Neue Lösungen für transparente Kontaktelektroden
Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Nanodrähten aus Silber mit Durchmessern von 0,1 Mikrometern und Längen zwischen 5 und 10 Mikrometern. © ACS Nano 3: 1767-1774
Transparente Kontaktelektroden werden heute überall eingesetzt, in Flachbildschirmen, Solar-Modulen oder in den neuen organischen Leuchtdioden-Anzeigen. In der Regel bestehen sie aus Metalloxiden wie In2O3, SnO2, ZnO and TiO2.
Doch da Rohstoffe wie Indium immer teurer werden, suchen Forscher nach alternativen Lösungen. Dr. Klaus Ellmer, Wissenschaftler am HZB, hat in einem Übersichtsartikel im renommierten Wissenschaftsjournal Nature Photonics Vor- und Nachteile von etablierten und neuen Materialien für solche Kontaktelektroden ausgeleuchtet.
Dabei haben Nanostrukturen aus Metallen (Ag oder Cu) oder Kohlenstoff interessante Eigenschaften, die durch weitere Forschung nutzbar gemacht werden könnten. Auch die Kohlenstoff-Modifikation Graphen könnte sich als transparente Kontaktelektrode eignen, weil Graphen nicht nur durchsichtig, sondern auch extrem leitfähig ist. Diese Eigenschaften hängen ebenfalls mit dem Aufbau des Materials zusammen: Graphen besteht aus nur einer Lage von Kohlenstoff-Atomen, die sich zu einem sechseckigen „Bienenwaben“-Gitter anordnen; in den zwei Dimensionen dieser Ebene können sich die Elektronen fast frei bewegen.
„Solche neuen Materialien können mit konventionellen Lösungen kombiniert werden oder auch ganz neue Einsatzgebiete erobern“, meint Ellmer. Dazu müssen Forschungsteams jedoch noch Lösungen für bekannte Probleme, zum Beispiel Kurzschlüsse, bei Nanostrukturen finden und die Transportmechanismen weiter aufklären. Interessant wäre auch, ob sich solche zweidimensionalen „Elektronengase“ noch in anderen Materialien als dem bekannten Graphen bilden. Über den Erfolg wird am Ende entscheiden, ob die neuen Materialien auch im praktischen Einsatz dauerhaft stabil funktionieren und wie günstig sie sich herstellen lassen.
Der Beitrag von Klaus Ellmer ist am 30. November online in Nature photonics erschienen, doi:10.1038/nphoton.2012.282
- Helmholtz-Institut für Polymere in Energieanwendungen (HIPOLE Jena) eröffnetAm 17. Juni 2024 ist in Jena das Helmholtz-Institut für Polymere in Energieanwendungen (HIPOLE Jena) im Beisein von Wolfgang Tiefensee, Minister für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft des Freistaates Thüringen, feierlich eröffnet worden. Das Institut wurde vom Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) in Kooperation mit der Friedrich-Schiller-Universität Jena gegründet: Es widmet sich der Entwicklung nachhaltiger Polymermaterialien für Energietechnologien. Diese sollen eine Schlüsselrolle bei der Energiewende spielen und Deutschlands Ziel unterstützen, bis 2045 klimaneutral zu werden.
- „Forschung und Entwicklung ist auch in Kriegszeiten entscheidend!“Am 11. und 12. Juni fand die Ukraine Recovery Conference in Berlin statt. Begleitend diskutierten Vertreter*innen von Helmholtz, Fraunhofer und Leibniz, wie Forschung zu einem nachhaltigen Wiederaufbau der Ukraine beitragen kann. In diesem Interview spricht Bernd Rech, wissenschaftlicher Geschäftsführer am HZB, über die Bedeutung von Forschung während des Krieges und Projekten wie Green Deal Ukraina.
- MXene als Energiespeicher: Chemische Bildgebung blickt nun tieferEine neue Methode in der Spektromikroskopie verbessert die Untersuchung chemischer Reaktionen auf der Nanoskala, sowohl auf Oberflächen als auch im Inneren von Schichtmaterialien. Die Raster-Röntgenmikroskopie (SXM) an der MAXYMUS-Beamline von BESSY II ermöglicht den hochsensitiven Nachweis von chemischen Gruppen, die an der obersten Schicht (Oberfläche) adsorbiert oder in der MXene-Elektrode (Volumen) eingelagert sind. Die Methode wurde von einem HZB-Team unter der Leitung von Dr. Tristan Petit entwickelt. Das Team demonstrierte die Methode nun an MXene-Flocken, einem Material, das als Elektrode in Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt wird.