Beschreibung Material zur Herstellung einer leitfähigen organischen Funk- tionsschicht und Verwendung dazu Die Erfindung betrifft ein Material für eine leitfähige orga- nische Funktionsschicht, insbesondere eine auf der Basis von PEDOT-PSS [Poly (3,4-ethylenedioxythiophene)-poly (styrene- sulfonate)].

Bekannt sind Lösungen PEDOT-PSS mit verschiedenen, auch Gly- kol enthaltenden, Lösungsmitteln, beispielsweise aus der DE 197 57 542. Nachteilig an diesen PEDOT-PSS enthaltenden Mate- rialien ist, dass die Leitfähigkeit durch Zugabe von Lösungs- mittelzusätzen oder weiteren Zusätzen modifiziert wurde. Da- durch ergeben sich nachteilige Effekte auf die Druckbarkeit der Polymerschichten, wobei die Leitfähigkeit immer noch nicht optimiert ist.

Sowohl für organische Solarzellen, Detektoren, oder Transis- toren sowie für organische Leuchtdioden auf flexiblen Sub- straten wird ein hochleitfähiges Funktionspolymer benötigt.

Im Falle der OLEDs und der Solarzellen dient dieses Polymer als Anode. Bei der Verwendung in organischen Feldeffekt- Transistoren kann dieses PEDOT als Material für die Source- Drain Elektroden eingesetzt werden Derzeit wird ITO (Indium- tin-oxide) als ein Anodenmaterial eingesetzt, was durch feh- lende Flexibilität (Biegsamkeit ist durch keramische Struktur begrenzt) nicht auf flexiblen Kunststoffsubstraten eingesetzt werden kann. Die leitfähigen Eigenschaften des dafür verwen- deten Polymers (z. B. PEDOT) sollen denen des ITO sehr nahe kommen, um gleiche Performance Eigenschaften der Bauelemente zu erzielen.

ITO hat eine Leitfähigkeit im Bereich von 104 S/cm und er- reicht mit einer Schichtdicke von 120 nm einen Oberflächenwi- derstand von 20 Ohm/square. Kommerziell erhältliches PEDOT

erreicht derzeit 8 von der Firma Bayer bzw. nun HC Starck) bis zu 10 S/cm und von der Firma Agfa (Orgacon Folie) 120 S/cm. Die verwendeten Dispersionen aus PEDOT/PSS sind derzeit wasserbasierend.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Material zur Verfügung zu stellen, das auf der Basis von PEDOT-PSS ei- ne optimierte Leitfähigkeit hat.

Allgemeine Erkenntnis der Erfindung ist es, dass ein Ersatz des Lösungsmittels eine gesteigerte Leitfähigkeit des Materi- als bewirkt, ohne die Verarbeitbarkeit, insbesondere die Druckbarkeit des Materials zu verschlechtern.

Gegenstand der Erfindung ist ein Material zur Herstellung ei- ner organischen Funktionsschicht auf der Basis von PEDOT-PSS, bei dem die Leitfähigkeit durch Ersatz des Lösungsmittels, also Substitution des ersten Lösungsmittels durch ein zweites Lösungsmittel, optimiert ist.

Nach einer Ausführungsform wird als zu ersetzendes"erstes Lösungsmitteln Wasser oder ein sonstiges stark polares Lö- sungsmittel verwendet.

Als"erstes Lösungsmitteln wird das Lösungsmittel bezeichnet, in dem das Funktionspolymer, PEDOT-PSS, hergestellt wird. Als "zweites Lösungsmittel"wird dementsprechend dann das Lö- sungsmittel bezeichnet, das letztendlich im Material vor- liegt, in dem das Funktionspolymer die optimierte Leitfähig- keit zeigt.

