Techn. Univ., Diss., 2002--Darmstadt

Polymer solar cells are promising in that they are inexpensive to produce, and due to their mechanical flexibility have the potential for use in applications not possible for more traditional types of solar cells. The performance of polymer solar cells depends strongly on the distribution of electron donor and acceptor material in the active layer. Understanding the connection between morphology and performance as well as how to control the morphology, is therefore of great importance. Furthermore, improving the lifetime of polymer solar cells has become at least as important as improving the efficiency.   In this thesis, the relation between morphology and solar cell performance is studied, and the material stability for blend films of the thiophene-quinoxaline copolymer TQ1 and the fullerene derivatives PCBM and PC70BM. Atomic force microscopy (AFM) and scanning transmission X-ray microscopy (STXM) are used to investigate the lateral morphology, secondary ion mass spectrometry (SIMS) to measure the vertical morphology and near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy to determine the surface composition. Lateral phase-separated domains are observed whose size is correlated to the solar cell performance, while the observed TQ1 surface enrichment does not affect the performance. Changes to the unoccupied molecular orbitals as a result of illumination in ambient air are observed by NEXAFS spectroscopy for PCBM, but not for TQ1. The NEXAFS spectrum of PCBM in a blend with TQ1 changes more than that of pristine PCBM. Solar cells in which the active layer has been illuminated in air prior to the deposition of the top electrode exhibit greatly reduced electrical performance. The valence band and absorption spectrum of TQ1 is affected by illumination in air, but the effects are not large enough to account for losses in solar cell performance, which are mainly attributed to PCBM degradation at the active layer surface. / The performance of polymer solar cells depends strongly on the distribution of electron donor and acceptor material in the active layer. Understanding the connection between morphology and performance as well as how to control the morphology, is therefore of great importance. Furthermore, improving the lifetime has become at least as important as improving the efficiency for polymer solar cells to become a viable technology.   In this work, the relation between morphology and solar cell performance is studied as well as the material stability for polymer:fullerene blend films. A combination of microscopic and spectroscopic methods is used to investigate the lateral and vertical morphology as well as the surface composition. Lateral phase-separated domains are observed whose size is correlated to the solar cell performance, while the observed surface enrichment of polymer does not affect the performance. Changes to the unoccupied molecular states as a result of illumination in ambient air are observed for the fullerene, but not for the polymer, and fullerenes in a blend change more than pristine fullerenes. Solar cells in which the active layer has been illuminated exhibit greatly reduced electrical performance, mainly attributed to fullerene degradation at the active layer surface. / <p>Paper 2 ingick som manuskript i avhandlingen. Nu publicerad. </p>

>Magister Scientiae - MSc / The efficiency of organic photovoltaics is influenced by the structure of the polymer, the morphology of the film, the interfaces between the layers, the choice of electron acceptor material and the ratio between the electron acceptor material and the polymer. In this project, we have used regioregular poly (3-hexylthiophene) (rr-P3HT) as the electron donor material and [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM), a derivative of the C60 fullerene, as the acceptor material. Different weight-ratios of rr-P3HT to PCBM were prepared by stirring for several hours in a chloroform solution and subsequently spin coated onto crystalline silicon and transparent conductive oxide/glass substrates. The effect of the PCBM concentration on the photo-induced optical emission and absorption properties of rr-P3HT was investigated by photoluminescence and ultraviolet-visible spectroscopy, respectively. Changes in the structural properties, as a function of the weight-ratio, were probed by high-resolution transmission electron microscopy, x-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy and Raman spectroscopy. Results show that the structural integrity and crystallinity of rr-P3HT is compromised with the addition of excessive amounts of PCBM, which has a negative impact on the optical absorption of rr-P3HT and the photo-induced charge transfer mechanism between the rr-P3HT and PCBM. This work illustrates that blending rr-P3HT with an equal weight of PCBM results in an optimum configuration for improved performance in organic photovoltaic devices.

