Organische Lichtsensoren mit farbselektiver Detektion, die durch Tintenstrahldruck mit halbleitenden Tinten hergestellt werden.

Bild: Noah Strobel, KIT
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Datenübertragung via Licht Farbsensible Lichtsensoren aus dem Tintenstrahldrucker

20.02.2020

Kameras, Lichtschranken und Bewegungsmelder verbindet eines: Sie arbeiten mit Lichtsensoren. Zukünftig könnten diese Sensoren auch bei der Telekommunikation eine wichtige Rolle spielen, indem sie Daten mittels Licht übertragen. Forschern am KIT ist hier ein entscheidender Entwicklungsschritt gelungen: druckbare Lichtsensoren, die Farben unterscheiden können.

Neue Technologien werden die Nachfrage nach optischen Sensoren für viele Anwendungen erhöhen. Dazu zählt auch die Kommunikation mithilfe von sichtbarem Licht, auf Englisch Visible Light Communication oder VLC.

VLC nutzt die Innenbeleuchtung in Gebäuden für die optische Kommunikation. Das bietet in Bezug auf Sicherheit, Geschwindigkeit und Zugänglichkeit eine Reihe von Vorteilen im Vergleich zu aktuellen Übertragungsverfahren wie WLAN oder Bluetooth. „Unsere Forschung trägt zu dieser Technologie bei, indem wir die Vorteile einer speziellen Art von Materialien, nämlich organischer Halbleiter, und deren Herstellung mit Drucktechniken verbinden“, erklärt Dr. Gerardo Hernandez-Sosa vom Lichttechnischen Institut des KIT.

Neue Materialzusammensetzung für Halbleiter

Halbleiter sind die Basis von Computern, Smartphones, Solarzellen und vielen anderen Technologien. Einige Halbleitermaterialien reagieren auf Licht, indem sich ihre Leitfähigkeit ändert und die Lichtintensität als elektrischer Strom gemessen werden kann.

Innerhalb dieser Klasse von Materialien gibt es zudem einige, die sich mit einem Drucker wie Druckertinte auf ein Trägermaterial aufbringen lassen. Diese Materialien reagieren auf unterschiedliche Wellenlängen, können also Farben unterscheiden.

Dem Team um Hernandez-Sosa ist es nun gelungen, eine Materialzusammensetzung zu finden, die sich für den Einsatz als wellenlängensensibler Lichtdetektor eignet und sich zudem auf flexible Träger aufdrucken lässt. Dabei können sowohl sehr kleine als auch sehr große Flächen bedruckt werden. Das Layout lässt sich mithilfe eines Computers einfach gestalten.

„Diese Fotosensoren können in großen Stückzahlen in jedem Design auf flexiblen, leichten Materialien hergestellt werden“, sagt Noah Strobel, Erstautor der Studie. „Daher sind sie besonders für mobile Geräte geeignet.“

Gedruckte Elektronik: großes Potenzial für die Industrie

Der Druck von Halbleiterbauelementen ist eine relativ junge Entwicklung, aber ihr Potenzial für zukünftige Anwendungen ist sehr groß. Schon jetzt investiert die Industrie in großem Umfang in die Herstellung von gedruckten OLED-Displays für Fernseher und Smartphones. Auch gedruckte flexible Solarzellen oder Drucksensoren sind bereits im Handel.

Die Produktion gedruckter Lichtdetektoren hat ebenfalls bereits das industrielle Niveau erreicht. Daher sind die Chancen hoch, dass diese Elemente in Zukunft in vielen Anwendungen eingesetzt werden – insbesondere angesichts der steigenden Nachfrage nach Sensoren im Internet der Dinge, in Smart Cities und in der Industrie 4.0.

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