[发明专利]柔性衬底材料和制造电子薄膜器件的方法

说明书

一种柔性衬底材料，其具有对置的正面和背面并且在X‑Y平面中延伸，正面被设置有第一电极层且还被设置有至少一个薄膜，以形成至少一个薄膜器件堆叠，其在垂直于X‑Y平面的Z方向上从X‑Y平面延伸到距离T；衬底材料具有被应用于在衬底材料的面、第一电极层和至少一个薄膜中的至少一者的至少一个保护性结构；至少一个保护性结构从X‑Y平面在Z方向上延伸到距离S，距离S大于距离T。

本发明涉及用于制造电子薄膜器件(诸如，光伏模块和发光二极管)的柔性衬底材料。具体来说，本发明涉及用于使用卷对卷制程制造电子薄膜器件(特别是有机电子薄膜器件)的方法的柔性衬底材料。

有机电子薄膜器件(诸如，有机光伏模块和有机发光二极管)包括厚度范围从几纳米到几百纳米的薄膜有机层和无机层的堆叠。卷对卷制造被认为是最经济的生产技术，并且卷通常包括在处理期间可以由各种功能层涂覆的衬底。带有一个或多个这种涂覆的功能层的这一衬底在本领域中通常被称为“网状物”。一个挑战是在卷对卷制程期间在不破坏任何已建立的层的情况下处理网状物，这是因为对任何已建立的层的破坏将造成器件性能和产量的降低。

在卷对卷制造中最常见的缺陷是由在网状物运输期间涂覆层与辊子的接触(其也被认为是与辊子的正面接触)导致的。网状物的背面与涂覆的面的接触发生在重绕(rewinding)之后，并且在衬底背面上的任何自由颗粒也可导致在卷起(wind up)过程期间压入层中且破坏该层。这种破坏可以经由‘拾取’缺陷而造成器件性能降低，在‘拾取’缺陷中，嵌入的颗粒与其他表面的粘附导致层破坏，或者嵌入的颗粒在薄膜层中可以导致短路。通过对辊子的相对运动或者滑动或者在网状物的卷起或者退绕(unwind)期间导致的擦伤可以进一步降低器件性能。“剥落”可以是相对于粘附于涂覆的面过度地粘附于辊子表面或者网状物的背面的结果，并且可以由于干燥不足而加剧。

通常设想使用卷对卷(R2R)沉积过程来建立完整的器件结构。在理想的场景中，所有层按顺序沉积在一条R2R线上。以这种方式可以避免在最终涂覆之前的网状物的退绕和重绕。如果在这个过程中避免了正面接触，那么预期到低缺陷率。这个一体机将会要求以相同的速度进行处理(除非利用昂贵的、仍具有有限容量的储匣)。然而，不同的过程具有不同的最优速度和速度约束。感兴趣的示例性卷对卷进程是：环境涂层湿法涂覆技术(如凹版涂覆、槽模涂覆、凹版印刷、喷墨印刷、网版印刷、柔性版印刷和喷涂)和真空涂覆技术(如热蒸发或电子束蒸发以及溅射涂覆)。用于湿法膜沉积的过程速度经常受限于干燥沉积的层所需的时间以及烘干机的长度。真空沉积过程经常被优化以用于高沉积率和因此的高速度。通常供应例如已在网状物上沉积的下电极(然而存在完全地湿式涂覆的和/或印刷的电极选择)。

在分离的机器上的处理要求每当转变到新过程时将网状物重绕和退绕。标准类型的机器经常不提供避免在涂覆的面和辊子表面之间接触的网状物路径。

对几个机器的顺序处理的明显优点是对于每个过程以最优速度进行处理以及可用的机器资源的利用。

为了降低在这种卷对卷制程中缺陷的发生，现有技术方法已采用多个互补策略。这些策略包括改善生产环境的洁净度；通过使用气体搅拌条(air turner bar)来减少和/或避免与辊子的正面接触；使用边缘滚花(edge knurl)修改网状物的边缘；通过例如使用低粘附辊子来改变辊子的表面性质；以及通过显著修改材料性质，诸如膜的厚度，超出其而被视为在性质和材料成本方面的最优，以提高它们的鲁棒性。

总之，对于减少或者避免通过正面接触生成缺陷的现有技术状态的策略依赖于下列各项中的任意一项：(a)对材料性质的修改，这可以消极地影响器件的电气性质；(b)对卷对卷机器的修改，这需要相当大的成本、时间，并且减少了机器对于不同的网状物尺寸或者第三方器材的使用的通用性；以及(c)对于网状物边缘的修改，这不可扩展，因为这受限于特定网状物的宽度。

因此，需要改善的解决方案，其使由在机器中的辊子上的运输期间以及经由卷绕和重绕正面接触网状物造成的器件的电性能的缺陷的发生或者影响最小化。本发明因此寻求提供在卷对卷制程中制造电子薄膜器件的方法和柔性衬底材料，其克服了或者至少减少了以上提到的现有技术的问题中的一些问题。