HEFOS - Hohe elektrische Felder an heterogenen Grenzflächen organischer Halbleiter

• Antragsteller: Professor Dr. Sebastian Reineke, seit 8/2021
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426730652

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

HEFOS untersuchte die Energiezustände von angeregten Molekülzuständen an Typ-II Heterogrenzflächen in organischen Halbleiterbauteilen. Die sogenannten Ladungstransferzustände („Charge-transfer states“) an solchen Grenzflächen sind sowohl für Photovoltaikbauteile und Photodetektoren wie auch für Leuchtdioden (LEDs) von besonderem Interesse. In all diesen Bauteilen werden Heterogrenzflächen genutzt, um durch Absorption von Licht angeregte Zustände zu erzeugen oder um durch die Rekombination dieser Zustände Licht zu generieren. Solche Grenzflächen zeichnet typischerweise ein signifikanter Spannungsabfall über wenige Nanometer aus, was zu hohen intrinsischen elektrischen Feldern führt. Intermolekulare Ladungstransferzustände haben eine Dipolausdehnung von mehreren Nanometern und reagieren daher auf diese intrinsischen und ggf. auch extrinsischen elektrischen Felder durch das Anlegen einer Spannung. Ziel dieses Projektes war es, die elektrischen Felder an der Grenzfläche von Donor- und Akzeptor-Materialien zu manipulieren, um den Spektralbereich von Emission und Absorption zu verschieben, also die Energie der Ladungstransferzustände zu kontrollieren. Erstens konnten wir zeigen, dass durch die Verwendung von dotierten organischen Schichten eine Möglichkeit besteht, die elektrischen Felder an der Heterogrenzfläche gezielt zu einzustellen um die Zustandsenergien zu untersuchen. Als zweites Ergebnis erreichten wir das Verschieben der Energiezustände von Ladungstransferzuständen an der Grenzfläche durch interne und externe elektrische Felder. Ein Effekt, der durch die Änderung der Emissionsfarbe mit bloßem Auge sichtbar gemacht werden konnte.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Unraveling Structure and Device Operation of Organic Permeable Base Transistors. Advanced Electronic Materials, 6(7).
  Darbandy, Ghader; Dollinger, Felix; Formánek, Petr; Hübner, René; Resch, Stefan; Roemer, Christian; Fischer, Axel; Leo, Karl; Kloes, Alexander & Kleemann, Hans
  
• Electrical Pumping of Perovskite Diodes: Toward Stimulated Emission. Advanced Science, 8(17).
  Cho, Changsoon; Antrack, Tobias; Kroll, Martin; An, Qingzhi; Bärschneider, Toni R.; Fischer, Axel; Meister, Stefan; Vaynzof, Yana & Leo, Karl
  
• Electrothermal Tristability Causes Sudden Burn‐In Phenomena in Organic LEDs (Adv. Funct. Mater. 47/2021). Advanced Functional Materials, 31(47).
  Kirch, Anton; Fischer, Axel; Liero, Matthias; Fuhrmann, Jürgen; Glitzky, Annegret & Reineke, Sebastian
  
• Electrothermal Tristability Causes Sudden Burn‐In Phenomena in Organic LEDs. Advanced Functional Materials, 31(47).
  Kirch, Anton; Fischer, Axel; Liero, Matthias; Fuhrmann, Jürgen; Glitzky, Annegret & Reineke, Sebastian
  
• Enhancing sub-bandgap external quantum efficiency by photomultiplication for narrowband organic near-infrared photodetectors. Nature Communications, 12(1).
  Kublitski, Jonas; Fischer, Axel; Xing, Shen; Baisinger, Lukasz; Bittrich, Eva; Spoltore, Donato; Benduhn, Johannes; Vandewal, Koen & Leo, Karl
  
• Organic Permeable Base Transistors – Insights and Perspectives. Advanced Optical Materials, 9(14).
  Guo, Erjuan; Dollinger, Felix; Amaya, Baltasar; Fischer, Axel & Kleemann, Hans
  
• Reservoir computing with biocompatible organic electrochemical networks for brain-inspired biosignal classification. Science Advances, 7(34), eabh0693.
  Cucchi, Matteo; Gruener, Christopher; Petrauskas, Lautaro; Steiner, Peter; Tseng, Hsin; Fischer, Axel; Penkovsky, Bogdan; Matthus, Christian; Birkholz, Peter; Kleemann, Hans & Leo, Karl
  
• Reverse dark current in organic photodetectors and the major role of traps as source of noise. Nature Communications, 12(1).
  Kublitski, Jonas; Hofacker, Andreas; Boroujeni, Bahman K.; Benduhn, Johannes; Nikolis, Vasileios C.; Kaiser, Christina; Spoltore, Donato; Kleemann, Hans; Fischer, Axel; Ellinger, Frank; Vandewal, Koen & Leo, Karl
  
• Accurate Wavelength Tracking by Exciton Spin Mixing. Advanced Materials, 34(38).
  Kirch, Anton; Bärschneider, Toni; Achenbach, Tim; Fries, Felix; Gmelch, Max; Werberger, Robert; Guhrenz, Chris; Tomkevičienė, Aušra; Benduhn, Johannes; Eychmüller, Alexander; Leo, Karl & Reineke, Sebastian
  
• Interdot Lead Halide Excess Management in PbS Quantum Dot Solar Cells. Advanced Energy Materials, 12(45).
  Albaladejo‐Siguan, Miguel; Becker‐Koch, David; Baird, Elizabeth C.; Hofstetter, Yvonne J.; Carwithen, Ben P.; Kirch, Anton; Reineke, Sebastian; Bakulin, Artem A.; Paulus, Fabian & Vaynzof, Yana
  
• Simple Strategy to Measure the Contact Resistance between Metals and Doped Organic Films. Physical Review Applied, 18(3).
  Kirch, Anton; Fischer, Axel; Werberger, Robert; Aabi, Soflaa Shayan Miri; Maleckaite, Karolina; Imbrasas, Paulius; Benduhn, Johannes & Reineke, Sebastian
  
• Highly Crystalline Rubrene Light‐Emitting Diodes with Epitaxial Growth. Advanced Functional Materials, 33(14).
  Wang, Shu‐Jen; Kirch, Anton; Sawatzki, Michael; Achenbach, Tim; Kleemann, Hans; Reineke, Sebastian & Leo, Karl