FWF - organische Halbleiter - Wärmeleitung in organischen Halbleitern

Projekt: Foschungsprojekt

Projektdetails

Beschreibung

Auf organischen Halbleitern basierende Displays sind mittlerweile in praktisch allen hochwertigen Mobiltelefonen enthalten. Organische Halbleiter haben auch ein enormes Potential für Beleuchtungsanwendungen, für Solarzellen, für flexible elektronische Schaltungen und auch für thermoelektrische Bauelemente. Wärmetransport spielt für all diese Anwendungen eine zentrale Rolle. Dabei geht es einerseits darum, Abwärme aus dem Bauelement tu entfernen. Diese Wärme entsteht beispielsweise durch die Bestrahlung mit Infrarotlicht, durch nichtstrahlende Rekombination von Ladungsträgern und durch mit dem Ladungstransport verbundene ohmsche Verluste. Andererseits muss der Temperaturgradient für thermoelektrische Anwendungen erhalten bleiben, weshalb hier die Wärmeleitfähigkeit nicht zu groß sein darf.
Nichtsdestotrotz weiß man bisher nur sehr wenig über Wärmeleitungsprozesse in organischen Halbleitern. Insbesondere fehlt uns das Verständnis für die Beziehung zwischen der Struktur der Materialien und ihrer Wärmeleitfähigkeit, wobei sich Struktur hier sowohl auf die Zusammensetzung der einzelnen Moleküle als auch auf deren relative Anordnung und Wechselwirkung in Molekülkristallen bezieht. Das Ziel des aktuellen Projekts ist es, diese Wissenslücke zu schließen und entsprechend detaillierte Struktur-zu-Eigenschaftsbeziehungen zu entwickeln.
Die dabei primär verfolgte Strategie sind Computersimulationen, wobei wir hier vor allem von deren inhärenter Flexibilität und Effizienz profitieren werden. Diese Simulationen sollen durch Experimente in Kooperation mit unseren Partnern vom Materials Center Leoben, von der Universität Bologna (Italien), der Freien Universität Brüssel (Belgien) und der Universität Nara (Japan) durchgeführt werden. Bei den Simulationen werden wir zwei komplementäre Ansätze verfolgen: Einerseits werden wir untersuchen, welche Teile der Molekülkristalle den Wärmetransport behindern, wozu wir die lokale Wärmeleitfähigkeit mit de facto atomarer Auflösung berechnen werden. Andererseits werden wir die Wärmeleitfähigkeit auch über die Bewegung so genannter Phononen beschreiben. Phononen sind jene Quasiteilchen, die in einem nichtleitenden Kristall die thermische Energie transportieren und deren Geschwindigkeit, Lebensdauer und Energie die Wärmeleitfähigkeit des Materials bestimmen. Diese Phononen sind unmittelbar mit den Schwingungseigenschaften der Kristalle verbunden, welche sich wiederum durch die atomare Struktur der Moleküle und deren relative Anordnung kontrollieren lassen.
Der Hauptnutzen des Projekts wird es sein, dass die generierten Struktur-zu-Eigenschaftsbeziehungen uns die Werkzeuge in die Hand legen werden, um in Zukunft organische Halbleitermaterialien mit gezielt eingestellten Wärmeleitungseigenschaften zu realisieren.
StatusNicht begonnen
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende1/02/2130/01/25