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Infrarotspektroskopische Untersuchung der p-Dotierung organischer Halbleiter mit Übergangsmetalloxiden

Glaser, Tobias

English Title: Infrared spectroscopic study of p-type doping of organic semiconductors with transition metal oxides

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Abstract

In dieser Arbeit wurde das p-Dotieren der ambipolaren organischen Halbleiter 4,4’-Bis(N-carbazolyl)-1,1’-biphenyl (CBP) und N,N’-bis-(1-naphthyl)-N,N’-diphenyl-1,1’-biphenyl-4,4’-diamine (α-NPD) mit den Übergangsmetalloxiden MoO3 sowie WO3 mittels Infrarotspektroskopie untersucht. Dotierte Schichten wurden durch Co-Verdampfen im Ultrahochvakuum präpariert und in-situ in Transmissionsgeometrie vermessen. In den Schwingungsspektren der dotierten Schichten bestehend aus CBP:MoO3 entstehen zusätzliche Absorptionsbanden. Durch den Vergleich mit quantenchemisch berechneten Spektren konnten diese den Schwingungsmoden des CBP-Kations, das durch Ladungstransfer von CBP auf MoO3 entsteht, zugeordnet werden. Das Auftreten einer breiten elektronischen Anregung im nahen Infrarotbereich weist darauf hin, dass die CBP-Kationen überwiegend in Form von gebundenen Ladungstransferkomplexen vorliegen. Über die Intensitätsabnahme der Absorptionsbanden der neutralen CBP-Moleküle in den Spektren der dotierten Schichten wurde die Anzahl der CBP-Kationen bestimmt. Die Agglomeration von MoO3 in CBP reduziert die Grenzfläche zwischen den beiden Materialien, und damit auch die Anzahl der CBP-Kationen. Es wurde gezeigt, dass durch Kühlung des Substrats während des Aufdampfprozesses diese Agglomeration verringert und die Anzahl der CBP-Kationen erhöht wird. In den Systemen α-NPD:MoO3 und CBP:WO3 konnte ebenfalls die Ausbildung von Ladungstransferkomplexen nachgewiesen werden.

Translation of abstract (English)

In this work p-type doping of the ambipolar charge transport materials 4,4’-Bis(N-carbazolyl)-1,1’-biphenyl (CBP) and N,N’-bis-(1-naphthyl)-N,N’-diphenyl-1,1’-biphenyl-4,4’-diamine (α-NPD) with the transition metal oxides MoO3 as well as WO3 has been investigated using infrared spectroscopy. Doped layers were prepared by coevaporation under ultrahigh vacuum conditions and measured in-situ in transmission geometry. In the vibrational spectra of CBP:MoO3, additionial absorption bands appear. By comparison to quantum chemical calculations, these additional absorption bands were assigned to vibrational modes of the CBP cation, that results from charge transfer from CBP to MoO3. The appearance of a broad electronic excitation in the near infrared range indicates that the CBP cations mainly exist as bound charge transfer complexes. From the intensity decrease of the absorption bands of the neutral CBP molecules, the amount of CBP cations was quantified. The agglomeration of MoO3 in CBP limits the interface area between the two species and by that also the amount of CBP cations. It was shown, that cooling the substrate prior to film deposition leads to smaller agglomerates and an increased amount of CBP cations. The formation of charge transfer complexes could also be shown in the systems α-NPD:MoO3 and CBP:WO3.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Pucci, Prof. Dr. Annemarie
Date of thesis defense: 8 February 2013
Date Deposited: 17 Apr 2013 08:24
Date: 2013
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Kirchhoff Institute for Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Infrarotspektroskopie, Polymerelektronik, Dotierung
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