Verfahren zur Herstellung eines organischen Halbleiterbauteils und organisches Halbleiterbauteil

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils sowie ein nach einem solchen Verfahren hergestelltes Halbleiterbauteil. Bei dem Halbleiterbauteil handelt es sich insbesondere um ein organisches Photovoltaikelement, kurz OPV-Element.

Ein solches Halbleiterbauteil wird beispielsweise zur Erzeugung elektrischer Energie mittels Sonnenlicht verwendet. Dazu weist das Halbleiterbauteil eine aktive Schicht aus einem Halbleitermaterial auf, in welchem durch Absorption von Sonnenlicht freie Ladungsträger generiert werden. Die aktive Schicht ist typischerweise als dünne Schicht zwischen einer oberen Elektrode und einer unteren Elektrode angeordnet. Die Elektroden sind jeweils ebenfalls als dünne Schicht ausgebildet. Dadurch ergibt sich ein Mehrschichtaufbau, der auch noch weitere Schichten aufweisen kann. Beispielsweise ist die aktive Schicht häufig zusätzlich zwischen sogenannten Sperrschichten angeordnet. Im Folgenden wird daher auch eine solche oder ähnliche Kombination zusammenfassend und vereinfachend als aktive Schicht bezeichnet.

Die verfügbare Stromstärke und die von dem Halbleiterbauteil zur Verfügung gestellte Spannung sind unter Anderem von dem Aufbau des Halbleiterbauteils abhängig. Die von einem Halbleiterbauteil generierte Stromstärke ist im Wesentlichen durch die von dem Halbleitermaterial abgedeckte Fläche definiert; dagegen ist die Spannung im Wesentlichen durch die Bandlücke des Halbleitermaterials definiert und dementsprechend materialabhängig. Um nun eine bestimmte Spannung zu erzielen weist ein Halbleiterbauteil daher häufig mehrere Zellen auf, wel- che seriell miteinander verschaltet sind. Die obere und die untere Elektrode sind dann üblicherweise in jeweils voneinander isolierte obere und untere Teilelektroden unterteilt. Zur Herstellung einer Reihenschaltung wird dann üblicherweise die obere Teilelektrode einer ersten Zelle mit der unteren Teilelektrode einer zweiten Zelle elektrisch leitend verbunden. Dazu weisen die zwischen den Elektroden liegenden Schichten und insbesondere die aktive Schicht eine Anzahl von Unterbrechungen auf, in denen ein geeignetes leitendes Material angeordnet wird, mittels dessen die Teilelektroden elektrisch leitend verbunden werden. Auf diese Weise wird zwischen zwei Zellen eine Durchkontaktierung ausgebildet, die von einer unteren Teilelektrode zu einer oberen Teilelektrode durch die dazwischenliegende aktive Schicht hindurch reicht.

Zur Ausbildung von Unterbrechungen der aktiven Schicht ist grundsätzlich die Verwendung eines Lasers möglich. In einem beispielhaften Verfahren wird die aktive Schicht auf die untere Elektrode aufgetragen und anschließend mittels Laserstrahlung segmentiert, d.h. in Teilbereiche unterteilt, welche später jeweils eine Zelle des OPV-Elements bilden. Anschließend wird die obere Elektrode aufgebracht, wobei Material zugleich in die erzeugten Unterbrechungen eindringt und die untere Elektrode kontaktiert. Bei der Segmentierung der aktiven Schicht ist die Auswahl der Betriebsparameter des Lasers, wie beispielsweise Wellenlänge und Leistung, besonders kritisch und insbesondere auch materialabhängig. Die Betriebsparameter müssen nämlich derart gewählt werden, dass gezielt lediglich die aktive Schicht bearbeitet wird und die untere Elektrode unversehrt bleibt. Daher ist diese Methode wenig flexibel bei der Herstellung unterschiedlicher Halbleiterbauteile. Variationen in der Schichtdicke wirken sich direkt nachteilig auf das hergestellte Halbleiterbauteil aus.

In der WO 2012 072271 A1 wird ein Verfahren beschrieben, bei welchem zunächst die aktive Schicht eines OPV-Elements mittels Laserstrahlung in einzelne Zellen segmentiert wird und anschließend Durchkontaktierungen ausgebildet werden, um eine Reihenschaltung der diversen Zellen zu realisieren. Die

Durchkontaktierung wird ebenfalls mittels Laserstrahlung ausgebildet. Während bei der Segmentierung eine Ablation von Material gefordert wird, soll dies bei der Bildung der Durchkontaktierung gerade vermieden werden. Entsprechend niedrig wird die Intensität des Lasers gewählt. Bei der Bildung der Durchkontaktierung erfolgt eine Modifikation des Materials, z.B. wird dieses geschmolzen oder verfestigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils anzugeben. Dabei soll insbesondere die Herstellung einer Durchkontaktierung vereinfacht werden. Weiterhin soll ein entsprechendes Halbleiterbauteil angegeben werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Halbleiterbauteil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 15. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren sinngemäß auch für das Halbleiterbauteil.

Das Verfahren wird zur Herstellung eines Halbleiterbauteils durchgeführt, insbesondere eines organischen Photovoltaikelements, kurz OPV-Element. Ein OPV- Element eignet sich besonders zur Herstellung mittels des angegebenen Verfahrens. Im Folgenden wird daher ohne Beschränkung der Allgemeinheit von einem als OPV-Element ausgebildeten Halbleiterbauteil ausgegangen. Die Beschreibung gilt dabei sinngemäß für jegliche Halbleiterbauelemente, beispielsweise zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle, einer Farbstoffzelle, kurz DSSC ("dye sensitized solar cell"), einer Perovskit-Solarzelle, eines organischen Elektronikbauteils, z.B. eines organischen Photovoltaikelements, kurz OPV-Element, einer organischen Leuchtdiode, kurz OLED, eines organischen Feldeffekttransistor, kurz OFET, eines organischen Dünnschichttransistor, kurz OTFT, eines organischen Photodetektors, kurz OPD, einer organischen Solarzelle, kurz OSC, einer Laserdiode, einer Schottky Diode, eines Photoleiters („photoconductor"), eines Photodetektors oder eines thermoelektrischen Bauteils.

