UNVEiL

Universelles Verständnis der Defekte in Materialien für die flexible Elektronik

Neue Lösungen für die flexible Elektronik

Flexible elektronische Bauelemente aus halbleitenden Kunststoffen eröffnen eine breite Vielfalt von neuartigen Anwendungen im Display- und Beleuchtungsmarkt, bei der umweltfreundlichen Energiegewinnung durch neuartige Solarmodule sowie bei neuartigen intelligenten Sensoren und Verpackungen. Eine Besonderheit dieser organischen Halbleiter ist es, dass die aktive Schicht extrem dünn und damit mechanisch flexibel ist. Beispielsweise lassen sich aus diesen Hightech- Materialien flexible organische Leuchtdioden (OLEDs) herstellen. Diese sind Bestandteil von Smartphones und TV-Displays oder frei formbaren Leuchten und Design-Lichtelementen.

Eine weitere Anwendung finden flexible organische Solarzellen in neuen architektonischen Elementen, die die Funktionalität von Gebäuden auf eine neue Qualität heben. Das Ziel ist es, langlebige, effiziente und kostengünstige Bauteile herzustellen. Deutsche Unternehmen und Forschungseinrichtungen sind hierbei vom Material über den Anlagenbau bis zur Herstellung und Systemintegration international sehr gut positioniert. Für weitere Fortschritte ist die grundlagenorientierte Forschung unter Bündelung der analytischen Infrastruktur und der sich ergänzenden Materialkompetenzen von großer Wichtigkeit. In dem hier vorliegenden Projekt widmen sich vier international renommierte Arbeitsgruppen der Erforschung der materialübergreifenden Mechanismen beim Stromtransport.

Limitation durch Fallen

Um die Vision von einer universellen organischen Elektronik Wirklichkeit werden zu lassen, müssen die Bauteile hohe Effizienzen und Lebensdauern erreichen. Ziel des Projektes ist das Grundlagenverständnis der Wirkung von elektronischen Fallenzuständen auf die Funktion von Materialien und Bauteilen für die flexible Elektronik. Fallen sind Moleküle oder strukturelle Fehlstellen im Bauteil, die Ladungsträger für längere Zeiten einfangen und damit den Stromtransport behindern. Hierbei kann es sich sowohl um strukturelle Fallen als auch um Verunreinigungen handeln. Die Verunreinigungen können bei der Materialsynthese entstehen oder auch im Verlauf der Schicht- und Bauteilherstellung generiert oder eingebracht werden.

In dotierten Materialien macht sich zudem der Einfluss der gezielt eingebrachten Fremdmaterialien u. U. als Falle bemerkbar. Letztendlich können Fallen bei längerem Betrieb der Bauteile gebildet werden. Im Gegensatz zu kristallinen Materialien bestimmen die Fallen und die Unordnung maßgeblich die elektronischen Eigenschaften von Materialien für die flexible Elektronik. Aufgrund der Unordnung, kann beispielsweise eine der wichtigsten Eigenschaften der halbleitenden Materialien, die Ladungsträgerbeweglichkeit, um viele Größenordnungen reduziert sein. Ein Verständnis der Entstehung und der Wirkungsweise der Fallenzustände ist daher von zentraler Bedeutung für die Verbesserung der Bauteile.

Eine wichtige Frage ist, ob es universelle Fallen gibt, ob und wie diese von der Materialklasse und der Prozesstechnik abhängen. Die Vorhersage von Falleneffekten auf Bauteile und deren Vermeidung bzw. Kontrolle ist ein Fernziel des Projektes. Das IAPP Dresden und die Universität zu Köln untersuchen hierzu den Zusammenhang zwischen Morphologie und Fallen durch Vergleich der Abscheideverfahren Lösungsprozessierung und Sublimation im Vakuum an identischen Funktionsmaterialien. Die Universität Potsdam widmet sich dem Einfluss von Fallen in organischen Polymeren, während das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) sich vorwiegend mit Polymer/Nanopartikel-Kompositschichten beschäftigen wird. Insgesamt wird damit erstmals die gesamte Bandbreite dieser neuartigen Funktionsmaterialien in einem abgestimmten Ansatz ganzheitlich untersucht.

Projektdetails

Koordinator

Prof. Dr.Klaus Meerholz
Universität zu Köln - Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät - Department für Chemie - Institut für Physikalische Chemie
Luxemburger Str. 116, 50939Köln
+49 221 470-3275

Projektvolumen

3,6 Mio. € (100% Förderanteil durch das BMBF)

Projektdauer

01.08.2015 - 31.03.2019

Projektpartner

Universität zu Köln - Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät - Department für Chemie - Institut für Physikalische ChemieKöln
Universität Potsdam - Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät - Institut für Physik und Astronomie - Professur für Physik weicher MateriePotsdam
Karlsruher Institut für Technologie (KIT) - Lichttechnisches Institut (LTI)Karlsruhe
Technische Universität Dresden - Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften - Fachrichtung Physik - Institut für Angewandte Physik - Angewandte Photophysik (IAPP)Dresden