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Photoinduzierte Erzeugung von Ladungsträgern in epitaktischen MOF‐Dünnschichten: hohe Leistung aufgrund einer indirekten elektronischen Bandlücke?


Bei anorganischen Halbleitern führt kristalline Ordnung zur Bildung einer elektronischen Bandstruktur, die deutliche Unterschiede zu ungeordnetem Material aufweist; z. B. können indirekte Bandlücken auftreten. Bei organischen Halbleitern werden solche Effekte üblicherweise nicht in Betracht gezogen, da die Bänder in der Regel flach sind und die Bandlücke daher direkt ist. Wir präsentieren hier genaue Berechnungen der elektronischen Struktur, die zeigen, dass geordnete Porphyrinstrukturen eine geringe Dispersion besetzter und nichtbesetzter Bänder aufweisen, was die Bildung einer kleinen indirekten Bandlücke zur Folge hat. Wir haben solche geordneten Strukturen experimentell mithilfe der Flüssigphasenepitaxie hergestellt und weisen nach, dass die entsprechenden kristallinen organischen Halbleiter über verbesserte photophysikalische Eigenschaften, z. B. eine hohe Ladungsträgermobilität und hohe Effizienz der Erzeugung von Ladungsträgern, verfügen. Das große Potenzial dieses neuartigen Materials demonstrieren wir anhand eines effizienten organischen Photovoltaiksystems.

Mut zur Lücke: Gemäß Rechnungen zeigen geordnete Porphyrinstrukturen eine geringe Dispersion besetzter und nichtbesetzter Bänder, woraus eine kleine indirekte Bandlücke folgt. Entsprechende kristalline organische Halbleiter wurden über Flüssigphasenepitaxie hergestellt (siehe Bild) und zeichnen sich durch verbesserte photophysikalische Eigenschaften aus. Ihr Potenzial wird anhand eines effizienten organischen Photovoltaiksystems demonstriert.

Authors:   Jinxuan Liu, Wencai Zhou, Jianxi Liu, Ian Howard, Goran Kilibarda, Sabine Schlabach, Damien Coupry, Matthew Addicoat, Satoru Yoneda, Yusuke Tsutsui, Tsuneaki Sakurai, Shu Seki, Zhengbang Wang, Peter Lindemann, Engelbert Redel, Thomas Heine, Christof Wöll
Journal:   Angewandte Chemie
Year:   2015
Pages:   n/a
DOI:   10.1002/ange.201501862
Publication date:   08-May-2015
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