@phdthesis{Arvind2021,
  author    = {Arvind, Malavika},
  title     = {Regarding the role of aggregation and structural order on the mechanism of molecular doping of semiconducting polymers},
  doi       = {10.25932/publishup-50060},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-500606},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {vii, 153},
  year      = {2021},
  abstract  = {Polymeric semiconductors are strong contenders for replacing traditional inorganic semiconductors in electronic applications requiring low power, low cost and flexibility, such as biosensors, flexible solar cells and electronic displays. Molecular doping has the potential to enable this revolution by improving the conductivity and charge transport properties of this class of materials. Despite decades of research in this field, gaps in our understanding of the nature of dopant-polymer interactions has resulted in limited commercialization of this technology. This work aims at providing a deeper insight into the underlying mechanisms of molecular p-doping of semiconducting polymers in the solution and solid-state, and thereby bring the scientific community closer to realizing the dream of making organic semiconductors commonplace in the electronics industry. The role of 1) dopant size/shape, 2) polymer chain aggregation and 3) charge delocalization on the doping mechanism and efficiency is addressed using optical (UV-Vis-NIR) and electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopies. By conducting a comprehensive study of the nature and concentration of the doping-induced species in solutions of the polymer poly(3-hexylthiophene) (P3HT) with 3 different dopants, we identify the unique optical signatures of the delocalized polaron, localized polaron and charge-transfer complex, and report their extinction coefficient values. Furthermore, with X-ray diffraction, atomic force microscopy and electrical conductivity measurements, we study the impact of processing technique and doping mechanism on the morphology and thereby, charge transport through the doped films. This work demonstrates that the doping mechanism and type of doping-induced species formed are strongly influenced by the polymer backbone arrangement rather than dopant shape/size. The ability of the polymer chain to aggregate is found to be crucial for efficient charge transfer (ionization) and polaron delocalization. At the same time, our results suggest that the high ionization efficiency of a dopant-polymer system in solution may subsequently hinder efficient charge transport in the solid-state due to the reduction in the fraction of tie chains, which enable charges to move efficiently between aggregated domains in the films. This study demonstrates the complex multifaceted nature of polymer doping while providing important hints for the future design of dopant-host systems and film fabrication techniques.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Berthold2017,
  author    = {Berthold, Thomas},
  title     = {Tannine f{\"u}r nachhaltige und funktionale Kohlenstoffmaterialien},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-407564},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {85, xlvi},
  year      = {2017},
  abstract  = {In Zeiten eines sich schnell {\"a}ndernden und vielseitigen Energiemarktes m{\"u}ssen Kohlenstoffmaterialien f{\"u}r verschiedene Anforderungen einsetzbar sein. Dies erfordert flexibel synthetisierbare Kohlenstoffmaterialien bevorzugt aus g{\"u}nstigen und nachhaltigen Kohlenstoffquellen. Es ist allerdings nicht leicht Vorl{\"a}uferverbindungen auszumachen, welche sich einerseits f{\"u}r verschiedene Herstellungsverfahren eignen und deren Kohlenstoffprodukte andererseits in spezifischen Eigenschaften, wie der Struktur, des Stickstoffanteils, der Oberfl{\"a}che und der Porengr{\"o}ßen, eingestellt werden k{\"o}nnen. In diesem Zusammenhang k{\"o}nnen nat{\"u}rliche Polyphenole, etwa {\"u}bersch{\"u}ssige Tannine aus der Weinproduktion, eine neue Welt zu hoch funktionalen und vielseitig einstellbaren Kohlenstoffmaterialien mit hohen Ausbeuten {\"o}ffnen. Das Hauptziel dieser vorliegenden Thesis war es neue funktionale, einstellbare und skalierbare nanostrukturierte Kohlenstoffmaterialien aus Tanninen (insbesondere Tannins{\"a}ure) f{\"u}r unterschiedliche elektrochemische Zwecke zu synthetisieren und zu charakterisieren. Erm{\"o}glicht wurde dies durch unterschiedliche synthetische Herangehensweisen, wie etwa der polymeren Strukturdirektion, dem ionothermalen Templatieren und der weichen Templatierung. An Stelle des weitl{\"a}ufig gebr{\"a}uchlichen, aber kanzerogenen Vernetzungsagens Formaldehyd wurden bei den vorgestellten Synthesen Harnstoff und Thioharnstoff gew{\"a}hlt, um zugleich die synthetisierten Kohlenmaterialien variabel dotieren zu k{\"o}nnen. Daher wurden im ersten Teil der Arbeit die Wechselwirkungen, Reaktionen und thermischen Verhaltensweisen von Tannins{\"a}ure und Mixturen von Tannins{\"a}ure und Harnstoff bzw. Thioharnstoff untersucht, um daraus wichtige Erkenntnisse f{\"u}r die verschiedenen Kohlenstoffsynthesen zu gewinnen. Durch die Verwendung eines polymeren Strukturierungsagenz Pluronic P123 konnten in einer ersten Kohlenstoffsynthese nachhaltige und dotierbare Kohlenstoffpartikel mit Durchmessern im Nanometerbereich aus Tannins{\"a}ure und Harnstoff hergestellt werden. Es konnte dabei gezeigt werden, dass durch die Modifikation der verschiedenen Syntheseparameter die Kohlenstoffnanopartikel gem{\"a}ß ihres gemittelten Partikeldurchmessers, ihrer BET-Oberfl{\"a}che, ihrer Komposition, ihrer Leitf{\"a}higkeit und ihrer chemischen Stabilit{\"a}t einstellbar sind. Dies er{\"o}ffnete die M{\"o}glichkeit diese Kohlenstoffpartikel als alternatives und nachhaltiges Rußmaterial einzusetzen. Weiterhin war es durch die ionothermale Templatierung m{\"o}glich por{\"o}se, dotierte und kontrollierbare Kohlenstoffpartikel mit hohen spezifischen Oberfl{\"a}chen aus den gew{\"a}hlten Pr{\"a}kursorverbindungen zu synthetisieren, die sich f{\"u}r den Einsatz in Superkondensatoren eignen. Auf diesen Erkenntnissen aufbauend konnten mittels der Rotationsbeschichtung por{\"o}se binderfreie und strukturierte Kohlenstofffilme synthetisiert werden, die eine spinodale Struktur aufwiesen. Anhand der Modifikation der Stamml{\"o}sungskonzentration, der Rotationsgeschwindigkeit und der verwendeten Substrate konnten die Filmdicke (100-1000 nm), die Morphologie und Gesamtoberfl{\"a}che gezielt beeinflusst werden. Die erweiterte elektrochemische Analyse zeigte außerdem ein sehr gut zug{\"a}ngliches Porensystem der por{\"o}sen Kohlenstofffilme. Allumfassend konnten demnach verschiedene Synthesewege f{\"u}r Kohlenstoffmaterialien aus Tanninen aufgezeigt werden, die verschiedenartig strukturiert und kontrolliert werden k{\"o}nnen und sich f{\"u}r diverse Anwendungsgebiete eignen.},
  language  = {de}
}