TY - THES A1 - Richter, Matthias Hermann T1 - Excitons and Polarons in resonant Auger decay processes T1 - Exzitonen und Polaronen in resonanten Auger Zerfällen N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wird die elektronische Struktur von organischen Halbleitern, Graphen und Übergangsmetall (TM)-Oxyden (Co-PI als Katalysator für die Wasserspaltung), unter Nutzung von Synchrotron-Strahlung basierter Spektroskopie, untersucht. Der Schwerpunkt liegt hierbei bei den exzitonischen und polaronischen Effekten. Für eine genaue Beschreibung der elektronischen Struktur dieser Materialien müssen auch Elektron-Phonon- und Elektron-Elektron-Wechselwirkungen, sowie Polarisation und exzitonische Effekte in Betracht gezogen werden. Von Exzitonen und Polaronen als lokalisierte Bandlückenzustände ist bekannt, dass diese die optischen Materialeigenschaften beeinflussen können. Dieser Einfluss kann im resonanten Auger Zerfall aufgedeckt werden. Sogar in TM-Oxyden können Polaronen und Exzitonen als Konsequenz von einem Sauerstoff 2p nach TM3d Ladungstransfer beobachtet werden. Hierfür sind die folgenden drei Materialklassen für die Untersuchungen des Einflusses von Exzitonen und Polaronen im resonanten Auger Zerfall ausgewählt worden. Erstens wird die Existenz von lokalisierten polaronischen und exzitonischen Zuständen anhand von Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (rr-P3HT) und Phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) untersucht, welche als Lichtabsorber in organischen Solarzellen eingesetzt werden. Die Existenz von 2D-Polaronen, Singulett-Exzitonen und Triplett-Exzitonen wird für rr-P3HT belegt, wohingegen für PCBM nur Singulett-Exzitonen beobachtet werden. Singulett-Exzitonen zeigen ihren Einfluss auf den resonanten Auger Zerfall durch einen kombinierten Spectator-Participator (S+P) Auger Zerfall im π*-Band. Zweitens wird für eine ausführliche Diskussion der (S+P) Zerfälle hoch orientierter pyrolytischer Graphit (HOPG) untersucht. Für Graphen, als eine Monolage HOPG, in dem keine Van-der-Waals-Kräfte wirken, können weitere Kombinationen von Auger Zerfällen beobachtet werden: ein Doppel Spectator (S+S) und ein Doppel Spectator (S+S)* Auger-Gain Zerfall im π*-Band. Drittens wird Co-PI (Kobaltoxyd-Verbindung) untersucht. Es handelt sich hierbei um ein TM-Oxyd welches als Katalysator für die Sauerstoffentwicklung in photoelektrochemischen Zellen verwendet wird. Selbst lokalisierte Exzitonen werden durch resonante Anregung eines Rumpfelektrons in einem selbst lokalisierten Lochzustand erzeugt und ermöglichen dadurch einen kombinierten Auger Zerfall (S+P). Für jeden der neuartigen Auger Zerfallsprozesse {(S+P), (S+S) und (S+S)*} wird ein Zerfallsmodell vorgestellt. N2 - In the framework of this thesis synchrotron radiation spectroscopy is applied to study the electronic structure of organic semiconductors, of Graphene, and of transition metal (TM) oxide water splitting catalysts (Co-PI) with emphasis on excitonic and polaronic effects. For a correct theoretical description of the electronic structure of these material classes electron-phonon and electron-electron coupling as well as polarization and excitonic effects have to be considered. Excitons and Polarons are localized in-gap states. They are known to affect the optical properties of the material. Their influence can also be revealed in the resonant Auger decay profile. Even in TM-oxides Polarons and Excitons are observed as a consequence of an oxygen 2p to TM3d charge transfer. Therefor, the following three material classes are chosen for the fundamental study of Excitons and Polarons in resonant Auger decay processes. First, the existence of localized polaronic and excitonic states is investigated for regioregular-Poly(3 hexylthiophene-2,5-diyl) (rr-P3HT) and Phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) used as a light absorber in organic solar cells. The existence of 2D-Polarons, singlet Exciton, and triplet Exciton is demonstrated for rr-P3HT whereas for PCBM only singlet Excitons are observed. Singlet Excitons show an influence on the resonant Auger decay by a combined spectator-participator (S+P) Auger decay in the π*-band. Second, for a more detailed study of the (S+P) decay Highly Ordered Pyrolytic Graphite (HOPG) is chosen. For Graphene as a single layer of HOPG without van der Waals force another combination of Auger decays can be observed: a double spectator Auger (S+S) and a double spectator Auger-Gain (S+S)* decay. Third, Co-PI (cobalt oxide compound) is investigated. It is a TM-oxide catalyst