Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Organische Elektronik – eine heiße Sache

28.03.2013
Organische Halbleiter könnten die Elektronik in vielen Bereichen revolutionieren.

Inzwischen erreichen Bauelemente schon so hohe Leistungen, dass sie in kleinen Gräten wie Mobiltelefonen zum Einsatz kommen. Bei größeren Geräten heizen sich die organischen Bauelemente jedoch so unkontrolliert auf, dass sie zusammenbrechen oder ungleichmäßig Strom leiten. Physiker der TU Dresden und Mathematiker des WIAS haben nun die typischen Rückkopplungseffekte gemeinsam analysiert und beschreiben diese für organische Halbleiter in den Physical Review Letters.


Organische Leuchtdioden sind flächige Strahler, die hauchdünn auch auf flexiblen Substraten aufgetragen werden können. In Zukunft wird man sie öfter als Beleuchtungsmittel in Form größerer Module wiederfinden. Insbesondere bei sehr hohen Helligkeiten können dann Inhomogenitäten unter Selbsterwärmung auftreten.

Foto: IAPP

Als die Displays bei Mobiltelefonen immer größer wurden, musste man zunächst immer genau von vorn auf das Gerät schauen, um etwas erkennen zu können – die klassischen LEDs strahlten nur in eine Richtung. Bei einem modernen Smartphone mit organischen LEDs im Display gibt es dieses Problem nicht mehr: Das Licht strahlt in alle Richtungen, und auch aus einem schrägen Blickwinkel ist alles gut zu erkennen. Auch großflächige organische LEDs gibt es schon, sie ermöglichen ganz neue Formen der Beleuchtung von Räumen.

Doch wenn der Stromfluss zu stark wird, treten plötzlich Inhomogenitäten in der Helligkeit auf, die Fläche erscheint fleckig. Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Solarenergie: Mit organischen Solarzellen lassen sich Folien herstellen, die kleine Mengen Strom produzieren können, zum Beispiel für unterwegs als „Energy to go“.

Für organische Bauteile gilt das schon lange bekannte Arrhenius-Gesetz: Die elektrische Leitfähigkeit nimmt mit steigender Temperatur stark zu, so dass der Strom durch das Bauteil entsprechend ansteigt und das Material erwärmt. So entsteht eine Rückkopplungsschleife, in der das Bauteil immer weiter aufgeheizt wird – Experimente enden dann häufig damit, dass das Bauteil zerschossen wird. Bislang waren solche Effekte nur bei inorganischen Halbleitern bekannt.

Bauelemente, die so stark auf Temperaturen reagieren, dass Rückkopplungen entstehen können, werden Thermistoren genannt. Insbesondere bei Leistungselektronik werden gezielt Thermistoren eingesetzt. Inzwischen erreichen organische Halbleiter aber ebenfalls den Bereich der Selbsterwärmung.

Das Prinzip ist eigentlich schon lange bekannt, allerdings war noch niemandem aufgefallen, dass es auch in der organischen Elektronik gilt.

Dr. Thomas Koprucki vom WIAS sagt: „Wir merkten, dass organische Halbleiter doch prädestiniert für elektro-thermische Rückkopplungseffekte sein sollten. Das hatte bisher noch niemand gesehen. Damit konnten wir das Augenmerk unserer Dresdener Kollegen bei den Messungen genau auf die richtige Stelle lenken.“

Die Experimente hatten bereits gezeigt, dass die Ströme bei Selbsterwärmung enorm stiegen.

Wenn die Berechnungen aber stimmten, musste es einen Punkt geben, ab dem trotz einer Steigerung der Stromstärke die Spannung zurückgeht – was der Intuition widerspricht. Das würde bedeuten, dass es zwei unterschiedliche stabile Stromstärke-Niveaus gäbe, die sich in einem kleinen Bereich der Spannung überschneiden – dort können sie von einem Niveau auf das andere umkippen. Durch diese Modell-Vorhersagen auf die richtige Spur gebracht, konnten die Physiker der TU Dresden ihre Experimente so anpassen, dass sie genau diesen Effekt für organische Halbleiter tatsächlich messen konnten.

Dabei wurden für die Kohlenstoffverbindung C60 die Abläufe im Bauteil zwischen zwei Punkten gemessen. Um den Effekt in seinem vollen Umfang zu erfassen, musste nicht nur ein Rückgang der Spannung gezeigt werden, sondern auch das Umschalten zwischen den zwei stabilen Stromstärke-Niveaus.

Anhand der Modellrechnung war von vornherein klar, dass ein zerstörungsfreier Nachweis nur möglich ist, wenn das Bauteil gekühlt wird und durch einen Vorwiderstand geschützt wird. Damit war es den Physikern dann möglich, tatsächlich die Bistabilität des Bauelementes aufzuzeichnen. Bei den beiden Umschaltspannungen wechselte der Strom abrupt seine Stärke um einen Faktor 10.

Axel Fischer vom Institut für Angewandte Photophysik (IAPP) der TU Dresden erläutert: „Wir haben die Kohlenstoffverbindung C60 für unsere Messungen verwendet, weil diese sehr temperaturstabil ist. Damit können wir das Arrhenius-Gesetz in Reinkultur beobachten. Außerdem erreichen Schichten aus C60 bereits bei kleinen Spannungen sehr hohe Ströme, so dass die typischen Thermistoreffekte einfach nachgewiesen werden können.“

Mit dem erweiterten Verständnis der Selbsterwärmung in organischen Halbleitern können die Forscher organische Bauelemente nun so weiterentwickeln, dass sie die störenden Effekte minimieren, z. B. durch eine geometrisch andere Konstruktion der Wärmeableitung und der elektrischen Kontakte. So könnten dann großflächige Leuchtfolien in Zukunft gleichmäßiges Licht abstrahlen.

Weitere Informationen:
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.110.126601
- Veröffentlichung in den Physical Review Letters

Gesine Wiemer | Forschungsverbund Berlin e.V.
Weitere Informationen:
http://www.fv-berlin.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein
20.09.2017 | Technische Universität Hamburg-Harburg

nachricht Strom im Flug erzeugen
20.09.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik