Am Paul Scherrer Institut PSI haben Forschende Einblicke in ein vielversprechendes Material gewonnen, was dabei helfen wird, neue Leuchtmittel schnell und preisgünstig zu entwickeln. Die untersuchte Verbindung ist ein gelblicher Feststoff. Löst man sie in einer Flüssigkeit oder bringt eine dünne Schicht davon auf einer Elektrode auf und legt einen elektrischen Strom an, leuchtet sie intensiv grün. Der Grund: Die Moleküle nehmen die ihnen zugeführte Energie auf und strahlen sie in Form von Licht nach und nach wieder ab – was auch als Elektrolumineszenz bezeichnet wird. Auf diesem Prinzip basieren Leuchtdioden.
Materialien, die OLEDs leuchten lassen
Die grün lumineszierende Substanz ist ein heißer Kandidat, um OLEDs herzustellen, organische Leuchtdioden. Seit etwa drei Jahren finden sich OLEDs beispielsweise in den Displays von Smartphones. OLEDs machen auch günstige großflächige Raumbeleuchtungen möglich.
Doch viele für OLEDs in Frage kommende Substanzen enthalten teure Metalle wie Iridium. Ohne solche Zusätze können die Materialien aber nur einen kleinen Teil der ihnen zugeführten Energie tatsächlich als Licht abstrahlen, der Rest geht beispielsweise als Schwingungsenergie verloren.
Kupfer macht das Material für OLEDs günstig
Die Forscher haben nun die kupferhaltige Verbindung Cu-PCP genauer untersucht. Kupfer ist ein relativ günstiges Metall, und die Verbindung selbst lässt sich gut in großen Mengen herstellen.
Mit zwei Großforschungsanlagen am PSI – der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS und dem Freie-Elektronen-Röntgenlaser SwissFEL − sowie der European Synchrotron Radiation Facility im französischen Grenoble nahmen die Forschenden die kurzlebigen angeregten Zustände der Kupferverbindung unter die Lupe.
Die Messungen bestätigten, dass die Substanz aufgrund ihrer chemischen Struktur ein guter Kandidat für OLEDs ist. Die quantenchemischen Eigenschaften der Verbindung machen eine hohe Lichtausbeute möglich. Ein Grund dafür: Das Molekül ist relativ steif, und seine 3-D-Struktur verändert sich bei einer Anregung nur wenig. Jetzt können Forschende darangehen, die Substanz für den Einsatz in OLEDs weiter zu optimieren.
Paul Scherrer Institut
5232 Villigen /Schweiz
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