Organische Transistoren: Blaue Farbe für grüne Elektronik

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Die Materialsuche ist des „organischen“ Elektronikers liebstes Kind. Und das kann zu verblüffenden Ergebnissen führen. So erlebt der Jahrtausende alte Farbstoff Indigo nach der Blue Jeans womöglich eine zweite Renaissance als Bio-Halbleiter.

Pharaonen schmückten sich noch im Grab damit und die meistverkaufte Hose trägt sie in ihrem Namen. Die Rede ist von der Farbe Blau, genauer Indigoblau. Der letzte erkennbare Blauton bevor es in Richtung Violett geht soll jetzt organischen Transistoren mehr Ausdauer verleihen.

Seit Jahren werden zwar bestimmte organische Verbindungen (Kohlenwasserstoffe) mit Halbleiter-Eigenschaften bereits in OLED-Displays von Smartphones und Fernsehern eingesetzt. Und auch für Solarzellen und Transistoren sind sie prinzipiell geeignet. Wäre da nicht der Sauerstoff in der Luft. Er zerstört sie in kurzer Zeit. Sie müssen also aufwändig luftdicht verpackt werden.

Nicht so bei Halbleitern aus dem Farbstoff Indigo. Diese trotzen nicht nur der Luft, sondern auch Flüssigkeiten wie Wasser. Was besonders für Anwendungen im medizinischen Bereich interessant ist.

Organische Transistoren ohne Auflösungstendenz

Die Widerstandsfähigkeit hat leider auch eine Schattenseite: Methoden zur Herstellung organischer Halbleiterelemente sind in der Regel darauf angewiesen, das verwendete Material in irgendeiner Form zu lösen, um es auf einem Trägermedium abzuscheiden. Einer Forschergruppe der Johannes Kepler Universität Linz gelang es nun in einem vom Wissenschaftsfonds FWF finanzierten Projekt sogenannte flüchtige Seitengruppen an die Indigo-Moleküle zu binden und sie damit löslich zu machen. Beim Erhitzen auf 100 Grad spalten sich diese Gruppen wieder ab.

Damit wäre das größte Hindernis für die Verwendung von Indigo als Halbleiter aus dem Weg geräumt. Und viele, die an organischer Elektronik arbeiten, werden in Zukunft wohl auch dieser „blauen“ Materialklasse Aufmerksamkeit schenken müssen.

Solarzellen und Leuchtdioden sind allerdings mit der Methode nur schwer zu realisieren. Denn Indigo hat starke Lumineszenz-löschende Eigenschaften aufgrund von Wasserstoffbrücken (H-Brücken). Diese schwache Form der Bindung zwischen Molekülen, die etwa in Eis eine wichtige Rolle spielt, stört optische Anwendungen.

Und in Solarzellen fließt erst Strom, wenn dass eingestrahlte Licht im Material Elektronen freisetzt. In Indigo-Molekülen werden solche „angeregte“ elektronische Zustände aber schnell abgebaut und in Wärme umgewandelt, bevor sie sich verwenden lassen.

Großes Potenzial besteht dagegen für „blaue“, organische Transistoren im medizinischen Bereich durch ihre Biokompatibilität. Zudem lassen sie sich bei verschiedenen pH-Werten sogar unter Wasser betreiben. Zwei wichtige Voraussetzungen etwa für Implantate in menschlichem Gewebe. Bleibt nur noch auf den geringen Preis des Ausgangsmaterials hinzuweisen, der nicht das erste Mal der wichtigste Aspekt bei der Einführung einer neuen Technologie wäre.

 

Knowledge Base

Royal Society of Chemistry: Organic Field Effect Transistors

 

 

 

Indigo-Transistor (Bild: Fraunhofer IPMS)

Organische Elektronik lässt sich im kostengünstigen Rolle-zu-Rolle-Verfahren produzieren. (Bild: Fraunhofer EMFT)