Neue Wege bei organischen Halbleitern

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

Forscher der TU Dresden haben eine neue Methode entwickelt, mit der die Effizienz von Bauteilen aus organischen Halbleitern erhöht wird. Organische Halbleiter gelten als Zukunftstechnik der Elektronik. Denn sie sind effizient, kostengünstig und umweltfreundlich. Leuchtdioden aus organischen Molekülen (OLED) werden bereits in Mobiltelefonen und Fernsehgeräten verwendet. Ein weiterer Fokus liegt jetzt in der Erforschung und Weiterentwicklung von organischen Solarzellen.

Ein wichtiger Schritt in der modernen Elektronik war die Möglichkeit die Bandstruktur von anorganischen Halbleitern zu kontrollieren. Damit können die Bandenergien kontinuierlich angepasst werden, wenn Materialien mit verschiedenen energetischen Niveaus vermischt und die Zusammensetzung von binären, ternären und quaternären Legierungen geändert werden. Das Problem: Dieses Prinzip konnten bisher für organische Halbleiter nicht angewendet werden. Bislang mussten Forscher die Molekülstruktur verändern, um eine Anpassung der elektronischen Niveaus herbeizuführen. Solche Veränderungen der Molekülstruktur erfordern allerdings eine neue Synthese und erlauben nicht den gleichen Grad an Feinabstimmung.

Dem Forscherteam der TU Dresden in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz, der Linköping Universität in Schweden und dem Fraunhofer-Institut FEP in Dresden ist nun ein Durchbruch gelungen. Sie haben bei organischen Halbleitern einen Prozess entwickelt, der vergleichbar mit dem Mischen von verschiedenen anorganischen Halbleitern ist. Die Valenz- und Leitungsenergielevel können beliebig angepasst werden, indem man zwei verschiedene organische Moleküle miteinander vermischt. Wird dieser Effekt beispielsweise in einer organischen Solarzelle anwendet, kann die Leerlaufspannung – als ein wichtiger Geräteparameter – kontinuierlich angeglichen werden. Neben der Optimierung etablierter Bauteile verspricht das Verfahren neue Möglichkeiten in bei der Herstellung neuer Bauelemente und elektronischer Geräte.

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