Chiral induziertes Spinning für effizientere OLED-Geräte
Der Unterschied ist unbestreitbar: bei einem Vergleich mit einem LED-Display hebt sich die OLED-Version durch schärfere Bilder, einen besseren Kontrast und klare Farben ab. Die Energieeffizienz ist allerdings ein wichtiges Verbraucheranliegen und die OLED-Technologie steht anderen Technologien in dieser Hinsicht immer noch nach. Tatsächlich können OLED-Displays hierbei lediglich LCD-Displays marginal übertreffen. Zur Lösung dieses Problems rief das Weizmann-Institut Im Januar 2016 das Projekt SOLED (Chiral organic semiconductor structures) ins Leben. Das OLED-Effizienzproblem sollte an seiner Quelle angegangen werden: „Die geringe Effizienz der OLED-Technologie ist das Ergebnis einer geringen Lichtemissionsausbeute aufgrund der Bildung von elektronischen Triplett-Zuständen, in denen die beiden Elektronen die gleiche Orientierung haben“, erklärt Prof. Ron Naaman, Koordinator von SOLED. Der Plan des Projekts bestand darin, die Spinkontrolle der Elektronen zu nutzen, um die Wahrscheinlichkeit zur Herstellung von Triplett-Zuständen zu reduzieren. Dies ist als Spin-LED/OLED-Konzept bekannt: Elektronen, die der Licht emittierenden Spezies zugeführt oder aus dieser abgeführt werden, weisen einen vorbestimmten Spin auf, der dabei behilflich ist, die Bildung „dunkler“, nicht emittierender Triplett-Zustände zu vermeiden. Das Team konnte von bereits in diesem Gebiet gesammelten Erfahrungen profitieren. Es konnte auf vorausgehender Forschung am Effekt der chiral induzierten Spinselektivität (Chiral-induced spin selectivity, CISS) aufgebaut werden und es wurde die Entwicklung chiraler organischer Halbleiterstrukturen zur Kontrolle des Spinzustands von Elektronen und Löchern in OLEDs vorgeschlagen. Bei Beginn des SOLED-Projekts wurde damit gerechnet, dass mit diesem Effekt die Energieeffizienz von OLED-Geräten um den Faktor vier verbessert werden könnte. „Der chiral induzierte Spinselektivitätseffekt soll volle Kontrolle über die Spinorientierung des Elektrons ermöglichen, indem sichergestellt wird, dass das Elektron, welches das emittierende Molekül verlässt, die gleiche Spinorientierung hat, wie das Elektron, welches in das Molekül eindringt“, sagt Prof. Naaman. Auch wenn das Prinzip des Konzepts erfolgreich demonstriert worden war, erkannte das Team schnell, dass weitere Forschung erforderlich wäre, um das Ziel zu erreichen. „In Zusammenarbeit mit der Gruppe von Richard Friend aus Cambridge und E. W. (Bert) Meijer aus Eindhoven konnten wir unsere Fähigkeit zur Beeinflussung der Spinorientierung in dem OLED demonstrieren, die Prozesseffizienz war jedoch nicht sonderlich hoch“, erklärt Prof. Naaman. „Der Grund hierfür ist die Organisation der Moleküle im OLED. Jetzt verfolgen wir diese Arbeit mit unseren Partnern weiter, um eine bessere Kontrolle der Materialorganisation zu erreichen.“ Bis das Problem gelöst ist, muss das Team ursprünglich eingeplante, der Vermarktung vorgelagerte Maßnahmen zurückstellen. Prof. Naaman ist jedoch nach wie vor zuversichtlich, dass die Technologie dazu beitragen wird, dass die OLED-Technologie in Form von flexiblen Lichtemittern in europäischen Haushalten breite Verwendung findet. Er hebt zudem die Erkenntnis hervor, dass die Materialorganisation der entscheidende Faktor ist, um die Spinkontrolle zu erreichen, die ein zentraler Erfolg des Projekts ist. „Wir beabsichtigen Moleküle zu untersuchen, die sich in dreidimensional organisierte Strukturen wie Mikrokristallen selbst assemblieren. Wir hoffen, dies unter dem ET-OPEN-Programm oder unter anderen spezifischen Programmen realisieren zu können“, lautet die Schlussfolgerung von Prof. Naaman.
Schlüsselbegriffe
SOLED, OLED, Beleuchtung, Weizmann, LED, Energieeffizienz, chiral, CISS