© Maximilian Dreher
Elektronikproduktion |
Überraschung durch Marburger Physiker: Organische Deckschicht ermöglicht druckbare Silberelektroden
Es klingt ein bisschen nach Science Fiction: Elektronik auf Kunststoffbasis. Marburger Physikern ist eine Entdeckung gelungen, die die Alltagstauglichkeit näher bringt: Die elektrische Leistungsfähigkeit von Silberelektroden verbessert sich, wenn man sie zuvor mit extrem dünnen Molekülfilmen beschichtet.
Das gelte sowohl für hochgeordnete kristalline als auch für ungeordnete Silberelektroden, wie die Physiker Felix Widdascheck, Daniel Bischof und Professor Dr. Gregor Witte von der Philipps-Universität jetzt im Fachblatt „Advanced Functional Materials“ berichten.
„Unsere Ergebnisse ermöglichen es, Silberkontakte auf flexible Plastiksubstrate aufzudrucken, ohne die Leistungsfähigkeit durch große Kontaktwiderstände zu den organischen Halbleitern zu stark einzuschränken“, erklärt Witte, der die Forschungsarbeiten leitete. Organische Elektronik gilt als Technik der Zukunft, weil sich ihre Bauteile preisgünstig produzieren lassen. Da diese biegsam sind, erlauben sie neuartige Anwendungen, seien es Plastik-Etiketten mit elektronischen Schaltungen, faltbare Displays oder ähnliches.
Metalltinten machen es dabei möglich, Leiter und Kontakte auf Kunststofffolien zu drucken, bevor hierauf dann die organischen Halbleiter aufgebracht werden. Um eine leitfähige Schicht zu erhalten, muss der gedruckte Metallkontakt noch erhitzt werden, ohne das Plastiksubstrat zu schmelzen. Verwendet man Silber- statt Goldtinte, verringert sich die erforderliche Temperatur. Silber bringt jedoch den Nachteil einer geringen Austrittsarbeit mit sich, was zu großen Kontaktwiderständen zu den organischen Halbleitern und damit zu hohen Energieverlusten führe, so Witte. Austrittsarbeit ist die Energie, die erforderlich ist, um Elektronen aus der Elektrode herauszulösen.
Zur Lösung des Problems verwendete das Team organische Akzeptor-Moleküle, um sie als extrem dünne Schicht auf die Silberelektroden aufzutragen. Damit verfolgte die Forschungsgruppe das Ziel, die Kontaktwiderstände zu den organischen Halbleitern zu reduzieren.
Als Deckschicht oder „Contact Primer“ wählten Witte und sein Team chemische Verbindungen aus der Klasse der fluorierten Cyanoquinodimethane, die sie als Monolage auftrugen – in etwa ein millionstel Mal so dick wie ein menschliches Haar. „Die Verwendung der organischen Monoschichten führt dazu, dass sich die Austrittsarbeit der Silberelektroden auf bis zu 5,6 eV erhöht“, so Felix Widdascheck.
Um die Struktur und Herstellungsbedingungen solch dünner Schichten genau zu untersuchen, verwendeten die Wissenschaftler zunächst kristalline Silberelektroden, da dies auch eine hochauflösende mikroskopische Abbildung der Molekülschichten erlaubt. Dabei gab es eine Überraschung: „Wir beobachteten, dass es bei der Beschichtung der Silberkontakte mit den molekularen Deckschichten zu einer spontanen Durchmischung mit dem Silbersubstrat kommt, so dass sich eine metall-organische Mischphase bildet, deren Dicke sich über mehr als hundert Moleküllagen erstreckt“, erläutert Widdascheck. Sie lasse sich jedoch kontrolliert verdampfen, so dass nur noch eine etwas stärker gebundene Monolage übrigbleibt.
„Mit Hilfe unserer detaillierten Herstellungsprotokolle ist es nun möglich, auch gedruckte Silberkontakte so zu modifizieren, dass sich gedruckte organische Elektronik durch Kenntnis der erforderlichen Prozesstemperatur ohne aufwändige Kontrolle der Dicke dieser Deckschicht verwirklichen lässt“, fasst Witte abschließend zusammen.
Bild: Der Doktorand Felix Widdascheck entwickelte im Labor von Professor Dr. Gregor Witte eine Methode, mit der sich druckbare Silberelektroden verwirklichen lassen.
Bild: Der Doktorand Felix Widdascheck entwickelte im Labor von Professor Dr. Gregor Witte eine Methode, mit der sich druckbare Silberelektroden verwirklichen lassen.
