Eine Bibliothek von ... organischen Molekülen

Wie moderne Algorithmen zur Verbesserung organischer Leuchtdioden genutzt werden können

Vom modernen Smartphone bis zum Fernseher: Organische Leuchtdioden (OLEDs) sind eine zukunftsweisende Technologie, die unter anderem einen exzellenten Bildkontrast und geringen Stromverbrauch verspricht. Die Komplexität eines OLED-Pixels macht es jedoch schwierig, neue molekulare Materialien zu entwickeln. Denis Andrienko, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Polymerforschung, und sein Team haben nun eine breite Palette von computersimulierten und experimentell gemessenen Eigenschaften von OLED-Dünnschichten verglichen und versucht zu verstehen, ob das OLED-Design allein durch den Computer vorhergesagt werden kann.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Leuchtdioden (LEDs) bestehen organische LEDs (OLEDs) nicht mehr aus Silizium. In OLEDs bilden dünne Schichten von Molekülen auf Kohlenstoffbasis Pixel, die Licht aussenden. Die Farbe eines Pixels kann durch Variation der Molekülstruktur eingestellt werden. OLED-Pixel bestehen in der Regel aus mehreren Schichten, die z. B. dafür sorgen, dass sich Elektronen mit möglichst geringem Widerstand im Pixel bewegen können. Die Feinabstimmung der Schichteigenschaften, zum Beispiel der Elektronenbeweglichkeit oder der emittierten Wellenlänge (Farbe des Lichts), ist eine komplexe Aufgabe.

Die Eigenschaften von OLEDs, die auf der Struktur der verwendeten Moleküle basieren, könnten in Zukunft vollständig durch Computersimulationen vorhergesagt werden.

Denis Andrienko, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P) im Arbeitskreis "Theorie der Polymere" unter der Leitung von Prof. Kurt Kremer, hat sich nun mit Wissenschaftler*innen des ukrainischen Instituts für Physik, dem Arbeitskreis für Molekulare Elektronik am MPI-P sowie der Merck KGaA, Darmstadt, zusammengetan. Gemeinsam testeten sie die Genauigkeit von computergestützten Vorhersagen der Eigenschaften von dünnen OLED-Schichten.

Zu diesem Zweck haben sie eine molekulare Bibliothek typischer OLED-Materialien aufgebaut. Die Idee dieser Bibliothek ist es, das Design neuer molekularer Strukturen zu erleichtern und die Eigenschaften der entsprechenden dünnen Schichten zu simulieren. Der Vorteil ist, dass dies vor der (teuren) Synthese, Schichtdeposition und Charakterisierung einer ganzen OLED erfolgen kann.

"Wir hoffen, dass unsere Simulationsprotokolle in Zukunft genutzt werden können, um molekulare Strukturen mit vorgegebenen Eigenschaften zu entwerfen", sagt die Co-Autorin der Arbeit, Leanne Paterson.

Die Wissenschaftler simulierten und maßen verschiedene Parameter von OLED-Schichten und fanden gute Korrelationen für einige Eigenschaften und konsistente Trends für andere. Ihre Ergebnisse sind nun in Chemical Physics Reviews veröffentlicht und auf AIP's Scilight hervorgehoben. Die Materialbibliothek ist offen für andere Forscher und kann vom GitLab der Max-Planck-Computing and Data Facility heruntergeladen werden.

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