Forschungsprojekte

2HORISONS: 2-wards Hybrid and Organic Electronics: International Development of Sensor Nodes

Das Projekt 2HORISONS (2-wards Hybrid and Organic Electronics: International Development of Sensor Nodes) ist ein Clusterprojekt welches vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für die Internationalisierung von Clustern und Netzwerken gefördert wird.

Zusammen mit internationalen Partnerorganisationen arbeiten die Spitzenclusterpartner von 2-HORISONS an einer standardisierten Technologieplattform für gedruckte Sensorfelder. Ortsauflösende, gedruckte Multisensorik wird über additive Druckverfahren auf leichte, dünne und mechanisch flexible Substrate (z.B. Folien) aufgebracht und mit, auf dem Substrat integrierter klassischer Elektronik kombiniert. Die entstehende leistungsfähige, ressourcenschonende und kostengünstige Technologie kann so in zukunftsträchtigen Anwendungsbereichen wie Industrie 4.0, Internet of Things, Wearables oder Battery Health Monitoring Verwendung finden.

2HORISONS heißt international gut vernetzt

Durch 2HORISONS wird das bestehende Netzwerk des Spitzenclusters über zielgerichtete Kooperationen mit internationalen Partnern aus Industrie und führenden Forschungseinrichtungen anderer Innovationsregionen ergänzt und gestärkt. 2HORISONS spaltet sich dabei in zwei für sich stehende, unabhängige Teilprojekte auf:

HITEC

Im Teilprojekt HITEC (Hybrid Integrated Electronic Components) wird gemeinsam mit dem amerikanischen Cluster NextFlex an der Entwicklung von Hybridelektronik für ortsaufgelöste Multisensorik gearbeitet.

INNOVATE

Im Teilprojekt INNOVATE (Integration of Novel Large Area Sensor Technology) arbeiten die deutschen Clusterpartner gemeinsam mit dem südkoreanischen Cluster CASE - Center for Advanced Soft Electronics an der Entwicklung gedruckter, großflächiger und ortsaufgelöster Multisensorik.

Die internationale Vernetzung der Clusterpartner mit Strukturen in Südkorea bzw. den USA ermöglicht dem Spitzencluster mittel- und langfristig den Zugriff auf dort vorhandene Forschungs- und Experten-Pools. Es soll so ein selbständiger Austausch zwischen Akteuren mit komplementärer Kompetenz erreicht und somit die Entwicklungszeiträume deutlich reduziert werden. Insgesamt strebt der Spitzencluster damit die Verbesserung seiner Innovationsfähigkeit und internationalen Wettbewerbsfähigkeit an.

Projektkoordination: InnovationLab GmbH

Förderzeitraum: 01.04.2019 – 31.03.2022

Fördervolumen: 3 Mio. €

 

Aktuelle Forschungsprojekte von Dr. Gerardo Hernández-Sosa

BIOLICHT - Gedruckte bioorganisch lichtemittierende Geräte:
"Auf dem weg zu nachhaltiger Optoelektronik"

Project Number: 03X5526

01.11.2014 - 31.10.2020

Die vom BMBF geförderte Nachwuchsgruppe wird sich mit dem Einsatz biologisch abbaubarer/biokompatibler Materialien für die Herstellung organischer optoelektronischer Bauelemente mitells industriell relevanter Methoden beschäftigen.

 

Digital gedruckte, molekular orientierte organische Halbleiter für optoelektronische Bauelemente

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 419864370

01.02.2020 - 31.01.2023

Hauptziel des Projektes ist die bedarfsgerechte Steuerung der molekularen Orientierung organischer Halbleitermaterialien durch Tintenstrahldruck. Durch die Verwendung eines kristallisierbaren Additivs in der Tintenformulierung, das während des Trocknungsprozesses als Vorlage dient, werden wir die substratunabhängige Abscheidung selbst organisierter, orientierter Filme ermöglichen. Folglich werden wir in der Lage sein, auf Materialeigenschaften zuzugreifen und zu entwerfen, die die Funktionalität optoelektronischer Dünnschichtbauelemente, bspw. Feldeffekttransistoren oder polarisationsempfindliche Fotodetektoren, verbessern. Vor allem aber erwarten wir aufgrund der Natur des digitalen herstellungsprozesses Auswirkungen auf die künftige Herstellung komplexer elektronischer Systeme, die aus maßgeschneiderten Komponenten mit freier Gestaltung und Platzierung auf beliebigen Substraten bestehen.