La technologie photovoltaïque (PV) est considérée une solution très prometteuse à la crise de l'énergie. Bien que le marché du PV soit actuellement dominé par des dispositifs à base de minéraux, ces systèmes présentent des coûts de production élevés et de nombreux problèmes environnementaux. Ces aspects limitent leur application. Les cellules solaires organiques à base de polymères (OPV) sont de prometteuses sources d'énergie renouvelable en raison de leur faible coût de production et grâce à leur nature déformable. En raison de ses propriétés électroniques et de la haute mobilité d'électrons, de petites molécules dérivées du fullerène C60 sont largement utilisées dans la production OPV à grande échelle. Toutefois, les propriétés morphologiques des dérivés du C60 diminuent la stabilité des dispositifs. En effet, le C60 subit facilement le phénomène d’auto-agrégation lors de l'utilisation de la cellule. L'aptitude au traitement du C60 peut être améliorée en l’incorporant dans un polymère. Ces systèmes sont déjà décrits dans la littérature, mais reposent en général sur une synthèse en plusieurs étapes qui pourraient affecter les propriétés électroniques du C60 ainsi que donner des produits insolubles en raison de la réaction de réticulation. L'objectif de ce travail est de préparer des polymères innovants basés sur le fullerène (C60) pour les dispositifs photovoltaïques et électroniques, à l'aide d’une chimie du C60 bien connue et en se basant sur des procédés fiables. À l'Université de Pau (au sein de l’équipe EPCP), après les synthèses de petites molécules qui ont étés utilisées en tant que co-monomères, deux différentes voies de synthèse ont été exploitées afin d'obtenir oligo- et polyfullerènes contenant le C60 dans leur chaîne principale. La première voie exploitée, est basée sur la réaction « Atom Transfer Radical Addition Polymerisation » (ATRAP), qui a déjà été utilisée pour la préparation de main-chain polyfullerenes. Avec cette méthode, des composés très solubles ayant des poids moléculaires variables ont été préparés. La deuxième voie a été découverte dans ce travail de thèse et exploite une chimie du C60 bien connue pour obtenir des « main-chain » polyfullerènes qui présentent un haut poids moléculaire et qui sont bien solubles dans les solvants courants. Des études préliminaires ont été effectuées dans le but de comprendre les effets des paramètres de réaction et la cinétique de la polymérisation. Les matériaux ont été caractérisés par chromatographie d’exclusion stérique, SEC, spectroscopie RMN, et à travers spectroscopie UV-vis et IR. Des analyses thermiques (TGA et DSC) complètent les caractérisations. Le C60, ainsi que son dérivé, [6,6] -phényl-C61-butyrique ester méthylique d'acide (PCBM), ont été exploités en tant que monomères dans les réactions de polymérisation. Un séjour de neuf mois (cotutelle) à l'université de Tübingen, en Allemagne, a permis d'étudier les matériaux synthétisés par spectroscopies XPS et UPS. Le but de ces études était d'obtenir une meilleure compréhension des niveaux énergétiques des oligo- et polyfullerènes. Des couches minces de composés ont été déposées sur différents substrats par des procédés en solution (doctor blade ou spin coating) pour obtenir des échantillons ex-situ pour les analyses. Des échantillons de couches actives contenant des polyfullerène ont également été préparés lors d'un court séjour (une semaine) à BELECTRIC OPV GmbH, Nuremberg (Allemagne). Les échantillons ont été analysés par microscopie optique et microscopie AFM dans le cadre d’une étude sur la stabilité thermique de la couche active à l'Université de Tübingen. Ces études ont été réalisées aussi grâce à la collaboration avec des chercheurs de BELECTRIC OPV GmbH, qui ont intégré les composés dans des dispositifs et réalisé des expériences complémentaires et comparables. Comme tendances générales, les composés améliorent la stabilité des dispositifs quand les derniers sont soumis à un stress thermique. / Photovoltaic technology (PV) makes it possible to directly convert sunlight into electricity and it is seen as a very promising solution to the current energy crisis. Although the PV market is dominated by inorganic-based devices, those systems present high production costs and deployment issues that limit their application. Polymer-based organic solar cells (OPVs) are promising sources of renewable energy due to their facile, low cost production, and formable nature. Due to its electronic properties and high electron mobility, small molecule fullerene (C60 ) derivatives are widely used in large scale OPVs. However the morphological properties of C60 derivatives decrease device stability as C60 easily undergoes self-aggregation during OPV use. The processibility of C60 can be improved by incorporating it into a polymer. These systems are already described in