DE102018132342A1

DE102018132342A1 - Stabilisierung laserstrukturierter organischer Photovoltaik

Info

Publication number: DE102018132342A1
Application number: DE102018132342.5A
Authority: DE
Inventors: Ulrike Bewersdorff-Sarlette; Martin Pfeiffer-Jacob
Original assignee: Heliatek GmbH
Current assignee: Heliatek GmbH
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2020-06-18
Also published as: WO2020119865A2; US20220310949A1; CN113261125A; EP3895225A2; WO2020119865A3; JP2022513232A; KR20210102298A

Abstract

Bei der Laserstrukturierung organischer photovoltaischer Bauelemente entstehen Aufwürfe, die die Höhe des Schichtstapels um ein Mehrfaches überragen können. Die Erfindung beschreibt eine Technologie zur Stabilisierung der laserstrukturierten Aufwürfe, damit eine weitere Verarbeitung des Halbfabrikats möglich ist, und dessen Einbindung in eine anschließende Verkapselung des OPV-Bauelements.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Stabilisierung der Aufwürfe einer laserstrukturierten organischen Photovoltaik (OPV), und eine Stabilisierungsschicht für laserstrukturierte organische Photovoltaik.
Stand der Technik
Organische Photovoltaik-Module bestehen aus einem auf einem Substrat aufgebrachten Stack umfassend zwei Elektroden, wobei die eine Elektrode auf dem Substrat und die andere als Gegenelektrode substratfern aufgebracht sind. Zwischen den beiden Elektroden befindet sich ein organischer Schichtstapel. Die organischen Photovoltaik-Module können beispielsweise durch Verdampfen der Materialien, durch Drucken von Polymeren oder durch Prozessieren aus Flüssigkeiten hergestellt werden. Der prinzipielle Aufbau organischer photoaktiver Bauelemente ist beispielsweise in WO 2004 083 958 oder WO 2011 138 021 offengelegt.
Die Erfinder verstehen unter small molecules (in Deutsch: kleine Moleküle) Absorbermaterialien, die eine wohl definierte Anzahl von Monomeren, typischerweise kleiner zehn, umfassen und eine wohldefinierte Masse aufweisen, typischerweise von weniger als 1500g/mol, bevorzugt kleiner als 1200g/mol, und frei von undefinierten, möglicherweise reaktiven Gruppen am Ende der Molekülkette, wie sie als Nebenprodukt einer Polymerisations-Kettenreaktion in Polymeren vorliegen können, sind. Vorteile dieser Absorbermaterialien auf der Basis kleiner Moleküle sind eine Verdampfbarkeit im Vakuum und damit eine verbundene Möglichkeit der Reinigung durch Gradientensublimation. Damit besteht die Möglichkeit beliebig komplexe Multischichtsysteme durch sequentielles Verdampfen verschiedener und reiner Materialien herzustellen. Diese Absorbermaterialien ermöglichen weiterhin photoaktive Heteroübergänge (beispielsweise bulc-heterojunction).
Eine photoaktive Schicht in einem Schichtstapel einer Zelle kann nur ein Akzeptor- oder nur ein Donor-Absorbermaterial umfassen oder auch eine Kombination mehrerer Absorbermaterialien unterschiedlichen und/oder gleichen Typs umfassen, und tragen zur Bildung der Excitonen bei. Weiterhin können den Absorberschichten Materialien zugesetzt werden, um die Absorptionseigenschaften zu verbessern.
Weiterhin kann der organische Schichtstapel zwischen den Elektroden nicht nur aus photoaktiven (Absorber)schichten bestehen. Sondern es können in den Schichtstapel auch weitere Schichten, beispielsweise Transportschichten, vorzugsweise dotierte Transportschichten zwischen einzelnen photoaktiven (Absorber-)Schichten/ (Absorber-)Schichtsystemen und zwischen einem organischen photoaktiven (Absorber-)Schichtystem und den Elektroden, eingebracht sein, um Mehrzellensysteme aufzubauen. Dadurch ist es möglich, die photoaktiven Schichten optimal in Bezug auf die Feldstärkeverteilung des optischen Feldes anzuordnen.
