Filterlose wellenlängenselektiv gedruckte organische Fotodioden: Korrelation der Tintenentwicklung mit der Leistung und Funktionalität des Bauteils.

• Antragsteller: Professor Dr. Gerardo Hernández-Sosa
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450762327

Organische Halbleiter kombinieren die synthetische Anpassungsfähigkeit der optoelektronischen Eigenschaften mit der Möglichkeit der Flüssigprozessierung durch skalierbare Drucktechniken. Diese Synergie hat die organischen Fotodioden (OPDs) in den letzten Jahren zu einer der vielversprechendsten Fotodetektionstechnologien gemacht. Aufgrund der komplexen Korrelationen zwischen der Herstellung und der Bauteilleistung konnten OPDs ihr Potenzial bisher jedoch nicht voll ausschöpfen. Insbesondere die funktionelle Flexibilität wie, wie beispielsweise bei der farbselektiven Detektion, bleiben aufgrund der intrinsischen Herausforderungen, die sich aus den gängigsten organischen Bulk-Heterojunction (BHJ)-Materialsystemen ergeben, auf der Strecke. In solchen BHJ-Systemen wird der Spektralbereich des Detektors hauptsächlich durch die Absorption eines Polymerdonors bestimmt. Umgekehrt bestimmt er aufgrund seiner polymerischen Natur auch in hohem Maße die viskoelastischen Eigenschaften der Tinte. Diese gegenseitige Abhängigkeit stellt einen Engpass für die Tintenentwicklung und die spektrale Flexibilität gedruckter OPDs dar. In dem vorgeschlagenen Projekt werden wir das Potenzial eines neu entwickelten Konzepts untersuchen, das diese Herausforderung durch die Entkopplung der viskoelastischen Eigenschaften der Tinte von der spektralen Empfindlichkeit des Bauteils überwindet. Dadurch wird die Herstellungskomplexität verringert und ein besserer Zugang zur Adaption der spektralen Empfindlichkeit der OPD ermöglicht. Dies wird erreicht, indem wir uns auf "passive" Polymer-Donoren (oder Akzeptoren) konzentrieren (d.h. die im Idealfall nicht zum Photostrom beitragen), um die Rheologie der Tinte zu definieren. Gleichzeitig werden diese mit geeigneten kleinmolekularen Akzeptor- (oder Donor-) Materialien kombiniert, die ausschließlich die spektrale Empfindlichkeit bestimmen. Auf Grundlage unserer Vorarbeiten werden wir organische Materialsysteme auch außerhalb des typischen Photovoltaikbereichs für die Herstellung von filterlosen wellenlängenselektiven OPDs auswählen, die eine hohe Effizienz, große spektrale Flexibilität und geringe Druckkomplexität bieten. Um ein tiefgehendes Verständnis der zugrundeliegenden Wirkungsmechanismen zu erhalten, wird die OPD-Herstellung durch fortgeschrittene spektroskopische und morphologische Untersuchungen ergänzt. Das daraus resultierende Know-how wird wesentlich zum Verständnis der komplexen Zusammenhänge zwischen Druckprozessen, Mehrschichtarchitekturen und Bauteilphysik beitragen. Wir sind überzeugt, dass unser Ansatz in Verbindung mit dem Einsatz digitaler Drucktechniken die nahtlose Integration der entwickelten OPDs in optische Detektionssysteme mit mehreren Bauelementen ermöglichen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen