Charlotte Brückner

• Describing the light-to-energy conversion in OSCs requires a multiscale understanding of the involved optoelectronic processes, i.e., an understanding from the molecular, intermolecular, and aggregate perspective. This thesis presents such a multiscale description to provide insight into the processes in the vicinity of the organic::organic interface, which are crucial for the overall performance of OSCs. Light absorption, exciton diffusion, photoinduced charge transfer at the donor-acceptor interface, and charge separation are included. InDescribing the light-to-energy conversion in OSCs requires a multiscale understanding of the involved optoelectronic processes, i.e., an understanding from the molecular, intermolecular, and aggregate perspective. This thesis presents such a multiscale description to provide insight into the processes in the vicinity of the organic::organic interface, which are crucial for the overall performance of OSCs. Light absorption, exciton diffusion, photoinduced charge transfer at the donor-acceptor interface, and charge separation are included. In order to establish structure-property relationships, a variety of different molecular p-type semiconductors are combined at the organic donor-acceptor heterojunction with fullerene C60, one of the most common acceptors in OSCs. Starting with a comprehensive analysis of the accuracy of diverse ab initio, DFT, and semiempiric methods for the properties of the individual molecules, the intermolecular, and aggregate/device stage are subsequently addressed. At all stages, both methodological concepts and physical aspects in OSCs are discussed to extend the microscopic understanding of the charge generation processes.…
• Um die Umwandlung von Licht zu Strom in organischen Solarzellen zu verstehen, müssen die beteiligten optoelektronischen Prozesse sowohl auf molekularem als auch auf intermolekularem und auf dem Aggregatniveau beschrieben werden. Diese Arbeit stellt eine solche mehrstufige Beschreibung dar, um zum grundlegenden Verständnis derjenigen Prozesse am organisch::organischen Interface beizutragen, die für die finale Gesamtleistung der Zelle ausschlaggebend sind. Dabei werden die wesentlichen Schritte von der Lichtabsorption und Exzitonendiffusion überUm die Umwandlung von Licht zu Strom in organischen Solarzellen zu verstehen, müssen die beteiligten optoelektronischen Prozesse sowohl auf molekularem als auch auf intermolekularem und auf dem Aggregatniveau beschrieben werden. Diese Arbeit stellt eine solche mehrstufige Beschreibung dar, um zum grundlegenden Verständnis derjenigen Prozesse am organisch::organischen Interface beizutragen, die für die finale Gesamtleistung der Zelle ausschlaggebend sind. Dabei werden die wesentlichen Schritte von der Lichtabsorption und Exzitonendiffusion über den photoinduzierte Charge-Transfer-Schritt am Donor-Akzeptor-Interface bis hin zur endgültigen Ladungstrennung berücksichtigt. Um auf Struktur-Eigenschafts-Beziehungen rückschließen zu können, wurden verschiedene molekulare p-Halbleiter in der heterojunction mit Fulleren C60 kombiniert, einem der gängigsten Akzeptoren in organischen Solarzellen. Nach einer umfangreichen Bewertung der Eignung verschiedener ab initio und semiempirischer Methoden sowie diverser DFT-Funktionale für die Beschreibung der molekularen Eigenschaften wurden intermolekulare und Aggregataspekte diskutiert. Auf allen Ebenen, d.h. auf der molekularen, intermolekularen und auf der Aggregatebene, stehen sowohl methodische Ansätze als auch grundlegendende photophysikalische Überlegungen im Mittelpunkt, um das mikroskopische Verständnis der Ladungsträgererzeugung in organischen Solarzellen zu erweitern.…