• search hit 4 of 4
Back to Result List

Ladungsträger- und Anregungsdynamik in halbleitenden Polymerschichten mit eingemischten Emittern und Ladungsträgerfallen

Charge and excitation dynamics in semiconducting polymer layers doped with emitters and charge carrier traps

  • In Leuchtdioden wird Licht durch die Rekombination von injizierten Ladungsträgern erzeugt. Das kann einerseits in anorganischen Materialien geschehen. In diesem Fall ist es notwendig, hochgeordnete Kristallstrukturen herzustellen, die die Eigenschaften der Leuchtdioden bestimmen. Ein anderer Ansatz ist die Verwendung von organischen Molekülen und Polymeren. Auf Grund der Vielseitigkeit der organischen Chemie können die Eigenschaften der verwendeten halbleitenden Polymere schon während der Synthese beeinflusst werden. Außerdem weisen auch diese Polymere die bekannte mechanische Flexibilität auf. Die Herstellung von flexiblen, großflächigen Beleuchtungsquellen und Anzeigelementen ist so möglich. Die erste Leuchtdiode mit einem halbleitenden Polymer als Emitter wurde 1990 hergestellt. Seither hat das Forschungsgebiet eine rasante Entwicklung genommen. Auch erste kommerzielle Produkte sind erhältlich. Im Zuge dieser Entwicklung wurde deutlich, dass die Eigenschaften von polymeren Leuchtdioden – beispielsweise Farbe und Effizienz – durchIn Leuchtdioden wird Licht durch die Rekombination von injizierten Ladungsträgern erzeugt. Das kann einerseits in anorganischen Materialien geschehen. In diesem Fall ist es notwendig, hochgeordnete Kristallstrukturen herzustellen, die die Eigenschaften der Leuchtdioden bestimmen. Ein anderer Ansatz ist die Verwendung von organischen Molekülen und Polymeren. Auf Grund der Vielseitigkeit der organischen Chemie können die Eigenschaften der verwendeten halbleitenden Polymere schon während der Synthese beeinflusst werden. Außerdem weisen auch diese Polymere die bekannte mechanische Flexibilität auf. Die Herstellung von flexiblen, großflächigen Beleuchtungsquellen und Anzeigelementen ist so möglich. Die erste Leuchtdiode mit einem halbleitenden Polymer als Emitter wurde 1990 hergestellt. Seither hat das Forschungsgebiet eine rasante Entwicklung genommen. Auch erste kommerzielle Produkte sind erhältlich. Im Zuge dieser Entwicklung wurde deutlich, dass die Eigenschaften von polymeren Leuchtdioden – beispielsweise Farbe und Effizienz – durch die Verwendung mehrerer Komponenten in der aktiven Schicht deutlich verbessert werden können. Gleichzeitig ergeben sich neue Herausforderungen durch die Wechselwirkungen der verschiedenen Filmbestandteile. Während die Komponenten oft entweder zur Verbesserung des Ladungstransportes oder zur Beeinflussung der Emission zugegeben werden, muss darauf geachtet werden, dass die anderen Prozesse nicht negativ beeinflusst werden. In dieser Arbeit werden einige dieser Wechselwirkungen untersucht und mit einfachen physikalischen Modellen erklärt. So werden zunächst blau emittierende Leuchtdioden auf der Basis von Polyfluoren untersucht. Dieses Material ist zwar ein sehr effizienter blauer Emitter, jedoch ist es anfällig für chemische Defekte, diese sich nicht vollständig verhindern lassen. Die Defekte bilden Fallenzustände für Elektronen, ihr Einfluss lässt sich durch die Zugabe von Lochfallen unterdrücken. Der zugrunde liegende Prozess, die Beeinflussung der Ladungsträgerbalance, wird erklärt. Im Folgenden werden Mischsystemen mit dendronisierten Emittern, die gleichzeitig eine Falle für Elektronen bilden, untersucht. Hier wird die unterschiedliche Wirkung der isolierenden Hülle auf die Ladungs- und Energieübertragung zwischen Matrix und Farbstoffkern der Dendrimere untersucht. In Mischsystemen haben die Natur der angeregten Zustände sowie die Art und Weise des Ladungsträgertransportes einen großen Einfluss auf diese Transferprozesse. Außerden hat auch hier die Ladungsträgerbalance Auswirkungen auf die Emission. Um den Ladungsträgereinfang in Fallenzuständen zu charakterisieren, wird eine Methode auf Grundlage der Messung des zeitaufgelösten Photostroms in organischen Mischfilmen weiterentwickelt. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass die Übertragung der für geordnete Systeme entwickelten Modelle des Ladungsträgertransportes nicht ohne weiteres auf Polymersysteme mit hoher Unordnung übertragen werden können. Abschließend werden zeitaufgelöste Messungen der Phosphoreszenz in entsprechenden Mischungen aus Polymeren und organometallischen Verbindungen vorgestellt. Auch diese Systeme enthalten üblicherweise weitere Komponenten, die den Ladungstransport verbessern. In diesen Filmen kann es zu einer Übertragung der Tripletts vom Emitter auf die weiteren Filmbestandteile kommen. Bei Kenntnis der in Frage kommenden Wechselwirkungen können die unerwünschten Prozesse vermieden werden.show moreshow less