Nach einer Ausführungsform wird als zweites Lösungsmittel ei- ne glykolhaltige Verbindung wie Ethylenglykol oder ein sons- tiger Alkohol eingesetzt, insbesondere auch Mischungen mehre- rer Alkohole, und/oder Alkohole mit einem Kohlenstoffgehalt von C4 bis C10, verzweigt und unverzweigt, auch mehrwertige

Alkohole, bzw. Gemische daraus, sowie Gemische mit Wasser, besonders bevorzugt Glycol und Glycerol.

Der Begriff"organisches Material"oder"Funktionsmaterial" oder Funktionspolymer"umfasst hier alle Arten von organi- schen, metallorganischen und/oder organisch-anorganischen Kunststoffen (Hybride), insbesondere die, die im Englischen z. B. mit"plastics"bezeichnet werden. Es handelt sich um al- le Arten von Stoffen mit Ausnahme der Halbleiter, die die klassischen Dioden bilden (Germanium, Silizium), und der ty- pischen metallischen Leiter. Eine Beschränkung im dogmati- schen Sinn auf organisches Material als Kohlenstoff-enthal- tendes Material ist demnach nicht vorgesehen, vielmehr ist auch an den breiten Einsatz von z. B. Siliconen gedacht. Wei- terhin soll der Term keiner Beschränkung im Hinblick auf die Molekülgröße, insbesondere auf polymere und/oder oligomere Materialien unterliegen, sondern es ist durchaus auch der Einsatz von"small molecules"möglich. Der Wortbestandteil "polymer"im Funktionspolymer ist historisch bedingt und ent- hält insofern keine Aussage über das Vorliegen einer tatsäch- lich polymeren Verbindung und keine Aussage darüber, ob es sich um ein Polymergemisch oder ein Copolymer handelt oder nicht.

Der Hauptvorteil des hier beschriebenen leitfähigen Polymers (PEDOT) in Ethylenglykol ist, dass durch das Ersetzen des Wassers durch Ethylenglykol die Leitfähigkeit signifikant er- höht wird. Die Ursache für diese Erhöhung ist derzeit noch nicht geklärt. Zum einen kann es zur Bildung von Agglomeraten bei der Ersetzung des Lösungsmittels führen, andererseits kann die Anlagerung von Ethylenglykol an die PEDOT/PSS Ketten durch Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen zu verbessertem Stromtransport führen.

Es gibt zahlreiche Anwendungen für PEDOT im Gebiet der Poly- merelektronik. Beispielsweise wird PEDOT als Anode (Ersatz für ITO) im Bereich der OLEDs und Solarzellen auf flexiblen

Substraten eingesetzt. In diesem Fall kann die Anode mit ei- nem existierenden Druckprozess direkt strukturiert aufge- bracht werden, wobei die geforderte Leitfähigkeit der des ITO möglichst nahe kommt.

Überraschend ist, dass durch Ersatz des Lösungsmittels, (z. B.

Wasser durch Ethylenglykol) die Leitfähigkeit um zwei Größen- ordnungen ansteigt.

Das neue Material kann ganz herausragend eingesetzt werden : - Im Bereich der organischen Solarzellen und Transistoren : dort werden ganz spezielle Anforderungen an die Leitfähig- keit der PEDOT Schichten gestellt, die mittels dieser Er- findung auch für die verschiedenen Druckprozesse erfüllt werden können.

- Im Bereich der organischen Transistoren wird hochleitfähi- ges PEDOT benötigt, um elektrische Zuleitungen bzw. die Source drain Elektroden auf Polymerbasis zu realisieren.

- Im Bereich der organischen Solarzellen oder Detektoren wird PEDOT als Elektrode, Zuleitung und als Rekombinati- onsschicht für Tandemzellen eingesetzt.

- Im Bereich der elektronischen Bauteile allgemein für Dio- den, Widerstände für IC+Boards Hochleitfähiges PEDOT kann auch für beide Elektroden bei ei- ner Sandwich-device (auch für invertierten Aufbau) hergenom- men werden.