Strukturabhängigkeit der elektronischen Eigenschaften, molekularen Orientierung und Photostabilität neuartiger low bandgap Polymere

Abstract

Der Einsatz neuartiger low bandgap Polymere in organischen Photovoltaikzellen kann eine Schlüsselrolle in der nachhaltigen Energieversorgung unserer Zukunft spielen. Die Polymere zeichnen sich durch etliche erwünschte Eigenschaften aus, darunter vorteilhafte Bandlücken bezogen auf das solare Spektrum, hohe Ladungsträgerbeweglichkeit und vergleichsweise geringe Herstellungskosten. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung von Zusammenhängen zwischen der chemischen Struktur der Polymere und deren elektronischen Eigenschaften, der Selbstorganisation in Dünnfilmen und der Photostabilität – allesamt starke Einflussfaktoren für die Effizienz und Marktakzeptanz von organischen Photovoltaikzellen. Es konnte gezeigt werden, dass durch gezielte Strukturvariation und Einführung zusätzlicher Alkylthiophen-Einheiten die Filmbildungseigenschaften optimiert werden können, ohne dabei die bereits vorteilhaften elektronischen (Grenzflächen-) Eigenschaften negativ zu beeinflussen. Obwohl die Einführung von Sauerstoff in die Seitenkettenstruktur und Variation der Stellung der Seitenketten einen Einfluss auf das Ionisationspotential haben, bleiben „Integer Charge Transfer Levels“ unbeeinflusst. Im Gegensatz dazu kann die molekulare Orientierung und Photostabilität von den Strukturvariationen maßgeblich bestimmt werden. Zudem konnten Röntgenabsorptionsspektroskopie und Infrarotspektroskopie (PMIRRAS) korreliert werden. Die Methoden liefern konsistente Aussagen bezüglich der Orientierung der untersuchten Polymere.