Ladungsträgerfallen in amorphen organischen Halbleitern (2003)

In dieser Arbeit wurde die energetische Verteilung der Ladungstragerfallen sowie andere elektrische und optische Eigenschaften von amorphen organischen Halbleitern untersucht. Besonderes Augenmerk lag dabei auf der Veranderung dieser Eigenschaften durch das Hinzufugen einer molekularen chemischen Verunreinigung (Dotierung) im Falle der aus kleinen Molekulen bestehenden Halbleiter und durch das Hinzufugen einer zweiten Monomereinheit im Falle der polymeren Halbleiter. Die Auswertung der gemessenen Fallenverteilungen in Dotierexperimenten mit den Loch-transportmaterialien a-NPD, 1-NaphDATA und MTDATA fuhrte zu der Erkenntnis, das bei der Frage, ob eine chemische Verunreinigung in einem Matrixmaterial eine Ladungstragerfalle verursacht, nicht der genaue chemische Aufbau oder die raumliche Struktur des Fremdmolekuls eine Rolle spielt, sondern lediglich die Lage seiner Grenzorbitale relativ zu denen des Matrixmaterials. Es stellt also nicht jede chemische Verunreinigung automatisch auch eine Ladungstragerfalle dar, sondern nur diejenige, deren Grenzorbital zwischen HOMO und LUMO des Matrixmaterials liegt. Die durch geeignete Dotierung verursachten tiefen Lochfallen zeigten deutliche Auswirkungen auf die elektrischen Eigenschaften von Ein- und Zweischichtbauelementen. Der Ladungstransport in der dotierten Lochtransportschicht wird durch die Fallen auch bei Raumtemperatur stark behindert, da die Ladungstragerbeweglichkeit um eine bis zwei Grosenordnungen abnimmt. Dadurch wird auch die Leuchtdichte von Zweischichtbauelementen mit dotierter Lochtransportschicht geringer, die Effizienz dieses Bauteils bleibt jedoch unverandert. Auch die optischen Eigenschaften von Lochtransportschichten werden durch die Dotierung beeinflust: die resultierenden Fallen wirken hier als Rekombinationszentren und verschieben die Wellenlange der Elektrolumineszenz. Die Messung der Betriebslebensdauer von Zweischichtbauelementen mit dotierter und undotierter Lochtransportschicht ergab hin-gegen keine Abhangigkeit von der Verteilung der Ladungstragerfallen. Der Mechanismus der Ermudung dieser OLEDs scheint also mit der Anwesenheit von Fremdmolekulen verbunden zu sein, nicht mit der Tiefe enthaltener Ladungstragerfallen. Im zweiten Teil der Arbeit wurden polymere organische Halbleiter im Hinblick auf ihre elektronischen Eigenschaften untersucht. Insbesondere wurde anhand eines Kopolymers der Einflus einer statistisch in den Makromolekulen verteilten zweiten Monomereinheit auf die Fallenverteilung und den elektrischen Transport aufgezeigt. Sowohl das Homopolymer P1 als auch das Kopolymer P2 zeigten eine sehr breite energetische Verteilung von Ladungstragerfallen. Bei P2 handelt es sich dabei ausschlieslich um Lochfallen, das Homopolymer weist hingegen Loch- und Elektronenfallen auf. In diesem Polymer konnte auch die Existenz von Strompfaden belegt werden. Diese sorgen dafur, das bei kleinen Stromen der Ladungstransport durch das Bauelement von nur wenigen Molekulen entlang der Pfade getragen wird. Die Ausbildung solcher Strompfade kann durch das Hinzufugen der zweiten Monomereinheit unterbunden werden, denn im Kopolymer P2 konnten keine Hinweise auf Strompfade gefunden werden. Die Unterschiede in den elektronischen Eigenschaften der beiden Polymere konnten auf eine geringere Linearitat der Ketten, eine geringere intermolekulare Ordnung und damit einer veranderten Morphologie innerhalb des statistischen Kopolymers zuruckgefuhrt werden. Die Untersuchung der thermisch stimulierten Depolarisation (TSD) ergab eine starke Polari-sierbarkeit der betrachteten Polymere. Diese ist der Ausrichtung der Polymerketten und ihrer Seitengruppen gemas ihres Dipolmoments im elektrischen Feld zuzuschreiben. Insbesondere scheint die in allen untersuchten Polymeren enthaltene Dimethyloctyloxy-Seitengruppe dabei eine wichtige Rolle zu spielen. Diese These sollte durch die Untersuchung von PPV-Derivaten ohne Dimethyloctyloxy-Seitengruppe in zukunftigen Arbeiten weiter verfolgt werden.