TY - JOUR A1 - Grischek, Max A1 - Caprioglio, Pietro A1 - Zhang, Jiahuan A1 - Pena-Camargo, Francisco A1 - Sveinbjornsson, Kari A1 - Zu, Fengshuo A1 - Menzel, Dorothee A1 - Warby, Jonathan H. A1 - Li, Jinzhao A1 - Koch, Norbert A1 - Unger, Eva A1 - Korte, Lars A1 - Neher, Dieter A1 - Stolterfoht, Martin A1 - Albrecht, Steve T1 - Efficiency Potential and Voltage Loss of Inorganic CsPbI2Br Perovskite Solar Cells JF - Solar RRL N2 - Inorganic perovskite solar cells show excellent thermal stability, but the reported power conversion efficiencies are still lower than for organic-inorganic perovskites. This is mainly caused by lower open-circuit voltages (V(OC)s). Herein, the reasons for the low V-OC in inorganic CsPbI2Br perovskite solar cells are investigated. Intensity-dependent photoluminescence measurements for different layer stacks reveal that n-i-p and p-i-n CsPbI2Br solar cells exhibit a strong mismatch between quasi-Fermi level splitting (QFLS) and V-OC. Specifically, the CsPbI2Br p-i-n perovskite solar cell has a QFLS-e center dot V-OC mismatch of 179 meV, compared with 11 meV for a reference cell with an organic-inorganic perovskite of similar bandgap. On the other hand, this study shows that the CsPbI2Br films with a bandgap of 1.9 eV have a very low defect density, resulting in an efficiency potential of 20.3% with a MeO-2PACz hole-transporting layer and 20.8% on compact TiO2. Using ultraviolet photoelectron spectroscopy measurements, energy level misalignment is identified as a possible reason for the QFLS-e center dot V-OC mismatch and strategies for overcoming this V-OC limitation are discussed. This work highlights the need to control the interfacial energetics in inorganic perovskite solar cells, but also gives promise for high efficiencies once this issue is resolved. KW - CsPbI2Br KW - efficiency potentials KW - inorganic perovskites KW - photoluminescence KW - solar cells KW - voltage losses Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1002/solr.202200690 SN - 2367-198X VL - 6 IS - 11 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Zhang, Shanshan A1 - Stolterfoht, Martin A1 - Armin, Ardalan A1 - Lin, Qianqian A1 - Zu, Fengshuo A1 - Sobus, Jan A1 - Jin, Hui A1 - Koch, Norbert A1 - Meredith, Paul A1 - Burn, Paul L. A1 - Neher, Dieter T1 - Interface Engineering of Solution-Processed Hybrid Organohalide Perovskite Solar Cells JF - ACS applied materials & interfaces N2 - Engineering the interface between the perovskite absorber and the charge-transporting layers has become an important method for improving the charge extraction and open-circuit voltage (V-OC) of hybrid perovskite solar cells. Conjugated polymers are particularly suited to form the hole-transporting layer, but their hydrophobicity renders it difficult to solution-process the perovskite absorber on top. Herein, oxygen plasma treatment is introduced as a simple means to change the surface energy and work function of hydrophobic polymer interlayers for use as p-contacts in perovskite solar cells. We find that upon oxygen plasma treatment, the hydrophobic surfaces of different prototypical p-type polymers became sufficiently hydrophilic to enable subsequent perovskite junction processing. In addition, the oxygen plasma treatment also increased the ionization potential of the polymer such that it became closer to the valance band energy of the perovskite. It was also found that the oxygen plasma treatment could increase the electrical conductivity of the p-type polymers, facilitating more efficient charge extraction. On the basis of this concept, inverted MAPbI(3) perovskite devices with different oxygen plasma-treated polymers such as P3HT, P3OT, polyTPD, or PTAA were fabricated with power conversion efficiencies of up to 19%. KW - organohalide lead perovskites KW - solar cells KW - surface wetting KW - work function KW - oxygen plasma KW - transport layer Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1021/acsami.8b02503 SN - 1944-8244 VL - 10 IS - 25 SP - 21681 EP - 21687 PB - American Chemical Society CY - Washington ER - TY - THES A1 - Caprioglio, Pietro T1 - Non-radiative recombination losses in perovskite solar cells BT - from fundamental understanding to high efficiency devices BT - vom grundlegenden Verständnis zu hocheffizienten Bauteilen N2 - In the last decade the photovoltaic research has been preponderantly overturned by the arrival of metal halide perovskites. The introduction of this class of materials in the academic research for renewable energy literally shifted the focus of a large number of research groups and institutions. The attractiveness of halide perovskites lays particularly