Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Schichtenfolge auf einem Substrat.

Bei dem Substrat kann es sich beispielsweise um ein formstabiles oder um ein flexibles Substrat, d.h. Flächenelement, aus einem elektrisch isolierendem Material handeln.

Eine strukturierte und registerhaltige Aufbringung von partiellen Schichten auf einem Substrat ist insbesondere dann nur sehr schwierig möglich, wenn die Medien, aus welchen die entsprechende Schicht besteht, eine niedrige Viskosität besitzen, so dass die besagten niedrigviskosen Medien in unerwünschter Weise leicht verlaufen können und beispielsweise Register-Marken oder partiell auf das Substrat aufgebrachte Flächenbereiche nicht positions- und/oder größengenau dargestellt werden können. Bei den besagten Medien kann es sich bspw. um Lacke, Lösungen o. dgl. handeln. Da die Funktionsfähigkeit und Effizienz eines gesamten Schichtenaufbaus auf einem Substrat, d.h. die strukturierte Schichtenfolge, jedoch sehr stark von der Registerhaltigkeit der einzelnen strukturierten Schichten – sowie von deren exakten Flächenabmessungen – abhängt, ist es bislang schwierig, einen üblichen Weg der Schichtenapplikation zu wählen.

Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem die genannten Mängel mit einfachen Mitteln eliminiert werden und mit dem es bspw. möglich ist, preisgünstig Polymer-Solarzellen herzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1, d.h. dadurch gelöst, dass auf dem mit voneinander beabstandeten ersten Elektroden versehenen Substrat in einem ersten Verfahrensschritt an einem ersten Randabschnitt jeder ersten Elektrode eine Kontaktsperre gedruckt wird, dass in einem anschließenden zweiten Verfahrensschritt nach dem Trocknen der Kontaktsperren partiell eine Lift-Off-Lackschicht gedruckt wird, die sich von der jeweiligen Kontaktsperre über den freien Flächenbereich zwischen benachbarten ersten Elektroden bis zu dem daran angrenzenden zweiten Randbereich der benachbarten ersten Elektrode erstreckt, dass in einem anschließenden dritten Verfahrensschritt nach dem Trocknen der partiellen Lift-Off-Lackschicht das Substrat ganzflächig mit mindestens einer mindestens einlagigen Aktivschicht aus einem niedrigviskosen und leicht verlaufenden Schichtmedium bedruckt wird, und dass in einem daran anschließenden vierten Verfahrensschritt nach dem Trocknen der mindestens einen mindestens einlagigen Aktivschicht das Substrat ganzflächig mit einer ersten Metallschicht bedeckt wird, wonach die partiell gedruckte Lift-Off-Lackschicht mit den entsprechenden Flächenabschnitten der Metallschicht durch Abwaschen vom Substrat entfernt wird.

Bei den auf dem Substrat voneinander beabstandeten ersten Elektroden kann es sich um Dünnschichten, Dickschichten, Folien o. dgl. handeln. Die Kontaktsperren können durch Siebdrucken hergestellt werden. Die Kontaktsperren können beispielsweise auch in einem Walzendruckverfahren wie z.B. einem Tiefdruckverfahren realisiert werden. Das Substrat kann aus einem formstabilen oder aus einem flexiblen Material bestehen. Entsprechendes kann für die auf dem Substrat aufzubringende partielle Lift-Off-Lackschicht und für die mindestens eine mindestens einlagige Aktivschicht gelten. Auch diese können bspw. durch Siebdrucken, Tiefdrucken o. dgl. hergestellt werden. Bei der mindestens einen Aktivschicht kann es sich um ein Halbleitermaterial handeln, wenn mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise Solarzellen realisiert werden sollen. Die das Substrat ganzflächig bedeckende erste Metallschicht kann z.B. als Dünnschicht durch Kathodenzerstäubung, Vakuumbedampfung o. dgl. realisiert sein.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nach dem Entfernen der partiell gedruckten Lift-Off-Lackschicht auf dem Substrat eine zweite Metallschicht vorgesehen werden, die derartig strukturiert ist/wird, dass sie die jeweilige erste Metallschicht über die zugehörige Kontaktsperre und den daran anschließenden freien Flächenbereich zwischen benachbarten ersten Elektroden mit dem daran anschließenden zweiten Randbereich der benachbarten ersten Elektrode, von der auf dieser ersten Elektrode vorgesehenen, mindestens einen mindestens einlagigen Aktivschicht und der ersten Metallschicht beabstandet, elektrisch leitend verbindet. Auf diese Weise ergibt sich durch die strukturierte zweite Metallschicht eine Reihenschaltung der Einzelzellen, die jeweils durch eine erste Elektrode, die zugehörige erste Metallschicht und die zwischen diesen befindliche mindestens eine Aktivschicht gebildet sind. Handelt es sich bei der mindestens einen Aktivschicht um eine Halbleiterschicht zur Realisierung von Polymersolarzellenelementen, so ergibt sich durch die besagte Reihenschaltung eine Summierung der elektrischen Spannungen der Einzelzellen. Bei Polymersolarzellenelementen kommen als Aktivschichten z.B. eine PE DOT/PSS (Poly (3,4-ethylendioxthiophen) poly(styrenesulfonat))-Schicht und ein SC(semiconductor)-Schicht zur Anwendung, wobei es sich versteht, dass die Aktivschichten hierauf nicht beschränkt sind.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass vor dem Entfernen der partiell gedruckten Lift-Off-Lackschicht die erste Metallschicht im Bereich zwischen den partiell gedruckten Lift-Off-Lackschichten mit einer Resistschicht versehen wird. Bei einer derartigen Verfahrensweise wird die Resistschicht nach dem Entfernen der partiell gedruckten Lift-Off-Lackschicht wieder entfernt. Nach dem Entfernen der Resistschicht wird auf dem Substrat dann eine zweite Metallschicht vorgesehen, die derartig strukturiert ist/wird, dass sie die jeweilige erste Metallschicht über die zugehörige Kontaktsperre und den daran anschließenden freien Flächenbereich zwischen benachbarten ersten Elektroden mit dem daran anschließenden zweiten Randbereich der benachbarten ersten Elektrode, von der auf dieser ersten Elektrode vorgesehenen mindestens einen mindestens einlagigen Aktivschicht und der auf dieser vorgesehenen ersten Metallschicht beabstandet, elektrisch leitend verbindet. Auch auf diese Weise ergibt sich wiederum eine Reihenschaltung einzelner Zellen.

