Photodioden auf Zeitungspapier

Physik Journal - auf gewöhnlichem Zeitungspapier lassen sich organische Solarzellen aufbringen.

Organische Halbleiter sind die idealen Materialien, um flexible Schaltkreise auf Textilien oder rollbare Unterlagen zu bannen. Österreichische Physiker vom Joanneum Forschungszentrum in Weiz suchten sich nun mit einem Schnipsel der Wochenzeitung „Die Zeit“ ein technisch sehr anspruchsvolles Trägermaterial aus. Geschickt kapselten sie das grobe und chemisch wie mechanisch wenig stabile Papier in Nanometer dünne, durchsichtige Kunststoffschichten. Dadurch gelang es ihnen, Unebenheiten aus bis zu 50 Mikrometer großen Zellulose-Fasern ausreichend gut auszugleichen. So eingepackt brachten sie erfolgreich Photodioden aus organischen Halbleitermaterialien auf dieses ungewöhnliche Substrat.

Auf gewöhnlichem Zeitungspapier ist diese organische Solarzelle aufgebracht (Quelle: Joanneum)

Die erste Hülle formten die Forscher um Bernhard Lamprecht aus dem Kunststoff Parylen C, der aus der Dampfphase rundum auf den Papierschnipsel abgeschieden wurde. Für eine bessere mechanische Stabilität dient eine zweite Schicht aus ORMOCER, einem auf Silikate basierenden anorganisch-organischen Hybrid-Polymer. Nachdem diese Behandlung die Unebenheiten auf rund drei Nanometer reduziert hat, folgten darauf die elektronisch relevanten Schichten: eine 55 nm dünne Gold­elektrode, zwei organische Halbleiterlagen (Kupfer-Phthalocyanin Cu-Pc, PTCBI, je 40 nm) und eine 25 nm dünne Silberelek­trode zuoberst. Das gesamte Modul behielt dabei sowohl seine Flexibilität als auch seine Transparenz im sichtbaren Wellenlängenbereich.

Fällt Licht einer Wellenlänge zwischen 500 und 700 nm ein, so entstehen an der Grenzschicht zwischen den beiden organischen Halbleitern Elektronen-Loch-Paare. Die negativen Ladungsträger wandern danach zur oberen Silberelektrode, die Löcher zur unteren Goldschicht. Bestrahlt mit einer Halogen-Lampe (17 mW/cm ²) zeigte das Modul eine für eine Photodiode typische Strom-Spannungs-Charakteristik. (Gleichrichtungs-Verhältnis: 10 ⁴ bei ± 1 Volt). Für einen Einsatz als hochflexible Solarzelle liegt der Wirkungsgrad mit rund einem Prozent allerdings noch zu niedrig. Auch wenn sich dieser Wert durch weitere Verfeinerungen durchaus steigern ließe, ging es Lamprecht und Kollegen vor allem um das Grundprinzip der Beschichtung rauer Oberflächen. Neben Photodioden können so auch weitere elektronische Schaltkreise aus organischen Halbleitern auf scheinbar unge­eigneten Trägermaterialien deponiert werden.

Jan Oliver Löfken

Quelle: Physik Journal, Mai 2005

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  B. Lamprecht et al., phys. stat. sol. (a) 202, R50 (2005).