Un método para producir una capa de material orgánico para la producción de una capa orgánica como parte de una célula fotovoltaica,

un diodo emisor de luz, un fotodetector, un transistor, un láser o un elemento de memoria, comprendiendo el método: proporcionar sobre un substrato, bajo condiciones de la deposición, una capa de una disolución que comprende dicho material orgánico disuelto en un disolvente; recocer dicha capa de disolución, aplicando dicho recocido antes de que dicha capa de disolución se haya secado por completo, y estando la duración de dicho recocido limitada de tal manera que dicha capa de disolución no se seque por completo durante el recocido, induciendo dicho recocido el reflujo de dicha capa de la disolución; y posteriormente secar dicha capa de disolución, caracterizado porque: estando dicho secado controlado de tal forma que se lleva a cabo más lentamente de lo que sería bajo las condiciones de deposición y a una temperatura substancialmente menor a la temperatura a la que se lleva a cabo la etapa de recocido

Campo de la invención

La presente invención se refiere al campo de los materiales orgánicos y más en particular a un método para producir una capa de material orgánico, por ejemplo para su uso en aplicaciones fotovoltaicas.

Antecedentes de la invención 5

Las aplicaciones fotovoltaicas basadas en materiales orgánicos son conocidas a partir de numerosas publicaciones. Más específicamente, está atrayendo mucha atención un concepto de dispositivo en el que la capa activa fotovoltaica comprende una mezcla de un material receptor de electrones y de un material donante electrones intercalados entre dos electrodos.

Los compuestos que forman tal mezcla para la capa activa fotovoltaica son múltiples. Materiales receptores de 10 electrones bien conocidos son los fulerenos y/o los derivados del fulereno. Sin embargo, otros materiales como, por ejemplo, los materiales de polímeros conjugados ciano-sustituidos o moléculas pequeña basadas en perilenos también se consideran como receptores de electrones. Materiales donantes de electrones bien conocidos son los materiales de polímeros conjugados como, por ejemplo, los poli(fenilen-vinileno)s, poli(fluoreno)s, poli(tienilen-vinileno)s o los poli(tiofeno)s. Sin embargo, otros materiales de polímeros orgánicos, así como numerosos 15 materiales orgánicos que comprenden moléculas pequeñas también se consideran como materiales donantes de electrones.

Por los tanto se estudian muchas combinaciones de materiales, pero las mezclas que involucran materiales poliméricos están atrayendo mucha atención porque se supone que son más adecuadas para el procesamiento de grandes áreas. 20

Es bien conocida una combinación de materiales de polímeros de poli(tiofeno) con derivados del fulereno como capa activa fotovoltaica. Especialmente la capacidad de tener poli(tiofeno) regio-regular incorporado en la mezcla de compuesto activo que puede tener como resultado una mejor coincidencia de las características de absorción óptica de la capa activa fotovoltaica con el espectro solar. Se ha descrito que un aumento de la absorción de la luz de tal capa activa fotovoltaica es beneficioso para el desempeño de la célula solar final. Este aumento se puede 25 lograr mediante la incorporación de un tratamiento adicional en el proceso de producción del dispositivo, como por ejemplo se muestra en "Efects of Postproduction Treatment on Plastic Solar Cells", Franz Padinger et al., Adv. Funct. Mater. 2003, 13, No. 1, Enero, en donde las células solares orgánicas se tratan (después de la deposición del electrodo superior) al mismo tiempo con un potencial externo aplicado más alto que el voltaje de circuito abierto y con una temperatura mayor de la temperatura de transición vítrea del politiofeno. Otro ejemplo de un 30 tratamiento adicional que tiene como resultado una absorción aumentada se describe en el Documento de Patente de Número WO 2004/025746, el tratamiento comprende exponer la capa activa fotovoltaica a un vapor de disolvente a temperatura ambiente o el recocido de la capa activa a una temperatura de al menos 70 °C. Estos tratamientos se aplican después de finalizar la deposición de la capa activa. En "Device annealing effect in organic solar cells with blends of region-regular poli(3-hexylthiophene) and soluble fullerene", Youngkyoo et al., Applied 35 Physics Letters 86, 063502 (2005) se observa una mayor eficiencia y un aumento de la absorción de la luz de las células solares de heterounión en bruto después del recocido a 140 °C.

