Gerichtete Kristallisation halbleitender Homopolymere und neuer Donor-Akzeptor Diblockcopolymere zur Kontrolle von Nanostruktur und optoelektronischen Eigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr. Mukundan Thelakkat; Professor Dr. Thomas Thurn-Albrecht
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407706940

Donor-Akzeptor Blockcopolymere sind potentiell vielversprechende Materialien für Anwendungen im Bereich der organischen Photovoltaik. Sie können durch Self-Assembly thermodynamisch stabile Donor-Akzeptor-Nanostrukturen bilden. Solche Nanostrukturen sind eine wichtige Vorraussetzung für eine effektive photoinduzierte Ladungstrennung in Elektronen und Löcher. Im Vergleich zu den oft verwendeten Donor-Akzeptor Blends, bieten Blockcopolymere eine bessere Kontrolle der Morphologie und vermeiden eine Degradation der Morphologie mit der Zeit.Während ein grundlegendes Verständnis des komplexen Self-Assembly in Donor-Akzeptor Blockcopolymeren bereits erarbeitet wurde, sind die bisher verfügbaren Untersuchungen begrenzt auf eine kleine Anzahl von Modellmaterialien und die notwendige Orientierung der Mikrophasenstruktur wurde bisher nicht realisiert. Der vorliegende Antrag beschäftigt sich genau mit diesen beiden Fragestellungen. Dazu sollen neue optimierte Materialien synthetisiert und dazu verwendet werden, die grenzflächeninduzierte Kristallisation als Hilfsmittel zur Erzeugung orientierter Donor-Akzeptor Nanostrukturen mit verbesserten Ladungstransporteigenschaften zu erforschen. Um diese beiden miteinander verbundenen Ziele zu erreichen, ist das Projekt als Zusammenarbeit zweier Arbeitsgruppen mit geeigneter, sich ergänzender Expertise konzipiert.Im Bereich der Polymerchemie des Projekts sollen sowohl seitenkettenfunktionalisierte als auch sogenannte vollkonjugierte Blockcopolymere mit P3HT Donorblock und neuen optimierten Akzeptorblöcken basierend auf PCBM mit niedrigem Tg, beziehungsweise Polydiketopyrrolopyrrolen synthetisiert werden. In einem ersten Schritt soll das Self-Assembly Verhalten dieser Materialien im Volumen untersucht werden, um sicherzustellen, dass die Strukturbildung durch die Kristallisation getrieben ist. Im Bereich der Polymerphysik wird zunächst untersucht, unter welchen Voraussetzungen vollständig orientierte kristalline Filme erhalten werden können. Hierzu sollen Modellmaterialien verwendet werden, die im Polymerchemie-Arbeitsprogramm hergestellt werden. In einem zweiten Schritt ist geplant, die ausgearbeiteten Methoden zur gerichteten Kristallisation und epitaktischen Orientierung auf Blockcopolymere zu übertragen, um so Filme mit orientierter Donor-Akzeptor Nanostruktur herzustellen. Messungen zur elektrischen Charakterisierung und Untersuchung des vertikalen Ladungstranports, durchgeführt in einem Diodenaufbau (SCLC), runden das Vorhaben ab.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen