Leuchtdioden mit extrem niedrigen Betriebsspannungen

Organische Leuchtdioden (OLD) könnten die Lichtquelle der Zukunft für Displays und Beleuchtung sein: sie sind preisgünstig, leicht auf großen Flächen herzustellen und leuchten in allen Farben des Spektrums. Allerdings haben sie noch empfindliche Nachteile, wie zu hohe Betriebsspannung und geringe Stabilität.

Am Institut für Angewandte Photophysik der Technischen Universität Dresden (TUD) ist es der Arbeitsgruppe um Prof. Karl Leo gelungen, durch einen neuen Ansatz die Eigenschaften von Leuchtdioden dramatisch zu verbessern: durch Dotierung der Leuchtdioden mit einer zweiten Molekülsorte gelingt es, die elektrische Leitfähigkeit der dünnen Schichten für elektrische Ladungsträger erheblich zu steigern und die Ladungsträger wesentlich besser von den Kontakten in die leuchtenden Schichten zu bekommen. Durch diese erfolgreiche neue Idee gelang es den Mitarbeitern Dr. Martin Pfeiffer, Dipl.-Phys., Jan Blochwitz und Dr. Xiang Zhou, die bisherigen in Japan und den USA aufgestellten Weltrekorde für die Betriebsspannung deutlich zu unterbieten und in Bereiche zu kommen, in denen die Displays mit einfachen Batterien betrieben werden können. Obwohl der Ansatz auf dem Gebiet der organischen Leuchtdioden völlig neu ist, ist er auf dem Gebiet der klassischen Halbleiter wie Silizium schon lange bekannt. Dort setzt man seit jeher die Dotierung ein, um die Leitfähigkeit von Schichten zu steuern. Der Dresdner Gruppe gelang es nun erstmals, diesen Ansatz erfolgreich auf organische Halbleiter zu übertragen. Mit dieser cleveren neuen Idee gelang es, große Arbeitsgruppen an Instituten in der Industrie zu übertreffen. Es ist geplant, die neuartigen Dioden in Zusammenarbeit mit einem Fraunhofer-Institut in Dresden in produktionsreife Bauelemente zu übertragen.

In zukünftigen Arbeiten möchte die Dresdner Arbeitsgruppe die Dotierung nutzen, um die Betriebsspannung von Leuchtdioden weiter zu senken und sie so effizient zu machen, das sie auch mit konventionellen Leuchtquellen wie Glühbirnen und Fluoreszenzlampen konkurrieren können. Damit ergäbe sich ein völlig neuartiger Ansatz für die Raumbeleuchtung: statt Glühbirnen und Leuchtstofflampen wären Teile der Wände aktiv leuchtend, was beispielsweise Probleme durch Blendung vollständig vermeiden würde. Die komplett aus Drittmitteln finanzierte Arbeitsgruppe hat sich dafür noch mit dem Humboldt-Stipendiaten Dr. Jinson Huang und dem Synthesechemiker Dr. Yanjung Xing verstärkt. Das Know-How dieser chinesischen Mitarbeiter ist von entscheidender Bedeutung für die Arbeitsgruppe.

Weiterhin sind die Dresdner Forscher überzeugt, dass durch kontrollierte Dotierung auch noch viele weitere neue Bauelemente möglich sind. Ein Schwerpunkt der geplanten Arbeit sind organische Solarzellen. Momentan sind die Wirkungsgrade dieser Solarzellen noch viel zu gering, um einen sinnvollen Einsatz zu ermöglichen. Die Dresdner Forscher hoffen, das in Zukunft durch Einsatz dotierter Schichten die Wirkungsgrade erheblich gesteigert werden können und eine breite Anwendung möglich ist. Auch wenn es wahrscheinlich eine Vision bleiben wird, dass man mit einem Pinsel eine Solarzelle „aufmalen“ kann, so ist es doch vielversprechend, diese Materialien für einen Einsatz in Solarzellen weiter zu optimieren.

Dresden, 16. Februar 2001
TU Dresden, Institut für Angewandte Photophysik, Prof. Dr. Karl Leo, Telefon (03 51) 4 63-75 33 oder Dr. Martin Pfeiffer, Telefon (03 51) 4 63-75 59, E-Mail: pfeiffer@iapp.de