literature but have in general a multistage synthesis that could affect the electronic properties of C60 as well as give insoluble products due to reticulative reactions. The objective of the work here presented was to prepare innovative polymers based on C60 for photovoltaic and electronic devices using reliable, well-known C60 chemistry. At the University of Pau (EPCP Lab), after the syntheses of small molecules to be used as co-monomers, two synthetic routes were used in order to obtain main- chain oligo- and polyfullerenes. The first route is based on the atom transfer radical addition polymerization (ATRAP), which has already been used for the preparation of main-chain polyfullerenes. With this method, soluble compounds with various molecular weights were prepared. The second route was discovered in this work and exploits a well-known fullerene chemistry to prepare soluble polyfullerenes with reasonably high molecular weights. Preliminary studies to understand the effect of the reaction parameters (reagents, reagents concentration, temperature, time and solvent) and the kinetics of the polymerisation were performed. Material characterisations were carried out via GPC chromatography, NMR spectroscopy, and UV-visible and IR spectroscopies. Thermal analyses (TGA and DSC) were also run to complete the characterisations. Both C60 and its derivative, [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM), have been exploited as monomers in the reactions. A nine-month (cotutelle) stay at Tübingen University, Germany, permitted a study of the synthesized materials by means of XPS and UPS spectroscopies. The aim of these studies was to obtain a better understanding of the energy levels pictures of the oligo- and polyfullerenes. Thin films of the compounds were deposited on different substrates via solution processes (doctor blade or spin coating) to obtain ex-situ samples for characterisation. Samples of polyfullerene-containing active layers were prepared during a short stay (1 week) at BELECTRIC OPV GmbH, Nuremberg (Germany), and analysed by optical microscopy and AFM microscopy during thermal-degradation studies at Tübingen University. These studies were completed thanks to collaborations with researchers at BELECTRIC OPV GmbH, who have incorporated the compounds into devices and performed complementary and comparable experiments. As general trends, the compounds are found to improve the stability of the devices upon thermal stresses.

Ce travail se résume en deux objectifs principaux. Le premier concerne l'élaboration de matériaux nanohybrides de dioxyde de titane (sous forme sphérique ou tubulaire) décoré par des allotropes de carbone (fullerène fonctionnalisé ou graphène). Le deuxième objectif consiste à l'évaluation de ces différents nanomatériaux dans la photodégradation de l'acide formique (AF) sous irradiation UV. Un effet bénéfique des allotropes de carbone sur l'activité photocatalytique des nanohybrides a été observé suite à l'augmentation de la durée de vie des paires électron-trou photogénérées. Dans un premier temps, la méthode d'élaboration et la teneur en fullerène fonctionnalisé ont été optimisées conduisant ainsi à l'élaboration de nanomatériaux révélant des propriétés photocatalytiques améliorées par rapport au TiO2 nanotube seul. Une corrélation entre les propriétés texturales, les propriétés photoélectriques et la constante de vitesse de dégradation de l'AF a été établie afin d'élucider les causes de l'amélioration de l'activité photocatalytique. Dans un second temps, une étude détaillée portant sur l'élaboration d'une nouvelle génération de nanocomposites combinant nanotubes de TiO2 et oxyde de graphène (OG) a été menée. Le degré de réduction de l'oxyde de graphène influence fortement l'activité photocatalytique. Ainsi, l'addition d'OG ou OG réduit aux nanotubes de TiO2 influence positivement les performances intrinsèques en photodégradation de l'acide formique en facilitant le transfert de photoélectrons de la bande de conduction du TiO2 vers l'oxyde de graphène. Finalement, l'étude des matériaux composites combinant l'oxyde de graphène et diverses compositions anatase/rutile a permis de mettre en évidence une synergie entre le OG et les deux phases TiO2 / Two main objectives were achieved in the present work. The first objective concerns the elaboration of nanohybrid materials formed by combining titanium dioxide (in spherical or tubular form) with carbon allotropes (functionalized fullerene or graphene). The second objective consists in evaluating these different nanomaterials in the photodegradation of formic acid (FA) under UV irradiation. A beneficial effect of the different carbon allotropes on the photocatalytic activity of the resulting nanohybrids was observed and ascribed to an increased lifetime of photogenerated electron-hole pairs. In a first step, the