Förderprojekte

Förderbeginn 01.01.2015

Kontrollierte Umgebungsbedingungen für Dünnfilmbeschichtung während in-situ Röntgenstreuexperimenten

Dr. Eva Herzig
Technische Universität München
Munich School of Engineering (MSE)

Dr. Alexander Hexemer
Lawrence Berkeley National Laboratory
Advanced Light Source

Die Eigenschaften funktioneller Schichten sind stark mit der Molekülanordnung der genutzten Materialien gekoppelt. Deshalb ist die Beeinflussung der molekularen Anordnung ein äußerst wichtiger Aspekt in der Materialforschung. Neben der chemischen Struktur der Materialien spielen vor allem die Prozessparameter eine wichtige Rolle für die produzierte Filmmorphologie. Die vollständige Kontrolle dieser Parameter ist vor allem bei industriellen Herstellungsprozessen wie Drucken, eine Herausforderung und der Einfluss der umgebenden Atmosphäre ist dabei von entscheidender Bedeutung. Ziel dieses Projekts ist es die Expertisen beider beteiligter Gruppen zu verbinden um die Prozessparameter zu kontrollieren und deren Einfluss systematisch anhand von in-situ Röntgenstreuexperimenten unter streifendem Einfall in Synchrotroneinrichtungen während des Beschichtungsprozesses zu untersuchen. Diese experimentelle Methode erlaubt es Strukturen auf der Längenskala von mehreren hundert Nanometern bis Subnanometern mit einer hohen zeitlichen Auflösung zu extrahieren und ermöglicht so die Aufstellung von Struktur- und Funktionszusammenhängen in dünnen, organischen Filmen.

Abschlussbericht
Eine Druckerkammer um einen Schlitzdüsendrucker erlaubt die Kontrolle wesentlicher Umgebungsbedingungen während des Druckprozesses. Da die Geschwindigkeit des Trocknungsprozesses einen erheblichen Einfluss auf die Strukturbildung in den gedruckten organischen Dünnschichten hat, kann diese mit Hilfe der Atmosphärenkammer gezielt beeinflusst werden. Neben der Substrattemperatur und den üblichen Druckparametern, wie Durchflussrate und Geschwindigkeit, kann mit dem neuen Setup auch die Atmosphärenzusammensetzung variiert werden. Eine stark mit Lösungsmittel angereicherte Atmosphäre verlangsamt somit die Sturkturbildung wesentlich, was mit in situ Röntgenstreuung und Absorptionsmessungen verfolgt werden kann. Durch dieses Projekt konnten grundlegende Ergebnisse zur Strukturbildung in gedruckten Filmen gefunden und ein generelles mehrphasiges System Beschrieben werden. Weiterführende Untersuchungen werden bereits durchgeführt.

Zugehörige Veröffentlichungen:
S. Pröller, et al., “Note: Setup for chemical atmospheric control during in situ grazing incidence X-ray scattering of printed thin films”, Review of Scientific Instruments 88, 066101 (2017)
S. Pröller, et al., “Following the morphology formation in situ in printed active layers for organic solar cells”, Advanced Energy Materials 6, 1501580