Dynamics of Singlet and Triplet Excitons in Organic Semiconductors

Organische halfgeleiders openen de deur naar nieuwe toepassingen in de elektronica en optoelektronica waarin lage kosten, een laag gewicht en biocompatibiliteit belangrijker zijn dan duurzaamheid en hoge prestaties. Bijvoorbeeld kunnen organische lichtuitstralende diodes en zonnecellen worden geïntegreerd in kleding, kranten, ramen etc. Het grondbeginsel van operatie van deze schakelingen berust op de creatie en recombinatie van excitonen – nanometersgrote en elektrisch neutrale quasideeltjes die nuttige energie dragen. Excitonen in organische halfgeleiders kunnen worden gezien als sterk gebonden paren van positieve en negatieve elementaire ladingen. In organische zonnecellen wordt de energie van het geabsorbeerde licht door excitonen getransporteerd naar een speciaal ontworpen grensvlak, waar ze uiteenvallen in positieve en negatieve ladingen, die tot generatie van een elektrische stroom leiden. Daarom is de beweging van excitonen – excitondiffusie – een belangrijk proces. In het bijzonder is het cruciaal om te weten hoe ver excitonen kunnen diffunderen bij het ontwerpen van zonnecellen. Dit proefschrift richt zich op excitondiffusie in organische halfgeleiders en op gerelateerde verschijnselen. De voornaamste behaalde resultaten die hier worden beschreven zijn tweeledig. (i) We hebben twee nieuwe methodes ontwikkeld om de excitondiffusieparameters te meten (ii) we hebben deze middelen gebruikt om onze kennis over excitonische processen in organische halfgeleiders te verbeteren. Hoofdstuk 2 laat zien dat excitonen kunnen worden uitgedoofd in de “huidlaag” van uit oplossing vervaardigde polymere dunne lagen. Zo een “huidlaag” wordt gevormd aan het atmosfeer-polymeer grensvlak gedurende het verdampen van het oplosmiddel tijdens het spincoaten. Met dit effect dient zorgvuldig rekening te worden gehouden wanneer de diffusielengte van het singlet exciton wordt gemeten doormiddel van bijvoorbeeld fluorescentie-uitdoving in bilagen. Uitdoving van excitonen in de “huidlaag” is een bijkomend probleem in deze gebruikelijke aanpak om excitondiffusie te bestuderen. Daarom is het redelijk om andere, meer geschikte methodes te zoeken om systematisch excitondiffusie in verschillende materialen te bestuderen. Een nieuwe meetmethode om de parameters van singlet-excitondiffusie te verkrijgen wordt in detail beschreven in Hoofdstuk 3. Deze methode is gebaseerd op het modeleren van het experimenteel vastgestelde fotoluminescentieverval in mengsels van organische halfgeleiders en excitonuitdovende moleculen. Onze benadering heeft talrijke voordelen ten opzichte van eerder ontwikkelde methodes, zoals betrouwbaarheid en eenvoud van uitvoering. Om de veelzijdigheid van deze techniek te illustreren, rapporteren we hier metingen van excitondiffusieparameters in verscheidene materialen, waaronder drie polymeren en een klein molecuul.