WO2011015550A1 - Evaporator system for organic coatings and components - Google Patents

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WO2011015550A1
WO2011015550A1 PCT/EP2010/061202 EP2010061202W WO2011015550A1 WO 2011015550 A1 WO2011015550 A1 WO 2011015550A1 EP 2010061202 W EP2010061202 W EP 2010061202W WO 2011015550 A1 WO2011015550 A1 WO 2011015550A1
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organic
heated
substrate
mixture
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PCT/EP2010/061202
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Bert MÄNNIG
Wolf-Michael Gnehr
Martin Pfeiffer
Karsten Walzer
Andre Weiss
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Heliatek Gmbh
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a process for producing organic layers, organic multilayer systems or organic components, in particular organic
  • OLEDs organic light emitting diodes
  • OFET organic field effect transistors
  • the invention relates to organic layers, organic multilayer systems or organic
  • Organic solar cells consist of a sequence of thinner ones
  • Contacting can be effected by metal layers, transparent conductive oxides (TCOs) and / or transparent conductive polymers (PEDOT-PSS, PANI).
  • TCOs transparent conductive oxides
  • PEDOT-PSS transparent conductive polymers
  • a solar cell converts light energy into electrical energy.
  • photoactive is understood here, namely the conversion of light energy into electrical power.
  • organic-based devices over conventional inorganic-based devices (semiconductors such as silicon, gallium arsenide) is the sometimes extremely high optical absorption coefficients (up to 2 ⁇ 10 5 cm -1 ), which offers the possibility of low material and material costs Energy expenditure to produce very thin solar cells. Further technological aspects are the low cost, the possibility of producing flexible large-area components on plastic films, and the almost unlimited possibilities of variation and the unlimited availability of organic chemistry.
  • semiconductor-based devices semiconductorsemiconductors such as silicon, gallium arsenide
  • n or p denotes an n- or p-type doping, which leads to an increase in the density of free electrons or holes in the thermal equilibrium state. In this sense, such layers are primarily to be understood as transport layers.
  • i-layer designates an undoped layer (intrinsic layer).
  • One or more i-layer (s) may in this case consist of layers of a material as well as a mixture of two materials (so-called interpenetrating networks). The light incident through the transparent base contact generates excitons in the i-layer or in the n- / p-layer. These excitons can only by very high electrical
  • the transport layers are transparent or largely transparent materials with a wide band gap (wide-gap).
  • wide-gap materials here materials are referred to, the absorption maximum in the wavelength range ⁇ 450 nm, preferably at ⁇ 400 nm.
  • Thin films certainly fulfill this criterion.
  • the use of monocrystalline organic materials is not possible and the production of multiple layers with sufficient structural perfection is still very difficult.
  • the i-layer is a mixed layer
  • phase separation Material in the mixed layer. This partial segregation is referred to as phase separation.
  • the equilibrium charge carrier concentration in the layer is increased and the conductivity is increased.
  • the doped layers are used as injection layers on the
  • Patent application EP0000829 or a mixed layer
  • ADABCO materials are as
  • small molecules are understood to mean non-polymeric organic molecules having monodisperse molecular weights of between 100 and 2,000 Under normal pressure (air pressure of the surrounding atmosphere) and at
  • these small molecules can also be photoactive, it being understood under photoactive that the molecules are under Light incidence change its charge state.
  • a deposition in a low-pressure gas phase organic vapor phase deposition, OVPD, eg US20083112966.
  • OVPD organic vapor phase deposition
  • the organic material in the unheated state, is in solid form and it is also the only material that is converted to the gas phase.
  • a ceramic or a metal may be present which preferably has a highly porous form
  • Evaporation temperatures often between 200 and 400 0 C, in some cases even more than 500 0 C and these temperatures survive many organic molecules not decomposition.
  • the evaporator sources must be filled with so much material that ideally an uninterrupted production for one week is possible.
  • the organic materials must withstand the high temperatures inside the evaporator without decomposition for at least one or more days.
  • tracking systems are currently being discussed: In these systems, the actual amount of organics is in a separate container or chamber and is gradually introduced gradually into the source space. This is eg over pressed pellets, which have a chute in the
  • Tracking system are technically very difficult to implement and thus complex and expensive.
  • a special problem is that the unit that tracks the material must not be evaporated with material, otherwise the tracking system will become "clogged".
  • the invention is therefore based on the object
  • the base pressure without running coating is in the range 10 ⁇ 2 to 10 -10 mbar, if the deposition is a gas stream, the pressure suitable surfaces of up to 10 ⁇ ° mbar be high) located.
  • the object is achieved by a method for the deposition of organic materials according to claim 1.
  • the source of the evaporator system is constructed so that in it the organic material to be deposited is mixed in a further material, wherein the further material serves as a carrier material and the mixture of both materials or at least as Carrier material serving further material is present in liquid or supercritical form,
  • the support material can in this process in a predominant ratio (> 10 times the mol
  • a vacuum system containing such a source is one
  • the organic material is not solid, but in dissolved form.
  • the organic material is simply dissolved in a solvent.
  • a solvent For better solubility, it can be the
  • Solvent (co-solvent) should be present to the
  • a plurality of organic materials may be dissolved to form a mixed layer or a doped layer of a
  • the solvent in the supercritical state also called supercritical state or super- / supercritical fluid:
  • the three phases are first distinguished solid, liquid and gaseous.
  • the p (T) diagram also called phase diagram, there are clear boundaries of the three phases, which are referred to as sublimation curve, melting curve and vapor pressure curve.
  • the solvent is first liquefied in a condenser. Before it flows into the extractor, the fluid becomes the extraction pressure pE
  • the fluid loads with the substance to be micronized.
  • the loading yE depends strongly on the extraction pressure pE, the TE extraction temperature and the residence time in the extractor.
  • the supercritical solution is heated to the desired pre-expansion temperature TO.
  • the material system one can influence the size of the particles via the temperature TO, and on the other hand one becomes
  • Particles are deposited on a filter that
  • the supercritical phase of a solvent is used to dissolve therein the organic material and then to expand this supercritical mixture through a nozzle into a vacuum system in which the dissolved organic
  • Material can be deposited on a surface to be coated. This is the formerly supercritical
  • the nozzle is heated to supply the necessary heat of vaporization for fluid and the organic material to be vaporized and to prevent clogging of the nozzle.
  • the organic material to be transported is transferred by the expansion in its gas phase and from this deposited on a surface to be coated or on a heated plate. This is very advantageous if molecular films with particularly low crystallinity are to be produced.
  • a particular advantage of the present invention is that it is possible to use various substances as solvents which otherwise behave completely inert both with regard to the organic substances and with respect to the surfaces to be coated and the organic materials which may have already been deposited on them.
  • Another advantage is the possibility of using substances as solvents which do not dissolve the organic materials to be deposited under normal pressure.
  • substances whose critical temperature Tc ⁇ 600 K and whose critical pressure pc is ⁇ 25 MPa can be used as the solvent.
  • Solvent nor ammonia, water, methanol, propanol, methane and also fluoroalkanes or hydrofluoroalkanes in question.
  • more than one organic substance is deposited simultaneously.
  • the mixing ratio of the materials to be separated can thus already be adjusted in the supercritical phase.
  • particles, ie clusters of the organic material are formed after exiting the nozzle. In such a case, the layers deposited on the substrate will also become bulk of them
  • Particles or clusters exist. This can be for the
  • the particles may be in crystalline form. Especially if two different
  • organic materials can be used, so can the
  • the organic material is not present in the form of particles in the vacuum, but isolated. In the case of small molecules, at least a large proportion of the molecules should then be present individually.
  • particle formation at the nozzle may be e.g. be prevented by suitable pressure and temperature conditions to evaporate the organic material as completely as possible.