on their skyrocketing efficiencies and relatively simple and cheap fabrication methods. Specifically, the latter allowed for a quick development of this research in many universities and institutes around the world at the same time. The outcome has been a fast and beneficial increase in knowledge with a consequent terrific improvement of this new technology. On the other side, the enormous amount of research promoted an immense outgrowth of scientific literature, perpetually published. Halide perovskite solar cells are now effectively competing with other established photovoltaic technologies in terms of power conversion efficiencies and production costs. Despite the tremendous improvement, a thorough understanding of the energy losses in these systems is of imperative importance to unlock the full thermodynamic potential of this material. This thesis focuses on the understanding of the non-radiative recombination processes in the neat perovskite and in complete devices. Specifically, photoluminescence quantum yield (PLQY) measurements were applied to multilayer stacks and cells under different illumination conditions to accurately determine the quasi-Fermi levels splitting (QFLS) in the absorber, and compare it with the external open-circuit voltage of the device (V_OC). Combined with drift-diffusion simulations, this approach allowed us to pinpoint the sites of predominant recombination, but also to investigate the dynamics of the underlying processes. As such, the internal and external ideality factors, associated to the QFLS and V_OC respectively, are studied with the aim of understanding the type of recombination processes taking place in the multilayered architecture of the device. Our findings highlight the failure of the equality between QFLS and V_OC in the case of strong interface recombination, as well as the detrimental effect of all commonly used transport layers in terms of V_OC losses. In these regards, we show how, in most perovskite solar cells, different recombination processes can affect the internal QFLS and the external V_OC and that interface recombination dictates the V_OC losses. This line of arguments allowed to rationalize that, in our devices, the external ideality factor is completely dominated by interface recombination, and that this process can alone be responsible for values of the ideality factor between 1 and 2, typically observed in perovskite solar cells. Importantly, our studies demonstrated how strong interface recombination can lower the ideality factor towards values of 1, often misinterpreted as pure radiative second order recombination. As such, a comprehensive understanding of the recombination loss mechanisms currently limiting the device performance was achieved. In order to reach the full thermodynamic potential of the perovskite absorber, the interfaces of both the electron and hole transport layers (ETL/HTL) must be properly addressed and improved. From here, the second part of the research work is devoted on reducing the interfacial non-radiative energy losses by optimizing the structure and energetics of the relevant interface in our solar cell devices, with the aim of bringing their quasi-Fermi level splitting closer to its radiative limit. As such, the interfaces have been carefully addressed and optimized with different methodologies. First, a small amount of Sr is added into the perovskite precursor solution with the effect of effectively reducing surface and interface recombination. In this case, devices with V_OC up to 1.23 V were achieved and the energy losses were minimized to as low as 100 meV from the radiative limit of the material. Through a combination of different methods, we showed that these improvements are related to a strong n-type surface doping, which repels the holes in the perovskite from the surface and the interface with the ETL. Second, a more general device improvement was achieved by depositing a defect-passivating poly(ionic-liquid) layer on top of the perovskite absorber. The resulting devices featured a concomitant improvement of the V_OC and fill factor, up to 1.17 V and 83% respectively, reaching efficiency as high as 21.4%. Moreover, the protecting polymer layer helped to enhance the stability of the devices under prolonged maximum power point tracking measurements. Lastly, PLQY measurements are used to investigate the recombination mechanisms in halide-segregated large bandgap perovskite materials. Here, our findings showed how few iodide-rich low-energy domains act as highly efficient radiative recombination centers, capable of generating PLQY values up to 25%. Coupling these results with a detailed