Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine transparente Mehrschichtanordnung, wie sie bei spielsweise zur Herstellung von Solarzellen oder organischen Leuchtdioden (OLED) Verwendung findet, und auf ein entsprechendes Herstellungsverfahren. Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Solarzelle und auf eine OLED mit einer solchen transparenten Mehrschicht anordnung.

Transparente Elektroden sind beispielsweise ein wesentliches Element flexibler optoelektroni scher Anwendungen, wie zum Beispiel Displays, bildgebende Einheiten und Sensoren. Hochlei tfähige Elektroden werden dabei bevorzugt, um den elektrischen Widerstand gering zu halten. Insbesondere für sogenannte Wearables, d. h. am Körper tragbare elektronische Geräte, oder implantierbare Anordnungen werden hohe Anforderungen an die Flexibilität, Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität gestellt.

Durchsichtige metallische und halbleitende Dünnschichten (sog. TCOs, engl.: transparent conductive oxides) sind in der Solarindustrie und Bildschirmentwicklung von besonderer Bedeu- tung. Solche TCOs sind beispielsweise in den Veröffentlichungen N. Al-Dahoudi and M. A. Ae- gerter,“Comparative study of transparent conductive ln2Ü3: Sn (ITO) coatings made using a sol and a nanoparticle Suspension,” Thin Solid Films, vol. 502, no. 1-2, pp. 193-197, 2006, und H. Liu, V. Avrutin, N. Izyumskaya, Ü. Özgür, and H. Morkog,“Transparent conducting oxides for electrode applications in light emitting and absorbing devices,” Superlattices and Microstructures, vol. 48, no. 5, pp. 458-484, 2010, beschrieben.

Ein Material, das für neuere Entwicklungen häufig benutzt wird, ist der Halbleiter ITO (Indium- Zinn-Oxid), dessen elektrische Eigenschaften durch Dotierung gezielt eingestellt werden können (siehe z. B. T. Minami,“Present Status of transparent conducting oxide thin-film development for Indium-Tin-Oxide (ITO) Substitutes,” Thin Solid Films, vol. 516, no. 17, pp. 5822-5828, 2008). ITO hat allerdings problematische mechanische Eigenschaften, insbesondere da es durch sein sprödes Bruchverhalten zu Rissbildung neigt. Um ITO trotzdem in die verschiedenen Produkti onsprozesse zu integrieren und dabei seine Integrität zu erhalten, wird ITO meistens auf festen Materialen (z.B. Glas oder Metall) abgeschieden, wie dies in den folgenden Artikeln beschrieben ist: H. K. Lin, S. M. Chiu, T. P. Cho, and J. C. Huang,“Improved bending fatigue behavior of flexible PET/ITO film with thin metallic glass interlayer,” Mater. Lett. , vol. 113, pp. 182-185, 2013; S. K. Park, J. I. Han, D. G. Moon, and W. K. Kim,“Mechanical Stability of Externally Deformed Indium-Tin-Oxide Films on Polymer Substrates,” Jpn. J. Appl. Phys., vol. 42, no. Part 1 , No. 2A, pp. 623-629, 2003; K. A. Sierros, N. J. Morris, K. Ramji, and D. R. Cairns,“Stress-corrosion cracking of indium tin oxide coated polyethylene terephthalate for flexible optoelectronic devices,” Thin Solid Films, vol. 517, no. 8, pp. 2590-2595, 2009; B. Sim, E.-H. Kim, J. Park, and M. Lee, “Highly enhanced mechanical stability of indium tin oxide film with a thin AI buffer layer deposited on plastic Substrate,” Surf. Coat. Technol., vol. 204, no. 3, pp. 309-312, 2009; D.-P. Tran, H.-l. Lu, and C.-K. Lin,“Effects of cyclic deformation on conductive characteristics of indium tin oxide thin film on polyethylene terephthalate Substrate,” Surf. Coat. Technol., vol. 283, pp. 298-310, 2015.

Neue Entwicklungen in der Elektronikindustrie tendieren zu flexiblen Basismaterialien aus Poly meren, um veränderbare und komplexere Strukturen mit dem leitenden Film abbilden können. Hierbei treten bei bekannten Strukturen unter anderem die folgenden Probleme auf.

Bekannte ITO-Schichten müssen in dem Produktionsprozess auf einem festen Trägermaterial abgeschieden und strukturiert werden. Folgeschritte dürfen keine thermischen oder mechani schen Spannungen in den Film einbringen, da solche Spannungen Risse und Defekte in dem spröden Film generieren. Thermisches Behandeln (zwischen 200°C und 800°C) des TCO-Films ist aber z. B. für eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit unerlässlich (siehe N. Al-Dahoudi and M. A. Aegerter,“Comparative study of transparent conductive InaCh: Sn (ITO) coatings made using a sol and a nanoparticle Suspension,” Thin Solid Films, vol. 502, no. 1-2, pp. 193-197, 2006).

Eine durchsichtige und flexible Beschichtung und/oder Verkapselung der ITO-Schichten ist somit nur begrenzt möglich und es ist damit auch keine Langlebigkeit garantiert. Gerade in Anwen dungsbereichen mit mechanischer Wechselbelastung oder hoher Feuchtigkeit sind aktuelle An sätze mangelhaft, da nur Schutzschichten möglich sind, die bei Raumtemperatur abgeschieden werden und ausheilen (z. B. Parylen wie in Y. Jimbo et al. ,“Ultraflexible Transparent Oxide/Me- tal/Oxide Stack Electrode with Low Sheet Resistance for Electrophysiological Measurements,” (eng), ACS applied materials & interfaces, vol. 9, no. 40, pp. 34744-34750, 2017, beschrieben, Silikon oder dergleichen). Diese Schichten stellen dann sehr spezielle Anforderungen an die Rei- nigungs- und nachgelagerten Entwicklungs-Prozesse.

