Intensiv fluoreszierende polymere Einkristalle mit anisotropen opto-elektronischen Eigenschaften hergestellt mit maßgeschneiderten, defekt-freien regio-regulären Polythiophenen

• Antragsteller: Professor Dr. Günter Reiter; Professor Dr. Michael Sommer
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 254474564

In der Literatur wird oft über Struktur-Eigenschaftsbeziehungen zwischen der Morphologie der aktiven Schicht und den optoelektronischen Eigenschaften von Bauteilen in der organischen Elektronik berichtet. Es muss jedoch beachtet werden, dass eine gegenseitige Abhängigkeit von vielen molekularen Parametern besteht. Daher sind präzise Struktur-Eigenschaftsbeziehungen, die die Identifizierung der Einflüsse einzelner Parameter auf die Eigenschaften von optoelektronischen Bauteilen zum Ziel haben, sehr schwer fassbar. Insbesondere haben sich in dieser Hinsicht semi-kristalline konjugierte Polymere als kompliziert herausgestellt, weil sie aus amorphen und kristallinen Domänen bestehen, deren Ausmaß, Verteilung und Qualität von den Bedingungen der Kristallisation stark abhängen. Mit diesem Antrag wollen wir genau diese Komplexität mit Hilfe von polymeren Einkristallen, in denen alle Ketten defektfrei sind und die gleiche Ordnung besitzen, zu reduzieren. Die Hauptziele können folgendermaßen formuliert werden:1. Synthese von defektfreiem, 100 % regioregulärem Poly(dialkylphenylthiophene), PDAPT. Dies beinhaltet die kontrollierte Kumada Polymerization (KCTP) von sterisch anspruchsvollen Monomeren. Dazu werden wir Nickelkomplexe mit gemischten Stickstoff-Phosphor Liganden als neue Katalysatoren für die KCTP einführen. Dies wird die bisher bekannte hohe Kontrolle von sterisch wenig anspruchsvollen Monomeren auf Monomere mit sterisch anspruchsvollen Seitengruppen (wie in PDAPT) ausweiten. Die Wahl von PDAPT is durch seine einzigartige Kristallstruktur begründet, in der aufgrund der speziellen Seitenketten keine pi-pi-Wechselwirkungen möglich sind. Dies steht in starkem Kontrast zu dem generell beobachteten pi-pi Stacking in z.B. P3HT.2. Herstellung von polymeren Einkristallen aus defektfreiem P3HT und defektfreiem PDAPT mittels "Self-seeding". Bei dieser Kristallisationsmethode aus der Lösung wird der Einfluss der Zeit, Temperatur, Konzentration, Molekulargewicht, Polydispersität, Seitenkettenlänge, pi-pi-Wechselwirkungen auf die Grösse, Form und Perfektion der Einkristalle untersucht werden. 3. Bestimmung der anisotropen optoelektronischen Eigenschaften aller polymerer Einkristalle als Funktion der kristallographischen Achsen. Dies beinhaltet die Absorption, Photolumineszenz, Ladungsträgermobilität und Ekzitonendiffusionslänge, die anhand von Molekülserien von P3HT und PDAPT mit unterschiedlichem Molekulargewicht und Seitenkettenlänge untersucht werden sollen. Besonders hervorzuheben ist der Einfluss von pi-pi Wechselwirkungen auf den Ladungstransport, was durch den Vergleich von P3HT (pi-pi-Wechselwirkungen vorhanden) und PDAPT (keine Wechselwirkungen möglich) gelingen soll.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Beteiligte Personen: Privatdozent Dr. Leonid Govor; Dr. Hartmut Komber; Professorin Dr. Natalie Stingelin