A great interest has been shown for self-assembled organic nano-structures that can be used in a variety of optoelectronic applications, from element detection to home electronics. It is known from experimental research that sexiphenyl (6P) grown on muscovite mica substrate form uniaxially self-assembled nanofibers which together with sexithiophene (6T) deposited on top gives the possibility to tune their polarized emission. A key to continue develop and explore the full potential of this technique is to understand the mechanisms behind the growth. This thesis investigate the initial growth of 6P and 6T on a 6Pˆ<img src="http://www.diva-portal.org/cgi-bin/mimetex.cgi?%5Cleft(11%20%5Cbar%7B1%7D%20%5Cright)%20%20%20" /> nanofiber substrate through Molecular Dynamics (MD) simulations. The adsorption of the molecules has been simulated with Simulated Annealing (SA) where 6P align perfectly with the substrate for all coverage while 6T starts to align after a certain amount of coverage. Both molecules show a monotonic increase in the adsorption energy per molecule with an increasing coverage. The surface diffusion of the molecules has been studied and shows a higher movement for both in the direction of the longmolecular axis. / Project P25154-N20 "Hetero-epitaxy of organic-organic nanofibers"

Photoinduced excitation and relaxation of organic molecules (C2H4 and CH2NH+2) are investigated by means of nonadiabatic quantum molecular dynamics with hopping (NA-QMD-H), developed recently [Fischer, Handt, and Schmidt, paper I of this series, Phys. Rev. A 90, 012525 (2014)]. This method is first applied to molecules assumed to be initially ad hoc excited to an electronic surface. Special attention is drawn to elaborate the role of electron-nuclear correlations, i.e., of quantum effects in the nuclear dynamics. It is found that they are essential for a realistic description of the long-time behavior of the electronic relaxation process, but only of minor importance to portray the short-time scenario of the nuclear dynamics. Migration of a hydrogen atom, however, is identified as a quantum effect in the nuclear motion. Results obtained with explicit inclusion of an fs-laser field are presented as well. It is shown that the laser-induced excitation process generally leads to qualitatively different gross features of the relaxation dynamics, as compared to the field-free case. Nevertheless, the nuclear wave packet contains all subtleties of the cis-trans isomerization mechanism as observed without a laser field.

Η φύση της οπτικής διέγερσης και ο βαθμός της ενδομοριακής μεταφοράς του φορτίου (Intramolecular Charge Transfer, ICT), καθώς επίσης η δυναμική των διεγερμένων στάθμεων, σε δύο νέες οργανικές δομές μορίων , D-π-A (γραμμικό μόριο) και DΑ3 (δενδριμερές - αστεροειδές μόριο με επίκεντρο τον δότη ηλεκτρονίων) έχουν διερευνηθεί με femtosecond φασματοσκοπία χρονικής ανάλυσης (απόσβεση του φθορισμού τους) σε δύο διαφορετικούς διαλύτες, το τολουόλιο (με ασθενή πολικότητα) και το τετραϋδροφουράνιο (με μέτρια πολικότητα). Τα πειραματικά αποτελέσματα με βάση τη σύγκριση των μορίων της ίδιας δομής (DA ή DA3) με προοδευτική αλλαγή των αποδεκτών ηλεκτρονίων (από τους ασθενέστερους προς τους ισχυρότερους) στον ίδιο διαλύτη έδειξαν ότι οι οργανικές δομές με υποκαταστάτες τους ισχυρότερους αποδέκτες ηλεκτρονίων είχαν γρηγορότερη απόσβεση του φθορισμού τους και συνεπώς ισχυρότερη ενδομοριακή μεταφορά του φορτίου. Επιπλέον, η σύγκριση των δύο δομών έδειξε ότι τα δενδριμερή μόρια γενικά παρουσίαζαν ισχυρότερη ενδομοριακή μεταφορά του φορτίου. Επίσης τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι κατά τη σύγκριση των δύο διαλυτών οι αλληλεπιδράσεις διπόλου - διπόλου μεταξύ της διαλυμένης ουσίας και του διαλύτη επιδρά στις φασματικές ιδιότητες των μορίων μειώνοντας την ενέργεια της διεγερμένης στάθμης αφού παρατηρήθηκε ερυθρή μετατόπιση Stoke (red shift Stoke) των φασμάτων φθορισμού των μορίων και ακολούθως οι δομές με τους ισχυρότερους αποδέκτες ηλεκτρονίων παρουσίαζαν μεγαλύτερη απόσβεση του φθορισμού. / The optic excitement and the degree of Intramolecular Charge Transfer (ICT), as well as the dynamics of excited states, two new organic structures of molecules, D-pi-A (linear molecule) and DA3 (dendrimers – molecule with center an electron donor) have been investigated with femtosecond time resolved spectroscopy in two different solvents, toluene (with weak polarity) and tetrahydrofuran (moderate polarity). The experimental results by comparing the molecules of the same structure (DA or