Organische Elektronik Forscher optimieren Druckverfahren

Dünn, leicht, flexibel und kostengünstig herstellbar sind gedruckte Mikroelektronik-Bauteile aus Kunststoff. Physikern der TU München gelang es, die Bildung der hauchdünnen Polymer-Schichten während des Druckprozesses live zu beobachten und die Eigenschaften der gedruckten Schichten zu verbessern.

Touchscreens, Sensoren und Solarzellen können aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gefertigt werden. In Entwicklung sind ferner flexible Monitore und Leuchttapeten, die aus organischen Leuchtdioden, kurz OLEDs, bestehen. Die organische Elektronik hat jedoch auch ihre Tücken: Um die gewünschten Bauteile industriell herzustellen, müssen leitende, halbleitende oder isolierende Schichten – jede von ihnen tausendmal dünner als ein Haar – in einer bestimmten Abfolge auf eine Trägerfolie gedruckt werden. „Dies ist ein hochkomplexer Vorgang, dessen Details vollständig verstanden werden müssen, um maßgeschneiderte Anwendungen zu ermöglichen“, erklärte Prof. Peter Müller-Buschbaum vom Lehrstuhl für Funktionelle Materialien der TU München bei der Präsentation erster Forschungsergebnisse.

Eine weitere Herausforderung ist die Kontaktierung der flexiblen, leitfähigen Schichten. Bisher werden dafür häufig elektrische Kontakte aus kristallinem Indium-Zinn-Oxid (ITO) genommen. Dieser Aufbau hat jedoch mehrere Nachteile: ITO ist spröder als die darüber liegenden Polymere, was die Flexibilität einschränkt. Für die Herstellung der Kontakte wird außerdem viel Energie benötigt. Hinzu kommt, dass Indium zu den chemischen Elementen gehört, die nur in sehr begrenzten Mengen verfügbar sind.

Polymere im Röntgenlicht

Vor Monaten gelang es Forschern vom Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien, erstmals die Vernetzung der Polymermoleküle in der aktiven Schicht einer organischen Solarzelle während des Druckens zu verfolgen.

Zusammen mit den Kollegen aus Kalifornien nutzte nun das Team von Prof. Müller-Buschbaum diese Technik, um die Eigenschaften der Polymer-Elektronik zu verbessern. Für ihre Untersuchung verwendeten die Forscher Röntgenstrahlung, die am Synchrotron in Berkeley erzeugt wird. Die Röntgenstrahlen werden auf die frisch gedruckte Kunststoffschicht geleitet und dort gestreut. Anhand der Veränderungen des Streumusters lässt sich die Anordnung und Orientierung der Moleküle beim Aushärten der gedruckten Polymerschicht bestimmen. „Dank der hochintensiven Röntgenstrahlung lässt sich eine sehr hohe Zeitauflösung erzielen“, sagte Claudia M. Palumbiny (Bild). Die Physikerin der TU München untersuchte in Berkeley die Blockierschicht, die in der organischen Elektronik die Ladungsträger sortiert und selektiv transportiert. Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichte das Forscherteam der TU München zusammen mit den US-Kollegen vor Kurzem in der Fachzeitschrift Advanced Materials [1].