Organische Elektronik für den Massenmarkt Individuelle und kostengünstige Druckverfahren sind der Schlüssel zum Erfolg

Polymer-Elektronik produziert im Rolle-zu-Roll-Verfahren

Wenn es nach dem Willen des Instituts für Druckmaschinen und Druckverfahren (IDD) der TU Darmstadt geht, könnte die Kunststoff-Elektronik dank sehr kostengünstiger Druckverfahren schon bald Einzug in den Massenmarkt halten: So lassen sich Sensoren und RFID-Chips bereits im Rolle-zu-Rolle-Druck herstellen. Künftig könnten auch Lichttapeten und Solarfolien aus dem Drucker kommen.

»Die Polymer-Elektronik eröffnet ungeahnte Möglichkeiten«, prophezeit Dr. Hans Martin Sauer, Leiter der Forschungsgruppe Funktionales Drucken am IDD. Das Darmstädter Institut definiert aus unterschiedlichsten Materialien Modelle für den Druck, die den Herstellern aus der Industrie als Gebrauchsanweisung für das Druckverfahren dienen. Mit dem Chemieunternehmen Merck, der BASF Ludwigshafen, Bosch, der neu gegründeten Firma InnovationLab in Heidelberg und weiteren Partnern arbeiten die Darmstädter Wissenschaftler  im Rahmen des Spitzenclusters »Forum Organic Electronics« an dieser neuartigen Technologie. Derzeit entwickeln die Experten beispielsweise mit der Firma Merck einen gedruckten Sensor, der Blutzuckermessgeräte erheblich billiger machen soll.


Dass bestimmte Kunststoffe – die Polymere - leitfähig sind, wurde zwar bereits in den 70er Jahren entdeckt, aber erst die Möglichkeit zur günstigen Produktion einfacher Schaltungen per Drucker macht die Polymer-Elektronik für die Industrie interessant. Zwar ist die Geschwindigkeit der Ladungsträger in den leitfähigen Kunststoffen deutlich geringer als in der gängigen Silizium-Mikroelektronik. Ein Pentiumprozessor werde daher nie mit Polymer-Elektronik zu realisieren sein, so der Experte. »Doch überall dort, wo keine hohen Leitfähigkeiten notwendig sind, werden sich zahllose neue Anwendungen auftun«, ist sich Sauer sicher. »In fünf bis zehn Jahren werden zum Beispiel Lichttapeten und Solarfolien für Autohauben oder Fensterscheiben erhältlich sein. Sie werden extrem günstig sein, weil die elektronischen Funktionen einfach mit besonders leistungsfähigen Druckermaschinen produziert werden.«


»Es gibt nicht das eine Druckverfahren für alle Materialien«


Um Polymer-Anwendungen zu drucken, eignen sich Massendruckverfahren, wie sie etwa in der Zeitungsproduktion eingesetzt werden, also beispielsweise Tief-, Sieb- und Offsetdruck. Die klassischen Druckmaschinen bauen die Darmstädter dann um für den Druck elektrischer Funktionen. Für jedes einzelne Material muss dabei allerdings eine Vielzahl von Parametern verändert werden, wie der Anpressdruck des Druckzylinders, die Geschwindigkeit des Druckers oder auch die Temperatur des Farbwerks: »Bei der riesigen Menge an potenziell geeigneten Druckmaterialien gibt es nicht das eine Druckverfahren für alle«, erklärt Sauer. Ein Problem, das aber für alle Halbleitermaterialien gleichermaßen gilt, ist die Tatsache, dass die »elektronische Tinte«, die aus einem Flüssigkeitsgemisch besteht, in einer Schichtdicke von rund 100 Nanometern aufgebracht werden muss, um die Funktion zu garantieren. »Damit wäre die Schicht rund 500 Mal dünner als ein menschliches Haar. Schon ein winziges Staubkorn kann ein Loch in den gedruckten Film reißen und seine elektrischen Eigenschaften zerstören«, gibt Sauer zu bedenken. Das verlangt eine optimale Rezeptur bei der Mischung der Flüssigkeiten, der Oberflächenspannung und der Viskosität.