09.09.2021

Organische Dünnschichten im Computer

Molekulare Bibliothek typischer OLED-Materialien ist frei zugänglich.

Vom modernen Smartphone bis zum Fernseher: Organische Leuchtdioden (OLEDs) sind eine zukunfts­weisende Technologie, die unter anderem einen exzellenten Bild­kontrast und geringen Strom­verbrauch verspricht. Die Komplexität eines OLED-Pixels macht es jedoch schwierig, neue molekulare Materialien zu entwickeln. Denis Andrienko, Gruppen­leiter am Max-Planck-Institut für Polymer­forschung, und sein Team haben nun eine breite Palette von computer­simulierten und experimentell gemessenen Eigenschaften von OLED-Dünn­schichten verglichen und versucht zu verstehen, ob sich OLED-Design allein am Computer vorhersagen lässt.

 

Abb.: Die Eigenschaften von OLEDs, die auf der Struktur der verwendeten...
Abb.: Die Eigenschaften von OLEDs, die auf der Struktur der verwendeten Moleküle basieren, könnten in Zukunft vollständig durch Computer­simulationen vorhergesagt werden. (Bild: MPI-P)

Im Gegensatz zu herkömmlichen Leuchtdioden (LEDs) bestehen organische LEDs (OLEDs) nicht aus Silizium. In OLEDs bilden dünne Schichten von Molekülen auf Kohlenstoffbasis Pixel, die Licht aussenden. Die Farbe eines Pixels kann durch Variation der Molekül­struktur eingestellt werden. OLED-Pixel bestehen in der Regel aus mehreren Schichten, die etwa dafür sorgen, dass sich Elektronen mit möglichst geringem Widerstand im Pixel bewegen können. Die Feinabstimmung der Schicht­eigenschaften, zum Beispiel der Elektronen­beweglichkeit oder der emittierten Wellenlänge, ist eine komplexe Aufgabe.

Denis Andrienko, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P) im Arbeitskreis „Theorie der Polymere“ unter der Leitung von Kurt Kremer, hat sich nun mit Wissenschaftlern des ukrainischen Instituts für Physik, dem Arbeitskreis für molekulare Elektronik am MPI-P sowie der Merck KGaA, Darmstadt, zusammengetan. Gemeinsam testeten sie die Genauigkeit von computergestützten Vorhersagen der Eigenschaften von dünnen OLED-Schichten.

Zu diesem Zweck haben sie eine molekulare Bibliothek typischer OLED-Materialien aufgebaut. Die Idee dieser Bibliothek ist es, das Design neuer molekularer Strukturen zu erleichtern und die Eigenschaften der entsprechenden dünnen Schichten zu simulieren. Der Vorteil ist, dass dies vor der (teuren) Synthese, Schicht­deposition und Charakterisierung einer ganzen OLED erfolgen kann.

„Wir hoffen, dass unsere Simulationsprotokolle in Zukunft genutzt werden können, um molekulare Strukturen mit vorgegebenen Eigenschaften zu entwerfen“, sagt die Co-Autorin der Arbeit, Leanne Paterson. Die Wissenschaftler simulierten und maßen verschiedene Parameter von OLED-Schichten und fanden gute Korrelationen für einige Eigenschaften und konsistente Trends für andere. Die Materialbibliothek ist offen für andere Forscher und kann vom GitLab der Max-Planck-Computing and Data Facility herunter­geladen werden.

MPI-P / DE

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