Das Halbleiterbauteil weist eine untere Elektrode, eine obere Elektrode und eine aktive Schicht auf und ist somit insgesamt insbesondere nach Art einer Diode auf- gebaut. Zur elektrisch leitenden Verbindung der beiden Elektroden durch die aktive Schicht hindurch wird eine Durchkontaktierung ausgebildet. Diese ist entsprechend innerhalb der aktiven Schicht angeordnet. Mit anderen Worten: die

Durchkontaktierung führt von der einen der Elektroden durch die aktive Schicht hindurch zur anderen Elektrode. Die Durchkontaktierung stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Elektroden her. Die Durchkontaktierung wird auch als„interconnect" bezeichnet.

Die untere Elektrode besteht vorzugsweise aus einem transparenten, leitenden Oxid, kurz TCO („transparent conductive oxide"). Die untere Elektrode ist insbesondere auf ein Substrat aufgebracht. Das Substrat dient insbesondere der verbesserten Handhabung und ist vergleichsweise dick im Vergleich zu den Elektroden und der aktiven Schicht, z.B. um drei Größenordnungen dicker, üblicherweise im Bereich zwischen 10 und Ι ΟΟμιη. Die obere Elektrode besteht vorzugsweise aus Silber. Die obere Elektrode ist beispielsweise als Gitter auf die aktive Schicht aufgedruckt. Die aktive Schicht besteht vorzugsweise aus einem organischen Halbleitermaterial. Dieses kann mehrschichtig ausgebildet sein und z.B. zusätzliche Sperrschichten aufweisen.

Die Durchkontaktierung wird mittels Laserablation ausgebildet. Bei einer Laserab- lation wird allgemein ein Werkstück mit Laserstrahlung beaufschlagt, wobei die Laserstrahlung eine derart hohe Intensität aufweist, dass Material vom Werkstück ablatiert, d.h. abgetragen wird. Die Durchkontaktierung wird nun ausgebildet, indem die untere Elektrode mit Laserstrahlung beaufschlagt wird und dadurch Material der unteren Elektrode aufgeworfen wird. Unter„aufgeworfen" wird auch „ablatiert" verstanden. Andere Synonyme im Rahmen dieser Anmeldung sind insbesondere„aufgewirbelt",„abgesprengt",„abgelöst". Im Ergebnis erfolgt eine Abla- tion von Material der unteren Elektrode. Dieses Material, genauer gesagt das aufgeworfene oder ablatierte Material, bildet die Durchkontaktierung aus. Die Laserablation erzeugt demnach eine Aufwerfung, eine Ablagerung oder einen Rückstand („debris") an Material, welcher sich am Ort der Laserablation ablagert. Die Ablagerung bildet eine Struktur, welche sich ausgehend von der unteren Elektrode hinweg erstreckt, nämlich insbesondere nach oben und in Richtung der unter Umständen erst später aufgebrachten oberen Elektrode.

Zur Ausbildung der Durchkontaktierung erfolgt demnach vorliegend gerade nicht ein bloßes Aufschmelzen der unteren Elektrode. Vielmehr wird bei der Ablation das Material gleichsam abgesprengt und dabei umgelagert und eben nicht bloß aufgeschmolzen, um anschließend wieder zu erstarren. Das in dieser Anmeldung beschriebene Verfahren mit einer Ablation steht somit im Gegensatz zum einleitend beschriebenen Konzept des Aufschmelzens. Dies ist insbesondere auch dadurch erkennbar, dass die Durchkontaktierung eine charakteristische Struktur aufweist. Bei einem Aufschmelzen breitet sich das Material lediglich in unmittelbarer Nachbarschaft der Einschussstelle aus und erstarrt dort auch wieder. Das Material bildet insbesondere eine im Vergleich zu einer Ablation räumlich weniger ausgebreitete Struktur. Dagegen wird bei einer Ablation das ablatierte Material insbesondere aus der unteren Elektrode herausgelöst und von dieser abgetrennt und dadurch deutlich umfangreicher umstrukturiert und umgelagert. Die resultierende Struktur der Durchkontaktierung zeichnet sich insbesondere durch eine erhöhte Reichweite aus, insbesondere in einer Richtung senkrecht zur unteren Elektrode betrachtet.

Die Herstellung erfolgt vorzugsweise in einem Rollendruckverfahren („roll-to-roll"), welches besonders einfach, effizient und kostengünstig ist sowie besonders hohe Stückzahlen ermöglicht.

Ein Kerngedanke der Erfindung besteht insbesondere darin, mittels Laserstrahlung auf der unteren Elektrode eine Ablation durchzuführen, d.h. explizit eine Zerstörung der unteren Elektrode herbeizuführen, um auf besonders einfache Weise eine Durchkontaktierung auszubilden. Eine solche Ablation und Zerstörung der unteren Elektrode wird herkömmlicherweise als nachteilig angesehen und daher möglichst vermieden. Üblicherweise werden daher die Betriebsparameter des Lasers, vor Allem die Intensität der Laserstrahlung oder deren Eindringtiefe, derart gewählt, dass lediglich Material aus der aktiven Schicht abgetragen wird und die untere Elektrode dagegen möglichst verschont bleibt. Bei unterschiedlichen Mate- rialien und/oder Schichtdicken ist dann zwingend eine entsprechend aufwendige Anpassung der Betriebsparameter erforderlich. Dies ist vorliegend nicht der Fall, denn ein Übermaß an Intensität ist gerade gewollt, um eine Ablation der unteren Elektrode zu erzielen, denn insbesondere nur dadurch wird auch geeignetes Material, nämlich leitendes Material, zur Ausbildung der Durchkontaktierung freigesetzt. Eine separate Zuführung von Material für die Durchkontaktierung ist vorteilhaft nicht notwendig und erfolgt zweckmäßigerweise auch nicht.

Mit anderen Worten: vorliegend wurde erkannt, dass bei der bewussten Zerstörung der unteren Elektrode Material freigesetzt wird, welches dann eine Ablagerung, welche in die aktive Schicht hineinreicht und welche vorteilhaft als eine Durchkontaktierung verwendbar ist und daher auch als solche verwendet wird. Die Laserstrahlung trifft an einer Einschussstelle auf die untere Elektrode, wodurch Material aufgeworfen wird. Dabei wird das aufgeworfene Material insbesondere aus der unteren Elektrode herausgelöst, also vom restlichen Material der unteren Elektrode zunächst getrennt. Das aufgeworfene Material sammelt sich regelmäßig als eine Aufwerfung um die Einschussstelle herum. Insbesondere lagert sich das aufgeworfene Material teilweise wieder an der unteren Elektrode ab, zusätzlich aber vorteilhafterweise auch an anderen Schichten um die Einschussstelle herum, besonders an der aktiven Schicht. Die Ablagerung dient dann als

Durchkontaktierung.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass bei veränderten Bedingungen hinsichtlich Material und Schichtdicke keine Anpassung der Betriebsparameter des Lasers erfolgen muss. Insbesondere ist die Eindringtiefe der Laserstrahlung nur noch von untergeordneter Bedeutung. Die Betriebsparameter werden vielmehr insbesondere derart gewählt, dass in jedem relevanten Fall die Intensität ausreicht, eine Ablation von Material der unteren Elektrode herbeizuführen. Eine Obergrenze gibt es für die Intensität zunächst nicht. Dadurch ist eine einzelne Einstellung vorteilhaft in mehreren verschiedenen Situationen geeignet. Eine Obergrenze ergibt sich jedoch insbesondere durch die Anforderung, eine Zerstörung oder eine Durchlöcherung des Substrats unterhalb der unteren Elektrode zu vermeiden. Dadurch ergibt sich insbesondere eine Obergrenze von 1 mJ für die Pulsenergie der Laserstrahlung oder eine Energiedichte von etwa 1 bis 5MJ/m ² . Diese Werte werden mit den typischerweise verwendeten Lasern jedoch nicht erreicht.

Vorzugsweise wird Laserstrahlung eines Q-switched (d.h. gütegeschalteten) Lasers verwendet. Bei solchen Lasern beträgt die Pulsdauer, also die zeitliche Breite eines einzelnen Laserpulses, typischerweise mehrere Nanosekunden. Die Pulsenergie, d.h. die Energie pro Laserpuls, beträgt typischerweise mehrere μϋ. Vorliegend beträgt eine geeignete Pulswiderholrate der Laserstrahlung zwischen 5 und 100 kHz. Eine geeignete mittlere Ausgangsleistung der Laserstrahlung beträgt zwischen 3 und 10W. Eine geeignete Pulsenergie der Laserstrahlung beträgt zwischen 50 und 300 μϋ. Eine geeignete Pulsbreite der Laserstrahlung beträgt zwischen 3 und 30 ns, wobei die Pulsbreite als volle Halbwertsbreite gemessen ist. Eine geeignete Spitzenleistung der Laserstrahlung beträgt zwischen 5 und 50 kW. Eine geeignete Wellenlänge der Laserstrahlung beträgt 1064 nm, andere Wellenlängen sind insbesondere je nach konkret verwendetem Lasertyp auch denkbar und geeignet. Die vorgenannten Werte für die genannten Betriebsparameter führen insbesondere allein und besonders in Kombination zu einer zuverlässigen Ab- lation. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht insbesondere auch darin, dass die vorgenannten Betriebsparameter insofern voneinander unabhängig gewählt werden können, als dass im Gesamtergebnis eine Ablation erzielt werden soll. Aufgrund der vorzugsweise überdimensioniert ausgewählten Betriebsparameter, insbesondere Pulsenergie oder Spitzenleistung, lassen sich einzelne Betriebsparameter, z.B. die Wellenlänge, vorteilhaft variieren ohne das Gesamtergebnis, d.h. die Herstellung einer Durchkontaktierung mittels Ablation, zu beeinflussen.

Zudem sind die Anforderungen an den Laser besonders gering, beispielsweise ist keine bestimmte Strahlgeometrie notwendig, sodass auch besonders kostengünstige Laser, z.B. Diodenlaser, verwendbar sind und vorzugsweise auch verwendet werden. Im Übrigen sind auch die Anforderungen an das Substrat geringer, denn dessen Farbe, Dicke und Zusammensetzung muss nicht mit Rücksicht auf die Laserstrahlung ausgewählt werden. Im Ergebnis ist die Herstellung des Halbleiterbauteils deutlich vereinfacht. Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass die Stärke von Kriechströmen im Halbleiterbauteil deutlich verringert ist. Versuche haben insbesondere ergeben, dass Kriechströme in einem Halbleiterbauteil nach dem beschriebenen Herstellungsverfahren um etwa eine Größenordnung geringer sind, als bei einem herkömmlichen Verfahren, bei welchem mittels Laserstrahlung lediglich die aktive Schicht strukturiert und die untere Elektrode möglichst unversehrt belassen wird. Durch die verringerten Kriechströme ist das Halbleiterbauteil auch besonders robust im Betrieb bei hoher Spannung. So haben Versuche insbesondere gezeigt, dass erfindungsgemäße Halbleiterbauteile erst bei einem Vierfachen der Leerlaufspannung durchbrennen, während dies bei herkömmlichen Halbleiterbauteilen bereits bei einem Dreifachen der Leerlaufspannung der Fall ist. Unter„hoch" wird insbesondere eine Spannung im Bereich von 100 bis 1000V verstanden, welche sich insbesondere durch eine entsprechende Verschaltung mehrerer Hableiterbauteile ergibt. Bei einer solchen Verschaltung werden regelmäßig mehrere Halbleiterbauteile mit Bypass-Dioden vor einem Durchbrennen geschützt. Ein verringerter Kriechstrom und eine höhere Spannungstolerant führen dann vorteilhaft dazu, dass in einer Installation mit mehreren Halbleiterbauteilen weniger Bypass-Dioden verwendet werden müssen als herkömmlicherweise.

Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass das Herstellungsverfahren eine besonders hohe Reproduzierbarkeit aufweist, wie sich insbesondere in Versuchen gezeigt hat. Mit anderen Worten: mittels des Herstellungsverfahrens werden wiederholt Halbleiterbauteile mit gleichen oder zumindest sehr ähnlichen Eigenschaften hergestellt. Variationen z.B. des Kriechstroms, der Spannungsfestigkeit oder des Füllfaktors sind besonders gering. Die hohe Reproduzierbarkeit ergibt sich insbesondere daraus, dass der Herstellungsprozess, genauer die Ausbildung der Durchkontaktierung mittels Laserstrahlung, weitestgehend unabhängig ist von den Betriebsparametern des Lasers und den Eigenschaften der Materialien, insbesondere von lokalen Schwankungen z.B. der Schichtdicke. Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass das Herstellungsverfahren auf Halbzeuge mit unstrukturierter aktiver Schicht anwendbar ist. Die konkrete Ausgestaltung hinsichtlich Zellengröße und Zellenanzahl und die Verschaltung der Zellen untereinander werden erst nachträglich festgelegt. Dadurch braucht für eine Vielzahl an Varianten des Halbleiterbauteils lediglich ein Halbzeug vorgehalten werden. Das Halbzeug ist insbesondere ein Mehrschichtsystem aus einer unteren Elektrode und einer aktiven Schicht, üblicherweise zusätzlich auf einem Substrat. Die Durchkontaktierungen und die obere Elektrode werden dann individuell ausgebildet. Zweckmäßigerweise erfolgt hierbei auch eine Strukturierung der aktiven Schicht und insbesondere auch der unteren Elektrode. Das Auftragen der aktiven Schicht ist dann vorteilhaft entkoppelt von der Ausbildung der oberen Elektrode.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Durchkontaktierung ausgebildet, indem das Material eine kraterförmige Ablagerung um eine Einschussstelle der Laserstrahlung herum bildet. Die Durchkontaktierung ist somit kraterartig oder turmartig ausgebildet und dann besonders stabil. Die Laserstrahlung trifft auf die untere Elektrode, nämlich an der Einschussstelle, und wirft Material auf, welches vom Zentrum der Einschussstelle aus nach außen gedrückt wird und sich dann dort, d.h. am Rand der Einschussstelle, ablagert. Die Ablagerung erfolgt in etwa ringförmig um die Einschussstelle herum, sodass das aufgeworfene Material eine Art Krater bildet. Dieser weist eine Höhe auf, welche zweckmäßigerweise wenigstens der Dicke der aktiven Schicht entspricht, sodass ein Kontakt mit der oberen Elektrode sichergestellt ist.

Bevorzugterweise wird die Durchkontaktierung ausgebildet, bevor die obere Elektrode ausgebildet wird. Die Laserstrahlung wird demnach appliziert, bevor die obere Elektrode aufgetragen wird. Dadurch ist sichergestellt, dass die obere Elektrode die Einschussstelle nicht verdeckt und dass weiterhin die obere Elektrode nicht beschädigt wird.

Zweckmäßigerweise wird jedoch die aktive Schicht mittels der Laserstrahlung durchbrochen. Eine separate Durchbrechung der aktiven Schicht, insbesondere zwecks Ausbildung einer Unterbrechung für die Durchkontaktierung, entfällt auf vorteilhafte Weise. Dieselbe Laserstrahlung wird einerseits verwendet, um die aktive Schicht im Bereich der späteren Durchkontaktierung abzutragen, d.h. zu ablatieren, und andererseits, um die Durchkontaktierung auszubilden. Dabei wird im Ergebnis insbesondere die aktive Schicht durchbrochen und in dieser ein Loch ausgebildet, in welchem sich das ablatierte Material der unteren Elektrode ansammelt oder niederschlägt. Das Herstellen der Durchkontaktierung ist somit deutlich vereinfacht. Insbesondere ist keine vorausgehende Konfektionierung der aktiven Schicht notwendig, denn diese wird beim Ausbilden der Durchkontaktierung exakt an der richtigen Stelle abgetragen.

Insbesondere bildet die Einschussstelle in der aktiven Schicht das oben genannte Loch, welches speziell ein Durchgangsloch ist. Das Loch ist umlaufend von der aktiven Schicht berandet, genauer gesagt von dem Material der aktiven Schicht umrandet. Die aktive Schicht bildet dann eine Wandung, welche das Loch umläuft und welche dann aufgrund der Ablation mit aufgeworfenem Material der unteren Elektrode beschichtet ist. Das Loch ist somit sozusagen von innen mit dem Material der unteren Elektrode beschichtet.

