Paul Scherrer Institut

Halbleiter aus Kunststoff besser verstehen

29.07.2010 | Redakteur:

PSI-Forscher Benjamin Watts: Untersuchungen zum Aufbau leitfähiger Polymere
PSI-Forscher Benjamin Watts: Untersuchungen zum Aufbau leitfähiger Polymere

Halbleiter aus Polymermaterialien dürften in Zukunft immer mehr Bedeutung für die Elektronikindustrie bekommen – etwa als Grundlage von Transistoren, Solarzellen oder Leuchtdioden. Sie haben wesentliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Materialien.

Polymer-Halbleiter sind leicht, flexibel und können kostengünstig produziert werden. Meist bestehen sie nicht aus einer einzelnen Substanz, weil sich ihre besonderen elektrischen Eigenschaften oft erst dann ergeben, wenn man mehrere verschiedene Polymere miteinander mischt. Um dabei das optimale Material zu finden, muss man wissen, wie sich die einzelnen Polymere verbinden (und ob sie es tun) und wie die einzelnen Komponenten zu den Eigenschaften des Gesamtmaterials beitragen.

Nun haben Forscher des schweizerischen Paul Scherrer Instituts (PSI) und der englischen Universität Cambridge ein Verfahren entwickelt, mit dem sie den detaillierten Aufbau des Materials sowohl im Inneren als auch an der Oberfläche bestimmen können. Die Untersuchungen wurden an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS des Paul Scherrer Instituts durchgeführt.

Höherer Wirkungsgrad durch Kunststoffgemisch

Halbleiter aus konjugierten Polymermaterialien, also speziellen Kunststoffen, die elektrischen Strom leiten können, sollen die Welt der Elektronik erobern. Elektronische Bauteile aus diesen Materialien werden in der Regel nicht aus einem einzelnen Kunststoff bestehen, sondern aus einer Mischung. „Oftmals kann man in einem Gemisch von Polymeren Materialeigenschaften erreichen, die in einem einzelnen Polymer nicht möglich sind“, erklärte Benjamin Watts, Forscher am PSI, „so ist die Effizienz von Solarzellen oder Leuchtdioden, die aus Gemischen bestehen, deutlich höher als von solchen aus Einzelmaterialien.

Elektronische Bauteile aus Polymergemischen herzustellen, ist ausgesprochen schwierig. Zum einen wisse man nicht, wie die Materialien funktionieren, zum anderen sei es schwierig die Strukturen zu sehen, die sich in einem Polymergemisch bilden, weil die Bestandteile alle sehr ähnlich aussähen, heißt es seitens beider Forschungsinstitute.

Von Handy-Displays bis Solarzellen

Die Forscher haben eine Methode entwickelt, mit der sie in einem Polymergemisch die einzelnen Substanzen unterscheiden können, und zwar sowohl im Inneren als auch an der Oberfläche. „Das ist sehr wichtig für elektronische Bauteile auf Grundlage von Polymerhalbleitern, weil die eigentliche „Arbeit“ im Inneren des Bauteils getan wird, das Bauteil aber über die Oberfläche mit anderen Bauteilen und damit dem Rest der Welt verbunden ist“, erklärten die Forscher.

Nach der praktischen Bedeutung seiner Arbeit für den Einzelnen gefragt, sagt Watts: „Schon heute verwendet man elektronische Bauteile aus Kunststoff, zum Beispiel Handy-Displays. Unser Verfahren könnte helfen, diese Bauteile effizienter zu machen – sie wären also heller und würden weniger Strom verbrauchen.“ Die Arbeit der Forscher könnte auch dazu beitragen, dass etwa organische Solarzellen Marktreife erreichen. Und allgemein könne das Verfahren allen nützen, die sich mit Kunststoffen befassen, so Watts.

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