DA3) with gradual change of electrons acceptors (from weakest to strongest) in the same solvent showed that the organic structures with strongest electron acceptors had faster decay of the fluorescence and hence a stronger intramolecular charge transfer. Moreover, the comparison of the two structures showed that the dendrimers molecules generally showed stronger intramolecular charge transfer. Also the experimental results showed that when the solvent effect ( interactions dipole – dipole) on spectral properties of molecules by reducing the energy of the excited levels (red shift Stoke) of the fluorescence spectra of molecules and then the structures with the strongest electron acceptors had faster decay of the fluorescence

Dans une opération de mise en forme, les propriétés volumiques des matériaux ne sont pas les seules garantes de la réussite du procédé. Les aspects surfaciques, en lien notamment avec les propriétés tribologiques des corps en contact (tôle, lubrifiant, outils) se révèlent tout aussi importants. Il convient en ce sens de maîtriser et optimiser autant que faire se peut les conditions de contact lors d’un glissement entre la tôle et l’outillage afin d’assurer la réussite de l’opération de formage.Ces travaux de thèse portent sur la caractérisation d’une solution alternative de lubrification, nommée AFULudine, par fonctionnalisation de surface à base de molécules organiques ; solution ayant pour ambition de se substituer aux huiles minérales chlorées, performantes dans le travail des aciers inoxydables mais particulièrement nocives pour l’environnement et difficiles d’application.Les caractérisations physico-chimiques de surface (IR, électrochimie, MEB) montrent le greffage effectif d’une couche de molécules chimisorbées en surface de l’oxyde métallique, avec une cinétique de l’ordre de quelques secondes. Celle-ci est recouverte d’amas cristallisés et formés en un second temps pendant la phase d’évaporation du solvant. Des analyses morphologiques des cristaux sont réalisées montrant que leur densité et leur structure sont intimement liées au bon comportement tribologique de la surface fonctionnalisée.Le comportement tribologique des tôles (substrat en acier inoxydable ferritique K41 – 1.4509) ainsi traitées a été investigué à la fois grâce à un tribomètre d’étirage-plan permettant de découpler les influences de différentes conditions de sollicitations, telles que la pression de contact, la montée en température des outils ou encore l’influence de la déformation plastique à coeur du matériau, mais aussi en conditions réelles, à l’aide d’une presse d’emboutissage semi-industrielle. De manière plus fondamentale, la formation et la stabilité du tribofilm créé à l’interface a été analysé par l’utilisation d’un micro-tribomètre linéaire en géométrie sphère/plan couplé à de la microscopie électronique et des analyses EDS. / During forming processes, bulk properties of material are not the only guarantee in a process achievement. Surfacicalaspects, mainly coupled with tribological properties of bodies in contact (metal sheet, lubricant, tool) prove to be alsosignificant. It is therefore necessary to control and optimize the contact conditions during a sheet/tool sliding in order toguarantee the success of a forming process.The present work concerns a green lubricant solution characterization, named AFULudine, produced by thefunctionalization of the metallic surface with organic molecules. This solution was developed in substitution to the usualmineral oils, effective in stainless steel stamping but deterious for environment.Physicochemical surface characterization (IR, electrochemistry, SEM) show that the grafting of chemisorbed molecules ontothe surface occures in few seconds. This layer is covered by physisorbed and crystallised species which appear during thesolvent evaporation time. Morphological analyses of these crystals show that both density and structure determine thetribological behavior of the functionalized surface.Sheets tribological behavior (stainless steel ferritic grade, 1.4509 - K41) after treatment, has been investigated thanks to astrip drawing tribometer, allowing to dissociate the influence of various sollicitations conditions (such as contact pressure,tools temperature or plastic deformation of the material) and on an industrial scale with an Erichsen press. Fundamentally,tribo-layerʹs formation and stability have been analysed with the use of a linear micro-tribometer (ball on plane type)coupled with electronic microscopy and EDS analyses.

