Triplet concepts for organic photovoltaics: new materials, devices and mechanisms

• Applicant: Professorin Dr. Anna Köhler, since 4/2019
• Subject Area: Physical Chemistry of Solids and Surfaces, Material Characterisation
• Term: from 2018 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 392306670

• Final Report Year: 2022

Final Report Abstract

Ziel dieses Projektes war die Untersuchung hoch-effizienter Materialien für Solarzellenanwendungen. Insbesondere sollte eine mögliche hilfreiche Rolle von 3CT-Zuständen evaluiert werden. Hierfür wurden von der chinesischen Kollaborationspartnerin Youtian Tao organometallische Donormaterialien designend und synthetisiert. Erste Untersuchungen in Solarzellenstrukturen zeigen eine erhöhte Effizienz, die mit erhöhten Lebensdauern der emittierenden Zustände korreliert. Die systematische Weiterentwicklung dieser Materialien wurde durch die Corona-Pandemie unterbrochen, sodass die Untersuchung der zweiten Generation dieser Donatoren noch andauert. Untersuchungen an 3CT-Zuständen in organischen Emittermaterialien identifizierten Design-Regeln, wie sich die Energien der Tripletzustände von lokalisierten Exzitonen und von Charge-Transfer-Zuständen durch chemische Subsitution modifizieren lassen, und welchen Einfluß diese auf die Neigung zur Ladungsträgerrekombination bzw. -dissoziation hat. Diese Materialien wurden für OLED- Anwendungen evaluiert. Solarzellenanwendungen standen im Vordergrund von Studien an Blei- Halogenid-Perowskiten. Hier konnte ein mehrstufiges Perowskitbildungsverfahren beim Spin-coaten identifiziert werden, sodass deutlich wird, welche Prozessparameter wie verändert werden müssen, um die resultierende Filmmorphologie (z.B. bezüglich Korngrößen und Grenzflächen) zu modifizieren. Ebenso wurden Ionenwanderungsprozesse identifiziert, charakterisiert und kontrolliert, was die Herstellung effizienter Solarzellenanwendungen ermöglicht.

Publications

• A cyclometalating organic ligand with an Iridium centre toward dramatically improved photovoltaic performance in organic solar cells. Chem. Commun. 55 (2019)2640
  Qingjing Wu, Yang Cheng, Zhongyuan Xue, Yuyu Gao, Menghan Wang, Wenbo Yuan, Sven Huettner, Shigang Wan, Xudong Cao, Youtian Tao, Wei Huang
  
• Benzodithiophene-modified terpolymer acceptors with reduced molecular planarity and crystallinity: improved performance and stability for all-polymer solar cells. J. Mater. Chem. C 7 (2019) 10338
  Yuyu Gao, Jiaxin Gao, Zhongyuan Xue, Huabin Wang, Jingyu Wang, Yang Cheng, Zijing Li, Feifei Zhu, Sven Huettner, Hai Li, Youtian Tao
  
• Short-Axis Methyl Substitution Approach on Indacenodithiophene: A new Multi-Fused Ladder-Type Arene for Organic Solar Cells. Frontiers in Chemistry 7 (2019) 372
  Yun Li, Menghan Wang, Fupeng Wu, Xuyu Gao, Sven Huettner, Youtian Tao, Zuo-Quan Jiang
  
• A deep blue B,N-Doped Heptacene Emitter that shows both thermally activated delayed fluorescence and delayed fluorescence by Triplet-Triplet Annihilation. JACS 142 (2020) 6588
  Subeesh M Sureh, Eimantas Duda, David Hall, Zhen Yao, Sergey Bagnich, Alexandra MZ Slwaing, Heinz Bässler, David Beljonne, Manfred Buck, Yoann Olivier, Anna Köhler, Eli Zysman-Colman
  
• High Triplet Energy Host Materials for Blue TADF OLEDs – A Tool box Approach. Frontiers in Chemistry 8 (2020) 657
  Francesco Rodella, Sergey Bagnich, Eimantas Duda, Tobias Meier, Julian Kahle, Stavros Athanasopoulos, Anna Köhler, Peter Strohriegl
  
• Investigating two-step MAPbI(3) thin film formation during spin coating by simultaneous in situ absorption and photoluminescence spectroscopy. J. Mater. Chem. A 8 (2020) 5086
  Mihirsin Chauhan, Yu Zhong, Konstantin Schötz, Brijesh Tripathi, Anna Köhler, Sven Hüttner, Fabian Panzer
  
• OBO-Fused Benzo[fg]tetracene as Acceptor With Potential for Thermally Activated Delayed Fluroescence Emitters. Frontiers in Chemistry 8 (2020) 563411
  Zheng Zhang, Shiv Kumar, Sergey Bagnich, Eduart Spuling, Fabian Hundemer, Nartin Nieger, Zahid Hassan, Anna Köhler, Eli Zysman-Colman, Stefan Bräse
  
• The Impact of Solvent Vapor on the Film Morphology and Crystallization Kinetics of Lead Halide Perovskites during Annealing. ACS Applied Materials and Interfaces 13 (2021) 45365
  Yu Zhong, Dominik Seeberger, Eva M. Herzig, Anna Köhler, Fabian Panzer, Cheng Li, Sven Hüttner
  
• Enhancing Thermally Activated Delayed Fluroescence by Fine-Tuning the Dendron Donor Strenth. J. Phys. Chem. B 126 (2022) 552
  Eimantas Duda, David Hall, Sergey Bagnich, Cameron L Carpenter-Warren, Rishabh Saxena, Michael Y wong, David B Cordes, Alexandra MZ Slawin, David Beljonne, Yoann Olivier, Eli Zysman-Colman, Anna Köhler
  
• Thermally Activated Delayed Fluorescent Dendrimers that Unterpin High-Efficiency Host-Free Solution-Processed Organic Light-Emitting Diodes. Advanced Materials (2022) 2110344
  Dianming Sun, Eimantas Duda, Xiaochun Fan, Rishabh Saxena, Ming Zhang, Sergey Bagnich, Xiaohong Zhang, Anna Köhler Eli Zysman-Colman