  • the resulting particles are then separated:
  • a heated component Figure 3
  • This component may be a plate, or a tube, possibly in a porous form with enlarged
  • the object formed therefrom can then be referred to as an evaporator and as such for
  • the organic material is in supercritical carbon dioxide (CO2), xenon, ethane, propane, butane, ethyne, ethene, ethanol,
  • an organic component is produced, which is used as an organic pin solar cell or
  • an organic component is produced, which is pronounced as organic light emitting diode (OLED), organic memory device, organic transistor or organic diode.
  • OLED organic light emitting diode
  • Multi-layer system or an organic device can be produced using supercritical organic materials.
  • Materials or at least serving as a carrier material further material is formed as a fluid and this
  • Material mixture is expanded into the vacuum of a coating system.
  • a fluid is considered both a liquid phase and a supercritical phase of the carrier material.
  • the deposition is via adjustable process parameters, such as
  • the material mixture is stored in a container.
  • Container is located outside of the serving for coating vacuum chamber.
  • the increased pressure refers relative to the pressure of the
  • a further co-carrier material or co-solvent is present in the material mixture.
  • it is a continuous process.
  • it is a continuous process which requires refilling at the earliest after 10 hours, preferably after 50 hours.
  • substances whose critical temperature Tc ⁇ 600 K, in particular Tc ⁇ 450 K and their critical pressure pc ⁇ 25 MPa are used as carrier material.
  • the organic material is selected in a material selected from the group consisting of carbon dioxide (CO 2 ), xenon, ethane,
  • more than one organic material is dissolved in the carrier material.
  • more than one organic material is dissolved in the carrier material and the various organic materials are simultaneously deposited on the substrate.
  • At least one organic material is a small molecule. In a further embodiment of the invention, at least one organic material is a
  • the deposition is carried out on a heated substrate, wherein the substrate is heated to such a temperature that the
  • Layer of the deposited organic material on the substrate is achieved.
  • the heated component is a tube. In a further embodiment of the invention, the heated component is a plate.
  • the heated component is a free-formed surface.
  • the heated component has a porous shape with enlarged
  • the carrier material is pumped out of the coating plant and then used again for the production of the material mixture.
  • the expansion takes place in the vacuum chamber by means of a nozzle.
  • the nozzle is heated.
  • the nozzle is heated.
  • an organic layer by means of the method according to the invention or the device according to the invention an organic layer, an organic
  • Multilayer system or an organic device in particular an organic solar cell, an organic light emitting diode (OLED), an organic thin film memory, an organic laser or an organic field effect transistor (OFET).
  • OLED organic light emitting diode
  • OFET organic field effect transistor

Abstract

The invention relates to a method for producing organic coatings, organic multilayer coating systems, or organic components, particularly organic solar cells, organic light-emitting diodes (OLEDs), organic thin-film memory, organic lasers, or organic field effect transistors (OFETs). The invention particularly relates to a method wherein an organic coating or an organic multilayer coating system or an organic component is generated using hypercritical organic materials.

Description

VerdampferSystem für organische Schichten und Bauelemente  Evaporator system for organic layers and components
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung organischer Schichten, organischer Mehrfachschichtsysteme oder organischer Bauelemente, insbesondere organischer The invention relates to a process for producing organic layers, organic multilayer systems or organic components, in particular organic
Solarzellen, organischer Leuchtdioden (OLEDs), organischer Dünnschichtspeicher, organischer Laser oder organischer Feldeffekttransistoren (OFET) . Solar cells, organic light emitting diodes (OLEDs), organic thin film memory, organic laser or organic field effect transistors (OFET).
Weiterhin betrifft die Erfindung organische Schichten, organische Mehrfachschichtsysteme oder organische Furthermore, the invention relates to organic layers, organic multilayer systems or organic
Bauelemente, insbesondere organische Solarzellen, organische Leuchtdioden (OLEDs), organische Dünnschichtspeicher, organische Laser oder organische Feldeffekttransistoren (OFET) , die nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 hergestellt worden sind. Seit der Demonstration der ersten organischen Solarzelle mit einem Wirkungsgrad im Prozentbereich durch Tang et al . 1986 [CW. Tang et al . Appl . Phys . Lett. 48, 183 (1986)], werden organische Materialien intensiv für verschiedene Components, in particular organic solar cells, organic light emitting diodes (OLEDs), organic thin film memory, organic lasers or organic field effect transistors (OFET), which have been prepared by a method according to any one of claims 1 to 18. Since the demonstration of the first organic solar cell with a percentage efficiency by Tang et al. 1986 [CW. Tang et al. Appl. Phys. Lett. 48, 183 (1986)], organic materials become intense for various
elektronische und optoelektronische Bauelemente untersucht. Organische Solarzellen bestehen aus einer Folge dünner examined electronic and optoelectronic components. Organic solar cells consist of a sequence of thinner ones
Schichten (typischerweise lnm bis lμm) aus organischen Layers (typically lnm to lμm) of organic
Materialien, welche bevorzugt im Vakuum aufgedampft oder aus einer Lösung aufgeschleudert werden. Die elektrische Materials which are preferably evaporated in vacuo or spin-coated from a solution. The electric
Kontaktierung kann durch Metallschichten, transparente leitfähige Oxide (TCOs) und/oder transparente leitfähige Polymere (PEDOT-PSS, PANI) erfolgen. Contacting can be effected by metal layers, transparent conductive oxides (TCOs) and / or transparent conductive polymers (PEDOT-PSS, PANI).
Eine Solarzelle wandelt Lichtenergie in elektrische Energie um. In diesem Sinne wird hier der Begriff "photoaktiv" verstanden, nämlich der Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Im Gegensatz zu anorganischen A solar cell converts light energy into electrical energy. In this sense, the term "photoactive" is understood here, namely the conversion of light energy into electrical power. Unlike inorganic
Solarzellen werden bei organischen Solarzellen durch das Licht nicht direkt freie Ladungsträger erzeugt, sondern es bilden sich zunächst Exzitonen, also elektrisch neutrale Anregungszustände (gebundene Elektron-Loch-Paare) . Erst in einem zweiten Schritt werden diese Exzitonen in freie In organic solar cells, solar cells do not directly generate free charge carriers through light, but excitons are first formed, ie electrically neutral excitation states (bound electron-hole pairs). Only in a second step are these excitons released
Ladungsträger getrennt, die dann zum elektrischen Stromfluß beitragen . Separate charge carriers, which then contribute to the electrical current flow.