Zusammenfassend haben momentan verfügbare Mehrschichtanordnungen mit durchsichtigen leitenden oder halbleitenden Dünnschichten den Nachteil, dass keine nachfolgende Beschich tung oder Prozessierung der Schichten vorgenommen werden kann, welche ein Ausheilen bei erhöhten Temperaturen benötigt. Daher ist das TCO immer einer der letzten Prozessschritte oder muss mit Polymeren beschichtet werden, die bei niedrigen Temperaturen nahe der Raumtempe ratur abgeschieden werden. Parylen ist gegenwärtig das einzige flexible Polymermaterial, das in einem CVD-Verfahren (Chemical vapor deposition) bei Raumtemperatur abgeschieden werden kann, andere CVD-Abscheidungen ergeben keine flexiblen Schichten.

TCO- und ITO-Schichten müssen direkt auf Glas oder einen anderen festen T räger abgeschieden werden, was keine mechanische Flexibilität zulässt. Um eine ausreichende Haftung zwischen TCO und einem flexiblen Trägerpolymer herzustellen, ist weiterhin bekannt, eine dünne Metallschicht, z. B. Aluminium, Silber, Titan oder Platin, als Haftvermittler einzufügen. Diese Lösung hat allerdings den Nachteil, dass zum einen die elektri schen Eigenschaften stark beeinflusst werden. Weiterhin ist der gesamte Mehrschichtaufbau nicht mehr ausreichend optisch transparent, wenn unter dem TCO eine Metallschicht angeordnet ist.

Es besteht daher ein Bedarf an optisch transparenten Mehrschichtanordnungen, welche die Nachteile der bekannten Lösungen überwinden und dabei sicher und zuverlässig sind, aber den noch kostengünstig herstellbar sind.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteil- hafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Pa tentansprüche.

Dabei basiert die vorliegende Erfindung auf der Idee, eine dünne Schicht Siliziumkarbid als Haft vermittler zwischen einem flexiblen durchsichtigen Trägerpolymer und einer elektrisch leitfähigen transparenten Schicht zu verwenden. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung konnten zeigen, dass ein solcher SiC-Haftvermittler nur sehr geringen Einfluss auf die elektrischen und halblei tenden Eigenschaften eines TCO-Films hat, dabei aber sowohl optimale Bindungseigenschaften zu der Kohlenstoffchemie des Polymers einerseits und zu der Oxidstruktur des TCO-Films ande rerseits hat. Das Siliziumkarbid hat mithin eine hervorragende Haftung zu Polymeren basierend auf dem Kohlenstoffanteil und bildet andererseits eine sehr gute Haftung zu dem TCO-Halbleiter aufgrund des Siliziumanteils aus.

Insbesondere umfasst eine transparente Mehrschichtanordnung gemäß der vorliegenden Erfin dung eine transparente Trägerstruktur, die ein Polymermaterial aufweist, und eine elektrisch leit fähige transparente Schicht, die ein elektrisch leitfähiges Oxid aufweist, wobei als Haftvermittler zwischen der Trägerstruktur und der elektrisch leitfähigen transparenten Schicht eine Silizium- karbidschicht angeordnet ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der transparenten Mehrschichtanordnung weist das Polymermaterial der Trägerstruktur Polyimid, PI, Polyethylenterephthalat, PET, Polyethylen, PE, Polycabonat, PC, Polyvinylchlorid, PVC, Polyamid, PA, Polytetrafluorethylen, PTFE, Polymethyl- metacrylat, PMMA, Polyetheretherketon, PEEK, Polysulfon, PSU, Poly(p-xylylene), Polydimethyl- siloxan, PDMS, und/oder Polypropylen, PP, auf. Besonders inert und chemisch stabil ist dabei Polyimid.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das elektrisch leitfähige Oxid beispielsweise Indiumzin noxid, ITO, Fluor-Zinn-Oxid, FTO, Aluminium-Zink-Oxid, AZO, und/oder Antimon-Zinn-Oxid, ATO, umfassen.

Damit die transparente Mehrschichtanordnung für sichtbares Licht ausreichend durchsichtig ist, hat die Siliziumkarbidschicht gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung eine Dicke zwischen 10 nm und 100 nm, vorzugsweise etwa 50 nm.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die elektrisch leitfähige transparente Schicht strukturiert, um mindestens eine Elektrode auszubilden. Dabei kann die mindestens eine Elektrode sowohl eine Einzelelektrode wie auch ein Array aus einer Vielzahl von Elektroden umfassen. In vorteilhafter weise haften auch fein strukturierte Elektroden zuverlässig an der Trägerstruktur.

Um die elektrisch leitfähige transparente Schicht elektrisch zu isolieren und/oder gegenüber che mischen und mechanischen Beanspruchungen zu schützen, kann in vorteilhafter weise weiterhin eine transparente Deckschicht, die ein Polymermaterial aufweist und die elektrisch leitfähige transparente Schicht wenigstens teilweise abdeckt, vorgesehen sein.

