在集成的多层薄膜电子器件中形成电极互连的方法技术

在集成的多层薄膜电子器件中的至少两个相邻单元器件之间形成电极互连的方法，其包括：提供中间器件，所述中间器件包含：在薄膜衬底上的第一电极层，所述第一电极层包含第一图案化涂层，所述第一图案化涂层包括相邻单元器件的至少两个间隔开的第一电极区段；第一功能层，其包含在所述第一电极层上方的基本上连续的涂层；以及第二功能层，其包含在所述第一功能层上的第二图案化涂层，所述第二图案化涂层包含至少两个间隔开的功能区段，每个功能区段定位在所述第一功能层上以覆盖所述第一电极区段之一的一部分，从而限定相邻功能区段之间的间隙部分，所述间隙部分包括所述第一电极区段的一部分和所述第一功能层；以及在所述第二功能层上方施加第二电极层作为第三图案化涂层，所述第三图案化涂层包括相邻单元器件的至少两个间隔开的第二电极区段，每个第二电极区段被定位为覆盖所述第二功能层的至少一个功能区段和邻接间隙部分的一部分，所述邻接间隙部分包括相邻单元器件的第一电极区段的至少一部分，所述第三图案化涂层使用包括传导性物质和至少第一溶剂的溶液形成，其中所述第一功能层可溶于所述第一溶剂并且所述第二功能层在所述第一溶剂中具有低至零的溶解度，使得将所述第二电极层施加到所述间隙部分在相邻单元器件的所述第一电极和所述第二电极之间形成穿过所述第一功能层的至少一个导电路径。成穿过所述第一功能层的至少一个导电路径。成穿过所述第一功能层的至少一个导电路径。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在集成的多层薄膜电子器件中形成电极互连的方法
[0001]优先权交叉引用
[0002]本申请要求于2021年3月4日提交的第2021900606号澳大利亚临时专利申请的优先权，其内容应理解为通过引用并入本说明书。


[0003]本专利技术大体上涉及在集成的多层薄膜电子器件中的至少两个相邻单元器件的电极之间形成互连的方法。本专利技术特别可应用于溶液加工的薄膜光伏(PV)器件，并且在下文中将方便地公开与该示例性应用相关的本专利技术。然而，应当理解的是，本专利技术可应用于在多种不同类型的薄膜电子器件中形成电互连，特别是溶液加工的电子器件，例如有机晶体管、OLED、有机存储器和印刷传感器。
[0004]专利技术背景
[0005]以下对本专利技术背景的讨论旨在促进对本专利技术的理解。然而，应当理解的是，该讨论并不是确认或承认所提及的任何材料在申请的优先权日已经发表、已知或是公知常识的一部分。
[0006]溶液加工的薄膜电子器件(包括光伏(PV))是有前景的下一代电子器件。需要将多个薄膜电子器件互连以扩大单个器件的规模用于现实世界的应用。例如，PV电池典型地以包含串联连接的一组PV电池的模块形式使用，，用于特别应用所需的输出。
[0007]常规地，通过在单元器件的功能层之间设置物理间隙(这允许间隔开的电极重叠并物理连接)来实现单元器件的互连。对于模块的制造，通过将模块图案化以产生间隙来形成这样的间隙。图案化可以通过图1中所示的三种方法之一来完成。
[0008]首先，2D印刷方法(如图1(a)所示)包括喷墨印刷、丝网印刷、凹版印刷等：这些印刷方法提供了2D图案的自由度。可以为模块设置任何图案和间隙。然而，这样的方法通过一组点产生层，并导致最终膜在微米尺度下的的不均匀性。此外，该方法缺乏厚度控制。因此，这种方法不是用于制造厚度敏感层(例如PV器件的光活性层)的优选方法。
[0009]其次，通过槽模或反向凹版方法的条纹图案涂层如图1(b)所示。由于方法的实用性，该方法最常用于制造印刷PV。尽管这种涂布方法比2D印刷方法产生好得多的均匀膜，但由于干燥过程期间的Marangoni流动，每个条纹的边缘的厚度与中间的不同(通常称为咖啡环效应)。此外，在制造过程中不能可靠地产生0.5mm或更小的窄间隙，并且这意味着器件面积的损失。
[0010]第三，未图案化涂布和划线方法如图1(c)所示：这种方法是在整个衬底上方实现均匀性和高电池面积(所谓的几何填充因子，GFF)的最理想方法。与常规方法相比，均匀性提供了高的电池面积效率并且高GFF提供了更高的输出功率。然而，由于用于制造的一列式(in
‑
l ine)划线器的巨大成本，这种方法尚未被广泛用于大面积模块。
