Forschern der TU Dresden gelingt Durchbruch bei organischen Halbleitern

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22. Jun. 2016

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Organische Halbleiter sind die große Hoffnung des Elektronikmarktes von morgen, denn sie sind effizient, kostengünstig und vor allem umweltfreundlich.


Semitransparente organische Solarzelle des Instituts für Angewandte Photophysik Dresden (IAPP) © Christian Körner/IAPP

Leuchtdioden aus organischen Molekülen (OLED) finden bereits in Mobiltelefonen und Fernsehgeräten namhafter Hersteller breite Anwendung. Nun liegt ein weiterer Fokus in der Erforschung und Weiterentwicklung von organischen Solarzellen. Diese können flexibel und teiltransparent gefertigt werden und sind deshalb vielversprechend im Einsatz in Autodächern und Gebäudeverglasung. Eine Gruppe von Wissenschaftlern der TU Dresden unter der Leitung von Prof. Karl Leo in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz, der Linköping Universität in Schweden und dem Fraunhofer-Institut FEP in Dresden stellt nun eine neue Methode vor, um die Effizienz von Bauteilen aus organischen Halbleitern zu erhöhen. Die renommierte Fachzeitschrift „Science“ wird in dieser Woche einen Artikel mit dem Titel „Band structure engineering in organic semiconductors“ dazu veröffentlichen.

Ein fundamentaler Durchbruch in der modernen Elektronik war die Möglichkeit die Bandstruktur von anorganischen Halbleitern zu kontrollieren. Damit können die Bandenergien kontinuierlich angepasst werden, wenn man Materialien mit verschiedenen energetischen Niveaus vermischt und die Zusammensetzung von binären, ternären und quaternären Legierungen ändert. Eine Anwendung dieses einfachen Prinzips für organische Halbleiter war bisher jedoch nicht möglich. Um eine Anpassung der elektronischen Niveaus herbeizuführen, musste hierbei bislang die Molekülstruktur verändert werden. Solche Veränderungen der Molekülstruktur erfordern allerdings eine neue Synthese und erlauben nicht den gleichen Grad an Feinabstimmung. Dem Forscherteam ist es nun gelungen, bei organischen Halbleitern einen Prozess zu entwickeln, der vergleichbar mit dem Mischen von verschiedenen anorganischen Halbleitern ist. Ihre Arbeit hat gezeigt, dass die Valenz- und Leitungsenergielevel beliebig angepasst werden können, indem man zwei verschiedene organische Moleküle miteinander vermischt. Wenn man diesen Effekt beispielsweise in einer organischen Solarzelle anwendet, kann die Leerlaufspannung (als ein wichtiger Geräteparameter) kontinuierlich angeglichen werden. Neben der Optimierung bereits etablierter Bauteile verspricht dieses Verfahren völlig neue Perspektiven in Hinblick auf die Herstellung neuer Bauelemente und elektronischer Geräte.

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