TY - GEN A1 - Inal, Sahika A1 - Kölsch, Jonas D. A1 - Chiappisi, Leonardo A1 - Janietz, Dietmar A1 - Gradzielski, Michael A1 - Laschewsky, André A1 - Neher, Dieter T1 - Structure-related differences in the temperature-regulated fluorescence response of LCST type polymers N2 - We demonstrate new fluorophore-labelled materials based on acrylamide and on oligo(ethylene glycol) (OEG) bearing thermoresponsive polymers for sensing purposes and investigate their thermally induced solubility transitions. It is found that the emission properties of the polarity-sensitive (solvatochromic) naphthalimide derivative attached to three different thermoresponsive polymers are highly specific to the exact chemical structure of the macromolecule. While the dye emits very weakly below the LCST when incorporated into poly(N-isopropylacrylamide) (pNIPAm) or into a polyacrylate backbone bearing only short OEG side chains, it is strongly emissive in polymethacrylates with longer OEG side chains. Heating of the aqueous solutions above their cloud point provokes an abrupt increase of the fluorescence intensity of the labelled pNIPAm, whereas the emission properties of the dye are rather unaffected as OEG-based polyacrylates and methacrylates undergo phase transition. Correlated with laser light scattering studies, these findings are ascribed to the different degrees of pre-aggregation of the chains at low temperatures and to the extent of dehydration that the phase transition evokes. It is concluded that although the temperature-triggered changes in the macroscopic absorption characteristics, related to large-scale alterations of the polymer chain conformation and aggregation, are well detectable and similar for these LCST-type polymers, the micro-environment provided to the dye within each polymer network differs substantially. Considering sensing applications, this finding is of great importance since the temperature-regulated fluorescence response of the polymer depends more on the macromolecular architecture than the type of reporter fluorophore. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 251 KW - anionic polymerizations KW - dilute aqueous-solutions KW - ether methacrylates KW - n-isopropylacrylamide KW - oligo(ethylene glycol) methacrylate KW - phase-transitions KW - protein interactions KW - solvatochromic fluorophore KW - thermoresponsive polymers KW - to-coil transition Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-95379 SP - 6603 EP - 6612 ER - TY - THES A1 - Lange, Ilja T1 - Energetische Struktur von Schichten organischer Halbleiter und ihr fundamentaler Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften organischer elektronischer Bauteile Y1 - 2014 ER - TY - JOUR A1 - Karamzadeh Toularoud, Nasim A1 - Heimann, Sebastian A1 - Dahm, Torsten A1 - Krüger, Frank T1 - Application based seismological array design by seismicity scenario modelling JF - Geophysical journal international N2 - The design of an array configuration is an important task in array seismology during experiment planning. Often the array response function (ARF), which depends on the relative position of array stations and frequency content of the incoming signals, is used as the array design criterion. In practice, additional constraints and parameters have to be taken into account, for example, land ownership, site-specific noise levels or characteristics of the seismic sources under investigation. In this study, a flexible array design framework is introduced that implements a customizable scenario modelling and optimization scheme by making use of synthetic seismograms. Using synthetic seismograms to evaluate array performance makes it possible to consider additional constraints. We suggest to use synthetic array beamforming as an array design criterion instead of the ARF. The objective function of the optimization scheme is defined according to the monitoring goals, and may consist of a number of subfunctions. The array design framework is exemplified by designing a seven-station small-scale array to monitor earthquake swarm activity in Northwest Bohemia/Vogtland in central Europe. Two subfunctions are introduced to verify the accuracy of horizontal slowness estimation; one to suppress aliasing effects due to possible secondary lobes of synthetic