El Documento de Patente de Número WO 03/207399 muestra la deposición y el secado de una capa activa bajo condiciones de atmósfera controlada.

Puesto que la capa activa fotovoltaica de estos dispositivos en general, tiene un espesor por debajo de 1 40 micrómetro y se intercala entre dos contactos metálicos o capas de contacto, se requiere una alta precisión en la deposición de esta capa. Sobre todo es elevada la necesidad de lograr una película totalmente continua entre los electrodos con un espesor bien controlado y una mínima rugosidad de la superficie.

En general se puede lograr un alto grado de continuidad y uniformidad de la película, mediante el procesado de la disolución a través del revestimiento por rotación, por el cual los compuestos se disuelven en un disolvente o en 45 una mezcla de disolventes. Sin embargo con esta técnica de revestimiento pueden estar asociados varios inconvenientes de procesamiento, tales como por ejemplo el elevado consumo de materiales y tamaños limitados del substrato. La aplicación de técnicas lineales de reparto tales como, por ejemplo, el reparto por rodillo o por cuchilla rasqueta pueden superar estos problemas. Sin embargo, estas técnicas aún carecen de la posibilidad de la modelación directa de la capa depositada. La modelación directa puede por ejemplo ser beneficiosa para la 50 integración de las estructuras fotovoltaicas en aplicaciones más grandes o para producir módulos monolíticos de dispositivos fotovoltaicos. La modelación de la capa depositada ofrece la posibilidad de construir varios dispositivos fotovoltaicos sobre un único substrato que se conectan entre sí. Las técnicas de impresión tales como, por ejemplo, la impresión por chorro de tinta, la impresión por serigrafiado, la impresión por huecograbado, la impresión por flexografía o impresión en offset pueden resolver estas limitaciones del procesado. Las diferentes 55 técnicas de deposición mencionadas anteriormente tienen los requisitos más diversos en cuanto a las propiedades físicas de la disolución que comprende a los compuestos de la capa activa. Para algunas de ellas es por ejemplo

más apropiado para tener una baja viscosidad de la disolución, mientras que otras técnicas de deposición requieren niveles de viscosidad elevados.

Con estas técnicas de impresión no está claro depositar una capa activa fotovoltaica con un espesor limitado (por ejemplo, 1 micrómetro o menos) y lograr al mismo tiempo la requerida alta calidad de una película totalmente continua con una mínima rugosidad de superficie. Por otra parte, para una buena integración de las estructuras 5 fotovoltaicas en otras aplicaciones o para construir en un único substrato varios dispositivos fotovoltaicos que están conectados los unos con los otros, se requiere una exacta resolución de líneas y definición de los bordes.

En el Documento de Patente de los EE.UU. de número US2005/0276910 se describe un método para mejorar la uniformidad del espesor de las capas orgánicas. El perfil de secado de una disolución orgánica depositada se modifica mediante el post-procesamiento de la película seca en un ambiente de post-procesamiento de elevada 10 temperatura y/o elevada humedad. El post-procesamiento induce un reflujo del material orgánico para llenar cualquier defecto y de ese modo crear un perfil de película más uniforme y plano. Por otra parte, después de la deposición de la disolución orgánica, y como secado, se puede lleva a cabo un tratamiento que comprende su exposición a una elevada temperatura y/o elevada humedad. El patrón de las capas orgánicas se obtiene por medio de líneas fotoresistentes o de estructuras que sobresalen. 15

Resumen de la invención

Es un objetivo de la presente invención proporcionar un método para producir una capa orgánica que se pueda usar por ejemplo, como una capa foto-activa en dispositivos fotovoltaicos orgánicos, lo que alivia o evita los problemas de la técnica anterior. La deposición de una capa orgánica según la presente invención se puede llevar a cabo mediante una técnica lineal, una técnica de reparto lineal o una técnica de impresión lineal. Al aplicar un 20 método según las realizaciones de la presente invención, se puede obtener la requerida alta calidad de una película totalmente continua con una rugosidad de superficie mínima. Además, la resolución de línea y la definición de los bordes de la película directamente dibujada se pueden mejorar considerablemente en comparación con las soluciones de la técnica anterior. Cualquier método según la presente invención además se puede combinar con tratamientos adicionales de la capa orgánica para optimizar el rendimiento de un dispositivo 25 fotovoltaico que comprende tal capa orgánica como capa activa.