Der Vorteil solcher Bauelemente auf organischer Basis gegenüber den konventionellen Bauelementen auf anorganischer Basis (Halbleiter wie Silizium, Galliumarsenid) sind die teilweise extrem hohen optischen Absorptionskoeffizienten (bis zu 2xlO5 cm'1), so dass sich die Möglichkeit bietet, mit geringem Material- und Energieaufwand sehr dünne Solarzellen herzustellen. Weitere technologische Aspekte sind die niedrigen Kosten, die Möglichkeit, flexible großflächige Bauteile auf Plastikfolien herzustellen, und die nahezu unbegrenzten Variationsmöglichkeiten und die unbegrenzte Verfügbarkeit der organischen Chemie. Eine in der Literatur bereits vorgeschlagene The advantage of such organic-based devices over conventional inorganic-based devices (semiconductors such as silicon, gallium arsenide) is the sometimes extremely high optical absorption coefficients (up to 2 × 10 5 cm -1 ), which offers the possibility of low material and material costs Energy expenditure to produce very thin solar cells. Further technological aspects are the low cost, the possibility of producing flexible large-area components on plastic films, and the almost unlimited possibilities of variation and the unlimited availability of organic chemistry. One already suggested in the literature
Realisierungsmöglichkeit einer organischen Solarzelle besteht in einer pin -Diode [Martin Pfeiffer, „Controlled doping of organic vacuum deposited dye layers: basics and applications", PhD thesis TU-Dresden, 1999.] mit folgendem Schichtaufbau:  Possible realization of an organic solar cell is a pin diode [Martin Pfeiffer, "Controlled doping of organic vacuum deposited dye layers: basics and applications", PhD thesis TU-Dresden, 1999.] with the following layer structure:
0. Träger, Substrat, 0. carrier, substrate,
1. Grundkontakt, meist transparent, 1. basic contact, mostly transparent,
2. p- Schicht (en) , 3. i- Schicht (en) 4. n- Schicht (en) , 5. Deckkontakt. Hierbei bedeutet n bzw. p eine n- bzw. p-Dotierung, die zu einer Erhöhung der Dichte freier Elektronen bzw. Löcher im thermischen Gleichgewichtszustand führt. In diesem Sinne sind derartige Schichten primär als Transportschichten zu verstehen. Die Bezeichnung i-Schicht bezeichnet demgegenüber eine undotierte Schicht (intrinsische Schicht) . Eine oder mehrere i-Schicht (en) können hierbei Schichten sowohl aus einem Material, als auch eine Mischung aus zwei Materialien (sogenannte interpenetrierende Netzwerke) bestehen. Das durch den transparenten Grundkontakt einfallende Licht erzeugt in der i-Schicht bzw. in der n-/p-Schicht Exzitonen. Diese Exzitonen können nur durch sehr hohe elektrische 2. p-layer (s), 3. i-layer (s), 4. n-layer (s), 5. cover contact. Here, n or p denotes an n- or p-type doping, which leads to an increase in the density of free electrons or holes in the thermal equilibrium state. In this sense, such layers are primarily to be understood as transport layers. In contrast, the term i-layer designates an undoped layer (intrinsic layer). One or more i-layer (s) may in this case consist of layers of a material as well as a mixture of two materials (so-called interpenetrating networks). The light incident through the transparent base contact generates excitons in the i-layer or in the n- / p-layer. These excitons can only by very high electrical
Felder oder an geeigneten Grenzflächen getrennt werden. In organischen Solarzellen stehen ausreichend hohe Felder nicht zur Verfügung, so dass alle Erfolg versprechenden Konzepte für organische Solarzellen auf der Exzitonentrennung an photoaktiven Grenzflächen beruhen. Die Exzitonen gelangen durch Diffusion an eine derartige aktive Grenzfläche, wo Elektronen und Löcher voneinander getrennt werden. Diese kann zwischen der p- (n-) Schicht und der i-Schicht bzw. zwischen zwei i-Schichten liegen. Im eingebauten Fields or at suitable interfaces. In organic solar cells, sufficiently high fields are not available, so that all promising concepts for organic solar cells based on the exciton separation at photoactive interfaces. The excitons pass through diffusion to such an active interface, where electrons and holes are separated. This can lie between the p (n) layer and the i-layer or between two i-layers. Im installed
elektrischen Feld der Solarzelle werden die Elektronen nun zum n-Gebiet und die Löcher zum p-Gebiet abtransportiert. Vorzugsweise handelt es sich bei den Transportschichten um transparente oder weitgehend transparente Materialien mit großer Bandlücke (wide-gap) . Als wide-gap Materialien werden hierbei Materialien bezeichnet, deren Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich <450nm liegt, bevorzugt bei <400nm. electric field of the solar cell, the electrons are now transported to the n-area and the holes to the p-area. Preferably, the transport layers are transparent or largely transparent materials with a wide band gap (wide-gap). As wide-gap materials here materials are referred to, the absorption maximum in the wavelength range <450 nm, preferably at <400 nm.
Da durch das Licht immer erst Exzitonen erzeugt werden und noch keine freien Ladungsträger, spielt die Since the excitons are always generated by the light and still no free charge carriers, the plays
rekombinationsarme Diffusion von Exzitonen an die aktive Grenzfläche eine kritische Rolle bei organischen low-recombination diffusion of excitons to the active interface plays a critical role in organic
Solarzellen. Um einen Beitrag zum Photostrom zu leisten, muss daher in einer guten organischen Solarzelle die Solar cells. To make a contribution to the photocurrent, must therefore in a good organic solar cell the
Exzitonendiffusionslänge die typische Eindringtiefe des Lichts deutlich übersteigen, damit der überwiegende Teil des Lichts genutzt werden kann. Strukturell und bezüglich der chemischen Reinheit perfekte organische Kristalle oder Exciton diffusion length the typical penetration depth of the Clearly far exceed light, so that the majority of the light can be used. Structurally and in terms of chemical purity, perfect organic crystals or
Dünnschichten erfüllen durchaus dieses Kriterium. Für großflächige Anwendungen ist allerdings die Verwendung von monokristallinen organischen Materialien nicht möglich und die Herstellung von Mehrfachschichten mit ausreichender struktureller Perfektion ist bis jetzt noch sehr schwierig. Thin films certainly fulfill this criterion. For large area applications, however, the use of monocrystalline organic materials is not possible and the production of multiple layers with sufficient structural perfection is still very difficult.
Falls es sich bei der i-Schicht um eine Mischschicht If the i-layer is a mixed layer
handelt, so übernimmt die Aufgabe der Lichtabsorption entweder nur eine der Komponenten oder auch beide. Der the task of light absorption either takes on only one of the components or both. Of the
Vorteil von Mischschichten ist, dass die erzeugten Exzitonen nur einen sehr kurzen Weg zurücklegen müssen bis sie an eine Domänengrenze gelangen, wo sie getrennt werden. Der The advantage of mixed layers is that the generated excitons only have to travel a very short distance until they reach a domain boundary, where they are separated. Of the
Abtransport der Elektronen bzw. Löcher erfolgt getrennt in den jeweiligen Materialien. Da in der Mischschicht die Removal of the electrons or holes is carried out separately in the respective materials. Because in the mixed layer the
Materialien überall miteinander im Kontakt sind, ist bei diesem Konzept entscheidend, dass die getrennten Ladungen eine lange Lebensdauer auf dem jeweiligen Material besitzen und von jedem Ort aus geschlossene Perkolationspfade für beide Ladungsträgersorten zum jeweiligen Kontakt hin Materials are in contact with each other everywhere, it is crucial in this concept that the separate charges have a long life on the respective material and from each location closed percolation paths for both types of charge to the respective contact
vorhanden sind. Diese geschlossenen Perkolationspfade werden üblicherweise durch eine gewisse Phasenseparation in der Mischschicht realisiert, d.h. die beiden Komponenten sind nicht völlig durchmischt, sondern es befinden sich available. These closed percolation paths are usually realized by some phase separation in the mixed layer, i. the two components are not completely mixed, but there are
(bevorzugt kristalline) Nanopartikel aus jeweils einem  (preferably crystalline) nanoparticles from one each
Material in der Mischschicht. Diese teilweise Entmischung wird als Phasenseparation bezeichnet. Material in the mixed layer. This partial segregation is referred to as phase separation.
Aus US 5,093,698 ist die Dotierung organischer Materialien bekannt: Durch Beimischung einer akzeptorartigen bzw. From US 5,093,698 the doping of organic materials is known: By admixture of an acceptor or
donatorartigen Dotiersubstanz wird die Gleichgewichtsladungsträgerkonzentration in der Schicht erhöht und die Leitfähigkeit gesteigert. Nach US 5,093,698 werden die dotierten Schichten als Injektionsschichten an der donor-type dopant, the equilibrium charge carrier concentration in the layer is increased and the conductivity is increased. According to US 5,093,698 the doped layers are used as injection layers on the
Grenzfläche zu den Kontaktmaterialien in elektrolumineszierenden Bauelementen verwendet. Ähnliche Dotierungsansätze sind analog auch für Solarzellen Interface to the contact materials in used electroluminescent devices. Similar doping approaches are analogous for solar cells
zweckmäßig . appropriate.
