Anschlussprojekte | Sonderprojekte

Förderbeginn 01.07.2012

Einfluss molekularer Orientierung in organischen optoelektronischen Baulementen

Prof. Dr. Wolfgang Brütting
Universität Augsburg
Lehrstuhl für Experimentalphysik IV

Prof. Dr. Mark E. Thompson
University of Southern California, Los Angeles
Department of Chemistry


Im Gegensatz zu anorganischen Halbleitern haben organische Materialien auf Grund ihrer anisotropen Gestalt zusätzliche Freiheitsgrade. Insbesondere spielt die relative Orientierung der Moleküle in Bezug auf Grenzflächen eine wichtige Rolle in optoelektronischen Baulementen. So hängt einerseits die Ladungsträgerbeweglichkeit vom Orbitalüberlapp und damit der molekularen Orientierung ab; andererseits sind auch optoelektronische Prozesse wie Lichtabsorption, Ladungstransfer und Rekombination von der gegenseitigen Orientierung und Kopplungstärke der Moleküle abhängig. Im Rahmen des Projekts soll durch die komplementäre Expertise der beiden Arbeitsgruppen auf diesem Gebiet ein besseres Verständnis dieser vor allem in photovoltaischen Zellen relevanten Prozesse erhalten werden.

Abschlussbericht
Im Rahmen der durch BaCaTeC geförderten Kooperation zwischen den beiden Arbeitsgruppen an der Universität Augsburg und der University of Southern California wurden organische Solarzellen auf der Basis niedermolekularer Materialien untersucht. Der Einfluss der molekularen Orientierung konnte exemplarisch an zwei Perylen-Derivaten mit stehender bzw. liegender Ausrichtung der Übergangsdipolmomente zum Substrat nachgewiesen werden [1,2]. Dadurch war eine erhebliche Steigerung des Photostroms und daraus resultierend des Wirkungsgrades der Zellen von ursprünglich 2% auf nahezu 6% möglich. Darüber hinaus wurde mit Metall-Dipyrrin-Komplexen eine neue Materialklasse entwickelt, die auf Grund eines intra-molekularen, symmetriebrechenden Ladungstransfers zu höheren Leerlaufspannungen führt [3].

Publikationen:

1. Amorphous vs crystalline exciton blocking layers at the anode interface in planar and planar-mixed heterojunction organic solar cells, S. Grob, M. Gruber, A. N. Bartynski, U. Hörmann, T. Linderl, M. E. Thompson, W. Brütting, Applied Physics Letters 104 (2014) 213304; http://dx.doi.org/10.1063/1.4879839
2. Solvent vapor annealing on perylene-based organic solar cells, S. Grob, A. N. Bartynski, A. Opitz, M. Gruber, F. Grassl, T. Linderl, U. Hörmann, C. Lorch, E. Moons, F. Schreiber, M. E. Thompson, W. Brütting, Journal of Materials Chemistry A 3 (2015) 15700-15709; http://dx.doi.org/10.1039/c5ta02806j
3. Symmetry breaking charge transfer in a Zinc chlorodipyrrin acceptor for high open circuit voltage organic photovoltaics, A. N. Bartynski, M. Gruber, S. Das, S. Rangan, S. Mollinger, C. Trinh, S. E. Bradforth, K. Vandewal, A. Salleo, R. A. Bartynski, W. Brütting, M. E. Thompson, Journal of the American Chemical Society 137 (2015) 5397-5405; http://dx.doi.org/10.1021/jacs.5b00146