28.07.2023

Neue Molekül-Klasse für effizientere OLEDs

Molekulare Schutzschicht für den elektronenleitenden Kern der organischen Leuchtdioden.

Organische Leuchtdioden (OLEDs) finden sich heute in vielen Geräten. Um ein Bild anzuzeigen, werden sie in den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau benötigt. Insbesondere Leuchtdioden für blaues Licht sind noch schwierig herzustellen. Vor allem winzige Verun­reinigungen im Material spielen eine entscheidende Rolle für deren Leistung. Diese Verunreinigungen – zum Beispiel Sauerstoff­moleküle – bilden Hindernisse für Elektronen, die sich im Inneren der Diode bewegen und am Lichterzeugungs­prozess beteiligt sind. Wenn ein Elektron von einem solchen Hindernis eingefangen wird, wird seine Energie nicht in Licht, sondern in Wärme umgewandelt. Dieses als „Charge Trapping“-Problem tritt vor allem bei blauen OLEDs auf und verringert deren Effizienz erheblich.

Abb.: Durch die spezielle chemische Struktur ordnen sich die Moleküle in einer...
Abb.: Durch die spezielle chemische Struktur ordnen sich die Moleküle in einer Art Spirale an. So wird der elektronen­leitende Kern abgeschirmt, was zu einer höheren Effizienz der organischen Leuchtdiode führt. (Bild: MPI-P)

Ein Team unter der Leitung von Paul Blom, Direktor am Max-Planck-Institut für Polymerforschung, hat nun das Problem dieses Ladungs­einfangs adressiert. Zu diesem Zweck haben sie eine neue Klasse von Molekülen verwendet. Diese bestehen aus zwei chemischen Teilen, von denen einer für die Elektronen­leitung verant­wortlich ist, während der andere Teil unempfindlich gegenüber Verunreinigungen ist. Durch Manipulation der chemischen Struktur des Moleküls wird eine besondere räumliche Anordnung erreicht: Werden mehrere Moleküle verbunden, bilden sie eine Art Spirale. Der elektronenleitende Teil der Moleküle bildet den inneren Teil, der nach außen hin durch den anderen Teil abgeschirmt wird. 

Der Mantel bildet eine Schutzschicht für den elektronenleitenden Kern und schirmt ihn gegen das Eindringen von Sauerstoff­molekülen ab. So können sich die Elektronen schnell und unge­hindert entlang der zentralen Achse der Spirale bewegen, ohne aufgehalten zu werden. „Das Besondere an unserem neuen Material ist, dass die Abwesenheit von Verlusten durch Verun­reinigungen und der daraus resultierende effiziente Elektronen­transport das Design von blauen OLEDs stark verein­fachen kann, während gleichzeitig eine hohe Effizienz erhalten bleibt“, sagt Paul Blom. Die Forscher hoffen, mit ihrer Arbeit einen wichtigen Schritt in Richtung einer einfacheren Herstellung von blauen Leuchtdioden gemacht zu haben.

MPI-P / JOL

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