title: Investigating the Dynamics of Aggregation in Chromophores used in Organic Photovoltaics with the Help of Simulations
Creators: name: Axel, Bourdick
Publisher: name: University of Bayreuth
Year: 2020
Subjects: subject: organic electronics
subject: organic photovoltaics
subject: organic semiconductors
subject: molecular aggregation
subject: molecular dynamics
subject: density functional theory
subject: organic solar cells
subject: conjugted small molecules
subject: 530

description: Aufgrund der Endlichkeit fossiler Energiequellen ist es notwendig eine nachhaltige, diversifizierte Energieversorgung in der Zukunft zu entwickeln. Hierbei ist ein naheliegender Ansatz, die Einstrahlung der Sonne direkt nutzbar zu machen. Organische Photovoltaik ist in den letzten Jahren zu einem sich sehr schnell entwickelnden Feld geworden, mit einer großen Breite an vielversprechenden Systemen, die für potenzielle industrielle Anwendungen untersucht werden. Organische Solarzellen können einfach und schnell hergestellt und auf flexiblen Materialien aufgetragen werden, wodurch sich ein breites Spektrum neuer Anwendungsgebiete ergibt. Obwohl in den letzten Jahren viele Fortschritte gemacht wurden, gibt es immer noch großen Forschungsbedarf, aufgrund von relativ kleiner Effizienz und kurzer Lebensdauer. Die Eigenschaften eines Bauelements hängen wesentlich mit der nano- und mesoskopischen Struktur des Materials zusammen. Eine kontinuierliche Herausforderung hierbei ist es, die Dynamik der molekularen Aggregation, aus der sich größere Strukturen ergeben, besser zu verstehen. Die molekulare Anordnung bestimmt die Bildung von geordneten und ungeordneten Strukturen, die die elektrooptischen Eigenschaften des fertigen Bauelements bestimmen. Erkenntnisse über diesen Aggregationsprozess können genutzt werden, um optimierte Molekularstrukturen mit speziellen Eigenschaften, oder für bestimmte Anwendungen, zu entwerfen. Diese Dissertation untersucht den molekularen Aggregationsprozess von Chromophoren mit Molekulardynamik und Dichtefunktionaltheorie Computersimulationen. Diese Methoden sind gut geeignet, um experimentelle Ergebnisse zu ergänzen und so ein tieferes Verständnis über die zugrunde liegenden Prozesse zu gewinnen. Wir untersuchen vielversprechende Systeme, die aus viel genutzten chemischen Bausteinen aufgebaut sind, zum Beispiel die Moleküle p-DTS(FBTTh2)2 („T1“) und p-SIDT(FBTTh2)2 („H1“), und dazu entworfen wurden, bestimmte Fragestellungen, wie den Einfluss der Symmetrie oder Rotationsfreiheit, zu beantworten. Wir benutzen Kraftfelder, die mit quantenchemischen Methoden optimiert wurden, um genaue Modelle der Systeme zu erstellen. So können wir molekulare Eigenschaften, wie die Interaktion mit verschiedenen Lösungsmitteln, die möglichen Strukturen, die sich ergeben können, die Freie Energie des Aggregationsprozesses oder die elektrischen Eigenschaften der Aggregate untersuchen. Mit dieser Herangehensweise gelingt es uns kontraintuitive Ergebnisse zu erklären und ein kohärentes Bild des Aggregationsprozesses für verschiedene Systeme zu zeichnen. Wir analysieren die Rolle von oft verwendeten Herstellungsparametern wie Flexibilität, Symmetrie, und Löslichkeit. So gelingt es uns Erkenntnisse zu gewinnen, die bei dem Entwurf von neuen, hochleistungsfähigen organischen Halbleitern für eine Vielzahl von Anwendungen, als Hilfe genutzt werden können.