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 vollum-fänglich 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. Pernstich
Partner: Fluxim AG
Finanzierung: Schweizerischer Nationalfonds (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.
In unserer Arbeit charakterisieren wir organische Halbleiter, bestehend aus Molekülen, wie zum Beispiel den in Abbildung 1 dargestellten Materialien, 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- (VB) und Leitbandes (LB) und die Anwesenheit von Störstellen) geprüft.
Die Positionen des Valenz- und Leitbandes wurden durch elektrochemische Experimente in Lösung ausführlich analysiert, wie in Abbildung 2 illustriert wird, und stimmen gut mit den Literaturwerten überein, wie in Abbildung 3 zu erkennen ist.
Die Forschung im kommenden Jahr wird sich auf den Vergleich der Messungen in Lösung mit Messungen an Dünnschichten fokussieren und könnte Impulse liefern, die dazu beitragen, die gängigen Methoden der organischen Halbleiterforschung zu verbessern, indem genauere Modelle für die Materialcharakterisierung entwickelt werden können.