elaboration method of functionalized fullerenes and their content were optimized leading to the development of nanomaterials showing improved photocatalytic properties compared to TiO2 nanotube alone. Textural properties, photoelectric properties and the FA degradation rate constant were correlated in order to determine the reasons for the photocatalytic activity improvement. In a second step, a detailed study about the development of a new generation of nanocomposites combining TiO2 nanotubes and graphene oxide (GO) was carried out. The degree of reduction of GO strongly influences the photocatalytic activity. Thus, the addition of reduced GO or GO to TiO2 nanotubes improves the intrinsic photodegradation performance of formic acid by facilitating the transfer of photoelectrons from the conduction band of TiO2 to graphene oxide. Finally, composite materials combining graphene oxide and various anatase/rutile compositions were analyzed showing a synergy between GO and the two TiO2 phases

Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第15613号 / 工博第3302号 / 新制||工||1498(附属図書館) / 28140 / 京都大学大学院工学研究科高分子化学専攻 / (主査)教授 伊藤 紳三郎, 教授 赤木 和夫, 教授 辻井 敬亘 / 学位規則第4条第1項該当

>Magister Scientiae - MSc / In a quest for low operational and maintenance cost solar cell devices, organic photovoltaics remain a potential source of energy worthy to be explored. In order to generate cost- effective electricity from solar energy, either the efficiency of the solar cells must be improved or alternatively the manufacturing cost must be lowered. The power conversion efficiency (PCE) of organic photovoltaics is influenced by the choice of electron acceptor material, the structure of the polymer, the morphology of the film, the interfaces between the layers and the ratio between the electron acceptor material and the polymer. Nevertheless, efficiency is still limited compared to conventional silicon based PV cells due to low mobility of charge carriers with a short exciton diffusion length in the active layer. Currently, hybrid solar cells have been considered as one of the most promising concepts to address the limited efficiency of organic solar cells. Therefore in this thesis ZnO nanoparticles were synthesized using hydrothermal assisted method. These nanoparticles were incorporated in the poly (3-hexylthiophene) (P3HT):[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM), and used as additional acceptors of electrons released from the polymer donor material, with the anticipation to increase the electron mobility, and ultimately the PCE. The thermo-gravimetric analyses revealed improved thermal stability of P3HT upon incorporating ZnO in the polymer matrix. X-ray diffraction analyses revealed that the diffraction peaks shift to higher angles when incorporating the ZnO in the P3HT:PCBM surface and this is consistent with the Raman observation. The photovoltaic properties demonstrated that the addition of ZnO nanoparticles in P3HT:PCBM bulk-heterojunction increases PCE from a baseline of ∼1.0 % in the P3HT:PCBM system to 1.7% in the P3HT:PCBM:ZnO ternary system. The enhanced PCE was due to improved absorption as compared to its counterparts. Upon increasing the addition of ZnO nanoparticles in the P3HT:PCBM matrix, the PCE decreases, due to a large phase separation between the polymer, PCBM and ZnO induced by ZnO agglomerations which resulted in increased surface roughness of the active layer. These findings signify that incorporation of ZnO nanostructures in the P3HT:PCBM polymer matrix facilitates the electron transport in the photoactive layer which results to improved efficiency.

The performance of non-fullerene acceptor (NFA)- based organic solar cells (OSC) has shown continuous increase in recent years, reaching power-conversion efficiencies up to 17% through the design and synthesis of efficient acceptor materials. Recent research is directed towards achieving higher efficiency of OSC, which is limited by the open-circuit voltage (Voc) which is lower than the Voc values achieved in inorganic or perovskites solar cells with comparable bandgaps. In this work, voltage losses in NFA based OSC were calculated by investigating charge-transfer state energy (ECT) using electroluminescence spectroscopy and sensitive external quantum efficiency in three polymer:non-fullerene bulk heterojunction solar cells. PCE10:ITIC device acquired the highest ECT with a Voc of 0.82V, and a a power conversion efficiency (PCE) of 7.91%. While PCE10:O-IDTBR obtained the highest Voc of 1.03V, a PCE of 8.02% compared to PCE10:O-IDTBCN solar cell that has a lower Voc of 0.73V with a PCE of 7.98%. Both radiative and non-radiative voltage losses were calculated. In this thesis, the high open circuit voltage of PCE10:O-IDTBR is explained by the low non-radiative voltage losses compared to PCE10:O-IDTBCN and PCE10:ITIC devices.

