Correlation between interface energetics of molecular semiconductors and opto-electronic properties of planar organic solar cells: = Der> Zusammenhang zwischen der Energetik molekularer Halbleitergrenzflächen und den opto-elektronischen Eigenschaften planarer organischer Solarzellen
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Würzburg
2016
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| adam_text | CONTENTS
1. INTRODUCTION 1
1. PHYSICAL BACKGROUND 3
2. ORGANIC SEMICONDUCTORS 5
2.1. INTRA- AND INTERMOLECULAR OPTOELECTRONIC P RO P ERTIES
..............................................
5
2.1.1. MOLECULAR BONDING CHARACTERISTICS: THE DELOCALIZED 7R-ELECTRON
SYSTEM . 5
2.1.2. FROM MOLECULAR TO SOLID STATE P R O P E R TIE S
....................................................
6
2.2. ELECTRONIC T RA N S ITIO N S
..................................................................................................
7
2.3. E X CITO N
S........................................................
.................................................................. 10
2.3.1. TYPES OF E X C ITO N S
............................................................................................
10
2.3.2. EXCITON TRANSPORT IN ORGANIC SEMICONDUCTORS
..............................................
12
2.4. CHARGE CARRIER T RA N S P O
RT............................................................................................
14
3. FUNDAMENTALS OF ORGANIC PHOTOVOLTAIC CELLS (OPVCS) 19
3.1. WORKING PRINCIPLE OF OPVCS: THE DONOR/ACCEPTOR (D/A) HETEROJUNCTION
. . . 20
3.2. SOLAR CELL A RCH ITECTU
RES...............................................................................................
23
3.3. CURRENT DENSITY-VOLTAGE (J(V)) C H ARACTERISTICS
.......................................................
24
II. MATERIALS, SOLAR CELL ARCHITECTURE AND EXPERIMENTAL M ETHODS 27
4. MATERIALS FOR ORGANIC PHOTOVOLTAIC DEVICES 29
4.1. ELECTRODE M
ATERIALS........................................................................................................
29
4.2. HOLE TRANSPORT M A TE R IA LS
............................................................................................
30
4.3. ORGANIC ABSORBER M
ATERIALS.........................................................................................
31
4.3.1. DONOR COMPOUNDS
.........................................................................................
31
4.3.2. ACCEPTOR C O M P O U N D
S......................................................................................
35
4.4. EXCITON BLOCKING LAYER (EBL)
...................................................................................
36
5. SAMPLE ARCHITECTURE AND FABRICATION 39
6. EXPERIMENTAL TECHNIQUES 41
6.1. IN-SITU OPTO-ELECTRONIC DEVICE C H ARACTERIZATIO N
.................................................... 41
6.1.1. CURRENT DENSITY-VOLTAGE (J(V)) C HARACTERIZATION
........................................
41
6.1.2. EXTERNAL QUANTUM EFFICIENCY (EQE) 41
IN
6.2. STRUCTURAL IN V E STIG ATIO N
...............................................................................................
42
6.2.1. X-RAY DIFFRACTION ( X R D )
................................................................................
42
6.2.2. ATOMIC FORCE MICROSCOPY (A F M
).................................................................... 43
6.3. OPTICAL M EASUREM
ENTS..................................................................................................
44
6.3.1. STEADY STATE ABSORPTION
SPECTROSCOPY...........................................................
44
6.3.2. SPECTRALLY RESOLVED PHOTOLUMINESCENCE ( P L )
..............................................
44
6.3.3. TRANSIENT ABSORPTION SPECTROSCOPY (TAS)
.................................................
45
6.4. ULTRAVIOLET PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY (UPS)
........................................................ 47
III. RESULTS AND DISCUSSION 51
7. IMPACT OF GRADUAL FLUORINATION ON THE PROPERTIES OF FNZNPC/CEO
BILAYER OPVCS 53
7.1. TAILORED MODIFICATION OF D /A INTERFACE ENERGETICS
.................................................
53
7.2. J(V) CHARACTERIZATION OF FNZNPC/C6O BILAYER SOLAR C ELLS
........................................
54
7.3. THIN FILM PROPERTIES OF FNZ N P C
................................................................................
56
7.4. DETERMINATION OF FNZNPC/CEO INTERFACE ENERGETICS BY U P S
..................................
61
7.5. CORRELATION BETWEEN FNZNPC/C6O INTERFACE ENERGETICS AND DEVICE
CHARACTERISTICS 64
8. CORRELATING D/A INTERFACE ENERGETICS OF FNZNPC/CEO WITH ELECTRONIC
DYNAMICS 71
8.1. TAS ON FNZNPC/CEO H
ETEROSTRUCTURES.......................................................................
71
8.2. CLASSIFICATION OF THE TRANSIENT ABSORPTION SPECIES
....................................................
73
8.3. CHARGE CARRIER GENERATION MECHANISMS IN THE CGG A CCEPTOR
..................................
77
9. ENERGY CASCADES AS A NEW CONCEPT TO IMPROVE CHARGE CARRIER GENERATION
IN OPV 83
9.1. CASCADE CELLS BASED ON DIKETOPYRROLOPYRROLE DERIVATIVES (DL - D3)
84
9.1.1. STRUCTURAL INVESTIGATION OF DL/DS/CEO CASCADE CELLS BY XRD AND
AFM 85
9.1.2. OPTO-ELECTRONIC CHARACTERIZATION OF DL/D3/CEO CASCADE C E L L S
.................
86
9.1.3. OPTO-ELECTRONIC CHARACTERIZATION OF DL/D2/CEO CASCADE C E L L S
.................
96
9.2. APPLICATION OF CASCADE CONCEPT TO D B P/FZZNPC/C ^ SOLAR C ELLS
.........................
97
10. EXCITONIC AND ELECTRONIC COMPATIBILITY OF MIXED CEOICYO ACCEPTOR
LAYERS 105
10.1. FULLERENES: STRUCTURE, PURIFICATION COSTS AND TECHNOLOGICAL
RELEVANCE IN OPV . . 105
10.2. THIN FILM PROPERTIES OF THE MOLECULAR SEMICONDUCTORS
...........................................
107
10.3. IMPACT OF FULLERENE COMPOSITION RATIO ON DLP/CGGIC^-G SOLAR C ELLS
..........................
I L L
11. SUMMARY 119
12. ZUSAMMENFASSUNG 125
LIST OF FIGURES 133
LIST OF TABLES 135
BIBLIOGRAPHY 137
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| title_full | Correlation between interface energetics of molecular semiconductors and opto-electronic properties of planar organic solar cells = Der> Zusammenhang zwischen der Energetik molekularer Halbleitergrenzflächen und den opto-elektronischen Eigenschaften planarer organischer Solarzellen submitted by / vorgelegt von Michael Brendel from / aus Lohr a. Main |
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