Hochleistungswerkstoffe für organische Elektronik
Die Fortschritte im Mikroelektroniksektor haben einem breiten Anwenderspektrum Produkte von kleiner Größe mit erhöhter Leistungsfähigkeit und geringeren Preisen gebracht. Im Hinblick auf die intensive Konkurrenz aus der ganzen Welt investiert Europa zunehmend in die organische Elektronik, die als ein möglicher Weg zu innovativen Produkten zu niedrigen Kosten gilt. Angeregt durch das Potenzial der organischen Halbleiter riefen Wissenschaftler das Projekt BLEND (Stability of blended organic semiconductors under various environments) ins Leben. Im Gegensatz zu ihren anorganischen Gegenstücken sind organische Halbleiter leichter, robuster und einfacher zu fertigen. Trotz dieser vielversprechenden Eigenschaften stellen Stabilitätsprobleme eine schwerwiegende Bedrohung für die Zuverlässigkeit organischer Halbleiter dar. Zur Verbesserung der Stabilität griff das BLEND-Team auf eine Mischung organischer Halbleiter mit gängigen Polymeren zurück, die über gute Isolierungseigenschaften verfügen. Mit der Herstellung von organischen Mehrkomponentensystemen, die mindestens eine Isolatorkomponente enthalten, gewann das Team weitere Einblicke in das Verhalten dieser Materialien unter verschiedenen Umständen. Die Arbeit war hauptsächlich auf die Anwendung der Wärmebehandlung auf mehrere Materialkombinationen ausgerichtet, um im Endeffekt die Morphologie bei verschiedenen Temperaturen zu untersuchen. Forschung konzentrierte sich auf Polyethylen (PE), Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) und Phenyl-Buttersäuremethylester-Systeme (PCBM), die häufig in der organischen Photovoltaik angewendet werden. Man stellte fest, dass die Gießtemperatur in hohem Maße die Morphologie der Schicht beeinflusst. Die Ergebnisse zeigten überdies, dass PE wegen der PCBM-Clusterbildung Langzeitzuverlässigkeitsprobleme verursachen kann. Um die Langzeiteffekte von Beanspruchungen innerhalb kürzerer Zeit bestimmen zu können, führten die Wissenschaftler Versuche mit beschleunigter Alterung durch, bei denen die Materialien unterschiedlichen Temperaturen und Luftfeuchtigkeitsgraden ausgesetzt werden. Mittels Spektroskopie im ultravioletten und sichtbaren (UV-VIS) Bereich stellten sie fest, dass sich die Lichtabsorption der Schichten im Lauf der Zeit verringerte, und sie berechneten im Folgenden die Geschwindigkeit, mit der die Materialien zerfallen. Die Resultate zeigten deutlich, dass die Zersetzungsgeschwindigkeit merklich mit der Erhöhung der Alterungstemperatur zunahm. Zudem fand man heraus, dass isolierende Polymere das Langzeitverhalten von Schichten beeinflussen, was berücksichtigt werden muss, wenn sie in organischen elektronischen Bauelementen verwendet werden sollen. So sind weitere Untersuchungen notwendig, um die Materialstabilität unter beschleunigten Alterungsbedingungen noch besser aufzuklären. Die von BLEND erforschte Option der Mischung von organischen Halbleitern kann nun hauptsächlich aufgrund der geringen Kosten von gängigen Massenpolymeren dazu beitragen, die Kosten der organischen Elektronik zu senken.
Schlüsselbegriffe
organische Elektronik, organische Halbleiter, Stabilität, Solarzellen, beschleunigte Alterung
