Alternative zu Indiumzinnoxid

Erste Graphenelektroden für eine flexible OLED

| Redakteur: Hendrik Härter

Graphen als Alternative zu Indiumzinnoxid: Forscher erhoffen sich flexible Bauelemente und eine höhere Nutzungsstabilität.
Graphen als Alternative zu Indiumzinnoxid: Forscher erhoffen sich flexible Bauelemente und eine höhere Nutzungsstabilität. (Fraunhofer FEP)

Graphen könnte Indiumzinnoxid (ITO) als transparentes Elektrodenmaterial für OLED ersetzen. Die Forscher sind zuversichtlich und konnten bereits eine weiße OLED mit Graphenelektroden realisieren.

Bisher wird als transparentes Elektrodenmaterial für OLED vor allem Indiumzinnoxid (ITO) verwendet. Das wird allerdings immer knapper. Die Wissenschaftler sind intensiv auf der Suche nach Alternativen. So eine Alternative könnte beispielsweise Graphen sein, dessen Einsatzgebiete im Projekt GLADIATOR, was für Graphene Layers: Production, Characterization and Integration steht, näher untersucht werden.

Unterstützt wird das Projekt von der Europäischen Kommission ist bereits zur Hälfte vorüber und kann bereits einige Erfolge vorweisen. Ziel des Projektes ist die kosteneffiziente Herstellung von qualitativ hochwertigem Graphen auf großer Fläche, welches später für zahlreiche Elektrodenanwendungen genutzt werden kann. Die Nutzbarkeit für solche Anwendungen wird am Fraunhofer FEP durch die Integration dieses Graphens in OLED demonstriert.

Optisch-elektrische Eigenschaften machen Graphen interessant

Durch das Graphen als Elektrode erhoffen sich die Forscher des Fraunhofer FEP flexible Bauelemente mit höherer Nutzungsstabilität. Beatrice Beyer, Koordinatorin des Projektes, schwärmt: „Graphen ist ein außerordentlich interessantes Material mit vielen Möglichkeiten. Gerade von seinen optisch-elektrischen Eigenschaften und seiner hervorragenden mechanischen Stabilität erhoffen wir uns, dass die Zuverlässigkeit flexibler Elektronik um ein Vielfaches verbessert wird.“

Graphen ist eine wieder entdeckte Modifikation von Kohlenstoff mit zwei-dimensionaler Struktur, welches seit seiner erfolgreichen Isolierung im Jahre 2004 enorm an Popularität gewonnen hat. Eine solche, so genannte Monolage-Graphen wird in einem chemischen Bedampfungsprozess auf einem Metallkatalysator synthetisiert und durch einen weiteren Prozessschritt auf ein Zielsubstrat, wie beispielsweise dünnes Glas oder Kunststofffolie, transferiert. Hierbei ist es sehr wichtig, dass dabei keine Defekte hinzugefügt werden, die die Qualität der Elektrode vermindern.

Möglichkeiten des Dotierens von Graphen

Um mit dem Referenzmaterial ITO konkurrieren zu können, muss die angestrebte Transmissionsfähigkeit und Leitfähigkeit des Graphens sehr hoch sein. Deshalb wird nicht nur der Prozess zur Herstellung der Elektroden optimiert, sondern auch verschiedene Möglichkeiten des Dotierens von Graphen untersucht, um dessen Eigenschaften zur verbessern.

Gleichzeitig müssen die hier entwickelten Prozessschritte für einen wirtschaftlichen Einsatz im Industriemaßstab leicht skalierbar sein. Daran arbeiten das engagierte Konsortium innerhalb des Projektes bestehend aus sechzehn Partnern aus sechs EU-Ländern und der Schweiz.

Das Fraunhofer FEP koordiniert das GLADIATOR-Projekt und ist Endanwender der Graphenelektrode. Die Wissenschaftler überprüfen, wie sich das Graphen integrieren lässt und vergleichen es mit dem Referenzmaterial ITO.

Erste OLED auf transparten Graphenelektroden

Die anspruchsvollen Materialeigenschaften des Graphens müssen während der Integration in OLED erhalten bleiben. Hierfür werden verschiedene Methoden zu dessen Reinigung und Strukturierung untersucht. Außerdem müssen die Prozesse für die unterschiedlichen Zielsubstrate, wie Glas oder flexible Folie, angepasst und optimiert werden. Die ersten Hürden wurden Dank der engen Kooperation der Konsortialpartner genommen und erste defektfreie OLED auf transparenten Graphenelektroden auf kleiner Fläche realisiert. In den nächsten eineinhalb Jahren gilt es nun, große OLED ohne Defekte zum Leuchten zu bringen.

Das Projekt läuft noch bis April 2017, bis dahin sollen verschiedene OLED mit Graphenelektroden realisiert werden: eine weiße OLED mit einer Fläche von etwa 65 mm × 65 mm, um die hohe Leitfähigkeit zu demonstrieren und eine voll-flexible, transparente OLED mit einer Fläche von 20 mm × 15 mm, um die mechanische Zuverlässigkeit zu bestätigen.

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