  • Light-emitting diodes generate light from the recombination of injected charge carriers. This can be obtained in inorganic materials. Here, it is necessary to produce highly ordered crystalline structures that determine the properties of the device. Another possibility is the utilization of organic molecules and polymers. Based on the versatile organic chemistry, it is possible to tune the properties of the semiconducting polymers already during synthesis. In addition, semiconducting polymers are mechanically flexible. Thus, it is possible to construct flexible, large-area light sources and displays. The first light-emitting diode using a polymer emitter was presented in 1990. Since then, this field of research has grown rapidly up to the point where first products are commercially available. It has become clear that the properties of polymer light-emitting diodes such as color and efficiency can be improved by incorporating multiple components inside the active layer. At the same time, this gives rise to new interactions betweenLight-emitting diodes generate light from the recombination of injected charge carriers. This can be obtained in inorganic materials. Here, it is necessary to produce highly ordered crystalline structures that determine the properties of the device. Another possibility is the utilization of organic molecules and polymers. Based on the versatile organic chemistry, it is possible to tune the properties of the semiconducting polymers already during synthesis. In addition, semiconducting polymers are mechanically flexible. Thus, it is possible to construct flexible, large-area light sources and displays. The first light-emitting diode using a polymer emitter was presented in 1990. Since then, this field of research has grown rapidly up to the point where first products are commercially available. It has become clear that the properties of polymer light-emitting diodes such as color and efficiency can be improved by incorporating multiple components inside the active layer. At the same time, this gives rise to new interactions between these components. While components are often added either to improve the charge transport or to change the emission, it has to made sure that other processes are not influenced in a negative manner. This work investigates some of these interactions and describes them with simple physical models. First, blue light-emitting diodes based on polyfluorene are analyzed. This polymer is an efficient emitter, but it is susceptible to the formation of chemical defects that can not be suppressed completely. These defects form electron traps, but their effect can be compensated by the addition of hole traps. The underlying process, namely the changed charge carrier balance, is explained. In the following, blend systems with dendronized emitters that form electron traps are investigated. The different influence of the insulating shell on the charge and energy transfer between polymer host and the emissive core of the dendrimers is examined. In the blend, the nature of the excited states as well as the method of the charge transport through the layer are of great importance to the transfer. Again, the charge carrier balance influences the emission. To characterize the trapping of charges in trap states, a method based on the measurement of transient photocurrents is enhanced. The results show that models developed for ordered systems can not simply be transferred to polymer systems with a high degree of disorder. Finally, time-resolved measurements of the phosphorescence decay in blends of polymers with organo-metallic compounds are shown. Usually, these systems contain more components that facilitate charge transport. Thus, triplets may be transferred from the phosphorescent dye other components of the film. Knowing the underlying interactions, unwanted processes can be suppressed.show moreshow less

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar Statistics
Metadaten
Author:Frank Jaiser
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus-9484
Advisor:Dieter Neher
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2006
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2006/08/28
Release Date:2006/10/05
Tag:OLED; conjugated polymers; multicomponent system
GND Keyword:OLED; Konjugierte Polymere; Mehrstoffsystem
RVK - Regensburg Classification:UV 9550
RVK - Regensburg Classification:UV 1080
Organizational units:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Physik und Astronomie
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik