Licht an! Organic Electronics für f die Energiekonzepte von morgen. 10. Münchner Wissenschaftstage 23.Oktober 2010 Karl Hahn, BASF SE

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1 Licht an! Organic Electronics für f die Energiekonzepte von morgen 10. Münchner Wissenschaftstage 23.Oktober 2010 Karl Hahn, BASF SE

2 Starke Tradition CIBA-AKQUISITION BASF SE THE CHEMICAL COMPANY VON LUDWIGSHAFEN IN DIE WELT NEUBEGINN UND KUNSTSTOFFÄRA NEUE HOCHDRUCKSYNTHESEN DAS ZEITALTER DER DÜNGEMITTEL DAS ZEITALTER DER FARBEN GRÜNDUNG VON BASF 2

3 Aufwendungen in Forschung und Entwicklung Forschung ist Zukunft: Neue Technologien und Produkte helfen uns, Lösungen für globale Herausforderungen zu finden. 2009: Aufwendungen für Forschung und Entwicklung ca. 1,4 Milliarden, weltweit führend in der chemischen Industrie Seit 2005 bis einschließlich 2009: Steigerung der Aufwendungen um rund 30 % 2010 Umsatz von bis zu 6 Milliarden und 2015 zwischen 6 und 8 Milliarden allein aus Produktinnovationen erwartet Konzernforschung Chemicals Plastics Performance Products Functional Solutions Agricultural Solutions Oil & Gas 20% 12% 9% 9% Millionen 25% 23% 1% 1% Sonstige 3

4 Wachstumscluster Energiemanagement Technologische Entwicklungen, die zukünftig neue Möglichkeiten für einen ressourcenschonenden Umgang mit Energie bieten werden. Beispiele Halbleiter für organische Solarzellen Kathodenmaterialien für neue Generationen von Lithium-Ionen Batterien mit erhöhter Energiedichte Leuchtdioden aus organischen, halbleitenden Materialien Kühlschränke und Klimaanlagen auf Basis des magnetokalorischen Effekts Mit thermoelektrischen Materialien aus Abwärme Strom erzeugen 4

5 Was sind Organische Leuchtdioden? ETL EML HTL Kathode Elektronen-Transport- Material Emissionsschicht: Matrix + Emitter Loch-Transport- Material Anode Substrat 5

6 Organische Leuchtdioden (OLED) Vergleich der Energieeffizienz einzelner Lichtquellen Energieeffizienz in lm/w 100 Organische LED / Ziel 50 Energie- Sparlampe LED Organische LED heute 0 6

7 Organische Leuchtdioden 20 % des weltweiten elektrischen Energieverbrauchs für Beleuchtung Photo courtesy of C. Mayhew & R. Simmon (NASA/GSFC), NOAA/NGDC, DMSP 7

8 Die Zukunft der Beleuchtung: OLED Fenster 8

9 Geringe Ladungsträgerbeweglichkeiten durch Hüpftransport Energie EA IP - + LB VB Lokale EA Lokale IP DOS Gasphase Kristal. Festkörper Amorph. Festkörper 9

10 OLED Funktionsprinzip - + ETS EMS HTS Kathode Elektronen-Transport- Material Emissionsschicht: Matrix + Emitter Loch-Transport- Material Anode Substrat 10

11 Ausgeglichener Ladungstransport zur Emissionsschicht Elektronen zu zu langsam Ladungstransport im im Gleichgewicht Löcher zu zu langsam Elektronen Löcher Elektronen- Transport Licht- Emission Loch- Transport 11

12 Angeregter Zustand in einer OLED LUMO + + HOMO + - Loch Elektron Singlet (S 1 ) Triplet (T 1 ) (25%) (75%) Problem: Fluoreszente Farbstoffe limitieren die Effizienz! η EL = EL η χ η PL PL REC η OUT 12

13 Die Lösung: Übergangsmetalle mit hohen Kernladungszahlen! Energie Mischung der Zustände S 1 T 1 + c S 1 ;c~(kernladung)4 erlaubt verboten erlaubt S 0 Benutzung von von Übergangsmetallkomplexen als als phosphoreszente Farbstoffe 13

14 Organische Licht Emittierende Dioden Die ultimative Material-Herausforderung - V R G B F F N 2 N Ir O O Ziel: Entwicklung einer effizienten und stabilen tiefblauen phosphoreszenten Diode 14

15 Organische Licht Emittierende Dioden BASF Material-Entwicklungsprozess Synthese Physikalische Charakterisierung Quantenchemie Bauteiltest Material design Photos: BASF SE 15

16 Joint Innovation F&E-Modell Gemeinsam schneller in den Markt Material Bauteil Modul System Marketing Vertrieb BASF Material Expertise Industrie Partner Technologie Expertise Synergien Joint Innovation Lab Organic Electronics F&E mit Hochschul- und Industriepartnern unter einem Dach 16

17 Joint Innovation Lab Organic Electronics Aufgaben und Kompetenzen Kooperationsplattform für BASF und Partner aus Hochschule und Industrie Ergänzung der Kompetenzen entlang der Wertschöpfungskette unter einem Dach Gemeinsame Entwicklung von Materialien und Bauteilarchitekturen Anwendungstechnische Unterstützung unserer (potenziellen) Kunden Kompetenzzentrum für Bauteiltechnik Herstellung von Bauteilen für Testzwecke Entwicklung und Implementierung von Messtechniken Entwicklung von Know-why bezüglich Material- und Bauteilperformance zur Steuerung unserer F&E Aktivitäten Photos: BASF SE 17

18 Organische Elektronik in der MRN Beteiligte Firmen Vor dem Spitzencluster: Isolierte Aktivitäten Wenig Kooperation MPI für Polymerforschung Mit Spitzenluster: Es hat sich ein starkes Netzwerk gebildet Partner entlang der Wertschöpfungskette aufgestellt Projektvolumen 82 Mio. über 5 Jahre Innovation Lab 30 km 90 km 18

19 InnovationLab GmbH Struktur Universitäten Heidelberg (40%) Mannheim (10%) [TU Darmstadt, KIT] Wissenschaftlicher Beirat 50% 50% Gesellschafter Board Industrie BASF SE, Merck, Freudenberg, Heidelberg, Roche, SAP (each 8,3%) Forschung & Entwicklung 5 Kompetenzzentren für OE Projekte Forum Organic Electronics Transfer und Inkubator Lehre und Ausbildung Joint master Programm HD - KA Ausbildungslabor Dienstleistungen Cluster Management il-kolloquium 19

20 Ein hervorragendes Reinraumlabor für Organische Elektronik Variolab Cluster Anayltik Analytic Anlage Tool Rolle Roll zu to Rolle pilot Pilot line Anlage Photolithographlithographie Ausbildung Training Encapsulation Printing Drucklabor Lab Characterization Messlabor Inbetriebnahme Ende 2010 Reinraumklasse , Fläche ~600qm 20

21 Herzliches Dankeschön den vielen Kollegen dem BMBF und Ihnen für f r Ihre Aufmerksamkeit 21