Universität Heidelberg (KIP)

Unsere Arbeitsgruppe wird von Prof. Annemarie Pucci vom Kirchhoff-Institut für Physik (KIP) der Universität Heidelberg geleitet. Zusammen mit den Arbeitsgruppen von Prof. Wolfgang Kowalsky (TU Braunschweig) und Prof. Wolfram Jägermann (TU Darmstadt) bilden wir das Kompetenzzentrum Analytik auf der gemeinsamen Forschungs- und Entwicklungsplattform InnovationLab.

Wir untersuchen grundlegende Eigenschaften dünner organischer Schichten unter Ultrahochvakuumbedingungen. Wir konzentrieren uns insbesondere auf dotierte Schichten, Grenzflächen und selbstorganisierte Monolagen (SAMs).

Für unsere experimentellen Untersuchungen am InnovationLab setzen wir vor allem die In-situ-Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie ein. Für weitere Untersuchungen haben wir auch ein Infrarot-Ellipsometer am KIP. Im Abschnitt Methoden finden Sie weitere Details zu unseren Versuchsaufbauten. Auf unserer Homepage finden Sie weitere Informationen zu unserer laufenden Forschung und unserem Team am InnovationLab. Bei weiteren Fragen zu unserer Forschung sprechen Sie uns einfach persönlich an.

Forschungsschwerpunkt

Interne Schnittstellen und Phasengrenzen spielen bei elektronischen Geräten eine wichtige Rolle. Dies gilt, aufgrund der großen Anzahl organischer und anorganischer Schichten, insbesondere für Bauelemente in der organischen Elektronik. Sehr oft werden komplizierte Schichtstrukturen mit unterschiedlichsten Materialien eingesetzt, um die Geräteleistungen zu optimieren. Die elektronischen und morphologischen Eigenschaften dieser Materialien müssen genau aufeinander abgestimmt werden, um ein detailliertes Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen an Grenzflächen zu erhalten.

Darüber hinaus werden in organischen elektronischen Bauteilen zahlreiche Arten von Mischschichten in unterschiedlichen Funktionen aufgebracht, z.B. dotierte Transport- und Emissionsschichten in organischen Leuchtdioden und Donator-Akzeptor-Grenzfläche in der organischen Solarzelle. In diesen gemischten Systemen ist ein grundlegendes Verständnis der Wechselwirkungen, die die Morphologie und die elektronischen Eigenschaften beeinflussen, von großer Bedeutung. .

Grenzflächen organischer Halbleiter

Wir untersuchen Grenzflächen organischer Halbleiter mittels In-situ-Infrarotspektroskopie im Ultrahochvakuum (UHV). Mit dieser Technik können wir IR-Spektren von Grenzflächen während der kontrollierten Schichtabscheidung in UHV messen. Durch Auswertung der spektralen Änderungen für Grenzflächenschichten im Vergleich zu den Spektren der reinen Schichten, identifizieren wir den Ladungstransfer zwischen den verschiedenen Materialien. Darüber hinaus ist es möglich, die Menge der übertragenen Ladungen pro Dotierstoffmolekül zu quantifizieren.

Durch den Vergleich von experimentellen Spektren mit theoretischen Berechnungen kann auch eine mögliche Vorzugsorientierung der Moleküle für verschiedene Grenzflächen ermittelt werden. Die relative molekulare Orientierung an Grenzflächen ist sowohl für den Energie- als auch für den Ladungstransport an der Grenzfläche entscheidend. Darüber hinaus können wir mittels temperaturabhängiger Messungen die Morphologie des untersuchten Systems beeinflussen und etwas über die beteiligten Mechanismen erfahren, z.B. Diffusion.

Die kontrollierte gezielte Veränderung der elektronischen und morphologischen Eigenschaften von Grenzflächen mit selbstorganisierten Mono- und Polyelektrolyten ist das übergeordnete Ziel des interdisziplinären Forschungsverbundes.

Dotierung organischer Halbleiter

Die Diffusion von Molekülen ist besonders wichtig für die Dotierung organischer Halbleiter. Häufige Probleme sind die unerwünschte Agglomeration und Diffusion von Dotierungsmolekülen, die beide im Allgemeinen zu einer Abnahme der Bauteileffizienz führen.
In Analogie zu den Untersuchungen an Grenzflächen kann die Ladungstransfereffizienz in dotierten Schichten durch eine quantitative Analyse der Schwingungsmoden durchgeführt werden. Zu diesem Zweck werden Verschiebungen der Anregungsenergien sowie Intensitätsänderungen der Schwingungsbanden ausgewertet. So lassen sich Rückschlüsse auf das Verhältnis zwischen geladenen und neutralen Molekülen ziehen.

Unsere Forschung zu Morphologie und elektronischen Eigenschaften organischer Halbleiter an Grenzflächen und in Mischphasen wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des InterPhase Projekts (FKZ 13N13657) gefördert.

Infrarot-Spektroskopie

Wir verwenden ein Fourier-Transform-Infrarot (FTIR) -Spektrometer (Vertex80v, Bruker), das an eine Ultrahochvakuumkammer (UHV) gekoppelt ist. Durch die Verwendung einer eigens entwickelten Spiegeloptik wird der IR-Strahl in die UHV-Kammer gelenkt und auf die Probe fokussiert. Dieser Aufbau ermöglicht es uns, Infrarotspektren während des Aufdampfens dünner Schichten organischer Halbleiter unter sehr genau definierten Bedingungen zu messen. Mit verschiedenen Strahlungsquellen, Strahlteilern und Detektoren können wir den Spektralbereich von 10 cm-1 bis ca. 10 000 cm-1.

Die Infrarotspektroskopie ist ein mächtiges Analysewerkzeug mit hoher chemischer Sensitivität, mit dem sich nicht nur molekulare Schwingungen, sondern auch elektronische Anregungen untersuchen lassen.

Spektroskopische Ellipsometrie

Wir untersuchen dünne organische Schichten mit einem am KIP befindlichen Infrarotellipsometer (IR-VASE, Woollam). Mit einem DTGS-Detektor können wir den mittleren Infrarotbereich (350 - 6000 cm-1) mit einer Auflösung von bis zu 1 cm-1 messen. Der Vorteil der Ellipsometrie ist, dass sowohl der Brechungsindex als auch der Extinktionskoeffizient und damit die gesamte dielektrische Funktion gleichzeitig bestimmt werden können. Diese Methode ermöglicht es, beispielsweise die Orientierung von Molekülen in dünnen organischen Schichten oder die Leitfähigkeit eines gut leitenden Materials zu bestimmen.

Master & Bachelor

Adriana Salazar

Master student
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Alumni

    • Dr. Milan Alt
    • Rainer Bäuerle
    • Dr. Sebastian Beck
    • Jakob Bernhardt
    • Dr. David Gerbert
    • Dr. Tobias Glaser
    • Sebastian Hell
    • Dr. Sabina Hillebrandt
    • Robin Kaissner
    • Peter Krebsbach
    • Johannes Kröner
    • Joshua Kress
    • Dominik Lüke
    • Heiko Mager
    • Schko Sabir
    • Patrick Schilling
    • Dr. Michael Sendner
    • Vipilan Sivanesan
    • Sven Tengeler
    • Dr. Jens Trollmann
    • Johannes Zimmermann