbei besonders gute und reproduzierbare Bearbeitungsergebnisse erzielt werden können.

Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthaltene Laserstrahlungsquelle (1) kann eine Intensität von 50 pJ bis 20 mJ besonders bevorzugt 300 pJ bis 800 pJ. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist die Intensität der Laserstrahlungsquelle in einem Bereich flexibel wählbar. Der Strahldurchmesser spielt für das Erzeugen des Interferenzmusters auf dem Substrat, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrat, keine Rolle. Durch die bevorzugte Anordnung der optischen Elemente im Strahlengang des Lasers ist keine Einheit zur Kontrolle der Intensität des Laserstrahls notwendig.

Die Laserstrahlungsquelle ist vorzugsweise dazu eingerichtet, Wellenlängen im Bereich von 100 nm bis 15 pm (bspw. CO2-Laser im Bereich von 10,6 pm), ganz besonders bevorzugt im Bereich von 266 nm bis 1.064 nm zu emittieren. Als Laserstrahlungsquelle eignen sich beispielsweise UV-Laserstrahlquellen (155 nm bis 355 nm), Laserstrahlquellen, die grünes Licht (532 nm) emittieren, Diodenlaser (typischerweise 800 nm bis 1000 nm) oder Laserstrahlquellen, die im nahen infrarot (typischerweise 1064 nm) Strahlung emittieren, insbesondere mit einer Wellenlänge im Bereich von 200 nm bis 650 nm Wellenlänge. Für die Mikroverarbeitung geeignete Laser sind dem Fachmann bekannt und umfassen beispielsweise HeNe-Laser, HeAg-Laser (ca. 224 nm), NeCu-Laser (ca. 249 nm), Nd:YAG Laser (ca. 355 nm), YAG-Laser (ca. 532 nm), InGaN-Laser (ca. 532 nm).

Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens eine weitere Laserstrahlungsquelle auf, welche derart ausgestaltet ist, dass sie einen Laserstrahl erzeugt, welcher mit dem Laserstrahl der ersten Laserstrahlungsquelle, bzw. dem in Teilstrahlen aufgeteilten Laserstrahl der ersten Laserstrahlungsquelle in einem Interferenzbereich interferiert. Dabei weist die weitere Laserstrahlungsquelle die gleichen Eigenschaften, wie oben beschrieben auf, wobei diese denen der ersten Laserstrahlungsquelle gleichen oder von dieser verschieden sein können.

Optische Elemente

Die vorliegende Erfindung umfasst eine Vielzahl an optischen Elementen. Bei diesen Elementen handelt es sich primär um Prismen und Linsen.

Diese Linsen können refraktiv oder diffraktiv sein. Es können sphärische, asphärische oder zylindrische Linsen verwendet werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung werden zylindrische Linsen verwendet. Dadurch ist es möglich, die Überlappungsbereiche der Teilstrahlen (hierin auch als Interferenzpixel bezeichnet) in eine Raumrichtung zu komprimieren und in eine andere zu strecken. Wenn die Linsen nicht sphärisch/asphärisch sind, sondern zylindrisch, hat dies den Vorteil, dass die Strahlen zugleich verformt werden können. Dadurch kann der Bearbeitungsspot (d.h. das auf dem Substrat erzeugte Interferenzmuster) von einem Punkt zu einer Linie verformt werden, die das Interferenzmuster enthält. Mit ausreichender Energie des Lasers kann diese Linie im Bereich von 10 - 15 mm lang sein (und ca. 100 pm dick sein). Des Weiteren können Spatial Light Modulators (SLM) zur Strahlformung eingesetzt werden. Dem Fachmann ist die Verwendung von SLMs zur räumlichen Modulation der Phase oder der Intensität oder der Phase und Intensität eines einfallenden Lichtstrahls bekannt. Die Anwendung von Liquid Crystal on Silicon (LCoS)-SLM zur Strahlteilung ist in der Literatur beschrieben und auch in der erfindungsgemäßen Vorrichtung denkbar. Darüber hinaus können SLMs auch zur Fokussierung der Teilstrahlen auf dem Substrat verwendet werden. Die Ansteuerung eines solchen SLMs kann optisch, elektronisch, oder akustisch erfolgen.

Alle im Folgenden erläuterten optischen Elemente sind im Strahlengang (3) des Lasers angeordnet. Im Sinne der Erfindung bezeichnet der Strahlengang des Lasers den Verlauf sowohl des von der Laserstrahlungsquelle emittierten Laserstrahls als auch den Verlauf der durch ein Strahlteilerelement aufgeteilten Teilstrahlen. Als optische Achse des Strahlengangs (3) wird jedoch die optische Achse des von der Laserstrahlungsquelle (1) emittierten Laserstrahls verstanden. Sofern nicht anders erläutert, sind alle optischen Elemente senkrecht zur optischen Achse des Strahlengangs (3) angeordnet.

Strahlteilerelement (2)

Im Strahlengang (3) des Lasers, hinter der Laserstrahlungsquelle (1), befindet sich ein Strahlteilerelement (2). Das Strahlteilerelement (2) kann ein diffraktives oder ein refraktives Strahlteilerelement sein. Diffraktive Strahlteilerelemente werden auch nur kurz als diffraktives optisches Element (DOE) bezeichnet. Im Sinne der Erfindung bezeichnet ein diffraktives Strahlteilerelement ein optisches Element, welches Mikro- oder Nanostrukturen, vorzugsweise Mikrostrukturen, welche einen Eingangsstrahl entsprechend den unterschiedlichen Beugungsordnungen in verschiedene Strahlen aufteilen, enthält. Ein refraktives Strahlteilerelement bezeichnet im Sinne der Erfindung ein Strahlteilerelement, bei dem die Strahlen aufgrund von Brechzahlunterschieden an Oberflächen geteilt werden, wobei diese in der Regel transparent ausgebildete optische Elemente sind, wie z. B. ein Prisma bzw. ein Doppelprisma. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Strahlteilerelement (2) um ein refraktives Strahlteilerelement.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Strahlteilerelement um ein einzelnes optisches Element, insbesondere ein diffraktives oder refraktives optisches Element, welches derart aufgebaut ist, dass die Unterteilung des einfallenden Laserstrahls auf den optischen Eigenschaften des Strahlteilerelements basiert. Somit ist vorteilhaft gewährleistet, dass gegenüber einem mehrteiligen Strahlteilerelement, welches aus mehreren optischen Elementen (bspw. Spiegel, Prismen, etc.) besteht, ein einfacher optischer Aufbau realisierbar ist. Die gewünschte Strahlaufteilung ist erreichbar, ohne dass ein Kalibrieren, bzw. Anpassen der Anordnung von mehreren optischen Elementen zueinander. Auch ist die Beweglichkeit des Strahlteilerelements im Strahlenganz einfach zu realisieren, da nur das Bewegen eines einzelnen optischen Elements durchzuführen ist. Zudem ergeben sich durch das Verwenden eines einteiligen Strahlteilerelements weniger verschleißanfällige Komponenten, welche ggf. auszutauschen sind.

Nach einer möglichen Ausgestaltung ist der Strahlteiler als polarisierender Strahlteiler, bei dem einer der resultierenden Strahlen eine andere Polarisation aufweist als der andere, oder als nicht polarisierender Strahlteiler, bei dem die Polarisation für die Teilung des Strahls keine Rolle spielt, ausgebildet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung teilt das Strahlteilerelement (2) den emittierten Laserstrahl in zumindest 3, vorzugsweise zumindest 4, insbesondere 4 bis 8, also 4, 5, 6, 7, oder 8 Teilstrahlen auf.

In einer weiteren Ausgestaltung teilt das Strahlteilerelement (2) den emittierten Laserstrahl in zumindest 2, vorzugsweise zumindest 3 bis 4, insbesondere 4 bis 10, also 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 Teilstrahlen auf.

Das Strahlteilerelement (2) ist entlang seiner optischen Achse frei beweglich. D. h., es kann entlang seiner optischen Achse auf die Laserstrahlungsquelle zu oder von ihr wegbewegt werden. Durch die Bewegung des Strahlteilerelements (2) verändert sich die Aufweitung der zumindest 3 Teilstrahlen, sodass diese mit unterschiedlichen Abständen zueinander auf ein Fokussierelement auftreffen. Dadurch kann der Winkel 9, in dem die Teilstrahlen auf das Substrat (5), bevorzugt flächiges und/oder transparentes Substrat, auftreffen, verändert werden. Somit ergibt sich bei einer Überlagerung von vier Teilstrahlen eine nahtlose Änderung der Interferenzperiode p_n zu

wobei die Wellenlänge des emittierten Laserstrahls ist.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Strahlteilerelement als rotierendes Element ausgebildet. Dies erlaubt es vorteilhaft, dass die Polarisation der Teilstrahlen modifiziert werden können. Besonders bevorzugt beträgt der Winkel 9, in dem die Teilstrahlen auf das Substrat (5), bevorzugt flächiges und/oder transparentes Substrat, auftreffen, 0,1 ° bis 90°.

Der Winkel 9 ist ferner abhängig von den Abständen der optischen Elemente untereinander, insbesondere vom Abstand der optischen Elemente zum Strahlteilerelement, ganz besonders vom Abstand des Fokussierelements zum Strahlteilerelement. Abhängig von der gewünschten Interferenzperiode, welche auf, bzw. im flächigen und/oder transparenten Substrat zu erzeugen ist, kann die Position des Strahlteilerelements so eingestellt bzw. berechnet werden, dass die gewünschte Interferenzperiode einstellbar ist. Dabei wird die Position der von der Vorrichtung umfassten optischen Elemente, insbesondere die Position des Fokussierelements derart im Verhältnis zum Strahlteilerelement berücksichtigt, dass bei einem größeren oder kleineren Abstand der optischen Elemente zueinander die Position des Strahlteilerelements entsprechend anpassbar ist.

