ITO-freie transparente leitfähige Folien aus R2R-Nassbeschichtung

Das Ziel des bearbeiteten Projektes bestand darin, ITO-freie, elektrisch leitfähige und optisch transparente dünne Schichten auf transparentem Folienmaterial herzustellen. Das Beschichtungsmaterial sollte aus organischen leitfähigen Materialien und/ oder organisch-anorganischen Materialgemischen bestehen. Dabei war die Balance zwischen der Bewahrung der optischen Transparenz der Folien (Polyester) und der Erhaltung der elektrischen Leitfähigkeit der eingesetzten Beschichtungsmedien zu finden. Als Auftragstechnologie sollte Nassbeschichtung unter Nutzung des Rolle zu Rolle Verfahrens (R2R) mit Schlitz-Düse („slot die coating“) zur Anwendung kommen. Die angestrebten Trockenschichtdicken für die Funktionsbeschichtung sollten im Nanometer-Bereich liegen und bezüglich ihrer Leitfähigkeit im besten Falle für einen ITO-Ersatz als Ausgangsmaterial zur Herstellung von z.B. organischen Leuchtdioden (OLED), organischen Photovoltaik-Modulen (OPV) oder Touchscreen geeignet sein. Zur Herstellung der Beschichtungsmittel wurden zwei Wege favorisiert. Zum einen kamen kommerziell erhältliche organische leitfähige Dispersionen (z.B. Clevios PH, Orgacon, Ormecon) zur Anwendung. Zum anderen sollten diese Matrices mit leitfähigen Partikeln auf anorganischer Basis (Kohlenstoff, Metall) kombiniert werden.

Ergebnisse

Im Ergebnis der Projektarbeiten entstanden verschiedene nass beschichtete transparente Folien mit z.T. hoher Leitfähigkeit von bis zu 3700 S/cm) und guter Transparenz (75 ... 85 %). Das Beschichtungsmittel-System aus einer Kombination von Clevios PH1000 und einem Zusatz von Silbernanodrahten („silver nano wires“) erfüllte die zielführenden Bedingungen mit einer Leitfähigkeit von 2970 S/cm und einer Transparenz von 66 % (mit Substrat bei 560 nm) am besten. Als Funktionsmuster wurden unter Nutzung der im Projekt entwickelten beschichteten Folien ITO-freie Polymersolarzellen mit einem Wirkungsgrad von maximal 1,25 % hergestellt. Referenz-Zellen auf der Basis von ITO-Folie (σ ~ 2000 S/cm; T ~ 90 % ohne Substrat bei 560 nm) mit analogem Material und Schichtaufbau erreichten 2,54 %, was dem maximalen Wirkungsgrad bei der gewählten Materialkombination entspricht.

Anwendung

Die im Ergebnis der Projektarbeiten entwickelten leitfähigen transparenten Folien eignen sich zum Einsatz bei der Herstellung verschiedenster elektronischer Bauelemente für Anwendungen in Bereichen wie Telekommunikation, Unterhaltungselektronik, Lampen, Ladegeräte oder auch für Spielzeuge, wo geringe Herstellungskosten mehr als hohe Effizienzen oder Stabilitäten ins Gewicht fallen.