L’objectif de cette thèse est d’élaborer des nanohybrides à base des nanotubes de titanate (TiONts) dans le but de les utiliser comme nanovecteurs d’une molécule thérapeutique : un phénol stilbénique, le 4’ hydroxy 4 (3 aminopropoxy)-trans-stilbène (HAPtS), structurellement proche du trans-resvératrol.Les TiONts sont synthétisés par traitement hydrothermal à partir du dioxyde de titane sous sa forme rutile. Deux méthodes de synthèse hydrothermale (statique et dynamique) ont été étudiées. La deuxième méthode est originale car elle utilise un réacteur conduisant à une agitation mécanique forte par balancement où le temps d’agitation par heure de traitement peut-être contrôlé. Une étude paramétrique a été menée pour évaluer l’impact de la durée de traitement, de la température et du temps d’agitation appliqué par heure sur la morphologie des structures obtenues. Il a été montré que l’agitation par balancement, appliquée durant la synthèse, a un effet accélérateur sur la cinétique de formation des TiONts en mode dynamique. Par optimisation des paramètres de synthèse, il a été possible de réduire la durée de la synthèse des TiONts à 2h seulement, au lieu de 48 h en méthode statique. Des discussions sur la structure cristalline, le mécanisme de formation des TiONts et leur transformation en nanorubans ont également été développées en se basant sur différentes techniques de caractérisations (DRX, MET, ATG, XPS, spectroscopies UV visible, IR et Raman). La morphologie spéciale des TiONts, en spirale (diamètre externe de 10 nm, diamètre interne de 4 nm avec une longueur moyenne d’environ 190 nm) et multicouches (3 à 5 couches) leur confère une surface spécifique élevée (> 200 m²/g).Différentes préfonctionnalisations des TiONts par des ligands organiques biocompatibles ont été effectuées pour améliorer la stabilité des TiONts en suspension et greffer à leur surface des groupements fonctionnels réactifs. Les ligands étudiées sont : deux catéchols, le DHCA et la L-DOPA, l’acide citrique et deux organosilanes, l’APTES et le CPTES. Les paramètres optimaux de greffage ont été déterminés et la présence de liens covalents entre ces ligands et les TiONts ont été établis, principalement par XPS et IR.Après préfonctionnalisation avec le CPTES, le greffage du phénol stilbénique (HAPtS) a été un succès. Cette molécule a été accrochée à la surface des TiONts-CPTES par une réaction de condensation entre le HAPtS et le CPTES par substitution nucléophile et a conduit à un taux de greffage d’environ 20 mg/g de TiONts.Enfin, l’une des originalités de ce travail a consisté à améliorer la biocompatibilité des TiONts, à travers la modification de leur surface par un polymère naturel, le chitosan (CT). Ce dernier a été greffé à la surface des nanotubes par deux méthodes différentes via des liaisons covalentes (greffage étape par étape mettant en œuvre de l’APTES puis du glutaraldehyde) ou via des interactions électrostatiques (adsorption). Après comparaison entre les deux approches, les premiers tests d’évaluation de la toxicité, in vitro (test de cinétique de synthèse des ARN et test du rouge neutre) et in vivo (embryons de poisson zèbre), ont été réalisés et les résultats ont confirmé la biocompatibilité des nanohybrides synthétisés avec les systèmes biologiques. Une étude de la stabilité colloïdale des TiONts-CT dans différents milieux mimant des milieux biologiques a également été menée.Mots clés : Nanotubes de titanate, synthèse hydrothermale dynamique, nanovecteurs, nanohybrides, stabilité colloïdale, fonctionnalisation, greffage, ligands organiques, catéchols, organosilanes, phénol stilbénique, chitosan, biocompatibilité. / The aim of this PhD thesis is to develop new nanohybrids based on titanate nanotubes (TiONts) in order to use them as nanocarrier of a therapeutic molecule: a stilbene phenol, 4'-hydroxy-4-(3-aminopropoxy)-trans-stilbene (HAPtS), which is a transresveratrol derivative.TiONts are synthesized by a hydrothermal treatment from a precursor of rutile titanium dioxide. Two methods of hydrothermal synthesis have been studied (the static and dynamic ones): the second approach uses an original hydrothermal device which provides a vigorous mechanical stirring during the hydrothermal process with controllable stirring time par hour. A parametric study was carried out to evaluate the effect of reaction time, temperature and stirring time during the hydrothermal treatment on the morphology of the obtained products. It has been proved that the mechanical stirring has a great accelerating effect on the kinetics of the TiONts formation during the dynamic hydrothermal synthesis. After optimization of the experimental parameters of the dynamic hydrothermal treatment, it was possible to reduce the time of TiONts synthesis to only 2 hours, instead of 48 hours obtained by the static method. Discussions about the crystal structure