@phdthesis{Leisegang2021,
  author    = {Leisegang, Markus},
  title     = {Eine neue Methode zur Detektion ballistischen Transports im Rastertunnelmikroskop: Die Molekulare Nanosonde},
  doi       = {10.25972/OPUS-25076},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-250762},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Verlustarmer Ladungstr{\"a}gertransport ist f{\"u}r die Realisierung effizienter und kleiner elektronischer Bauteile von großem Interesse. Dies hilft entstehende W{\"a}rme zu minimieren und den Energieverbrauch gleichzeitig zu reduzieren. Einzelne Streuprozesse, die den Verlust bei Ladungstr{\"a}gertransport bestimmen, laufen jedoch auf L{\"a}ngenskalen von Nano- bis Mikrometern ab. Um diese detailliert untersuchen zu k{\"o}nnen, bedarf es Messmethoden mit hoher zeitlicher oder {\"o}rtlicher Aufl{\"o}sung. F{\"u}r Letztere gibt es wenige etablierte Experimente, h{\"a}ufig basierend auf der Rastertunnelmikroskopie, welche jedoch verschiedenen Einschr{\"a}nkungen unterliegen. Um die M{\"o}glichkeiten der Detektion von Ladungstr{\"a}gertransport auf Distanzen der mittleren freien Wegl{\"a}nge und damit im ballistischen Regime zu verbessern, wurde im Rahmen dieser Dissertation die Molekulare Nanosonde charakterisiert und etabliert. Diese Messmethode nutzt ein einzelnes Molek{\"u}l als Detektor f{\"u}r Ladungstr{\"a}ger, welche mit der Sondenspitze des Rastertunnelmikroskops (RTM) wenige Nanometer entfernt vom Molek{\"u}l in das untersuchte Substrat injiziert werden. Die hohe Aufl{\"o}sung des RTM in Kombination mit der geringen Ausdehnung des molekularen Detektors erm{\"o}glicht dabei atomare Kontrolle von Transportpfaden {\"u}ber wenige Nanometer. Der erste Teil dieser Arbeit widmet sich der Charakterisierung der Molekularen Nanosonde. Hierf{\"u}r werden zun{\"a}chst die elektronischen Eigenschaften dreier Phthalocyanine mittels Rastertunnelspektroskpie untersucht, welche im Folgenden zur Charakterisierung des Molek{\"u}ls als Detektor Anwendung finden. Die anschließende Analyse der Potentiallandschaft der Tautomerisation von H2Pc und HPc zeigt, dass die NH- Streckschwinung einem effizienten Schaltprozess zu Grunde liegt. Darauf basierend wird der Einfluss der Umgebung anhand von einzelnen Adatomen sowie des Substrats selbst auf den molekularen Schalter analysiert. In beiden F{\"a}llen zeigt sich eine signifikante {\"A}nderung der Potentiallandschaft der Tautomerisation. Anschließend wird der Einfluss geometrischer Eigenschaften des Molek{\"u}ls selbst untersucht, wobei sich eine Entkopplung vom Substrat auf Grund von dreidimensionalen tert-Butyl-Substituenten ergibt. Zus{\"a}tzlich zeigt sich bei dem Vergleich von Naphthalocyanin zu Phthalocyanin der Einfluss lateraler Ausdehnung auf die Detektionsfl{\"a}che, was einen nicht-punktf{\"o}rmigen Detektor best{\"a}tigt. Im letzten Abschnitt werden zwei Anwendungen der Molekularen Nanosonde pr{\"a}sentiert. Zun{\"a}chst wird mit Phthalocyanin auf Ag(111) demonstriert, dass die Interferenz von ballistischen Ladungstr{\"a}gern auf Distanzen von wenigen Nanometern mit dieser Technik detektierbar ist. Im zweiten Teil zeigt sich, dass der ballistische Transport auf einer Pd(110)-Oberfl{\"a}che durch die anisotrope Reihenstruktur auf atomarer Skala moduliert wird.},
  subject      = {Rastertunnelmikroskopie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Hansen2017,
  author    = {Hansen, Nis Hauke},
  title     = {Mikroskopische Ladungstransportmechanismen und Exzitonen Annihilation in organischen Einkristallen und D{\"u}nnschichten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-143972},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {Um die Natur der Transportdynamik von Ladungstr{\"a}gern auch auf mikroskopischen L{\"a}ngenskalen nicht-invasiv untersuchen zu k{\"o}nnen, wurde im ersten Schwerpunkt dieser Arbeit das PL- (Photolumineszenz-) Quenching (engl.: to quench: l{\"o}schen; hier: strahlungslose Rekombination von Exzitonen) in einer organischen D{\"u}nnschicht durch die injizierten und akkumulierten L{\"o}cher in einer Transistorgeometrie analysiert. Diese Zusammenf{\"u}hrung zweier Methoden - der elektrischen Charakterisierung von D{\"u}nnschichttransistoren und der Photolumineszenzspektroskopie - erfasst die {\"A}nderung des strahlenden Zerfalls von Exzitonen infolge der Wechselwirkung mit Ladungstr{\"a}gern. Dadurch werden r{\"a}umlich aufgel{\"o}ste Informationen {\"u}ber die Ladungsverteilung und deren Spannungsabh{\"a}ngigkeit im Transistorkanal zug{\"a}nglich. Durch den Vergleich mit den makroskopischen elektrischen Kenngr{\"o}ßen wie der Schwell- oder der Turn-On-Spannung kann die Funktionsweise der Transistoren damit detaillierter beschrieben werden, als es die Kenngr{\"o}ßen alleine erm{\"o}glichen. Außerdem wird die Quantifizierung dieser mikroskopischen Interaktionen m{\"o}glich, welche beispielsweise als Verlustkanal in organischen Photovoltaikzellen und organicshen Leuchtdioden auftreten k{\"o}nnen. Die Abgrenzung zu anderen dissipativen Prozessen, wie beispielsweise der Exziton-Exziton Annihilation, Ladungstr{\"a}gerrekombination, Triplett-{\"U}berg{\"a}nge oder Rekombination an St{\"o}rstellen oder metallischen Grenzfl{\"a}chen, erlaubt die detaillierte Analyse der Wechselwirkung von optisch angeregten Zust{\"a}nden mit Elektronen und L{\"o}chern. Im zweiten Schwerpunkt dieser Arbeit werden die Transporteigenschaften des Naphthalindiimids Cl2-NDI betrachtet, bei dem der molekulare {\"U}berlapp sowie die Reorganisationsenergie in derselben Gr{\"o}ßenordnung von etwa 0,1 eV liegen. Um experimentell auf den mikroskopischen Transport zu schließen, werden nach der Optimierung des Kristallwachstums Einkristalltransistoren hergestellt, mit Hilfe derer die Beweglichkeit entlang verschiedener kristallographischer Richtungen als Funktion der Temperatur gemessen werden kann. Die einkristalline Natur der Proben und die spezielle Transistorgeometrie erm{\"o}glichen die Analyse der r{\"a}umlichen Anisotropie des Stromflusses. Der gemessene Beweglichkeitstensor wird daraufhin mit simulierten Tensoren auf der Basis von Levich-Jortner Raten verglichen, um auf den zentralen Ladungstransfermechanismus zu schließen.},