 

Gedruckte Trockenelektroden und drahtlose Systeme für High-Fidelity EEG-, EMG- und Temperaturaufzeichnungen

Cooperation with Prof. Y. Hanein, Tel-Aviv University

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 427777577

01.10.2020 - 30.09.2023

Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung und Erprobung neuartiger Druckmethoden für hochmoderne REMG-, EEG- und Temperaturaufzeichnungssysteme. Insbesondere werden wir die Systeme so gestalten, dass sie auch von ungeschultem Personal außerhalb einer Krankenhaus- oder Laborumgebung einfach zu bedienen sind. Somit soll die Anwendung der Elektrophysiologie der Haut in der Alltagstechnik revolutioniert werden. Das System wird eine drahtlose Kommunikation mit Desktop- und Mobilgeräten ermöglichen und auf einem Elektrodenpflaster basieren, das eine schnelle und einache Platzierung auf der Haut ermöglicht. Das Design des Elektrodenträgers wird personalisiert und bietet mechanische Stabilität, Langzeitaufzeichnungen und vor allem - Benutzerkomfort. Die Elektrode wird durch kostengünstige Druckverfahren wie Tintenstrahldruck auf flexible Substrate unter Verwendung des leitfähigen Polymers PEDOT und PEDOT-basierter Verbundwerkstoffe als aktive Materialien hergestellt werden.

Vorherige Projekte

POESIE & InterPhase

POESIE & InterPhase: 14,5 Mio. Euro für Forschung im InnovationLab

Zwei ambitionierte Forschungsprojekte starteten ihre Aktivitäten am InnovationLab in Heidelberg. Das Ziel war es, grundlegende Fragen zur Optimierung von Materialien, Prozessen und Konstruktionsschemata für die Herstellung gedruckter Elektronik zu lösen. Das Ergebnis dieser Projekte wird einen entscheidenden Beitrag zur Kommerzialisierung dieser neuen, ressourcenschonenden Technologie leisten.

Warum gedruckte Elektronik und wofür wird sie verwendet?

Die Verwendung von Drucktechnologien zur Herstellung elektronischer Komponenten wird zu Geräten mit neuen Eigenschaften wie Transparenz, Flexibilität oder Dehnbarkeit führen. Diese Eigenschaften ermöglichen innovative Produktlösungen in Bereichen wie Energieumwandlung, Bioelektronik oder medizinische Diagnostik. Darüber hinaus eröffnen biologische und technische Sensorsysteme neue Möglichkeiten für Anwendungen und einen wirtschaftlichen Einsatz in der Medizintechnik. Die kosteneffiziente Methode zur Massenproduktion gedruckter Elektronik bietet ein enormes Einsparungspotential und ermöglicht die allgegenwärtige Anwendung elektronischer Systeme. Bevor diese Vision jedoch Wirklichkeit werden kann, muss ein grundlegendes Verständnis für das Zusammenspiel von Materialeigenschaften, Druckprozessen und leistungsbegrenzenden Effekten an Geräteschnittstellen entwickelt werden. Beide Projekte werden einen wichtigen Beitrag zu diesem Verständnis leisten.

Interphase
Förderzeitraum:      01.12.2015 - 30.11.2019                                                 
Fördervolumen:       7,4 Mio. Euro                                              
 

POESIE
Förderzeitraum:      01.09.2015 - 28.02.2019
Fördervolumen:       7 Mio. Euro

Interfaces in Opto-Electronic Thin Film Multilayer Devices (INFORM)

Im Rahmen des INFORM-Projekts, das vom EU-Rahmenprogramm für Forschung und Innovation Horizont 2020 als Marie-Skłodowska-Curie-Aktion finanziert wird, untersucht das Team, wie sich Grenzflächenzusammensetzung, Mikrostruktur, strukturelle und energetische Ordnung/Störung und molekulare Konformation an den Grenzflächen auf die optoelektronischen Phänomene auswirken , wie sie die Leistung von organischen und anorganisch/organischen Hybridbauelementen und ihre Lebensdauer bestimmen, und diese gewonnenen Erkenntnisse nutzen, um zuverlässigere Strukturen zu entwerfen, die zum Nutzen des europäischen Technologieraums großflächig hergestellt werden können.

Vor allem nutzen sie ihre Forschungsaktivitäten als ultimative Plattform, um hochqualifizierte mobile Wissenschaftler mit starken interdisziplinären Fähigkeiten und Einsichten auszubilden. Die aufgelaufenen Schulungen sind weitgehend auf andere Bereiche wie Funktionsmaterialien, Elektronik und Photonik, Fertigung und Energie übertragbar. Da ein Großteil der Forschungstätigkeit die Entwicklung, Verarbeitung und Anwendung sowie das Bewusstsein und die Fähigkeiten in Bezug auf diese umfasst, wird INFORM der EU dabei helfen, die Versorgung mit dringend benötigten vielseitigen Forschern aufrechtzuerhalten.

Gedruckte organische Schaltungen und Speicher (POLYTOS)

In diesem Projekt sollen neue Materialien, Konzepte, Komponenten, Herstellungsverfahren und Software für gedruckte organische Schaltungen mit integrierten Sensoren für Anwendungen im Verpackungsbereich entwickelt werden. In Zukunft könnten diese Systeme als gedruckte "Smart Labels" verwendet werden. "Smart Labels" sind intelligente und flexible Transponder, die zusammen mit ihren Antennen auf einen Film aufgebracht werden und Informationen übertragen können. Ihre Hauptanwendung liegt in der Logistik- und Verpackungsbranche.