Dabei kann optional zwischen der Deckschicht und der elektrisch leitfähigen transparenten Schicht als Haftvermittler eine zweite Siliziumkarbidschicht angeordnet sein, um die Haftung der Deckschicht auf der elektrisch leitfähigen transparenten Schicht zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Herstellen einer transpa renten elektrisch leitfähigen Struktur. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

Bereitstellen einer transparenten Trägerstruktur, die ein Polymermaterial aufweist,

Aufbringen einer Siliziumkarbidschicht auf die Trägerstruktur, Aufbringen einer elektrisch leitfähigen transparenten Schicht, die ein elektrisch leitfähiges Oxid aufweist, auf die Siliziumkarbidschicht, so dass die Siliziumkarbidschicht einen Haft vermittler zwischen der T rägerstruktur und der elektrisch leitfähigen transparenten Schicht ausbildet.

Wie bereits erwähnt, kann auf diese Weise kostengünstig und einfach eine transparente Mehr schichtanordnung hergestellt werden, deren einzelne Lagen miteinander zuverlässig und fest ver bunden sind, wobei die Mehrschichtanordnung darüber hinaus eine hohe mechanische Flexibilität aufweist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die elektrisch leitfähige transparente Schicht mittels eines Fotolithografieprozesses strukturiert. Fo tolithografische Prozesse stellen etablierte, serienfertigungstaugliche Verfahren mit hoher Präzi sion und Reproduzierbarkeit dar.

In vorteilhafter Weise wird die Siliziumkarbidschicht in einem sogenannten PECVD-Verfahren (Plasma enhanced Chemical vapor deposition) auf der Trägerstruktur abgeschieden. PECVD ist ein Prozess, bei dem dünne Filme verschiedener Materialien auf Substraten mit geringerer Tem peratur abgeschieden werden können als bei Standard CVD (Chemical vapor deposition)- Ver fahren. Bei PECVD Verfahren wird die Abscheidung dadurch bewirkt, dass reaktive Gase zwi schen parallelen Elektroden zugeführt werden, einer geerdeten Elektrode und einer RF-Elekt- rode. Die kapazitive Kopplung zwischen den Elektroden regt die reaktiven Gase zu einem Plasma an, welches wiederum zu der gewünschten chemischen Reaktion führt. Dadurch wird das Reak tionsprodukt auf dem Substrat abgeschieden. Das Substrat, das auf der geerdeten Elektrode an geordnet ist, wird typischerweise auf Temperaturen zwischen 250 °C bis 350 °C erhitzt. Im Ver gleich dazu verlangen übliche CVD Verfahren normalerweise 600 °C bis 800 °C. Die Erfinder der vorliegenden Erfinder konnten sogar Temperaturen zwischen 100 °C und 120 °C bei der Abschei dung des SiC erreichen, sodass der Fotolack nicht beschädigt wird und mithin ein Lift-off Verfah ren und Fotostrukturierungen ermöglicht werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die elektrisch leitfähige transparente Schicht mittels reaktiver Kathodenzerstäubung auf der Siliziumkarbid schicht abgeschieden. Dieses Verfahren, das auch unter der Bezeichnung„Reaktives Sputtern“ bekannt ist, bezeichnet ein Abscheideverfahren, bei dem Atome aus einem Festkörper (Target) durch Beschuss mit energiereichen Ionen (vorwiegend Edelgasionen) herausgelöst werden und in die Gasphase übergehen, wobei in einem inerten Arbeitsgas (z. B. Argon) ein oder mehrere reaktive Gase (z. B. Sauerstoff oder Stickstoff) zugesetzt werden. Die Gase reagieren am Target, in der Vakuumkammer oder am Substrat mit den zerstäubten Schichtatomen und bilden neue Materialien. Die entstandenen Reaktionsprodukte scheiden sich anschließend an der Substrat oberfläche ab.

Um die elektrisch leitfähige transparente Schicht zu schützen, kann in vorteilhafter Weise weiter hin eine transparente Deckschicht, die ein Polymermaterial aufweist und die elektrisch leitfähige transparente Schicht wenigstens teilweise abdeckt, aufgebracht werden.

Dabei kann zwischen der Deckschicht und der elektrisch leitfähigen transparenten Schicht als Haftvermittler eine zweite Siliziumkarbidschicht abgeschieden werden, um die Haftung der Deck schicht auf der elektrisch leitfähigen transparenten Schicht zu verbessern. Vorzugsweise wird auf diese Siliziumkarbidschicht eine zusätzliche Schicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff (engl. Di- amond-Like-Carbon, DLC), die nachfolgend als DLC-Schicht bezeichnet wird, aufgebracht, um die Verbindung zu der aufgeschleuderten flüssigen Vorstufe des Polymermaterials weiter zu ver bessern, wenn z. B. PI als Polymermaterial für die Deckschicht verwendet wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens können in einem Ätzschritt Kontaktöffnungen in die Deckschicht eingebracht werden, durch die hindurch die elektrisch leitfähige transparente Schicht kontaktierbar ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine photovoltaische Zelle, nachfolgend auch als Solarzelle bezeichnet, mit einer Absorberschicht und einer transparenten Mehrschicht anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die elektrisch leitfähige transparente Schicht elektrisch und optisch mit der Absorberschicht verbunden ist.

