Neues Material kann Silizium ersetzen: Chips bis hin Solarzellen können so billiger werden.

Bei der Herstellung von elektronischen Komponenten wie Solarzellen, LEDs oder Computerchips wird heutzutage vorrangig Silizium eingesetzt. Für diese Anwendungen wird hochreines Silizium benötigt, welches in der Herstellung sehr teuer ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Defekte in einem Material dessen elektrischen Eigenschaften stark beeinflussen. Wissenschaftler um Gruppenleiter Dr. Enrique Cánovas (MPI-P, Abteilung Prof. Dr. Mischa Bonn) haben nun ein neues und kostengünstiges Material entwickelt, ein sogenanntes „metall-organisches Netzwerk“ (engl. metal-organic framework, MOF), welches ähnliche elektrische Eigenschaften wie Silizium aufweist.

Das MOF, welches von der Gruppe von Xinliang Feng in Dresden hergestellt wurde, ist ein hochkristalliner Festkörper, der aus Eisenionen aufgebaut ist, die über organischen Moleküle miteinander verbundenen sind. Aufgrund dieser Struktur (Eisen + organische Moleküle) wird er als metall-organisches Netzwerk bezeichnet. Im Gegensatz zu Silizium kann das Material bei Raumtemperatur hergestellt werden. Die Zusammensetzung, Beschaffenheit und elektronischen Eigenschaften können hierbei während des Herstellungsprozesses einfach angepasst werden.

In der Vergangenheit hergestellte Netzwerke zeigten keine oder eine nur sehr geringe elektrische Leitfähigkeit. Dies verhinderte deren Einsatz in optoelektronischen Komponenten, wo eine ausreichende Beweglichkeit der Elektronen in dem Material bei Anlegen eines elektrischen Feldes benötigt wird. Mit dem neu hergestellten MOF haben die Forscher aus Mainz nun gezeigt, dass sich die Elektronen in dem organisch-basierten Material ähnlich wie in Silizium verhalten. Das Verhalten wird als sogenanntes „Drude-Verhalten“ bezeichnet (nach dem Physiker Paul Drude). Dies bedeutet, dass sich die Material-Elektronen bei Anlegen eines externen elektrischen Feldes – also einer Spannung – fast frei bewegen können. Dieses Verhalten, meist beobachtbar in inorganischen, hochgeordneten Kristallen wie Silizium, wurde bisher kaum in organisch basierten Materialien beobachtet, da diese normalerweise eine ungeordnete Struktur besitzen.

 

 

 

(Aussender/Quelle: Max-Planck-Institut für Polymerforschung)

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