Laserbasierte Erzeugung von metallischen

Änderungen bei Spezifikationen und anderen technischen Angaben bleiben vorbehalten. 04/2014.
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Vorgehensweise
LASERBASIERTE ERZEUGUNG
VON METALLISCHEN LEITERBAHNEN
Aufgabenstellung
Elektrischen Strom sammeln und verteilen, das ist die Aufgabe
von Leiterbahnen auf schlecht- oder nichtleitenden Oberflächen
z. B. bei OLEDs, Solarzellen und Heizscheiben. Doch meist
können die metallischen Bahnen konventionell nur mit großem
Aufwand sowie hohem Anlagen- und Energiekosteneinsatz
erzeugt werden. So werden sie in einer OLED bisher subtraktiv
hergestellt - durch photolithographischen Abtrag von zuvor
flächig aufgesputtertem Silber. Mehr als 90 Prozent des in
einem aufwendigen Hochvakuum-Sputterverfahrens aufgebrachten Materials wird unter Einsatz von Ätzmitteln entfernt.
Auf Solarzellen werden die Leiterbahnen konventionell durch
Siebdruck von Silberpasten aufgebracht und in einem energieintensiven Ofenprozess weiterverarbeitet.
Um die homogene Leuchtkraft bei OLEDs nicht zu stören, sollen
die Leiterbahnen so schmal wie möglich sein. Diese Forderung
gilt auch für Solarzellen, denn hier belegen Leiterbahnen die für
die Erzeugung von elektrischer Energie wichtige
Siliziumoberfläche.
Ziel ist, mittels eines innovativen, additiven Laserprozesses
metallische Leiterbahnen energie- und ressourceneffizient auf
Oberflächen aus Glas, Silizium oder anderen Materialien
aufzutragen.
Auf dem Substrat wird eine Maskenfolie aufgelegt, die das
Negativ zur später gewünschten Leiterbahngeometrie darstellt.
Darauf wird eine Quellfolie angebracht, aus deren Material die
zu erzeugende Leiterbahn bestehen soll. Beispiele sind
Aluminium, Kupfer, Silber o.ä.. Der Aufbau wird fixiert und mit
Laserstrahlung entlang der Maskengeometrie beaufschlagt. Es
bildet sich ein Gemisch aus Schmelzetropfen und Dampf, das
von der Quellfolie aus auf das Substrat transferiert wird. Der
erstarrte Verbund ergibt die Leiterbahn. Eine Weiterentwicklung
sieht die Integration der Maskenfunktion in die Quellfolie vor.
Ergebnis
Erzeugt werden Leiterbahnen aus Aluminium, Kupfer, Silber,
Zinn, Titan oder ähnlichen Materialien mit Breiten zwischen 40
und 120 μm, Dicken zwischen 3 und 15 μm und einem
maximalen Flächenwiderstand von 0,05 Ω/sq auf Glas. Der
Prozess findet z. B. an Umgebungsatmosphäre mit einer
Geschwindigkeit von bis zu 2,5 m/s statt.
Anwendungsfelder
Mit diesem Verfahren können Leiterbahnen mit hoher
Kantenschärfe beispielsweise für OLEDs, Solarzellen oder
Heizscheiben hergestellt werden.
Ansprechpartner
Dr. Christian Vedder
Telefon +49 241 8906-378
[email protected]
1 OLED mit lasererzeugten Leiterbahnen.
2 Leiterbahnen auf Silizium, Vergleich einer
konventionellen Siebdruck- (oben) und
einer lasererzeugten Leiterbahn (unten).
Dr. Jochen Stollenwerk
Telefon +49 241 8906-411
[email protected]
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, www.ilt.fraunhofer.de
DQS zertifiziert nach DIN EN ISO 9001, Reg.-Nr.: DE-69572-01