WO2007128575A1 - Verfahren zur herstellung eines mehrschichtgebildes - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a multilayer structure consisting of layered media having different surface tensions.
  • the application of the layered media which may be lacquers, solutions, etc., may be problematic. These problems are wetting problems when the layered media of the multi-layered structure have substantially different surface tensions from each other.
  • a multilayer structure of homogeneous layers, which have the desired properties, are so far only be produced with great difficulty. These properties may be physical properties such as electrical or electronic properties.
  • a method for producing a multi-layer coating e.g. a multi-layer coating, known in which applied to a first coating a subsequent broom ichtungsstoff and cured.
  • the first coating is selected and / or modified in such a way and / or the subsequent coating material is selected such that the quotient of the surface energy of the second coating and the surface energy of the first coating is less than or equal to 1.
  • the first coating can be modified there, for example, by means of a primer.
  • the active layer has a first and a second charge transfer material.
  • the first charge transfer material may be a conductive polymer.
  • the second charge transfer material may be an organic material such as a conjugated polymer.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned, in which it is easily possible to homogeneously arrange layer media with different surface tensions and surface energies to each other to realize a desired multi-layer structure.
  • a first layer of a liquid first medium having a first surface tension is applied to a carrier, which is formed by a flexible film, and a second layer of a liquid second medium having a second surface tension is applied to the first layer after drying thereof greater than the first surface tension, and prior to applying the second layer to the dried first layer, a spreading layer is applied, wherein the spreading layer is a metal thin film or a metal nucleation or has capillarity.
  • the first and second layers of the multi-layer structure may also be more than two layers.
  • Table 2 below shows the surface energies of PET coated with SC and PEDOT / PSS, the determination of the surface energies having been determined by means of the "Optical Contact Angle Measurement Unit OCA 20" from DATA PHYSICS.
  • the surface energy of SC coated PET is on the order of 26 mN / m and the surface energy of PEDOT / PSS coated PET is on the order of 48 mN / m.
  • the corresponding liquids have a surface tension of approx. 32 mN / m for SC and approx. 46 mN / m for PEDOT / PSS. If, for example, a PET film coated with PEDOT / PSS is to be coated with SC, spreading of the liquid SC medium, ie good wetting of the SC on the PEDOT / PSS, results without further ado.
  • a SC coated PET film is to be coated with liquid PEDOT / PSS
  • the surface tension of the liquid PEDOT / PSS is greater than the surface energy of the dried SC
  • no spreading of the PEDOT / PSS on the SC ie only insufficient wetting of the PEDOT / PSS on the dried SC.
  • a spreading layer is applied to the dried SC layer according to the invention.
  • the spreading layer may be a metal thin layer.
  • the spreading layer is a metal nucleation provided on the dried first layer whose surface energy is less than the surface tension of the liquid second medium to be applied to the dried first layer.
  • the spreading layer may also have capillarity.
  • the metal thin film can be made by vacuum evaporation, sputtering, and the like.
  • a germ layer forming the spreading layer can be produced in a galvanic method known per se.
  • At least one precoat can be applied to the carrier formed by a flexible film prior to the application of the first layer.
  • This at least one pre-layer may be an electrically conductive layer which, for example, forms an electrode of an electrical component such as a solar cell.
  • the first and second layers may be organic semiconductor media as exemplified above as SC and PEDOT / PSS. If the said layers consist of organic semiconductor media, polymer solar cells, for example, can be produced according to the invention.
  • the figure shows a multilayer structure 10 with a carrier 12 formed by a flexible film, on which at least one pre-layer 14 is provided.
  • a first layer 16 of a applied liquid first medium having a first surface tension On the at least one pre-layer 14 is a first layer 16 of a applied liquid first medium having a first surface tension. After drying, a second layer 18 of a liquid second medium having a second surface tension is applied to the first layer 16.
  • the surface energy of the dried first layer 16 is less than the second surface tension of the liquid second medium for the second layer 18, so that a spreading layer 20 is provided on the dried first layer 16 prior to the application of the second layer 18.
  • This spreading layer 20 can be a vapor-deposited or cathode-sputtered metal thin layer or a galvanic nucleation or the like.
  • the spreading layer 20 may have a certain capillarity to effect reliable wetting of the dried first layer 16 with the liquid medium for the second layer 18.
  • a thin metal layer 22 can then be provided on the dried second layer 18, which-like the pre-layer 14 -can form an electrode of a polymer solar cell.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtgebildes (10) beschrieben, das aus Schichtmedien besteht, die unterschiedliche Oberflächenspannungen und Oberflächenenergien besitzen. Dabei wird auf einem von einer flexiblen Folie gebildeten Träger (12) eine erste Schicht (16) aus einem flüssigen ersten Medium mit einer ersten Oberflächenspannung und auf der ersten Schicht (16) nach deren Trocknung eine zweite Schicht (18) aus einem flüssigen zweiten Medium mit einer zweiten Oberflächenspannung aufgebracht. Die Oberflächenenergie der getrockneten ersten Schicht (16) ist kleiner ist als die zweite Oberflächenspannung des flüssigen zweiten Mediums für die zweite Schicht (18). Vor dem Aufbringen der zweiten Schicht (18) auf die getrocknete erste Schicht (16) wird eine Spreitschicht (20) aufgebracht..

