Computerbasierte Materialauswahl: Eigenschaften von OLEDs simulieren

Ein neues Simulationspaket ermöglicht es, die Eigenschaften organischer Leuchtdioden ausschließlich mit Hilfe ihrer chemischen Zusammensetzung zu berechnen. Dies soll die Materialauswahl erleichtern.

Eine Forschungsgruppe am Mainzer Max-Planck-Institut für Polymerforschung hat Multiskalen-Techniken entwickelt, mit der sich die makroskopischen Eigenschaften von OLEDs ausgehend von der chemischen Zusammensetzung vorhersagen lassen. Die Verbindung der molekularen und der makroskopischen Größenordnung wird möglich, indem das sogenannte Coarse-Graining mit einem effizienten Simulationsalgorithmus verknüpft wird.

Mit den Multiskalen-Techniken werden zunächst die Eigenschaften eines einzelnen Moleküls auf quantenmechanischer Ebene berechnet. Anschließend wird ein klassisches Modell des Moleküls parametrisiert, das dazu dient, Systeme mehrerer Tausend Moleküle zu untersuchen. OLEDs sind jedoch aus Schichten in der Größenordnung von 100 nm aufgebaut. Deshalb nutzt das neue Simulationspaket ein stochastisches Modell, das die Verteilung relevanter mikroskopischer Eigenschaften wie den Molekülabstand nachbildet und daraus die Elektronen- und Exzitonenbewegung in makroskopischen Schichten simuliert.

Derzeit ist eine Schwierigkeit bei organischen Halbleitern noch die eher geringe Lebensdauer der verwendeten Materialien. Das Simulationspaket könnte bei der Suche nach passenden Materialien Unterstützung bieten. Bei der Materialforschung werden neue Materialien oft ausprobiert. Mit dem Simulationsansatz hingegen sollen sich die Struktur der Materialien sowie die Ladungsträgerbewegung darin systematisch vorhersagen lassen. Die Wissenschaftler erhoffen sich, dass ihre Idee auf großes Interesse stoßen wird. Denn durch computerbasierte Forschung können Firmen viel Geld für die Synthese und Charakterisierung neuer Materialien sparen.

Das Simulationspaket, das die Wissenschaftler des MPI-P in Zusammenarbeit mit Mitarbeitern von BASF, der Universität Ulm und des Innovation Lab in Heidelberg entwickelt haben, ist in die kostenlose Software VOTCA integriert und soll dabei helfen, passende organische Moleküle für Beleuchtungsanwendungen und Displays vorauszuwählen.