Organische Photovoltaik-Module (organische Solarzellen oder organische Photodetektoren) zeigen eine stark verminderte Lebensdauer durch direkten Kontakt mit Luft und/oder Sauerstoff und/oder Wasser und müssen daher hinreichend durch eine Verkapselung geschützt werden. Die Verkapselung kann durch Barrierefolien oder durch eine Direktverkapselung ausgeführt werden.
Laserprozessierte organische Photovoltaik-Module werden mittels Laserprozessen strukturiert. Dieses Verfahren wird/kann vor allem im Rolle-zu-Rolle-Verfahren verwendet/verwendet werden, einmal zur Verschaltung individueller Solarzellen-Streifen auf einem Modul, als auch zur elektrischen Trennung von Solarmodulen. Die Verschaltung von organischen photovoltaischen Streifen zu einem Modul kann durch Laserverschaltung (P1, P2, P3, P4) realisiert werden, dieses Prinzip ist beispielsweise in DE 10 2016 118 177 A1 beschrieben.
Dadurch entstehen vor allem bei der Strukturierung der Elektroden Aufwürfe, sogenannte laser scribes, die die Höhe des Schichtstapels der flachen Topologie eines Stacks eines organischen photovoltaischen Modules um ein Vielfaches übersteigen können. Es wurden schon Auswürfe mit einer Höhe von über 2 µm bei einer Dicke eines organischen Schichtstapels von ca. 100 bis 400 nm gemessen. Diese können bei einem Aufwickeln des Moduls ohne eine abdeckende Schicht das Modul beschädigen, oder bei einer anschließenden Verkapselung werden die organischen Schichten durch die verwendeten Kleber beschädigt.
DE 10 2015 116 418 A1 schlägt das Drucken einer UV-vernetzten Schicht als Wickelschutzschicht vor, wobei die Schicht silikonbasierend und flüssig aufgetragen wird, um im Rahmen weiterer Verfahrensschritte, beispielsweise beim Aufwickeln des Moduls, das Verursachen von Kurzschlüssen durch ein Um- oder Einklappen der Aufwürfe zu verhindern.
Zusammenfassung der Erfindung
Nachteile im Stand der Technik
Die in DE 10 2015 116 418 A1 vorgeschlagene gedruckte UV-vernetzte Schicht kann auch nach der Vernetzung noch ausgasen, dadurch kann die Haftung der anschließenden Verkapselung beeinträchtigt werden. Weiterhin wurde vereinzelt ein Ablösen der Gegenelektrode beobachtet. Außerdem ist das Aufbringen von flüssigen Materialien auf den darunterliegenden, organischen Stack nicht günstig, da diese die Organik, d.h. den organischen Schichtstapel, der zwischen den Elektroden angeordnet ist, angreifen können, was zu einer Reduzierung der Lebensdauer der organischen Solarzelle und der Performance führt.
Im Rolle-zu-Rolle-Verfahren zur Herstellung von großflächigen Modulen reicht eine einfache Abdeckung der Organik, wie diese bei kleinen Laborproben verwendet wird, nicht aus, weil dadurch Kurzschlüsse entstehen können.
Technische Aufgabe
Das der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende technische Problem bestand darin, Aufwürfe, entstanden durch Laserstrukturierung der einzelnen Schichten der Solarzelle, einerseits zu stabilisieren, um eine Versiegelung bzw. dichte Umschließung mittels einer dünnen Schicht zu ermöglichen, die die im Stand der Technik festgestellten Nachteile beseitigt und andererseits in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren integriert werden kann. Die Einsatzmöglichkeit ist vor allem bei OPV auf der Basis kleiner Moleküle wichtig. Nach dem Aufbringen dieser Schicht kann dann auf eine glatte Oberfläche eine Verkapselung aufgebracht werden. Wünschenswert ermöglicht die Schicht für sich allein ein Aufwickeln des Halbfabrikats; und wirkt sich nicht schädlich auf ein späteres Auf- und Abwickeln des Endfabrikats aus.
Die Erfinder verstehen unter einem Halbfabrikat ein OPV-Modul, das noch nicht verkapselt ist. Das Endfabrikat ist verkapselt und mit den notwendigen Anschlüssen für einen Betrieb ausgestattet.
Offenbarung und Vorteile der Erfindung
Das technische Problem zur Stabilisierung der durch Laserprozessierung entstandenen Aufwürfe wird durch eine Stabilisierungsschicht auf der Basis eines nanoporösen Plasma-Polymers, wie beispielsweise SiOCH,gelöst.
Nanoporöse Materialien bestehen aus einem regelmäßigen Gerüst, das eine regelmäßige poröse Struktur besitzt. Die Größe der Poren liegt im Nanometerbereich. Sie werden gemäß IUPAC in drei Gruppen unterteilt: mikroporöse Materialien mit einer Größe < 2 nm, mesoporöse Materialien mit einer Größe von 2 bis 50 nm und makroporöse Materialien mit einer Größe von über 50 nm.
Auf diese Stabilisierungsschicht kann dann die Verkapselung aufgebracht werden, ggf. ist für eine Verkapselung eine vorherige Planarisierung notwendig.
Das Aufbringen der SiOCH Schicht kann mittels plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) Verfahren, wie beispielsweiseHohl-Kathoden gestütztem PECVD (arcPECVD) Verfahren, über einen HMDSO-Precursor oder bis-trimethylsilymethane (BTMSM) Precursor oder Tetraethylorthosilicate (TEOS) Precurser oder tetramethylsilane (TMS) Precurser oder hexamethyldisilazane (HMDSN) Precurser (weitere Precursor (Vorstufenmaterialien) sind denkbar) abgeschieden werden.
Aus dem Bereich der Herstellung zur Verkapselung von OLEDs (organic light emitting diode = organische Leuchtdiode) ist die Verwendung des Mikrowellen-PECVD-Verfahren bekannt. Bei der Herstellung der OLEDs ist keine Laserstrukturierung der Schichten notwendig und bekannt, damit ergibt sich bei OLEDs eine flache Topologie, und es kann die Verkapselung, beispielsweide durch eine Dünnschichtverkapselung (thin film encapsulation = TFE), die durch eine Mikrowellen-PECVD Abscheidung erfolgt, direkt realisiert werden. Bei der Herstellung von OLEDs wird als eines der Barriere-Materialien ein Plasma-Polymer vorgeschlagen, dass eine niedrige dielektrischer Konstante k (low-k material) besitzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich zu dem im OLED-Bereich genutzten Mirkowellen-PECVD-Verfahren, das vorrangig oxidischer Natur ist und den Organikanteil einer Schicht beeinflusst, durch die Nutzung einer Gleichstromquelle. Dadurch können erfindungsgemäß auch dickere Schichten, bis zu 500°nm, als bei einer SiN-Direktverkapselung, die typischerweise ca. 100°nm dick ist, abgeschieden werden.
Für den Einsatz der Schicht zur Stabilisierung der laserstrukturierten Aufwürfe, ist es besonders wichtig, dass diese Schicht nanoporöse Eigenschaften aufweist, damit die Stabilisierungsschicht im weiteren Herstellungsprozess auch aufgewickelt werden kann. Die im Stand der Technik bekannten Parameter zur Herstellung führen nicht zu einer nanoporösen, flexiblen Schicht, sondern eher zu einer sehr stabilen und unflexiblen Schicht. Nur durch umfangreiche Untersuchungen und Anpassungen der Parameter konnte eine nanoporöse, flexible Schicht hergestellt werden, die die Nachteile im Stand der Technik beseitigt.
SiOCH ist ein Siliziumoxid (SiOx), das mittels eines Kohlenstoff-Anteil organische Eigenschaften erhält, d.h. es kommt durch den Kohlenstoff-Anteil zu einer Beeinflussung des chemischen Gefüges und der polymerartigen, teilvernetzten Kettenstruktur. Das Material ist elastischer und flexibler als SiOx, es handelt sich um ein nanoporöses Material, das flexible und elastische Eigenschaften aufweist.
Das technische Problem zur Stabilisierung und Verkapselung der laserstrukturierten Aufwürfe (A. B) wird gelöst, durch das Aufbringen einer Plasma-Polymer-Schicht und einer anschließenden Verkapselung , das die folgenden Schritte umfasst:

