1. Organische Elektronik
- eine Zukunft des Forschungsstandortes Deutschland -
Inwieweit kann die „Grüne Elektronik“ die
herkömmlichen Techniken revolutionieren?
Antonia Herzog, Rosa Scherer
3. Einführung
• Teilgebiet der Elektronik
• organisch: Verbindung aus
Kohlenwasserstoffen
• leitfähige organische
Verbindungen
• Halbleiter: Leiter und Nichtleiter
Bild 1: Organische Elektronik
auf dünner PET-Folie
8. Intermolekularer
Ladungstransport
• in ungestörten kristallinen Verbänden:
Band-ähnlicher Transport (über HOMO und
LUMO)
• bei höherer Temperatur und in ungeordneten Halbleitern:
Hopping-Transport
• Dotierung: Verkleinerung der Bandlücke
14. Trennung von Ladungsträgern
• Trennung der Exzitonen
an der Grenzfläche zu einem
Akzeptor
• Entstehung von freien Ladungsträgern
• Exzitonen müssen in kurzer Zeit
auf die Grenzflächen treffen
aktive Schicht aus Donator-Akzeptor-
Bild 10: Donator-Akzeptor-
Mischung Mischung
15. Ladungsträgertransport
• Löcher über Donator
Anode
Licht
• Elektronen über Akzeptor
Exziton
Kathode
Elektron
• Anschluss eines Verbrauchers:
Entstehung eines elektrischen
Feldes
Loch
Bild 11: Ladungsträgertransport
16. Anwendungen
• Stromversorgung elektronischer
Kleingeräte
• an Häuserfronten, schattenspendende
Strukturen, Design und Architektur
• auf Textilien
Bild 12: zukünftiges Laden
Bild 13 eines Handys
17. Vorteile
• flexibel, dünn, leicht
• geringe Herstellungskosten
• hohe Umweltverträglichkeit
• zweckoptimiertes Moleküldesign
• farbig und transparent
Bild 14: Organische Solarzellen
an einer Fassade
18. Nachteile
• noch geringe Effizienz
Wirkungsgrad bei maximal 10,6%
• geringe Lebensdauer
• anfällig für Wasser, Hitze, UV-Licht und Sauerstoff
• Verkapselung notwendig
Flexibilität wird eingeschränkt
22. Elektrolumineszenz
1) Ladungsbereitstellung
durch die Elektroden
2) Ladungsinjektion
3) Ladungstransport
4) Bildung eines
Elektron-Lochpaares
5) Exziton im S1-Zustand
6+7) Zerfall unter
Lichtemission
Bild 17: Funktionsweise einer Einschicht-OLED
23. Molekulare
Energieniveaus
Exziton
Bild 18: Elektrolumineszenz auf den Energieniveaus
25. Anwendungen
• OLED-Displays:
in tragbaren Geräten und als TV-
Displays
aufrollbare Bildschirme
• OLED-Lichtquellen:
Beleuchtung und Beschilderung
Bild 20: OLED-Fernseher
Bild 21 von LG (CES 2012)
26. Displays
Vorteile Nachteile
• direkte Emission farbigen • Lebensdauer
Lichtes • Verkapselung
keine Hintergrundbeleuchtung • Partikelbelastung
• ausgezeichnete Farbdarstellung „Dark Spots“
• sehr hoher Kontrast • heute noch teuer
• geringer Energiebedarf
• dünn, hohe Reaktionszeit,
Bild 22: flexibles Display
flexibel
27. Beleuchtung
Vorteile Nachteile
• gute Farbqualität • Lebensdauer
• effiziente • Verkapselung
Flächenlichtquelle, wird • noch teuer
nicht heiß
• dünn, leicht, niedrige
Herstellungskosten
28. Weitere
Anwendungsfelder
• OFET
• „Wegwerfelektronik“
31. Bundesministerium für Bildung
und Forschung
• „OLED Initiative“:
100 Mio. € aus öffentlicher Hand
500 Mio. € von der Industrie
• „Innovationsallianz Organische Photovoltaik“:
60 Mio. € aus öffentlicher Hand
300 Mio. € aus Industrie
• Hightech-Strategie
32. Weitere Förderung
• Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Grundlagenforschung
• landesspezifische Fördermaßnahmen auf
Bundesebene
• Förderung auf europäischer Ebene
143 Mio. €
33. Internationaler Vergleich
• Wettbewerb zwischen Asien, USA, Europa
• Chancen für Deutschland:
OLED Beleuchtungs-Produkte
OPV und OFET
Bild 24: Zentren der Organischen Elektronik
34. Internationaler Vergleich
• Asien: bereits marktreife OLED-Displays in mobilen
Geräten (Samsung, LG, Sony)
• USA: v.a. Organische Photovoltaik (Konarka
Technologies)
• Asien und USA: Drängen zur Kommerzialisierung
Bild 24: Zentren der Organischen Elektronik
35. Weltmarkt
• OLED-Displays (2011):
Produktion: 90 Mio.
Umsatz: 4 Mrd. US $ (DisplaySearch)
weiterhin starker Anstieg in den nächsten Jahren (OLED-
Fernseher)
• organische Photovoltaik (2011):
Umsatz: 4,6 Mio. US $
2022: 630 Mio. US $
36. Fazit
Organische Elektronik Anorganische Elektronik
• viele Vorteile • lange Entwicklungszeit
• teilweise noch enormer • übertrifft in der Leistung
Entwicklungsbedarf die OE in vielen
Bereichen
37. Fazit
• Deutschland hat eine gute Ausgangsposition
• gute Aussichten, wenn Schwächen beseitigt werden
keine Revolution, sondern Ergänzung um viele neue
Anwendungen
Bild 25: OLED
38. Quellen
Literatur:
Pagliaro, Mario, und Palmisano, Giovanni, und Ciriminna, Rosaria: Flexible Solar Cells, Weinheim:
Wiley-VCH Verlag, 1. Auflage 2008
Jäger, Fredy: Photovoltaik: Strom aus der Sonne; Technologie, Wirtschaftlichkeit und Marktentwicklung,
Karlsruhe: C. F. Müller 1986
Rindelhardt, Udo: Photovoltaik Stromversorgung, B. G. Teubner, 1.Auflage August 2001
Brabec, Christoph, und Dyakonov, Vladinir und Scherf, Ulrich: Organic Photovoltaics: Materials, Device
Physics, and Manufacturing Technologies, Weinheim: Wiley-VCH 2008
Wagemann, Hans-Günther und Eschrich, Heinz: Photovoltaik: Solarstrahlung und
Halbleitereigenschaften, Solarzellenkonzepte und Aufgaben, Wiesbaden; Vieweg+Teubner, 2. Auflage
2010
Leitung: Tkotz, Klaus: Fachkunde Elektrotechnik, Haan-Gruiten: Verlag Europa Lehrmittel, 27. Auflage
2009
acatech BERICHTET UND EMPHIELT-Nr.6: Organische Elektronik in Deutschland, Bewertung und
Empfehlungen für die Weiterentwicklung, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011
Zeitschriften:
Chemie Unserer Zeit : Organische Solarzelle, Energie, Weinheim: Wiley-Vch Verlag 2010, 44, 174-189
Physik Journal 7 Nr.5: Grundlagen der Organischen Halbleiter, Weinheim: Wiley-Vch Verlag 2008
Optik & Photonik: OLED in der Anwendung, Weinheim: Wiley-VCH Verlag 2008