elektrochemischen Methoden und theoretischen Modellen

3.5 Untersuchung des Ladungstransports in organischen Halbleitern mit elektrochemischen Methoden und theoretischen Modellen

Organische Halbleiter werden heutzutage in vielen verschiedenen technologischen Gebieten verwendet. Um hergestellte Produkte zu verbessern, müssen diese Materialien aber vollumfänglich verstanden werden. In unserem Projekt streben wir an, die organischen Halbleiter anhand elektrochemischer Messungen in Kombination mit Computersimulationen besser zu charakterisieren.

Mitwirkende: G. Kissling, E. Knapp, K. P. Pernstich Partner: Fluxim AG Finanzierung: SNF Dauer: 2020–2022

Organische Halbleiter werden im Bildschirm- und Beleuchtungsbereich (OLED TVs und Lichtmodule) eingesetzt und kommen auch in neuartigen Transistoren, Sensoren, Computerspeicherelementen und Solarzellen zur Anwendung. Um die Anwendungen weiter zu optimieren, benötigt man ein besseres Verständnis der physikalischen Vorgänge und genauere Materialparameter. In diesem multidisziplinären Projekt untersuchen wir organische Halbleiter mittels elektrochemischer Methoden und theoretischer multiphysikalischer Modelle. Das Projekt vereint die Modellier-Expertise des ICP mit elektrochemischer Grundlagenforschung. Ziel des Projekts ist es, eine Methode zu entwickeln, welche es ermöglicht, einige Eigenschaften und Materialparameter organischer Halbleiter zuverlässig zu eruieren. Experimente werden es uns erlauben, einige Materialparameter der Halbleiter zu bestimmen, die enorm wichtig für eine detaillierte Modellierung sind und bisher gar nicht, oder nur sehr aufwendig, messbar waren. Gängige numerische Modelle können dann mit diesen Erkenntnissen verbessert werden.

Abb. 1: Cartoondarstellung eines NPB (N,N′-Di(1-naphthyl)-N,N′diphenyl-(1,1′-biphenyl)-4,4′-diamin) Moleküls, welches in der Herstellung von OLEDS verwendet wird.

In unserer Arbeit charakterisieren wir organische Halbleiter, bestehend aus Molekülen wie zum Beispiel NPB (N,N′-Di(1-naphthyl)-N,N′-diphenyl-(1,1′biphenyl)-4,4′-diamin), gezeigt in Abbildung 1, mittels elektrochemischer Messmethoden. Die Moleküle werden entweder in Lösung oder als Dünnschichten elektrochemisch charakterisiert und auf ihre Stabilität und Halbleitereigenschaften (z. B. die Eigenschaften des Valenz- und Leitbandes und die Anwesenheit von Störstellen) geprüft. Abbildung 2a und b zeigen elektrochemische Messungen an NPB-Dünnschichten. Abbildung 2a zeigt eine typische Zyklische Voltammetriemessung. Das Signal um 0.8 V stammt vom Valenzband des organischen Halbleiters. Beim kleineren Signal um 0.1 V handelt es sich um die Umkehrreaktion. Abbildung 2b zeigt Impedanzspektren, welche an den in Abbildung 2a mit farbigen Symbolen markierten Potenzialen gemessen wurden. Sie helfen uns das elektrochemische Geschehen in der Halbleiterdünnschicht genauer zu verstehen.

Abb. 2: a: Zyklische Voltammetrie gemessen an einer NPB Dünnschicht. Die Impedanzspektren in b wurden für die in a durch Symbole gekennzeichneten Potenziale gemessen.

Die Grundlagenforschung, welche wir in unserem Projekt betreiben, könnte Impulse liefern, die dazu beitragen, die gängigen Methoden der organischen Halbleiterforschung zu verbessern, indem genauere Modelle für die Materialcharakterisierung entwickelt werden können.