used for the oxygen evolution reaction in photo-electrochemical cells. Self-trapped Excitons formed by resonant core electron excitation into self-trapped hole states give rise to a combined Auger decay process (S+P). For all three novel Auger decay processes {(S+P), (S+S), and (S+S)*} a model is proposed. KW - Exziton KW - Polaron KW - Auger-Effekt KW - Exziton KW - Polaron KW - Auger Zerfall KW - Exciton KW - Polaron KW - XAS KW - resPES KW - Auger decay Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-29816 ER - TY - THES A1 - Michling, Marcel Frank T1 - Spektroskopische Untersuchungen an organischen Materialien und Metalloxiden T1 - Spectroscopic investigation of organic materials and metal oxides N2 - Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde mit Synchrotron-basierenden, optischen und Elektronen-basierenden Methoden die elektronischen Eigenschaften zweier unterschiedlicher Materialklassen untersucht. Der Fokus lag dabei im besonderen auf der Bestimmung der Größe der Bandlücke/HOMO-LUMO-Lücke und ihre Abhängigkeit der verwendeten Methode. Die zwei unterschiedliche Materialklassen, welche untersucht wurden sind folgende: Erstens die organischen Systeme Cobalt-Phthalocyanin und Fulleren. An Ihnen wird der Einfluss der verwendeten Messmethoden aufgezeigt und die sich draus ergebenen HOMO- LUMO-Lücken (elektronisch, Volumen, Oberfläche, optisch) diskutiert. Es zeigt sich, dass die optische Methode (Ellipsometrie) generell den kleinsten Wert und die elektronischen Methoden (XPS, XAS) den größten Wert ergeben. Die Gründe dafür werden ausführlich diskutiert. Durch die Kombination von XPS- , XAS- und Ellipsometrie-Messungen war es möglich die Orientierung der aufgedampften CoPc-Moleküle auf den SiO2-Substrat zu bestimmen. Zweitens wurden die Metalloxide HfO2, Al2O3, In2O3 und Ga2O3 aufgrund ihrer großen technologischen Bedeutung untersucht. Mit Hilfe von ALD Zyklus-für-Zyklus Experimenten konnten die elektronischen Eigenschaften von HfO2 in Abhängigkeit der ALD- Zyklenzahl und das Wachstum von HfO2 in den ersten Zyklen studiert werden. Auf Basis der XPS- und EELS-Ergebnisse wurde ein Wachstumsmodell entwickelt. Es wird ebenfalls der Einfluss einer Dipolschicht an der Grenzfläche HfO2/SiO2 auf die Größe der Bandlücke in den EELS-Messungen diskutiert. Mittels resonanten Photoemission wurde ein neuer Auger-Mechanismus (3-Loch-Auger-Prozess) in den Oxiden gefunden. Dieser hat seine Ursache in Defekten. Defekte führen auch zu einer Fano-Anti-Resonanz, welche an der O1s-Absorptions-Kante beobachtet und diskutiert wird. N2 - In the framework of this thesis, synchrotron-based, optical and electron-based methods are applied to study the electronic properties of two different material classes. The focus lies in particular on the determination of the band gap / HOMO-LUMO gap and there dependency on the used method. The two different material classes, which where investigated are the following: Firstly, the organic systems Cobalt-Phthalocyanine and Fullerene. On them the influence of the used method will be shown and the resultant HOMO-LUMO gaps (electronic, volume, surface, optical) are discussed. It becomes apparent, that the optical method (Ellipsometry) in generally result in the smallest value and the electronic methods (XPS, XAS) result in the largest values. The reason for this fact is discussed in detail. By combination of XPS- XAS- and Ellipsometry-measurements it was possible to determine the orientation of the evaporated CoPc molecules on the SiO2 substrate. Secondly, the metal oxides HfO2, Al2O3, In2O3 and Ga2O3 where investigated, because of there great technological importance. By means of ALD cycle-by-cycle experiments it was possible to study the electronic properties of HfO2 as a function of the cycle number and the growth of HfO2 in the very first cycles. Based on the XPS- and EELS-results a growth model was developed. Also the influence of an dipole layer at the interface HfO2/SiO2 on the value of the band gap determined by EELS measurements will be discussed. By using resonant photoemission a new auger-mechanism (3-hole-auger-process) was found in the oxides. The reason for this mechanism are defects. Defects also results in a fano-anti-resonance, which was observed and will be discussed at the O1s-absorption edge. KW - Spektroskopie KW - Metalloxide KW - Spektroskopie KW - Organik KW - Metalloxide KW - Bandlücke KW - 3h-Auger KW - Spectroscopy KW - Organics KW - Metal oxides KW - Band gap KW - 3h-Auger Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-29014 ER -