  subject      = {Organischer Halbleiter},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Baumann2011,
  author    = {Baumann, Andreas},
  title     = {Charge Transport and Recombination Dynamics in Organic Bulk Heterojunction Solar Cells},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-64915},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {The charge transport in disordered organic bulk heterojunction (BHJ) solar cells is a crucial process affecting the power conversion efficiency (PCE) of the solar cell. With the need of synthesizing new materials for improving the power conversion efficiency of those cells it is important to study not only the photophysical but also the electrical properties of the new material classes. Thereby, the experimental techniques need to be applicable to operating solar cells. In this work, the conventional methods of transient photoconductivity (also known as "Time-of-Flight" (TOF)), as well as the transient charge extraction technique of "Charge Carrier Extraction by Linearly Increasing Voltage" (CELIV) are performed on different organic blend compositions. Especially with the latter it is feasible to study the dynamics, i.e. charge transport and charge carrier recombination, in bulk heterojunction (BHJ) solar cells with active layer thicknesses of 100-200 nm. For a well performing organic BHJ solar cells the morphology is the most crucial parameter finding a trade-off between an efficient photogeneration of charge carriers and the transport of the latter to the electrodes. Besides the morphology, the nature of energetic disorder of the active material blend and its influence on the dynamics are discussed extensively in this work. Thereby, the material system of poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) and [6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester (PC61BM) serves mainly as a reference material system. New promising donor or acceptor materials and their potential for application in organic photovoltaics are studied in view of charge dynamics and compared with the reference system. With the need for commercialization of organic solar cells the question of the impact of environmental conditions on the PCE of the solar cells raises. In this work, organic BHJ solar cells exposed to synthetic air for finite duration are studied in view of the charge carrier transport and recombination dynamics. Finally, within the framework of this work the technique of photo-CELIV is improved. With the modified technique it is now feasible to study the mobility and lifetime of charge carriers in organic solar cells under operating conditions.},
  subject      = {Photovoltaik},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Hammer2011,
  author    = {Hammer, Maria},
  title     = {Charge transport in disordered organic and nanocrystalline inorganic semiconductors - Effect of charge carrier density variation},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-55188},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {The charge transport properties of disordered organic and nanocrystalline inorganic semiconductors as well as their combinations have been investigated in regard to the charge carrier density employing field-effect-transistor structures. The results were discussed in the framework of different theoretical models. In organic semiconductors the presence of positional and energetic disorder determines the transport of charges through the respective thin films and interfaces. The electronic disorder is characterized by statistically distributed and localized transport sites which were shown to form a Gaussian density of states. In this electronic environment the charge transport occurs via thermally activated hopping between the localized states and therefore depends on the temperature and the local electric field. Particularly, a dependence of the carrier mobility on the charge carrier concentration is observed due to filling of tail states. Inorganic nanocrystalline semiconductors, however, are expected to present a different electronic structure: Within the volume of a nanocrystallite the semiconductor is assumed to reflect the electronic properties of the crystalline bulk material. However, the outer shell is characterized by a relatively large density of surface states and correspondingly bending of the energy bands, which creates an energetic barrier between the adjacent particles. In a nanocrystalline thin film this characteristic can be rate-limiting for the inter-particle carrier transport as reflected by reduced charge carrier mobility. The effective barrier height can be reduced by controlled doping of the nanocrystals which results in improved majority carrier transfer rates across the barrier. However, doping results in the simultaneous increase of the defect density and consequently to enhanced limitation of the mobility due to charge carrier scattering. In the experiments, thin films of commercially available p- and n-type organic semiconductors (P3HT, and two derivatives of PCBM) were investigated in field-effect transistor structures. Further, sol-gel synthesized n-type nanocrystalline-ZnO (nc-ZnO) with varied doping concentration (agent: aluminum Al\$^{3+}\$) was introduced in order to establish an alternative way of customizing the charge transport properties of the neat material and in combination with the organic polymer semiconductor P3HT.},
  subject      = {Ladungstransport},
  language  = {en}
}