1. Bereitstellung einer laserstrukturierter PV auf einem Substrat inkl. Strukturierung mindestens des organischen Stacks und der Substratelektrode,
2. Aufbringen einer Stabilisierungsschicht,
3. Aufbringen einer optionalen Planarisierungsschicht,
4. Aufbringen einer Verkapselung.

Die Bereitstellung der laserstrukturierten PV beinhaltet mindestens die folgenden Schritte:

1. Bereitstellung eines Substrats (1),
2. Aufbringen der Substratelektrode und Strukturierung der Substratelektrode
3. Aufbringen der Schichten der organischen Solarzelle umfassend Transportschichten und photoaktiven Absorberschichten inklusive Strukturierung des organischen Schichtstapels.

Idealerweise umfasst die Stabilisierungsschicht ein SiOCH-Material, oder ein SiOCH-ähnliches Material, das nanoporöse Eigenschaften besitzt.
Dadurch erfolgt die Bereitstellung einer Stabilisierung der laserstrukturierten Aufwürfe als „Vorverkapselung der laserstrukturierten OPV“ für eine spätere Verkapselung.
Der Einsatz eines anderen Plasma-Polymers ist möglich, wenn dieses zu keiner Beeinflussung (Schädigung, Abfall der Lebensdauer) der Organik des photovoltaischen Moduls, ein transparentes langzeitstabiles Material ist und eine ausreichende mechanische Stabilität, d.h. Haftung und Flexibilität bzw. thermische Ausdehnung aufweist, so dass kein zusätzlicher Stress durch unterschiedliche Ausdehnung der verschiedenen Materialien (Organik und Stabilisierungsschicht) auftritt.
Idealerweise realisiert die Stabilisierungsschicht bei einer nachfolgenden Verkapselung des kompletten Moduls mit Barrierefolien und Klebstoffen einen Schutzes des organischen Stacks der Solarzelle vor ungewollter Wechselwirkung mit dem Kleber der Barrierefolie.
Idealerweise ermöglicht die Stabilisierungsschich ein Auf- und Abwickeln während der späteren Prozessschritte zur Herstellung des Endfabrikats im Rolle-zu-Rolle-Prozess und/oder während des Aufrollen des Endfabrikats
Vorteile der Erfindung
Durch die Lösung des technischen Problems wurde eine Stabilisierung der laserprozessierten Aufwürfe des organischen Stacks bereitgestellt, das anschließend verkapselt werden kann. Dadurch kommt es

a) zur Verhinderung von Kurzschlüssen durch ein Um- oder Einklappen der Aufwürfe nach der Laserstrukturierung,
b) zur Bereitstellung einer geschlossenen planaren Topologie, um die anschließende Verkapselung auf die für das Verkapselungsverfahren notwendige planare Topologie aufzubringen zu können, beispielsweise eine Dünnschichtverkapselung.
c) zur Ermöglichung eines Auf- und Abwickeln während des Rolle-zu-Rolle-Prozess, beispielsweise nach dem Aufbringen der Stabilisierungs- und optionalen Planarisierungsschicht, durch die Gewährleistung eines ausreichenden mechanischen Schutzes der organischen Solarzelle, und
d) Bei einer nachfolgenden Verkapselung des kompletten Moduls mit Barrierefolien und Klebstoffen führt die erfindungsgemäße Stabilisierungsschicht noch zu einem besseren Schutz des organischen Stacks der Solarzelle vor ungewollter Wechselwirkung mit dem Kleber der Barrierefolie.

Durch die Verwendung der Hohl-Kathoden-Abscheidung PECVD-Verfahrens und der dadurch abgeschiedenen SiOCH-Schicht(en) wird eine bessere elastischere Struktur als bei Verwendung von Silizium-Nitrid-Barriere-Schichten (SiN) erreicht, auch bei höhere Schichtdicken, die zur Abdeckung der laserstrukturierten Aufwürfe notwendig sind. Weiterhin wird dadurch auch eine Wasserdampfbarriere erreicht, die einen besseren Schutz vor Wasserdampf während der nächsten Prozessschritte ermöglicht.
Figurenliste

1 zeigt beispielhaft die Topographie laserstrukturierter organischer Solarzellen mit den Aufwürfen (A) (und (B)), die es gilt für eine Verkapselung zu stabilisieren und zu planarisieren, inklusive der erfindungsgemäßen Stabilisierungsschicht (5), einer optionalen Planarisierungsschicht (6) und einer Verkapselung (7).
2 bis 5 verdeutlicht die Größe der laserstrukturierten Aufwürfe im Verhältnis zur Stabilisierungsschicht (5), und der optionalen Planarisierungsschicht (6) und der Verkapselung (7)
6 zeigt experimentelle physikalische Ergebnisse von laserstrukturierter OPV mit und ohne Stabilisierungsschicht.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Herstellung von organischen Solarmodulen im Rolle-zu-Rolle-Verfahren erfolgt durch die Bereitstellung eines Substrats auf das die erste Elektrode mit anschließender Strukturierung aufgebracht wird, den zwischen der ersten und der zweiten Elektrode aufgebrachten organischen Schichtstapel, umfassend sowohl Absorberals auch (teil-)dotierte und undotierte Transportschichten und auf den anschließend die zweite Elektrode (Gegen-Elektrode) aufgebracht wird.
Erfindungsgemäß wird auf den oben beschriebenen Schichtstapel eine Stabilisierungsschicht auf Basis eines nanoporösen Plasma-Polymers zum Schutz der laserstrukturierten Aufwürfe aufgebracht.
Die Stabilisierung erfolgt zur Vorbereitung einer anschließenden Verkapselung durch ein Verfahren, dass die folgenden Arbeitsschritte umfasst:

a) Bereitstellung des organischen Stacks der Solarzelle mit P3-Strukturierung
b) Aufbringen der Stabilisierungsschicht (5) und anschließendes Aufbringen der Verkapselung (7).

