Elektronik: Billiger und effizienter mit neuer Kunststoffelektrode

Atlanta (USA ) – Biegsame Solarzellen und flache Lampen aus organischen Leuchtdioden können mit einer neuen Elektrode noch größer und vor allem preiswerter werden. Den Schlüssel dazu fanden Forscher in einer Kunststoffbeschichtung, die sich einfach mit einer flüssigen Lösung auf verschiedene Materialien auftragen lässt. Aufwendige Metallbeschichtungen unter Vakuum könnten damit vermieden werden und so die Produktionskosten jeder Art von Kunststoffelektronik senken helfen. Ihre viel versprechenden Ergebnisse präsentieren die Wissenschaftler in der Zeitschrift „Science“.

Schon lange suchen die Hersteller von organischen Leuchtdioden, Solarzellen und flexiblen Transistorfolien nach einem Material, um die bisher aufgedampften und chemisch aktiven Elektroden aus Kalzium, Magnesium oder Aluminium zu ersetzen. Mit dem Kunststoff namens Polyethylenimin – kurz PEI – sind Bernard Kippelen und seine Kollegen vom Georgia Institute of Technology in Atlanta nun fündig geworden. „Dieses Polymer mit einfachen aliphatischen Amingruppen kann zu stabilen Elektroden führen, die zu sehr geringen Kosten mit umweltfreundlichen Lösungsmitteln gefertigt werden“, erläutern sie die Vorteile.

Ohne Vakuum direkt an der Luft gossen die Forscher eine Polymerlösung auf zahlreiche, teils durchsichtige und biegsame Elektrodenwerkstoffe wie Gold, Indiumzinnoxid oder Graphen. An allen diesen Materialien haftete die Polymerschicht fest an und reduzierte deren elektrostatisches Potenzial. Dadurch verringerte sich effizient die Energie, die zum Austritt von Elektronen aus der Elektrodenoberfläche nötig ist. Mit dieser kleinen Austrittsenergie erfüllen die PEI-Elektroden die wichtigste Anforderung für ihren Einsatz in Elektronikmodulen auf Kunststoffbasis.

Erste Versuche zeigten, dass die neuen Polymerelektroden in organischen Leuchtdioden, Solarzellen und Transistorflächen fast genauso gut ihre Aufgabe erfüllen wie die bisher genutzten Metallelektroden. Auch eine Solarzelle, die komplett aus Kunststoffen aufgebaut ist, konnte mit den PEI-Schichten gefertigt werden. Bleiben diese Elektroden nun auch über einen langen Zeitraum stabil, könnte die Produktion jeder Art von Plastikelektronik deutlich günstiger werden. In schnellen Rolldruckverfahren gefertigte flexible Leuchtflächen und Solarzellen von einigen Quadratmetern Größe rücken damit der Marktreife einen großen Schritt näher. „Die aktuellen Hürden hin zu billigen, flexiblen Modulen könnten damit in naher Zukunft überwunden werden“, beurteilt Michael Helander von der University of Toronto, der nicht an den Versuchen beteiligt war, diese Ergebnisse in einem begleitenden Kommentar.