microscopic cathodoluminescence analysis and absorption profiles allowed to demonstrate how the emission from these low energy domains is due to the trapping of the carriers photogenerated in the Br-rich high-energy domains. Thereby, the strong implications of this phenomenon are discussed in relation to the failure of the optical reciprocity between absorption and emission and on the consequent applicability of the Shockley-Queisser theory for studying the energy losses such systems. In conclusion, the identification and quantification of the non-radiative QFLS and V_OC losses provided a base knowledge of the fundamental limitation of perovskite solar cells and served as guidance for future optimization and development of this technology. Furthermore, by providing practical examples of solar cell improvements, we corroborated the correctness of our fundamental understanding and proposed new methodologies to be further explored by new generations of scientists. N2 - In den letzten zehn Jahren hat sich die Photovoltaikforschung durch das Aufkommen von metallhalogeniden Perowskiten grundlegend geändert. Die Einführung dieser Materialklasse in der Forschung für erneuerbare Energien hat eine Neuorientierung einer großen Anzahl von Forschungsgruppen eingeleitet. Die Attraktivität von metallhalogeniden Perowskiten beruht insbesondere auf ihren hohen photovoltaischen Wirkungsgraden sowie ihren einfachen und billigen Herstellungsverfahren. Letzteres ermöglichte letztendlich auch die schnelle Entwicklung der Perowskit Photovoltaik an vielen Universitäten und Instituten weltweit. Die universitäre Forschung führte außerdem zu einem verbesserten Verständnis der Limitierungen der Solarzellen was zu einer weiteren Verbesserung der Technologie betrug. Auf der anderen Seite führte die intensive Forschung zu einem immensen Wachstum der wissenschaftlichen Publikationen. Halogenid-Perowskit-Solarzellen konkurrieren heute effektiv mit anderen etablierten Photovoltaik-Technologien hinsichtlich ihres Wirkungsgrades und der Produktionskosten. Trotz der der enormen Effizienzsteigerung ist ein gründliches Verständnis der Energieverluste in diesen Systemen von entscheidender Bedeutung, um das volle thermodynamische Potenzial dieses Materials auszuschöpfen. Diese Arbeit konzentriert sich auf das Verständnis nichtstrahlender Rekombinationsprozesse in den reinen Perowskitschichten und in vollständigen Solarzellen. Insbesondere wurden Messungen der Photolumineszenzquantenausbeute (PLQY) an Mehrschichtstapel und Zellen unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen durchgeführt, um die Quasi-Fermi-Niveau-Aufspaltung (QFLS) in der aktiven Schicht genau zu bestimmen und sie mit der externen Leerlaufspannung (VOC) der Bauteile zu vergleichen. In Kombination mit Drift-diffusions-Simulationen konnten wir mit diesem Ansatz die Stellen der vorherrschenden Rekombination in den Bauteilen lokalisieren, aber auch die Dynamik der zugrunde liegenden Prozesse untersuchen. In weiterer Folge wurden die internen und externen Idealitätsfaktoren, die mit dem QFLS bzw. VOC verbunden sind, untersucht, um die Art der Rekombinationsprozesse zu verstehen, die in Multischicht-Solarzellen stattfinden. Unsere Ergebnisse zeigten, dass das QFLS und der VOC bei starker Grenzflächenrekombination nicht gleich sind, sowie den nachteiligen Effekt aller häufig verwendeten Transportschichten in Bezug auf VOC-Verluste. In diesem Zusammenhang zeigten wir, wie in den meisten Perowskit-Solarzellen unterschiedliche Rekombinationsprozesse das interne QFLS und das externe VOC beeinflussen können und dass die Grenzflächenrekombination die VOC-Verluste dominiert. Diese Argumentation erlaubte es uns außerdem klären, warum in den Bauteilen der externe Idealitätsfaktor vollständig von der Grenzflächenrekombination dominiert wird und dass dieser Prozess allein für Werte des Idealitätsfaktors zwischen 1 und 2 verantwortlich sein kann, die typischerweise in Perowskit-Solarzellen beobachtet werden. Insbesondere zeigten unsere Studien, wie eine starke Grenzflächenrekombination den Idealitätsfaktor auf Werte von 1 senken kann, was häufig als reine strahlende Rekombination zweiter Ordnung misinterpretiert wird. Diese Studien ermöglichten uns daher ein umfassendes Verständnis der Rekombinationsverlustmechanismen, die derzeit den Wirkungsgrad limitieren. Um das volle thermodynamische Potential der Perowskit-Absorberschicht zu erreichen, müssen die Grenzflächen der Elektron- als auch der Lochtransportschicht (ETL/HTL) richtig adressiert und verbessert werden. Ausgehend davon, befasst sich der zweite Teil der Forschungsarbeit mit der Reduzierung der nichtstrahlenden