[0011]因此，期望提供在集成的多层薄膜电子器件中形成电极互连的新的和/或改进的方法，并且更特别地提供溶液加工的薄膜电子器件。

技术实现思路

[0012]本专利技术涉及在集成的多层薄膜电子器件中形成电极互连的方法。
[0013]本专利技术在第一方面提供在集成的多层薄膜电子器件中的至少两个相邻单元器件之间形成电极互连的方法，其包括：
[0014]提供中间器件，其包含：
[0015]在薄膜衬底上的第一电极层，所述第一电极层包含第一图案化涂层，所述第一图案化涂层包括相邻单元器件的至少两个间隔开的第一电极区段；
[0016]第一功能层，其包含在所述第一电极层上方的基本上连续的涂层；和
[0017]第二功能层，其包含在所述第一功能层上的第二图案化涂层，所述第二图案化涂层包含至少两个间隔开的功能区段，每个功能区段定位在所述第一功能层上，以覆盖所述第一电极区段之一的一部分，从而在相邻的功能区段之间限定间隙部分，所述间隙部分包括所述第一电极区段的一部分和所述第一功能层；以及
[0018]在所述第二功能层上方施加第二电极层作为包括相邻单元器件的至少两个间隔开的第二电极区段的第三图案化涂层，每个第二电极区段被定位为覆盖所述第二功能层的至少一个功能区段和邻接间隙部分的一部分，所述邻接间隙部分包括相邻单元器件的第一电极区段的至少一部分，所述第三图案化涂层使用包括传导性物质和至少第一溶剂的溶液形成，
[0019]其中所述第一功能层可溶于所述第一溶剂并且所述第二功能层在所述第一溶剂中具有低至零的溶解度，使得将所述第二电极层施加到所述间隙部分在相邻单元器件的所述第一电极和所述第二电极之间形成穿过所述第一功能层的至少一个导电路径。
[0020]因此，本专利技术提供了通过利用多层膜的组分在用于形成第二电极层的溶剂的情况下的选择性溶解度，穿过集成的多层薄膜电子器件的功能层在间隔开的电极之间形成电连接的替代方法。
[0021]虽然不希望受限于任何一种理论，但专利技术人认为交替材料层的差别正交溶解度(differential orthogonal solubility)是形成电极层之间电互连的关键。这里，多层以交替的极性形成以允许在不重新溶解下面层的情况下施加/沉积后续层。第一溶剂溶解间隙部分中的第一功能层的至少一部分，以穿过第一功能层在第一电极层和第二电极层之间形成电互连。相反，第二功能层不受第一溶剂的影响，并且在施加第二电极层时不溶解。
[0022]第二功能层优选在第一溶剂中具有显著地低至零的溶解度。这种低溶解度确保了当施加第二电极层时第二功能层基本上保持完整(无缺陷)。
[0023]交替材料层的差别正交溶解度可以通过施加具有交替极性的层来实现。在优选实施方案中，第一功能层和第二功能层具有不同的极性。在一些实施方案中，第一功能层包含极性层并且第二功能层包含非极性层。在其他实施方案中，第一功能层包含非极性层并且第二功能层包含极性层。在这种交替极性叠层中，第一溶剂优选具有与第一功能层相同的极性。
[0024]因此，在第一功能层是极性层的情况下，第一溶剂是极性溶剂。在第一功能层是非极性层的情况下，第一溶剂是非极性溶剂。第二功能层具有与第一功能层不同的极性(就极性或非极性而言)，并且因此第二功能层在第一溶剂中具有低至零的溶解度。该过程可以重复并形成具有交替极性的多层，即极性/非极性/极性/非极性材料。
[0025]第一溶剂可以包含用于施加第二电极层的任何合适的溶剂，并且也溶解第一功能层的一部分以在相邻单元器件的第一电极和第二电极之间形成穿过第一功能层的至少一个导电路径。在实施方案中，第一溶剂包含以下中的一种或多种：
[0026]DMF、DMSO、γ
‑
丁内酯、丙酮、乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯、NMP、DMAC、THF或其组合；
[0027]异丙醇、正丁醇、异丁醇、乙醇、甲醇、乙酸、乙二醇、丙二醇、甘油、烯丙醇、炔丙醇(propagyl a lcohol)、肌醇或其组合；或
[0028]苯、甲苯、二甲苯、三甲基苯(例如均三甲苯)、氯苯、二氯苯、氯仿、二氯甲烷、苯甲醚、丙二醇甲醚乙酸酯、二乙二醇单丁醚、二(丙二醇)二甲基醚或其组合。