of TiONts, about their formation mechanism and their transformation into nanoribbons have been also developed based on different characterization techniques (XRD, TEM, TGA, XPS, UV visible, IR and Raman spectroscopies). Their special hollow morphology (10 nm in outer diameter, inner diameter of 4 nm, average length of about 190 nm) and multilayered structure (3 to 5 layers) impart them a high specific surface area (>200 m²/g). Different prefunctionalizations of TiONts by biocompatible organic ligands have been carried out to improve their colloidal stability and to graft reactive functional groups on their surface. The studied ligands are: two catechols (DHCA and L-DOPA), citric acid and two organosilanes (APTES and CPTES). Optimal grafting parameters were determined and the presence of covalent bonds between these ligands and TiONts was highlighted especially by XPS and IR. After prefunctionalization with CPTES, the stilbenic phenol (HAPtS) was successfully grafted onto TiONts-CPTES surface using a condensation reaction between HAPtS and CPTES through nucleophilic substitution. The resulting grafting rate was of about 20 mg/g of TiONts. Finally, one of the originalities of this work was the improvement of TiONts biocompatibility by surface modification with a natural polymer, chitosan (CT). The latter was grafted by two different approaches via covalent bonds (step by step grafting using APTES then glutaraldehyde as two intermediate molecules) or via electrostatic interactions (adsorption). After comparing the two elaborated nanohybrids, obtained by the two grafting approaches, the first cytotoxicity assessment tests were carried out, in vitro (RNA synthesis test and neutral red test) and in vivo (zebrafish test), and the obtained results confirmed the biocompatibility of these nanohybrids towards biological systems. A colloidal stability study of TiONts-CT in various mimicked biological media was also carried out.Keywords: Titanate nanotubes, dynamic hydrothermal synthesis, nanocarriers, nanohybrids, colloidal stability, functionalization, grafting, organic ligands, catechols, organosilanes, stilbenic phenol, chitosan, biocompatibility.

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Au cours des dernières décennies, les chromophores organiques “push-pull” ont vu leur intérêt grandir en raison de leurs applications potentielles dans les domaines des transistors à effet de champ, de l'optique non linéaire, des OLEDs, et du photovoltaïque. Dans le cadre de la conception de cellules photovoltaïques, ces structures moléculaires correctement organisées sur une surface devraient permettre d’améliorer l’interface donneur/accepteur, l’absorption optique, et d’augmenter le volume de la couche active. Nous avons développé une synthèse en plusieurs étapes de nouvelles molécules “push-pull” comportant une tête réactive thiol autorisant la formation de monocouches moléculaires auto-assemblées (SAM) sur surfaces d’or ou d’ITO. En variant les groupements donneur, accepteur, et l’espaceur il a été possible de moduler les propriétés optiques et électroniques.Les produits obtenus possèdent une forte absorption de lumière et peuvent donc être efficaces pour le photovoltaïque. Les monocouches moléculaires finales des chromophores avec ou sans nanoparticules d’or ont été étudiées principalement par angles de contact, techniques de spectroscopie IR, UV-Vis, XPS, et par microscopie à sonde locale (STM, AFM). Les matériaux ainsi obtenus à base de SAMs de chromophores “push-pull” et de nanoparticules de métaux nobles ont ensuite caractérisés électriquement et optiquement pour évaluer leur utilisation potentielle pour la conversion de l’énergie photovoltaïque. / During the past decades, the synthesis of organic donor-acceptor (D/A) “push-pull” chromophores has been of considerable interest because of their potential use in nonlinear optics, LEDs, field effect transistors, and photovoltaics (PV). As a part of the design of the PV cells, these molecular structures correctly arranged on a surface should improve the donor/acceptor interface, the optical absorption, and increase the volume of the active layer. We have developed a multi-step synthesis of new “push-pull” molecules bearing a thiol reactive group enabling to form self-assembled monolayers (SAM) on gold or ITO surfaces. Combining various donor, acceptor, and spacer moieties we could tune the “push-pull” optical and electronic properties. The obtained “push-pull” products exhibit a high light absorption and can thus be effective in PV applications. Final SAMs with and without nanoparticles were studied mainly by contact angles, UV-vis, IR and XPS spectroscopy, ellipsometry and near-field microscopy (STM and AFM). As-obtained organic layers were then electrically and optically characterized to assess their potential use in the field of PV energy conversion.