Energieverluste an der Grenzfläche durch Optimierung der Struktur und Energetik der relevanten Grenzflächen in den Solarzellen, um deren Quasi-Fermi-Niveau-Aufspaltung näher ans strahlende Limit zu bringen. Daher wurden die Grenzflächen sorgfältig untersucht und mit unterschiedlichen Methoden optimiert. Zunächst wird der Perowskit-Lösung eine kleine Menge Strontium (Sr) zugesetzt, um die Oberflächen- und Grenzflächenrekombination effektiv zu reduzieren. In diesem Fall wurden Bauteile mit Leerlaufspannungen bis zu 1.23 V erreicht und die Energieverluste auf nur 100 meV bezüglich des strahlenden Limits des Materials reduziert. Durch eine Kombination unterschiedlicher Methoden haben wir in weiterer Folge gezeigt, dass diese Verbesserungen mit einer starken Oberflächendotierung vom n-Typ zusammenhängen, die die Löcher im Perowskit von der Oberfläche und der Grenzfläche zur ETL abstößt. Außerdem wurde eine allgemeinere Verbesserung der Bauteile erreicht, indem eine defektpassivierende Poly(ionische) Flüssigkeit auf dem Perowskit-Absorber abgeschieden wurde. Die resultierenden Solarzellen zeigten eine gleichzeitige Verbesserung des VOC und des Füllfaktors von 1.17 V bzw. 83% und erreichten einen Wirkungsgrad von bis zu 21.4%. Darüber hinaus trug die schützende Polymerschicht dazu bei, die Stabilität der Bauteile bei längeren Messungen am maximalen Leistungspunkts zu verbessern. In einer weiteren Studie wurden PLQY-Messungen verwendet, um die Rekombinationsmechanismen in Halogenid-getrennten Perowskit-Materialien mit großer Bandlücke zu untersuchen. Hier zeigten unsere Ergebnisse, wie wenige jodreiche Domänen mit vergleichsweise kleiner Bandlücke als hocheffiziente Strahlungsrekombinationszentren fungieren können, die zu PLQY-Werte von bis zu 25% führen können. Durch die Kopplung dieser Ergebnisse mit einer detaillierten mikroskopischen Kathodolumineszenzanalyse und Absorptionsprofilen konnte gezeigt werden, wie die Emission aus den jodreichen Niedrigenergiedomänen auf das Einfangen von photogenerierten Ladungsträgern in den Bromid-reichen Domänen mit hoher Bandlücke zurückzuführen ist. Dabei wurden die starken Auswirkungen dieses Phänomens in Bezug auf das Versagen der optischen Reziprozität zwischen Absorption und Emission und die daraus resultierende Anwendbarkeit der Shockley-Queisser-Theorie zur Untersuchung der Energieverluste solcher Systeme diskutiert. Zusammenfassend lieferte die Identifizierung und Quantifizierung der nichtstrahlenden QFLS und VOC-Verluste ein grundlegendes Verständnis der grundlegenden Limitierungen von Perowskit-Solarzellen und dient als Leitfaden für die zukünftige Optimierung und Entwicklung dieser Technologie. Darüber hinaus haben wir anhand praktischer Beispiele konkrete Verbesserungen von Solarzellen aufgezeigt, die die Richtigkeit unserer Schlussfolgerungen bestätigten sowie neue Methoden vorgeschlagen, die von einer neuen Generationen von Wissenschaftlern weiter untersucht werden können. T2 - Nichtstrahlende Rekombinationsverluste in Perowskit-Solarzellen KW - perovskite KW - solar cells KW - Perowskit KW - Solarzellen KW - Photovoltaik Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-477630 ER - TY - JOUR A1 - Turner, Sarah T. A1 - Pingel, Patrick A1 - Steyrleuthner, Robert A1 - Crossland, Edward J. W. A1 - Ludwigs, Sabine A1 - Neher, Dieter T1 - Quantitative analysis of bulk heterojunction films using linear absorption spectroscopy and solar cell performance JF - Advanced functional materials N2 - A fundamental understanding of the relationship between the bulk morphology and device performance is required for the further development of bulk heterojunction organic solar cells. Here, non-optimized (chloroform cast) and nearly optimized (solvent-annealed o-dichlorobenzene cast) P3HT:PCBM blend films treated over a range of annealing temperatures are studied via optical and photovoltaic device measurements. Parameters related to the P3HT aggregate morphology in the blend are obtained through a recently established analytical model developed by F. C. Spano for the absorption of weakly interacting H-aggregates. Thermally induced changes are related to the glass transition range of the blend. In the chloroform prepared devices, the improvement in device efficiency upon annealing within the glass transition range can be attributed to the growth of P3HT aggregates, an overall increase in the percentage of chain crystallinity, and a concurrent increase in the hole mobilities. Films treated above the glass transition range show an increase in efficiency and fill factor not only associated with the change in chain crystallinity, but also with a decrease in the