Molekulare und elektronische Struktur in dünnen Filmen halbleitender Polymere untersucht im infraroten und ultravioletten/sichtbaren Spektralbereich

• Antragsteller: Dr. Arthur Markus Anton
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Experimentelle und Theoretische Polymerphysik ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428307877

Halbleitende Polymere vereinen die Vorteile von gewöhnlichen Polymeren wie mechanische Widerstandfähigkeit oder geringes Gewicht mit halbleitenden elektronischen Eigenschaften und der Möglichkeit große Fläche bei geringen Kosten zu beschichten, was deutliche technologische Vorzüge bereit stellt. Trotz intensiver Forschung auf dem Gebiet der organischen Elektronik und dem kommerziellen Erfolg organischer Leuchtdioden (OLEDs) sind viele fundamentale Fragenstelllungen noch immer unbeantwortet. Es wird zum Beispiel angenommen, dass sich Ladungen und Exzitone in hochgeordneten organischen Halbleiter wie eine Mischform aus der Band-Struktur in hochgeordneten anorganischen Halbleiten und dem Hüpftransport in ungeordneten Systemen verhalten. Dennoch ist nicht verstanden wie Strukturen kontrolliert werden können, um die Kohärenzlänge des Ladungs- oder Exzitontransfers zu verbessern. Dies beruht zum Teil auch auf einem Mangel an geeigneten experimentellen Methoden, welche sensitive auf Unordnung auf Nanometerskala ansprechen. Es ist geplant mit diesem Projekt auf der aktuellen Arbeit an der Universität Leipzig aufzubauen, welche sich mit der Methode der Infrarot-Übergangsmoment-Orientierungsanalyse (IR-TMOA) und der Orientierung und Ordnung sub-molekularer Strukturen in organischen Halbleitern beschäftigt. Diese Technik, welche bisweilen einzigartig ist und nur in Leipzig zur Verfügung steht, erlaubt es ein umfangreiches Bild der molekularen Struktur zu erstellen und den Grad der Unordnung auf Längenskalen, die relevant für den Energie- und Ladungstransfer sind, zu bestimmen. Mittels zeitaufgelöster spektroskopischer Messungen an der Universität Sheffield sollen die Kohärenzlängen für Ladungs- und Exzitonentransfer bestimmen und diese Ergebnisse mit der molekularen Struktur, welche zuvor anhand von IR-TMOA ermittelt wurde, in Verbindung setzen werden. Untersuchungen sind an dem Modellpolymer P3HT sowie an dessen neuen Bürstenpolymeren geplant. Den Grad der Kristallinität und die mikroskopische Umgebung sollen dabei über das Molekulargewicht und die chemischen Struktur beeinflusst werden. Darüber hinaus erlaubt das Modell-Copolymer PNDIT2 (oder P(NDI2OD-T2)) und dessen thioniertes Derivat 2S-trans-PNDIT2 den Einfluss der Substitution und damit einhergehend der veränderten Energieniveaus der Molekülorbitale auf die Orientierung und Ordnung sowie auf die Kohärenzlängen des Ladungs- und Exzitonentransfers zu untersuchen. Diese Kombination aus Experimenten wurde bisher nicht veröffentlich und verspricht neue Einsichten in das Zusammenspiel aus molekularer und elektronischer Struktur. Zusätzlich zu der getrennten Anwendung von zeitaufgelöster Spektroskopie und steady-state IR-TMOA als unabhängige Methoden ist es geplant das Messprinzip von TMOA mit zeitaufgelöster Infrarotspektroskopie zu kombinieren und somit erstmalig eine Messmethode zu entwickeln, mit deren Hilfe man die Dynamik der Orientierung und Ordnung molekularer Einheiten untersuchen kann.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeberin: Dr. Jenny Clark