array beamforming calculated in horizontal slowness space and the other to reduce the event’s mislocation caused by miscalculation of the horizontal slowness vector. Subsequently, a weighting technique is applied to combine the subfunctions into one single scalar objective function to use in the optimization process. KW - Array Seismology KW - Array design KW - Seismicity modelling Y1 - 2018 SN - 0956-540X SN - 1365-246X VL - 216 IS - 3 SP - 1711 EP - 1727 PB - Oxford Univ. Press CY - Oxford ER - TY - JOUR A1 - Li, Tian-yi A1 - Benduhn, Johannes A1 - Qiao, Zhi A1 - Liu, Yuan A1 - Li, Yue A1 - Shivhare, Rishi A1 - Jaiser, Frank A1 - Wang, Pei A1 - Ma, Jie A1 - Zeika, Olaf A1 - Neher, Dieter A1 - Mannsfeld, Stefan C. B. A1 - Ma, Zaifei A1 - Vandewal, Koen A1 - Leo, Karl T1 - Effect of H- and J-Aggregation on the Photophysical and Voltage Loss of Boron Dipyrromethene Small Molecules in Vacuum-Deposited Organic Solar Cells JF - The journal of physical chemistry letters N2 - An understanding of the factors limiting the open-circuit voltage (V-oc) and related photon energy loss mechanisms is critical to increase the power conversion efficiency (PCE) of small-molecule organic solar cells (OSCs), especially those with near-infrared (NIR) absorbers. In this work, two NIR boron dipyrromethene (BODIPY) molecules are characterized for application in planar (PHJ) and bulk (BHJ) heterojunction OSCs. When two H atoms are substituted by F atoms on the peripheral phenyl rings of the molecules, the molecular aggregation type in the thin film changes from the H-type to J-type. For PHJ devices, the nonradiative voltage loss of 0.35 V in the J-aggregated BODIPY is lower than that of 0.49 V in the H-aggregated device. In BHJ devices with a nonradiative voltage loss of 0.35 V, a PCE of 5.5% is achieved with an external quantum efficiency (EQE) maximum of 68% at 700 nm. Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.9b01222 SN - 1948-7185 VL - 10 IS - 11 SP - 2684 EP - 2691 PB - American Chemical Society CY - Washington ER - TY - JOUR A1 - Yang, Xiao Hui A1 - Jaiser, Frank A1 - Stiller, Burkhard A1 - Neher, Dieter A1 - Galbrecht, Frank A1 - Scherf, Ullrich T1 - Efficient polymer electrophosphoreseent devices with interfacial layers JF - Advanced functional materials N2 - It is shown that several polymers can form insoluble interfacial layers on a poly (ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) layer after annealing of the double-layer structure. The thickness of the interlayer is dependent on the characteristics of the underlying PEDOT.PSS and the molecular weight of the polymers. It is further shown that the electronic structures of the interlayer polymers have a significant effect on the properties of red-light-emitting polymer-based electrophosphorescent devices. Upon increasing the highest occupied molecular orbital and lowest unoccupied molecular orbital positions, a significant increase in current density and device efficiency is observed. This is attributed to efficient blocking of electrons in combination with direct injection of holes from the interlayer to the phosphorescent dye. Upon proper choice of the interlayer polymer, efficient red, polymer-based electrophosphorescent devices with a peak luminance efficiency of 5.5 cd A(-1) (external quantum efficiency = 6 %) and a maximum power-conversion efficiency of 5 Im W-1 can be realized. Y1 - 2006 U6 - https://doi.org/10.1002/adfm.200500834 SN - 1616-301X SN - 1616-3028 VL - 16 IS - 16 SP - 2156 EP - 2162 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - THES A1 - Mitzscherling, Steffen T1 - Polyelectrolyte multilayers for plasmonics and picosecond ultrasonics T1 - Multischichten aus Polyelektrolyten in der Pikosekundenakustik und Plasmonik N2 - This thesis investigates the application of polyelectrolyte multilayers in plasmonics and picosecond acoustics. The observed samples were fabricated by the spin-assisted layer-by-layer deposition technique that allowed a precise tuning of layer thickness in the range of few nanometers. The first field of interest deals with the interaction of light-induced localized surface plasmons (LSP) of rod-shaped gold nanoparticles with the particles' environment. The environment consists of an air phase and a phase of