Start-up-Porträts 03.02.2012, 12:01 Uhr

Nanomatch: Auf der Suche nach dem besseren Licht

Organische Leuchtdioden sind flach und energieeffizient. Noch schwächeln sie aber in puncto Leuchtkraft und Lebensdauer. Mit einer Simulationsmethode können Karlsruher Wissenschaftler die Eigenschaften der organischen Halbleiter optimieren und nach neuen geeigneten Materialien suchen. Bald gründen sie das Unternehmen „Nanomatch“ aus.

Eine organische Leuchtdiode (Oled) besteht aus verschiedenen Schichten organischer Funktionsmaterialien. Sie werden aufeinander gedruckt oder aufgedampft, wobei sich die Moleküle während des Prozesses selbst organisieren und anordnen. Die entstandene Struktur wird als Morphologie bezeichnet und ist entscheidend für die spätere Funktion der organischen Leuchtdiode.

Eine am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelte Simulationsmethode sagt neben den spektralen Eigenschaften des Einzelmoleküls die Morphologie eines gesamten organischen Films voraus.

„Wir schließen damit die Lücke zwischen Einzelmolekülanalyse und den mikroskopischen Leistungsattributen des ganzen Bauteils“, sagt Simon Widmaier, Wissenschaftler am Institut für Nanotechnologie des KIT und Mitgründer von Nanomatch. „Wir bilden den Ladungsträgertransport durch die OledSchichten virtuell ab. Das ist vergleichbar mit einer Strömungssimulation im Automobilbau.“ Den Oled-Entwicklern blieben so viele zeit-/ und kostenintensive Experimente und die Konstruktion suboptimaler Prototypen erspart.

Nanomatch-Simulationsmethode verkürzt die Entwicklung von Oled Prototypen

In der Industrie, so Widmaier, gebe es momentan große Herausforderungen bei der Entwicklung geeigneter Materialien. Wenn ein Molekül mal nicht so funktioniere wie erwünscht, habe das meistens mit der Morphologie, sprich mit der dreidimensionalen Struktur des Materials zu tun. „Unsere Simulationstechnologie erlaubt den exklusiven Einblick in diese faszinierende Welt der Nanoskala“, so Widmaier. „Wir hören, es dauere derzeit zwischen Monaten bis zu einem halben Jahr, einen optimierten Oled Prototypen fertigzustellen. Wenn man frühzeitig Simulationsmethoden einsetzt, sind zukünftig Entwicklungen binnen weniger Tage erreichbar.“

Validiert wurde das Simulationsverfahren im akademischen Umfeld an bekannten Oled-Farbstoffen. Für die organische Aluminiumverbindung Alq3 beispielsweise, die seit längerem als grüner Farbstoff für Oleds verwendet wird, sind zahlreiche Materialeigenschaften hinsichtlich des Ladungsträgertransports bekannt. Es gelang, die experimentellen Ergebnisse auf Basis der Simulation vorherzusagen.

Mit der Nanomatch-Methode lassen sich sowohl bestehende Materialien perfektionieren als auch große Materialbibliotheken in Hochdurchsatzverfahren auf ihre Eignung als optoelektronische Komponente prüfen. Simuliert werde das Verhalten der Moleküle unter realistischen Bedingungen, z. B. unter Einsatz von Wasser, Alkoholen oder organischer Lösungsmitteln die für den Verarbeitungsprozess eingesetzt werden.

Neben Farbstoffen ließen sich die ebenfalls organischen Lochleitungs- oder Elektronentransferschichten optimieren, etwa um die Lebensdauer der Oleds zu erhöhen. Mit der Zeit wanderten beispielsweise Ionen oft von der Kathode ins Material, erzählt Widmaier. „Die Struktur verändert sich dadurch langsam und die Leistung der Diode lässt nach. Wenn man die Ursache auf der molekularen Ebene gefunden hat, könnte man beispielsweise eine zusätzliche Schicht einbauen, die diese Ionen aufhält.“

Mehrere Großkunden testen bereits erfolgreich die Nanomatch-Simulationsmethode

Mit seiner Simulationslösung richtet sich Nanomatch an die F&E-Abteilungen von Chemie- und Elektronik-Herstellern. Sie sei bei mehreren Großkunden im erfolgreichen Piloteinsatz. Der Vorteil sei, man entwickle schneller und zielgerichteter, spare dabei Labor- und Personalkosten und verringere die Zeit bis zum Markteintritt. Nach Angaben von Nanomatch ist die Simulationsgeschwindigkeit im Vergleich zu anderen Simulationsmethoden der Morphologiebestimmung rund eine Million Mal höher. Widmaier: „Wir können damit erstmals Morphologien in industriellen Zeitmaßstäben generieren. Dabei bedienen wir uns einiger physikalischer Tricks.“ Einer davon: die Suche nach dem Energieminimum. Um dieses Minimum herum ordneten sich die Moleküle an. „Hat man es gefunden, hat man auch die wahrscheinlichste Struktur.“

Außer für OLEDs sei die Simulationssoftware in weiteren Bereichen der druckbaren Elektronik, der organischen Photovoltaik und der Energiespeichersysteme einsetzbar. Der Umfang der Dienstleistungspakete reicht von der Einzelmolekülanalyse über die Materialsynthese bis zum Bau eines Prototyps im Labormaßstab.

Über das Projekt Pronano erhält das Ausgründungsvorhaben NanoMatch Beratung durch die Venture Capital Gesellschaften Technostart und Sympasis. Darüber hinaus unterstützen das KIT, die Helmholtz-Gemeinschaft und die Technologietransfer-Plattform nanovalley.eu das Projekt.

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