Authors:	Hinkel, Felix Peter
Title:	Molekulare und supramolekulare Eigenschaften von neuen Donor-Akzeptor-Polymeren
Online publication date:	8-Jan-2015
Year of first publication:	2015
Language:	german
Abstract:	Die organische Halbleitertechnologie befindet sich seit Jahrzehnten im Focus des Interesses, da sie eine kostengünstige und umweltverträgliche Alternative zu anorganischen Silizium-basierten Halbleitern darstellt. Die Möglichkeit der gezielten Funktionalisierung von definierten Strukturen durch synthetische Methoden, welche eine große Vielfalt an Materialien ermöglicht, steht dabei besonders im Vordergrund. Die Modifikation von physikalischen Eigenschaften ermöglicht dabei eine stark erleichterte Anpassung für den geplanten Anwendungsbereich. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden organische Halbleitermaterialien basierend auf Cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophen (CDT) dargestellt und hinsichtlich ihrer strukturellen und elektronischen Eigenschaften untersucht. In Kombination mit Benzo[c][1,2,5]thiadiazol (BTZ) und weiteren Akzeptoren wurden zunächst Donor(D)-Akzeptor(A)-Polymere synthetisiert und Struktur-Eigenschaft-Beziehungen aufgestellt. So konnte ein sehr hochmolekulares Polymer CDT-BTZ-Polymer (Mn = 36 kg mol-1, PDI = 2.6) erhalten werden, welches sich durch eine hohe lamellare Ordnung und eine gemessene Ladungsträgermobilität in FETs von über 5.0 cm2V-1s-1 bei Raumtemperatur auszeichnete; bei niedrigen Temperaturen (240 K) war letztgenannte 6.5 cm2V-1s-1. Aufgrund dieses hohen Ladungstransports und der Abwesenheit niedermolekularer Polymerketten innerhalb des Polymers konnte erstmals eine Messung eines HALL-Effektes bewerkstelligt werden. Dies war der erste Beweis eines Band-artigen Ladungstransportes an einem Polymerhalbleiter. Des Weiteren wurde durch synthetische Veränderung der Grundstruktur des Polymers zu längeren Alkylketten eine anisotrope Anordnung der Polymerketten erreicht und die Ladungsträgermobilität (6.5 cm2V-1s-1 bei Raumtemperatur) weiter gesteigert. Darauf aufbauend wurde der Einfluss von stereoisomeren Seitenketten an CDT-BTZ-Polymeren auf Packungsverhalten, Parametern (Sperrstrom, Einschaltstrom) in FETs und Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln untersucht. Durch cis-trans-Isomerisierung der Seitenketten wurde hier eine neue Methode zur Optimierung des Packungsverhaltens von Polymeren in dünnen Filmen und Lösung gefunden. Zuletzt wurden D-Ï -A-Farbstoffen, welche CDT als Verbrückungseinheit (Ï ) beinhalten, dargestellt. Durch Variation von D und A konnten Struktur-Eigenschaft-Beziehungen in der Anwendung in Solarzellen (Feststoffsolarzellen, Flüssigsolarzellen) gefunden werden. Die Untersuchungen der photoinduzierten Absorption und der Photolumisenzenzquantenausbeute lieferten dabei Erklärungen für physikalische Prozesse wie Ladungsinjektion- und rekombination. The field of organic electronics has attracted increasing interest over the last decades since it provides a low-cost and sustainable alternative to silicon based semiconductors. Thereby, the possibility of functionalizing defined chemical structures is the key aspect in modern semiconductor research. This dissertation deals with organic semiconductor materials based on cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophen (CDT) and their electronic and structural properties. Donor-acceptor polymer were synthesized in combination with benzo[c][1,2,5]thiadiazol (BTZ) and other acceptor units at first to investigate structure-property-relationships. Interestingly, a very high molecular-weight CDT-BTZ polymer (Mn = 36 kg mol-1, PDI = 2.6) was obtained by intense workup showing close lamellar packing and very high charge carrier mobility of over 5.0 cm2V-1s-1 at room temperature. However, the mobility increased with decreasing temperature to 6.5 cm2V-1s-1 (240 K). The negative temperature dependence of the charge transport and the lack of small molecular weight polymer chains due to workup allowed HALL measurements and the first ever proof of a band-like charge transport in donor-acceptor polymers. Furthermore, synthetic variations led to increased charge carrier mobility at room temperature (6.5 cm2V-1s-1). The influence of stereoisomeric side chains in CDT-BTZ polymers on packing, solubility and charge transport was investigated. Through cis-trans-isomerization in the side chains, a new method of improving packing in thin films and solution was established.
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1528
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-39499
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:	JGU-Publikationen