Um ein strukturiertes Substrat mit Anti-Fogging-Eigenschaften zu generieren hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn ein Abstand vom Strahlteilerelement (2) zum Umlenkelement (7) von 10 mm bis 50 mm oder 150 mm bis 200 mm eingestellt ist.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung auch eine Messeinrichtung, insbesondere eine Messeinrichtung, die mittels eines Lasers oder eines optischen Sensors arbeitet, die zum Messen der Position des Strahlteilerelements und gegebenenfalls des Abstandes des Strahlteilerelements zu den weiteren optischen Elementen, insbesondere zur Position des Fokussierelements eingerichtet ist.

Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine mit der Messeinrichtung signaltechnisch verbundene Steuereinrichtung umfassen, die insbesondere mit einer Recheneinheit derart verbunden ist, mit der die gemessenen Position des Strahlteilerelements mit einem ersten vorbestimmten Vergleichswert vergleichbar ist, wobei die Steuereinrichtung programmtechnisch derart eingerichtet ist, dass, falls der Abstand des Strahlteilerelements zu den weiteren optischen Elementen, insbesondere zur Position des Fokussierelements und/oder des Umlenkelements (7) größer oder kleiner ist als der erste vorbestimmte Vergleichswert, dann über die Steuereinrichtung ein Steuersignal erzeugt wird, mit dem zumindest eine Position eines optischen Elements, insbesondere des

Strahlteilerelements (2) derart verändert wird, insbesondere des Strahlteilerelements (2) im Verhältnis zum Umlenkelement (7), dass die gewünschte Interferenzperiode auf dem Substrat erzeugt wird. In diesem Zusammenhang kann auch das Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit einer Punktstruktur im Mikro- oder Submikrometerbereich insbesondere nach Schritt (a) die folgenden Schritte umfassen:

(i) Messen der Position des Strahlteilerelements (2) und gegebenenfalls des Abstandes des Strahlteilerelements zu den weiteren optischen Elementen oder zu wenigstens einem der weiteren optischen Elemente, insbesondere zur Position des Fokussierelements (4) und/oder des Umlenkelements (7),

(ii) Vergleichen der gemessenen Position des Strahlteilerelements mit einem ersten vorbestimmten Vergleichswert und,

(iii) falls der gemessene Abstand des Strahlteilerelements zu den weiteren optischen Elementen oder zu wenigstens einem der weiteren optischen Elemente, insbesondere zur Position des Fokussierelements (4) und/oder des Umlenkelements (7) größer oder kleiner ist als der erste vorbestimmte Vergleichswert: Verändern der Position des optischen Elements, insbesondere des Strahlteilerelements (2) derart (insbesondere im Verhältnis zu den anderen optischen Elementen, besonders bevorzugt des Strahlteilerelements (2) im Verhältnis zum Umlenkelement (7)), dass die gewünschte Interferenzperiode auf dem Substrat erzeugt wird.

Das Unterteilen des Laserstrahls im Strahlteilerelement (2) kann sowohl durch ein teilweise reflektives Strahlteilerelement, beispielsweise einen halbdurchlässigen Spiegel, als auch ein transmissives Strahlteilerelement, beispielsweise ein dichroitisches Prisma, erfolgen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind dem Strahlteilerelement (2) weitere Strahlteilerelemente im Strahlengang des Lasers nachgeordnet. Diese Strahlteilerelemente sind derart angeordnet, dass sie jeden der zumindest drei Teilstrahlen in zumindest zwei weitere Teilstrahlen aufteilen. Dadurch kann eine höhere Anzahl an Teilstrahlen erzeugt werden, die auf das Substrat, bevorzugt flächige und/oder transparente Substrat, gelenkt werden, sodass sie auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats interferieren. Dadurch kann die Interferenzperiode des Interferenzmusters eingestellt werden.

Fokussierelement (4)

Des Weiteren ist im Strahlengang (3) des Lasers dem Strahlteilerelement (2) nachgeordnet ein Fokussierelement (4) angeordnet, das derart eingerichtet ist, dass es die Teilstrahlen derart durchlaufen, dass die Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Volumen eines zu strukturierenden Substrats (5) in einem Interferenzbereich interferieren. Das Fokussierelement (4) fokussiert die zumindest drei Teilstrahlen in einer Raumrichtung, ohne die zumindest drei Teilstrahlen in der Raumrichtung senkrecht dazu zu fokussieren.

Beispielsweise kann das Fokussierelement (4) eine fokussierende optische Linse sein. Unter fokussieren versteht man im Sinne der Erfindung das Bündeln der zumindest drei Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Volumen eines Substrates, bevorzugt eines flächigen und/oder transparenten Substrates.

Das Fokussierelement (4) kann im Strahlengang (3) frei beweglich sein. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Fokussierelement (4) im Strahlengang bzw. entlang der optischen Achse fixiert.

Es versteht sich, dass die hierin definierten optischen Elemente bspw. zur Strahlteilung und zur Ausrichtung der Teilstrahlen in Richtung auf ein entsprechend zu strukturierendes Substrat in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein können.

In einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Fokussierelement (4) um eine sphärische Linse. Die sphärische Linse ist derart eingerichtet, dass sie die einfallenden zumindest drei Teilstrahlen derart durchlaufen, dass sie auf der Oberfläche oder im Volumen des zu strukturierenden Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, in einem Interferenzbereich interferieren. Die Weite des Interferenzbereichs beträgt vorzugsweise 1 pm bis 600 pm, besonders bevorzugt 10 pm bis 400 pm, ganz besonders bevorzugt 20 pm bis 200 pm. Hierdurch kann zugleich eine hohe Strukturierungsrate, beispielsweise wie hierin definiert, eingestellt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Fokussierelement (4) um eine zylindrische Linse. Die zylindrische Linse ist derart eingerichtet, dass der Bereich, in dem sich die zumindest drei Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, überlagern, in eine Raumrichtung gedehnt wird. Dadurch nimmt der Bereich des Substrats, auf dem das Interferenzmuster erzeugt werden kann, eine elliptische Form an. Die große Halbachse dieser Ellipse kann eine Länge von 20 pm bis 15 mm erreichen. Damit vergrößert sich der in einer Bestrahlung strukturierbare Bereich.

Erstes Umlenkelement (7)

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung befindet sich vor dem Fokussierelement (4) und nach dem Strahlteilerelement (2) angeordnet ein Umlenkelement (7), das vorzugsweise im Strahlengang (3) des Lasers angeordnet ist. Dieses Umlenkelement (7) wird zum Aufweiten der Abstände zwischen den zumindest drei Teilstrahlen genutzt und kann damit ebenfalls den Winkel, in dem die Teilstrahlen auf das Substrat (5), bevorzugt flächiges und/oder transparentes Substrat, auftreffen, verändern. Es ist derart eingerichtet, dass es die Divergenz der zumindest drei Teilstrahlen erhöht und damit den Bereich, in dem die zumindest drei Teilstrahlen interferieren, entlang der optischen Achse des Strahlengangs (3) von der Laserstrahlungsquelle (1) wegzubewegen.

Unter Aufweiten der Abstände zwischen den zumindest drei Teilstrahlen wird im Sinne der Erfindung verstanden, dass sich der Winkel der jeweiligen Teilstrahlen zur optischen Achse des von der Laserstrahlungsquelle (1) emittierten Laserstrahls vergrößert.

Das Aufweiten und die dadurch erfolgende Umlenkung der Teilstrahlen hat den Vorteil, dass die Teilstrahlen durch das Fokussierelement (4) stärker gebündelt werden können. Somit ergibt sich eine höhere Intensität in dem Bereich, in dem die zumindest drei Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Volumen des Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, interferieren.

Durch die geeignete Wahl des Umlenkelements kann auf eine Einheit zur Kontrolle der Intensität des Laserstrahls verzichtet werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung wird ein Umlenkelement (7) verwendet, dass durch die Aufweitung der zumindest drei Teilstrahlen das Fokussieren der zumindest drei Teilstrahlen auf dem Substrat (5) mittels eines Fokussierelements (4) erlaubt, wobei die Intensität der Interferenzpunkte auf der Oberfläche oder im Volumen des Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, ohne eine zusätzliche Einstellung der Intensität der Laserstrahlungsquelle (1) erreicht werden kann. Dies hat den Vorteil, dass zur Strukturierung des Substrates unter Erzeugen der periodischen Punktstruktur auch Laserstrahlungsquellen mit niedriger Intensität (Leistung pro Fläche) genutzt werden können, wodurch die optischen Elemente vor Verschleiß geschützt und geringe Strukturtiefen einfacher zu erzeugen sind.

Weiteres Umlenkelement (6)

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass im Strahlengang (3) der Laserstrahlungsquelle (1) dem Strahlteilerelement (3) nachgeordnet ein weiteres Umlenkelement (6) angeordnet ist, das die Teilstrahlen derart umlenkt, dass sie nach Austritt aus dem weiteren Umlenkelement (6) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Dadurch kann die Vorrichtung derart eingerichtet sein, dass der Bearbeitungspunkt, also der Punkt in dem die zumindest drei Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, interferieren, bei Verschiebung des Strahlteilerelements im Strahlengang des Lasers entlang seiner optischen Achse konstant bleibt. Unter dem Begriff „im Wesentlichen parallel“ soll im Rahmen dieser Schrift ein Winkelversatz von zwischen +15° und -15°, insbesondere lediglich von zwischen +10° und - 10°, ganz besonders bevorzugt von zwischen +5° und -5° zwischen den beiden Teilstrahlen, insbesondere aber natürlich kein Winkelversatz, also 0°, verstanden werden.

