OLEDs

Ultradünnschicht erhöht Effizienz deutlich

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz haben ein unerwartetes Versuchsergebnis erhalten: Sie haben eine neue Methode entdeckt, um die Kontakte in OLEDs zu verbessern. Dieser neue Ansatz führt zu einer höheren Energieeffizienz und kann praktisch in jedem organischen Halbleiterelement genutzt werden.

Visualisierung eines Stroms durch eine OLED, der über eine dünne molekulare Schicht (Mitte) von einer Elektrode (links) zu einem organischen Halbleiter (rechts) fließt. Copyright: Max-Planck-Institut für Polymerforschung  

Organische Leuchtdioden (OLEDs) werden als Lichtquellen in hochwertigen Smartphone-Displays und großflächigen High-End-Produkten wie OLED-Fernsehern eingesetzt. Das aktive Bauelement in einer OLED ist eine lichtemittierende Schicht aus einem organischem Halbleiter, der elektrische Energie in sichtbares Licht umwandelt. In einer OLED befindet sich die organische Halbleiterschicht zwischen zwei Elektroden; wird eine Spannung an diese beiden Elektroden angelegt, so fließt ein Strom durch die OLED, der in sichtbares Licht umgewandelt wird.

Allerdings ist es für viele organische Halbleiter schwierig, den Strom von der positiven Elektrode in die OLED einzuspeisen, insbesondere bei blau oder ultraviolett emittierenden Materialien. Dies führt zu niedrigen Effizienzen in OLEDs. Dr. Gert-Jan Wetzelaer, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz, hat kürzlich eine Möglichkeit gefunden, um die Strominjektion an der positiven Elektrode in OLEDs zu verbessern. Wetzelaer und sein Team haben die positive Elektrode mit einer ultradünnen Schicht eines anderen organischen Halbleiters überzogen, der gewissermaßen als Abstandsschicht zwischen der Elektrode und dem lichtemittierenden organischen Halbleiter dient. Wetzelaer: „Das Ergebnis war unerwartet. Diese nanometerdünne Schicht erleichtert den Ladungstransfer zwischen der Elektrode und dem organischen Halbleiter. Obwohl es zunächst unlogisch erscheint, wird der elektrische Kontakt tatsächlich verbessert, indem auf einen physikalischen Kontakt zwischen Elektrode und Halbleiter verzichtet wird.“

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Verbesserte Kontakte in Halbleitern

Die Verbesserung des elektrischen Kontakts mit einer ultradünnen Zwischenschicht erhöht erheblich die Effizienz von ultraviolett strahlenden OLEDs. Die Wissenschaftler am MPI für Polymerforschung haben diese Verbesserung von Elektroden für eine Vielzahl von organischen Halbleitern und für verschiedene Abstandsschichten nachgewiesen. Professor Paul Blom, Direktor am Max-Planck-Institut für Polymerforschung und Leiter des Arbeitskreises für Molekulare Elektronik, ist überzeugt: „Diese einfache Methode, in der OLED-Elektroden mit einer ultradünnen Schicht überzogen werden, um die Stromeinspeisung zu verbessern, ist ein voller Erfolg für die technische Anwendung in der High-End-Elektronik.“

Dr. Gert-Jan Wetzelaer und sein Forschungsteam sind sehr zuversichtlich, dass dieser neue Ansatz zur Herstellung verbesserter Kontakte in praktisch jedem organischen Halbleiter-Bauelement verwendet werden kann, was deren Leistungsfähigkeit jetzt steigern könnte.

Originalartikel
Naresh B. Kotadiya, Hao Lu, Anirban Mondal, Yutaka Ie, Denis Andrienko, Paul W. M. Blom & Gert-Jan A. H. Wetzelaer: Universal strategy for Ohmic hole injection into organic semiconductors with high ionization energies. Nature Materials (2018). DOI:10.1038/s41563-018-0022-8

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