Phosphor für bessere Optoelektronik

Jan. J. Weigand von der Technischen Universität Dresden hat in Zusammenarbeit mit einem inter­disziplinären Team eine neuartige Methode entwickelt, um Phosphor- und Stickstoffatome in polyzyklischen Molekülen einzubringen. Diese Methode könnte in Zukunft die Entwicklung neuer Materialien mit spezifischen opto­elektronischen Eigenschaften für die Anwendung in organischen Halbleiter­technologien, wie OLEDs oder Sensoren, ermöglichen. 

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, kurz PAKs, spielen eine zentrale Rolle in einer Vielzahl von opto­elektronischen Anwendungen, darunter chemische Sensoren, organische Leuchtdioden (OLEDs), organische Feldeffekt­transistoren (OFETs) und organische Solarzellen. Um die Leistungsfähigkeit der Bauelemente zu optimieren und deren Vielseitigkeit zu erhöhen, erproben Forschende die Substitution mit verschiedenen Elementen jenseits des tradi­tionellen Kohlenstoffs. Während die Sub­stitution mit Bor, Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel bereits umfassend erforscht wurde, stellt die Integration von Phosphor in Kombination mit Stickstoff noch eine große Herausforderung dar. 

„In unserer aktuellen Forschung haben wir eine innovative Methode entwickelt, um Phosphor- und Stickstoff­atome gezielt in polyzyklische Systeme einzubringen. Diese Methode ermöglichte die Synthese einer breiten Palette von P/N-sub­stituierten Verbindungen, deren physikochemische Eigenschaften in Zusammenarbeit mit Physikerinnen und Physikern der TU Dresden vielschichtig untersucht wurden. Durch die Kombination aus Material­simulationen und spektro­skopischen Messungen konnten wir grundlegende Einblicke in die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen der erhaltenen Verbindungen gewinnen“, sagt Weigand.

Die neue Methode ermöglicht den Zugang zur bekannten Stoffklasse der Azaphosphole, die bisher nur sehr umständlich und meist in sehr geringen Ausbeuten zugänglich war. Daher kam sie bisher für (opto-)elek­tronische Anwendungen nicht in Betracht. „Durch die gezielte Kombination von Phosphor und Stickstoff erhoffen wir uns, die elek­tronischen und optischen Eigenschaften dieser Verbindungen in einer Weise steuern zu können, die zuvor nicht möglich war. Dies eröffnet spannende Perspektiven für zukünftige Anwendungen in der Optoelektronik und darüber hinaus“, ergänzt Sebastian Reineke, Leiter der Light-Emitting und eXcitonic Organic Semi­conductors Gruppe (LEXOS) der TU Dresden. 

TU Dresden / JOL