In diesem Projekt untersuchen wir die Dynamik von Exzitonen und das Zusammenspiel zwischen verschiedenen Exzitonenspezies sowie zwischen Exzitonen und Ladungsträgern, sowohl im Bulk einzelner Schichten (intra-molekular) als auch an Grenzflächen von mehrschichtigen organischen Halbleiterbauelementen (inter-molekular). Wir werden den etablierten 1D-Drift-Diffusions-Ansatz [1] erweitern und mit einem neuartigen 3D-Master-Gleichungsmodell [2] kombinieren sowie mit analytischen 0D-Formeln vergleichen. Abbildung 1 zeigt Exzitonen- und Ladungstransfer-Prozesse, die sowohl in organischen Leuchtdioden (OLEDs) als auch in organischen Solarzellen auftreten können.

In einem ersten Teil dieses Projekts verwenden wir fortschrittliche Simulationen, um den Einfluss verschiedener Exzitonen-Auslöschprozesse wie Triplett-Polaron-Auslöschung (TPQ) und Triplett-Triplett-Annihilation (TTA) auf die Effizienz einer OLED mit verschiedenen Emitterkonzentrationen besser zu verstehen.

Abbildung 2 zeigt die Daten der Lebensdauer der angeregten Zustände τ* (direkt proportional zur Effizienz der OLED) eines grün phosphoreszierenden OLED-Aufbaus mit einer Emitterkonzentration von 2 % und 16 %. Aus dem Fit der Daten mit analytischen 0D-Formeln ergibt sich, dass der zugrundeliegende Exzitonen-Auslöschungsmechanismus für die Reduzierung der Lebensdauer der angeregten Zustände bei steigenden Stromdichten entweder TPQ oder TTA ist.

Mit der Kombination aus 3D-Mastergleichung und 1D-Drift-Diffusions-Ansatz sollte es möglich sein, ein elektro-optisches Modell aufzustellen, das beide Fälle mit einem Parametersatz nachbilden kann und uns damit erlaubt, die Exzitonenprozesse in dieser OLED besser zu verstehen.

Am Ende sollte es möglich sein, die Emitterkonzentration für die höchste Effizienz und die geringste Reduktion für steigende Stromdichten vorherzusagen.