In einer geeigneten Ausgestaltung wird die aktive Schicht durchgängig, d.h. flächig ausgebildet, bevor die Durchkontaktierung ausgebildet wird. Unter„durchgängig" wird insbesondere„unterbrechungsfrei" verstanden. Dadurch lässt sich die aktive Schicht in einem besonders einfachen und effektiven Auftragsverfahren aufbringen und auf diese Weise ein Halbzeug herstellen, welches erst bei der Ausbildung der Durchkontaktierung weiter gestaltet wird. Ein im Vergleich dazu aufwendigeres, strukturiertes Auftragen wird vermieden. Dabei wird unter„strukturiertem" Auftragen verstanden, dass die aktive Schicht nicht als durchgängige Schicht aufgetragen wird, sondern als eine Mehrzahl von voneinander mittels zumindest einer Unterbrechung getrennten Teilbereichen. Die Unterbrechung dient in diesem Fall üblicherweise zur Vorbereitung der Ausbildung der Durchkontaktierung.

Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher mehrere

Durchkontaktierung ausgebildet werden und dadurch zugleich auch die aktive Schicht segmentiert wird. Die Herstellung eines nahezu beliebig gestalteten Halbleiterbauteils erfolgt dann auf einfache Weise ausgehend von einem einfachen Halbzeug mit insbesondere durchgängiger aktiver Schicht. Die genaue Unterteilung der aktiven Schicht in einzelne Zellen erfolgt gemeinsam mit der Ausbildung der Durchkontaktierungen. Diese begrenzen dann entsprechend die einzelnen Zellen. Mit anderen Worten: beim Ausbilden der Durchkontaktierung erfolgt automatisch auch eine Segmentierung der aktiven Schicht.

Zur endgültigen Ausbildung der Zellen ist jedoch zusätzlich üblicherweise eine Zertrennung der unteren Elektrode erforderlich, welche durch die Ausbildung der Durchkontaktierung insbesondere nicht geeignet zerteilt wird. Selbst bei einer durchgängigen, linienartigen Ausbildung der Durchkontaktierung sind üblicherweise beide Seiten der Durchkontaktierung mit der oberen Elektrode verbunden. Eine gleichzeitige Segmentierung des gesamten Halbleiterbauteils wird jedoch in einer Ausgestaltung insbesondere dadurch erzielt, dass die obere Elektrode im Bereich des Strahldurchmessers der Laserstrahlung ausgerichtet ist.

Bevorzugterweise wird die Durchkontaktierung punktförmig ausgebildet, indem die Laserstrahlung lediglich punktweise appliziert wird. Dadurch ist sichergestellt, dass der Reihenwiderstand des Halbleiterbauteils besonders gering ist, wodurch wiederum die Effizienz des Halbleiterbauteils im Betrieb verbessert ist. Zudem wird ein besonders hoher geometrischer Füllfaktor erzielt, d.h. das Verhältnis der Fläche der Durchkontaktierungen zu der übrigen Fläche des Halbleiterbauteils ist besonders gering. Dies führt zumindest bei einem OPV-Element im Ergebnis zu einer erhöhten Leistung pro Fläche. Die Zerstörung der unteren Elektrode erfolgt also gerade nicht großflächig, sondern lediglich lokal.

Zweckmäßigerweise wird zur punktförmigen Ausbildung der Durchkontaktierung ein gepulster Laser verwendet, bei welchem die Laserstrahlung aus einer Reihe aufeinanderfolgender Laserpulse besteht. Durch Auswahl einer geeignet hohen Pulsenergie wird dann eine einzelne Durchkontaktierung vorzugsweise durch einen einzigen Laserpuls erzeugt. Unter„punktförmig" wird insbesondere verstanden, dass die Laserstrahlung punktweise appliziert wird, sodass mehrere Einschussstellen entstehen, welche räumlich voneinander getrennt sind. Die Bildung einer durchgehenden Linie wird dagegen vermieden. Die Einschussstellen sind vorzugsweise„kreisförmig", andere Geometrien sind jedoch denkbar und ebenfalls grundsätzlich geeignet. Die Laserstrahlung erzeugt in der aktiven Schicht sowie in der unteren Elektrode jeweils ein Loch, dessen Durchmesser üblicherweise im Mikrometerbereich liegt, d.h. zwischen 1 μιη und Ι ΟΟΟμιτι. Der Durchmesser der Durchkontaktierung wird insbesondere durch den Strahldurchmesser der Laserstrahlung bestimmt und entspricht diesem ungefähr.

Vorzugsweise weist die Durchkontaktierung einen Durchmesser im Bereich von 5μιτι bis 150μιτι auf. Eine solche Dimensionierung ist deutlich geringer als die Abmessungen herkömmlicher Durchkontaktierungen, welche z.B. etwa 200μιτι betragen, und führt daher zu einem verbesserten geometrischen Füllfaktor, d.h. weniger Totraum und mehr nutzbarer Fläche, und im Ergebnis zu einer höheren Leistung des Halbleiterbauteils.

