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Anpassung der elektronischen Struktur an organischen Heterokontakten

Hein, Corinna :
Anpassung der elektronischen Struktur an organischen Heterokontakten.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2012)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Anpassung der elektronischen Struktur an organischen Heterokontakten
Language: German
Abstract:

Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung der Grenzflächeneigenschaften von organischen Donor/Akzeptor-Heterokontakten. Diese sind Bestandteil einer Vielzahl von Halbleiterbauelementen in der Organik, beispielsweise der organischen Solarzelle, wo sie zur Trennung von durch Photonen-Absorption generierter Exzitonen in freie Ladungsträger dienen. Für diese Funktion spielt die Lage der Energieniveaus an der Grenzfläche, insbesondere die Lage von HOMO und LUMO der beteiligten Moleküle eine entscheidende Rolle. Die Differenz der Austrittsarbeiten der reinen Materialien wird im Kontakt durch einen Grenzflächendipol und einen Ladungstransfer angeglichen. Dabei bestimmt die Größe des Grenzflächendipols die relative Lage der elektronischen Niveaus an der Grenzfläche, die Anpassung, und der Ladungstransfer ist mit einem elektrischen Feld verbunden. Experimentell werden die Niveaus in situ mittels (Synchrotron-) Röntgenphotoelektronenspektroskopie gemessen und im Energieniveaudiagramm dargestellt. Um den Ladungstransfer zu beeinflussen, werden verschiedene sowohl organische als auch oxydische Dotiermittel eingesetzt. Es findet eine Verschiebung des Ferminiveaus im organischen Halbleiter statt. In dieser Arbeit wird die Dotierung von CuPc mit WO3 eingehend betrachtet und ein Dotiermodell abgeleitet. Dieses bezieht neben elektronischen Eigenschaften auch die morphologische Struktur ein: Es findet eine Ausscheidungsbildung des Dotierstoffs in der Matrix statt, was durch TEM-Messungen bestätigt wurde. Somit liegen innere Grenzflächen im Komposit vor, die Anpassung der Energieniveaus ist durch Dipole an den inneren Grenzflächen beeinflusst. Es findet ein Ladungstransfer zwischen den beiden Phasen statt, dieser konnte quantitativ beschrieben werden. Die Auswirkungen von verschiedenen Parametern auf die Grenzflächeneigenschaften werden untersucht. Beispielsweise verändert die Dotierung die Potentiale an der Grenzfläche. Die Fluorierung organischer Moleküle verändert die relative Lage der Energieniveaus, die Anpassung, an der Grenzfläche. Die Substrattemperatur wirkt sich sowohl auf den Verlauf des elektrischen Feldes als auch auf die Anpassung aus. Durch geschickte Wahl der beschriebenen Parameter können die gewünschten Grenzflächeneigenschaften gezielt eingestellt werden, beispielsweise kann Größe und Richtung des elektrischen Feldes an der Grenzfläche definiert und für die Extraktion von Ladungsträgern aus der Solarzelle optimiert werden.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The scope of this work is the investigation of interface properties of organic donor/acceptor hetero contacts. These are parts of many organic semiconductor devices for example organic solar cells, where they separate excitons generated by photon absorption into free charge carriers. The energetic levels of the molecules, especially HOMO and LUMO, play a decisive role for the operation of the device. The work function difference of the pristine materials is compensated by an interface dipole and a charge transfer while contact formation. The interface dipole determines the relative positions of the energy levels, the energy level alignment, and the charge transfer induces electric fields at the interface. Experimentally the energy levels were measured in situ by (synchrotron) x-ray photoelectron spectroscopy and displayed in energy level diagrams. To control the charge transfer organic and oxide dopants were used. In this way Fermilevel shifts in the organic semiconductor are observed. Doping of CuPc by WO3 is covered in detail by this work and a doping model is deviated including not only electronic characteristics but also the morphologic structure. Cluster formation of the dopant in the matrix is observed which was approved by transmission electron microscopy measurements. Therefore in composite materials internal interfaces exist determining energy level alignment by dipole formation at these internal interfaces. The occurring charge transfer between the two phases could be calculated quantitatively. The effects of different parameters on interface properties are investigated. Doping for example changes electronic potentials at the interface. Fluorination of organic molecules changes the energy level alignment, the relative positions of energy levels at the interface. Engineering these parameters allows adjusting specific interface properties. For example, quantity and direction of the electric field at the interface can be optimized for charge carrier extraction in solar cells.English
Uncontrolled Keywords: organische Elektronik, Halbleiter, Solarzelle, Photoelektronenspektroskopie, Dotierung
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
organic electronics, semiconductor, solar cell, photoelectron spectroscopy, dopingEnglish
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Material- und Geowissenschaften
Date Deposited: 10 Jul 2012 09:43
Last Modified: 07 Dec 2012 12:05
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-30387
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Jaegermann, Prof. Dr. Wolfram and von Seggern, Prof. Dr. Heinz
Refereed: 29 June 2012
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/3038
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