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Computerchips am laufenden Meter - Konstanzer Nachwuchsforscher verbessert organische Halbleiter

10.04.2000 - (idw) Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Halbleiter ohne Silizium? Der klassische Werkstoff für elektronische Bauelemente aller Art könnte bald ernsthaft Konkurrenz bekommen; das jedenfalls hoffen Wissenschaftler, die neue Halbleiter aus organischen, das heißt auf Kohlenstoff basierenden Materialien, herstellen und ihre Eigenschaften untersuchen. Der Konstanzer Nachwuchsforscher Dr. Jan Hendrik Schön hat jetzt mit Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) in einer Arbeitsgruppe an den Bell Laboratorien in Murray Hill, New Jersey, die elektronischen Eigenschaften organischer Halbleiter aus so genanntem Pentacen untersucht, vielversprechende Kandidaten beispielsweise für organische Solarzellen.

Halbleiter sind Stoffe, die unter Zufuhr von Licht oder Wärme elektrisch leitfähig werden, das heißt den Transport von elektrischen Ladungen durch sie hindurch erlauben. Bei tiefen Temperaturen wirken sie dagegen isolierend. Diese Eigenschaft kann durch die gezielte Zugabe weiterer chemischer Elemente gesteuert werden, der Fachmann nennt das "Dotierung". Halbleiterbauelemente bilden die Grundlage für alle elektronischen Anwendungen, egal ob Computer, Flachbildschirm, Datenspeicher oder Solarzelle.

Wie der Ladungstransport in organischen Halbleitern genau funktioniert, ist noch weitgehend unbekannt. Dieses Wissen ist nötig, um die Materialien für zukünftige Anwendungen zu optimieren. Organische Halbleiter bergen nämlich viele Vorteile: Sie sind leicht herzustellen und zu bearbeiten und sie können im Gegensatz zum Silizium auch auf flexible Unterlagen aufgebracht werden. Zudem sind sie sehr billig. Schaltkreise könnten etwa per Druckverfahren am laufenden Meter hergestellt werden, hoffen Experten.

Jan Hendrik Schön und seine Kollegen haben den Kohlenwasserstoff Pentacen und verwandte organische Substanzen auf ihre Eignung als Halbleiter untersucht. Dabei stellten sie fest, dass aus einigen von ihnen Transistoren hergestellt werden können, die die Eigenschaften von zwei verschiedenen bislang bekannter Arten von Halbleitern in sich vereinen. Diese Erkenntnis verspricht eine wesentliche Vereinfachung in der Herstellung von Schaltkreisen.

Außerdem gelang es Schön, den Wirkungsgrad - das Maß für die Effizienz - organischer Solarzellen deutlich zu verbessern. Indem sie das Pentacen mit Jod und Brom versetzten oder "dotierten", wurden Ladungsträger innerhalb des Stoffes wesentlich beweglicher. Sie erreichten Wirkungsgrade so von bis zu 2,4 Prozent, was für organische Solarzellen sehr hoch ist. Bis Solarzellen aus Pentacen allerdings die Klassiker aus Silizium ablösen werden, ist es noch ein weiter Weg, denn Solarzellen auf Silizium-Basis erreichen zur Zeit schon Spitzenwirkungsgrade von bis zu 15 Prozent.

Weitere Informationen erteilt das Referat Physik I der Deutschen Forschungsgemeinschaft, Dr. Klaus Wehrberger, Telefon: 0228/885-2351, Telefax: 0228/885-2770, E-Mail: klaus.wehrberger@dfg.de.
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