Flexible OLED-Elektroden aus Graphen

Dem Fraunhofer-Institut für Orga­nische Elektronik, Elektronen­strahl- und Plasma­technik FEP aus Dresden ist es gemeinsam mit Partnern erstmals gelungen, OLED-Elektroden aus Graphen herzu­stellen. Die Elektroden besitzen eine Fläche von jeweils zwei Quadrat­zentimetern. „Damit wurde in der Erforschung und Inte­gration eines extrem anspruchs­vollen Materials ein echter Durchbruch erzielt“, sagt Projekt­leiterin Beatrice Beyer vom FEP. Das Verfahren wurde im EU-geför­derten Projekt „Gladiator“ (Graphene Layers: Production, Charac­terization and Integration) gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung entwickelt und optimiert.

Graphen ist leicht und trans­parent, dabei extrem hart und zug­fester als Stahl. Außerdem ist es flexibel und extrem leit­fähig für Wärme oder Strom. Graphen besteht aus einer einlagigen, 0,3 Nanometer dünnen Schicht Kohlen­stoffatome, die in einer Art Bienen­waben­muster zusammen­gefügt ist. Graphen ist viel­seitig einsetzbar – zum Beispiel als Touchscreen in Smartphones. Die Produk­tion der OLED-Elektroden findet im Vakuum statt. In einer Stahlkammer wird eine Wafer­platte aus hochreinem Kupfer auf etwa 800 Grad erhitzt. Das Forscher­team führt dann eine Mischung aus Methan sowie Wasser­stoff zu und setzt eine chemische Reaktion in Gang. Das Methan löst sich im Kupfer auf und es formen sich Kohlen­stoffatome, die sich in der Fläche ausbreiten. Dieser Vorgang dauert nur wenige Minuten. Nach einer Abkühlungs­phase wird ein Träger­polymer auf das Graphen gegeben und die Kupferplatte weggeätzt.

An den Start ging „Gladiator“ im November 2013. Bis zum Abschluss im April 2017 arbeitet das Fraun­hofer-Team an den nächsten Schritten. So sollen Verun­reinigungen und Defekte minimiert werden, die bei der Über­tragung des hauch­dünnen Graphen auf ein anderes Träger­material auftreten. Gefördert wird das Projekt von der EU-Kommission mit insgesamt 12,4 Millionen Euro. Wichtige Industrie­partner des Fraun­hofer-Instituts sind das spanische Unter­nehmen Graphenea S.A., das für die Fertigung der Graphen-Elektroden zuständig ist, sowie das Untern­ehmen Aixtron, das sich um den Bau der Produktions­anlagen kümmert.

„Schon in zwei bis drei Jahren könnten erste Produkte auf den Markt kommen“, ist Beyer zuver­sichtlich. Die Graphen-Elektroden sind wegen ihrer Flexi­bilität ideal für Touch­screens. Sie zerbrechen nicht, wenn das Gerät auf den Boden fällt. Statt Glas müsste man nur eine trans­parente Folie verwenden. Daneben sind viele weitere Anwen­dungen denkbar: Bei Fenstern könnte das trans­parente Graphen den Licht­einfall regulieren oder in Polari­sations­filtern zum Einsatz kommen. Auch in der Photo­voltaik, bei Hightech-Textilien und sogar in der Medizin könnte Graphen zum Einsatz kommen.

Fh.-FEP / JOL