En 1985 Kroto décrit le troisième allotrope du carbone, le fullerène, une sphère de 60 carbones d’1nm de diamètre aux caractéristiques physico-chimiques particulières. La réactivité chimique du C₆₀ est dominée par les réactions d’addition et sa grande affinité pour les radicaux libres grâce à ses 30 double-liaisons. Cette propriété a été explorée dans le stress oxydant, tant in vitro qu’in vivo, où l’équilibre redox est impliqué, comme dans les situations pathophysiologiques impliquant l’inflammation et la dégénérescence cellulaire. En particulier, un traitement au C₆₀ solubilisé dans de l’huile a permis de prolonger l’espérance de vie chez le rat. Le produit, commercialisé à travers le monde, n’a pas encore fait l’objet d’essai clinique. D’autre part certaines préparations peuvent contenir des impuretés. Il est donc important d’établir des critères de pureté et d’intégrité des préparations de C₆₀. Ce travail de thèse comporte deux parties. La première, physicochimique, nous a permis d’évaluer la pureté de préparations commerciales de C₆₀ de différentes origines faisant appel à différentes techniques d’analyse: microscopie électronique à balayage, diffraction aux rayons X, calorimétrie différentielle à balayage (DSC), analyse thermogravimétrique, chromatographie liquide (CLHP) ou en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (CG-SM), ainsi que la spectroscopie ultraviolet-visible ou infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). La DSC est la technique de choix pour établir le critère de pureté et la FTIR la plus rapide. La CG-SM est nécessaire à l’identification des impuretés volatiles, tandis que la CLHP permet de détecter les fullerènes lourds et les dérivés du C₆₀. La deuxième partie a porté sur des aspects fonctionnels des fullerènes et nous avons, pour cela, utilisé des préparations pures selon les critères définis précédemment. Dans un premier temps, nous avons cherché à préciser le sous-compartiment cellulaire ciblé par le C₆₀ injecté in vivo chez la souris. Après administration d’une solution huileuse, les molécules de C₆₀ sont retrouvées dans le foie et la rate, à l’intérieur des cellules, parfois au niveau des mitochondries et du réticulum endoplasmique. La présence des molécules de C₆₀, au niveau des mitochondries a été corroborée par la mise en évidence de modifications spécifiques d’activité des enzymes de la mitochondrie (malate déshydrogénase et complexe I de la chaîne respiratoire). Dans un deuxième temps, nous avons abordé l’effet des fullerènes sur des cellules intervenant dans une dysrégulation immunologique où l’inflammation joue un rôle important : l’allergie. L’évènement cellulaire à l’origine des symptômes allergiques est la libération de médiateurs de l’inflammation et de la réponse immunitaire lors de l’activation dépendante des IgE des basophiles et des mastocytes. L’effet régulateur de C₆₀ et de quatre dérivés hydrosolubles, le fullérol, la β-cyclodextrine C₆₀, le dendro C₆₀ et le C₆₀ serinol-malonate, a été testé. L’innocuité des dérivés à des concentrations nanomolaires et leur pouvoir inhibiteur sur la dégranulation IgE et non IgE dépendante des lignées mastocytaires de rat a été vérifié in vitro. Dans un test d’activation cellulaire mesurant l’expression des marqueurs CD63 et CD203c par cytométrie de flux, nous montrons que les différents dérivés sont capables d’interférer ex vivo avec l’activation de basophiles de patients allergiques dans des conditions naturelles de sang total. Les taux d’inhibition dépendent des dérivés et des patients avec un maximum observé à 35% en présence de C₆₀ serinol-malonate. Ces inhibitions ont été reproduites sur des basophiles humains purifiés en étudiant des marqueurs d’activation supplémentaires CD107a et CD69. Les perspectives de ce travail portent sur la spécificité et les mécanismes d’inhibitions observés au niveau intracellulaire. Elles incluent, par exemple, l’étude des flux de calcium ou des protéines de fusion, ou des facteurs de transcription. / In 1985 Kroto discovered the third allotrope of carbon, fullerene, spherical molecule consists of 60 carbons with 1 nm in diameter with a specific physico-chemical characteristic. The chemical reactivity of C₆₀ is governed by addition reactions and its high affinity for scavenging free radicals thanks to its 30 double bonds. This property has been widely explored in the field of oxidative stress, in vitro and in vivo, where redox balance is involved, as physio-pathological situations involving inflammation and cellular degeneration. In particular, treatment with C₆₀ solubilized in olive oil extended life span in a rat experimental model. The product, marketed worldwide, has not yet been clinically tested. On the other hand, some preparations may contain impurities. It is therefore important to establish criteria for the purity and integrity of C₆₀ preparations. This thesis work consists of two parts. In the first physico-chemical part, a criterion of C₆₀ purity was established for evaluating the purity of several commercial preparations of C₆₀ with different origins using the following techniques: scanning electron microscopy, X-ray diffraction, Differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), liquid chromatography and gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS), as well as ultraviolet-visible and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. The results show that FTIR is the easiest way to control the quality of C₆₀ and GC-MS is necessary for identifying volatile impurities, while HPLC remains essential for detecting other fullerenes and C₆₀ derivatives. The second part of the thesis deals with functional aspect of fullerenes and for this purpose we used the pure preparation of C₆₀ evaluated according to the previously defined criteria. In a first chapter, to precise the sub-cellular compartment targeted, the C₆₀ dissolved in olive oil were in vivo injected in mice. After administration, C₆₀ molecules were visualized in the liver and in the spleen, inside the cells and sometimes in mitochondria and endoplasmic reticulum. The targeting of [60]fullerene to the mitochondria was confirmed by a specific modification of the activities of mitochondrial enzymes (malate dehydrogenase and complex I of respiratory chain). In a second chapter we studied the effect of fullerenes on cells involved in an immune dysregulation where inflammation plays a role: allergy. The cellular mechanism at the basis of allergic symptoms is the release in circulation and tissues of mediators of inflammation and immune response from IgE-dependent activation of basophiles and mast cells. The regulatory effects of [60]fullerene and 4 hydrosoluble derivatives, fullerol, β-cyclodextrin [60]fullerene, dendro [60]fullerene and [60]fullerene serinol-malonate, were tested. In vitro experiments showed an absence of toxicity at nanomolar concentrations and inhibitory abilities on the IgE-dependent and -independent activation of the rat mast cell line (RBL). In a cellular activation test monitoring the expression of the degranulation and activation markers CD63 and CD203c on basophiles, by flow cytometry, we show that the various fullerenes are able also to inhibit the ex vivo activation of basophiles from peanut allergic patients in a natural physiological environment: in whole blood. Inhibition rates depend on patients and derivatives with a maximum inhibition observed at 35% in presence of [60]fullerene serinol-malonate. These inhibitions were reproduced on purified human basophiles by studying further activation markers CD107a and CD69. Working perspectives will be on the specificity and the mechanisms of inhibition by studying intracellularly calcium influx or the expression of fusion proteins and transcription factors.

In dieser Dissertation wird eine neue Methode vorgestellt, welche die Untersuchung der Wechselwirkung von Atomen und Molekülen mit Oberflächen mit Ausdehnungen <10^-8 cm^2 gestattet. Die hochauflösende Massenspektrometrie an Nanopartikeln wird mit laserinduzierter thermischer Desorption kombiniert. Zur kontrollierten Variation der Temperatur der unter UHV-Bedingungen gespeicherten Siliziumdioxidpartikel wird ein IR-Laser verwendet. Die im Rahmen dieser Arbeit aufgebaute Apparatur beinhaltet die Kombination des IR-Lasers mit dem elektrodynamischen Partikelspeicher als auch den Aufbau eines externen optischen Streulichtnachweises mit einem Ar^+-Laser. Unter Berücksichtigung wirksamer Kühlmechanismen wird ein Zusammenhang zwischen Teilchentemperatur und erforderlicher IR-Bestrahlungsintensität hergestellt. Ein kinetisches Modell verknüpft die im Experiment als Funktion der Zeit gemessene Partikelmasse mit den grundlegenden physikalischen Größen zur Beschreibung von Adsorptions- und Desorptionsprozessen. Die vorgestellte neue experimentelle Methode wird exemplarisch anhand von Messungen wie zyklische Adsorptions- und Desorptionsmessungen bei Partialdrücken adsorbierender Moleküle von 10^-10-10^-11 mbar, Physisorption von Wasser und Charakterisierung der Oberfläche gespeicherter Partikel mittels thermischer Desorption bei Temperaturen bis 560 K demonstriert. Ein weiteres Beispiel beschreibt die Bestimmung der Aktivierungsenergie für die Desorption von Fullerenmolekülen, mit denen die Partikeloberfläche zuvor durch Bedampfung präpariert wurde. Die Bedampfung wird als zeitaufgelöster Adsorptionsvorgang gemessen. Abschließend wird die Entladung der Partikel beschrieben, die bei Temperaturen >550 K beobachtet wird. Die Entladung zeigt ein Schwellenverhalten und hängt offenbar von der Ladung der Partikel ab. Verschiedene Erklärungsmöglichkeiten werden diskutiert.