Naturstoffe – Neue Materialien Dotierung von Silicium Andfghhj Elektrisch leitfähige Kunststoffe für Licht und Farben ER W EIT ER UN G· VE RT IEF UN G· AN W EN DU NG 250 B2 Organische Leuchtdioden in einer flexiblen Matrix aus leitfähigem Kunststoff. A: Recherchieren Sie, welche Einsatzmöglichkeiten sich für flexible OLEDs ergeben. trans-Polyacetylen Polythiophen Polypyrrol N N N H H H H H Poly(p-phenylen) (PPP) Poly(p-phenylenvinylen) (PPV) Poly(2-methoxy-5-(2’-ethylhexoxy) p-phenylenvinylen) (MEH-PPV) n n S S S SS N N nO O Kunststoffe als organische Halbleiter Herkömmliche Kunststoffe sind als elektrische Isolatoren bekannt. Einige Kunststoffe können aber elektrische Ladung transportieren und sich dann wie Halbleiter verhalten, wenn ihre Moleküle bestimmte strukturelle Voraussetzungen erfüllen. Diese sind gegeben, wenn konjugierte Doppelbindungen entlang der ge samten Makromolekülkette vorliegen (B1). Dies wurde zwar schon in den 1960er Jahren entdeckt, doch erst im Jahr 2000 erhielten Shirakawa, McDiarmid und Heeger den Nobelpreis für Chemie dafür. Ähnlich wie beim Benzol-Molekül (vgl. S. 176) liegen in den elektrisch leitfähigen Polymer-Molekülen delokalisierte π-Elektronen entlang der gesamten Polymerkette vor (B1). Die Energieniveaus in diesen organischen Materialien sind vergleichbar mit dem Valenzband und dem Leitungsband bei anorganischen Halbleitern (vgl. S. 80). Die Wellenlänge des absorbierten Lichts entspricht der Bandlücke Eg, d.h. der Energiedifferenz (Energielücke) zwischen den Energiebändern. Ihre Größe kann durch Veränderungen der molekularen Struktur und Dotierung gezielt beeinflusst werden. Durch Absorption eines Lichtquants kann in einem Molekül eines organischen Halbleiters ein ElektronLoch-Paar (vgl. S. 245) gebildet werden. Das ist die Grundlage für den Einsatz in organischen Solarzellen (vgl. S. 252). Wie bei anorganischen Halbleitern kann aber auch bei organischen halbleitenden Materialien durch Einwirkung einer äußeren elektrischen Gleichspannungsquelle Elektrolumineszenz beobachtet werden. Die Wellenlänge des emittierten Lichts entspricht der Größe der Bandlücke Eg. Damit bietet sich der Einsatz in organischen Leuchtdioden (B2) an. Kunststoffe für organische Leuchtdioden Während eine anorganische LED ist auf eine Leuchtfläche von nur wenigen Quadratmillimetern beschränkt ist, lassen sich organische Materialien in gelöster Form (groß)flächig auf geeigneten Substraten in Schichten aufbringen. Man erhält unterschiedlich große organische Leuchtdioden OLEDs. OLEDs bestehen im einfachsten Fall aus drei Komponenten (B3). Auf eine transparente Anode, z.B. leitfähiges ITO1-Glas (vgl. Chemie 2000+ Online), wird ein dünner Film eines halbleitenden Polymers, z.B. PPV (B1), aufgebracht. Als Kathode dient eine dünne Schicht aus Aluminium. 1 ITO: leitfähige Schicht aus Indium-Zinn-Oxid (engl.: indium tin oxide) B1 Grundstrukturen einiger organischer halbleitender Makromoleküle. A: Vergleichen Sie diese Strukturausschnitte der Moleküle und nennen Sie gemeinsame und unterschiedliche Merkmale. 3377_01_01_2012_Kap4_212_273 23.09.14 06:31 Seite 250 Nu r z u Pr üf zw ec ke n Ei ge tu m d es C .C . B uc hn er V er la gs