Michaela Sauer & Dr. Nina Traut: Realistische Visionen für mehr Wirt­­schaft­­lichkeit durch organische Elektronik

Organische Leuchtdioden (OLED) kommen schon heute in vielen High-Tech-Produkten zum Einsatz. Da die OLED-Leuchten extrem dünn und biegsam sind, lassen sie sich für unterschiedlichste Lichtlösungen einsetzen. Ob als Fensterglas, als hauchdünnes Display, oder als großflächig leuchtende Wand­tapete, die Möglichkeiten dieser einzigartigen Technologie sind noch lange nicht ausgereizt.

 

Die gedruckte organische Elektronik ge­­­­hört zu den Technologien, die das Po­­ten­­zial haben, in den nächsten Jah­­ren die Welt zu verändern. Dies liegt zum einen an der möglichen Reali­­sie­rung umweltfreundlicher Ener­­gie­­­ge­win­nung, sparsamer Energieverwendung und res­­sour­­censchonender Herstellung elek­­tro­­nischer Kom­­po­­nenten durch diese Tech­­­­no­­logien. Zum anderen aber auch an den speziellen Eigenschaften neuarti­­ger Pro­­­­dukte und Anwendungen: hauch­­dünne energiesparende Beleuchtungs­systeme, die nur halb so viel Energie wie heutige Energiesparlampen benö­­ti­­­gen, hoch­­effiziente Solarzellenfolien, die, an Fensterfronten angebracht, Son­­nen­­­­­­en­­er­­gie in Strom umwandeln, intelligente Pflas­­­ter, die die Körpertemperatur des Pa­­­tien­­ten messen, Miniatur-Bild­­schirme in Zeit­­schriften.

Wichtiger Impuls, um das Koope­ra­tions­­­­­netzwerk „Forum Organic Electronics“ (FOE) in Heidelberg als eines der führenden Netzwerke in der gedruckten organischen Elektronik zu etablieren, waren in erster Linie die För­­derung durch das Bundesministerium für Bildung und For­­schung (BMBF) im Rahmen des Spitzen­­cluster-Wett­­bewerbs sowie die Förder­­maß­­­­nahmen des Landes Baden-Württem­berg. Seit dem Gewinn des Spit­­­zen­­cluster-Wett­­bewerbs im Jahr 2008 sind mehrere Mil­­lionen Euro in die Erforschung der Zukunfts­­tech­­no­­logie investiert worden.

Mittelpunkt des Clusters bildet die Inno­vationLab GmbH (iL) in Heidelberg, eine neue Form einer Public Private Partner­­ship von Industrie und Wissen­­schaft, die auch über den Förder­zeit­­raum hinaus als gemeinsamer Stand­­­­­ort der über 28 Part­­ner nachhaltig etabliert wurde, um die disziplinübergreifende Zu­­sammen­­arbeit der Part­­ner entlang der gesamten Wert­­schöpfungs­­kette unter einem gemeinsamen Dach sicherzustellen.