polyelectrolytes, whose ratio affects the spectral position of the LSP resonance. Measured UV-VIS spectra showed the shift of the LSP absorption peak as a function of the cover layer thickness of the particles. The data are modeled using an average dielectric function instead of the dielectric functions of air and polyelectrolytes. In addition using a measured dielectric function of the gold nanoparticles, the position of the LSP absorption peak could be simulated with good agreement to the data. The analytic model helps to understand the optical properties of metal nanoparticles in an inhomogeneous environment. The second part of this work discusses the applicability of PAzo/PAH and dye-doped PSS/PAH polyelectrolyte multilayers as transducers to generate hypersound pulses. The generated strain pulses were detected by time-domain Brillouin scattering (TDBS) using a pump-probe laser setup. Transducer layers made of polyelectrolytes were compared qualitatively to common aluminum transducers in terms of measured TDBS signal amplitude, degradation due to laser excitation, and sample preparation. The measurements proved that fast and easy prepared polyelectrolyte transducers provided stronger TDBS signals than the aluminum transducer. AFM topography measurements showed a degradation of the polyelectrolyte structures, especially for the PAzo/PAH sample. To quantify the induced strain, optical barriers were introduced to separate the transducer material from the medium of the hypersound propagation. Difficulties in the sample preparation prohibited a reliable quantification. But the experiments showed that a coating with transparent polyelectrolytes increases the efficiency of aluminum transducers and modifies the excited phonon distribution. The adoption of polyelectrolytes to the scientific field of picosecond acoustics enables a cheap and fast fabrication of transducer layers on most surfaces. In contrast to aluminum layers the polyelectrolytes are transparent over a wide spectral range. Thus, the strain modulation can be probed from surface and back. N2 - Diese Doktorarbeit behandelt die Verwendung von Multischichtsystemen aus Polyelektrolyten in den Fachgebieten der Plasmonik und der Pikosekunden-Akustik. Die verwendeten Proben wurden mit dem Spincoater-gestützten Layer-by-Layer-Verfahren hergestellt. Diese Methode ermöglichte die Einstellung Schichtdicke mit einer Präzision von wenigen Nanometern. Im Bereich der Plasmonik wurde die Wechselwirkung von Oberflächenplasmonen stabförmiger Gold-Nanopartikel mit deren Umgebung untersucht. Diese Umgebung bestand aus zwei Phasen: Polyelektrolyte und Luft. Das Volumenverhältnis der Materialien bestimmte die spektrale Position des Oberflächenplasmons. Bei zunehmender Einbettung der Goldpartikel zeigten die gemessenen UV-VIS Spektren eine Rotverschiebung der Plasmonenabsorption. Es wurde ein Modell entwickelt, das die inhomogene Umgebung der Partikel durch eine mittlere dieelekrische Funktion beschreibt. Nachdem die dielektrische Funktion der Goldpartikel in separaten Messungen bestimmt waren, konnte die Lage der Plasmonenabsorption berechnet werden. Die Berechnungen stimmten dabei mit den Messwerten überein. Mit diesem analytischen Modell ist es möglich, die optischen Eigenschaften von metallischen Nanopartikeln in einer inhomogenene Umgebung zu verstehen. Der zweite Teil dieser Arbeit diskutiert die Anwendbarkeit von polyelektrolytischen Multischichten aus PAzo/PAH bzw. Porphyrin-dotiertem PSS/PAH für die Erzeugung von Hyperschallpulsen. Die erzeugten Schallpulse wurden durch zeitaufgelöste Brillouin-Streuung in einem sogenannten pump-probe Aufbau detektiert. Schallerzeugende Schichten aus Polyelektrolyten wurden mit Wandlern aus Aluminium verglichen. Die Messungen zeigten, dass die Polyelektrolyte sehr gut für die Erzeugung von Schallpulsen geeignet sind. Der einfachen Probenpräparation und der guten Effizienz steht jedoch eine geringe Zerstörschwelle gegenüber. AFM-Messungen zeigten besonders bei den PAzo/PAH Multischichten sehr starke Veränderungen in der Struktur. Eine Quantisierung der induzierten Schallamplitude sollte durch eine optische Trennung von Wandler und Propagationmedium erreicht werden. Da die Trennschichten auch eine akustische Abkopplung bewirkten, ließen sich die Schallamplituden