Anpassung der elektronischen Struktur an organischen Heterokontakten

Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung der Grenzflächeneigenschaften von organischen Donor/Akzeptor-Heterokontakten. Diese sind Bestandteil einer Vielzahl von Halbleiterbauelementen in der Organik, beispielsweise der organischen Solarzelle, wo sie zur Trennung von durch Photonen-Absorption generierter Exzitonen in freie Ladungsträger dienen. Für diese Funktion spielt die Lage der Energieniveaus an der Grenzfläche, insbesondere die Lage von HOMO und LUMO der beteiligten Moleküle eine entscheidende Rolle. Die Differenz der Austrittsarbeiten der reinen Materialien wird im Kontakt durch einen Grenzflächendipol und einen Ladungstransfer angeglichen. Dabei bestimmt die Größe des Grenzflächendipols die relative Lage der elektronischen Niveaus an der Grenzfläche, die Anpassung, und der Ladungstransfer ist mit einem elektrischen Feld verbunden. Experimentell werden die Niveaus in situ mittels (Synchrotron-) Röntgenphotoelektronenspektroskopie gemessen und im Energieniveaudiagramm dargestellt. Um den Ladungstransfer zu beeinflussen, werden verschiedene sowohl organische als auch oxydische Dotiermittel eingesetzt. Es findet eine Verschiebung des Ferminiveaus im organischen Halbleiter statt. In dieser Arbeit wird die Dotierung von CuPc mit WO3 eingehend betrachtet und ein Dotiermodell abgeleitet. Dieses bezieht neben elektronischen Eigenschaften auch die morphologische Struktur ein: Es findet eine Ausscheidungsbildung des Dotierstoffs in der Matrix statt, was durch TEM-Messungen bestätigt wurde. Somit liegen innere Grenzflächen im Komposit vor, die Anpassung der Energieniveaus ist durch Dipole an den inneren Grenzflächen beeinflusst. Es findet ein Ladungstransfer zwischen den beiden Phasen statt, dieser konnte quantitativ beschrieben werden. Die Auswirkungen von verschiedenen Parametern auf die Grenzflächeneigenschaften werden untersucht. Beispielsweise verändert die Dotierung die Potentiale an der Grenzfläche. Die Fluorierung organischer Moleküle verändert die relative Lage der Energieniveaus, die Anpassung, an der Grenzfläche. Die Substrattemperatur wirkt sich sowohl auf den Verlauf des elektrischen Feldes als auch auf die Anpassung aus. Durch geschickte Wahl der beschriebenen Parameter können die gewünschten Grenzflächeneigenschaften gezielt eingestellt werden, beispielsweise kann Größe und Richtung des elektrischen Feldes an der Grenzfläche definiert und für die Extraktion von Ladungsträgern aus der Solarzelle optimiert werden