Erste kommerzielle Anwendung des Fußballmoleküls: Organische Photodetektoren

Seit seiner Entdeckung vor etwa 15 Jahren beflügelt das Fußballmolekül die Phantasie der Wissenschaftler. Das so genannte Fulleren besteht aus 60 Kohlenstoffatomen, die auf dessen Oberfläche ein regelmäßiges Muster aus Fünf- und Sechsecken bilden – wie die Außenhaut eines Fußballs, nur im Durchmesser mehr als eine Milliarde mal kleiner.

Fullerene sind sehr hitzebeständig, haben Halbleitereigenschaften und sind bei tiefen Temperaturen supraleitend. Nun rückt die erste kommerzielle Anwendung der kuriosen Moleküle in greifbare Nähe: Sie könnten in Photodetektoren eingesetzt werden, wie sie etwa bildgebende medizinische Röntgensysteme in der Medizin- und Sicherheitstechnik benötigen. Bisher wandeln in medizinischen Untersuchungsgeräten Silizium-Halbleiter die eintreffenden Röntgenstrahlen in elektrische Signale um, aus denen ein Computer ein sichtbares Bild des Körperinneren berechnet. Ein bedeutender Nachteil der Silizium-Detektoren ist aber ihr Preis: Hochgerechnet würde die Fläche eines Quadratmeters rund eine Million Euro kosten.

Forscher von Siemens in Erlangen arbeiten daher an neuartigen Photodetektoren aus organischem Material: Extrem dünne Schichten, in denen Fullerene und Kunststoffe vermischt sind. Eingestrahltes Licht setzt in den Kunststoffen Elektronen frei, die die Fullerene einfangen und an eine Elektrode abtransportieren. Die Schichten bedecken derzeit eine Fläche von rund sechs Quadratzentimetern, mit besonderen Drucktechniken sollten sie sich aber auch im Metermaßstab herstellen lassen. Damit wären großflächige Detektoren für Röntgensysteme möglich. Denkbar sind Untersuchungsgeräte für Container beim Zoll oder eine breitere und mobilere Anwendung in der Medizintechnik, da die organischen Photodetektoren weit billiger sind: Die Kosten pro Quadratmeter sollen unter 100 Euro liegen. Ein weiterer Vorteil ist ihre für organische Halbleiterbauelemente lange Lebensdauer. Selbst bei Temperaturen von 80 Grad Celsius zeigen die Halbleiter im Dauerbetrieb keine Ausfallerscheinungen. Die Photodetektoren könnten in ein bis zwei Jahren zu einem marktfähigen Produkt entwickelt werden; ein Einsatz in der Medizintechnik bedürfte aber weiterer Forschungen.

In Verbindung mit so genannten elektrochromen Molekülen könnten die Photodetektoren die Grundlage für „intelligente Fenster“ bilden. Die Detektoren messen dabei die Stärke des Lichteinfalls und geben die Signale an elektrochrome Substanzen weiter, die bei einem bestimmten Stromfluss ihre Farbe ändern. Mit einer derartigen Folie beklebte Fenster würden sich von selbst abdunkeln. Die Siemens-Wissenschaftler entwickeln mit den Fullerenen auch organische Solarzellen. Die Leistungseffizienz dieser Fulleren-Solarzellen beträgt derzeit rund drei Prozent; fünf Prozent sollten laut den Siemens-Forschern innerhalb kürzester Zeit, zehn Prozent mittelfristig möglich sein. Das ist zwar weniger, was auf dem Markt erhältliche Silizium-Solarzellen leisten, aber dafür sind die organischen Solarzellen auch deutlich billiger und sie können zudem auf biegsame und beliebig große Träger aufgebracht werden. Die Vision: Ein kleines Transistorradio, das über eine ausfaltbare Folie mit Strom versorgt wird. (Fotos unter www.siemens.de/ct-bild/soct200202 )

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