nicht bestimmen. Es wurde jedoch festgestellt, dass sich die Effizienz eines Aluminium-Wandlers durch das Aufbringen transparenter Polyelektrolytschichten deutlich steigern lässt. Die Herstellung von Ultraschall-Wandlern aus Polyelektrolyten erweitert die Möglichkeiten der Pikosekunden-Akustik. Zum einen können diese Wandler schnell und kostengünstig direkt auf fast jeder Oberfläche aufgebracht werden. Zum anderen sind Polyelektrolyte in einem breiten Spektralbereich transparent. Das ermöglicht Messungen von der Vorderseite, die bei herkömmlichen Aluminium-Wandlern nicht oder nur schwer realisierbar sind. KW - polyelectrolyte KW - plasmonics KW - picosecond acoustics KW - hypersound KW - nanoparticle KW - Polyelektrolyte KW - Pikosekundenakustik KW - Hyperschall KW - Plasmonik KW - Nanopartikel Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-80833 ER - TY - JOUR A1 - Kurpiers, Jona A1 - Ferron, Thomas A1 - Roland, Steffen A1 - Jakoby, Marius A1 - Thiede, Tobias A1 - Jaiser, Frank A1 - Albrecht, Steve A1 - Janietz, Silvia A1 - Collins, Brian A. A1 - Howard, Ian A. A1 - Neher, Dieter T1 - Probing the pathways of free charge generation in organic bulk heterojunction solar cells JF - Nature Communications N2 - The fact that organic solar cells perform efficiently despite the low dielectric constant of most photoactive blends initiated a long-standing debate regarding the dominant pathways of free charge formation. Here, we address this issue through the accurate measurement of the activation energy for free charge photogeneration over a wide range of photon energy, using the method of time-delayed collection field. For our prototypical low bandgap polymer:fullerene blends, we find that neither the temperature nor the field dependence of free charge generation depend on the excitation energy, ruling out an appreciable contribution to free charge generation though hot carrier pathways. On the other hand, activation energies are on the order of the room temperature thermal energy for all studied blends. We conclude that charge generation in such devices proceeds through thermalized charge transfer states, and that thermal energy is sufficient to separate most of these states into free charges. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1038/s41467-018-04386-3 SN - 2041-1723 VL - 9 PB - Nature Publ. Group CY - London ER - TY - JOUR A1 - Sarhan, Radwan Mohamed A1 - Koopman, Wouter-Willem Adriaan A1 - Pudell, Jan-Etienne A1 - Stete, Felix A1 - Rössle, Matthias A1 - Herzog, Marc A1 - Schmitt, Clemens Nikolaus Zeno A1 - Liebig, Ferenc A1 - Koetz, Joachim A1 - Bargheer, Matias T1 - Scaling up nanoplasmon catalysis BT - the role of heat dissipation JF - The journal of physical chemistry : C, Nanomaterials and interfaces N2 - Nanoscale heating by optical excitation of plasmonic nanoparticles offers a new perspective of controlling chemical reactions, where heat is not spatially uniform as in conventional macroscopic heating but strong temperature gradients exist around microscopic hot spots. In nanoplasmonics, metal particles act as a nanosource of light, heat, and energetic electrons driven by resonant excitation of their localized surface plasmon resonance. As an example of the coupling reaction of 4-nitrothiophenol into 4,4′-dimercaptoazobenzene, we show that besides the nanoscopic heat distribution at hot spots, the microscopic distribution of heat dictated by the spot size of the light focus also plays a crucial role in the design of plasmonic nanoreactors. Small sizes of laser spots enable high intensities to drive plasmon-assisted catalysis. This facilitates the observation of such reactions by surface-enhanced Raman scattering, but it challenges attempts to scale nanoplasmonic chemistry up to large areas, where the excess heat must be dissipated by one-dimensional heat transport. KW - Gold KW - Raman spectroscopy KW - Silicon KW - Irradiation KW - Lasers Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b12574 SN - 1932-7447 VL - 123 IS - 14 SP - 9352 EP - 9357 PB - American Chemical Society CY - Washington ER - TY - THES A1 - Kurpiers, Jona T1 - Probing the pathways of free charge generation and recombination in organic solar cells T1 - Pfade der Generierung und Rekombination freier Ladungsträger in organischen Solarzellen BT - the role of excess energy and dispersive effects BT - die Rolle von Überschussenergie und dispersiven Effekten N2 - Organic semiconductors are a promising class of materials. Their special properties are the particularly good absorption, low weight and easy processing into thin films. Therefore, intense research has been devoted to the realization of thin film organic solar cells (OPVs). Because of the low dielectric constant of organic semiconductors, primary excitations (excitons) are strongly bound and a type II heterojunction needs to be introduced to split these excitations into free charges. Therefore, most organic solar cells consist of at least an electron donor and electron acceptor material. For such donor acceptor systems mainly three states are relevant; the photoexcited exciton on the donor or acceptor material, the charge transfer state at the donor-acceptor interface and the charge separated state of a free electron and hole. The interplay between these states significantly determines the efficiency of organic solar cells. Due to the high absorption and the low charge carrier mobilities, the active layers are usually thin but also, exciton dissociation and free charge formation proceeds rapidely, which makes the study of carrier dynamics highly challenging. Therefore, the focus of this work was first to install new experimental setups for the investigation of the charge carrier dynamics in complete devices with superior sensitivity and time resolution and, second, to apply these methods to prototypical photovoltaic materials to address specific questions in the field of organic and hybrid photovoltaics. Regarding the first goal, a new setup combining transient absorption spectroscopy (TAS) and time delayed collection field (TDCF) was designed and installed in Potsdam. An important part of this work concerned the improvement of the electronic components with respect to time resolution and sensitivity. To this end, a highly sensitive amplifier for driving and detecting the device response in TDCF was developed. This system was then applied to selected organic and hybrid model systems with a particular focus on the understanding of the loss mechanisms that limit the fill factor and short circuit current of organic solar cells. The first model system was a hybrid photovoltaic material comprising inorganic quantum dots decorated with organic ligands. Measurements with TDCF revealed fast free carrier recombination, in part assisted by traps, while bias-assisted charge extraction measurements showed high mobility. The measured parameters then served as input for a successful description of the device performance with an analytical model. With a further improvement of the instrumentation, a second topic was the detailed analysis of non-geminate recombination in a disordered polymer:fullerene blend where an important question was the effect of disorder on the carrier dynamics. The measurements revealed that early time highly mobile charges undergo fast non-geminate recombination at the contacts, causing an apparent field dependence of free charge generation in TDCF experiments if not conducted properly. On the other hand, recombination the later time scale was determined by dispersive recombination in the bulk of the active layer, showing the characteristics of carrier dynamics in an exponential density of state distribution. Importantly, the comparison with steady state recombination data suggested a very weak impact of non-thermalized carriers on the recombination properties of the solar cells under application relevant illumination conditions. Finally, temperature and field dependent studies of free charge generation were performed on three donor-acceptor combinations, with two donor polymers of the same material family blended with two different fullerene acceptor molecules. These particular material combinations were chosen to analyze the influence of the energetic and morphology of the blend on the efficiency of charge generation. To this end, activation energies for photocurrent generation were accurately determined for a wide range of excitation energies. The results prove that the formation of free charge is via thermalized charge transfer states and does not involve hot exciton