Organische Elektronik - Hightech aus Kunststoff

Die organische und großflächige Elektronik (OLAE – Organic and Large Area Electronics) ist eine der Zukunftstechnologien unserer Zeit. Sie zielt auf Anwendungen, in denen elektronische Bauteile auf der Basis leitender und halbleitender Kunststoffe gefertigt werden. Sie bietet Antworten für viele, zentrale Fragestellungen der heutigen Gesellschaft: OLAE sichert einen effektiven und verantwortungsvollen Umgang mit Ressourcen und Energie, ermöglicht mobile und flexible Produkte für eine vollständig vernetzte Welt und stellt kostengünstige Lösungen für die medizinische Versorgung einer alternden Gesellschaft zur Verfügung.

Kunststoffe mit metallischen oder halbleitenden Eigenschaften sind teilweise seit Jahrzehnten bekannt, die Leistungsfähigkeit dieser Materialien erreicht aber erst in den letzten Jahren durch intensive Forschung die Grenze zur Wirtschaftlichkeit, vor allem durch die Erschließung neuer Materialklassen, die Optimierung von Schichtstapeln und die Realisierung innovativer Anlagentechnik.

Organische Elektronik versus „anorganische“ Elektronik

Bewährte Materialien wie Kupfer, Silizium oder Metalloxide durch funktionalisierte Kunststoffe zu ersetzen ist aus verschiedenen Gründen erstrebenswert. Zum einen weisen diese Stoffe eine quasi unbegrenzte Verfügbarkeit auf, zum anderen lassen sie sich zumeist sehr kostengünstig herstellen.

Ein weiterer Vorteil kann je nach Anwendung eine einfachere Verarbeitung sein, wie die Drucktechnologie, während die Siliziumtechnologie auch heute noch auf Reinraumbedingungen und Verarbeitung in Chargen angewiesen ist.

Auch die mechanischen Eigenschaften der organischen Elektronik können von Vorteil sein, weil sie auf flexiblen, transparenten Kunststofffolien (später vielleicht auch auf Papier) hergestellt werden kann. Sie ermöglicht so völlig neue Anwendungen, die mit der Siliziumtechnologie nicht ohne weiteres realisierbar sind.

Dennoch steht die Organische Elektronik in vielen Fällen nicht in direkter Konkurrenz zur bisherigen „anorganischen“ Elektronik, da die Kenngrößen der organischen Materialbasis (Leitfähigkeiten, Wirkungsgrade etc.) meist um Größenordnungen unter der siliziumbasierten Elektronik liegen.

Vielmehr ist in den nächsten Jahren die Entwicklung eines komplementären Marktes zu erwarten, in den die anorganische Elektronik aus Kostengründen nicht vordringen kann.

Bündelung von Know-how im Spitzencluster

Unter dem Motto "Deutschlands Spitzencluster - Mehr Innovation. Mehr Wachstum. Mehr Beschäftigung" startete das BMBF im Sommer 2007 den Spitzencluster Wettbewerb. Die leistungsfähigsten Cluster aus Wissenschaft und Wirtschaft, die strategische Partnerschaften eingehen, sollen die Innovationskraft und den ökonomischen Erfolg Deutschlands stärken.

In diesem Rahmen zeichnete das BMBF im Herbst 2008 das Cluster „Forum Organic Electronics“ in Heidelberg aus. Dort arbeiten Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft entlang der gesamten Wertschöpfungskette der organischen Elektronik eng zusammen, angefangen von der Erforschung und Entwicklung neuer Materialien, über die Konzeption von Devices und Systemen bis hin zur Vermarktung von Anwendungen und Dienstleistungen.

OLAE-Anwendungen finden sich zurzeit vor allem in der Photonik vertreten durch organische Leuchtdioden (OLED) und organische Photovoltaik (OPV). Zudem sind viele weitere Anwendungen wie Sensoren, Speicherbausteine, Transistoren und Batterien möglich.

Organische Leuchtdioden (OLEDs)

Die Lichterzeugung erfolgt hier analog zu klassischen LEDs. Im Gegensatz zu bisherigen Halbleitermaterialien ist die Bandlücke in polymeren Halbleitern über einen großen Bereich frei einstellbar ist. Daher können OLEDs beliebiger Farben erzeugt werden. Durch Mischen oder Stapeln verschiedener Emitter lässt sich prinzipiell jede beliebige Farbtemperatur einstellen.

Da OLEDs „flächig“ emittieren und im abgeschalteten Zustand sogar transparent sein können, lassen sich viele neue Anwendungen realisieren. Diese finden sich im Bereich „Displays“ (hier sind kleine Displays bereits seit einigen Jahren auf dem Markt), „Signage“ (Beschilderung, Bedienelemente, Werbung) und „General lighting“ (Raumbeleuchtung, Architektur, Design).

Letzteres wird als erster großindustrieller Markt für Produkte der organischen Elektronik gesehen. Langfristig werden hier Produkte wie „leuchtende Tapeten“ oder Fensterscheiben, die abends als Lichtquelle für den Raum dienen, erwartet.

Mit der Innovationsallianz OLED 2015 hat das BMBF seit 2006 die Entwicklung der OLED-Technologie erfolgreich unterstützt und die F&E-Förderung mit konkreten Verabredungen zu industriellen Investitionen verbunden.

Insbesondere ist hier das Commitment der beteiligten Unternehmen zu nennen, zu den vom BMBF bereitgestellten 100 Millionen Euro an F&E-Fördermitteln erhebliche eigene Investitionen in Deutschland zu tätigen.

Die Eröffnung der OSRAM-OLED-Pilotfertigung in Regensburg, das neue Materialforschungszentrum von Merck in Darmstadt, der Bau des neuen Forschungszentrums samt Pilotfertigung von Aixtron in Herzogenrath oder die OLED-Pilotlinie von Philips in Aachen sind Ergebnisse ihres Engagements.

Damit haben die Bundesregierung und die Wirtschaft in den vergangenen Jahren mehr als 800 Millionen. Euro in die Erforschung der OLEDs und in den Standort Deutschland investiert.

Die Ergebnisse sind beachtlich: Weltweit sind deutsche Forscher und Unternehmen führend im Bereich der OLED-Entwicklung. Erste Produkte der großen Lampenhersteller sind seit 2010 auf dem Markt.

Organische Photovoltaik (OPV)

Organische Solarzellen lassen sich vor allem als sogenannte „Dünnschichtsolarzellen“ realisieren, in Analogie zu siliziumbasierten Solarzellen und auf Basis verschiedener Farbstoffe.

Der Vorteil liegt vor allem in der Möglichkeit, zukünftig auf flexiblen Substraten zu produzieren und die Zellen damit in verschiedene Produkte integrieren zu können, ohne das Produktdesign zu verändern. Denkbar sind hier beispielsweise die Integration einer (farblich einstellbaren) Solarzellenschicht in das Hardcover von Mobiltelefonen oder Laptops, um die Akkulebensdauer entscheidend zu verlängern, oder transparente Solarzellen zur Integration in Fenster und Fassaden.

Entsprechende Forschungsansätze hat das BMBF in der „Innovationsallianz OPV 2015“ gebündelt. Auch hier ist die öffentliche F&E-Förderung mit industriellen Investitionen zur Umsetzung der Ergebnisse verbunden.

Mit den Förderinitiativen „Organische Elektronik, insbesondere Organische Leuchtdioden und Organische Photovoltaik“ und „Organische Elektronik - Grundlagen der Technologie und Anwendungsszenarien“ setzt das BMBF diesen Weg fort und unterstützt Forschungseinrichtungen und Unternehmen in Deutschland dabei, bestehende Hemmnisse für die organischen Elektronik auf dem Weg zu den Anwendungen zu überwinden.

Organische Elektronik - Nachrichten

Hier finden Sie alle Nachrichten rund um den Förderschwerpunkt "Organische Elektronik". -> mehr

Fördermaßnahme
Organische Elektronik - Grundlagen der Technologie und Anwendungsszenarien

Diese Maßnahme möchte bislang bestehende Hemmnisse der Organischen Elektronik, die den Eintritt in den breiten Markt verzögern, vermindern. Dazu zählt die Senkung der hohen Kosten für die bisher verwendeten Materialien, viele grundlegende Fragestellungen bezüglich der Physik von Bauteilen der Organischen Elektronik zu klären und grundlegende Effekte zu verstehen.-> mehr

Fördermaßnahme
Organische und Großflächige Elektronik" OLAE+ ("Organic Large Area Electronics") im Rahmen der ERA-NET+ Förderinitiative

Organische und Großflächige Elektronik, (auch bezeichnet als gedruckte Elektronik, Plastik-Elektronik) ermöglicht, elektronische Schaltungen in einem vergleichsweise preisgünstigen (Druck-)Verfahren auf beliebigen Oberflächen herzustellen, ... -> mehr

Fördermaßnahme
Organische Elektronik, insbesondere Organische Leuchtdioden und Organische Photovoltaik

Der Schwerpunkt der organischen Leuchtdioden liegt auf der Erforschung von Anwendungskonzepten, die in (Device-)Demonstratoren münden und die Hochskalierbarkeit der Produktionsprozesse berücksichtigen. -> mehr

Fördermaßnahme
Spitzencluster "Forum Organic Electronics in der Metropolregion Rhein-Neckar"

Ein Cluster im Sinne des Spitzencluster-Wettbewerbs ist eine räumliche Konzentration von verschiedenartigen interagierenden Akteuren, die ein gemeinsames Tätigkeitsfeld verbindet ... -> mehr

Abgeschlossene Fördermaßnahmen

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