Ausgabe 206

ÖSTERREICH JOURNAL NR. 206 / 20. 03. 2023
Wissenschaft & Technik
Das Innenleben von
organischen Leuchtdioden
153
Wie Elektronen und Atomkerne OLEDs zum Leuchten bringen
Foto: Universität Wien / Patrick Zobel
Der Farbstoff bringt OLEDs zum Leuchten, indem negative („-“) und positive („+“) Ladungen in die organischen Molekülteile eingebracht
werden. Während die Atomkerne der organischen Molekülteile um das verbrückende Kupfer-Atom rotieren, ordnen sich die Elektronen im
Farbstoff so an, daß dieser anschließend leuchten kann.
Mit organischen Leuchtdioden (OLEDs)
läßt sich aus Strom kostengünstig und
nachhaltig Licht erzeugen. Zentral dafür ist
die Verwendung von effizienten Farbstoffmolekülen.
Deren Funktionsweise hat nun
ein Team von theoretischen ChemikerInnen der
Universität Wien mittels Computer-Simulationen
aufgeklärt. Ihre Ergebnisse sind jetzt
im renommierten Journal „Angewandte Che -
mie“ veröffentlicht worden.
OLEDs bringen die Bildschirme von
Smartphones, Computern und TV-Geräten
zum Leuchten. Verglichen mit herkömmli -
chen, anorganischen LEDs sind diese flexibler,
kostengünstiger und nachhaltiger herzustellen.
Dabei beinhalten sie mikroskopischkleine
Farbstoffmoleküle, in die mittels elektrischer
Halbleiter positive und negative
Ladungen eingebracht werden. Die Kombination
der gegensätzlichen Ladungen in den
Farbstoffmolekülen gibt diesen extra Energie,
die durch Ausstrahlen von Lichtteilchen
wieder abgeben werden kann. So werden
OLEDs zum Leuchten ge bracht. Für einen
kommerziellen und nachhaltigen Nutzen ist
dabei eine effiziente Energieumwandlung
besonders wichtig. „OLED-Farbstoffe der 3.
Generation sind dabei führend in der Leuchteffizienz“,
erklärt Leticia González, Leiterin
des Instituts für Theoretische Chemie der
Universität Wien. „Bei ihnen gelingt es mit -
tels der sogenannten thermisch-aktivierten
verzögerten Fluoreszenz (TADF) nahezu al -
le Ladungskombinationen zum Leuchten zu
nutzen.“ Um diese OLEDs nun noch weiter
zu verbessern, hat sich das Team um Leticia
González Prozesse, die nach der Ladungskombination
in den Farbstoffen stattfinden,
genauer angeschaut.
Dabei wurde das Verhalten von effizienten
TADF-basierten OLED-Farbstoffen
(„Emittern“) mit Hilfe von Computersimulationen
analysiert. „So konnten wir den –
simulierten – Bewegungen der Atomkerne
und Elektronen in den Farbstoff-Molekülen
sehr detailliert folgen und wichtige Aspekte
des Leuchtmechanismus erforschen“, erklärt
Studien-Erstautor Patrick Zobel.
Die untersuchten Farbstoffmoleküle ge -
hör ten dabei zu einer Klasse von TADF-
»Österreich Journal« – https://kiosk.oesterreichjournal.at
Emittern, die aus zwei organischen Molekülteilen
bestehen, die mittels eines Kupfer-
Atoms verbunden sind. Bisher wurde davon
ausgegangen, daß nur die zwei organischen
Molekülteile in der Ladungskombination und
dem Leuchtprozeß involviert sind. „In unseren
Computer-Simulationen wurde die zentrale
Rolle des verbrückenden Kupfer-Atoms
im Farbstoff jedoch klar“, berichtet Mitautorin
Anna Wernbacher. „Das Atom ist notwen -
dig, um die Elektronen von ihrer ursprünglichen
Anordnung nach der Ladungskombination
zu ihrer finalen Anordnung für den
Leuchtprozeß zu bringen.“ Gleichzeitig – so
zeigten die Simulationen – rotieren die
Atomkerne der organischen Molekülteile um
die Achse des verbindenden Kupfer-Atoms.
Die Studie rückt damit das Zusammenspiel
der Kupfer-Atome und der organischen
Molekülteile für die Weiterentwicklung von
TADF-basierten OLED-Farbstoffen in den
Fokus – und wirft so ein neues Licht auf
mögliche Optimierungen zukünftiger organi -
scher Leuchtdioden.
n
https://www.univie.ac.at/