Dynamik photoangeregter Ladungsträger in selbstorganisierten organischen Volumenhalbleitern

Projektleiter:

Carsten Deibel und Vladimir Dyakonov
Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Physikalisches Institut
Am Hubland, 97074 Würzburg

Telefon: +49 931 31 83111
E-Mail: Opens window for sending emaildyakonov@physik.uni-wuerzburg.de

URL: Opens external link in new windowhttp://physik.uni-wuerzburg.de/EP6/

Selbstorganisierende organische Halbleiter mit hohen Ladungsträgerbeweglichkeiten haben ein großes Potential für optoelektronische Anwendungen wie Leuchtdioden und Solarzellen. Das Ziel des Projektes ist es, ein fundamentales Verständnis des Einflusses molekularer Ordnung auf die Effizienz und Dynamik von photogeneriertem Ladungstransfer und -transport zu erlangen. Dazu soll ein quantitatives Verständnis zwischen mikroskopischer und makroskopischer Ladungsträgerbeweglichkeit in neuartigen molekularen Systemen variabler Architektur erlangt werden. Der Ladungstransport vom Bereich des schnellen intermolekularen Transportes bis hin zum makroskopischen Ladungstransport wird mit zwei komplementären transienten Methoden untersucht, der transienten Mikrowellenabsorption sowie der Time-of-Flight Photoleitfähigkeit.

Wir konzentrieren uns auf Perylenbisimid-basierte Flüssigkristalle und Organogele und „Low-bandgap“ Polymere, die von Kooperationspartner P1 und P2 bereit gestellt werden. Der Ladungstransport wird in Abhängigkeit von elektrischem Feld und Temperatur, also auch über Phasengrenzen der Materialien hinweg, charakterisiert. Dabei wird der sehr schnelle lokale Ladungstransport mittels transienter Mikrowellenabsorption untersucht. Der für Bauteile entscheidende zeitabhängige, makroskopische Ladungstransport wird mittels Time-of-Flight Photoleitfähigkeit betrachtet. Beide Messungen sind aufgrund der Photogeneration von Ladungsträgern unabhängig von der Ladungsträgerinjektion, welche die scheinbaren Messgrößen vieler experimenteller Methoden verändern kann. So wird sichergestellt, dass nur Volumen- bzw. Materialeigenschaften untersucht werden. Die experimentelle Beschreibung der Dynamik photoangeregter Ladungsträger soll mithilfe eines Multiskalenansatzes, der quantenchemische Methoden mit Monte-Carlo-Ladungstransportsimulationen verbindet, abgeglichen und ergänzt werden.

Diese Kombination aus Experiment und Simulation ist sehr wichtig, weil beide die unterschiedlichen Größenskalen ausgezeichnet verbinden, von molekularer Ebene (Intermolekülinteraktion) mittels Mikrowellenabsorption und Quantenchemie, bis zur Bauteilebene (makroskopischer Ladungstransport) mittels Time-of-Flight Photoleitfähigkeit und Monte-Carlo-Simulation. Die relevanten Parameter wie anisotrope Transferintegrale und Reorganisationsenergien, die aus der lokalen Molekülanordnung resultieren, sollen dazu von Kooperationspartner P4 bestimmt werden. Mit dieser einzigartigen Kombination soll das Wechselspiel aus intrinsischem (mikroskopischen) und extrinsischem (makroskopischen) Transport geladener Polaronen abhängig von den molekularen Strukturen etabliert werden.