[0029]应该理解的是，第一溶剂的选择本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.在集成的多层薄膜电子器件中的至少两个相邻单元器件之间形成电极互连的方法，其包括：提供中间器件，其包含：在薄膜衬底上的第一电极层，所述第一电极层包含第一图案化涂层，所述第一图案化涂层包括相邻单元器件的至少两个间隔开的第一电极区段；第一功能层，其包含在所述第一电极层上方的基本上连续的涂层；和第二功能层，其包含所述第一功能层上的第二图案化涂层，所述第二图案化涂层包含至少两个间隔开的功能区段，每个功能区段定位在所述第一功能层上，以覆盖所述第一电极区段之一的一部分，从而在相邻的功能区段之间限定间隙部分，所述间隙部分包括所述第一电极区段的一部分和所述第一功能层；以及在所述第二功能层上方施加第二电极层作为包括相邻单元器件的至少两个间隔开的第二电极区段的第三图案化涂层，每个第二电极区段被定位为覆盖所述第二功能层的至少一个功能区段和邻接间隙部分的一部分，所述邻接间隙部分包括相邻单元器件的所述第一电极区段的至少一部分，所述第三图案化涂层使用包括传导性物质和至少第一溶剂的溶液形成，其中所述第一功能层可溶于所述第一溶剂并且所述第二功能层在所述第一溶剂中具有低至零的溶解度，使得将所述第二电极层施加到所述间隙部分在相邻单元器件的所述第一电极和所述第二电极之间形成穿过所述第一功能层的至少一个导电路径。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二功能层在所述第一溶剂中具有显著地低至零的溶解度。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中
·
所述第一功能层包含极性层并且所述第二功能层包含非极性层；或
·
所述第一功能层包含非极性层并且所述第二功能层包含极性层。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一溶剂具有与所述第一功能层相同的极性。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一溶剂包含：DMF、DMSO、γ
‑
丁内酯、丙酮、乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯、NMP、DMAC、THF或其组合；异丙醇、正丁醇、异丁醇、乙醇、甲醇、乙酸、乙二醇、丙二醇、甘油、烯丙醇、炔丙醇、肌醇或其组合；或苯、甲苯、二甲苯、三甲基苯、氯苯、二氯苯、氯仿、二氯甲烷、苯甲醚、丙二醇甲醚乙酸酯、二乙二醇单丁醚、二(丙二醇)二甲醚或其组合。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一溶剂溶解所述第一功能层的一部分，以穿过所述第一功能层在相邻单元器件的所述第一电极和所述第二电极之间形成导电路径。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在相邻单元器件的所述第一电极和所述第二电极之间的所述至少一个导电路径包含一个或多个微米至纳米尺寸的路径，优选地一个或多个穿过所述第一功能层的微米至纳米尺寸的通道。8.根据权利要求7所述的方法，其中在所述第一电极层和第二电极层之间的所述至少一个导电路径包含所述第一功能层中的一个或多个缺陷，优选地穿过所述第一功能层的厚度的一个或多个针孔缺陷。9.根据权利要求7或8所述的方法，其中基本上所有或所有的所述间隙部分在所述第一
电极和所述第二电极之间提供所述传导路径。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述中间器件包括以下中的至少一者：在所述第一和第二功能层之间的至少一个另外的功能层；或在所述第一电极层和所述第一功能层之间的至少一个另外的功能层。11.根据权利要求10所述的方法，其中每个另外的功能层包含图案化涂层，所述图案化涂层包括至少两个间隔开的第二区段，所述第二区段具有与所述第二功能层的功能区段互补的配置。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述中间器件包括在所述衬底和所述第一功能层之间的至少一个另外的功能层。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中进一步包括通过以下步骤形成中间器件：在薄膜衬底上施加包含第一图案化涂层的第一电极层，所述第一图案化涂层包括相邻单元器件的至少两个间隔开的第一电极区段；在所述第一电极层上方施加包含基本上连续的涂层的第一功能层；和在所述第一功能层上施加包含第二图案化涂层的第二功能层，所述第二图案化涂层包含至少两个间隔开的功能区段，每个功能区段定位在所述第一功能层上以覆盖所述第一电极区段之一的一部分，从而限定相邻功能区段之间的间隙部分，所述间隙部分包括所述第一电极区段的一部分和所述第一功能层。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使用以下中的至少一种将所述第一电极层、第一功能层、第二功能层或第二电极层中的至少一个施加到所述衬底：流延、刮刀成型、印刷、丝网印刷、喷墨印刷、移印、刀片涂布、液面涂布、槽模涂布、凹版涂布、反向凹版涂布、吻合涂布、微辊涂布、幕涂、滑动涂布、喷涂、柔性版印刷、胶版印刷、旋转丝网印刷或浸涂。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一图案化涂层包含多个间隔开的离散的第一电极区段，每个电极区段包含以规则图案布置在所述薄膜衬底上的几何形状。16.根据权利要求15所述的方法，其中每个电极区段具有相同的形状。17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一图案化涂层包含镶嵌图案。18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二图案化涂层包含与所述第一图案化涂层互补的图案。19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中相邻功能区段之间的所述间隙部分仅包含所述第一电极层和第一功能层。20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一图案化涂层和所述第二图案化涂层包含多个间隔开的矩形区段，所述矩形区段具有施加到柔性条的第一纵向轴线，所述柔性条具有沿带长度对准的第二纵向轴线，所述矩形区段布置在所述柔性条上，其中所述第一纵向轴线与所述第二纵向轴线垂直对准。21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第三图案化涂层包含与所述第二图案化涂层、并且优选地与所述第一图案化涂层互补的图案。
22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第三图案化涂层包含格栅，优选由规则重复几何形状形成的格栅。23.根据权利要求22所述的方法，其中所述格栅由一系列间隔开的元件、优选多个间隔开的线形成。24.根据权利要求23所述的方法，其中所述格栅中的元件的选定部分的厚度相对于所述格栅中的邻接元件的厚度更厚，以在所述格栅的较厚元件内产生选定标记的配置。25.根据权利要求24所述的方法，其中所述格栅由一系列间隔开的线形成，并且所述格栅中的线的选定部分的宽度相对于所述格栅中的邻接元件的宽度更大，以在所述格栅的较宽的线内产生选定标记的配置。26.根据权利要求24或25所述的方法，其中所述格栅中的元件的选定部分的厚度或宽度是所述格栅中邻接元件的厚度或宽度的至少1.5倍，优选2倍。27.根据权利要求23至26中任一项所述的方法，其中所述第二电极层的颜色被选择为与所述第一功能层和第二功能层形成对比度，优选地产生相对于所述第一功能层和第二功能层的颜色的高对比度线。28.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述薄膜衬底包含柔性衬底。29.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述衬底包含聚合物、金属、陶瓷或玻璃中的至少一种，优选聚合物膜。30.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述薄膜电子器件包含溶液加工的电子器件，例如有机晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：联邦科学和工业研究组织，
类型：发明
国别省市：