Zum Schutz des erfindungsgemäß hergestellten Schichtengebildes ist es zweckmäßig, wenn nach dem Aufbringen der zweiten Metallschicht auf dem Substrat mindestens eine Decklage angebracht wird. Diese mindestens eine Decklage kann mittels einer Kleberschicht auf dem Substrat angebracht werden. Durch die mindestens eine Decklage ergibt sich ein Schutz des auf dem Substrat ausgebildeten Schichtgebildes gegen mechanische und/oder chemische Einwirkungen von außen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweiter in der Zeichnung schematisch und nicht maßstabgetreu verdeutlichter Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Schichtenfolge auf einem Substrat.

Es zeigen:

1 abschnittweise in einer Seitenansicht eine Schichtenfolge auf einem Substrat,

2 abschnittweise in einer Seitenansicht das fertige Schichtengebilde nach Durchführung weiterer Verfahrensschritte an dem Gebilde gemäß 1,

3 eine der 1 ähnliche Seitenansicht eines anderen erfindungsgemäßen Verfahrens,

4 in einer Seitenansicht einen an den Verfahrensschritt gemäß 3 anschließenden Verfahrensschritt, und

5 eine der 2 ähnliche Darstellung des fertig hergestellten Schichtengebildes gemäß den in den 3 und 4 dargestellten Verfahrensschritten.

1 verdeutlicht ein Substrat 10 aus einem elektrisch isolierenden Material. Das Substrat 10 kann formstabil ebenflächig ausgebildet sein oder aus einem flexiblen Material bestehen.

Das Substrat 10 ist an einer Hauptfläche 12 mit ersten Elektroden 14 versehen, die voneinander beabstandet sind. Die ersten Elektroden 14 können von Dünnschichten, Dickschichten, Metallfolien o. dgl. gebildet sein.

In einem ersten Verfahrensschritt werden an einem ersten Randabschnitt 16 der ersten Elektroden 14 Kontaktsperren 18 gedruckt. Nach dem Trocknen der Kontaktsperren 18 wird partiell eine Lift-Off-Lackschicht 20 gedruckt, die sich von der jeweiligen Kontaktsperre 18 bis zu dem daran angrenzenden zweiten Randbereich 22 der benachbarten ersten Elektrode 14 erstreckt und somit den freien Flächenbereich 24 zwischen benachbarten ersten Elektroden 14, d.h. zwischen der jeweiligen Kontaktstelle 18 und dem dieser zugewandten zweiten Randbereich 22 der benachbarten ersten Elektrode 14, bedeckt.

Nach dem Trocknen der partiellen Lift-Off-Lackschicht 20 wird das Substrat 10 ganzflächig mit mindestens einer mindestens einlagigen Aktivschicht 26, die aus einem niedrigviskosen, leicht verlaufenden und somit schwer zu bedruckenden Medium bestehen kann, bedeckt. Das kann durch Walzen, Drucken oder dergleichen erfolgen. Nach dem Trocknen der mindestens einen mindestens einlagigen Aktivschicht 26 wird das Substrat 10 ganzflächig mit einer ersten Metallschicht 28 bedeckt. Bei dieser Metallschicht 28 kann es sich z.B. um eine Dünnschicht handeln, die durch Kathodenzerstäubung, Vakuumbedampfen o. dgl. hergestellt wird.

