Marburger Physiker haben zentrale elektronische Anregungen in Modellkristallen entschl\u00fcsselt. Das hat Bedeutung f\u00fcr organische Solarzellen.
\nOrganische Halbleiter gelten als Schl\u00fcsselmaterialien f\u00fcr eine nachhaltige Optoelektronik, doch ihre elementaren Anregungsprozesse sind bis heute nur unvollst\u00e4ndig verstanden. Ein Team um Doktorand Sebastian Anh\u00e4user und Prof. Gregor Witte von der „Arbeitsgruppe Molekulare Festk\u00f6rperphysik“ von der Philipps-Universit\u00e4t Marburg zeigt nun, dass sogenannte „Ladungstransfer-Exzitonen“ – zentrale Vorstufen der Ladungstrennung –
\ndeutlich komplexer sind als bisher angenommen. Die Studie liefert erstmals ein konsistentes mikroskopisches Bild dieser Zust\u00e4nde und stellt mehrere verbreitete Annahmen der organischen Halbleiterphysik infrage. Die Forschenden berichten \u00fcber ihre Ergebnisse im Fachmagazin „Advanced Functional Materials“.
\nGeduldige Grundlagenforschungr fundamentalen Prozesse ist entscheidend f\u00fcr die Weiterentwicklung organischer Solarzellen, lichtemittierender Dioden (OLEDs) und weiterer optoelektronischer Bauelemente. Organische Materialien versprechen leichte, flexible und ressourcenschonende Technologien, doch ihr gezieltes Design erfordert tiefgehende Grundlagenkenntnisse. Die nun vorgelegten Ergebnisse zeigen exemplarisch, dass solche Fortschritte nur durch langfristige, geduldige Forschung m\u00f6glich sind, die experimentelle Innovation mit moderner Theorie verbindet.
\nUm die komplexen Anregungszust\u00e4nde \u00fcberhaupt untersuchen zu k\u00f6nnen, nutzten die Forschenden hochgeordnete Donor-Akzeptor-Kokristalle aus Acenen und perfluorierten Acenen. Diese Materialien bilden ideal strukturierte Modellsysteme mit definierter molekularer Ordnung und minimalen Defekten –
\nim Gegensatz zu den sonst \u00fcblichen ungeordneten Materialmischungen. Erst diese Kokristalle erm\u00f6glichten es, Ladungstransfer-Exzitonen \u00fcber einen gro\u00dfen Energiebereich hinweg und erstmals auch in ihrer optischen Polarisation pr\u00e4zise zu vermessen.
\n„Ein Problem, das wir l\u00f6sen mussten, war die Herstellung hochgeordneter, aber gleichzeitig ultrad\u00fcnner – nur etwa 100 Nanometer dicker – Kristalle, da die Molek\u00fcle sehr stark Licht absorbieren und man dickere Kristalle nicht mehr in Transmission spektroskopieren kann, berichtete Witte.“ Hierf\u00fcr haben wir neue Verfahren entwickelt.“
\nDie Partnergruppe um Prof. Dr. Caterina Cocchi der Universit\u00e4t Jena steuerte Berechnungen aus moderner quantentheoretische Vielteilchenmodellierung bei. „Das gab ein konsistentes Bild von Experiment und Modell und trug auch dazu bei, das theoretische Verst\u00e4ndnis von optischen Anregungen in solchen Kokristallen weiterzuentwickeln“, erkl\u00e4rte Erstautor Sebastian Anh\u00e4user, der zum Thema promoviert. Die Arbeit kn\u00fcpft an eine langj\u00e4hrige Grundlagenforschung von Witte und seiner Marburger Arbeitsgruppe zu Exzitonen in organischen Festk\u00f6rpern an.
\nSeit vielen Jahren untersucht das Team, wie molekulare Ordnung, elektronische Wechselwirkungen und Lichtabsorption zusammenwirken. Mit der aktuellen Studie liefert es einen wichtigen Beitrag zur zentralen Fragestellung des inzwischen beendeten Sonderforschungsbereichs SFB 1083 „Struktur und Dynamik inneren Grenzfl\u00e4chen“. Das Paper b\u00fcndelt diese Expertise und f\u00fchrt sie mit modernsten quantenphysikalischen Vielteilchenrechnungen zusammen. Das ist ein weiterer Schritt hin zu einem realistischen Verst\u00e4ndnis organischer Halbleitermaterialien.<\/p>\n
* pm: Philipps-Universit\u00e4t Marburg<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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