energetic disorder. On the other hand, the properties of the P3HT phase in the solvent-annealed o-dichlorobenzene cast blends are almost indistinguishable from those of the corresponding pristine P3HT layer and are only weakly affected by thermal annealing. Apparently, slow drying of the blend allows the P3HT chains to crystallize into large domains with low degrees of intra- and interchain disorder. This morphology appears to be most favorable for the efficient generation and extraction of charges. KW - Organic electronics KW - morphology KW - solar cells KW - mobility KW - absorption spectroscopy Y1 - 2011 U6 - https://doi.org/10.1002/adfm.201101583 SN - 1616-301X VL - 21 IS - 24 SP - 4640 EP - 4652 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Proctor, Christopher M. A1 - Kim, Chunki A1 - Neher, Dieter A1 - Thuc-Quyen Nguyen, T1 - Nongeminate recombination and charge transport limitations in diketopyrrolopyrrole-based solution-processed small molecule solar cells JF - Advanced functional materials N2 - Charge transport and nongeminate recombination are investigated in two solution-processed small molecule bulk heterojunction solar cells consisting of diketopyrrolopyrrole (DPP)-based donor molecules, mono-DPP and bis-DPP, blended with [6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester (PCBM). While the bis-DPP system exhibits a high fill factor (62%) the mono-DPP system suffers from pronounced voltage dependent losses, which limit both the fill factor (46%) and short circuit current. A method to determine the average charge carrier density, recombination current, and effective carrier lifetime in operating solar cells as a function of applied bias is demonstrated. These results and light intensity measurements of the current-voltage characteristics indicate that the mono-DPP system is severely limited by nongeminate recombination losses. Further analysis reveals that the most significant factor leading to the difference in fill factor is the comparatively poor hole transport properties in the mono-DPP system (2 x 10(-5) cm(2) V-1 s(-1) versus 34 x 10(-5) cm(2) V-1 s(-1)). These results suggest that future design of donor molecules for organic photovoltaics should aim to increase charge carrier mobility thereby enabling faster sweep out of charge carriers before they are lost to nongeminate recombination. KW - charge transport KW - solar cells KW - photovoltaic devices KW - organic electronics KW - characterization tools Y1 - 2013 U6 - https://doi.org/10.1002/adfm.201202643 SN - 1616-301X SN - 1616-3028 VL - 23 IS - 28 SP - 3584 EP - 3594 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - THES A1 - Steyrleuthner, Robert T1 - Korrelation von Struktur, optischen Eigenschaften und Ladungstransport in einem konjugierten Naphthalindiimid-Bithiophen Copolymer mit herausragender Elektronenmobilität T1 - Correlation of structure, optical properties and charge transport in a conjugated naphtalendiimide-bithiophene copolymer with outstanding electron mobility N2 - Organische Halbleiter besitzen neue, bemerkenswerte Materialeigenschaften, die sie für die grundlegende Forschung wie auch aktuelle technologische Entwicklung (bsw. org. Leuchtdioden, org. Solarzellen) interessant werden lassen. Aufgrund der starken konformative Freiheit der konjugierten Polymerketten führt die Vielzahl der möglichen Anordnungen und die schwache intermolekulare Wechselwirkung für gewöhnlich zu geringer struktureller Ordnung im Festkörper. Die Morphologie hat gleichzeitig direkten Einfluss auf die elektronische Struktur der organischen Halbleiter, welches sich meistens in einer deutlichen Reduktion der Ladungsträgerbeweglichkeit gegenüber den anorganischen Verwandten zeigt. So stellt die Beweglichkeit der Ladungen im Halbleiter einen der limitierenden Faktoren für die Leistungsfähigkeit bzw. den Wirkungsgrad von funktionellen organischen Bauteilen dar. Im Jahr 2009 wurde ein neues auf Naphthalindiimid und Bithiophen basierendes Dornor/Akzeptor Copolymer vorgestellt [P(NDI2OD‑T2)], welches sich durch seine außergewöhnlich hohe Ladungsträgermobilität auszeichnet. In dieser Arbeit wird die Ladungsträgermobilität in P(NDI2OD‑T2) bestimmt, und der Transport durch eine geringe energetischer Unordnung charakterisiert. Obwohl dieses Material zunächst als amorph beschrieben wurde zeigt eine detaillierte Analyse der optischen Eigenschaften von P(NDI2OD‑T2), dass bereits in Lösung geordnete Vorstufen supramolekularer Strukturen (Aggregate) existieren. Quantenchemische Berechnungen belegen die beobachteten spektralen Änderungen. Mithilfe der NMR-Spektroskopie kann die Bildung der Aggregate unabhängig von optischer