Mit Gold zu günstigerem Licht

Bildschirme von Smartphones, Laptops oder TV-Geräten sind mögliche Einsatzgebiete für die neuen Goldmoleküle. Koushik Venkatesan vom Institut für Chemie der Universität Zürich, dessen Forschungsgruppe hinter der Entwicklung steht, ortet zudem ein bedeutendes Potenzial im Feld der Beleuchtungstechnik. «Bislang kommen effiziente OLEDs aufgrund ihres verhältnismässig hohen Preises bei der grossflächigen Raumbeleuchtung noch kaum zur Anwendung», so der Oberassistent. Dank den Goldmolekülen könnte sich das ändern. Dass die natürlichen Ressourcen des Goldes wesentlich grösser seien als bei Iridium und Platin, dürfte dereinst eine günstigere Produktion erlauben. «Und sinkende Herstellungspreise», so Venkatesan, «werden ihre Wirkung zeigen.» Die Entwicklung seiner Gruppe ist kürzlich in der Zeitschrift «Chemistry – A European Journal» publiziert worden.

Hohe Kosten durch seltene Metalle

OLEDs sind auf einer falls nötig biegsamen Fläche aufgebaut. Zwischen zwei Elektroden befinden sich die aktiven Moleküle. An eine Stromquelle angeschlossen, fliessen positive und negative elektrische Ladungen. In der aktiven Schicht paaren sich die entgegensetzten Ladungen, wobei Licht abgegeben wird. In der Photochemie existieren zwei Phänomene, welche Licht emittieren können: die Fluoreszenz und die Phosphoreszenz. Die Fluoreszenz kann allerdings nur einen Viertel in Licht umwandeln, wobei die restlichen 75 Prozent auf die Phosphoreszenz entfallen. Phosphoreszenz ist erreichbar, wenn ein schweres Metall involviert ist, was zum Einsatz von Iridium und Platin führte. Die Kosten für solche phosphorizierende OLEDs sind hoch.

Stabilität der Goldmoleküle als Herausforderung

Während bei der Entwicklung von Alternativen manche schwere Metalle ausscheiden – zum Beispiel Quecksilber wegen seiner Giftigkeit –, ist Gold theoretisch ein idealer Kandidat. Bloss: Gold hat einen eigenwilligen Charakter. Das macht es schwer, die Anforderungen zu erfüllen: Zum einen muss das gesuchte Molekül eine hohe Lichtquantenausbeute wie auch einen effizienten Syntheseweg haben und zum anderen sollten die Herstellungskosten so niedrig wie möglich gehalten werden.

«Es ist sehr schwierig, Goldkomplexe zu synthetisieren, die bei Raumtemperatur stabil sind und die gewünschten Eigenschaften aufweisen», sagt der Doktorand Alexander Szentkuti, dem der Durchbruch gelang. Dabei flossen Kenntnisse aus verschiedenen Bereichen der Chemie ein, so beispielsweise von Olivier Blacque, der das Wissen über Kristallstrukturen und die theoretischen Berechnungen in die Gruppe einbrachte.

Hohe Lichtausbeute

Die entwickelten Moleküle weisen eine eindrückliche Lichtausbeute von 39 Prozent auf, was bisher der höchste gemessene Wert für Goldkomplexe dieser Art ist. Nachdem das Konzept nachweislich funktioniert, geht es nun daran, diese Werte in OLEDs zu etablieren und unter Beweis zu stellen. Koushik Venkatesan erwartet, dass Resultate noch 2014 vorliegen werden.