Aus der Literatur sind verschiedene From the literature are different
Realisierungsmöglichkeiten für die photoaktive i-Schicht bekannt: So kann es sich hierbei um eine Doppelschicht Realization possibilities for the photoactive i-layer known: So this can be a double layer
(Patentanmeldung EP0000829) oder eine Mischschicht (Patent application EP0000829) or a mixed layer
(Hiramoto, Appl . Phys.Lett. 58,1062 (1991)) handeln. Bekannt ist auch eine Kombination aus Doppel-und Mischschichten (Hiramoto, Appl. Phys.Lett. 58,1062 (1991); Patent (Hiramoto, Appl. Phys. Lett., 58, 1062 (1991)). Also known is a combination of double and mixed layers (Hiramoto, Appl. Lett., 58, 1062 (1991);
US6559375) . Ebenfalls bekannt ist, dass das US6559375). It is also known that the
Mischungsverhältnis in verschiedenen Bereichen der Mixing ratio in different areas of the
Mischschicht unterschiedlich ist (Patentanmeldung US Mixed layer is different (patent application US
20050110005) bzw. das Mischungsverhältnis einen Gradienten aufweist. 20050110005) or the mixing ratio has a gradient.
Weiterhin sind Tandem- bzw. Mehrfachsolarzellen aus der Literatur bekannt (Hiramoto, Chem. Lett.,1990, 327 (1990); Patentanmeldung DE 102004014046) . Furthermore, tandem or multiple solar cells are known from the literature (Hiramoto, Chem. Lett., 1990, 327 (1990), patent application DE 102004014046).
Auch sind sogenannte ADABCO-Materialien als Also called ADABCO materials are as
Absorbermaterialien bekannt (WO2006092134) , der exzitonische ping-pong-Effekt zur Erzeugung von Ladungsträgern Absorber materials known (WO2006092134), the excitonic ping-pong effect for the generation of charge carriers
(WO2006092135 Der Text dieser Druckschriften wird hiermit auch zum Gegenstand der vorliegenden Erfindungsbeschreibung gemacht . Organische Bauelemente aus kleinen Molekülen werden durch thermisches Verdampfen im Vakuum hergestellt. Unter kleinen Molekülen werden im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht- polymere organische Moleküle mit monodispersen Molmassen zwischen 100 und 2000 verstanden, die unter Normaldruck (Luftdruck der uns umgebenden Atmosphäre) und bei Organic components of small molecules are produced by thermal evaporation in vacuo, In the context of the present invention, small molecules are understood to mean non-polymeric organic molecules having monodisperse molecular weights of between 100 and 2,000 Under normal pressure (air pressure of the surrounding atmosphere) and at
Raumtemperatur in fester Phase vorliegen. Insbesondere könnend diese kleinen Molekülen auch photoaktiv sein, wobei unter photoaktiv verstanden wird, dass die Moleküle unter Lichteinfall ihren Ladungszustand ändern. Bekannt ist auch eine Abscheidung in einer Niederdruckgasphase (organic vapour phase deposition, OVPD; z.B. US2008311296) . In beiden Fällen ist allerdings ein Behälter notwendig, in dem das organische Material erhitzt und verdampft wird. Room temperature in solid phase. In particular, these small molecules can also be photoactive, it being understood under photoactive that the molecules are under Light incidence change its charge state. Also known is a deposition in a low-pressure gas phase (organic vapor phase deposition, OVPD, eg US2008311296). In both cases, however, a container is necessary in which the organic material is heated and vaporized.
Materialabhängig kann es sich bei der Verdampfung dabei um eine direkte Sublimation (fest ==> gasförmig) handeln oder das organische Material schmilzt zuerst und verdampft dann (fest ==> flüssig ==> gasförmig) . Die flüssige Phase  Depending on the material, the evaporation may be a direct sublimation (solid ==> gaseous) or the organic material melts first and then evaporates (solid ==> liquid ==> gaseous). The liquid phase
entsteht hier aufgrund der erhöhten Temperatur. Bei allen diesen Techniken liegt im ungeheizten Zustand das organische Material in fester Form vor und es ist auch das einzige Material, welches in die Gasphase überführt wird. In dem Behälter, in dem sich das organische Material befindet, kann zur Unterstützung der Verdampfung (Homogenität, größere Oberfläche) noch eine Keramik oder ein Metall vorhanden sein, welches bevorzugt eine hochporöse Form aufweist arises here due to the elevated temperature. In all of these techniques, in the unheated state, the organic material is in solid form and it is also the only material that is converted to the gas phase. In the container in which the organic material is located, in order to promote evaporation (homogeneity, larger surface area), a ceramic or a metal may be present which preferably has a highly porous form
(WO2006100058) . (WO2006100058).
Ein großes Problem bei der Verdampfung ist, dass die A big problem with the evaporation is that the
Verdampfungstemperaturen oft zwischen 200 und 4000C, teilweise sogar über 5000C liegen und diese Temperaturen viele organische Moleküle nicht zersetzungsfrei überstehen. Für einen kontinuierlichen Produktionsprozess müssen die Verdampferquellen mit so viel Material befüllt werden, dass idealerweise eine ununterbrochene Produktion für eine Woche möglich ist. Selbst falls mehrere Quellen an einer Position installiert sind und ohne Zeitverlust zwischen den Quellen gewechselt werden kann (so genannte Revolversysteme) müssen die organischen Materialien zumindest einen oder mehrere Tage die hohen Temperaturen innerhalb des Verdampfers zersetzungsfrei überstehen. Als eine Lösung werden daher derzeit so genannte Nachführsysteme diskutiert: Bei diesen Systemen befindet sich die eigentliche Menge an Organik in einem separaten Behälter bzw. Kammer und wird kontinuierlich nach und nach in den Quellenraum eingeführt. Dies ist z.B. über gepresste Pellets, die über eine Rutsche in die Evaporation temperatures often between 200 and 400 0 C, in some cases even more than 500 0 C and these temperatures survive many organic molecules not decomposition. For a continuous production process, the evaporator sources must be filled with so much material that ideally an uninterrupted production for one week is possible. Even if multiple sources are installed at one location and can be changed between sources without loss of time (so-called turret systems), the organic materials must withstand the high temperatures inside the evaporator without decomposition for at least one or more days. As a solution, so-called tracking systems are currently being discussed: In these systems, the actual amount of organics is in a separate container or chamber and is gradually introduced gradually into the source space. This is eg over pressed pellets, which have a chute in the
eigentliche Verdampferquelle fallen möglich (weiteres: actual source of evaporation is possible (further:
kleine Quellen werden reingeschoben; Organik Stab von unten nachgeschoben) . Technisch gemeinsam ist diesen small sources are pushed in; Organik Stab nachgoben from below). Technically, this is common
Nachführsystemen, dass in dem Vorratsbehälter das organische Material in fester Form vorliegt. Idealerweise verdampfen diese kleinen nachgeführten Materialmengen sofort, so dass die organischen Materialien nur sehr kurzzeitig der Tracking systems that in the reservoir, the organic material is in solid form. Ideally, these small quantities of material that are being fed evaporate immediately, so that the organic materials only last very little time
Verdampfungstemperatur ausgesetzt sind. Solche Are exposed to evaporation temperature. Such
Nachführsystem sind allerdings technisch sehr schwierig zu realisieren und damit aufwändig und teuer. Ein Problem speziell ist, dass die Einheit, die das Material nachführt nicht mit Material zugedampft werden darf, da sonst das Nachführsystem "verstopft" wird. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Tracking system, however, are technically very difficult to implement and thus complex and expensive. A special problem is that the unit that tracks the material must not be evaporated with material, otherwise the tracking system will become "clogged". The invention is therefore based on the object
einfaches und verlässliches Verdampfersystem für organische Materialien anzugeben, welches zur Abscheidung organischer Materialien auf im Vakuum (dessen Basisdruck ohne laufende Beschichtung sich im Bereich 10~2 bis 10-10 mbar befindet; falls es sich bei der Abscheidung um einen Gasstrom handelt, kann der Druck auch bis zu 10~° mbar hoch sein) befindliche Oberflächen geeignet ist. To provide a simple and reliable evaporator system for organic materials, which is used for deposition of organic materials in vacuo (the base pressure without running coating is in the range 10 ~ 2 to 10 -10 mbar, if the deposition is a gas stream, the pressure suitable surfaces of up to 10 ~ ° mbar be high) located.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Abscheidung von organischen Materialien gemäß Anspruch 1 gelöst. The object is achieved by a method for the deposition of organic materials according to claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen angegeben . Advantageous embodiments are specified in the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabenstellung dadurch gelöst, dass According to the invention the problem is solved in that
(i) die Quelle des Verdampfersystems so aufgebaut ist, dass darin das abzuscheidende organische Material in einem weiteren Material gemischt ist, wobei das weitere Material als Trägermaterial dient und das Gemisch beider Materialien oder zumindest das als Trägermaterial dienende weitere Material in flüssiger oder überkritischer Form vorliegt, (I) the source of the evaporator system is constructed so that in it the organic material to be deposited is mixed in a further material, wherein the further material serves as a carrier material and the mixture of both materials or at least as Carrier material serving further material is present in liquid or supercritical form,
(ii) ein Mechanismus vorhanden ist, mit dem das unter (ii) there is a mechanism under which the
(i) beschriebene Materialgemisch durch eine Düse in die Vakuumanlage gebracht (expandiert) werden kann,  (i) the mixture of materials described can be brought (expanded) through a nozzle into the vacuum system,
(iii) optional ein weiterer Mechanismus existiert, der die Dosierung dieser Expansion ins Vakuum erlaubt. (iii) Optionally, another mechanism exists that allows the metering of this expansion into vacuum.