Das weitere Umlenkelement (6) kann eine konventionelle, refraktive Linse sein. Alternativ kann das weitere Umlenkelement (6) aber auch als diffraktive Linse (z. B. Fresnel-Linse) ausgestaltet sein. Diffraktive Linsen haben den Vorteil, dass diese wesentlich dünner und leichter sind, was eine Miniaturisierung der hierin offenbarten Vorrichtung vereinfacht.

Durch geeignete Auswahl der Brechungsindizes der optischen Elemente (4), (6) und (7) können die Abstände zwischen optischen Elementen und Substrat, sowie die Interferenzperiode (p_n) eingestellt werden. Alle optischen Elemente mit Ausnahme des Strahlteilerelements (2) können vorzugsweise innerhalb des Strahlengangs (3) des Lasers fixiert sein. Diese besonders bevorzugte Ausführungsform bietet daher den Vorteil, dass zur Anpassung des Interferenzbereichs oder des Interferenzwinkels lediglich ein Element, nämlich das Strahlteilerelement (2), bewegt werden muss. Das erspart Arbeitsschritte bei der Einrichtung der Vorrichtung, wie Kalibrierung der Vorrichtung auf die gewünschte Interferenzperiode. Des Weiteren beugt eine fixe Einstellung, d.h. wobei vorzugsweise alle optischen Elemente innerhalb des Strahlengangs (3) des Lasers fixiert sind, der optischen Elemente deren Verschleiß vor.

Polarisationselement (8)

In einer weiteren Ausführungsform befindet sich hinter dem Umlenkelement, besonders bevorzugt in einem Aufbau mit zwei Umlenkelementen (6), (7) hinter dem weiteren Umlenkelement (6), und vor dem Fokussierelement (4) in zumindest einem der Strahlengänge der zumindest 3 Teilstrahlen je ein Polarisationselement (8). Die Polarisationselemente können die Polarisation der Teilstrahlen zueinander modifizieren. Dadurch lässt sich das resultierende Interferenzmuster, das die zumindest 3 Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Volumen eines Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, abbilden, modifizieren. Durch die Anordnung eines Polarisationselement (8) in zumindest einem der Strahlengänge der Teilstrahlen, vorzugsweise nicht in jedem Strahlengang der Teilstrahlen, vorzugsweise in einem Strahlengang bis (n-1) Strahlengängen, wobei n die Anzahl der erzeugten Teilstrahlen im Applikationsverfahrens, kann vorteilhaft die Polarisationsebene zumindest eines Teilstrahls im Strahlengang gedreht und somit das Muster eines Interferenzpixels in der Ebene des Substrates „gestört“ werden.

Insbesondere können somit die interferierenden Teilstrahlen nicht polarisiert, linear polarisiert, zirkular polarisiert, elliptisch polarisiert, radial polarisiert oder azimutal polarisiert sein.

Optisches Element zur Strahlformung

In einer weiteren Ausgestaltung besitzt die Laserstrahlungsquelle (1) ein Strahlungsprofil, das einem Gauß-Profil, wie oben beschrieben, entspricht. In einer solchen Ausführungsform kann sich hinter der Laserstrahlungsquelle (1) und vor dem Strahlteilerelement (2) ein weiteres optisches Element zur Strahlformung befinden. Dieses Element dient dazu, das Strahlungsprofil der Laserstrahlungsquelle einem Top-Hat-Profil anzugleichen.

Es kann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch ein optisches Element mit einer konkav parabolisch oder planar reflektierenden Oberfläche vorgesehen sein, wobei das optische Element beispielsweise um mindestens eine Achse drehbar oder entlang des Strahlengangs (3) verschiebbar ausgebildet ist. Hierdurch kann gegebenenfalls auf ein zusätzliches im Strahlengang (3) positioniertes Fokussierelement (4) bzw. ein weiteres Umlenkelement (6) verzichtet werden. Beispielsweise können durch dieses optische Element Laserstrahlen oder Teillaserstrahlen auf die Oberfläche des Fokussierelements (4) oder ein weiteres fokussierendes optisches Element gerichtet werden, bevor die Strahlen zur Ausbildung von Strukturelementen das zu strukturierende Substrat erreichen.

Alternativ kann beispielsweise auch zumindest ein optisches Element mit einer konkav parabolisch oder planar reflektierenden Oberfläche vorgesehen sein, welches beispielsweise um mindestens eine Achse drehbar oder entlang des Strahlengangs (3) verschiebbar ausgebildet ist, wobei dieses optische Element dem ersten Umlenkelement (7) und dem weiteren Umlenkelement (6) im Strahlengang nachgeordnet positioniert ist. So können beispielsweise die Teilstrahlen im Strahlengang umgelenkt werden (Umlenkspiegel) oder derart im Strahlengang fokussiert werden, dass das zu strukturierende Substrat während der Bearbeitung ortsfest positioniert sein kann (sog. Fokussierspiegel bzw. Galvo-Spiegel (Laserscanner) (9)).

Ebenfalls denkbar ist auch eine Ausführungsform, welche einen Polygonscanner umfasst. In dieser Ausgestaltung umfasst zumindest ein optisches Element ein sich periodisch drehendes Prisma, bevorzugt ein sich periodisch drehendes Spiegelprisma, insbesondere einen Polygonspiegel oder auch Polygonrad, sowie ein dem sich periodisch drehenden Prisma im Strahlengang nachgeordnetes Fokussierelement (4). Das Fokussierelement ist derart eingerichtet, dass es die Teilstrahlen derart durchlaufen, dass die Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren eines zu strukturierenden Substrats (5) in einem Interferenzbereich interferieren. In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das optische Element weiterhin zumindest weiteres Umlenkelement, beispielsweise ein reflektierendes Umlenkelement zum Umlenken der Teilstrahlen im Strahlengang. Das zumindest eine weitere Umlenkelement kann dem sich periodisch drehenden Prisma im Strahlengang vor- und/oder nachgeordnet sein. Das zumindest eine weitere Umlenkelement ist dem Fokussierelement im Strahlengang vorgeordnet.

Ein solcher Aufbau erlaubt vorteilhaft das schnelle Abtasten einer Oberfläche eines Substrats, sodass eine hohe Strukturierungsrate von bis zu 3 m²/min, insbesondere im Bereich von 0,05 bis 2 m²/min, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 1 m²/min, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 m²/min bis 0,9 m²/min erreichbar ist. Die genaue Strukturierungsrate ist dabei insbesondere von der verfügbaren Laserleistung abhängig. Mit zukünftigen Technologien, welche eine höhere Laserleistung aufweisen, sind demzufolge noch höhere Strukturierungsraten erreichbar.

Haltevorrichtung für das Substrat

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Substrat (5), bevorzugt flächige und/oder transparente Substrat, in der xy-Ebene beweglich. Durch Bewegung des Substrats (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, in der xy-Ebene kann eine flächige Bearbeitung mittels Laserinterferenzstrukturierung gewährleistet werden. Dabei wird in jedem Bearbeitungsschritt (d.h. Laserpuls, der auf das zu strukturierende Substrat trifft) ein Interferenzpixel (wie hierin definiert) erzeugt, der eine Größe D abhängig vom Einfallswinkel und der Intensitätsverteilung des Laserstrahls, sowie den Fokussierungseigenschaften der optischen Elemente besitzt. Der Abstand zwischen den verschiedenen Interferenzpixeln, die Pixeldichte Pd, wird durch die Wiederholrate der Laserstrahlungsquelle (1), sowie der Bewegung des Substrats in Relation zum Fokussierpunkt der optischen Elemente, also dem Punkt, in welchem der Interferenzbereich auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats erzeugt wird, bestimmt. Ist die Pixeldichte Pd kleiner als die Größe der Interferenzpixel D, so ist eine flächige, homogene Bearbeitung möglich.

Durch das Bewegen des Substrats in Relation zum Fokussierpunkt (welcher das Interferenzpixel erzeugt) in Kombination mit gepulsten Laser(teil-)strahlen kann somit eine flächige, optional homogene und periodische, Punktstruktur auf der Oberfläche oder im Volumen eines Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, erzeugt werden.

Eine Verschiebung des zu strukturierenden Substrates, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, im Laserstrahl kann aufgrund der relativ großen dabei bewegten Massen vergleichsweise aufwändig und langsam sein. Es ist daher vorteilhaft das Substrat, bevorzugt flächige und/oder transparente Substrat während der Bearbeitung ortsfest vorzusehen und die flächige Strukturierung des Substrates dadurch zu realisieren, dass die Fokussierung der Teilstrahlen auf die Oberfläche oder im Volumen des Substrats durch Manipulation der Laserteilstrahlen mit optischen Elementen (Fokussierspiegel bzw. Galvo- Spiegel (Laserscanner)) in Strahlrichtung bewirkt wird. Da die dabei bewegten Massen relativ klein sind, ist dies mit weit geringerem Aufwand bzw. viel schneller möglich. Vorzugsweise ist das Substrat während des Verfahrens ortsfest angeordnet.

VERWENDUNG

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines hierin definierten Substrates, insbesondere einer optoelektronisch aktiven Schicht, einer Kontaktierungsschicht oder einer Deckschicht, dessen äußere Oberfläche und/oder innere Oberfläche aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet ist für ein optoelektronisches Bauelement und/oder ein optoelektronisches Modul.

Beispielsweise ist durch die Erfindung auch die Verwendung eines Substrates, insbesondere als optoelektronisch aktive Schicht, als Kontaktierungsschicht oder als Deckschicht für ein optoelektronisches Bauelement mitumfasst, wobei das Substrat eine äußere Oberfläche und eine innere Oberfläche aufweist, wobei das Substrat zumindest teiltransparent ausgebildet ist, wobei die äußere Oberfläche und/oder innere Oberfläche und/oder im Volumen, insbesondere innerhalb einer Ebene im Volumen, des Substrates aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet ist, wobei der strukturierte Bereich eine erste periodische Punktstruktur aufweist, wobei die erste Punktstruktur aus zumindest einem ersten Interferenzpixel mit einer ersten Interferenzperiode (pi) gebildet ist, wobei das erste Interferenzpixel ein periodisches Gitter von zumindest drei Zapfen oder inversen Zapfen aufweist, und wobei die erste Interferenzperiode der ersten periodischen Punktstruktur im Bereich von 50 nm bis 50 pm liegt. Die vorliegende Erfindung umfasst ferner auch die Verwendung eines Substrates als Deckschicht für ein optoelektronisches Bauelement, insbesondere mit Antischmutzeigenschaften (wie hierin definiert), wobei das Substrat eine äußere Oberfläche und eine innere Oberfläche aufweist, wobei das Substrat zumindest teiltransparent ausgebildet ist, wobei die äußere Oberfläche des Substrates aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet ist, wobei der strukturierte Bereich eine erste periodische Punktstruktur aufweist, wobei die erste Punktstruktur aus zumindest einem ersten Interferenzpixel (10) mit einer ersten Interferenzperiode (p1) gebildet ist, wobei das erste Interferenzpixel (10) ein periodisches Gitter von zumindest drei Zapfen oder inversen Zapfen aufweist, wobei die Interferenzperiode der ersten periodischen Punktstruktur im Bereich von 200 nm bis 50 pm liegt, und wobei der Wasserkontaktwinkel der äußere Oberfläche der Deckschicht kleiner als 20° oder größer als 150° ist.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Substrates, insbesondere als optoelektronisch aktive Schicht, als Kontaktierungsschicht oder als Deckschicht für ein optoelektronisches Bauelement, insbesondere mit Antireflexionseigenschaften (wie hierin definiert), wobei das Substrat eine äußere Oberfläche und eine innere Oberfläche aufweist, wobei das Substrat zumindest teiltransparent ausgebildet ist, wobei die äußere Oberfläche und/oder innere Oberfläche und/oder im Volumen, insbesondere innerhalb einer Ebene im Volumen, des Substrates aus einem strukturierten und einem unstrukturierten Bereich gebildet ist, wobei der strukturierte Bereich eine erste periodische Punktstruktur aufweist, wobei die erste Punktstruktur aus zumindest einem ersten Interferenzpixel (10) mit einer ersten Interferenzperiode (p1) gebildet ist, wobei das erste Interferenzpixel (10) ein periodisches Gitter von zumindest drei Zapfen oder inversen Zapfen aufweist, und wobei die erste Interferenzperiode der ersten periodischen Punktstruktur im Bereich von 100 nm bis 1.000 nm liegt.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Anhand folgender Figuren und Ausführungsbeispiele wird die vorliegende Erfindung näher erläutert, ohne die Erfindung auf diese zu beschränken.

Dabei zeigt

Fig. 1 : ein als photovoltaische Zelle ausgebildetes optoelektronisches Bauelement mit einer als Kontaktierungsschicht ausgebildeten Deckschicht.

Fig. 2: ein als photovoltaische Zelle ausgebildetes optoelektronisches Bauelement mit einer als Verkapselungsschicht ausgebildeten Deckschicht.

Fig. 3: Ein mehrere photovoltaische Zellen aufweisendes optoelektronisches Modul mit einer als Verkapselungsschicht ausgebildeten Deckschicht.

Fig. 4: Eine schematische Schnittdarstellung eines photovoltaisches Bauelementes mit einer Strukturierung auf der äußeren Oberfläche der Deckschicht.

Fig. 5: Eine schematische Schnittdarstellung eines photovoltaisches Bauelementes mit einer Strukturierung auf der inneren Oberfläche der Deckschicht

Fig. 6: Eine schematische Schnittdarstellung einer LED mit einer Strukturierung auf der inneren Oberfläche der Deckschicht

Fig. 7A: eine schematische Darstellung eines inversen Zapfens.

Fig. 7B: eine schematische Darstellung einer zapfenähnlichen Vertiefung mit kreisförmiger Grundfläche.

Fig. 7C: eine schematische Darstellung einer zapfenähnlichen Vertiefung mit unregelmäßiger Grundfläche.

Fig. 8: einen kumulativen Aufbau der Punktstruktur aus einer Überlagerung mehrerer Interferenzpixel,

Fig. 9: eine Punktstruktur, welche aus der Überlagerung von mehreren ersten und zweiten Interferenzpixeln gebildet ist,

Fig. 10: eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 11 : eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ein Umlenkelement (6) zur Parallelisierung der Teilstrahlen enthält.

Fig. 12: eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ein Umlenkelement (7) zur Aufweitung des Winkels der Teilstrahlen zur optischen Achse des Strahlengangs (3) enthält. Fig. 13A: eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die optische Elemente (6) mit einer planaren, reflektierenden Oberfläche, die die Teilstrahlen auf das Fokussierelement (4) umlenken, enthält.

Fig. 13B: eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die als optisches Element zur Strahlformung einen Galvo-Spiegel (9) umfasst, was eine ortsfeste Positionierung des zu strukturierenden Substrats während des Prozesses der Strukturierung erlaubt.

Fig. 14: eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Vorrichtung ein Polarisationselement (8), welches den Phasenverlauf der Teilstrahlen zueinander verschiebt, enthält, wobei

A) das Strahlteilerelement (2) im Strahlengang (3) nah an der Laserstrahlungsquelle (1) positioniert ist.

B) das Strahlteilerelement (2) im Strahlengang (3) nah am Umlenkelement (7) positioniert ist.

Fig. 15: eine schematische Ansicht der sich auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats ergebenden Interferenzpixel mit der Weite D, und die Verteilung der einzelnen Interferenzpixel auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats, wobei die Interferenzpixel zueinander verschoben sind mit der Pixeldichte Pd.

Fig. 16: eine schematische perspektivische Ansicht des strukturierten Substrats (5) mit den erzeugten periodischen Punktstrukturen, bestehend aus inversen Zapfen, mit Abmessungen im Mikro- und Submikrometerbereich, und symbolisch die Transmission von einfallenden elektromagnetischen Wellen mit Wellenlängen größer als die Interferenzperiode der erzeugten Strukturen, sowie die Beugung von einfallenden elektromagnetischen Wellen mit Wellenlängen im Bereich oder kleiner der erzeugten Strukturen.

Fig. 17: eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die als optisches Element einen Galvospiegel (9) mit einer planaren, reflektierenden Oberfläche, die die Teilstrahlen auf das Fokussierelement (4) umlenken, sowie ein Polygonrad (91) enthält.

Fig. 18: Eine grafische Darstellung des Diffraktionswinkels von einfallendem Licht über der Wellenlänge des einfallenden Lichts für strukturierte Substrate mit drei unterschiedlichen Strukturweiten.

Fig. 19: eine schematische perspektivische Ansicht des strukturierten Substrats (5) mit den erzeugten periodischen Punktstrukturen, bestehend aus inversen Zapfen, mit Abmessungen im Mikrometerbereich, der eine periodische Wellenstruktur im Submikrometerbereich überlagert ist.

Fig. 20: eine schematische

A) Draufsicht und

B) eine Schnittansicht einer quasi-periodischen Wellenstruktur im Submikrometerbereich.

Fig. 21 : ein optoelektronisches Bauelement mit einer Deckschicht deren innere Oberfläche mit einer Überlagerung aus einer Punktstruktur und einer quasi-periodischen Wellenstruktur und deren äußere Oberfläche eine Punktstruktur aufweist.

Fig. 22: eine Visualisierung des Wasserkontaktwinkels.

In Fig. 1 ist eine perspektivische, schematische Ansicht eines optoelektronischen Bauelementes (30) in Form einer photovoltaischen Zelle (30.1) dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Kontaktierungsschicht 31 als Deckschicht 32 ausgebildet. Die Deckschicht (32) ist als Substrat (5) zum Abschließen der photovoltaischen Zelle (30.1) gegenüber der Umwelt ausgebildet und bildet somit einen Abschluss nach oben. In diesem Ausführungsbeispiel sind dabei drei Deckschichten (32) auf der photovoltaischen Zelle (30.1) angeordnet, welche mittels Kontaktschienen (33), beispielsweise aus einem Metall wie Aluminium, voneinander separiert sind. Die Kontaktschienen (33), sind elektrisch mit einer Sammelschiene (34) verbunden, welche die elektrische Verbindung zu einem Außenkontakt (35) herstellt.

Unterhalb der mehreren Deckschichten (32) sind an die Deckschicht (32) angrenzende funktionale Schichten (36) angeordnet. Diese weisen eine n-dotierte Schicht (37), eine p- dotierte Schicht (38) und eine dazwischen angeordnete Grenzschicht (39) sowie eine weitere Kontaktierungsschicht (31) zur Bildung einer elektrischen Verbindung zu einem weiteren Außenkontakt (35) auf.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Deckschicht (32) als wenigstens teiltransparente Kontaktierungsschicht 31 ausgebildet, welche beispielsweise aus einem transparenten, leitfähigen Oxid (TCO) besteht.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines als photovoltaisches Bauelement (30.1) ausgebildeten optoelektronischen Bauelementes (30) ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei ist die Deckschicht (32) als Verkapselungsschicht (40) ausgebildet, welche als Substrat (5) das photovoltaische Bauelement (30.1), auch photovoltaische Zelle, vor Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen schützt. Die an die Deckschicht (32) angrenzenden Schichten (36) weisen dabei neben der optoelektronisch aktiven Schichten, also hier die n- dotierte Schicht (37), die p-dotierte Schicht (38) und die Grenzschicht (39), auch zwei Kontaktierungsschichten (31) zur Herstellung der elektrischen Verbindung zu einem der Außenkontakte (35) auf.