El objetivo se logra llevando a cabo una etapa de recocido a una capa de una disolución que comprende un material orgánico disuelto en un disolvente, antes de que esta capa se seque. Esta etapa de recocido se puede llevar a cabo a una temperatura por encima de la temperatura de la deposición de...

1. Un método para producir una capa de material orgánico para la producción de una capa orgánica como parte de una célula fotovoltaica, un diodo emisor de luz, un fotodetector, un transistor, un láser o un elemento de memoria, comprendiendo el método:

proporcionar sobre un substrato, bajo condiciones de la deposición, una capa de una disolución que 5 comprende dicho material orgánico disuelto en un disolvente;

recocer dicha capa de disolución, aplicando dicho recocido antes de que dicha capa de disolución se haya secado por completo, y estando la duración de dicho recocido limitada de tal manera que dicha capa de disolución no se seque por completo durante el recocido, induciendo dicho recocido el reflujo de dicha capa de la disolución; y 10

posteriormente secar dicha capa de disolución,

caracterizado porque:

estando dicho secado controlado de tal forma que se lleva a cabo más lentamente de lo que sería bajo las condiciones de deposición y a una temperatura substancialmente menor a la temperatura a la que se lleva a cabo la etapa de recocido. 15

2. El método según la reivindicación 1, en donde dichas condiciones de deposición comprenden una temperatura de deposición, y en donde el recocido de dicha capa de disolución se lleva a cabo a una temperatura por encima de dicha temperatura de deposición y por debajo de la temperatura de ebullición de dicho disolvente.

3. El método según alguna de las reivindicaciones previas, en donde la duración de dicho recocido está entre 0,1 a 60 segundos. 20

4. El método según alguna de las reivindicaciones previas, en donde dichas condiciones de deposición comprenden una temperatura de deposición, y en donde el secado de dicha capa de disolución se lleva a cabo a dicha temperatura de deposición.

5. El método según alguna de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el secado de dicha capa de disolución se lleva a cabo entre 20 ºC y 25 °C. 25

6. El método según alguna de las reivindicaciones previas, en donde el secado de dicha capa de disolución se lleva a cabo en una atmósfera saturada.

7. El método según alguna de las reivindicaciones previas, en donde proporcionar una capa de una disolución comprende proporcionar una disolución con una viscosidad mayor de 0,5 Pa·s, y aplicar la disolución sobre el substrato. 30

8. El método según alguna de las reivindicaciones previas, en donde proporcionar una capa de una disolución comprende disolver dicho material orgánico en dicho disolvente, esperar hasta que dicha disolución alcance una viscosidad mayor de 0,5 Pa·s, y aplicar dicha disolución sobre el substrato.

9. El método según alguna de las reivindicaciones previas, en donde proporcionar una capa de una disolución comprende proporcionar una capa de una disolución con una relación en peso de material orgánico por 35 volumen de disolución en el intervalo entre 0,5 % a 15 %.

10. El método según alguna de las reivindicaciones previas, en donde proporcionar una capa de una disolución sobre dicho substrato comprende proporcionar dicha capa por medio de una técnica lineal.

11. El método según alguna de las reivindicaciones previas, que además comprende, entre la etapa de proporcionar una capa de disolución sobre el substrato y la etapa de recocido de la capa de la disolución, secar 40 parcialmente dicha capa de disolución.

12. El método según alguna de las reivindicaciones previas, en donde dicho disolvente comprende tetralina.

13. El método según alguna de las reivindicaciones previas, en donde dicho disolvente es una mezcla de disolventes.

14. El método según alguna de las reivindicaciones previas, comprendiendo además el método proporcionar 45 un substrato, en donde proporcionar un substrato comprende proporcionar un substrato provisto con unos primeros electrodos, comprendiendo además el método, después del secado de la capa de la disolución, proporcionar unos segundos electrodos sobre la parte superior de dicha capa de material orgánico