Partner

Komplementäre Schaltungstechnik für gedruckte Anzeigen und Displays (KOSADIS)

Die Leiterplattentechnologie auf flexiblen Substraten ermöglicht die kostengünstige Herstellung flexibler Displays, beispielsweise für Verpackungen und codierte Preisanzeigen in Regalen. Ziel dieses Projekts ist es, Materialien und Herstellungsverfahren zu entwickeln und Prototypenanzeigen mit integrierten Steuerschaltungen und Liniensteuerung für Anzeigen zu testen.

Partner

Printed Process and Nano Structuring (NANOPEP)

Durch die Kombination neuer organischer Materialien mit großflächigen Druckverfahren lassen sich zukunftsweisende Produkte wie transparente Photovoltaikfolien oder flexible Leuchtdioden herstellen. Ziel dieses Projekts ist es, die Drucktechnologie mit innovativen Druckverfahren und Funktionsmaterialien mit Nanokomponenten zu revolutionieren. In einem dreistufigen Ansatz, der vom Labor bis zur Produktionsumgebung reicht, arbeiten die Partner zusammen, um das Zusammenspiel zwischen Materialien, Anwendungen und Druckprozessen zu optimieren.

Partner

Organic Light Diodes (PRINT-OLED)

Großflächige Druck- und Beschichtungsverfahren haben das Potenzial die Herstellungskosten für organische Leuchtdioden erheblich zu senken und flexible Folien als Substratträger einzusetzen. Ziel dieses Projektes ist es, beispielhaft zu untersuchen, ob bereits für Verdampfungsprozesse entwickelte Emitter-/Matrix-Systeme auf Druckprozesse übertragen werden können.

Partner

Organic Sensor System Applications (GLUCOSENS)

Bauteile und Schaltungen auf Basis organischer Elektronik ermöglichen eine kostengünstige Massenfertigung von Sensoren. Dies ermöglicht neue Anwendungen, beispielsweise in der Medizintechnik. Der Einsatz organischer Elektronik bringt erhebliche Verbesserungen bei der Herstellung, dem Recycling und der Leistung von Sensoren mit sich. Für die Produktion werden weder Edelmetalle noch Schwermetalle benötigt. Ziel dieses Projektes ist es, ein Messgerät zur kontinuierlichen Bestimmung des Blutzuckerspiegels zu entwickeln, das kontinuierliche Therapieentscheidungen, zuverlässige Warnhinweise bei Hypo- und Hyperglykämie sowie die direkte Steuerung einer Insulinpumpe (künstliche Bauchspeicheldrüse) ermöglicht.

Partner

Solar2Fuel CO2-Reduction

Ziel dieses Verbundprojekts ist es eine neuartige Technologie für die chemische Umwandlung von Kohlendioxid (CO2) in Kraftstoff oder nützliche chemische Produkte mit Hilfe von Sonnenlicht zu entwickeln. Dies kann zu einer nachhaltigen Ressourcennutzung und einer Reduzierung der Treibhausgasemissionen beitragen. Im Fokus steht dabei die Herstellung von Methanol, einem klimaneutralen Kraftstoff in Verbrennungsmotoren oder Brennstoffzellen. Es ist nicht nur der technologische Ansatz, der mit speziell funktionalisierten Halbleiter-Nanopartikeln als Katalysatoren innovativ ist, sondern auch das Ziel, industrielle Abgasströme als mögliche Quelle für nützliche Produkte zu nutzen.

Partner

Technologieentwicklung für die Dünnschicht-Photovoltaik (TEDD)

Die derzeit bei der Herstellung von Dünnschicht-Photovoltaik eingesetzte CIS-Technologie basiert auf Vakuumabscheidungsprozessen. Es ist beabsichtigt diese Technologie im Laufe des Projekts zur vollständigen Bedruckbarkeit weiterzuentwickeln. Ein besonderes Ziel für die Zukunft sind Tandemzellen, bei denen der nutzbare IR-Anteil des Sonnenlichtspektrums von anorganischen Nanohalbleitern und der sichtbare Teil des Spektrums von den sich schnell entwickelnden organischen Filmen genutzt wird. Projektziele sind effiziente bedruckte Absorberfolien in Labormengen und die Realisierung flüssig verarbeiteter anorganisch / organischer Tandemsolarzellen.

Partner

Using Polymer and Fullerene Nanoparticles for the Production of Organic Solar Cells (UNICORN)

Durch die Verwendung von wässrigen oder alkoholischen Polymer-Nanopartikeldispersionen werden umweltschädliche, toxische oder krebserregende Lösungsmittel für die Herstellung von organischen Solarzellen vermieden. Dies ist in Zukunft besonders wichtig für kostengünstige und großtechnische Druck- oder Beschichtungsprozesse. Die Projektpartner tragen mit ihrem Wissen über die Synthese von Nanopartikeldispersionen und die Herstellung von Bauelementen zu diesem Projekt bei.

Partner