We have investigated the noncovalent interactions in carbohydrate-aromatic interactions which are pivotal to the recognition of carbohydrates in proteins. We have employed quantum mechanical methods to study carbohydrate-aromatic complexes. Due to the importance of dispersion contribution to the interaction energy, we mainly use density functional theory augmented with an empirical correction for the dispersion interactions (DFT-D). We have validated this method with a limited number of high level ab initio calculations. We have also analysed the vibrational and NMR chemical shift characteristics using the DFT-D method. We have mainly studied the complexes involving β-glucose with 3-methylindole and p-hydroxytoluene, which are analogues of tryptophan and tyrosine, respectively. We find that the contribution for interaction energy mainly comes from CH/π and OH/π interactions. We find that the interaction energy of complexes involving CH/π and OH/π interactions is reflected in the associated blue and red shifts of vibrational spectrum. We also find that the interactions involving 3-methylindole are somewhat greater than those for p-hydroxytoluene. The C-H blueshifts are also in parallel with the predicted NMR proton shift. We have also tested different density functionals including both standard density functionals and newly developed M0x functionals and MP2 method for studying carbohydrate-aromatic complexes. The DFT-D method and M06 functionals of the M0x family are found to perform better, while B3LYP and BLYP functionals perform poorly. We find that the inclusion of a dispersion term to BLYP is found to perform better. The dispersion energy dominates over the interaction energy of carbohydrate-aromatic complexes. From the DFT-D calculations, we found that the complexes would be unstable without the contribution from dispersive energy. We have also studied the importance of noncovalent interactions in functionalization of nanotubes by nucleic acid bases and aromatic amino acids by using semi-empirical methods with dispersion term such asPM3-D and PM3-D*. We find that the both semi-empirical schemes give reasonable interaction energies with respect to DFT-D interaction energies. We have also used PM3-D method to study the adsorption of organic pollutants on graphene sheet and on nanotubes. We found that the semi-empirical schemes, which are faster and cheaper, are suitable to study these larger molecules involving noncovalent interactions and can be used as an alternative to DFT-D method. We have also studied the importance of dispersion interaction and the effect of steric hindrance in aggregation of functionalized anthracenes and pentacenes. We have also employed molecular dynamics simulation methods to study the aggregation of anthracene molecules in toluene solution.

Photoinduced excitation and relaxation of organic molecules (C2H4 and CH2NH+2) are investigated by means of nonadiabatic quantum molecular dynamics with hopping (NA-QMD-H), developed recently [Fischer, Handt, and Schmidt, paper I of this series, Phys. Rev. A 90, 012525 (2014)]. This method is first applied to molecules assumed to be initially ad hoc excited to an electronic surface. Special attention is drawn to elaborate the role of electron-nuclear correlations, i.e., of quantum effects in the nuclear dynamics. It is found that they are essential for a realistic description of the long-time behavior of the electronic relaxation process, but only of minor importance to portray the short-time scenario of the nuclear dynamics. Migration of a hydrogen atom, however, is identified as a quantum effect in the nuclear motion. Results obtained with explicit inclusion of an fs-laser field are presented as well. It is shown that the laser-induced excitation process generally leads to qualitatively different gross features of the relaxation dynamics, as compared to the field-free case. Nevertheless, the nuclear wave packet contains all subtleties of the cis-trans isomerization mechanism as observed without a laser field.

