English Title: Investigation of charge transfer in organic semiconductors using in-situ infrared spectroscopy

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Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Ladungstransfer in organischen Halbleitern mit in-situ Infrarotspektroskopie untersucht. Es wurde die n-Dotierung des organischen Halbleiters 4,4’-Bis(Ncarbazolyl)-1,1’-biphenyl (CBP) mit Cs2CO3 und die p-Dotierung von N,N’-Di-[(1-naphthyl)-N,N’-diphenyl]-1,1’- biphenyl)-4,4’-diamine (a-NPD) mit Molybdäntris[1,2-bis(trifluoromethyl)ethane-1,2- dithiolene] (Mo(tfd)3) analysiert. In den Infrarotspektren der dotierten Schichten treten neue Absorptionsbanden auf, die sich durch Vergleich mit quantenchemisch berechneten Spektren geladenen Molekülen zuordnen lassen. Eine breite elektronische Anregung im nahen Infrarot-Bereich in Spektren dotierter a-NPD-Schichten und die Abhängigkeit deren Anregungsenergie von der Wahl des Dotanten weist auf die Ausbildung von Ladungstransferkomplexen hin. Auch in den Schwingungsspektren dünner Schichten von CBP und a-NPD auf MoO3 konnte die Bildung von geladenen Molekülen beobachtet werden. Durch eine quantitative Auswertung der Spektren wurde die Anzahl an der Grenzfläche gebildeter Kationen in Abhängigkeit zur jeweils aufgedampften Gesamtschichtdicke bestimmt und mit gemessenen Potentialverläufen verglichen. Die IR-Spektren der invertierten Grenzflächen geben Hinweise auf eine Diffusion des aufgedampften Molybdänoxids in die organische Schicht. Die an der Grenzfläche gebildeten CBP-Kationen unterscheiden sich von CBP-Kationen, die in dotierten Schichten gebildet werden, in ihren Schwingungsbanden und dem Auftreten einer elektronischen Anregung.

Translation of abstract (English)

In this work charge transfer in organic semiconductors was investigated by means of in-situ infrared spectroscopy. N-type doping of 4,4’-Bis(N-carbazolyl)-1,1’-biphenyl (CBP) with Cs2CO3 and p-type doping of N,N’-Di-[(1-naphthyl)-N,N’-diphenyl]-1,1’- biphenyl)-4,4’-diamine (a-NPD) with Molybdenum-tris[1,2-bis(trifluoromethyl)ethane-1,2- dithiolene] (Mo(tfd)3) were studied. Infrared spectra of doped layers show new absorption bands, which by comparison with results of quantum chemical calculations can be attributed to charged molecules. A broad electronic excitation in the near infrared range occurring in the spectra of doped layers of a-NPD and the dependency of its excitation energy on the used dopant indicate the formation of charge transfer complexes. Also in the vibrational spectra of thin films of CBP and a-NPD on MoO3, the formation of charged molecules is observed. The number of cations formed at the interface and its dependency on the total layer thickness was revealed by a quantitative analysis of the spectra and compared to measured potential profiles. The IR spectra of the inverted interface give hints to a diffusion of the deposited MoO3 into the organic layer. The cations formed at the interface differ from cations formed in doped layers in their vibrational spectra and the appearance of an electronic excitation.