Description

Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtgebildes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtgebildes, bestehend aus Schichtmedien, die unterschiedliche Oberflächenspannungen besitzen.
Aufgrund der unterschiedlichen Oberflächenspannungen und Oberflächenenergien der Schichtmedien eines Mehrschichtgebildes kann die Applikation der Schichtmedien, bei denen es sich um Lacke, Lösungen usw. handeln kann, problematisch sein. Bei diesen Problemen handelt es sich um Benetzungsprobleme, wenn die Schichtmedien des Mehrschichtgebildes voneinander wesentlich verschiedene Oberflächenspannungen bzw. Oberflächenenergien besitzen. Ein Mehrschichtgebilde aus homogenen Schichten, die die gewünschten Eigenschaften besitzen, sind dann bislang nur unter großen Schwierigkeiten herstellbar. Bei diesen Eigenschaften kann es sich um physikalische Eigenschaften wie elektrische oder elektronische Eigenschaften handeln.
Aus der DE 103 06 357 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrschichtbeschichtung, z.B. einer Mehrschichtlackierung, bekannt, bei dem auf eine erste Beschichtung ein nachfolgender Besen ichtungsstoff aufgebracht und gehärtet wird. Dabei wird die erste Beschichtung derartig ausgewählt und/oder modifiziert und/oder der nachfolgende Beschichtungsstoff derartig ausgewählt, dass der Quotient aus der Oberflächenenergie der zweiten Beschichtung und der Oberflächenenergie der ersten Beschichtung kleiner oder gleich 1 ist.
Dieses bekannte Verfahren ist insbesondere für die Kfz-Serienlackierung vorgesehen, das von den Herstellungsbedingungen, der Umgebungstemperatur und der Luftfeuchtigkeit weitgehend unabhängig und das auch unter extremen Bedingungen anwendbar ist. Die erste Beschichtung kann dort beispielsweise mittels eines Primers modifiziert werden.
Aus der DE 103 92 830 T5 sind mehrschichtig ausgebildete Solarzellen bekannt, die zwischen zwei Elektroden, wie einer Basiselektrode und einer transparenten Elektrode, eine Aktivschicht aufweisen. Die Aktivschicht weist ein erstes und ein zweites Ladungstransfermaterial auf. Das erste Ladungstransfermaterial kann ein leitfähiges Polymer sein. Das zweite Ladungstransfermaterial kann eine organisches Material, wie z.B. ein konjugiertes Polymer, sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem es problemlos möglich ist, Schichtmedien mit unterschiedlichen Oberflächenspannungen und Oberflächenenergien homogen aufeinander anzuordnen, um ein gewünschtes Mehrschichtgebilde zu realisieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 d.h. dadurch gelöst, dass auf einen Träger, der von einer flexiblen Folie gebildet ist, eine erste Schicht aus einem flüssigen ersten Medium mit einer ersten Oberflächenspannung und auf der ersten Schicht nach deren Trocknung eine zweite Schicht aus einem flüssigen zweiten Medium mit einer zweiten Oberflächenspannung aufgebracht wird, die größer ist als die erste Oberflächenspannung, und dass vor dem Aufbringen der zweiten Schicht auf die getrocknete erste Schicht eine Spreit-Schicht aufgebracht wird, wobei die Spreit-Schicht eine Metalldünnschicht oder eine Metall-Bekeimung ist oder eine Kapillarität besitzt.
Bei der ersten und der zweiten Schicht des Mehrschichtgebildes kann es sich auch um mehr als zwei Schichten handeln.
In der nachfolgenden Tabelle 1 sind Oberflächenspannungen von beispielhaft angegebenen Lösungen SC (= Semiconductor) und PEDOT/PSS angegeben, wobei die Bestimmung der Oberflächenspannungen mittels des "Dynamic Contact Angle a. Tension-Meter DCAT21" der Firma DATA PHYSICS gemessen worden ist. Tabelle 1 :
Figure imgf000005_0001
In der nachfolgenden Tabelle 2 sind die Oberflächenenergien von mit SC und PEDOT/PSS beschichtetem PET angegeben, wobei die Bestimmung der Oberflächenenergien mittels der "Optical Contact Angle Measurement Unit OCA 20" der Firma DATA PHYSICS bestimmt worden sind.