Wie in dem Übersichtsartikel H. Liu, V. Avrutin, N. Izyumskaya, Ü. Özgür, and H. Morkog,“Trans parent conducting oxides for electrode applications in light emitting and absorbing devices,” Su- perlattices and Microstructures, vol. 48, no. 5, pp. 458-484, 2010, im Detail beschrieben, nutzen Solarzellen den photovoltaischen Effekt, um einfallendes Licht unmittelbar in elektrischen Strom umzuwandeln. Elektron-Loch-Paare werden durch Lichtquanten erzeugt und an einer Grenzflä che von zwei Materialien mit unterschiedlicher Leitungspolarität aufgetrennt. Im Zusammenhang mit leitfähigen Oxiden sind diverse Solarzellentypen interessant. Grundsätzlich können u. a. Dick schicht- und Dünnschicht-Siliziumsolarzellen, Dünnfilmzellen mit einzelnen oder mehreren Sperr schichten, farbstoffsensibilisierte Solarzellen, organische/Polymerzellen und hocheffiziente So larzellen mit mehreren Sperrschichten basierend auf 111-V-Halbleitern unterschieden werden. TCO werden als transparente Elektroden in vielen Typen von Dünnfilmsolarzellen, wie beispiels weise Siliziumdünnfilmsolarzellen, CdTe-Dünnfilmsolarzellen und Kupfer-Indium-Gallium-Dise- lenid (CIGS)-Dünnfilmsolarzellen eingesetzt. Dabei muss die Ladungsträgerkonzentration in dem TCO gering wie möglich sein, um unerwünschte freie Ladungsträgerabsorption im Infrarotbereich zu verhindern, während die Ladungsträgerbeweglichkeit so hoch wie möglich sein sollte, um eine ausreichend hohe Leitfähigkeit zu erzeugen.

Der Vorteil von Dünnfilmsiliziumzellen besteht unter anderem darin, dass sie kostengünstiger sind. Verschiedene unterschiedliche Photovoltaiktechnologien basieren auf Siliziumdünnfilmen, beispielsweise auf hydrogenisiertem amorphem Silizium (a-Si:H) mit einem quasi-direkten Band abstand von 1 ,8 eV, hydrogenisiertem mikrokristallinen Silizium (pc-Si:H) mit einem indirekten Bandabstand von 1 ,1 eV, einer Kombination aus diesen beiden Formen (mikromorphes Silizium) sowie polykristallinem Silizium auf Glas (PSG).

Die drei erstgenannten Technologien benutzen TCOs als Front- und/oder Rückseitenelektroden. Erfindungsgemäß wird Siliziumkarbid als Haftvermittler zwischen der TCO-Schicht und dem je weiligen Trägermaterial eingesetzt. Beispielsweise kann eine solche Zelle nach dem„Super- strate“-Prinzip aufgebaut sein, bei dem das Licht durch das Trägermaterial hindurch in die aktive innere Zone eindringt. Für eine solche Solarzelle beginnt der Fertigungsprozess an der im Betrieb dem Licht zugewandten Vorderseite der Zelle und schreitet zur Rückseite hin fort. Zunächst wird eine TCO-Frontkontaktschicht auf einer transparenten Substratschicht abgeschieden, gefolgt von der Abscheidung von amorphem und/oder mikrokristallinem Silizium und einer TCO- oder metal lischen Rückseitenkontaktschicht. Somit muss die TCO-Frontkontaktschicht ausreichend robust sein, um alle nachfolgenden Schichtabscheidungen und Behandlungsschritte unbeschadet zu überstehen. Bei bekannten Anordnungen ist die Substratschicht meist aus Glas. Gemäß der vor liegenden Erfindung wird aber eine Polymerschicht verwendet, so dass die Solarzelle auch flexi bel ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich schließlich auch auf eine organische Leuchtdiode, OLED, mit einer Kathode, einer Emitterschicht und einer Anode, wobei die OLED eine transparente Mehrschichtanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, und wobei die elektrisch leit fähige transparente Schicht die Anode der OLED bildet.

Es werden nachfolgend die folgenden Begriffe und Definitionen verwendet. Der Begriff „flexibel“ bedeutet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, dass eine Schicht oder ein Substrat biegsam und insbesondere in bestimmten Grenzen deformierbar ist, ohne zu brechen.

Unter der Bezeichnung„elektrisch leitfähig“ wird nachfolgend verstanden, dass ein Material in der Lage ist, elektrischen Strom zu leiten und sich zur Ausbildung von Elektroden eignet. Neben der Leitfähigkeit, die beispielsweise Metalle an den Tag legen, soll damit im Sinne der vorliegenden Erfindung auch die Leitfähigkeit eines halbleitenden Materials umfasst sein.

Die Begriffe„transparent“ und„durchsichtig“ sollen im Sinne der vorliegenden Erfindung die hohe Durchlässigkeit für spezifische Lichtwellenlängen, insbesondere im sichtbaren Bereich, bezeich- nen. Allerdings ist für einen Fachmann klar, dass die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auch im Zusammenhang mit einer Strahlungsdurchlässigkeit im infraroten Bereich anwendbar sind.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird diese anhand der in den nachfolgen den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei werden gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen und gleichen Bauteilbezeichnungen versehen. Weiterhin können auch einige Merkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unter schiedlichen Ausführungsformen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen. Es zeigen:

Fig. 1 -6 eine schematische Darstellung eines Herstellungsprozesses einer transparenten

Mehrschichtanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 7-13 eine schematische Darstellung eines Herstellungsprozesses einer transparenten

Mehrschichtanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Er findung;

Fig. 14 eine schematische Darstellung der wellenlängenabhängigen Transmittanz diverser

Schichten;

Fig. 15 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Solarzelle gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 16 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Solarzelle ge mäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 17 eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform einer OLED ge mäß der vorliegenden Erfindung.