Die Stabilisierungsschicht (5) umfasst ein nanoporöse Plasma-Polymer umfassend mindestens einen Precurser ausgewählt aus der Gruppe Tetramethylsilan (TMS), Hexamethyldisiloxan (HMDSO), Tetraethylorthosilikat (TEOS), Hexamethyldisilazan (HMDSN), Silan (SiH₄), Triethoxysilane (TriEOS), Tetramethoxysilane (TMOS), und Trimethoxysilane (TriMOS).
Die Stabilisierungsschicht (5) hat gemäß einer Ausführungsform eine die Dicke größer als 100 nm, bevorzugt größer als 150 nm,.besonders bevorzugt größer als 200 nm, sehr besonders bevorzugt größer als 300 nm ist.
Die Stabilisierungsschicht (5) umfasst gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform mindestens 2at% Si oder Ti und mindestens 2 at% O oder N und mindestens 2at% C enthält
Die Stabilisierungsschicht (5) umfasst gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einen Kohlenstoffanteil größer als 15 at%, bevorzugt größer als 20%, besonders bevorzugt größer als 25 at%
Gemäß einer Ausführungsform ist die Stabilisierungsschicht (5) als Gradient ausgebildet, wobei der Kohlenstoffgehalt über die Dicke der Schicht um mindestens 2at%, bevorzugt um mindestens 4at%, besonders bevorzugt um größer als 6 at% variiert.
Während der Herstellung des nanoporösen Plasma-Polymers wird ein Reaktionsgas ausgewählt aus Stickstoff und/oder Sauerstoff verwendet.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Stabilisierungsschicht ein SiOCH-ähnliches Material, beispielsweise SiONCH, SiNCH.
Diese werden durch die Verwendung von Precursern ausgewählt aus der oben genannten Gruppe hergestellt, in Verbindung mit Stickstoff als Reaktionsgas.
Weiterhin/alternativ kann eine titanhaltige Schicht als Stabilisierungsschicht verwendet werden. Diese kann unter Verwendung von titanhaltigen Monomere, z.B. Titanpropoxid oder Tetraisopropoylorthotitanat (TIPT) oder TiCl₄, hergestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird als Stabilisierungsschicht Tetramethyaluminum vorgeschlagen, dass durch die Verwendung von Al₂O₃ in Verbindung mit N₂O hergestellt werden kann.
Weiterhin wird während der Herstellung ein Inertgas, beispielsweise Argon, Xenon, Neon verwendet.
In umfangreichen Untersuchungen haben die Erfinder die Parameter für Herstellung der Stabilisierungsschicht angepasst. Im ungünstigten Fall erhält man bei der Verwendung von denen im Stand der Technik benannten Parametern eine Stabilisierungsschicht, die so fest ist, dass sie zu einem Ablösen der Elektrode von dem organischen Stack führt.
Erfindungsgemäß ist der Anteil des Reaktionsgases zum Gesamt-Volumen von Precursers und Reaktionsgases größer als 4 Vol% ist, bevorzugt größer als 6 Vol%, und ist kleiner als 20 Vol%, bevorzugt kleiner als 10 Vol%. Im Falle von zu geringen Verhältnissen wird die Schichtspannung der Stabilisierungsschicht zu groß.
Erfindungsgemäß ist der Beschichtungsdruck kleiner als 50 Pa, bevorzugt kleiner als 10 Pa, besonders bevorzugt kleiner als 5 Pa.
Erfindungsgemäß ist die Plasmaleistung je sccm Prekurser-Monomer nicht größer als 100 W, bevorzugt liegt die Plasmaleistung in einem Bereich zwischen 30 und 80 W, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 40 und 50 W.
Die anschließende Verkapselung (7) kann durch Barrierefolien oder eine Direktverkapselung ausgeführt werden. Dieses kann durch bekannte Verfahren realisiert werden.
Bei sehr großen Auswürfen, ist es unter Umständen notwendig, nach der Stabilisierung eine Planarisierungsschicht aufzubringen, damit dann auf einer planaren Fläche die Verkapselung erfolgen kann.
Die Planarisierungschicht (6) kann beispielsweise durch das Aufbringen wie in der DE 10 2015 116 418 A1 vorgeschlagene gedruckte UV-vernetzte Schicht erfolgen oder durch ein anderes Material, wodurch eine planare Oberfläche bereitgestellt werden kann.
Bei einer Verkapselung mit einer Direktverkapselung, kann es sinnvoll sein, andere Prekurser zu verwenden. Dadurch kann die größe der Poren variiert werden. Die Verkapselung des Moduls kann weiterhin auch mit mindestens einer PECVD_Schicht oder ALD (atomic layer deposition)-Schicht erfolgen.
Ausführungsbeispiele
Die Herstellung der möglichen Ausführungsbeispiele beinhaltet die Herstellung der organischen Solarzelle umfassend organische Schichten beinhaltend Materialien auf der Basis kleiner Moleküle in einer Rolle-zu-Rolle Beschichtungsanlage.
Ausführungsbeispiel 1
Das Solarmodul zeichnet sich durch eine SiOCH-Abscheidung inklusive Ein- und Auswickeln aus und umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

1. Herstellung der organischen Solarzelle in einer Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsanlage bis einschließlich Katoden-Abscheidung, anschließend aufwickeln der Solarfolie
2. Transfer unter Stickstoff-Atmosphäre in eine andere Rolle-zu-Rolle PECVD-Anlage, die mit geringerem Druck betrieben werden kann.
3. Auswickeln der Solarfolie und P3-Laser-Strukturierung
4. Abscheidung einer Planarisierungsschicht als Wickelschutzschicht
5. Verkapselung mit Barrierefolien