Die Verkapselungsschicht (40) bildet hier die Deckschicht (32) und sorgt für eine Verbesserung der optischen Eigenschaften und der Effizienz. Die Deckschicht (32) bildet ein Substrat (5), aufweisend eine aus inversen Zapfen (14) gebildete periodische Punktstruktur, insbesondere erste periodische Punktstruktur. Es wird ein strukturierter Bereich (28) durch die inversen Zapfen (14) gebildet. Die auf der Deckschicht (32) angeordnete Punktstruktur bildet also den strukturierten Bereich (28). Weiterhin weist die Deckschicht einen unstrukturierten Bereich (29) auf, der gerade keine Zapfen und auch keine weiteren Strukturen aufweist. Der unstrukturierte Bereich (29) ist also die Gesamtheit der Oberfläche, welche keine Strukturierungen, insbesondere keine Punktstrukturen und keine Linienstruktur aufweist. Der strukturierte Bereich ist wiederum die Gesamtheit der Oberfläche, welche strukturiert ist. Die Summe aus strukturierte, Bereich (28) und unstrukturiertem Bereich (29) bildet folglich die ganze Oberfläche, insbesondere die äußere Oberfläche (42) oder die innere Oberfläche (43).

Ein optoelektronisches Modul 41 mit mehreren photovoltaischen Bauelementen 30.1 , auch photovoltaische Zellen, ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei sind die photovoltaischen Bauelemente 30.1 elektrisch miteinander verbunden, wobei wenigstens einige der photovoltaischen Bauelemente 30.1 zur Erhöhung der erzeugten Spannung in Reihe geschaltet sind. Die Deckschicht 32 weist eine äußere Oberfläche 42 mit inversen Zapfen 14 auf und ist hier als Verkapselungsschicht 40 ausgebildet, welche sämtliche an dem Modul 41 angeordnete photovoltaische Zellen 30.1 vor Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit schützt. Die auf der äußeren Oberfläche 42 angeordneten inversen Zapfen 14 bilden den strukturierten Bereich, wobei der unstrukturierte Bereich 29 der Abschnitt der Oberfläche ist, welcher keine Strukturen, hier insbesondere keine inversen Zapfen 14 aufweist. Die Oberfläche der Deckschicht 32, insbesondere die äußere Oberfläche 42 ist somit vollständig in den strukturierten Bereich 28 und den unstrukturierten Bereich 29 eingeteilt.

Vorzugsweise ist nach einer, hier nicht dargestellten möglichen Ausführung, zusätzlich eine der Kontaktierungsschichten der photovoltaischen Zellen als Deckschicht mit einem Zapfen oder inverse Zapfen aufweisenden, strukturierten Bereich 28 ausgebildet. Eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelementes ist in Fig. 4 zur Visualisierung der Reduktion der Reflektion aufgrund des Falleneffektes gezeigt. Dabei ist nach oben weisend eine als abschließendes Substrat 5 ausgebildete Deckschicht 32 dargestellt. Unterhalb der Deckschicht 32 sind an die Deckschicht 32 angrenzende funktionale Schichten 36 dargestellt. Die Deckschicht 32 weist eine äußere Oberfläche 42 und eine innere Oberfläche 43 auf, wobei die äußere Oberfläche von den an die Deckschicht 32 angrenzenden funktionalen Schichten 36 weg weist. Die innere Oberfläche 43 der Deckschicht 32 ist den an die Deckschicht 32 angrenzenden funktionalen Schichten 36 zugewandt, grenzt also direkt an diese an.

Die äußere Oberfläche 42 der Deckschicht 32 weist inverse Zapfen 14 auf, wobei die Schnittdarstellung gerade in einer Reihe inverser Zapfen 14 liegt. Auf die äußere Oberfläche 42 auftreffendes Licht 44 trifft dabei zum Teil auch auf einen innerhalb eines inversen Zapfens 14 angeordneten Grenzflächenpunkt 45. Dabei wird ein Teil des Lichtes 44 an diesem Grenzflächenpunkt 45 bereits durch die Grenzfläche in das innere der Deckschicht 32 transmittiert. Ein weiterer Anteil des Lichtes 44 wird jedoch reflektiert und trifft auf einen weiteren innerhalb eines inversen Zapfens 14 angeordneten Grenzflächenpunkt 45. Auch dort wird ein Anteil des Lichtes 44 durch die Grenzfläche zwischen Deckschicht 32 und der angrenzenden Schicht transmittiert und ein wiederum geringerer Teil reflektiert. Auch dieser reflektierte Teil gelangt in dieser Darstellung auf einen weiteren Grenzflächenpunkt 45, wo wiederum ein Teil des Lichtes 44 transmittiert wird. Dadurch kann die Gesamtmenge des durch die Grenzfläche transmittierten Lichtes 44.1 gegenüber einer äußeren Oberfläche 42 ohne inverse Zapfen 14 deutlich erhöht werden.

In Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelementes 30 dargestellt, bei dem die innere Oberfläche 43 der Deckschicht Zapfen 46 aufweist. Diese können beispielsweise mittels einer, hier nicht dargestellten, inverse Zapfen aufweisenden Negativform erzeugt werden.

Das Licht 44 wird auch hier zum Teil an den Grenzflächenpunkten 45 reflektiert und dieser Teil auf weitere Grenzflächenpunkte 45 geleitet, wo das Licht 44 jeweils anteilig durch die Grenzfläche transmittiert wird, also in die an die Grenzfläche 32 angrenzenden Schichten 36 eindringt und nicht an der Grenzfläche reflektiert wird. Somit kann auch hier die Gesamtmenge des durch die Grenzfläche transmittierten Lichtes 44.1 bzw. erhöht bzw. die Gesamtmenge des an der Grenzfläche reflektierten Lichts 44 reduziert werden. Eine Schnittdarstellung eines als LED 30.2 ausgebildeten optoelektronischen Bauelementes 30 ist in Fig. 6 dargestellt. Eine Deckschicht 32 mit an der inneren Oberfläche 43 angeordneten inversen Zapfen 14 ist oberhalb der an die Deckschicht 32 angrenzenden funktionalen Schichten 36 angeordnet. Das innerhalb der an die Deckschicht 32 angrenzenden funktionalen Schichten 36 erzeugte Licht 44 trifft auf einen Grenzflächenpunkt 45 und wird dort anteilig reflektiert und transmittiert. Das reflektierte Licht 44 trifft auch hier wieder auf einen oder mehrere weitere Grenzflächenpunkte 45, sodass auch hier die Gesamtmenge des transmittierten Lichtes 44.1 erhöht wird. Dadurch wird ein größerer Anteil des erzeugten Lichtes 44 auch aus der LED 30.2 ausgekoppelt.

In Fig. 7A ist eine schematische Darstellung eines mittels eines Laserinterferenzverfahrens erzeugten inversen Zapfens 14, welcher die Strukturtiefe x aufweist, dargestellt. Die Grundfläche 47 des inversen Zapfens 14 ist hier kreisförmig mit einem Durchmesser d ausgebildet. Die Seitenflächen 48 sind glatt ausgebildet.

Eine schematische Darstellung einer zapfenähnlichen Vertiefung 49, wie sie beispielsweise mittels eines Ätzprozesses unter Verwendung einer, hier nicht dargestellten Maske mit kreisförmigen Öffnungen, generiert werden kann, ist in Fig. 7B gezeigt. Die dargestellte Grundfläche 47 ist zwar kreisförmig, aber die Seitenflächen 48 sind unregelmäßig ausgebildet.

In Fig. 7C ist schematische Darstellung einer zapfenähnlichen Vertiefung 49 mit unregelmäßiger Grundfläche 47 und unregelmäßiger, völlig variabler Seitenfläche 48 dargestellt. Eine derartige Vertiefung wird beispielsweise beim Ätzen ohne Maske generiert.

Fig. 8 visualisiert den kumulativen Aufbau der Punktstruktur aus einer Überlagerung mehrerer Interferenzpixel (10, 11 , 12, 13). Jedes Interferenzpixel (10, 11 , 12, 13) besteht aus mehreren mittels Laserinterferenzstrukturierung in das Substrat eingebrachten inversen Zapfen (14).

In Teilbild (A) ist das erste Interferenzpixel (10) gezeigt, welches mehrere inverse Zapfen (14, 14.1) aufweist. Teilbild (B) visualisiert eine Überlagerung aus dem ersten Interferenzpixel (10) und dem zweiten Interferenzpixel (11), wobei diese Überlagerung aus inversen Zapfen (14.1) des ersten Interferenzpixels (10) und aus inversen Zapfen (14.2) des zweiten Interferenzpixels (11) besteht.

Dabei besteht ein Versatz (15) zwischen dem ersten Interferenzpixel (10) und dem zweiten Interferenzpixel (11), wodurch die inversen Zapfen (14.2) des zweiten Interferenzpixels (11) um diesen Versatz (15) gegenüber den inversen Zapfen (14.1) des ersten Interferenzpixels (10) verschoben sind.

Teilfigur (C) visualisiert eine Überlagerung, bei der zusätzlich ein drittes Interferenzpixel (12) mit den ersten beiden Interferenzpixeln (10, 11) überlagert ist. Die überlagerte Struktur in Teilbild (C) weist somit inverse Zapfen (14.1) des ersten Interferenzpixels (10), inverse Zapfen (14.2) des zweiten Interferenzpixels (11) sowie inverse Zapfen (14.3) des dritten Interferenzpixels (12) auf. Das dritte Interferenzpixel (12) ist in diesem Ausführungsbeispiel zum zweiten Interferenzpixel (11) in derselben Raumrichtung entlang der x-Achse verschoben, wie das zweite Interferenzpixel (11) zum ersten Interferenzpixel (10).

