Ultrafast Spectroscopy and Microscopy of Exciton Dynamics in Hybrid Organic solar cell blend film/ Plasmonic Systems on the Nanometer Scale

• Antragsteller: Professor Dr. Alfred J. Meixner
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 138845842

Das Hauptziel dieses Projekts ist es ultraschnelle Exciton Dynamiken in Nanosystemen, die aus plasmonischen Nanopartikeln und organischen Solarzellenfilmen bestehen, mit hoher örtlicher und zeitlicher Auflösung zu untersuchen. Dies wird durch die Fortschritte, die während der letzten Förderungsperiode erreicht wurden, ermöglicht. In der vergangenen Förderungsperiode konnten wir ein spitzenverstärktes Parabolspiegelmikroskop mit ultraschneller Laser Spektroskopie kombinieren und damit Excitonen Dynamik in organischen Solarzellenfilmen untersuchen. In der nächsten Förderungsperiode werden wir plasmonische Nanosysteme (metallische Nanopartikel und metallische Strukturen) mit diesen Filmen kombinieren, wodurch, wie kürzlich gezeigt wurde, die Effizienz von photovoltaischen Zellen verbessert werden kann. Als Modellsystem werden wir zwei herausragende Vertreter von organischen Solarzellfilmen (P3HT/PCBM und PCPDTBT/PCBM) verwenden, diese bilden ein heterogenes Netzwerk mit Domänengrößen von fünf bis einigen zehn Nanometern aus. In diese Filme werden plasmonische Nanopartikel eingebracht, zum Beispiel kugelförmige oder stäbchenförmige Partikel, die unterschiedliche Plasmonenresonanzen besitzen (alternativ können auch lithographisch hergestellte oder aufgedampfte Nanostrukturen verwendet werden). An diesen Systemen werden wir den Einfluss der Nanopartikel auf nicht lineare Effekte, die Erhöhung oder Reduktion der Excitonenerzeugung und der Excitonenlebenszeit untersuchen. Durch die Verwendung von ultraschneller spitzenverstärkter Nahfeldmikroskopie werden wir die lokale Filmmorphologie und die durch die Nanopartikel verursachte Variation in der Excitonenerzeugung und Excitonenlebenszeit auf dem Niveau von einzelnen Domänen bzw. einzelner Nanopartikel abbilden. Mit diesem Projekt tragen wir zu einem besseren Verständnis der ultraschnellen Prozesse in Metall/Halbleiter Hybridsystemen bei und dies mit hoher räumlicher, optischer und zeitlicher Auflösung. Dieses fundamentale Wissen kann direkt auf das Gebiet der organischen Photovoltaik übertragen werden. Dabei ist die Kopplung von einem plasmonischen Nanopartikel mit einem molekularen Quantensystem von zentralem Interesse, des Weiteren kann die Verstärkung/Reduktion der Excitonenerzeugung, Elektronentransfer, etc. direkt untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1391: Ultrafast Nanooptics
• Beteiligte Person: Professorin Dr. Dai Zhang, Ph.D.