Tabelle 2:
Figure imgf000005_0002
Wie aus Tabelle 2 wie ersichtlich ist, liegt die Oberflächenenergie von mit SC- beschichtetem PET bei größenordnungsmäßig 26 mN/m und die Oberflächenenergie von mit PEDOT/PSS beschichtetem PET bei größenordnungsmäßig 48 mN/m. Die entsprechenden Flüssigkeiten besitzen eine Oberflächenspannung von ca. 32 mN/m für SC und von ca. 46 mN/m für PEDOT/PSS. Soll nun beispielsweise eine mit PEDOT/PSS beschichtete PET- Folie mit SC beschichtet werden, so ergibt sich ohne Weiteres ein Spreiten des flüssigen SC-Mediums, d.h. eine gute Benetzung des SC auf dem PEDOT/PSS. Soll jedoch beispielsweise eine mit SC beschichtete PET-Folie mit flüssigem PEDOT/PSS beschichtet werden, so erfolgt infolge der Tatsache, dass die Oberflächenspannung des flüssigen PEDOT/PSS größer ist als die Oberflächenenergie des getrockneten SC, kein Spreiten des PEDOT/PSS auf dem SC, d.h. nur eine ungenügende Benetzung des PEDOT/PSS auf dem getrockneten SC. Um jedoch auch hier eine gute Benetzung zu erzielen, wird erfindungsgemäß auf die getrocknete SC-Schicht eine Spreitschicht aufgebracht. Bei der Spreitschicht kann es sich um eine Metalldünnschicht handeln. Desgleichen ist es möglich, dass die Spreitschicht eine Metall- Bekeimung ist, die auf der getrockneten ersten Schicht vorgesehen wird, deren Oberflächenenergie kleiner ist als die Oberflächenspannung des flüssigen, auf die getrocknete erste Schicht aufzubringenden zweiten Mediums.
Die Spreitschicht kann auch eine Kapillarität besitzen.
Die Metalldünnschicht kann durch Vakuumbedampfen, durch Kathodenzerstäubung und dergleichen hergestellt werden. Eine die Spreitschicht bildende -Bekeimung kann in einem an sich bekannten galvanischen Verfahren hergestellt werden.
Auf den von einer flexiblen Folie gebildeten Träger kann vor dem Aufbringen der erste Schicht mindestens eine Vorschicht aufgebracht werden. Bei dieser mindestens einen Vorschicht kann es sich um eine elektrisch leitende Schicht handeln, die beispielsweise eine Elektrode eines elektrischen Bauteiles wie einer Solarzelle bildet.
Die erste und die zweite Schicht können aus organischen Halbleitermedien bestehen, wie sie oben beispielhaft als SC und PEDOT/PSS erwähnt worden sind. Bestehen die besagten Schichten aus organischen Halbleitermedien, so sind erfindungsgemäß beispielsweise Polymer-Solarzellen herstellbar.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines abschnittweise geschnitten und nicht maßstabgetreu gezeichneten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäß hergestellten Mehrschichtgebildes.
Die Figur zeigt ein Mehrschichtgebilde 10 mit einem von einer flexiblen Folie gebildeten Träger 12, auf dem mindestens eine Vorschicht 14 vorgesehen wird. Auf der mindestens einen Vorschicht 14 wird eine erste Schicht 16 aus einem flüssigen ersten Medium aufgebracht, das eine erste Oberflächenspannung aufweist. Auf der ersten Schicht 16 wird nach deren Trocknung eine zweite Schicht 18 aus einem flüssigen zweiten Medium aufgebracht, das eine zweite Oberflächenspannung besitzt.
Die Oberflächenenergie der getrockneten ersten Schicht 16 ist kleiner als die zweite Oberflächenspannung des flüssigen zweiten Mediums für die zweite Schicht 18, so dass vor dem Aufbringen der zweiten Schicht 18 auf der getrockneten ersten Schicht 16 eine Spreitschicht 20 vorgesehen wird. Bei dieser Spreitschicht 20 kann es sich um eine aufgedampfte oder kathodenzerstäubte Metalldünnschicht oder um eine galvanische Bekeimung oder dergleichen handeln. Die Spreitschicht 20 kann eine bestimmte Kapillarität besitzen, um eine zuverlässige Benetzung der getrockneten ersten Schicht 16 mit dem flüssigen Medium für die zweite Schicht 18 zu bewirken. Auf der getrockneten zweiten Schicht 18 kann dann eine dünne Metallschicht 22 vorgesehen werden, die - wie die Vorschicht 14 - eine Elektrode einer Polymer-Solarzelle bilden kann.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtgebildes (10), bestehend aus Schichtmedien, die unterschiedliche Oberflächenspannungen und Oberflächenenergien besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen Träger (12), der von einer flexiblen Folie gebildet ist, eine erste Schicht (16) aus einem flüssigen ersten Medium mit einer ersten Oberflächenspannung und auf der ersten Schicht (16) nach deren Trocknung eine zweite Schicht (18) aus einem flüssigen zweiten Medium mit einer zweiten Oberflächenspannung aufgebracht wird, die größer ist als die erste Oberflächenspannung, und dass vor dem Aufbringen der zweiten
Schicht (18) auf die getrocknete erste Schicht (16) eine Spreit-Schicht (20) aufgebracht wird, wobei die Spreit-Schicht (20) eine Metalldünnschicht oder eine Metall-Bekeimung ist oder eine Kapillarität besitzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Träger (12) vor dem Aufbringen der ersten Schicht (16) mindestens eine Vorschicht (14) aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Schicht (16 und 18) aus organischen
Halbleitermedien bestehen.
4. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung von Polymer-Solarzellen.
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