Blattskelette werden zu Bauteilen für nachhaltige Optoelektronik

Die am Institut für Angewandte Physik (IAP) und dem Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP) der TU Dresden entwickelte Leaftronics-Technologie geht in die nächste Entwicklungsstufe: Im neuen Forschungsprojekt von Dr. Hrisheekesh Thachoth Chandran sollen erstmals funktionale organische Photodioden und Solarzellen direkt auf Substraten aus Blattskeletten hergestellt werden. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert das Vorhaben „Nachhaltige organische opto-elektronische Bauteile basierend auf metallisierten fraktalen Blattelektroden“ mit einer Sachbeihilfe (Projektnummer 588510220).

Der wachsende Elektroschrott erfordert nachhaltigere Lösungen für die Herstellung und Entsorgung elektronischer Bauteile. Als äußerst vielversprechend hat sich dafür die am IAP entwickelte Leaftronics-Technologie gezeigt. Dabei lassen sich die fein verzweigten Blattadern aus einem Magnolienblatt in transparente, elektrisch leitfähige Strukturen umwandeln.

Im seinem neuen Forschungsprojekt „Nachhaltige organische opto-elektronische Bauteile basierend auf metallisierten fraktalen Blattelektroden“ geht Dr. Hrisheekesh Thachoth Chandran am IAP nun einen Schritt weiter: Er will die Blattskelette als Grundlage für vollständige optoelektronische Bauteile nutzen. Dafür müssen die bisher entwickelten Verfahren mit den Herstellungsschritten für organische Elektronik kombiniert werden. Das metallisierte Blattskelett muss den weiteren chemischen und thermischen Verarbeitungsschritten standhalten und gleichzeitig eine ausreichend glatte Oberfläche für die Abscheidung der organischen Halbleiterschichten bieten. Die Blattadern sollen dabei ihre Funktion als transparente Elektrode behalten.

„Herkömmliche Dünnschicht-Optoelektronik basiert auf Glas- oder Kunststoffsubstraten und nutzt aufgedampftes Indium-Zinn-Oxid (ITO) als transparenten leitfähigen Kontakt: eine Schicht, deren Herstellung energieintensiv ist, die von einem knappen Element wie Indium abhängt und schwer zu recyceln ist. Der Ersatz durch Gold führt zu ähnlichen Problemen. Metallisierte Blattgerüste hingegen erreichen nachweislich Schichtwiderstände unter 1 Ω/□ bei einer Breitbandtransmission von etwa 80 %, womit sie in denselben Bereich fallen wie die transparenten Leiter, die sie ersetzen würden; und das auf einem Substrat, das sich am Ende seiner Lebensdauer zersetzt“, erläutert Dr. Hrisheekesh Thachoth Chandran.

Im Besonderen kommt hier die Expertise von Dr. Hrisheekesh Thachoth Chandran in der Entwicklung organischer Fotodioden und Photovoltaik zum Tragen. Die vorrangigen Anwendungsbereiche sind organische Fotodioden und Photovoltaik für den Innenbereich; Letzteres ist besonders sinnvoll, da die Lichtsammlung in Innenräumen auf dezentrale Sensorik mit geringem Energiebedarf abzielt – genau jenem Anwendungsbereich, in dem sich Einwegelektronik, die nicht wiederverwertbar ist, am schnellsten ansammelt.  „Sollte dies gelingen, wäre es das erste Mal, dass funktionsfähige Dünnschicht-Elektronikbauelemente auf Substraten aus Blättern hergestellt werden, wobei die Blattadern des Blattes selbst als Elektroden dienen“, resümiert Chandran.

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Dr. Hrisheekesh Thachoth Chandran
Institut für Angewandte Physik (IAP)
Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP)
TU Dresden
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