In einem an das Aufbringen der ersten Metallschicht 28 anschließenden Verfahrensschritt wird die partiell gedruckte Lift-Off-Lackschicht 20 mit dem auf ihr befindlichen Flächenabschnitt der Metallschicht 28 vom Substrat 10 entfernt. Das ist in 1 durch die bogenförmigen Klammern mit Pfeil 30 schematisch verdeutlicht. Dieses Entfernen der partiell gedruckten Lift-Off-Lackschicht 20 erfolgt durch Abwaschen. Dabei wird nicht nur die partielle Lift-Off-Lackschicht 20 vom Substrat 10 entfernt, sondern auch der jeweilige auf der Lift-Off-Lackschicht 20 vorgesehene Abschnitt der mindestens einen mindestens einlagigen Aktivschicht 26 und der ersten Metallschicht 28. Auf dem Substrat 10 verbleiben dann also die voneinander beabstandeten ersten Elektroden 14, die auf den ersten Elektroden 14 vorgesehenen Flächenabschnitte der mindestens einen mindestens einlagigen Aktivschicht 26 und die auf diesen vorgesehene erste Metallschicht 28, die am ersten Randabschnitt 16 der jeweiligen ersten Elektrode 14 durch die zugehörige Kontaktsperre 18 begrenzt sind, und die gegen den zweiten Randbereich 22 der jeweiligen ersten Elektrode 14 – der Lift-Off-Lackschicht 20 entsprechend – flächig zurückgesetzt sind.

Nach dem Entfernen der partiellen Lift-Off-Lackschicht 20 vom Substrat 10 kann dann auf dem Substrat 10 eine zweite Metallschicht 32 vorgesehen werden, die derartig strukturiert ist bzw. wird, dass sie die jeweilige erste Metallschicht 28 über die zugehörige Kontaktsperre 18 und den daran anschließenden freien Flächenbereich 24 zwischen benachbarten ersten Elektroden 14 mit dem daran anschließenden zweiten Randbereich 22 der benachbarten ersten Elektrode 14, von der auf dieser ersten Elektrode 14 vorgesehenen mindestens einen mindestens einlagigen Aktivschicht 26 und der mit dieser deckungsgleich vorgesehenen ersten Metallschicht 28 beabstandet, elektrisch leitend verbindet. Diese Beabstandung ist in 2 mit A bezeichnet. Mit Hilfe der strukturierten zweiten Metallschicht 32 ergibt sich somit eine Reihenschaltung von Einzelelementen 34, die jeweils von einer ersten Elektrode 14, der zugehörigen mindestens einen mindestens einlagigen Aktivschicht 26, und der auf dieser vorgesehenen ersten Metallschicht 28 gebildet sind.

3 verdeutlicht ein anderes erfindungsgemäßes Verfahren, wobei vor dem Entfernen der partiell gedruckten Lift-Off-Lackschicht 20 die erste Metallschicht 28 im Bereich 36 zwischen den partiell gedruckten Lift-Off-Lackschichten 20 mit einer Resistschicht 38 versehen wird. Danach wird die partiell gedruckte Lift-Off-Lackschicht 20 vom Substrat 10 abgewaschen, d.h. entfernt, was in 3 – wie in 1 – durch die bogenförmige Klammer mit Pfeil 30 angedeutet ist. Nach dem Ablösen der strukturierten Lift-Off-Lackschicht 20 ergibt sich das Schichtenzwischengebilde, wie es in 4 verdeutlicht ist. Nach dem Ablösen der partiellen Lift-Off-Lackschicht 20 wird die noch verbleibende strukturierte Resistschicht 38 wieder entfernt. Das ist in 4 durch die bogenförmige Klammer mit Pfeil 40 angedeutet. In einem daran anschließenden Verfahrensschritt wird auf dem Substrat 10 – wie oben in Verbindung mit 2 ausgeführt worden ist, eine strukturierte Metallschicht 32 vorgesehen, um eine Reihenschaltung der Einzelelemente 34 zu verwirklichen.

Nach dem Aufbringen der strukturierten zweiten Metallschicht 32 wird auf dem Substrat 10 mittels einer Kleberschicht 42 mindestens eine Decklage 44 (siehe die 2 und 5) angebracht.

Gleiche Einzelheiten sind in den 1, 2 und 3 bis 5 jeweils mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, so dass es sich erübrigt, in Verbindung mit allen Figuren alle Einzelheiten jeweils detailliert zu beschreiben.

10

Substrat

12

Hauptfläche (von 10)

14

erste Elektroden (an 12)

16

erster Randabschnitt (von 14)

18

Kontaktsperre (an 16)

20

Lift-Off-Lackschicht (zwischen 18 und 22)

22

zweiter Randbereich (von 14)

24

freier Flächenbereicht (zwischen 18 und 22)

26

Aktivschicht (auf 10)

28

erste Metallschicht (auf 10 bzw. 26)

30

bogenförmige Klammer mit Pfeil – Prägevorgang (für 20)

32

strukturierte zweite Metallschicht (von 10)

34

Einzelelemente (auf 10)

36

Bereich (zwischen 20 und 20)

38

Resistschicht (an 36)

40

bogenförmige Klammer mit Pfeil/Ablösung (von 38)

42

Kleberschicht (für 44)

44

Decklage (auf 10)