LS Angewandte Physik / Sensorik
Refine
Document Type
- Doctoral thesis (2)
Has Fulltext
- yes (2)
Is part of the Bibliography
- no (2)
Year of publication
- 2013 (2) (remove)
Keywords
- 3h-Auger (1)
- Auger Zerfall (1)
- Auger decay (1)
- Auger-Effekt (1)
- Band gap (1)
- Bandlücke (1)
- Exciton (1)
- Exziton (1)
- Metal oxides (1)
- Metalloxide (1)
Institute
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.
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.