splitting. Surprisingly, activation energies were of the order of thermal energy at room temperature. This led to the important conclusion that organic solar cells perform well not because of predominate high energy pathways but because the thermalized CT states are weakly bound. In addition, a model is introduced to interconnect the dissociation efficiency of the charge transfer state with its recombination observable with photoluminescence, which rules out a previously proposed two-pool model for free charge formation and recombination. Finally, based on the results, proposals for the further development of organic solar cells are formulated. N2 - Organische Halbleiter sind eine vielversprechende Materialklasse. Ihre besonderen Eigenschaften sind die gute Absorption, das geringe Gewicht und die einfache Verarbeitung zu dünnen Filmen. Daher wird intensiv an der Realisierung organischer Dünnschichtsolarzellen (OPVs) geforscht. Aufgrund der niedrigen Dielektrizitätskonstante organischer Halbleiter sind primäre Anregungen (Exzitonen) jedoch stark gebunden, und es muss ein Typ II-Heteroübergang eingeführt werden, um diese Anregungen in freie Ladungen zu trennen. Daher bestehen die meisten organischen Solarzellen aus mindestens einem Elektronendonator und einem Elektronenakzeptormaterial. Für solche Donator-Akzeptorsysteme sind hauptsächlich drei Zustünde relevant; das Exziton auf dem Donator- oder Akzeptormaterial, der Ladungstransferzustand an der Donator-Akzeptor-Grenzfläche und der ladungsgetrennte Zustand eines freien Elektrons und Lochs. Das Zusammenspiel dieser Zustände bestimmt maßgeblich die Effizienz organischer Solarzellen. Aufgrund der hohen Absorption und der geringen Ladungsträgermobilitäten sind die aktiven Schichten dünn, aber auch die Exzitonendissoziation und die Bildung freier Ladung findet auf kurzen Zeitskalen statt, was die Analyse der Ladungsträgerdynamik erschwert. Im Mittelpunkt dieser Arbeit standen daher zunächst die Installation neuer Versuchsaufbauten zur Untersuchung der Ladungsträgerdynamik in optimierten Solarzellen mit überlegener Empfindlichkeit und Zeitauflösung sowie die Anwendung dieser Methoden auf prototypische photovoltaische Materialien. Im Hinblick auf das erste Ziel wurde ein neuer Aufbau, der optische Methoden wie die zeitaufgelöste Absorptionsspektroskopie (TAS) mit optolektronischen Methoden, wie die zeitaufgelöste Ladungsextraktion (TDCF) kombiniert. Ein wichtiger Teil dieser Arbeit war die Verbesserung der elektronischen Komponenten hinsichtlich der Zeitauflösung und Empfindlichkeit. Zu diesem Zweck wurde ein hochempfindlicher Verstärker zur Ansteuerung und Detektion der Probenantwort in TDCF entwickelt. Dieser Versuchsaufbau wurde im Folgenden auf verschiedene Modellsysteme angewendet, mit besonderem Fokus auf dem Verständnis der Verlustmechanismen, die den Füllfaktor und den Kurzschlussstrom organischer Solarzellen limittieren. Das erste Modellsystem ist ein hybrides Material, das aus anorganischen Quantenpunkten mit organischen Liganden besteht. Messungen mit TDCF ergaben eine schnelle Rekombination freier Ladungsträger, die teilweise durch Fallen unterstützt wurde, während Ladungsextraktionsexperimente unter quasi-konstanter Beleuchtung eine hohe Mobilität zeigten. Mit den gemessenen Parametern konnte die Kennlinie gut mit einem analytischen Modell beschrieben werden. Mit einer weiteren Verbesserung des Aufbaus konnte ein zweites Thema, die detaillierte Analyse der nicht-geminalen Rekombination in einer ungeordneten Polymer-Fulleren-Mischung bearbeitet werden. Die Messungen zeigten, dass hochmobilen Ladungen zu frühen Zeiten eine schnelle, nicht-geminale Rekombination an den Kontakten durchlaufen, was eine scheinbare Feldabhängigkeit der Generierung freier Ladung in TDCF-Experimenten verursachen kann. Andererseits wurde die Rekombination auf längeren Zeitskalen durch dispersive Rekombination in der aktiven Schicht bestimmt, wobei die Ursache der Ladungsträgerdynamik in einer exponentiellen Verteilung der Zustandsdichte liegt. Der Vergleich mit Rekombinationsdaten im stationären Zustand ergab einen sehr schwachen Einfluss nicht-thermalisierter Ladungsträger auf die Rekombinationseigenschaften der Solarzellen unter anwendungsrelevanten Bedingungen. Schließlich wurden temperatur- und