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Neue kupferhaltige Substanz mit hoher Lichtausbeute bei OLEDs

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Forscher haben eine kupferhaltige Substanz untersucht, die sich für den Einsatz in OLEDs eignet. Mit den gewonnenen Messwerten sollen weitere Verbindungen für OLEDs entstehen.

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Material für OLED: Nicht nur beim Anlegen von Strom, sondern auch unter UV-Licht leuchtet CuPCP intensiv grün.
Material für OLED: Nicht nur beim Anlegen von Strom, sondern auch unter UV-Licht leuchtet CuPCP intensiv grün.
(Bild: Universität Bremen/Matthias Vogt)

Bei den organischen Leuchtdioden (OLED) aber auch den LED suchen Wissenschaftler und Forscher immer noch Substanzen, die eine hohe Lichtausbeute versprechen. Beispielsweise hatten Chemiker der Universität Innsbruck einen roten Phosphor entwickelt, mit dessen Hilfe die Lichtausbeute verbessert werden kann. Ähnlich sieht es bei den OLED aus: Die Forscher am Faul Scherrer Insititut (PSI) haben jetzt einen gelblichen Feststoff entwickelt, der nicht nur eine höhere Lichtausbeute bei einer OLED verspricht, sondern die OLED sollen sich auch in einem größeren Maßstab herstellen lassen.

Der entwickelte gelbliche Feststoff wird aufgelöst und anschließend in einer dünnen Schicht auf eine Elektrode aufgebracht. Wird ein elektrischer Strom angelegt, leuchtet das Material intensiv grün. Hintergrund: Die Moleküle nehmen die ihnen zugeführte Energie auf und strahlen sie in Form von Licht nach und nach wieder ab. Elektrolumineszenz heißt dieser Vorgang. Auf diesem Prinzip basieren Leuchtdioden.

Kupferhaltige Verbindung

Bei der lumineszierenden Substanz handelt es sich um eine kupferhaltige Verbindung (CuPCP). In der Mitte der Moleküle sitzen jeweils vier Kupferatome, umgeben von Kohlenstoff- und Phosphoratomen. Kupfer ist ein relativ günstiges Metall, und die Verbindung selbst lässt sich gut in großen Mengen herstellen – ideale Voraussetzungen für einen großflächigen Einsatz.

„Wir wollten verstehen, wie der angeregte Zustand der Verbindung aussieht“, sagt Grigory Smolentsev, Physiker in der Forschungsgruppe Operando-Spektroskopie. Sprich: Wie verändert sich die Substanz, wenn sie Energie aufnimmt? Ändert sich dabei beispielsweise die Struktur des Moleküls? Wie verteilt sich nach der Anregung die Ladung auf die einzelnen Atome? „Das verrät uns, wie hoch vermutlich die Energieverluste sind, die nicht als Licht frei werden“, fügt Smolentsev hinzu, „und das zeigt uns, wie wir diese Verluste vielleicht minimieren können.“

Materialien für OLED untersuchen

Mit zwei Großforschungsanlagen am PSI – der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS und dem Freie-Elektronen-Röntgenlaser SwissFEL − sowie der European Synchrotron Radiation Facility im französischen Grenoble nahmen die Forschenden um Smolentsev die kurzlebigen angeregten Zustände der Kupferverbindung unter die Lupe. Die Messungen bestätigten, dass die Substanz aufgrund ihrer chemischen Struktur ein guter Kandidat für OLEDs ist. Die quantenchemischen Eigenschaften der Verbindung machen eine hohe Lichtausbeute möglich. Ein Grund dafür: Das Molekül ist relativ steif und seine 3D-Struktur verändert sich bei einer Anregung nur wenig. Jetzt können die Forscher darangehen, die Substanz für den Einsatz in OLEDs weiter zu optimieren.

Die Messungen an den drei Großforschungsanlagen − am PSI und in Grenoble − hatten darüber hinaus nicht nur den Sinn, diese eine kupferhaltige Verbindung zu untersuchen. Es ging um mehr: Die so erhaltenen experimentellen Daten helfen dabei, die theoretischen Berechnungen von Molekülen zu verbessern. „So lässt sich in Zukunft besser voraussagen, welche Verbindungen für OLEDs geeignet sind und welche weniger“, sagt Grigory Smolentsev. „Die Messdaten helfen den Chemikern zu verstehen, welcher Teil des Moleküls einer hohen Effizienz im Weg steht. Und: wie sich die Verbindung verbessern lässt, um ihre Lichtausbeute zu erhöhen.“

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