In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung werden mehrere Durchkontaktierungen in einer Längsrichtung entlang einer gedachten Linie überlappungsfrei ausgebildet. Die Verwendung mehrerer Durchkontaktierungen führt zum Einen grundsätzlich zu einem größeren leitenden Querschnitt und somit zu einer verbesserten Stromführung zwischen den beiden Elektroden. Zum Anderen lässt sich durch mehrere geeignet angeordnete Durchkontaktierungen auch eine geeignete Segmentierung zumindest der aktiven Schicht realisieren, wobei dann die mehreren Durchkontaktierungen entlang der gedachten Linie eine Begrenzung zwischen zwei benachbarten, jedoch voneinander getrennten Bereichen, mithin unterschiedlicher Zellen bilden. Grundsätzlich ist zwar auch eine langestreckte

Durchkontaktierung denkbar, indem die Laserstrahlung entlang einer Linie appliziert wird, um eine entsprechend linienförmige Durchkontaktierung auszubilden und insbesondere auch die aktive Schicht durchgehend zu unterbrechen. Eine lediglich wiederholt lokale und vorzugsweise punktweise, d.h. punktförmige Unterbrechung der aktiven Schicht ist jedoch zur Ausbildung von geeigneten Durchkontaktierungen völlig ausreichend. Die Verwendung mehrerer Durchkontaktierungen hat dann insbesondere den Vorteil, dass weniger Material der aktiven Schicht sowie der unteren Elektrode zerstört wird, als mit einer durchgängigen, unterbrechungsfreien Durchkontaktierung. Die überlappungsfreie Anordnung verhindert vorteilhaft, dass mehrere Durchkontaktierungen aufgrund räumlicher Nähe sozusagen miteinander verschmelzen. Dadurch ist gewährleistet, dass eine einzelne Durchkontaktierung eine eigene Wandung ausbildet und ein Maximum an leitfähigem Material aufweist, wodurch insbesondere ein maximaler Leitungsquerschnitt zwischen den Elektroden realisiert ist und somit vorteilhaft auch ein höherer geometrischer Füllfaktor realisiert ist. Im Gegenzug dazu würden bei zu enger Anordnung die Durchkon-taktierungen nicht jeweils separate Wandungen ausbilden, sondern eine zusammenhängende Wandung, mit entsprechend reduziertem Leitungsquerschnitt.

Vorzugsweise werden die mehreren Durchkontaktierungen in Längsrichtung gleichmäßig in einem Längsabstand von höchstens 1 mm ausgebildet. Eine Untergrenze für den Längsabstand ergibt im Falle einer überlappungsfreien Anordnung automatisch durch den Durchmesser einer einzelnen Durchkontaktierung. Ein Längsabstand unterhalb von 1 mm gewährleistet vorteilhaft eine ausreichende Trennung der aktiven Schicht und zugleich einen geeigneten Leitungsquerschnitt zur Stromführung.

In einer geeigneten Ausgestaltung werden in Längsrichtung mehrere Gruppen von Durchkontaktierungen ausgebildet, indem ausgehend von einer jeweiligen der Durchkontaktierungen quer, vorzugsweise senkrecht zur Längsrichtung jeweils zumindest eine weitere Durchkontaktierung ausgebildet wird. Versuche haben gezeigt, dass mit einem OPV-Element, welches Gruppen von je wenigstens zwei Durchkontaktierungen aufweist, eine höhere Leistung erzeugbar ist, als mit lediglich einzelnen Durchkontaktierungen. Daher werden zweckmäßigerweise nicht lediglich mehrere einzelne Durchkontaktierungen ausgebildet, sondern mehrere Gruppen von Durchkontaktierungen. Mit anderen Worten: es werden Durchkontaktierungen entlang mehrerer gedachter Linien - wie oben erwähnt - ausgebildet, wobei diese gedachten Linien dicht beieinander liegen und parallel zueinander sind. Die Durchkontaktierungen einer Gruppe sind vorzugsweise auf einer Geraden quer, insbesondere senkrecht zur Längsrichtung angeordnet, d.h. aneinandergereiht. Unter„dicht" wird insbesondere verstanden, dass zwei benachbarte Durchkontaktierungen einen Abstand zueinander von höchstens dem einfachen Durchmesser einer Durchkontaktierung aufweisen. Vorzugsweise weist eine Gruppe wenigstens 2 und höchstens 5 Durchkontaktierungen auf. Dabei ist eine Ausgestaltung mit genau zwei Durchkontaktierungen besonders bevorzugt, da Versuche zeigten, dass der Leistungsgewinn von einer zu zwei Durchkontaktierungen besonders groß ist und weitere Durchkontaktierungen lediglich eine geringere Steigerung bewirken.

Geeigneterweise werden die Durchkontaktierungen einer jeweiligen Gruppe überlappungsfrei ausgebildet werden. Eine überlappende Anordnung der Durchkontaktierungen innerhalb einer Gruppe ist zwar grundsätzlich geeignet. Eine überlappungsfreie Anordnung führt jedoch zu einem geringeren Reihenwiderstand.

Zweckmäßigerweise werden die Durchkontaktierungen einer jeweiligen Gruppe überlappungsfrei und in einem Querabstand zueinander angeordnet, welcher geringer ist als ein Längsabstand der Gruppen in Längsrichtung.

Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Halbleiterbauteil, welches nach einem Verfahren in einer der vorgenannten Ausgestaltungen hergestellt ist. Ein Halbleiterbauteil, welches nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt wurde unterscheidet sich von anderen Halbleiterbauteilen insbesondere dadurch, dass die untere Elektrode lokal absichtlich beschädigt oder zerstört ist, um Material aus der Elektrode herauszutragen oder herauszusprengen und mit diesem Material eine Durchkontaktierung zu bilden. Entsprechend ist also Material aus der unteren Elektrode herausgetragen oder herausgesprengt, d.h. ablatiert, und dieses Material bildet eine Durchkontaktierung. Die Durchkontaktierung besteht daher insbesondere aus dem gleichen Material wie die untere Elektrode und gerade nicht aus dem gleichen Material wie die obere, üblicherweise nachträglich aufgetragene Elektrode. Die konkrete Geometrie der Durchkontaktierung hängt dabei im Einzelfall von den konkreten Materialien, deren Menge, d.h. der Dicke der einzelnen Schichten, sowie der Intensität der Laserstrahlung ab. Die konkrete Geometrie ist aber für die Funktionalität zunächst von untergeordneter Bedeutung, denn wichtiger ist vielmehr, dass durch die spezielle Herstellung zuverlässig eine Durchkontaktierung direkt aus dem Material der unteren Elektrode erzeugt wird.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig.1 ein Halbleiterbauteil in einer Schnittansicht,

Fig.2 ein Halbleiterbauteil in einer Draufsicht,

Fig.3a-3e diverse Versuchsergebnisse,

Fig.4a-4d jeweils eine Anordnungsvariante für Durchkontaktierungen, und Fig.5a-5b jeweils Versuchsergebnisse im Zusammenhang mit den Anordnungsvarianten aus Fig.4a-4d.

In Fig.1 ist schematisch und ausschnittsweise ein Halbleiterbauteil 2 dargestellt. Dieses ist vorliegend ein OPV-Element. Das Halbleiterbauteil 2 weist eine obere Elektrode 4 und eine untere Elektrode 6 auf. Zwischen den Elektroden 4, 6 ist eine aktive Schicht 8 angeordnet, welche hier ein organisches Halbleitermaterial aufweist und zur Energieerzeugung durch Absorption von Licht dient. Die Elektroden 4, 6 und die aktive Schicht 8 sind auf ein hier flexibles Substrat 9 aufgebracht und bilden mit diesem ein Mehrschichtsystem. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Substrat 9 aus PET gefertigt, die untere Elektrode 6 aus

Indiumzinnoxid (ITO) und die obere Elektrode 4 aus Silber. Die aktive Schicht 8 ist wiederum ein Mehrschichtsystem, vorliegend nicht dargestellt, bestehend aus einer Sperrschicht HBL, organischem Halbleitermaterial P3HT:ZZ83:PCBM und einer weiteren Sperrschicht HIL.

Um die beiden Elektroden 4, 6 elektrisch leitend miteinander zu verbinden sind mehrere Durchkontaktierungen 10 angeordnet. Diese erstrecken sich ausgehend von der unteren Elektrode 6 durch die aktive Schicht 8 hindurch bis zur oberen Elektrode 4. Die Durchkontaktierungen 10 wurden im Rahmen eines speziellen Herstellungsverfahrens ausgebildet, bei welchem Laserstrahlung L verwendet wird, um Material der unteren Elektrode 6, vorliegend also ITO, zu ablatieren und aus diesem eine jeweilige Durchkontaktierung 10 auszubilden. Dabei wird die Laserstrahlung L von oben, d.h. durch die aktive Schicht 8 hindurch, auf die untere Elektrode 6 geführt. Dadurch ergibt sich eine Einschussstelle 12, an welcher Material aufgeworfen wird, welches sich nachfolgend um die Einschussstelle 12 herum wieder ablagert und eine kraterförmige Ablagerung 14, auch als Aufwerfung bezeichnet, bildet. Bei dem Herstellungsverfahren wird daher für die Durchkontaktierungen 10 kein separates Material zugeführt, sondern Material der unteren Elektrode 6 verwendet. Zudem sind auch die Betriebsparameter des Lasers, welcher die Laserstrahlung L bereitstellt, unkritisch und lediglich derart gewählt, dass eine Ablation der unteren Elektrode 6 erfolgt. Bei herkömmlichen Herstellungsverfahren wird dies jedoch gerade vermieden und es muss eine genaue Einstellung der Betriebsparameter erfolgen, welche zwar eine Ablation der aktiven Schicht 8 bewirkt, jedoch keine Beschädigung der unteren Elektrode 6. Letzteres ist vorliegend aber gewollt und insbesondere auch notwendig zur Erzeugung der

Durchkontaktierung 10.

Die obere Elektrode 4 wird vorliegend erst nach dem Ausbilden der

Durchkontaktierungen 10 aufgebracht und ist entsprechend nicht der Laserstrahlung L ausgesetzt.

In Fig.2 ist schematisch ein Halbleiterbauteil 2 in einer Draufsicht von oben gezeigt. Die obere Elektrode 4 ist nicht dargestellt. Sichtbar ist die aktive Schicht 8; die darunter angeordnete untere Elektrode 6 sowie das Substrat 9 sind nicht sichtbar. Deutlich sichtbar sind dagegen mehrere Durchkontaktierungen 10, welche als Löcher in der aktiven Schicht 10 und der unteren Elektrode 6 erkennbar sind. Dabei sind zunächst jeweils mehrere, hier fünf Durchkontaktierungen 10 in einer Gruppe 16 angeordnet. Die Durchkontaktierungen 10 einer jeweiligen Gruppe 16 sind dabei nebeneinander und überlappend angeordnet. Mehrere Gruppen 16 sind in Längsrichtung R hintereinander angeordnet. Dabei ist zwischen aufeinanderfolgenden Gruppen 16 ein Längsabstand A ausgebildet, welcher in Fig.2 etwa 215μιη beträgt. Dies entspricht in etwa auch der Breite B einer jeweiligen Gruppe 16, welche hier etwa 265μιη beträgt. Der Durchmesser D einer einzelnen Durchkontaktierung 10 beträgt hier etwa 50μιτι.

Wie in Fig.1 und 2 deutlich erkennbar ist, erfolgt die Bearbeitung mittels der Laserstrahlung L punktweise, d.h. punktförmig, wodurch entsprechende Einschusslöcher erzeugt werden, aus welchen dann die gezeigten, in etwa kreisförmigen Durchkontaktierungen 10 resultieren. Zur Bereitstellung der Laserstrahlung L wird vorliegend ein gepulster Laser verwendet, welcher entsprechend gepulste Laserstrahlung L erzeugt, wobei ein einzelner Puls dann hinreichend Energie aufweist, um eine Ablation der unteren Elektrode 4 herbeizuführen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist jede der Durchkontaktierungen 10 durch jeweils einen Puls hergestellt worden. Dies entspricht auch der bevorzugten Herstellungsweise. Alternativ ist aber auch eine Ausbildung mittels mehrerer Pulse möglich, welche dann entsprechend an derselben Einschussstelle auftreffen. Wesentlich ist insbesondere, dass eine Ablation der unteren Elektrode 4 erfolgt.