feldabhängige Studien zur Erzeugung freier Ladung an drei Donator-Akzeptor-Kombinationen durchgeführt, wobei zwei Donatorpolymere der gleichen Materialfamilie mit zwei verschiedenen Fulleren-Akzeptormolekülen gemischt wurden. Diese besonderen Materialkombinationen wurden ausgewählt, um den Einfluss der Energetik und Morphologie der Mischung auf die Effizienz der Ladungserzeugung zu analysieren. Zu diesem Zweck wurden die Aktivierungsenergien für die Photostromerzeugung für einen weiten Bereich von Anregungsenergien genau bestimmt. Die Ergebnisse beweisen, dass die Bildung freier Ladungen über thermalisierte Ladungstransferzustände erfolgt und keine Aufspaltung mit heißen Exzitonen beinhaltet. Überraschenderweise sind die Aktivierungsenergien vergleichbar mit der thermischen Energie bei Raumtemperatur. Dies führte zu der wichtigen Schlussfolgerung, dass organische Solarzellen nicht aufgrund von hochenergetischen Pfaden gut funktionieren, sondern weil die thermalisierten Ladungstransferzustände schwach gebunden sind. Darüber hinaus wird ein Modell eingeführt, um die Dissoziationseffizienz des Ladungstransferzustands mit seiner mit Photolumineszenz beobachtbaren Rekombination zu verbinden, wodurch ein zuvor vorgeschlagenes Zwei-Pool-Modell für die Bildung und Rekombination von freien Ladungen ausgeschlossen wird. Abschließend werden auf Basis der Ergebnisse Vorschläge zur Weiterentwicklung organischer Solarzellen formuliert. KW - organic solar cells KW - time resolved pump probe spectroscopy Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-429099 ER - TY - THES A1 - Pavlenko, Elena T1 - Hybrid nanolayer architectures for ultrafast acousto-plasmonics in soft matter T1 - Hybride Nanolayer-Architekturen für ultraschnelle Akusto-Plasmonics in weicher Materie N2 - The goal of the presented work is to explore the interaction between gold nanorods (GNRs) and hyper-sound waves. For the generation of the hyper-sound I have used Azobenzene-containing polymer transducers. Multilayer polymer structures with well-defined thicknesses and smooth interfaces were built via layer-by-layer deposition. Anionic polyelectrolytes with Azobenzene side groups (PAzo) were alternated with cationic polymer PAH, for the creation of transducer films. PSS/PAH multilayer were built for spacer layers, which do not absorb in the visible light range. The properties of the PAzo/PAH film as a transducer are carefully characterized by static and transient optical spectroscopy. The optical and mechanical properties of the transducer are studied on the picosecond time scale. In particular the relative change of the refractive index of the photo-excited and expanded PAH/PAzo is Δn/n = - 2.6*10‐4. Calibration of the generated strain is performed by ultrafast X-ray diffraction calibrated the strain in a Mica substrate, into which the hyper-sound is transduced. By simulating the X-ray data with a linear-chain-model the strain in the transducer under the excitation is derived to be Δd/d ~ 5*10‐4. Additional to the investigation of the properties of the transducer itself, I have performed a series of experiments to study the penetration of the generated strain into various adjacent materials. By depositing the PAzo/PAH film onto a PAH/PSS structure with gold nanorods incorporated in it, I have shown that nanoscale impurities can be detected via the scattering of hyper-sound. Prior to the investigation of complex structures containing GNRs and the transducer, I have performed several sets of experiments on GNRs deposited on a small buffer of PSS/PAH. The static and transient response of GNRs is investigated for different fluence of the pump beam and for different dielectric environments (GNRs covered by PSS/PAH). A systematic analysis of sample architectures is performed in order to construct a sample with the desired effect of GNRs responding to the hyper-sound strain wave. The observed shift of a feature related to the longitudinal plasmon resonance in the transient reflection spectra is interpreted as the event of GNRs sensing the strain wave. We argue that the shift of the longitudinal plasmon resonance is caused by the viscoelastic deformation of the polymer around the nanoparticle. The deformation is induced by the out of plane difference in strain in the