Das Trägermaterial kann bei diesem Verfahren in einem überwiegendem Mengenverhältnis (>10fache Molzahl des The support material can in this process in a predominant ratio (> 10 times the mol
organischen Materials) enthalten sein. organic material).
In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Vakuumsystem, welches eine derartige Quelle enthält, mit einem In one embodiment of the invention, a vacuum system containing such a source is one
Rückgewinnungssystem ausgestattet, welches es erlaubt, das als Träger verwendete Material (welches bei Normaldruck entweder gasförmig oder flüssig ist) von den übrigen Recovering system equipped, which allows the material used as a carrier (which is either gaseous or liquid at atmospheric pressure) of the remaining
abgepumpten Stoffen abzutrennen und wieder zu verwenden. Separate and reuse for pumped substances.
Grundlage der vorliegenden Erfindung ist die Idee, dass das organische Material nicht fest, sondern in gelöster Form vorliegt. In der einfachsten Realisierungsmöglichkeit ist das organische Material einfach in einem Lösungsmittel gelöst. Zur besseren Löslichkeit, kann sich dabei das Basis of the present invention is the idea that the organic material is not solid, but in dissolved form. In the simplest realization possibility, the organic material is simply dissolved in a solvent. For better solubility, it can be the
Lösungsmittel unter erhöhtem Druck und/oder erhöhter Solvent under elevated pressure and / or elevated
Temperatur befinden. Weiterhin kann ein zweites Temperature are. Furthermore, a second
Lösungsmittel (Co-Lösungsmittel) vorhanden sein, um dieSolvent (co-solvent) should be present to the
Löslichkeit des organischen Materials zu erhöhen. Weiterhin können auch mehrere organische Materialien gelöst sein, um eine Mischschicht oder eine dotierte Schicht aus einer Increase solubility of the organic material. Furthermore, a plurality of organic materials may be dissolved to form a mixed layer or a doped layer of a
Verdampferquelle zu realisieren. Als organische Materialien im Sinne der Erfindung können sowohl kleine Moleküle als auch polymere organische Materialien verstanden werden. To realize evaporator source. As organic materials within the meaning of the invention, both small molecules and polymeric organic materials can be understood.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich das Lösungsmittel im superkritischen Zustand (auch überkritischer Zustand oder über-/superkritisches Fluid genannt) : In der Thermodynamik werden zunächst die drei Phasen fest, flüssig und gasförmig unterschieden. Im p(T)- Diagramm (Fig. 1), auch Phasendiagramm genannt, existieren klare Grenzen der drei Phasen, die als Sublimationskurve, Schmelzkurve und Dampfdruckkurve bezeichnet werden. In a preferred embodiment of the invention is located the solvent in the supercritical state (also called supercritical state or super- / supercritical fluid): In thermodynamics, the three phases are first distinguished solid, liquid and gaseous. In the p (T) diagram (Fig. 1), also called phase diagram, there are clear boundaries of the three phases, which are referred to as sublimation curve, melting curve and vapor pressure curve.
Darüber hinaus findet man bei weiterem gleichzeitigen Druck- und Temperaturanstieg das Phänomen, dass jenseits des so genannten kritischen Punktes bei (Tc, pc) keine Moreover, with further simultaneous increase in pressure and temperature, one finds the phenomenon that beyond the so-called critical point at (Tc, pc) none
Unterscheidung der beiden Phasen flüssig und gasförmig mehr möglich ist. An diesem Punkt existiert dann eine kritische Dichte pc. Oberhalb dieses kritischen Punktes existiert eine so genannte überkritische Phase. Es ist bekannt, dass diese Phase technologisch genutzt werden kann, um Stoffe in ehemals flüssigen oder ehemals gasförmigen weiteren Stoffen zu lösen. Dieses Verfahren kann z.B. angewendet werden, um CO2 als Lösungsmittel zu verwenden. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass CO2 nicht reaktiv und somit ungiftig ist. Es dient daher beispielsweise der Extraktion von Koffein ausDifferentiation of the two phases liquid and gaseous is more possible. At this point, there exists a critical density pc. Above this critical point there is a so-called supercritical phase. It is known that this phase can be used technologically to dissolve substances in formerly liquid or formerly gaseous other substances. This method can be used, for example, to use CO 2 as a solvent. Of particular advantage is that CO 2 is not reactive and thus non-toxic. It therefore serves, for example, the extraction of caffeine
Kaffee. Weitere technische Anwendungen von Extraktionen mit superkritischen Fluiden sind z.B. in Kirk-Othmer Coffee. Further technical applications of extractions with supercritical fluids are e.g. in Kirk-Othmer
"Encyclopedia of Chemical Technology", Seiten 872-893, Ergänzungsband, dritte Auflage, 1984, John Wiley and Sons, New York beschrieben. "Encyclopedia of Chemical Technology", pp. 872-893, supplementary volume, third edition, 1984, John Wiley and Sons, New York.
Weiterhin ist ein Verfahren zur Erzeugung von Nanopartikeln „Rapid Expansion of Supercritical Solutions (RESS)" bekannt (Fig. 2), welches darauf beruht, dass ein nichtflüchtiges organisches Material in einem überkritischen Fluid aufgelöst wird und diese Lösung rasch durch eine Düse entspannt wird. Further, a process for producing nanoparticles "Rapid Expansion of Supercritical Solutions (RESS)" is known (Figure 2), which relies on dissolving a non-volatile organic material in a supercritical fluid and rapidly expanding this solution through a nozzle.