Die Fig.3a bis 3e zeigen jeweils Versuchsergebnisse bezüglich verschiedener Parameter eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils 2 im Vergleich zu einem auf herkömmliche Weise hergestellten Halbleiterbauteil 2. Ein jeweiliger Graph zeigt links das Ergebnis für ein herkömmliches Halbleiterbauteil 2, bei welchem die aktive Schicht 8 mittels Laserstrahlung L kontinuierlich, d.h. durchgängig entlang einer Linie abgetragen worden ist und dann der dadurch entstandene Freiraum beim Auftragen der oberen Elektrode 6 mit leitendem Material ebenjener oberen Elektrode 6 gefüllt wurde. Jeweils auf der rechten Seite ist das Ergebnis für ein erfindungsgemäß hergestelltes Halbleiterbauteil 2 mit punktweisen

Durchkontaktierungen 10 gezeigt.

Aus Fig.3a geht hervor, dass das erfindungsgemäße Halbleiterbauteil 2 eine höhere Effizienz 18 aufweist, d.h. bei gleicher Beleuchtung mehr Energie erzeugt, also Photonen umwandelt. Dies ergibt sich insbesondere aufgrund eines höheren elektrischen Füllfaktors 20, wie sich aus Fig.3b ergibt. Fig.3c zeigt die von dem jeweiligen Halbleiterbauteil 2 erzeugte Spannung 22 bei gleicher Beleuchtung und Fig.3d zeigt den Strom 24. Fig.3e zeigt auf der linken Achse für die beiden oberen Ergebnisse den Kriechstrom 26 („leakage"), d.h. Sperrstrom, bei einer angelegten Spannung von -5V und auf der rechten Achse fü die beiden unteren Ergebnisse den Injektionsstrom 28 („injection") bei einer angelegten Spannung von +10V.

In den Fig.4a bis 4d sind bevorzugte Anordnungsvarianten für die Durchkontaktier ungen 10 schematisch dargestellt. Die Varianten der Fig.4a, b und c zeigen dabei Gruppen 16 von fünf, drei bzw. zwei Durchkontaktierungen 10. In der Variante der Fig.4d sind die Durchkontaktierungen 10 nicht gruppiert. Allgemein sind die Durchkontaktierungen 10 in Längsrichtung R entlang einer gedachten Linie L1 angeordnet, wobei bei den Varianten mit Gruppen 16 entsprechend mehrere Linien L1 vorliegen, welche parallel zueinander verlaufen, sodass die Durchkontaktierungen 10 einer jeweiligen Gruppe 16 quer, hier sogar senkrecht zu den Linien L1 nebeneinander angeordnet sind. In Längsrichtung R sind die Durchkontaktierungen 10 allgemein überlappungsfrei angeordnet. Innerhalb einer Gruppe 16 ist jedoch auch eine überlappende Anordnung geeignet, wie in den Varianten der Fig.4a und b gezeigt. In den Varianten der Fig.4a und 4b beträgt der Abstand zwischen zwei benachbarten Linien L1 50μιη, in Fig.4c dagegen 100μιτι. Der Durchmesser der Durchkontaktierungen 10 beträgt etwas weniger als 100μιτι.

Weitere, nicht gezeigte Varianten sind denkbar und geeignet. Besonders geeignet sind sämtliche Ausgestaltungen, bei welchen die Durchkontaktierungen 10 jeweils punktweise ausgebildet sind und in Längsrichtung R überlappungsfrei angeordnet sind.

In Fig.5a, b sind Versuchsergebnisse zu den in den Fig.4a bis 4d gezeigten Anordnungsvarianten aufgeführt. Dabei zeigt Fig.5a die Effizienz 18 eines jeweiligen Halbleiterbauteils 2 und Fig.5b den jeweils gemessenen Injektionsstrom 28 bei einer angelegten Spannung von +13V. In dem jeweiligen Graphen sind ganz links die Ergebnisse für eine Anordnung nach Fig.4a dargestellt, dann für eine An- Ordnung nach Fig.4b, dann für eine Anordnung nach Fig.4c und schließlich ganz rechts für eine Anordnung nach Fig.4d.

Aus Fig.5a wird deutlich, dass die Ausbildung von Gruppen 16 mit mehreren Durchkontaktierungen 10 zu besseren Ergebnissen führt, als die einfache Ausbildung einzelner Durchkontaktierungen 10 gemäß Fig.4d. Aus Fig.5b wird deutlich, dass die Anordnung gemäß Fig.4b mit drei überlappenden Durchkontaktierungen 10 pro Gruppe 16 zu einem geringeren Injektionsstrom 28 und somit einem höheren Reihenwiderstand führt als bei der Anordnung gemäß Fig.4c mit zwei nicht überlappenden Durchkontaktierungen 10 pro Gruppe 16. Dies zeigt, dass eine überlappungsfreie Anordnung zu einem höheren Leitungsquerschnitt führt, da mehr aufgeworfenes Material erzeugt wird, als im überlappenden Fall.

Bezugszeichenliste

2 Halbleiterbauteil

4 obere Elektrode

6 untere Elektrode

8 aktive Schicht

9 Substrat

10 Durchkontaktierung 12 Einschussstelle

14 Ablagerung

16 Gruppe

18 Effizienz

20 Füllfaktor

22 Spannung

24 Strom

26 Kriechstrom

28 Injektionsstrom

Längsabstand Breite

Durchmesser

Laserstrahlung

Längsrichtung