Transportmaterialien

Transportmaterialien sind Materialien, die den Transport von Ladungsträgern oder Ionen in technischen Systemen erleichtern. Sie spielen eine zentrale Rolle in elektronischen, elektrochemischen und optoelektronischen Bauteilen, indem sie die Bewegung von Elektronen, Löchern oder Ionen sicherstellen und dadurch Effizienz, Stabilität und Reaktionszeiten beeinflussen.

Man unterscheidet elektronische Transportmaterialien (ETL), Lochtransportmaterialien (HTL) und ionische Transportmaterialien. Elektronentransportlayer leiten Elektronen und hemmen Löcher, Lochtransporter leiten Löcher und blockieren Elektronen. Ionentransportmaterialien ermöglichen den Transport von Ionen in Batterien, Brennstoffzellen oder Elektrochromen. Typische Beispiele sind: ETLs wie TiO2, SnO2 oder ZnO; HTLs wie Spiro-OMeTAD, PEDOT:PSS, NiO oder CuSCN; und ionische Leiter wie polymerbasierte Elektrolyte oder Festelektrolyte wie Li10GeP2S12 oder Li7La3Zr2O12.

Wichtige Eigenschaften von Transportmaterialien umfassen elektrische Leitfähigkeit, Ionentransportleitfähigkeit, Ladungsträger-Mobilität und die energetische Abstimmung (Fermi-Niveau, HOMO/LUMO-Niveau) zu angrenzenden Materialien. Stabilität gegen Feuchtigkeit, Wärme und chemische Reaktionen, Kompatibilität mit Aktivmaterialien sowie Verarbeitbarkeit (Beschichtungsverfahren, Thin-Film-Bildung) sind ebenfalls entscheidend. Die Leistung hängt oft von der Qualität der Grenzflächen und der Dichte der Defekte ab.

Typische Anwendungen liegen in Solarzellen (insbesondere Perowskit- und Dünnschichtsolarzellen), Leuchtmitteln, Batteriesystemen, Brennstoffzellen, Elektrochromen und Sensoren. Zu den Herausforderungen zählen begrenzte Langzeitstabilität, Interfacial-Rekombination, Kosten und Skalierbarkeit der Herstellung.