Die vorliegende Erfindung wird der erfindungsgemäße transparente Mehrschichtaufbau gemäß einer ersten Ausführungsform und seine Herstellung nachfolgend mit Bezug auf die Figuren, und dabei insbesondere zunächst mit Bezug auf die Figuren 1 bis 6, näher erläutert. Es wird ange merkt, dass in sämtlichen Figuren die Größenverhältnisse und insbesondere die Schichtdicken verhältnisse nicht maßstabsgetreu wiedergegeben sind.

Fig. 1 zeigt als Ausgangsmaterial schematisch einen Siliziumwafer 102, der mit einer transparen ten Trägerschicht, beispielsweise einer Polyimidschicht, 104 und einem Fotolack 106 beschichtet ist. Der Siliziumwafer 102 dient nur während der mikrosystemtechnischen Herstellung der erfin dungsgemäßen Mehrschichtanordnung 100 als Substrat und wird später entfernt. In einem pho tolithographischen Belichtungs- und Strukturierungsschritt wird, wie dies allgemein bekannt ist, der Fotolack so strukturiert, dass das Polyimid (PI) 104 in den Bereichen freigelegt ist, in denen die spätere TCO-Struktur (beispielsweise ITO) ausgebildet werden soll (Fig. 2). Im nächsten Schritt wird gemäß der vorliegenden Erfindung zunächst eine durchgehende Schicht von Siliziumkarbid 108 aufgebracht.

Dabei erfolgt die Aufbringung der Siliziumkarbidschicht 108 vorzugsweise mittels einer PECVD- Abscheidung. Die Siliziumkarbidschicht 108 kann beispielsweise eine Dicke von 50 nm haben. In diesem Dickenbereich, aber auch noch deutlich darüber, ist Siliziumkarbid für die meisten inte- ressierenden Wellenlängen durchlässig. Wie bereits erwähnt, bezeichnet PECVD (Plasma en- hanced Chemical vapor deposition) einen Prozess, bei dem dünne Filme verschiedener Materia lien auf Substraten mit geringerer Temperatur abgeschieden werden können als bei Standard CVD (Chemical vapor deposition)- Verfahren. Bei PECVD-Verfahren wird die Abscheidung dadurch bewirkt, dass reaktive Gase zwischen parallelen Elektroden zugeführt werden, einer ge- erdeten Elektrode und einer RF-Elektrode. Die kapazitive Kopplung zwischen den Elektroden regt die reaktiven Gase zu einem Plasma an, welches wiederum zu der gewünschten chemischen Reaktion führt. Dadurch wird das Reaktionsprodukt, in diesem Fall SiC, auf dem Substrat abge schieden. Das Substrat, das auf der geerdeten Elektrode angeordnet ist, wird typischerweise auf Temperaturen zwischen 100 °C bis 120 °C erhitzt, um die Integrität von Standard-Fotolacken zu gewährleisten. Aufgrund seiner speziellen chemischen und physikalischen Eigenschaften geht Siliziumkarbid eine besonders enge Bindung mit der darunterliegenden Polymerschicht, beispielsweise Po lyimid, ein.

Auf die Siliziumkarbidschicht 108 wird anschließend eine transparente elektrisch halbleitende TCO-Schicht 1 10 aufgebracht. Dieser Zustand ist in Fig. 3 illustriert. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das elektrisch leitfähige Oxid beispielsweise Indiumzinnoxid, ITO, Fluor-Zinn- Oxid, FTO, Aluminium-Zink-Oxid, AZO, und/oder Antimon-Zinn-Oxid, ATO, umfassen.

Beispielsweise kann eine solche ITO-Schicht 110 mithilfe von reaktiver Kathodenzerstäubung abgeschieden werden. Wie bereits ausgeführt, bezeichnet die reaktive Kathodenzerstäubung ein Abscheideverfahren, bei dem Atome aus einem Festkörper (Target) durch Beschuss mit energie reichen Ionen (vorwiegend Edelgasionen) herausgelöst werden und in die Gasphase übergehen, wobei in einem inerten Arbeitsgas (z. B. Argon) ein oder mehrere reaktive Gase (z. B. Sauerstoff oder Stickstoff) zugesetzt werden. Die Gase reagieren am Target, in der Vakuumkammer oder am Substrat mit den zerstäubten Schichtatomen und bilden neue Materialien. Die entstandenen Reaktionsprodukte, im vorliegenden Fall ITO, scheiden sich anschließend an der Substratober fläche ab.

Aufgrund des Siliziumanteils im Siliziumkarbid 108 ist die Siliziumkarbidschicht auch in der Lage, eine feste Bindung zu der ITO-Schicht 1 10 einzugehen. Somit bildet die Siliziumkarbidschicht 108 einen Haftvermittler zwischen dem transparenten Polymermaterial (Polyimid) 104 und dem elektrisch leitfähigen Material TCO, beispielsweise ITO, 110.

Im nächsten Schritt wird durch den Lift-off des Fotolacks 106 der Haftvermittler 108 wie auch das TCO 1 10 an all den Stellen entfernt, an denen es nicht gewünscht ist. Wie in Figur 4 gezeigt, bleiben lediglich die über den Haftvermittler 108 mit dem Untergrund 104 verbundenen struktu rierten TCO Schichten 1 10 stehen.