Teilbild (D) zeigt eine Überlagerung, bei der weiterhin ein viertes Interferenzpixel (13) überlagert ist, wobei dies gegenüber dem dritten Interferenzpixel (12) in einer anderen Raumrichtung entlang der y-Achse verschoben ist. Somit weist der Ausschnitt in Teilbild (D) eine Punktstruktur aus einer Überlagerung aus vier Interferenzpixeln (10, 11 , 12, 13) auf.

Die Graphen, welche unterhalb der Interferenz pixel (10, 11 , 12, 13) angeordnet sind, dienen der Visualisierung der periodischen Strukturen innerhalb eines Interferenzpixels (10, 11 , 12, 13). Aufgrund der Entstehung der Interferenzpixel (10, 11 , 12, 13) über den Prozess der Laserinterferenzstrukturierung, also entsprechend des Interferenzbildes der Laser(teil- strahlen), weist jedes einzelne Interferenzpixel (10, 11 , 12, 13), welches innerhalb eines Beleuchtungs- oder Bestrahlungsprozesses innerhalb einer ausgewählten Pulsdauer entstanden ist, eine periodische Anordnung der inversen Zapfen (14) auf. Der Abstand der inversen Zapfen (14.1) des ersten Interferenzpixels (10), der aus dem Abstand der Intensitätsmaxima des das erste Interferenzpixel (10) erzeugenden Interferenzbildes resultiert, stellt die Interferenzperiode (p1) dar. Die Intensität entspricht dabei der zur Erzeugung der inversen Zapfen (14.1) notwendigen Intensität im Interferenzmuster der Laser(teil-)strahlen. Somit entspricht der Abstand der Intensitätsmaxima des Interferenzbildes der Interferenzperiode (pi). Das zweite Interferenzpixel (11) weist dabei eine zweite Interferenzperiode (p₂) auf.

Fig. 9 zeigt eine Punktstruktur (16), welche aus der Überlagerung von mehreren ersten Interferenzpixeln (10) mit einer ersten Interferenzperiode (pi) und mehreren zweiten Interferenzpixeln (11) mit einer zweiten Interferenzperiode (p₂) gebildet ist. Die ersten Interferenzpixel (10) weisen dabei inverse Zapfen (14.1) auf, welche hier mit einer vertikalen Musterfüllung dargestellt sind. Die zweiten Interferenzpixel (11) weisen inverse Zapfen (14.2) auf, welche mit einer horizontalen Musterfüllung dargestellt sind. Die Interferenzperiode (pi) des ersten Interferenzpixels (10) ist kleiner als die zweite Interferenzperiode (p2) des zweiten Interferenzpixels (11).

In einer optionalen Einstellung der Interferenzpixel (10, 11) derart, dass die Anzahl der inversen Zapfen (14.1 , 14.2) innerhalb der Interferenzpixel (10, 11) identisch ist, variiert folglich die Fläche der Interferenzpixel (10, 11), was hier durch die Kreise visualisiert ist. Eines der ersten Interferenzpixel (10) ist hier durch sämtliche inverse Zapfen (14.1) mit vertikaler Musterfüllung innerhalb des kleineren Kreises schematisch dargestellt. Eines der zweiten Interferenzpixel ist wiederum durch die inversen Zapfen (14.2), die mit einer horizontalen Musterstrukturierung dargestellt sind, innerhalb des größeren Kreises visualisiert.

Dabei sind die mehreren ersten Interferenzpixel (10) benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnet und die mehreren ersten Interferenzpixel (10) bilden dadurch ein Muster mit der Interferenzperiode (p1). Weiterhin sind die mehreren der zweiten Interferenzpixel (11) benachbart repetitiv versetzt zueinander angeordnet und die mehreren der zweiten Interferenzpixel (11) bilden somit ein Muster mit der sich von der ersten Interferenzperiode (p1) unterscheidenden zweiten Interferenzperiode (p₂).

Der unterhalb der Punktstruktur (16) angeordnete Graph visualisiert die Anordnung der inversen Zapfen (14.1 , 14.2) entlang einer Linie durch die Punktstruktur (16). Die Maxima der Intensität entsprechen dabei dem Mittelpunkt der inversen Zapfen (14.1 , 14.2). Wie in Fig. 8 dient dieser Graph der Darstellung des Prinzips. Die Intensität entspricht dabei dem zur Erzeugung der inversen Zapfen (14.1 , 14.2) notwendigen Intensität im Interferenzmuster der Laser(teil )strahlen.

Fig. 10 visualisiert in einem ersten Ausführungsbeispiel die erfindungsgemäße Vorrichtung, umfassend eine Laserstrahlungsquelle (1) zum Emittieren eines Laserstrahls. Im Strahlengang (3) des Laserstrahls hinter der Laserstrahlungsquelle (1) angeordnet, befindet sich ein Strahlteilerelement (2), welches im Strahlengang (3) beweglich angeordnet ist. Im Strahlengang (3) des Laserstrahls hinter dem Strahlteilerelement (2) angeordnet, befindet sich ein Fokussierelement (4). Im Strahlengang (3) des Laserstrahls hinter dem Fokussierelement (4) angeordnet, befindet sich eine Haltevorrichtung, auf der ein Substrat (5), bevorzugt flächiges und/oder transparentes Substrat, gelagert ist.

In dieser Ausgestaltung emittiert die Laserstrahlungsquelle (1) einen gepulsten Laserstrahl.

Es handelt sich hier bei der Laserstrahlungsquelle um einen UV Laser mit einer Wellenlänge von 355 nm Wellenlänge und einer Pulsdauer von 12 ps. Das Strahlungsprofil der Laserstrahlungsquelle entspricht in dieser Ausführungsform einem Top-Hat-Profil.

In diesem Ausführungsbeispiel entspricht das Strahlteilerelement (2) einem diffraktiven Strahlteilerelement. Ein diffraktives Strahlteilerelement ist hier ein Strahlteilerelement, welches Mikro- oder Nanostrukturen enthält. Das Strahlteilerelement (2) unterteilt den Laserstrahl in 4 Teilstrahlen.

Das Fokussierelement (4) entspricht in diesem Ausführungsbeispiel einer refraktiven, sphärischen Linse, die die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Teilstrahlen so auf das Substrat (5), bevorzugt flächige und/oder transparente Substrat, lenkt, dass sie dort in einem Interferenzbereich interferieren. Der Interferenzwinkel entspricht in dieser Ausgestaltung 27,2°, woraus eine Interferenzperiode von 550 nm für die periodische Punktstruktur bei dem gleichen Polarisationszustand resultiert.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das flächige Substrat einmal bestrahlt, sodass sich eine Bearbeitungsdauer pro Struktureinheit, d. h. pro Interferenzpixel, von 12 ps ergibt.

Bei dem Substrat (5), bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrat, handelt es sich um ein Glas, ganz speziell ein Quarzglas, welches auf einer Haltevorrichtung gelagert ist, sodass es in der xy-Ebene, senkrecht zum Strahlengang des von der Laserstrahlungsquelle (1) emittierten Laserstrahls beweglich ist.

Fig. 11 visualisiert in einem weiteren Ausführungsbeispiel die Vorrichtung wie in Fig. 10 beschrieben, zusätzlich umfassend ein Umlenkelement (6), welches sich im Strahlengang (3) des Lasers nach dem Strahlteilerelement (2) und dem Fokussierelement (4) befindet.

In dieser Ausgestaltung ist das Umlenkelement eine konventionelle, refraktive, konvexe Linse. Die Teilstrahlen treffen derart auf das Umlenkelement (6) auf, dass sie nach Durchlaufen des Umlenkelements im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Dadurch lässt sich der Punkt, in dem die Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats interferieren, einstellen.

Fig. 12 visualisiert in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung basierend auf dem in Fig. 10 und Fig. 11 gezeigten Aufbau. Zusätzlich umfasst dieser Aufbau ein weiteres Umlenkelement (7), welches im Strahlengang (3) des Lasers zwischen dem Strahlteilerelement (2) und dem Umlenkelement (6) angeordnet ist. In dieser Ausgestaltung ist das weitere Umlenkelement (7) eine konventionelle, refraktive, konkave Linse. Die Teilstrahlen treffen derart auf das weitere Umlenkelement auf, sodass ihr Winkel zur optischen Achse des Strahlengangs aufgeweitet wird. Dadurch lässt sich der Interferenzwinkel, mit dem die Teilstrahlen auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, interferieren, verändern.

In dieser Ausgestaltung sind alle optischen Elemente abgesehen vom Strahlteilerelement (2) entlang der optischen Achse des Strahlengangs (3) fixiert. Der Interferenzwinkel der Teilstrahlen auf dem Substrat wird über eine Verschiebung des Strahlteilerelements (2) entlang der optischen Achse des Strahlengangs eingestellt.

Fig. 13A zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung wie in Fig. 12, umfassend die optischen Elemente (6) mit einer planaren, reflektierenden Oberfläche, die derart eingerichtet sind, dass sie die Teilstrahlen auf das Fokussierelement (4) umlenken.

In dieser Ausgestaltung werden die zumindest drei Teilstrahlen durch Verschiebung der optischen Elemente (6) in einem bevorzugten Winkel auf das Substrat gelenkt. Dadurch kann auf ein Umlenkelement in Form einer Linse (Bezugszeichen (6) in Fig. 12) verzichtet werden.

Fig. 13 B zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die als optisches Element zur Strahlformung einen Galvo-Spiegel (9) umfasst, was eine ortsfeste Positionierung des zu strukturierenden Substrats während des Prozesses der Strukturierung erlaubt.

Fig. 14 visualisiert in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung wie in Fig. 10, zusätzlich umfassend je ein Polarisationselement (8) pro Teilstrahl, welche im Strahlengang (3) des Laserstrahls zwischen dem Umlenkelement (6) und dem Fokussierelement (4) angeordnet sind.

Das Polarisationselement ist derart angeordnet, dass es die Polarisierung der einzelnen Teilstrahlen zueinander so verändert, dass sich eine Veränderung des Interferenzmusters ergibt.