Ausführungsbeispiel 2
Das Solarmodul zeichnet sich durch eine SiOCH-Abscheidung ohne Ein- und Auswickeln aus und umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

1. Herstellung der organischen Solarzelle in einer Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsanlage bis einschließlich Katoden-Abscheidung und P3-Laserstrukturierung
2. Anschließend Abscheidung einer Planarisierungsschicht in einer integrierten PECVD-Anlage/Kammer (Achtung: Druckregulierung nötig!)
3. Verkapselung anschließend mit Barrierefolien

6 zeigt die normierte Effizienz einer Lebensdauer-Untersuchung organischen Tandem Solarzellen (opake bzw. transparente Solarzelle) mit einer SiOCH Stabilisierungsschicht im Vergleich zur aktuellen Anordnung ohne SiOCH-Stabilisierungsschicht, wobei als Verkapselung eine Barriereschicht (Barrierefolie) mit verschiedenen Klebstoffen (Epoxid vs. Akryl) verwendet werden. Die einzelnen Linien repräsentieren jeweils: • mit Stabilisierungsschicht und anschließende Verkapselung mit Barrierefolie mit Epoxid-Kleber (gefüllter Kreis); ▲ ohne Stabilisierungsschicht und anschließende Verkapselung mit Barrierefolie mit Epoxid-Kleber (gefülltes Dreieck) ; ○ mit Stabilisierungsschicht und anschließende Verkapselung mit Barrierefolie mit Acryl-Kleber (leerer Kreis); bzw. ▲ ohne Stabilisierungsschicht und anschließende Verkapselung mit Barrierefolie mit Acryl-Kleber (leeres Dreieck).
Die Lebensdauer ist in beiden Fällen (mit bzw. ohne Stabilisierungsschicht) dieselbe, bzw. leicht verbessert mit Epoxid-Klebstoff.
Ausführungsbeispiel 3
Das Solarmodul scheidet sich durch eine SiOCH-Abscheidung im Gesamt-Prozess-Dünnschichtverkapselung aus inklusive Ein- und Abwickeln und umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

1. Herstellung der organischen Solarzelle in einer Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsanlage bis einschließlich Katoden-Abscheidung, anschließend aufwickeln der Solarfolie
2. Transfer unter Stickstoff in andere PECVD-Anlage, die mit geringerem Druck betrieben werden kann.
3. Auswickeln der Solarfolie und P3-Laser-Strukturierung
4. Abscheidung der Planarisierungsschicht und der Barriere-Schicht bzw. eines entsprechenden Barriere-Schichtstapels

Ausführungsbeispiel 4
Das Solarmodul scheidet sich durch eine SiOCH-Abscheidung im Gesamt-Prozess-Dünnschichtverkapselung aus inklusive Ein- und Abwickeln und umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

1. Herstellung der organischen Solarzelle in einer Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsanlage bis einschließlich Katoden-Abscheidung und P3-Laserstrukturierung
2. Anschließend Abscheidung einer Planarisierungsschicht in einer integrierten PECVD-Anlage/Kammer (Achtung: Druckregulierung nötig!) und der Barriere-Verkapselungsschicht bzw. eines entsprechende Barriere-Schichtstapel

Bezugszeichenliste

1: Substrat
2: Erste Elektrode / Substratelektrode
3: Organik
4: Zweite Elektrode / Gegenelektrode
5: Stabilisierungsschicht
6: Planarisierungsschicht
7: Verkapselung
P3, P4: P3, P4 - Laserstrukturierung
A, B: Aufwürfe durch die Laserstrukturierung der Gegenelektrode und des Strukturierung der OPV

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2004083958 [0002]
WO 2011138021 [0002]
DE 102016118177 A1 [0006]
DE 102015116418 A1 [0008, 0009, 0050]