Bei diesem Verfahren wird zunächst das Lösungsmittel in einem Kondensator verflüssigt. Bevor es in den Extraktor strömt, wird das Fluid auf den Extraktionsdruck pE In this method, the solvent is first liquefied in a condenser. Before it flows into the extractor, the fluid becomes the extraction pressure pE
verdichtet und auf die gewünschte Extraktionstemperatur TE erhitzt. Beim Durchströmen des Feststoffbetts im Extraktor belädt sich das Fluid mit der zu mikronisierenden Substanz. Die Beladung yE hängt dabei stark vom Extraktionsdruck pE, der Extrationstemperatur TE und der Verweilzeit im Extraktor ab. Auf dem Weg zur Düse wird die überkritische Lösung auf die gewünschte Vorexpansionstemperatur TO erwärmt. Zum einen kann man, je nach Stoffsystem, über die Temperatur TO die Größe der Partikel beeinflussen, zum anderen wird eine compressed and to the desired extraction temperature TE heated. As it flows through the solids bed in the extractor, the fluid loads with the substance to be micronized. The loading yE depends strongly on the extraction pressure pE, the TE extraction temperature and the residence time in the extractor. On the way to the nozzle, the supercritical solution is heated to the desired pre-expansion temperature TO. On the one hand, depending on the material system, one can influence the size of the particles via the temperature TO, and on the other hand one becomes
Untersättigung erzeugt, die ein Ausfallen von Saturation generates a failing of
Feststoffpartikel in der Leitung verhindert. Anschließend wird die überkritische Lösung durch eine beheizte Düse entspannt, wodurch auf Grund starker Übersättigungen Prevents solid particles in the pipe. Subsequently, the supercritical solution is expanded by a heated nozzle, which due to strong supersaturations
spontane Partikelbildung stattfindet. Die entstandenen spontaneous particle formation takes place. The resulting
Partikel werden auf einen Filter abgeschieden, das Particles are deposited on a filter that
Lösungsmittel idealerweise wieder verflüssigt und dem Solvent ideally re-liquefied and the
Kreislauf zurückgeführt. Recycled cycle.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die überkritische Phase eines Lösungsmittels dazu genutzt, darin das organische Material zu lösen und anschließend dieses überkritische Gemisch durch eine Düse in eine Vakuumanlage expandieren zu lassen, in der das gelöste organische In one embodiment of the present invention, the supercritical phase of a solvent is used to dissolve therein the organic material and then to expand this supercritical mixture through a nozzle into a vacuum system in which the dissolved organic
Material auf einer zu beschichtenden Oberfläche abgeschieden werden kann. Dabei wird das ehemals überkritische Material can be deposited on a surface to be coated. This is the formerly supercritical
Lösungsmittel abgepumpt. Anschließend kann das aus der Pumpe kommende Lösungsmittel wieder aufbereitet werden, um Solvent pumped off. Subsequently, the solvent coming from the pump can be reprocessed to
anschließend wieder in den überkritischen Zustand versetzt zu werden. then be returned to the supercritical state.
In einer weiteren Fortbildung dieser Ausführungsform wird die Düse geheizt, um die notwendige Verdampfungswärme für Fluid und das zu verdampfende organische Material zuzuführen und ein Verstopfen der Düse zu verhindern. In another embodiment of this embodiment, the nozzle is heated to supply the necessary heat of vaporization for fluid and the organic material to be vaporized and to prevent clogging of the nozzle.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden In a preferred embodiment of the present invention
Erfindung wird das zu transportierende organische Material durch die Expansion in seine Gasphase überführt und aus dieser auf eine zu beschichtende Oberfläche oder auf eine beheizte Platte abgeschieden. Dies ist sehr vorteilhaft, wenn molekulare Filme mit besonders geringer Kristallinität hergestellt werden sollen. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass es möglich ist, verschiedene Stoffe als Lösungsmittel zu verwenden, die sich ansonsten vollkommen inert sowohl bezüglich der organischen Stoffe, als auch bezüglich der zu beschichtenden Oberflächen und der auf diesen eventuell bereits abgeschiedenen weiteren organischen Materialien verhalten. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, Stoffe als Lösungsmittel zu verwenden, die unter Normaldruck die abzuscheidenden organischen Materialien nicht lösen. Invention, the organic material to be transported is transferred by the expansion in its gas phase and from this deposited on a surface to be coated or on a heated plate. This is very advantageous if molecular films with particularly low crystallinity are to be produced. A particular advantage of the present invention is that it is possible to use various substances as solvents which otherwise behave completely inert both with regard to the organic substances and with respect to the surfaces to be coated and the organic materials which may have already been deposited on them. Another advantage is the possibility of using substances as solvents which do not dissolve the organic materials to be deposited under normal pressure.
Als Lösungsmittel können insbesondere Stoffe verwendet werden, deren kritische Temperatur Tc <600 K und deren kritischer Druck pc<25 MPa ist. Insbesondere geeignet sind Stoffe mit Tc<450K und geringem pc. Dazu zählen z.B. bei Normaldruck gasförmige Stoffe mit (Tc, pc) wie Kohlendioxid (304, 2K, 7,375MPa), Xenon (289, 7K, 6,31 MPa), Ethan (305K, 4,87MPa), Propan (370K, 4,24MPa), Butan (425K, 3,78 MPa), Ethin (308K, 6,4MPa) und Ethen (282K, 5,04MPa), aber auch bei Normaldruck flüssige Stoffe wie Ethanol (489K, 6,59MPa) und Diethylether (467K, 3,75MPa) . Weiterhin kommen als In particular, substances whose critical temperature Tc <600 K and whose critical pressure pc is <25 MPa can be used as the solvent. Particularly suitable are substances with Tc <450K and low pc. These include e.g. at normal pressure gaseous substances with (Tc, pc) such as carbon dioxide (304, 2K, 7,375MPa), xenon (289, 7K, 6,31 MPa), ethane (305K, 4,87MPa), propane (370K, 4,24MPa) Butane (425K, 3.78 MPa), ethyne (308K, 6.4MPa) and ethene (282K, 5.04MPa), but also at normal pressure liquid materials such as ethanol (489K, 6.59MPa) and diethyl ether (467K, 3 , 75MPa). Continue to come as
Lösungsmittel noch Ammoniak, Wasser, Methanol, Propanol, Methan und auch Fluoralkane bzw. Hydrofluoralkane in Frage. Solvent nor ammonia, water, methanol, propanol, methane and also fluoroalkanes or hydrofluoroalkanes in question.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird mehr als eine organische Substanz gleichzeitig abgeschieden. In a further embodiment of the invention, more than one organic substance is deposited simultaneously.
Damit lassen sich die in der Praxis häufigen This can be used frequently in practice
Mischverdampfungen oder Dotierungen vereinfachen, indem statt einer Quelle pro Material nur noch eine gemeinsameSimplify mixing vaporizations or doping by using only one common source instead of one source
Quelle eingesetzt wird. Das Mischverhältnis der Materialien, die abgeschieden werden sollen, kann somit bereits in der überkritischen Phase eingestellt werden. Wie oben beschrieben, bilden sich nach dem Austritt aus der Düse bevorzugt Partikel, d.h. Cluster aus dem organischen Material. In einem solchen Falle werden auch die auf dem Substrat abgeschiedenen Schichten Großteils aus diesen Source is used. The mixing ratio of the materials to be separated can thus already be adjusted in the supercritical phase. As described above, preferably particles, ie clusters of the organic material, are formed after exiting the nozzle. In such a case, the layers deposited on the substrate will also become bulk of them
Partikeln bzw. Clustern bestehen. Dies kann für die Particles or clusters exist. This can be for the
halbleitenden Eigenschaften der organischen Schicht Semiconducting properties of the organic layer
vorteilhaft sein, da die Partikel in kristalliner Form vorliegen können. Speziell falls zwei verschiedene be advantageous because the particles may be in crystalline form. Especially if two different
organische Materialien verwendet werden, so kann die organic materials can be used, so can the
abgeschiedene Mischschicht aus Nanopartikeln der einzelnen organischen Materialien bestehen. Diese Phasenseparation ist wie oben bereits beschrieben speziell für organische deposited mixed layer of nanoparticles of the individual organic materials. This phase separation is as already described above especially for organic
Solarzellen sehr erwünscht. Solar cells very desirable.