Diese Ausgestaltung ist in zwei unterschiedlichen Konfigurationen dargestellt. In Fig. 14A ist das Strahlteilerelement (2) im Strahlengang (3) nah an der Laserstrahlungsquelle (1) positioniert. In Fig. 14 B ist das Strahlteilerelement (2) im Strahlengang (3) nah am Umlenkelement (7) positioniert. Auf diese Weise lässt sich das Interferenzmuster der interferierenden Teilstrahlen auf der Oberfläche des Substrats (5) stufenlos einstellen, ohne dass die anderen optischen Elemente im Aufbau oder das Substrat bewegt werden müssen.

Zusätzlich wäre es auch denkbar, dass die Anordnung ein zusätzliches optisches Element zur Strahlformung enthält, das im Strahlengang (3) des Laserstrahls der Laserstrahlungsquelle (1) nachgeordnet ist. In dieser Ausgestaltung entspricht das Strahlungsprofil der Laserstrahlungsquelle einem Gauß-Profil. Das optische Element zur Strahlformung wandelt dieses Profil in ein Top-Hat-Profil um.

Fig. 15 enthält eine schematische Ansicht der sich auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats ergebenden Interferenzpixel mit der Weite D, und die Verteilung der einzelnen Interferenzpixel auf der Oberfläche oder im Inneren des Substrats, wobei die Interferenzpixel zueinander verschoben sind mit der Pixeldichte Pd.

In dieser Ausgestaltung ist die Pixeldichte Pd kleiner als die Weite eines Interferenzpixels, D. Dadurch kann durch Bewegen des Substrats (5) mittels eines gepulsten Laserstrahls eine flächige homogene periodische Punktstruktur auf der Oberfläche oder im Inneren eines Substrats, bevorzugt flächigen und/oder transparenten Substrats, erzeugt werden.

Vorzugsweise werden die nacheinander aufgebrachten Interferenzpixel nebeneinander angeordnet. In dieser Ausgestaltung existiert ein Überlapp zwischen zwei nebeneinander angeordneten Interferenzpixeln. Aufgrund der Mehrfachbestrahlung werden so bevorzugt Selbstorganisationsprozesse innerhalb des strukturierten Bereiches, also innerhalb der inversen Zapfen 14, angeregt. Dadurch kann effizient eine hierarchische Struktur erzeugt werden.

Fig. 16 visualisiert das durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugte strukturierte Substrat (5) mit den erzeugten periodischen Punktstrukturen, bestehend aus inversen Zapfen, mit Abmessungen im Mikro- und Submikrometerbereich. Es wird zudem symbolisch die Transmission von einfallenden elektromagnetischen Wellen mit Wellenlängen größer als die Interferenzperiode der erzeugten Strukturen, sowie die Beugung von einfallenden elektromagnetischen Wellen mit Wellenlängen im Bereich oder kleiner der erzeugten Strukturen verdeutlicht.

Fig. 17 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung wie in Fig. 13B, umfassend das optische Element (91) mit einer planaren, reflektierenden Oberfläche, wobei es sich um ein Polygonrad handelt, welches derart eingerichtet ist, dass es um eine eingezeichnete Achse rotiert. Dabei werden die einfallenden Teilstrahlen derart abgelenkt, dass sie auf einen Galvospiegel (9) treffen, welcher die Strahlen über ein

Fokussierelement (4) auf das Substrat lenkt. Die Rotation des Polygonrads bewirkt dabei, dass der Punkt, in dem die Strahlen auf dem Substrat gebündelt werden während des Belichtungsprozesses entlang einer Linie beweglich ist. Die Teilstrahlen scannen also das Substrat, was zu einer erhöhten Prozessgeschwindigkeit führt.

Fig. 18 zeigt in einer grafischen Darstellung die Transmissions- bzw. Beugungsfähigkeit von einem strukturierten Substrat abhängig von der Strukturweite auf. Dabei wird der Diffraktionswinkel von Licht in Abhängigkeit von dessen Wellenlänge für Strukturen mit drei unterschiedlichen Strukturweiten gezeigt. Ist die Wellenlänge des einfallenden Lichts größer als die Strukturweite, so wird das Licht vollständig transmittiert. Bei Wellenlängen im Bereich der Strukturweite oder kleiner kommt es zur Diffraktion. Die Diffraktionswinkel können aus der Grafik entnommen werden.

Fig. 19 visualisiert das durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugte strukturierte Substrat (5) mit den erzeugten periodischen Punktstrukturen, bestehend aus inversen Zapfen, mit Abmessungen im Mikrometerbereich. Dieser periodischen Punktstruktur im Mikrometerbereich überlagert ist eine periodische Wellenstruktur im Submikrometerbereich, welche ebenfalls durch das hierin beschriebene erfindungsgemäße Verfahren in einem Produktionsschritt erzeugbar ist.

Fig. 20A visualisiert eine quasi-periodische Wellenstruktur 19 in einer Draufsicht und Fig. 20B in einer Schnittansicht, wie sie ein strukturiertes Substrat aufweist, welches durch ein hierin offenbartes Verfahren, insbesondere durch eine Mehrfachbestrahlung oder durch eine Einfachbestrahlung mit hoher Intensität, erzeugt werden kann. Dabei stellt die Schnittansicht der Fig. 11 B einen Querschnitt durch die in Fig. 11A dargestellte Struktur etwa entlang der Schnittlinie A-A dar. In den Materialien auftretende Selbstorganisationsprozesse führen dazu, dass wellenförmige Strukturen mit Wellenbergen 20 und Wellentälern 21 innerhalb eines derart bestrahlten Bereiches entstehen. Die entstehenden Strukturen weisen dabei grundsätzlich eine gewisse Periodizität auf, wobei allerdings auch Defekte 22, also Unregelmäßigkeiten, auftreten. Somit weist eine derartige Struktur im Gegensatz zu einer echt periodischen Struktur sowohl Abweichungen in den Strukturabmessungen, insbesondere bei den Abständen der Wellenberge zu den Wellentälern, als auch Defekte auf, sodass die erzeugte Wellenstruktur nicht homogen ausfällt.

In Fig. 21 ist ein optoelektronisches Bauelement 30 mit einer Deckschicht 32 dargestellt. Die Deckschicht 32 weist eine äußere Oberfläche 42, welche das optoelektronische

Bauelement 30 gegenüber der Umwelt abschließt, und eine innere Oberfläche 43 auf. An die innere Oberfläche 43 grenzen die an die Deckschicht 32 angrenzenden funktionalen Schichten 36 an. Nach dieser Ausgestaltung weist die innere Oberfläche 43 Zapfen 46 auf, welche eine Punktstruktur bilden, wobei an den Zapfen 46 eine überlagerte Struktur, welche hier als eine quasi-periodische Wellenstruktur 19 ausgebildet ist, angeordnet ist. An der äußeren Oberfläche 42 ist eine periodische Punktstruktur aus inversen Zapfen 14 angeordnet, wobei die Interferenzperiode der Punktstrukturen auf der äußeren Oberfläche 42 signifikant kleiner ist als die der Punktstruktur auf der inneren Oberfläche 43.

Eine Visualisierung des Wasserkontaktwinkels 23 ist in Fig. 22 dargestellt. Wasser 24 ist hier in Tropfenform auf einem Substrat 5 angeordnet. Außerhalb des Wassertropfens 24 liegt Luft in Gasphase 25 vor. Als Wasserkontaktwinkel 23 wird dabei der Winkel zwischen der Oberfläche des Substrates 5 und der am Wassertropfen 24 anliegenden Tangente 26 bezeichnet. Die Tangente 26 wird dabei an der Oberfläche des Substrates 5 anliegend betrachtet. Zur Ermittlung des Wasserkontaktwinkels 23 wird in der Regel ein Schattenbild eines Wassertropfens 24 aufgenommen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Laserstrahlungsquelle

2 Strahlteilerelement

3 Strahlengang

4 Fokussierelement

5 Substrat

6 weiteres Umlenkelement

7 Umlenkelement

8 Polarisationselement

9 Fokussierspiegel bzw. Galvo-Spiegel

91 Polygonrad

10 erstes Interferenzpixel

11 zweites Interferenzpixel

12 drittes Interferenzpixel

13 viertes Interferenzpixel

14 inverse Zapfen

14.1 inverse Zapfen des ersten Interferenzpixels

14.2 inverse Zapfen des zweiten Interferenzpixels

14.3 inverse Zapfen des dritten Interferenzpixels

14.4 inverse Zapfen des vierten Interferenzpixels

15 Versatz

16 Punkt Struktur

Pi erste Interferenzperiode p₂ zweite Interferenzperiode

19 quasiperiodische Wellenstruktur

20 Wellenberg

21 Wellental

22 Defekt

23 Wasserkontaktwinkel

24 Wassertropfen

25 Gasphase

26 Tangente

A-A Schnittlinie

28 strukturierter Bereich

29 unstrukturierter Bereich

30 optoelektronisches Bauelement 30.1 photovoltaische Zelle, photovoltaisches Bauelement

30.2 LED (lichtemittierende Diode)

31 Kontaktierungsschicht

32 Deckschicht

33 Metallschiene

34 Sammelschiene

35 Außenkontakt

36 an die Deckschicht angrenzende funktionale Schichten

37 n-dotierte Schicht

38 p-dotierte Schicht

39 Grenzschicht

40 Verkapselungsschicht

41 Optoelektronisches Modul

42 Äußere Oberfläche

43 Innere Oberfläche

44 Licht

44.1 Transmittiertes Licht

45 Grenzflächenpunkt

46 Zapfen

47 Grundfläche

48 Seitenfläche

49 Vertiefung

D Weite des Interferenzpixels

Pd Pixeldichte? d Durchmesser x Strukturtiefe

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 . Optoelektronisches Bauelement (30), aufweisend

• eine Deckschicht (32), die eine äußere Oberfläche (42) und eine innere Oberfläche (43) aufweist, wobei die Deckschicht (32) zumindest teiltransparent ausgebildet ist,

• zumindest eine funktionale Schicht, die zumindest teilweise auf der inneren Oberfläche (43) der Deckschicht (32) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche (42) und/oder innere Oberfläche (43) aus einem strukturierten (28) und einem unstrukturierten Bereich (29) gebildet ist, wobei der strukturierte Bereich (28) eine erste periodische Punktstruktur aufweist, wobei die erste Punktstruktur aus zumindest einem ersten Interferenzpixel (10) mit einer ersten Interferenzperiode (pi) gebildet ist, wobei das erste Interferenzpixel (10) ein periodisches Gitter von zumindest drei Zapfen (46) oder inversen Zapfen (14) aufweist, wobei die Interferenzperiode (pi) der ersten periodischen Punktstruktur im Bereich von 50 nm bis 50 pm liegt.