Mit der Einweihung der gemeinsamen Forschungs­platt­­form im Februar 2011 hat die Arbeit des Spitzenclusters FOE rund um die iL noch einmal Fahrt aufge­­nommen. Auf insgesamt 2.900 Qua­­drat­­­­metern Büro- und Labor­fläche ar­­bei­­ten seitdem über 100 Forscher der Partner gemein­­sam an neuartigen Be­­leuch­­tungs­­systemen, hoch­effizi­enten So­­­­­­­lar­­zellen­folien und der gedruckten Elek­­tronik. Für ihre For­­schungen steht den Wissenschaftlern und Experten unter anderem ein 650 Quadratmeter großes Rein­­raumlabor zur Verfügung. Ein welt­­­­weit einzigartiges Labor, in dem auf spe­­ziell designten Druckma­­schinen und mit heraus­­ragenden Charakterisierungs- und Analyse­­möglichkeiten Forscher ver­­schiedenster Fach­­richtungen gemeinsam projekt- und applikationsübergrei­­fend die Grundlagen der ge­­druckten organischen Elektronik für innovative Anwen­­dungen erarbeiten. An einem zen­­tralen Ort können alle wesentlichen Pro­­duktionsschritte un­­tersucht und auf­­einander abgestimmt werden, die bis dahin dezentral und unabhängig von­­einander existierten oder entwickelt wur­­­­den. Technologiekompetenz konnte hier in kürzester Zeit gebündelt werden. Als Flaggschiff hat Heidelberger Druck­­maschinen eine sechs-Zoll-Rolle-­­zu-Rolle-Druckmaschine aufgebaut, die einen Durch­satz von 100 Metern pro Minute liefern kann. Nach und nach wird die Anlage an die Erfordernisse angepasst. Ziel ist die kontinuierliche Her­­stel­­lung verschiedenster Elektronik­bauteile, die als Systemkomponenten beispiels­weise in der Auto­mobil­in­dus­trie und Ge­­bäude­­archi­tektur zum Ein­­satz kommen können. Erste in Zu­­sam­­men­arbeit er­­stellte Demonstratoren wurden unter anderem auf der diesjährigen Branchen­­messe drupa gezeigt.

Nachdem in der ersten Förderphase der Strate­gie­um­setzung des Spitzen­clus­ters die Identifizierung tech­­no­logisch grund­­legender Fragestellungen und der Auf­­bau der zentralen For­­schungs­­platt­­form die Ent­wicklung des Cluster ge­­prägt haben, steht nun die Umsetzung der er­­arbeiteten Prozesse von der Labor- auf eine in­dus­­trie­­nahe Prozess­­um­ge­bung im Vor­der­grund. Auch dies wird interdisziplinär auf der dafür optimal abgestimmten und ex­­zellent ausgestat­­teten Infrastruktur an der iL als Dreh­­­­­scheibe sämtlicher Clus­­ter­­­aktivitäten ab­­ge­bildet.



Aber der Spitzencluster ist nicht regional oder gar natio­nal beschränkt. Ge­­meinsame Arbeiten und Projekte mit dem Chilworth Technical Centre der Merck Chemicals Ltd (UK) und EMD Che­­micals in Boston (US) stellen sicher, dass die Entwick­­lung der hocheffizi­­en­­ten Mate­­­­ri­­­alien mit den Prozess­ent­­wick­­lungen an der iL im Ein­­klang stehen. So wird zum Bei­­spiel die neue Generation organischer Halbleiter für Photovoltaik-Anwendungen oder Schal­­­­tungen im englischen Chil­­worth entwickelt und zu­­gleich in den Laboren der iL an den Her­­stel­­lungs­prozess angepasst.

Neben den verschiedenen Forschungs­­projekten liegt dem Cluster die Aus­­bil­­dung von Nachwuchs­wissen­schaft­lern am Herzen, um den Fachkräftebedarf dieses Zukunfts­marktes decken zu kön­­­­nen. Am gemeinsamen Standort wer­­den Studierende unter anderem aus den Be­­­­reichen Physik, Chemie, Ma­­te­­rial­­­wissen­­­­schaften, Inge­­nieurwesen, Informatik, aber auch BWL interdisziplinär ausgebildet. Ein in 2011 in Zu­­sammenarbeit mit dem Darthmouth College, dem Massa­­chusetts Institute of Technology und der Princeton University etabliertes Stipen­­­diatenpro­gramm er­­mög­­licht es den Nach­­wuchs­­wissen­­schaft­­lern, inter­­disziplinär und interkulturell an gemeinsamen Pro­­­­jekten zu arbeiten.

Die ersten Schritte von der Vision zur Realität wurden bereits getan. Mit dem „smart forvision“ wurde auf der IAA 2011 ein Konzeptfahrzeug von smart und BASF vor­­­­gestellt. Dieser smart de­­mons­­triert eine Mischung aus visionären, teils noch im Laborstadium be­­find­­lichen Mate­­ri­a­­lien sowie Tech­­no­­­­lo­­gien, die gute Chancen auf eine Serien­­­­einführung ha­­ben. Die im Fahr­­zeug ver­­wen­­deten orga­­nischen Farb­­stoff-Solar­­­­zellen (OPV) können Sonnen­­­­licht in Strom um­­wan­­deln und semi­trans­­pa­­rente organische Leucht­­­­­­­dioden (OLEDs) beleuchten den Innen­­­­raum des Fahr­­zeuges, ohne heiß zu werden. So geht keine Energie durch abgestrahlte Wär­­me verloren.


Das Highlight auf der Con­­sumer Elec­­tronics Show 2012 in Las Vegas war ein OLED-Fernseher mit brillanter Bild­­­­­­qua­­lität, einer 1.000-mal höheren Ge­­­­schwin­­­­digkeit als LED/LCD-Displays so­­wie einer scharfen Wiedergabe von Be­­­­we­­gungen ohne jegliche Unschärfe- oder Bleeding-Effekte. Mit einer Bild­­schirm­­dia­­­­gonale von 140 Zenti­me­­­tern ist der LG 55EM9600 mit 7,5 Kilo­­gramm und ledig­­lich vier Milli­me­­tern Dicke ein technologi­­sches Schwer-, aber auch Leicht­­gewicht. Diese Bei­­spiele zei­­gen, dass die orga­­nische Elek­­tronik in den bedeutendsten Industrie­­­­zweigen als rich­­tungsweisende Tech­­no­­lo­­gie der Zu­­kunft und Inno­­va­­tions­­­­­­­­treiber bereits lan­­ciert ist. Laut einer Stu­­­­die von Nano­­Markets (2011) wird im Be­­reich der OPV ein großes Anwen­­dungs­­­­­­­­­feld bei tragbaren Geräten ge­­sehen. Da­­raus ergebe sich bis 2016 ein Um­­satz­vo­­­­lu­­men von 250 Millionen US­­-Dollar. Glas­­­­­­­an­­wen­­dun­­gen in der ge­­bäu­­de­­inte­­grier­­ten Photo­vol­­taik sollen 2016 weitere 113 Mil­­lionen US-­Dollar Um­­sätze erzeugen. Im Bereich OLED-Anwen­­dun­­gen wird ein Wachs­­tum des Marktes für OLED-Ma­­te­­­­rialien von 500 Millionen US-­Dollar im Jahr 2012 auf über sieben Milli­­arden US-­Dollar im Jahr 2019 erwartet.

Diese Visionen Wirklichkeit werden zu lassen, ist das Hauptziel des Spitzen­­cluster FOE und aus diesem Grund haben sich die beteiligten Partner schon längst für einen Ausbau der gemeinsamen For­­­­schungsplattform stark ge­­macht. Die Zukunft der organischen Elektronik hat hier bereits begonnen.

Dr. Nina Traut: Die Autorin absolvierte ein Chemie­­stu­­dium an der Universität Köln. Während ihrer Doktorarbeit beschäftigte sie sich mit auf kleinen Molekülen basierenden, mehrschichtigen, phosphoreszierenden OLEDs. Seit 2009 ist sie bei der Merck KGaA und darüber hinaus bei der Inno­­vationLab GmbH in Heidel­­berg tätig, eine gemeinsame Forschungs­platt­­form im Rah­­men des deutschen Spitzen­­clus­­­ters „Forum Organic Electronics“.
Michaela Sauer: Nach dem Volkswirtsschafts- und Sozio­­logiestudium an der Ruprecht-Karls-Uni­­versität Heidelberg arbeitete die Autorin in der globalen Unternehmens­­kommu­­­ni­kation der SAP AG. Michaela Sauer ist zu­­ständig für das Clustermanagement des BMBF-Spitzenclusters „Forum Organic Elec­­tronics“, der Teil der 2008 gegründeten InnovationLab GmbH ist.