Auf der Suche nach dem Leuchtmaterial der Zukunft

Die Verbindung ist ein gelblicher Feststoff. Löst man sie in einer Flüssigkeit oder bringt eine dünne Schicht davon auf einer Elektrode auf und legt dann einen elektrischen Strom an, leuchtet sie intensiv grün. Der Grund: Die Moleküle nehmen die ihnen zugeführte Energie auf und strahlen sie in Form von Licht nach und nach wieder ab. Elektrolumineszenz heisst dieser Vorgang. Auf diesem Prinzip basieren Leuchtdioden.

Die grün lumineszierende Substanz ist ein heisser Kandidat, um organische Leuchtdioden (OLEDs) herzustellen, organische Leuchtdioden. Seit etwa drei Jahren finden sich OLEDs beispielsweise in den Displays von Smartphones. Inzwischen kommen auch die ersten flexiblen Fernsehbildschirme mit diesen Materialien auf den Markt.

OLEDs machen zudem kostengünstige grossflächige Raumbeleuchtungen möglich. Allerdings muss man dafür zunächst die passenden Materialien finden. Denn viele für OLEDs in Frage kommende Substanzen enthalten teure Metalle wie Iridium, was ihre Anwendung in grossem Massstab und auf ausgedehnten Flächen verhindert. Ohne solche Zusätze können die Materialien aber nur einen kleinen Teil der ihnen zugeführten Energie tatsächlich als Licht abstrahlen, der Rest geht beispielsweise als Schwingungsenergie verloren.

Das Ziel der aktuellen Forschung ist es, effizientere Materialien für kostengünstigere und umweltfreundlichere Displays und grossflächige Beleuchtungen zu finden. Preisgünstige und gut verfügbare Metalle wie Kupfer versprechen hier Fortschritte.

Forschende haben jetzt die kupferhaltige Verbindung CuPCP genauer untersucht. In der Mitte der Moleküle sitzen jeweils vier Kupferatome, umgeben von Kohlenstoff- und Phosphoratomen. Kupfer ist ein relativ günstiges Metall, und die Verbindung selbst lässt sich gut in grossen Mengen herstellen – ideale Voraussetzungen für einen grossflächigen Einsatz.

«Wir wollten verstehen, wie der angeregte Zustand der Verbindung aussieht», sagt Grigory Smolentsev, Physiker in der Forschungsgruppe Operando-Spektroskopie. Sprich: Wie verändert sich die Substanz, wenn sie Energie aufnimmt? Ändert sich dabei beispielsweise die Struktur des Moleküls? Wie verteilt sich nach der Anregung die Ladung auf die einzelnen Atome? «Das verrät uns, wie hoch vermutlich die Energieverluste sind, die nicht als Licht frei werden», fügt Smolentsev hinzu, «und das zeigt uns, wie wir diese Verluste vielleicht minimieren können.»