Spektroskopie bestätigt werden. Die Analytische Ultrazentrifugation an P(NDI2OD‑T2) Lösungen legt nahe, dass sich die Aggregation innerhalb der einzelnen Ketten unter Reduktion des hydrodynamischen Radius vollzieht. Die Ausbildung supramolekularen Strukturen nimmt auch eine signifikante Rolle bei der Filmbildung ein und verhindert gleichzeitig die Herstellung amorpher P(NDI2OD‑T2) Filme. Durch chemische Modifikation der P(NDI2OD‑T2)-Kette und verschiedener Prozessierungs-Methoden wurde eine Änderung des Kristallinitätsgrades und gleichzeitig der Orientierung der kristallinen Domänen erreicht und mittels Röntgenbeugung quantifiziert. In hochauflösenden Elektronenmikroskopie-Messungen werden die Netzebenen und deren Einbettung in die semikristallinen Strukturen direkt abgebildet. Aus der Kombination der verschiedenen Methoden erschließt sich ein Gesamtbild der Nah- und Fernordnung in P(NDI2OD‑T2). Über die Messung der Elektronenmobilität dieser Schichten wird die Anisotropie des Ladungstransports in den kristallographischen Raumrichtungen von P(NDI2OD‑T2) charakterisiert und die Bedeutung der intramolekularen Wechselwirkung für effizienten Ladungstransport herausgearbeitet. Gleichzeitig wird deutlich, wie die Verwendung von größeren und planaren funktionellen Gruppen zu höheren Ladungsträgermobilitäten führt, welche im Vergleich zu klassischen semikristallinen Polymeren weniger sensitiv auf die strukturelle Unordnung im Film sind. N2 - Organic semiconductors are in the focus of recent research and technological development (eg. for organic light-emitting diodes and solar cells) due to their specific and outstanding material properties. The strong conformational freedom of conjugated polymer chains usually leads to a large number of possible geometric arrangements while weak intermolecular interactions additionally lead to poor structural order in the solid state. At the same time the morphology of those systems has direct influence on the electronic structure of the organic semiconductor which is accompanied by a significant reduction of the charge carrier mobility in contrast to their inorganic counterparts. In that way the transport of charges within the semiconductor represents one of the main limiting factors regarding the performance and efficiency of functional organic devices. In 2009 Facchetti and coworkers presented a novel conjugated donor/acceptor copolymer based on naphthalene diimide and bithiophene [P(NDI2OD‑T2)] which was characterized by an outstanding charge carrier mobility. In this work the mobility of electrons and holes in the bulk of P(NDI2OD‑T2) is determined by single carrier devices and the time-of-flight technique. The results imply a low energetic disorder in these polymer layers. While the material was initially expected to be mainly amorphous, a detailed study of the photophysical properties of P(NDI2OD‑T2) shows that precursors of supramolecular assemblies (aggregates) are already formed in polymer solution. Quantum-chemical calculations support the occurring optical changes. NMR spectroscopy was applied to independently prove the formation of chain aggregates in commonly used organic solvents. The investigation of P(NDI2OD‑T2) solutions by analytical ultracentrifugation implies that aggregation mainly proceeds within single polymer chains by reduction of the hydrodynamic radius. To understand the influence of the chemical structure, pre-aggregation and crystal packing of conventional regioregular P(NDI2OD-T2) on the charge transport, the corresponding regioirregular polymer RI-P(NDI2OD-T2) was synthesized. By combining optical, X-ray, and transmission electron microscopy data, a quantitatively characterization of the aggregation, crystallization, and backbone orientation of all of the polymer films was possible, which was then correlated to the electron mobilities in electron-only diodes. The anisotropy of the charge transport along the different crystallographic directions is demonstrated and how the mobility depends on π-stacking but is insensitive to the degree or coherence of lamellar stacking. The comparison between the regioregular and regioirregular polymers also shows how the use of large planar functional groups leads to improved charge transport, with mobilities that are less affected by chemical and structural disorder with respect to classic semicrystalline polymers such as poly(3-hexylthiophene). KW - organische Halbleiter KW - Ladungstransport KW - Solarzellen KW - Polymere KW - Photophysik KW - organic semiconductor KW - charge transport KW - solar cells KW - polymers KW - photo physics Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71413 ER -