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Fraunhofer IWS

n-leitendes Polymer mit um eine Größenordnung höherer Leitfähigkeit

19. Juni 2015, 12:25 Uhr | Hagen Lang

Leitfähigkeit des synthetisierten n-leitenden Polymers (nicht dotiert) im Vergleich zu einem kommerziell erhältlichen n-leitenden Polymer

Neue Perspektiven für Anwendungen im Bereich flexibler, organischer Elektronik, wie dem Energy Harvesting, flexiblen thermoelektrischen Generatoren, Transistoren, organischen Solarzellen und Wearables bringt ein neu entwickeltes n-leitendes Polymer mit hoher Leitfähigkeit.

Forscher am Fraunhofer IWS Dresden haben ein n-leitendes Polymer entwickelt, das eine mehr als eine Größenordnung höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist als die meisten bekannten n-leitenden Polymere. Dass die elektrische Leitfähigkeit von Polymeren bis an die Größenordnung von Metallen heranreichen kann, ist seit längerem bekannt, im Jahr 2000 wurde der Nobelpreis für Chemie für diese Entdeckung verliehen. Bei Metallen sind Elektronen für die Stromleitung verantwortlich, in kommerziell verfügbaren Polymeren dagegen ein Ladungsträgertyp mit positiver Elementarladung (p-Leitung), z. B. PEDOT:PSS.

Zum Aufbau der meisten elektronischen Bauteile wird neben p-leitendem auch n-leitendes Material benötigt. Die Leitfähigkeit der bisher entwickelten n-leitenden Polymere ist jedoch noch nicht hoch genug oder sie sind unter Umgebungsbedingungen nicht stabil. Das in der Abteilung Drucken am Fraunhofer IWS entwickelte n-leitende Polymer weist eine mehr als eine Größenordnung höhere elektrische Leitfähigkeit auf als die meisten bekannten n-leitenden Polymere (Abbildung 1). Durch Dotierung kann diese nochmals um 40 Prozent gesteigert werden.

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Auch die Beständigkeit des Polymers unter Umgebungsbedingungen wurde verbessert und ist für eine Vielzahl von Anwendungen bereits ausreichend. Nach 30 Tagen hat sich die Leitfähigkeit des Polymers lediglich halbiert. Andere nicht gekapselte n-leitende Polymere verlieren z. T. schon nach wenigen Stunden ihre elektrische Leitfähigkeit. Die relativ hohe Stabilität des am Fraunhofer IWS synthetisierten Polymers erklärt sich u. a. durch die Elektronenaustrittsarbeit von ca. 4.5 eV.

Der neue Werkstoff eröffnet neue Perspektiven für Anwendungen im Bereich der flexiblen, organischen Elektronik z. B. bei der Fertigung von flexiblen thermoelektrischen Generatoren, Transistoren oder organischen Solarzellen. Materialentwicklung, Produktionstechnologien, Systemdesign und Fertigung für flexible thermoelektrische Generatoren sind auch Gegenstand des Workshop »Energy Harvesting Systems – FlexTEG«, der am 25. und 26. Juni 2015 am Fraunhofer IWS Dresden stattfindet.