Weiterhin kann es aber auch vorteilhaft sein, dass das organische Material im Vakuum nicht in Form von Partikeln vorliegt, sondern vereinzelt. Im Falle von kleinen Molekülen sollten dann also zumindest ein Großteil der Moleküle einzeln vorliegen. Furthermore, it may also be advantageous that the organic material is not present in the form of particles in the vacuum, but isolated. In the case of small molecules, at least a large proportion of the molecules should then be present individually.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Partikelbildung an der Düse z.B. durch geeignete Druck- und Temperaturverhältnisse verhindert werden, um das organische Material möglichst vollständig zu verdampfen. In another embodiment of the invention, particle formation at the nozzle may be e.g. be prevented by suitable pressure and temperature conditions to evaporate the organic material as completely as possible.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die entstandenen Partikel anschließend vereinzelt: So kann z.B. die Lösung auf ein beheiztes Bauteil gesprüht werden (Fig. 3) . Die beim Entspannen primär entstehenden Primärpartikel prallen auf dieses Bauteil und werden dort verdampft. Bei diesem Bauteil kann es sich um eine Platte handeln, oder um eine Röhre, ggf. in poröser Form mit vergrößerter In a further embodiment of the invention, the resulting particles are then separated: Thus, e.g. the solution is sprayed onto a heated component (Figure 3). The primary particles that primarily develop during expansion collide with this component and are vaporized there. This component may be a plate, or a tube, possibly in a porous form with enlarged
Oberfläche. Das daraus gebildete Objekt kann anschließend als Verdampfer bezeichnet werden und als solcher zur Surface. The object formed therefrom can then be referred to as an evaporator and as such for
Beschichtung von Oberflächen und der Herstellung von Coating of surfaces and the production of
Bauelementen dienen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das organische Material in überkritischem Kohlendioxid (CO2), Xenon, Ethan, Propan, Butan, Ethin, Ethen, Ethanol, Serve components. In a further embodiment of the invention, the organic material is in supercritical carbon dioxide (CO2), xenon, ethane, propane, butane, ethyne, ethene, ethanol,
Diethylether, Ammoniak, Wasser, Methanol, Propanol, Methan, einem Fluoralkan oder einem Hydrofluoralkan gelöst. Diethyl ether, ammonia, water, methanol, propanol, methane, a fluoroalkane or a hydrofluoroalkane dissolved.
In einer weiteren Ausführungsform wird mittels des In a further embodiment, by means of
erfindungsgemäßen Verfahrens ein organisches Bauelement hergestellt, welches als organische pin-Solarzelle bzw. According to the invention, an organic component is produced, which is used as an organic pin solar cell or
organische pin-Tandemsolarzelle, entsprechend der WO organic pin tandem solar cell, according to WO
2004083958 ausgeführt ist. 2004083958 is executed.
In einer weiteren Ausführungsform wird mittels des In a further embodiment, by means of
erfindungsgemäßen Verfahrens ein organisches Bauelement hergestellt, welches als organische Leuchtdiode (OLED) , organisches Speicherbauelement, organischer Transistor oder organische Diode ausgeprägt ist. According to the method of the invention, an organic component is produced, which is pronounced as organic light emitting diode (OLED), organic memory device, organic transistor or organic diode.
Derzeit ist kein Verfahren oder Vorrichtung bekannt, bei dem eine organische Schicht oder ein organisches At present, no method or apparatus is known in which an organic layer or an organic layer
Mehrfachschichtsystem oder ein organisches Bauelement unter Verwendung von überkritischen organischen Materialien erzeugt werden.  Multi-layer system or an organic device can be produced using supercritical organic materials.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von organischen Schichten, organischen Mehrfachschichtsystemen oder organischen In a further embodiment of the invention, a process for the production of organic layers, organic multilayer systems or organic
Bauelementen, insbesondere organischen Solarzellen, Components, in particular organic solar cells,
verwendet, wobei mindestens ein organisches Material in einem weiteren, als Trägermaterial dienenden Material gemischt ist und sich entweder das Gemisch beider used, wherein at least one organic material is mixed in a further, serving as a carrier material and material either the mixture of both
Materialien oder zumindest das als Trägermaterial dienende weitere Material als Fluid ausgebildet ist und dieses Materials or at least serving as a carrier material further material is formed as a fluid and this
Materialgemisch in das Vakuum einer Beschichtungsanlage hinein expandiert wird. Unter einem Fluid wir im Sinne der vorliegenden Erfindung dabei sowohl eine flüssige als auch eine überkritische Phase des Trägermaterials angesehen. In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Abscheidung über einstellbare Prozessparameter, wie etwa Material mixture is expanded into the vacuum of a coating system. For the purposes of the present invention, a fluid is considered both a liquid phase and a supercritical phase of the carrier material. In one embodiment of the invention, the deposition is via adjustable process parameters, such as
Substratgeschwindigkeit, Temperatur, Druck, Geometrie der Düse, etc. geregelt. Substrate speed, temperature, pressure, geometry of the nozzle, etc. regulated.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Materialgemisch in einem Behälter bevorratet. Dieser In a further embodiment of the invention, the material mixture is stored in a container. This
Behälter befindet sich außerhalb der zur Beschichtung dienenden Vakuumkammer. Container is located outside of the serving for coating vacuum chamber.
In einer Ausführungsform der Erfindung steht das In one embodiment of the invention that stands
Materialgemisch in dem Behälter unter erhöhtem Druck Material mixture in the container under elevated pressure
und/oder weist eine erhöhte Temperatur auf. Der erhöhte Druck bezieht sich dabei relativ auf den Druck der and / or has an elevated temperature. The increased pressure refers relative to the pressure of the
Vakuumkammer . Vacuum chamber.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in dem Materialgemisch noch ein weiteres Co-Trägermaterial oder Co- Lösungsmittel vorhanden. In a further embodiment of the invention, a further co-carrier material or co-solvent is present in the material mixture.
In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um einen kontinuierlichen Prozess. Für diesen Fall ist eine Nachführung des Materialgemischs für den In one embodiment of the invention, it is a continuous process. In this case, a tracking of the material mixture for the
Beschichtungsvorgang notwendig. Coating process necessary.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um einen kontinuierlichen Prozess, der ein Nachfüllen frühestens nach 10 Stunden, vorzugsweise nach 50 Stunden erfordert. In a further embodiment of the invention, it is a continuous process which requires refilling at the earliest after 10 hours, preferably after 50 hours.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden als Trägermaterial Stoffe verwendet, deren kritische Temperatur Tc <600 K, insbesondere Tc <450 K und deren kritischer Druck pc<25 MPa ist. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das organische Material in einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kohlendioxid (CO2) , Xenon, Ethan, In a further embodiment of the invention, substances whose critical temperature Tc <600 K, in particular Tc <450 K and their critical pressure pc <25 MPa, are used as carrier material. In a further embodiment of the invention, the organic material is selected in a material selected from the group consisting of carbon dioxide (CO 2 ), xenon, ethane,
Propan, Butan, Ethin, Ethen, Ethanol, Diethylether, Propane, butane, ethyne, ethene, ethanol, diethyl ether,
Ammoniak, Wasser, Methanol, Propanol, Methan, einem Ammonia, water, methanol, propanol, methane, one
Fluoralkan oder einem Hydrofluoralkan gelöst. Fluoroalkane or a hydrofluoroalkane solved.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist mehr als ein organisches Material in dem Trägermaterial gelöst. In a further embodiment of the invention, more than one organic material is dissolved in the carrier material.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist mehr als ein organisches Material in dem Trägermaterial gelöst und die verschiedenen organischen Materialien gleichzeitig auf dem Substrat abgeschieden werden. In another embodiment of the invention, more than one organic material is dissolved in the carrier material and the various organic materials are simultaneously deposited on the substrate.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich zumindest bei einem organischen Material um kleine Moleküle . In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich zumindest bei einem organischen Material um ein In a further embodiment of the invention, at least one organic material is a small molecule. In a further embodiment of the invention, at least one organic material is a
Polymer . Polymer.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Abscheidung auf ein geheiztes Substrat, wobei das Substrat auf solche eine Temperatur erwärmt wird, dass das In a further embodiment of the invention, the deposition is carried out on a heated substrate, wherein the substrate is heated to such a temperature that the
abzuscheidende organische Material auf dem Substrat to be deposited organic material on the substrate
abgeschieden wird und infolge der Substrattemperatur erwärmt wird. Dadurch erfolgt zumindest eine teilweise is deposited and heated due to the substrate temperature. As a result, at least a partial
Wiederverdampfung des abgeschiedenen organischen Materials vom Substrat, wodurch eine verbesserte Homogenität der Re-evaporation of the deposited organic material from the substrate, resulting in improved homogeneity of the
Schicht des abgeschiedenen organischen Materials auf dem Substrat erreicht wird. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zur Vereinzelung von Partikeln bzw. Clustern des Materialgemischs, dieses bei der Expansion aus einer Düse in die Vakuumkammer hinein auf ein beheiztes Bauteil gesprüht, wobei Primärpartikel auf dieses Bauteil prallen und dort verdampft werden, wodurch eine Vereinzelung der Partikel bzw. Cluster erfolgt. Layer of the deposited organic material on the substrate is achieved. In a further embodiment of the invention, for the separation of particles or clusters of Material mixture, this sprayed during the expansion of a nozzle into the vacuum chamber into a heated component, wherein primary particles bounce on this component and are evaporated there, whereby a separation of the particles or clusters takes place.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das beheizte Bauteil eine Röhre. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das beheizte Bauteil eine Platte. In a further embodiment of the invention, the heated component is a tube. In a further embodiment of the invention, the heated component is a plate.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das beheizte Bauteil eine frei geformte Oberfläche. In a further embodiment of the invention, the heated component is a free-formed surface.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das beheizte Bauteil eine poröse Form mit vergrößerter In a further embodiment of the invention, the heated component has a porous shape with enlarged
Oberfläche auf. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Trägermaterial aus der Beschichtungsanlage abgepumpt wird und anschließend wieder zur Herstellung des Materialgemischs verwendet . In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Expansion in die Vakuumkammer mittels einer Düse. Surface on. In a further embodiment of the invention, the carrier material is pumped out of the coating plant and then used again for the production of the material mixture. In a further embodiment of the invention, the expansion takes place in the vacuum chamber by means of a nozzle.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Düse geheizt . In a further embodiment of the invention, the nozzle is heated.