Wie in Figur 5 gezeigt, kann optional eine weitere Polyimidschicht als Deckschicht 112 auf der strukturierten TCO-Schicht 1 10 abgeschieden werden. Jede andere transparente Polymerschicht ist selbstverständlich auch als Deckschicht 112 geeignet. In dem gezeigten Beispiel bestehen die Trägerschicht 104 und die Deckschicht 112 aus demselben Material. Das muss aber nicht sein, sondern es können selbstverständlich auch unterschiedliche Materialien verwendet werden. Für die Deckschicht 1 12 wie auch für die Trägerschicht 104 kommen beispielsweise die folgenden Materialien in Betracht: Polyimid, PI, Polyethylenterephthalat, PET, Polyethylen, PE, Polycabo- nat, PC, Polyvinylchlorid, PVC, Polyamid, PA, Polytetrafluorethylen, PTFE, Polymethylmetacrylat, PMMA, Polyetheretherketon, PEEK, Polysulfon, PSU, Poly(p-xylylene), Polydimethylsiloxan, PDMS, und/oder Polypropylen, PP, auf. Besonders inert und chemisch stabil ist dabei Polyimid.

Diese Deckschicht 112 dient der elektrischen Isolation, aber auch dem Schutz gegenüber chemi schen und mechanischen Umwelteinflüssen. Die Deckschicht 1 12 kann eine Polyimidschicht sein, die in Form einer flüssigen Vorstufe aufgeschleudert und anschließend thermisch behandelt wird, um ausgehärtet zu werden. Hierzu sind, wie dies bekannt ist, vergleichsweise hohe Tem peraturen, beispielsweise 450° während 10 Minuten, erforderlich. Es konnte gezeigt werden, dass die Haftung des TCO-Films 110 auf der Trägerschicht 104 durch diese Beanspruchung nicht be einträchtigt wird. Mithin erlaubt es das Vorsehen des erfindungsgemäßen Siliziumkarbidhaftver mittlers, transparente elektrisch leitfähige Schichten nach dem Aufbringen auf ihren Träger wei teren, auch höhere Temperaturen involvierenden Prozessschritten zu unterziehen. Insbesondere können transparente elektrisch leitfähige Schichten in Polymere eingebettet werden, so dass ein transparenter, flexibler Aufbau erreicht werden kann, der nach außen geschützt und elektrisch isoliert ist.

Um die TCO-Schicht 110 elektrisch von außen kontaktieren zu können, werden durch Öffnungen 1 14 in der Deckschicht 112 Kontaktflächen und/oder aktive Strukturen beispielsweise mithilfe ei nes Trockenätzschritts freigelegt. Weiterhin wird die transparente flexible Trägerschicht 104 von dem Siliziumsubstrat 102 getrennt. Dies kann ebenfalls durch einen Ätzschritt erfolgen. Schließ lich kann (in den Figuren nicht gezeigt) eine Vereinzelung von Einzelkomponenten vorgesehen sein, die als Batch gemeinsam prozessiert werden, solange sie auf dem Siliziumwafer 102 ange ordnet sind.

Figur 6 zeigt die fertiggestellte transparente Mehrlagenstruktur 100 mit den schematisch darge stellten Öffnungen 114.

Mit Bezug auf die Figuren 7 bis 13 wird nachfolgend die Herstellung einer transparenten Mehr schichtanordnung gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform beschrieben.

Die in den Figuren 7 bis 10 gezeigten Herstellungsschritte entsprechen denen aus den Figuren 1 bis 4 und die Beschreibung soll daher nicht nochmals wiederholt werden.

Wie in Figur 1 1 schematisch dargestellt, wird gemäß einer weiteren Ausführungsform eine wei tere Haftvermittelschicht 109 zwischen der Deckschicht 1 12 und der darunterliegenden TCO- Schicht 1 10 vorgesehen. Die Haftvermittlerschicht 109 kann zum einen durch eine weitere Silizi umkarbidschicht entsprechend der Siliziumkarbidschicht 108 gebildet sein. Es ließ sich aber in experimentellen Untersuchungen zeigen, dass die Haftvermittlung zwischen einem auf dem TCO- Film abgeschiedenen Deckschichtpolymer nicht identisch ist zu der Haftvermittlung zwischen ei nem auf dem Polymersubstrat abgeschiedenen TCO-Film. Insbesondere kann eine noch weiter verbesserte Haftung der Deckschicht 112 auf dem TCO erreicht werden, indem zusätzlich zu einer weiteren Siliziumkarbidschicht eine Diamond-Like-Carbon (DLC)-Schicht aufgebracht wird, bevor die Polymerdeckschicht abgeschieden wird. Die DLC-Schicht wird beispielsweise in einem Niedertemperaturverfahren, wie einer PECVD-Abscheidung bei maximal 100 °C, aufgebracht. Vorzugsweise hat eine solche zusätzliche DLC-Schicht eine Dicke von ca. 10 nm. Auf diese Weise kann die optimale Adhäsion der Polymerdeckschicht erreicht werden. Damit wird anstelle der in Fig. 5 gezeigten unmittelbaren Abdeckung der TCO-Schicht 1 10 mit der Deckschicht 112 noch die Doppelschicht SiC-DLC als Haftvermittlerschicht 109 zwischen der TCO-Schicht 1 10 und der Deckschicht 1 12 vorgesehen.

