Organische Elektronik

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1 Organische Elektronik Karl Leo Institut für Angewandte Photophysik, TU Dresden, Dresden und Fraunhofer-IPMS, Dresden Akademietag,

2 Organische Halbleiter Große Flächen und flexible Substrate möglich Große Vielfalt der Materialien Preisgünstig Organische Materialien Organische Leuchtdioden Solarzellen Low-cost Schaltungen

3 Marktprognose: Bauelemente auf Basis organischer Halbleiter IdTechex-Studie: 330 Mrd US$ in 2027 Wichtigste Märkte: - Logik/Speicher - OLED-Display - Photovoltaik Elektrophoretische Displays 4% OLED Beschilderung 7% OLED Beleuchtung 11% Sonstige 6% Logik / Speicher 38% Photovoltaik 14% OLED Display 20%

4 Entwicklung der Märkte im Vergleich Organische Elektronik ist die nächste große Neuentwicklung nach Halbleitern und den LCD-Displays Wir stehen gerade an der Schwelle Bn. US$ Semiconductors Electronics Market Flat Panel Displays Organic and Printed Electronics OE-A 2009 Source: SEMI, WSTS, DisplaySearch, NanoMarkets, IDTechEx

5 Entwicklung Organischer Bauelemente Solarzellen Organische Transistoren OLED Beleuchtung OLED Displays Zeit

6 Forschung und Entwicklung zur Organischen Elektronik in Deutschland Deutschland besitzt führende Position in der Grundlagenforschung, umfangreiche Arbeiten z.b. in Dresden, Köln, Karlsruhe, Große Unternehmen und Start-Ups engagiert, z.b. BASF, Merck, Aixtron, Novaled, Gute Förderungen durch Bund, Länder und EU Umsetzung in Produktion bisher weniger erfolgreich als in Asien

7 Beispiele für Grundlagenforschung: Hocheffiziente OLED S. Reineke et al., Nature 459, 234 (2009) 90lm/W Effizienz: Übertrifft Leuchtstoffröhren

8 Entwicklung der OLED Effizienz 180 green OLED AlInGaP Red/Yellow TU Dresden/Novaled pin Technologie Efficacy (Lumen/Watt) PLED InGaN green OLED white Fluorescent La Tungsten Bulb Year

9 Beispiele für Grundlagenforschung: Photostruktuierbare OLED C.D. Müller et al. Nature 421, 829 (2003) RGB-Strukturierung direkt möglich

10 Pilotsystem für OLED Beleuchtung und OPV am COMEDD Umsetzung der F&E in Produkte Gen2-Pilotfertigung OVPD-Modul von Aixtron Linearquelle von Sunic 10

11 OLED Lighting: Erste Produkte Philips, Osram, Novaled, Ledon

12 Weitere Kostensenkung: Rolle-zu-Rolle Beschichtung Substratwickle r Zwischenlagewickler Lineare Ionenquelle Organik-Linearverdampfer- Module (je ein Koverdampfer für dotierte Schichten und ein Einzelverdampfer für Pufferschichten) Schleusenport für Glovebox zur inerten Substratentnahme RF-DC-Magnetron Metallverdampfer-Modul (zwei Metallquellen) BMBF Projekt r2flex

13 Weitere Kostensenkung: Rolle-zu-Rolle Beschichtung BMBF Projekt r2flex

14 Organische Photovoltaik Hohe Absorption: geringer Materialverbrauch ( 0,5g/m 2 ) Drucken oder Vakuumverdampfen bei Raumtemperatur Transparente Solarzellen mit wählbarer Farbe möglich Geringe Diffusionslängen: Ströme begrenzt Stabilität der Materialien kritisch, insbesondere gegen UV Verkapselung gegen Sauerstoff/Wasserdampf kritisch Konarka

15 p-i-n Tandem Rekordzelle Kooperation Heliatek/IAPP Kalibrierte ISE-Messung: 8,3% Fläche 1,1cm 2

16 Entwicklung der Effizienz Organischer Solarzellen 12 a-si stabilized United Solar EPFL Sharp United Solar 12 Conversion effeciency (%) Solarex EPFL Small area "hero" UCambridge Dye sensitized "Grätzel cell" ULinz Plextronics Konarka Heliatek/IAPP Solarmer Konarka Princeton Konarka Heliatek/IAPP Heliatek/IAPP Area >1cm 2 All solid state polymer+small molecule UCSB Kodak Year (c) K. Leo/IAPP 0

17 Organische Schaltungen Schaltungen auf Basis organischer FET Anwendungen für flexible Elektronik, z.b. in Etiketten oder Kleidung integriert Backplanes für flexible Displays Quellen: PolyIC, Plastic Logic, TU Chemnitz

18 Netzwerk Organic Electronics Saxony R&D Materials modeling Organic technology Tools Products Industry > 850 Mitarbeiter!

19 Zusammenfassung Organische Halbleiter ermöglichen neue Klasse von Bauelementen Komplementär zur klassischen Mikroelektronik OLED-Displays bereits kommerziell erfolgreich Weitere Produkte (OLED-Beleuchtung, Solarzellen, Schaltungen): Parameter müssen noch verbessert werden

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