area directly under a particle and next to it. Simulations based on the linear chain model support this assumption. Experimentally this assumption is proven by investigating the same structure, with GNRs embedded in a PSS/PAH polymer layer. The response of GNRs to the hyper-sound wave is also observed for the sample structure with GNRs embedded in PAzo/PAH films. The response of GNRs in this case is explained to be driven by the change of the refractive index of PAzo during the strain propagation. N2 - Akustische Experimente auf ultraschnellen Zeitskalen ermöglichen die Bestimmung von Tiefeninformationen in Dünnschichtproben. Der Grundgedanke dieser Methode ist die Analyse von Schallwellen, die sich in dem zu untersuchenden Material ausbreiten. Die Schallpulse werden dabei üblicherweise mittels dünner Schichten erzeugt, die dafür auf die Probe aufgebracht werden. Diese Methode ist etabliert für die Untersuchung von harten, anorganischen Materialien, aber weniger entwickelt für weiche, organische Materialien. Die wenigen existierenden Untersuchungen von weichen Materialien mittels ultraschneller Akustik nutzen bisher die Ausdehnung dünner Metallfilme, beispielsweise aus Aluminium oder Titan, für den Umwandlungsprozess von kurzen Lichtpulsen zu Schallwellen. Die deutlich höheren Dichten der Metalle gegenüber der zu untersuchenden weichen Materie führen zu einer geringen Effizienz bei der Einkopplung der Schallpulse in das Material. Weiterhin ist es schwierig, die Metallfilme auf die zu untersuchenden Materialien chemisch aufzubringen. Eine Möglichkeit diese Probleme zu umgehen, ist die Verwendung von Licht-Schallwandlern aus chemisch ähnlicher, weicher Materialien. Hier präsentiere ich die Ergebnisse meiner Untersuchungen von Polymer Filmen, welche Azobenzen als aktiven Bestandteil für die photo-akustische Umwandlung enthalten. Dabei wurden die Filme mittels statischer, sowie auch zeitaufgelöster Spektroskopie untersucht. Mit zeitaufgelösten Brillouin-Streuungs-Experimenten habe ich die Schallgeschwindigkeit in den Polymeren und dem Azobenzen-Schallwandler zu 3.4±0.3 nm/ps bestimmt. Die relative transiente Änderung des Brechungsindex in dem Azobenzenfilm aus optischen Messungen beträgt Δn/n = - 2.6*10‐4. Die Untersuchung der Schallpropagation in verschiedenen Probengeometrien erlaubt es uns, Reflektionen der Schallwellen von verschiedenen Übergängen (Polymer/Quarz, Polymer/Luft) und die Ausbreitung der mechanischen Wellen in weiche (Polymere) und harte (Quarz) angrenzende Materialien zu studieren. Durch Untersuchungen an einer Probe mit Gold-Nano-Stäbchen innerhalb einer Polymerschicht habe ich die Möglichkeit aufgezeigt, die Tiefenposition der Nanopartikel zu bestimmen. Die Ausdehnung des photomechanischen Wandlers wurde mittels zeitaufgelöster Röntgenbeugung zu ε = Δd/d ̴ 5x10-4 bestimmt. Der zweite Teil der Doktorarbeit behandelt die Wechselwirkung von Schallwellen und Gold-Nano-Stäbchen (GNS). GNS werden oft in der Chemie und Biologie als plasmonische Marker eingesetzt. In den meisten Fällen werden die Teilchen dafür mit einer Hülle überzogen, um ihre Agglomeration zu unterdrücken oder um ihnen spezielle Sensoreigenschaften zu geben. Trotz ihrer häufigen Anwendung in teilweise sehr komplexen Geometrien sind die optischen und elastischen Eigenschaften der Hülle der Nanopartikel, sowie deren Wechselwirkung mit der Umgebung wenig erforscht. Um die Wechselwirkung zwischen GNS und Schallwellen zu untersuchen habe ich eine systematische Studie an verschiedenen Probenstrukturen unternommen. Dabei finden wir, dass die viskoelastische Verformung der Polymerhülle um die GNS von der unterschiedlichen Ausdehnung der Fläche unterhalb der Partikel und neben ihnen stammt. Diese Schlussfolgerung wird von einer Simulation ihrer Ausdehnungsdynamik unterstützt. Einen weiteren Beleg liefern Experimente bei denen die Verformung von Polymeren an der Oberfläche dadurch verringert wird, dass die Gold-Nano-Stäbchen mit einer zusätzlichen dünnen Polymerschicht bedeckt werden. KW - ultrafast dynamics KW - plasmonics KW - hypersound KW - azobenzene KW - ultrafast spectroscopy KW - ultraschnelle Dynamik KW - Pump-Probe Spektroskopie KW - Plasmonics KW - Gold-Nanopartikel KW - Azobenzene Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-99544 ER -