Claims

Stabilisierungsschicht (5) zur Stabilisierung der laserprozessierten Aufwürfe (A) einer laserstrukturierte OPV beinhaltend ein Material, dass durch mindestens einen Precurser gebildet wird, der ausgewählt ist aus der Gruppe Tetramethylsilan (TMS), Hexamethyldisiloxan (HMDSO), Tetraethylorthosilikat (TEOS), Hexamethyldisilazan (HMDSN), Silan (SiH₄), Triethoxysilane (TriEOS), Tetramethoxysilane (TMOS), und Trimethoxysilane (TriMOS), dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht nanoporöse, flexible Eigenschaften besitzt.
Stabilisierungsschicht (5) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke dieser Schicht größer als 100 nm, bevorzugt größer als 150 nm,.besonders bevorzugt größer als 200 nm, sehr besonders bevorzugt größer als 300 nm ist.
Stabilisierungsschicht (5) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens Si oder Ti und O oder N und C enthält, vorzugsweise jeweils mehr als 2 at%.
Stabilisierungsschicht (5) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffanteil größer als 15 at%, bevorzugt größer als 20%, besonders bevorzugt größer als 25 at% beträgt.
Stabilisierungsschicht (5) gemäß einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffgehalt als Gradient über die Dicke der Schicht um mindestens 2at%, bevorzugt um mindestens 4at%, besonders bevorzugt um größer als 6 at% variiert.
Verfahren zur Stabilisierung und Verkapselung laserstrukturierter PV umfassend die folgenden Schritte: a. Bereitstellung laserstrukturierter PV inkl. Strukturierung mindestens des organischen Stacks (3) und der Substratelektrode (2) auf einem Substrat (1), b. Aufbringen einer Stabilisierungsschicht (5), c. Aufbringen einer optionalen Planarisierungsschicht (6) und d. Aufbringen der Verkapselung (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsschicht (5) in einem PECVD-Verfahren aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dass die Strukturierung der Gegenelektrode (4) im Schritt a) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dass die Strukturierung der Gegenelektrode (4) zwischen den Schritten b) und c) erfolgt, wobei nach der Strukturierung der Gegenelektrode (4) eine weitere Stabilisierungsschicht (5) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dass die Strukturierung der Gegenelektrode (4) direkt im Anschluss des Schrittes c) erfolgt und vor dem Schritt d) eine weitere Stabilisierungsschicht (5) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsschicht (5) in einem Hohl-Kathoden-Verfahren oder in einem Magnetron-PECVD aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Stabilisierungsschicht (5) gebildet wird durch die Verwendung eines oder mehrerer Precurser ausgewählt aus der Gruppe Tetramethylsilan (TMS), Hexamethyldisiloxan (HMDSO), Tetraethylorthosilikat (TEOS), Hexamethyldisilazan (HMDSN), Silan (SiH₄), Triethoxysilane (TriEOS), Tetramethoxysilane (TMOS), und Trimethoxysilane (TriMOS). b. unter Verwendung eines Reaktionsgases ausgewählt aus Stickstoff oder Sauerstoff.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsdruck kleiner als 50 Pa beträgt, bevorzugt kleiner als 10 Pa, besonders bevorzugt kleiner als 5 Pa beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Anteil des Reaktionsgases zum Gesamt-Volumen von Precursers und Reaktionsgases größer als 4 Vol% ist, bevorzugt größer als 6 Vol%, und kleiner als 10 Vol % ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Anteil des Inertgases zum Gesamt-Volumen von Precursers, Reaktionsgas- und Inertgas nicht größer als ZZZ Vol% ist, bevorzugt kleiner als ZZZZ Vol%, und besonders bevorzugt kleiner als ZZZ Vol % ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaleistung je sccm Prekursers nicht größer als 100W ist, bevorzugt in einem Bereich zwischen 30 und 80 w liegt, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 40 und 50 W liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planarisierungsschicht realisiert wird durch das Drucken einer UV-vernetzte Schicht, oder durch ein (hohlkathoden-)PECVD-Verfahren unter Verwendung mindestens eines Prekursers gemäß Anspruch 12, bevorzugt unter Verwendung eines anderen Precursers als zur Herstellung der Stabilisierungsschicht (5).