Ein Wundermaterial, schwer zu verarbeiten
: „Wir suchten eigentlich nach biologisch abbaubaren Halbleitermaterialien“, erklärt Sarıçiftçi. „Dabei stießen wir auf dieses biblische Material namens Indigo. Indigo und seine Derivate weisen echte Halbleitereigenschaften auf.“ Dass Indigo eine hohe Stabilität aufweist, überraschte nicht: „Indigo wurde beispielsweise in den Gräbern der Pharaonen verwendet, wo es auch nach Jahrtausenden noch sichtbar ist, und das Blau von Denim ist für seine Beständigkeit bekannt“, bemerkt Sarıçiftçi.
Die Verarbeitbarkeit war das Problem bei der Verwendung von Indigo als Halbleiter: Es ist nahezu unlöslich, was übrigens auch seine Beständigkeit erklärt. Viele Verfahren zur Herstellung organischer Halbleiter erfordern jedoch, dass das Material zunächst auf irgendeine Weise gelöst und dann auf ein Trägermedium aufgebracht wird. Sarıçiftçi und seinem Team gelang es, das Pigment löslich zu machen, indem sie flüchtige Seitengruppen an das Indigomolekül anfügten. Beim Erhitzen über 100 °C spalten sich diese Seitengruppen wieder ab.
Damit sei das Haupthindernis für die Verwendung von Indigo als Halbleiter beseitigt, sagt Sarıçiftçi: „Wir sehen diese Stabilität von Indigo als bahnbrechend an. Wir ermutigen alle, die an organischen Transistoren arbeiten, sich von nun an auf diese Materialklasse zu konzentrieren.“
Offene Fragen zu Solarzellen und Leuchtdioden
: Bedeutet dies, dass sich das gesamte Gebiet der organischen Halbleiter nun auf Indigoverbindungen umstellen kann? Sarıçiftçi gibt sich vorsichtig: „Aufgrund von Wasserstoffbrückenbindungen weist Indigo starke Lumineszenzlöschungseigenschaften auf.“ Diese schwache Bindung zwischen den Molekülen, die in Eis eine wichtige Rolle spielt, beeinträchtigt optische Anwendungen.
Die Funktion von Solarzellen beruht beispielsweise darauf, dass Lichteinstrahlung mit dem Material interagiert, wodurch Elektronen freigesetzt und ein Stromfluss in Gang gesetzt wird. In Indigomolekülen dissipieren solche angeregten elektronischen Zustände jedoch schnell und werden in Wärme umgewandelt, bevor sie genutzt werden können. Dies bedeutet, dass die Herstellung von Solarzellen und Leuchtdioden mit Indigoverbindungen schwierig sein wird. „Wir versuchen, dieses Problem zu umgehen, aber es gibt noch keine wirkliche Lösung“, erklärt Sarıçiftçi. Dieser Aspekt wird derzeit erforscht. Transistoren sind von diesen Problemen nicht betroffen.
Forscher im Bereich der Implantat-Elektronik,
sieht großes Potenzial für Indigomaterialien in medizinischen Anwendungen. „Wir legen besonderen Wert auf die Biokompatibilität von Indigotransistoren; wir konnten zeigen, dass sie sogar unter Wasser bei unterschiedlichen pH-Werten funktionieren.“ Das bedeutet, dass sie für Implantate in menschlichem Gewebe eingesetzt werden können. „Das eröffnet neue Möglichkeiten für Bioanwendungen“, bemerkt Sarıçiftçi. Seine Arbeitsgruppe hat kürzlich mehrere Artikel zu diesem Thema in renommierten Fachzeitschriften veröffentlicht und ein Patent erhalten. Seit 2014 organisiert sie eine jährliche Konferenz für Bioelektronik (www.bioel.at).
Die geringen Kosten des Basismaterials könnten ebenfalls ein entscheidender Vorteil sein. „Das ist ein überzeugendes Argument für zukünftige Massenanwendungen“, betont Sarıçiftçi.