Wie in Figur 12 gezeigt, kann analog zu Fig. 5 optional eine weitere Polyimidschicht als Deck schicht 1 12 auf der strukturierten TCO-Schicht 1 10 abgeschieden werden. Diese Deckschicht 1 12 dient der elektrischen Isolation, aber auch dem Schutz gegenüber chemischen und mecha nischen Umwelteinflüssen.

Um die TCO-Schicht 1 10 elektrisch von außen kontaktieren zu können, werden durch Öffnungen 1 14 in der Deckschicht 1 12 Kontaktflächen und/oder aktive Strukturen beispielsweise mithilfe ei nes Trockenätzschritts freigelegt. Dabei wird auch die Haftvermittlerschicht 109 geöffnet. Weiter hin wird die transparente flexible Trägerschicht 104 von dem Siliziumsubstrat 102 getrennt. Dies kann ebenfalls durch einen Ätzschritt erfolgen. Schließlich kann wiederum (in den Figuren nicht gezeigt) eine Vereinzelung von Einzelkomponenten vorgesehen sein, die als Batch gemeinsam prozessiert werden, solange sie auf dem Siliziumwafer 102 angeordnet sind.

Figur 13 zeigt die fertiggestellte transparente Mehrlagenstruktur 100 mit den schematisch darge stellten Öffnungen 1 14.

Figur 14 zeigt die Transmittanz (in %) für die verschiedenen in der transparenten Mehrlagenstruk tur 100 vorgesehenen Materialien in Abhängigkeit von der Wellenlänge (in nm) im Vergleich zu einer Glasschicht, die für die Messung der T ransmittanz als Unterlage erforderlich ist. Jede Kurve zeigt den Mittelwert der Messergebnisse und die zugehörige Standardabweichung. Dabei be zeichnet die Kurve 201 die Durchlässigkeit von Glas, die Kurve 202 die Durchlässigkeit einer 5 pm dicken Pl-Schicht auf einer Glasunterlage, die Kurve 203 die Durchlässigkeit einer 300 nm dicken ITO-Schicht auf 5 pm PI und der Glasunterlage, und die Kurve 204 die Durchlässigkeit einer 600 nm dicken ITO-Schicht auf 5 pm PI und der Glasunterlage. Dabei ist jeweils eine SiC- Haftvermittlerschicht zwischen dem Pl-Träger und der ITO-Schicht angeordnet. Wie aus Figur 14 erkennbar, hat die Transmittanz von Glas (Kurve 201) für sichtbares bis nahinfrarotes Licht einen fast konstanten Wert von 91 %, während durch die Pl-Schicht etwa 80 % des sichtbaren Lichts über 470 nm dringen (Kurve 202). Der Mehrschichtaufbau mit einer ITO-Schicht zeigt eine maximale Transmittanz im Bereich von 600 nm, wobei die Transmittanz signifikant von der Schichtdicke der ITO-Schicht abhängt (Kurven 203 und 204).

Mit Bezug auf die Figuren 15 bis 17 werden nachfolgend Anwendungsbeispiele für den erfindungsgemäßen transparenten Mehrschichtaufbau gezeigt, bei denen der Herstellungsprozess jeweils analog den Schritten aus Figur 1 bis 6 von unten nach oben abläuft.

Figur 15 zeigt ein erstes technisches Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäße transpa- rente Mehrschichtstruktur. In dieser schematischen Schnittdarstellung ist eine sogenannte mik- romorphe Solarzelle 300 mit hydrogenisiertem amorphem und mikrokristallinem Silizium (a- Si: H/pc-Si: H) als aktiver Schicht 316 gezeigt. Wie dies bekannt ist und beispielsweise in dem Artikel H. Liu, V. Avrutin, N. Izyumskaya, Ü. Özgür, and H. Morkog,“Transparent conducting Oxides for electrode applications in light emitting and absorbing devices,” Superlattices and Microstructures, vol. 48, no. 5, pp. 458-484, 2010, beschrieben ist, wird bei bekannten Solarzellen an der Seite des Lichteinfalls ein Glassubstrat („Superstrate“) verwendet, welches keine mechanische Flexibilität zulässt. Demgegenüber weist die erfindungsgemäße Solarzelle 300 auf der Seite des Lichteinfalls ein flexibles transparentes Polymerträgermaterial 304 als Superstrate auf. Über eine SiC-Haftvermittlerschicht 308 ist eine TCO-Frontelektrodenschicht 310 mit dem Poly- merträgermaterial 304 verbunden. Das SiC 308 ermöglicht somit eine flexible und transparente Vorderseite, die eine Korrosion der TCO-Schicht 310 verhindert.

Als aktive Schicht 316 (die auch als Absorberschicht bezeichnet wird) ist eine a-Si: H/pc-Si: H- Schicht vorgesehen. Auf diese photovoltaisch aktive Schicht 316 folgt eine weitere TCO-Schicht 318, die als Rückseitenkontakt dient. Eine Metallschicht 320 dient der Verspiegelung, als Diffusi- onsbarriere und der erhöhten elektrischen Leitfähigkeit. Eine weitere Polymerschicht 312 dient als verkapselnde Deckschicht.