In einer Weiterbildung der vorbeschriebenen Ausführungsform ist die Düse geheizt. In a development of the above-described embodiment, the nozzle is heated.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrenes bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine organische Schicht, ein organisches  In a further embodiment of the invention, by means of the method according to the invention or the device according to the invention an organic layer, an organic
Mehrfachschichtsystem oder ein organisches Bauelement, insbesondere eine organische Solarzelle, eine organische Leuchtdiode (OLED) , ein organischer Dünnschichtspeicher, ein organischer Laser oder ein organischer Feldeffekttransistor (OFET), hergestellt. Multilayer system or an organic device, in particular an organic solar cell, an organic light emitting diode (OLED), an organic thin film memory, an organic laser or an organic field effect transistor (OFET).

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von organischen Schichten, organischen Mehrfachschichtsystemen oder organischen 1. Process for the preparation of organic layers, organic multilayer systems or organic
Bauelementen, insbesondere organischen Solarzellen, dadurch gekennzeichnet, dass  Components, in particular organic solar cells, characterized in that
(i) mindestens ein organisches Material in einem (i) at least one organic material in one
weiteren, als Trägermaterial dienenden Material gemischt ist und sich entweder das Gemisch beider Materialien oder zumindest das als Trägermaterial dienende weitere Material als Fluid, insbesondere in einer überkritischen Phase befindlich,  further, serving as a carrier material material is mixed and either the mixture of both materials or at least serving as a carrier material further material as a fluid, in particular in a supercritical phase located,
ausgebildet ist und  is trained and
(ii) dieses Materialgemisch in das Vakuum einer (ii) this material mixture in the vacuum of a
Beschichtungsanlage hinein expandiert wird.  Coating system is expanded into it.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung über einstellbare Prozessparameter geregelt werden kann. 2. The method according to claim 1, characterized in that the deposition can be controlled by adjustable process parameters.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Materialgemisch in einem Behälter außerhalb der Vakuumkammer bevorratet ist. 3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the material mixture is stored in a container outside the vacuum chamber.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Materialgemisch in dem Behälter unter erhöhtem Druck relativ zum Druck in der Vakuumkammer steht und/oder eine erhöhte Temperatur aufweist. 4. The method according to claim 3, characterized in that the material mixture in the container under elevated pressure is relative to the pressure in the vacuum chamber and / or has an elevated temperature.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Materialgemisch noch ein weiteres Co-Trägermaterial oder Co-Lösungsmittel vorhanden ist . 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that in the material mixture still another co-carrier material or co-solvent is present.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen kontinuierlichen6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it is a continuous
Prozess handelt. Process is.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen kontinuierlichen Prozess handelt, der ein Nachfüllen frühestens nach 10 Stunden, vorzugsweise nach 50 Stunden erfordert. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it is a continuous process that requires refilling at the earliest after 10 hours, preferably after 50 hours.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägermaterial Stoffe verwendet werden, deren kritische Temperatur Tc <600 K, insbesondere Tc <450 K und deren kritischer Druck pc<25 MPa ist. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that are used as the carrier material substances whose critical temperature Tc <600 K, in particular Tc <450 K and the critical pressure pc <25 MPa.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Material in einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kohlendioxid (CO2) , Xenon, Ethan, Propan, Butan, Ethin, Ethen, Ethanol, Diethylether, 9. The method according to claim 8, characterized in that the organic material in a material selected from the group consisting of carbon dioxide (CO 2 ), xenon, ethane, propane, butane, ethyne, ethene, ethanol, diethyl ether,
Ammoniak, Wasser, Methanol, Propanol, Methan, einem  Ammonia, water, methanol, propanol, methane, one
Fluoralkan oder einem Hydrofluoralkan gelöst ist.  Fluoroalkane or a hydrofluoroalkane is dissolved.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein organisches Material in dem Trägermaterial gemischt ist. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that more than one organic material is mixed in the carrier material.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein organisches Material in dem Trägermaterial gemischt ist und die verschiedenen organischen Materialien gleichzeitig auf dem Substrat abgeschieden werden 11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that more than one organic material in the carrier material is mixed and the various organic materials are deposited simultaneously on the substrate
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich zumindest bei einem organischen Material um kleine Moleküle handelt. 12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that it is at least in an organic material to small molecules.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich zumindest bei einem 13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that it is at least one
organischen Material um ein Polymer handelt.  organic material is a polymer.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung auf ein geheiztes 14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the deposition on a heated
Substrat erfolgt, wobei das Substrat auf solche eine Substrate takes place, the substrate on such a
Temperatur erwärmt wird, dass das abzuscheidende organische Material auf dem Substrat abgeschieden wird und infolge der Substrattemperatur erwärmt wird, dass zumindest eine  Temperature is heated, that the deposited organic material is deposited on the substrate and is heated due to the substrate temperature that at least one
teilweise Wiederverdampfung des abgeschiedenen organischen Materials vom Substrat erfolgt. partially re-evaporation of the deposited organic material from the substrate.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Materialgemisch bei einer Expansion mittels einer Düse in die Vakuumkammer hinein auf ein beheiztes Bauteil gesprüht wird, wobei Primärpartikel auf dieses Bauteil prallen und dort wieder verdampft werden, wodurch eine Vereinzelung der Partikel bzw. Cluster erfolgt. 15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the material mixture is sprayed in an expansion by means of a nozzle in the vacuum chamber into a heated component, wherein primary particles bounce on this component and are evaporated there again, whereby a separation of the Particles or clusters takes place.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das beheizte Bauteil eine Röhre oder eine Platte ist. 16. The method according to claim 15, characterized in that the heated component is a tube or a plate.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das beheizte Bauteil eine poröse Form mit vergrößerter Oberfläche aufweist. 17. The method according to any one of claims 15 or 16, characterized in that the heated component has a porous shape with increased surface area.
18. Verfahren nach den Ansprüchen 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse geheizt ist. 18. The method according to claims 15 to 17, characterized in that the nozzle is heated.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial aus der 19. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the carrier material from the
Beschichtungsanlage abgepumpt wird und anschließend wieder zur Herstellung des Materialgemischs verwendet wird.  Coating plant is pumped off and then used again for the production of the material mixture.
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