Interface Engineering with Self-assembled Monolayers for Organic Electronics

Modifikation von Grenzflächen mit selbst-organisierten Monolagen in der organischen Elektronik

  • The work presented in this thesis focuses on the impact of densely packed dipolar self assembled monolayers (SAMs) on the electrical characteristics of organic electronic devices. The main achievement was in deducing the relationship between the dipolar character of self-assembled monolayers applied as part of a hybrid dielectric and the switching behavior of organic thin-film transistors (OTFTs). Further important aspects of this work are the general understanding of material properties that contribute to the electrical device characteristics and the estimation of the magnitude of their contribution to specific electrical device parameters. The approach presented in this thesis combines exThe work presented in this thesis focuses on the impact of densely packed dipolar self assembled monolayers (SAMs) on the electrical characteristics of organic electronic devices. The main achievement was in deducing the relationship between the dipolar character of self-assembled monolayers applied as part of a hybrid dielectric and the switching behavior of organic thin-film transistors (OTFTs). Further important aspects of this work are the general understanding of material properties that contribute to the electrical device characteristics and the estimation of the magnitude of their contribution to specific electrical device parameters. The approach presented in this thesis combines experimental methods applied for the determination of different SAM properties (relative permittivity, layer thickness and packing density) and computational methods applied for the calculation of SAM dipole moments and work functions of organic semiconductors. A model that correlates the threshold voltage shift with the electrostatic potential of a SAM is proposed. The quantitative correlation is supported by the good agreement of calculated values with experimentally determined parameters of the transistors. The change of the charge carrier density in the semiconductor is explained by charge rearrangements induced by the dipole moment of the SAM. Photoconductive and photovoltaic effects in OTFTs were investigated by using SAM molecules with an electro-optical functionality. This approach provided the possibility to tune the photoinduced charge transfer at the interface of semiconductor and SAM. Finally, electron extraction layers of organic solar cells (OSCs) were modified with C60 functionalized SAM molecules, improving the charge transfer to the active material. The modification led to increased fill factors and short circuit current densities of the OSCs.show moreshow less
  • Die vorliegende Arbeit widmet sich dem Einsatz von selbst-organisierten Monolagen (SAMs) in der organischen Elektronik und dem damit verbundenen Einfluss der SAMs auf die Eigenschaften der elektronischen Bauteile. Schwerpunkt der Arbeit ist der Einsatz von SAMs als Bestandteil von hybriden Dielektrika in organischen Dünnfilmtransistoren (OTFTs). Der Zusammenhang zwischen dem Dipol-Charakter der SAMs und dem Schaltverhalten der OTFTs wird hierbei eingehend untersucht. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines grundlegenden Verständnisses für die Zusammenhänge zwischen Material- und Bauteileigenschaften. Hierbei soll auch eine Abschätzung ermöglicht werden, wie stark sich die Die vorliegende Arbeit widmet sich dem Einsatz von selbst-organisierten Monolagen (SAMs) in der organischen Elektronik und dem damit verbundenen Einfluss der SAMs auf die Eigenschaften der elektronischen Bauteile. Schwerpunkt der Arbeit ist der Einsatz von SAMs als Bestandteil von hybriden Dielektrika in organischen Dünnfilmtransistoren (OTFTs). Der Zusammenhang zwischen dem Dipol-Charakter der SAMs und dem Schaltverhalten der OTFTs wird hierbei eingehend untersucht. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines grundlegenden Verständnisses für die Zusammenhänge zwischen Material- und Bauteileigenschaften. Hierbei soll auch eine Abschätzung ermöglicht werden, wie stark sich die jeweilige Materialeigenschaft auf einen spezifischen Bauteilparameter auswirkt. Im Rahmen dieser Studie wurden unter anderem die relative Permittivität, die Dicke und die Packungsdichte der eingesetzten Schichten experimentell bestimmt sowie Dipolmomente und Austrittsarbeiten der Materialien berechnet. Auf Grundlage der Ergebnisse dieser Studie wurde ein Modell abgeleitet, das den Zusammenhang zwischen der Transistor-Schwellspannung und dem elektrostatischen Potential von SAMs erklärt. Hierbei induziert das Dipolmoment der SAM eine Umordnung der Ladungsträger an der Grenzfläche, was auch eine Änderung der Ladungsträgerdichte im Halbleiter zur Folge hat. Die experimentell ermittelten Transistor-Parameter und die anhand des Modells berechneten Werte für das elektrostatische Potential zeigen eine gute Übereinstimmung. Das Auftreten von Photoleitfähigkeit und photovoltaischem Effekt in OTFTs wurde mithilfe des Einsatzes von photoaktiven SAM-Molekülen untersucht. Dieses Konzept bietet die Möglichkeit, den photoinduzierten Ladungstransfer zwischen SAM und Halbleiter in einem gewissen Umfang zu steuern. Schließlich wurden Elektronen-Transportschichten in organischen Solarzellen mit C60 funktionalisierten SAMs modifiziert. Der dadurch optimierte Ladungstransfer an der Grenzfläche zum aktiven Material führte zu einer Verbesserung des Füllfaktors und der Kurzschlussstromdichte. show moreshow less

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Metadaten
Author:Michael Salinas
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-49948
ISBN:978-3-944057-21-7
Series (Volume number):FAU Studien Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (4)
Publisher:FAU University Press
Place of publication:Erlangen
Advisor:Marcus Halik, Christoph J. Brabec
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2014
Publishing Institution:FAU University Press
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Date of final exam:2014/03/25
Release Date:2014/08/05
Tag:Dielektrikum; Dipolmoment; Dünnfilmtransistor; Organische Elektronik; Photovoltaischer Effekt; Schwellspannung; Selbst-organisierte Monolage; Solarzelle
Dielectric; Dipole moment; Organic electronics; Photovoltaic effect; Self-assembled monolayer; Solar cell; Thin-film transistor; Threshold voltage
SWD-Keyword:Dielektrikum; Dipolmoment; Dünnschichttransistor; Monoschicht; Organische Elektronik; Photospannung; Schwellenspannung; Solarzelle
Pagenumber:IV, 125 S.
Note:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press
Institutes:Technische Fakultät / Department Werkstoffwissenschaften
Dewey Decimal Classification:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - Namensnennung-NichtKommerziell-KeineBearbeitung

$Rev: 13581 $