Potsdamer Wissenschaftler präsentieren in "Nature Materials" neuestes Forschungsergebnis

Einen neuen Ansatz zur Herstellung dünner Schichten aus mehreren Polymerkomponenten haben Wissenschaftler der Universität Potsdam und des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung entwickelt. Damit wird es erstmals möglich, die Struktur solcher Schichten auf der Sub-Mikrometerskala gezielt zu beeinflussen.

Mehrkomponentige Polymerschichten sind von großem Interesse, da sich ihre mechanischen, optischen oder elektronischen Eigenschaften durch Kombination der verschiedenen Polymere einstellen lassen. So sind etwa mechanische Beschichtungen denkbar, die gleichzeitig hart und elastisch sind. Ein weiteres Anwendungsgebiet liegt bei elektronischen Bauelementen, zum Beispiel Solarzellen oder Transistoren auf „Plastikbasis“.

Wesentlichen Einfluss auf das Verhalten einer Schicht hat die räumliche Trennung – die Phasenseparation – der Polymerkomponenten, wie sie meist während der Herstellung der Mischschicht auftritt. Bisherige Verfahren, die die verschiedenen Polymere gleichzeitig aus einem Lösungsmittel auf das Trägermaterial aufbringen, arbeiten dabei häufig nach dem „trial and error“-Verfahren und erzielen bei Verwendung unterschiedlicher Lösungsmittel unterschiedliche Ergebnisse.

In der Juni-Ausgabe der Zeitschrift Nature Materials präsentieren die Potsdamer Wissenschaftler um Prof. Dieter Neher, Dr. Katharina Landfester und Prof. Ullrich Scherf nun erstmals ein Verfahren, mit dessen Hilfe die Größe der Phasenseparation gezielt festgelegt werden kann. Dabei nutzen sie einen „Umweg“, der bereits vor der Herstellung einer Schicht die Größe der Bereiche mit den unterschiedlichen Polymeren vorgibt. Die Wissenschaftler stellen zunächst winzige Polymerpartikelchen (30 – 70 Nanometer) in einer wässrigen Dispersion her, die dann zu ultradünnen Schichten verarbeitet werden. Die Größe der dabei entstehenden Phasenseparation wird exakt durch die Partikelgröße definiert. Der neue Ansatz ermöglicht nicht nur eine gezielte Manipulation der Schichteigenschaften, er ist im Gegensatz zu anderen Verfahren auch auf viele, fast beliebige, Kombinationen von Polymeren anwendbar.

Erste organische Solarzellen aus solchen Nano-Polymerpartikeln erreichten Wirkungsgrade, die mit konventionell hergestellten Zellen vergleichbar waren. Durch den Einsatz noch kleinerer Partikel hoffen die Potsdamer Wissenschaftler, die Effizienz von Solarzellen auf Polymerbasis deutlich zu erhöhen. Diese ist heute generell noch geringer als die der verbreiteten Siliziumsolarzellen. Allerdings versprechen Polymersolarzellen eine einfachere, kostengünstigere Herstellung und völlig neue Designs, wie sie zum Beispiel durch Beschichtung von flexiblen, biegsamen Materialien möglich werden.