Der selektive Abtrag dünner Schichten findet für eine Vielzahl technischer Fertigungsverfahren Anwendung. Eine solche ist die Herstellung organischer Solarzellen, bei der mittels Laserabtrag die Funktionsschichten strukturiert werden, um eine monolithische Verschaltung zu erreichen. Aus Gründen der Lebensdauerverbesserung und zur Kostenreduktion gibt es Bestrebungen verschiedene Funktionalitäten wie Trägermaterial der Solarzellen und Wasserdampfbarriere zusammenzuführen.
Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wird der Abtrag von elektrisch leitfähigen, transpa-renten Schichten auf einer Wasserbarriereschicht aus Siliziumnitrid untersucht. Das Ziel ist ein vollständiger Abtrag der Elektrode zur elektrischen Separation, bei gleichzeitiger Erhaltung der Barriereeigenschaften der darunterliegenden Schicht. Die Untersuchungen zum Abtragsverhal-ten zeigen Schwankung in der Abtragsqualität der Elektrode. Mit Hilfe von Raman-Spektroskopie und der entwickelten Kontrastscan Methode kann gezeigt werden, dass diese Inhomogenität von Bereichen schwankender Brechzahl in der verwendeten Polyethylentereph-thalatfolie verursacht sind. Diese entstehen bei der Herstellung der Folie durch den Prozess des Verstreckens, um eine thermische Stabilisierung zu erreichen.
Zur Entwicklung eines tieferen Verständnisses der Einflüsse auf die Abtragsqualität wird ein Simulationsmodell entwickelt. Es simuliert die optischen Gegebenheiten des gesamten Schichtverbunds und nutzt die ermittelten, lokal absorbierten Leistungen für die Berechnung der thermomechanischen Gegebenheiten in den Schichten nach dem Zwei-Temperatur-Modell.
An Hand von Abtragsergebnissen zum Elektrodensystem Indiumzinnoxid (ITO) werden die Er-gebnisse des entwickelten Simulationsmodells mit dem bekannten Modell zur Absorption nach Lambert-Beer verglichen. Für ITO und einen weiteren Elektrodentyp, genannt Dielektrikum-Metall-Dielektrikum (DMD), wird die Übereinstimmung von Simulation und experimentellen Er-gebnissen zur Abtragsschwelle, der Breite des Elektrodenabtrags und zur Beeinflussung der Barriereschicht gegenübergestellt und diskutiert. Auf Basis der Erkenntnisse aus dem entwi-ckelten Simulationsmodell ist es gelungen prozesstechnische Anpassungen zu identifizieren, welche die Auswirkungen der lokalen Brechzahlschwankungen reduzieren. Durch Überführung der entwickelten Prozessabfolge auf eine Rolle-zu-Rolle-Bearbeitung wird schließlich die Ska-lierbarkeit nachgewiesen.:1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Herstellung organischer Solarzellen
2.2 Verkapselung organischer Elektronik
2.3 Flexible Barrieren
2.4 Laserprozessierung von funktionalen Schichten in der organischen Elektronik
2.5 Laserprozessierung auf flexiblen Barrieren
3 Motivation
4 Grundlagen
4.1 Physikalsiche Grundlagen
4.1.1 Verhalten elektromagnetischer Wellen an Grenzflächen
4.1.2 Lichtinterferenz und Transfermatrixmethode
4.1.3 Energieeintrag durch Absorption
4.1.4 Physikalische Effekte bei der Laser-Materie-Wechselwirkung
4.1.5 Das Zwei-Temperatur-Modell
4.1.6 Zusammenhang von Elektronendichte und Absorption
4.1.7 Generierung freier Ladungsträger
4.2 Materialgrundlagen
4.2.1 Herstellung von thermisch stabilisierten PET
4.2.2 Aufbau des verwendeten Barrieresystem
4.2.3 Herstellung und Eigenschaften der verwendeten Schichten
5 Experimentelle Arbeit und Simulation
5.1 Mess- und Analysemethoden
5.1.1 Spektrale Charakterisierung der Elektrodenschichten
5.1.2 Auflichtmikroskopie
5.1.3 Konfokalmikroskopie
5.1.4 Test auf Barriereintegrität
5.1.5 Messung des Isolationswiderstands
5.1.6 Parametertest an funktionellen Solarzellen
5.2 Laserbearbeitung
5.2.1 Laserauswahl
5.2.2 Strahlformung
5.2.3 Untersuchungen des Laserabtrags
5.2.4 Versuchsaufbau
5.3 Simulationsmodell
5.3.1 Simulationsmodell mit Absorption nach Lambert-Beer
5.3.2 Simulationsmodell mit Absorption durch Interferenzeffekten
6 Ergebnisse und Diskussion
6.1 Optische Eigenschaften der Schichten und Ermittlung von Kennwerten
6.2 Strahlcharakterisierung
6.3 Kontrastscan
6.4 Prozessentwicklung
6.4.1 Abtragsschwelle der Barriere
6.4.2 Laserabtrag der ITO-Elektrode
6.4.3 DMD-Bearbeitung
6.5 Rolle zu Rolle Prozessierung
6.5.1 Charakterisierung des Bandmaterials
6.5.2 Einzelpulsabtrag
6.5.3 Prozessfenster und Überführung auf die R2R-Laseranlage
7 Zusammenfassung
8 Literaturangaben
9 Anhang
9.1 Strahlvermessung zur Gaußsche Energieverteilung
9.2 Verwendung des VORTEX doE – Justage und resultierende Energieverteilung
9.3 Generierung einer TopHat Verteilung mit dem FBS DOE
9.4 ITO Abtrag mit dem Vortex-DOE
9.5 Prozessieren der DMD Varianten mit Alternative Energieverteilungen
9.6 Abtragsschwellen für Intensitäten
9.7 Weitere elektrische Ergebnisse
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:74207 |
| Date | 19 March 2021 |
| Creators | Friedrich-Schilling, Niels |
| Contributors | Beyer, Eckhardt, Lasagni, Andres, Walzer, Karsten, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | info:eu-repo/grantAgreement/Europäische Komission/Horizon 2020/644026//Advanced laser ablation on barrier films for organic and large area electronic devices/ALABO |
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