Mikroskopische Theorie der Ladungstr?gererzeugung in konjugierten Polymeren

Halbleitende konjugierte Polymere bergen immenses Potential für Anwendungen in Optoelektronik, Photonik und Photovoltaik. In dem hier geplanten Projekt besch?ftigen wir uns ausgehend von einer mikroskopischen Perspektive mit der Ladungstr?gererzeugung in konjugierten Polymeren. Dabei widmen wir uns im Detail (i) der Ladungstr?gererzeugung durch molekulare Dotierung (wichtig für alle optoelektronischen Anwendungen) und (ii) der Erzeugung von Ladungstr?gern durch Ladungstrennung nach Photoanregung (der Prozess am Herzen der organischen Photovoltaik). In unseren Untersuchungen werden wir uns auf technologisch releavante co-Polymere mit eingebauter Donor-Akzeptor Struktur konzentrieren. Einer der Vorteile dieser co-Polymere liegt in ihrer verbesserten Effizienz der Ladungstr?gertrennung. Andererseits wurde kürzlich auch gezeigt, das die Dotierung dieser komplexeren Materialien behindert wird durch die zus?tzliche Unordnung bei der zuf?lligen Positionierung der zur Dotierung verwendeten Moleküle. Im ersten Teil des Projektes werden wir uns mit den zur Dotierung relevanten elektronischen Prozessen, wie der Bildung sogenannter charge-transfer Komplexen und dem vollst?ndigen Elektronenübertrag, auseinandersetzen. Dabei werden wir ein detailliertes mikroskopisches Verst?ndnis der zugrundeliegenden physikalischen/chemischen Prozesse entwickeln und Stategien verfolgen, um die Effizienz der Dotierung zu verbessern. Zum Beispiel die Verwendung von ausreichend gro?en Molekülen zur Dotierung zur Interpolation zwichen Donor und Akzeptor Einheiten erscheint dabei ein vielversprechender Ansatz, der in diesem Projekt untersucht werden wird. Im zweiten Teil des Projektes werden wir uns mit der photo-induzierten Ladungstr?gererzeugung durch Dissoziation von Exzitonen in schwach gebundene Ladungstr?gerpaare besch?ftigen. Basierend auf ab-initio Berechnungen der nicht-adiabatischen molekularen Dynamik in den angeregten Zust?nden, werden wir direkt den Einfluss überschüssiger Anregungsenergie auf die Effizienz der Ladungstr?gertrennung untersuchen, sowie die Rolle von intra- und inter-molekularen Relaxationsprozessen. Ein weiterer wichtiger Aspekt des aktuellen Projektes ist die enge Zusammenarbeit mit unseren experimentellen Partnern. Optische Spektroskopie von elektronischen Anregungen und Vibrationsmoden wird direkten Aufschluss über relevante elektronische Mechanismen geben und kann in direktem Zusammenhang mit unseren theoretischen Berechnungen analysiert werden und mit berechneten Spektren verglichen werden. Aufbauend auf der Analyse grundlegender physikalischer Prozesse sollen allgemeine Konzepte mit Gültigkeit für eine gro?e Klasse an konjugierten Materialien entwickelt werden, die zukünftig zur Verbesserung des Anwendungspotentials dieser Materialien beitragen wird.

DFG-Verfahren Sachbeihilfen