2. Optoelektronisches Bauelement (30) nach Anspruch 1 , wobei der strukturierte Bereich (28) aus der ersten periodischen Punktstruktur gebildet ist, wobei die erste periodische Punktstruktur aus einem oder mehreren versetzt zueinander angeordneten Interferenzpixeln besteht.

3. Optoelektronisches Bauelement (30) nach Anspruch 1 , wobei der strukturierte

Bereich (28) weiterhin eine zweite periodische Punktstruktur aufweist, wobei die zweite periodische Punktstruktur aus zumindest einem zweiten Interferenzpixel (11) mit einer zweiten Interferenzperiode (p₂) gebildet ist, wobei das zweite Interferenzpixel (11) ein periodisches Gitter von zumindest drei Zapfen (46) oder inversen Zapfen (14) mit einer zweiten Interferenzperiode (p₂) aufweist.

4. Optoelektronisches Bauelement (30) nach Anspruch 1 oder 3, wobei der strukturierte Bereich (28) eine periodische Linienstruktur mit einer Interferenzperiode im Mikro oder Submikrometerbereich aufweist.

5. Optoelektronisches Bauelement (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Wasserkontaktwinkel (23) der äußeren Oberfläche (42) der Deckschicht (32) kleiner als 20° oder größer als 130° ist.

6. Optoelektronisches Bauelement (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zapfen (46) oder inversen Zapfen (14) des ersten Interferenzpixels (10) eine mittlere Strukturtiefe im statistischen Mittel dso im Bereich von 10 nm bis 500 nm, bevorzugt von maximal 1 pm aufweisen.

7. Optoelektronisches Bauelement (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Punktstruktur ein Aspektverhältnis von wenigstens 0,5 oder maximal 0,1 aufweist.

8. Optoelektronisches Bauelement (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Zapfen (46) oder inversen Zapfen (14) des strukturierten Bereiches (28) Seitenflächen (48) aufweisen, wobei die Seitenflächen (48) eine überlagerte quasiperiodische Linienstruktur oder eine glatte Oberfläche aufweisen.

9. Optoelektronisches Bauelement (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Grundfläche (47) des Zapfens (46) oder des inversen Zapfens (14) kreisförmig oder elliptisch ausgebildet ist.

10. Optoelektronisches Bauelement (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Deckschicht (32) in einem Teilbereich des elektromagnetischen Spektrums, vorzugsweise im Bereich des sichtbaren Lichtes oder des Nahinfraroten Lichtes, einen Transmissionsgrad von wenigstens 50% für jede Wellenlänge in dem Teilbereich aufweist.

11. Optoelektronisches Bauelement (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Deckschicht (32) als optisches Element ausgebildet ist.

12. Optoelektronisches Bauelement (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die Deckschicht (32) flexibel, vorzugsweise als Folie ausgebildet ist.

13. Optoelektronisches Bauelement (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Deckschicht (32) ein Glas und/oder ein Polycarbonat umfasst.

14. Optoelektronisches Bauelement (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Deckschicht (32) eine erste Deckschicht und eine zweite Deckschicht umfassen.

15. Optoelektronisches Bauelement (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die optoelektronisch aktive Schicht ein organisches Halbleitermaterial und/oder ein anorganisches Halbleitermaterial, vorzugsweise Silizium, CdTe, GaAs, CIS oder CIGS, aufweist.

16. Optoelektronisches Bauelement (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das optoelektronische Bauelement (30) ein photovoltaisches Bauelement (30.1) ist.

17. Optoelektronisches Bauelement (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das optoelektronische Bauelement (30) eine lichtemittierende Diode (30.2) ist.

18. Optoelektronisches Bauelement (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, aufweisend eine Beschichtung, welche auf der Deckschicht angeordnet ist, wobei die Beschichtung hydrophobe oder hydrophile Eigenschaften aufweist.

19. Optoelektronisches Modul (41), aufweisend zumindest zwei optoelektronische Bauelemente (30) nach einem der vorgenannten Ansprüche.

20. Optoelektronisches Modul (41) nach Anspruch 19, wobei die Deckschicht (32) als einschichtige oder mehrschichtige Deckschicht (32) ausgebildet ist, die sich über das optoelektronische Modul (41) erstreckt.

21. Optoelektronisches Modul (41) nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Deckschicht (32) als einschichtige oder mehrschichtige Deckschicht (32) ausgebildet ist, die sich über das optoelektronische Modul (41) erstreckt.

22. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelementes (30, insbesondere nach einem Ansprüche 1 bis 18, mit den folgenden Schritten:

(a) Bereitstellen einer ersten abschließenden Schicht, die eine innere Oberfläche (43) aufweist,

(b) Aufbringen einer funktionalen Schicht, vorzugsweise eine optoelektronisch aktive Schicht oder eine Kontaktierungsschicht, auf zumindest einen Teilbereich der inneren Oberfläche (43) der ersten abschließenden Schicht,

(c) Aufbringen einer zweiten abschließenden Schicht auf zumindest einen Teilbereich der funktionalen Schicht, wobei die erste oder die zweite abschließende Schicht als Deckschicht (32) des optoelektronischen Bauelements (30) ausgebildet ist, wobei die Deckschicht (30) eine äußere Oberfläche (42) und eine innere Oberfläche (43) aufweist, wobei die äußere Oberfläche (42) und/oder die innere Oberfläche (43) der Deckschicht (32) aus einem strukturierten (28) und einem unstrukturierten Bereich (29) gebildet ist, oder wobei die äußere Oberfläche (42) und/oder die innere Oberfläche (43) der Deckschicht (32) im Anschluss an Schritt (c) derart strukturiert wird, dass diese aus einem strukturierten (28) und einen unstrukturierten Bereich (29) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass wobei der strukturierte Bereich (28) eine erste periodische Punktstruktur aufweist, wobei die erste Punktstruktur aus zumindest einem ersten Interferenzpixel (10) mit einer ersten Interferenzperiode (pi) gebildet ist, wobei das erste Interferenzpixel (10) ein periodisches Gitter von zumindest drei Zapfen (46) oder inversen Zapfen (14) aufweist, wobei die erste Interferenzperiode (pi) der ersten periodischen Punktstruktur im Bereich von 50 nm bis 50 pm liegt. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die periodische Punktstruktur durch ein Laserstrukturapplikationsverfahren erzeugt wird. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, direkte Laserinterferenzstrukturierung erzeugt wird, wobei die erste periodische Punktstruktur durch das Überlagern von zumindest drei Laserstrahlen erzeugt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei die periodische Punktstruktur zunächst mittels eines Laserinterferenzverfahrens auf einer Negativform erzeugt und mittels der Negativform auf der Deckschicht (32) aufgebracht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei bei dem Laserinterferenzverfahren Teilstrahlen mittels eines Strahlteilerelementes (2) erzeugt werden und die Interferenzperiode (p) eines Interferenzpixels, vorzugsweise die erste Interferenzperiode (pi) des ersten Interferenzpixels (10), mittels eines Verschiebens des Strahlteilerelementes (2) stufenlos eingestellt wird, wobei vorzugsweise die weiteren optischen Elemente fixiert sind. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, wobei die periodische Punktstruktur innerhalb eines Interferenzpixels durch Applizieren eines einzelnen Laserpulses mittels Einfachbestrahlung, erzeugt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27, wobei mittels einer Mehrfachbestrahlung eines Interferenzpixels mit identischen Verfahrensparametern eine hierarchische Struktur mit einer in den Zapfen (46) oder inversen Zapfen (14) angeordneten Linienstruktur erzeugt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28 oder Anspruch 24, wobei mittels einer Mehrfachbestrahlung mit variierten Verfahrensparametern eine der ersten periodischen Struktur überlagerte, periodische Linien- und/ oder Punktstruktur erzeugt wird. Verwendung eines Substrates (5) als Deckschicht für ein optoelektronisches Bauelement, wobei das Substrat (5) eine äußere Oberfläche (42) und eine innere Oberfläche (43) aufweist, wobei das Substrat (5) zumindest teiltransparent ausgebildet ist, wobei die äußere Oberfläche (42) und/oder innere Oberfläche (43) des Substrates (5) aus einem strukturierten (28) und einem unstrukturierten Bereich (29) gebildet ist, wobei der strukturierte Bereich (28) eine erste periodische Punktstruktur aufweist, wobei die erste Punktstruktur aus zumindest einem ersten Interferenzpixel (10) mit einer ersten Interferenzperiode (pi) gebildet ist, wobei das erste Interferenzpixel (10) ein periodisches Gitter von zumindest drei Zapfen (46) oder inversen Zapfen (14) aufweist, und wobei die erste Interferenzperiode (pi) der ersten periodischen Punktstruktur im Bereich von 50 nm bis 50 pm liegt.