Licht 324, das durch die transparente Trägerschicht 304 einfällt, wird aufgrund der unterschiedlichen Brechungsindizes der Silizium- bzw. TCO-Schichten 310, 316, 318 mehrfach reflektiert und gestreut und auf diese Weise in der Siliziumabsorberschicht 316„gefangen“, wie dies in Figur 15 illustriert ist. Auf diese Weise kann die Dicke der Absorberschicht 316 vergleichsweise geringgehalten werden, was Kosten spart und die Stabilität der Solarzelle 300 erhöht. In vorteilhafter Weise kann die gesamte Solarzelle 300 biegsam sein, so dass sie z. B. im unbe nutzten Zustand aufgerollt werden kann oder sich unterschiedlichen Untergrundprofilen anpas sen kann.

Als weiteres technisches Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen transparenten Mehr- Schichtstruktur ist in Figur 16 eine Solarzelle 400 mit einer CdTe (Cadmiumtellurid)- oder CIGS (Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid)-Absorberschicht 416 gezeigt. Generell können alle aktuellen Dünnschichtsolarzellen mit den zugehörigen Schichten erfindungsgemäß auf flexible Substrate überführt werden. Sogar organische Solarzellen mit fotosensitiven Schichten können auf diese Weise stabilisiert werden. Erfindungsgemäß weist die Solarzelle 400 auf der Seite des Lichteinfalls 424 ein flexibles trans parentes Polymerträgermaterial 404 auf. Über eine SiC-Haftvermittlerschicht 408 ist eine TCO- Frontelektrodenschicht 410 mit dem Polymerträgermaterial 404 verbunden. Die SiC-Haftvermitt lerschicht 408 ermöglicht somit eine flexible und transparente Vorderseite, die eine Korrosion der TCO-Schicht 410 verhindert. Die aktive Schicht 416 ist durch eine CdTe- oder CIGS-Absorber- Schicht gebildet. Wie dies bekannt ist und z. B. in dem Artikel H. Liu, V. Avrutin, N. Izyumskaya, Ü. Özgür, and H. Morkog,“Transparent conducting oxides for electrode applications in light emit- ting and absorbing devices,” Superlattices and Microstructures, vol. 48, no. 5, pp. 458-484, 2010, erläutert wird, ist die Absorberschicht 416 im Fall von CdTe-Solarzellen üblicherweise ein Mehr schichtaufbau, der CdTe- und CdS-Schichten sowie eine Rückseitenmetallisierung umfasst. Im Fall von CIGS-Solarzellen beinhaltet die Absorberschicht neben dem eigentlichen CIGS-Ab- sorbermaterial außerdem noch eine CdS-Schicht und eine Rückseitenmetallisierung. Es ist aller dings für einen Fachmann klar, dass die erfindungsgemäßen Prinzipien mit jeder benötigten wei teren Schichtfolge kompatibel ist, die gegebenenfalls noch auf die Absorberschicht 416 aufge bracht wird. Generell können alle aktuellen Dünnschichtsolarzellen mit den zugehörigen Schichten erfin dungsgemäß auf flexible Substrate überführt werden. Sogar organische Solarzellen mit fotosen sitiven Schichten können auf diese Weise stabilisiert werden.

Als weiteres technisches Anwendungsbeispiel einer transparenten Mehrschichtanordnung ge mäß der vorliegenden Erfindung ist in Figur 17 eine organische lichtemittierende Diode (OLED) 500 dargestellt.

Die OLED 500 weist eine aktive organische Schicht 516 zwischen zwei Elektroden, einer Metall kathode 526 und einer transparenten TCO-Anode 510 auf. Die typische Dicke der organischen Filme beträgt etwa 100 bis 200 nm. Dabei werden in der Regel zwei Arten organischer Materialien eingesetzt: langkettige Polymere oder kleine Moleküle. Wird zwischen der Anode und der Ka thode eine Spannung angelegt, injiziert die Kathode 526 Elektronen in den Film 516. Gleichzeitig werden Löcher (positive Ladungen) von der transparenten Anode 510 mit hoher Austrittsarbeit in das organische Material 106 injiziert. Im elektrischen Feld wandern positive und negative Ladun gen durch den organischen Film 516. Bei ihrer Rekombination bilden sie angeregte Zustände. Zerfallen diese, werden Photonen ausgesendet und Licht 524 tritt aus.

Erfindungsgemäß ist die TCO-Schicht 510 über eine Siliziumkarbidschicht 508 mit einer transpa renten Polymerschicht 504 verbunden. Eine Polymerdeckschicht 512 schließt die Schichtfolge der OLED 500 ab. Auf diese Weise kann das Bauelement komplett verkapselt werden, um gegen äußere Einflüsse geschützt zu wein. Darüber hinaus ist die OLED 500 vollständig flexibel, weil auf einen Glasträger verzichtet werden kann.

Zusammenfassend sieht die vorliegende Erfindung Siliziumkarbid als transparenten Haftvermitt ler zwischen Polymeren und TCOs vor, insbesondere für flexible Dünnfilmanwendungen im Be- reich Flüssigkristallbildschirmen, organischen Leuchtdioden, Touchscreens, schaltbaren Vergla sungen, Dünnschicht-Solarzellen, Photovoltaik, Displaytechnik, Beleuchtungstechnik, Automobil technik, Architekturverglasung, elektrophysiologischen Elektroden, pH-Sensoren und Antikörper detektoren.

Damit gelingt eine erfolgreiche nicht-hermetische Verkapselung von TCO Schichten, insbeson- dere für den langzeitstabilen Einsatz in wässerigen Medien (oder feuchten Umgebungen). Dadurch werden thermisch und mechanisch stabile durchsichtige Schichten für die oben genann ten Anwendungen bereitgestellt.

Bezugszeichenliste: