Neuere Smartphones und Flachbildfernseher sind immer häufiger mit einem OLED-Bildschirm ausgestattet. Diese Displays sind leichter und dünner, verbrauchen weniger Energie und bieten eine bessere Bildqualität als Flachbildschirme, die auf anderen Technologien basieren. Möglich machen dies die darin enthaltenen OLEDs (organic light-emitting diode) – winzige organische Moleküle, die bei Anregung Licht emittieren. Dadurch ist in den Bildschirmen keine zusätzliche Materialschicht zur Hintergrundbeleuchtung erforderlich, wie sie etwa in einem Flüssigkristalldisplay (LCD) zu finden ist. Der große Nachteil der OLEDs ist jedoch, dass sie meist seltene und damit teure Metalle wie Iridium enthalten und ihre Herstellung sehr energieintensiv ist. Das macht ihren Einsatz wenig nachhaltig und teuer.
Als eine mögliche Alternative gelten sogenannte ionische Halogenid-Perowskite, die im Inneren aus oktaederförmigen molekularen Clustern aufgebaut sind. An der Entwicklung solcher metall- und mineralhaltiger OLED-Materialien für dünne Leuchtschichten arbeitet die Display-Industrie seit Jahrzehnten. Bisher enthalten sie jedoch das umwelt- und gesundheitsschädliche Element Blei. Zudem sind diese Materialien bislang nicht haltbar genug, weil sie mit der Zeit verklumpen, und sie können Farben mit kurzen Wellenlängen wie grün und blau nicht gut darstellen.
Woraus besteht die neue OLED-Tinte?
Ein Forschungsteam um Cheng Zhu von der University of California (UC) in Berkeley hat nun ein neues, bleifreies OLED-Material aus der Klasse der Halogenid-Perowskiten entwickelt. Die pulverförmigen Basismaterialien enthalten entweder Hafnium (Hf) oder Zirconium (Zr). Beide Metalle sind sehr stabil und kommen auf der Erde häufiger vor, wenn auch nicht in riesigen Mengen. Schon bei Raumtemperatur können die Pulver ((18C6@K)2HfBr6 oder (18C6@K)2ZrCl4Br2) in einem organischen Lösungsmittel gelöst werden, wie Zhu und seine Kollegen berichten. Dabei organisieren sich winzige molekulare Bausteine innerhalb der Tinte von selbst zu stabilen und oktaederförmigen supramolekularen Strukturen, die Licht einfangen.
Die so entstandenen flüssige „Tinte“ funktioniert durch diesen Aufbau wie eine Halbleiterdiode. Wenn die „supramolekulare Tinte“ mit UV-Licht angeregt wird, emittiert sie hocheffizient sogar grünes und blaues Licht, wie Spektroskopie-Aufnahmen ergaben. Die Forschenden sprechen von einer „Quanteneffizienz nahe eins“. Das heißt, die Tinte hat die „außergewöhnliche Fähigkeit, während des Emissionsprozesses nahezu das gesamte absorbierte Licht in sichtbares Licht umzuwandeln“, erklärt Zhu. Zugleich ist die Tinte flexibel genug, um in einem 3D-Drucker verwendet zu werden, wie kleine gedruckte Kunstwerke aus dem leuchtenden Material belegen.
