Dynamik photoangeregter Ladungsträger in selbstorganisierten organischen Volumenhalbleitern

• Antragsteller: Professor Dr. Vladimir Dyakonov
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 207601309

Das übergeordnete Ziel des Projektes ist es, ein fundamentales Verständnis des Einflusses molekularer Ordnung auf die Dynamik der Prozesse entlang der Gesamtkette von der Lichtabsorption bis zum Ladungstransport in molekularen Volumenhalbleitern variabler Architektur zu erlangen. Bei organischen Volumenhalbleitern ist sowohl die lokale als auch die makroskopische Ladungsträger-Beweglichkeit entscheidend. Während Erstere das Anwendungspotential des Halbleitermaterials angibt, ist Letztere für die direkte Anwendung im Bauteil entscheidend. Nur die Kenntnis des Gesamtbildes aus lokaler und makroskopischer Beweglichkeit erlaubt es, das Anwendungspotential eines neuartigen Materials zu erkennen und Hinweise auf seine Optimierung zu geben: entweder des Materials (wenn die lokale Beweglichkeit gering ist) oder des Bauteiles (wenn die makroskopische Beweglichkeit viel geringer ist als die lokale). Im vorliegenden Antrag werden wir die transiente Mikrowellenleitfähigkeitsmethode (TRMC) für speziell ausgewählte Polymere und Oligomere aus der Forschergruppe einsetzen, um den Transport der photogenerierten Ladungen auf lokalen räumlichen Skalen zu untersuchen. Das TRMC Prinzip beruht auf der Tatsache, dass die durch einen Lichtpuls in der Probe photogenerierten Ladungsträger dielektrische Verluste mit sich bringen (Mikrowellenabsorption). Eine quantitative Aussage kann aus den TRMC-Messungen jedoch nur dann gemacht werden, wenn die Ladungsträgerdichte ebenfalls bekannt ist. Idealerweise muss diese durch Messung der optischen Dichte nach der Lichtpulsanregung und unter den gleichen Bedingungen aufgenommen werden. Die dazu erforderliche Apparatur wurde erfolgreich konzipiert, aufgebaut und getestet. Die Besonderheit unseres Systems besteht also in der Kombination der Mikrowellentechnik und der optischen, transienten Absorption (TA) in einem einzigen Aufbau inkl. integriertem Kryostaten (4-300 K). Auf diese Art und Weise beabsichtigen wir Makromoleküle, aufgebaut aus Squarain-Konjugaten, systematisch zu untersuchen. Indolenin-Squaraine dagegen können gezielt entweder als gestreckte zig-zag- oder helix-Polymerstrukturen hergestellt werden. Hierarchisch organisierte Perylenbisimidsysteme sind im Hinblick auf ihren Ladungsträgertransport ebenfalls sehr interessant. In der Forschergruppe verfügbare Derivate dieser Materialklasse ordnen sich in Form von JAggregaten an, die sowohl flüssigkristallin als Volumen-Material und auch als Aggregat in Lösung vorliegen können. Mittels kombinierten TA/TRMC-Messungen sollen Informationen über die Ladungsdynamik und -transporteigenschaften mit Bezug auf die Struktur der Aggregate gewonnen werden. Für die Untersuchungen von makroskopischen Transporteigenschaften photovoltaischer Bauelemente werden wir die transienten Photoleitfähigkeitsmethoden OTRACE, TDCF, ToF und TPV/TPC einsetzen. Ein Vergleich mit theoretischen Vorhersagen wird in Zusammenarbeit mit der Theorie-Gruppe erfolgen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1809: Lichtinduzierte Dynamik in molekularen Aggregaten