The field of organic semiconductors considerably gained research interest due to promising applications in flexible, large-area, lightweight and semitransparent electronic devices, such as light-emitting diodes, solar cells, or transistors. The working mechanism of such devices depends on the combination of different neat or blended organic films, whose physical properties substantially differ from those of inorganic semiconductors. Weak intermolecular electronic coupling and large energetic disorder result in a thermally activated charge carrier hopping between localized electronic states. Therefore, many processes in organic devices are determined by properties of single molecules. The major goal of this thesis is to disclose relationships between electronic properties of organic thin films and molecular parameters, helping to provide specific design rules for new molecules. In the first part of this thesis, the impact of molecular quadrupole moments on the transport energies of charge carriers is investigated by photoelectron spectroscopy. The results reveal for a variety of planar small molecules that charge-quadrupole interactions along the pi-pi-stacking geometry induce large energy changes with molecular orientation at surfaces and interfaces of crystalline films. Furthermore, these electrostatic interactions enable a continuous tuning of energy levels in crystalline intermixed blends by more than 1 eV. In blends exhibiting separated phases, quadrupole moments induce electrostatic gradients from the interface to the bulk phase. These two effects are exploited in organic solar cells consisting of a ternary blend of two intermixed donors blended with one acceptor. By changing the mixing ratio of the two donors, the open-circuit voltage can be continuously tuned. Additionally, the dissociation barrier of electron-hole pairs at the interface can be varied, reflecting in a change in photocurrent. In the second part, molecular n-doping is investigated, facing the particular issue of air sensitivity. The analysis of two air stable precursor molecules of n-dopants reveals very good doping properties after their thermal evaporation, partly even better than for a reference air sensitive dopant. For high doping concentrations, temperature-dependent conductivity measurements show that the thermal activation energy of many compounds can be described by an empirical function of two molecular parameters, the relaxation energy of matrix anions and the Coulomb binding energy of integer charge transfer complexes (ICTCs) between matrix anions and dopant cations. The investigation of the density of states indicates that charge transport at high doping concentrations predominantly occurs by a rearrangement between different ICTC configurations and is limited by their energetic disorder, which can be reduced substantially by adding electron withdrawing side groups to the matrix molecules. The exposure of several n-doped semiconductors to air reveals that the air stability increases with larger ionization energies of ICTCs. This effect is attributed to an universal trap introduced upon air exposure. Its energy is estimated to be 3.9 eV, setting a general limit for air stable n-doping. / Organische Halbleiter bieten vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten in ultraleichten, flexiblen, großflächigen und semitransparenten elektronischen Bauteilen wie beispielsweise in Leuchtdioden, Solarzellen oder Transistoren. Die Funktionsweise solcher Bauteile basiert auf der Kombination verschiedener organischer Moleküle in dünnen Schichten, deren physikalische Eigenschaften sich stark von herkömmlichen anorganischen Halbleitern unterscheiden. Die schwache elektronische Kopplung zwischen einzelnen Molekülen und die große energetische Unordnung in organischen Halbleitern bewirken einen temperaturaktivierten Transport von Ladungsträgern zwischen lokalisierten elektronischen Zuständen. Daher werden viele Prozesse in organischen Halbleiterbauelementen von molekularen Eigenschaften bestimmt. Das Hauptziel dieser Dissertation ist es, verschiedene elektronische Eigenschaften dünner organischer Filme mit molekularen Parametern in Verbindung zu bringen, was als Grundlage für die gezielte Entwicklung neuer Moleküle dienen soll. Im ersten Teil dieser Arbeit wird mittels Photoelektronenspektroskopie der Einfluss molekularer Quadrupolmomente auf die Transportenergien von Ladungsträgern untersucht. Für eine große Anzahl verschiedener planarer Moleküle zeigt sich, dass die Wechselwirkung von Ladungen mit Quadrupolmomenten entlang der pi-pi-Stapelrichtung große Veränderungen der Energieniveaus an der Oberfläche und der Grenzfläche von kristallinen Filmen bewirkt, beispielsweise wenn sich die Molekülorientierung ändert. Dieser elektrostatische Effekt ermöglicht es, die Energieniveaus in einer homogen durchmischten Schicht zweier Molekülarten kontinuierlich über eine Größenordnung von mehr als 1 eV durchzustimmen. In Mischungen mit einer Phasentrennung können molekulare Quadrupolmomente einen elektrostatischen Gradienten an der Grenzfläche zwischen den Phasen ausbilden. Diese beiden Effekte werden in Solarzellen ausgenutzt, die aus einer Mischung von zwei Donatormolekülen und einem Akzeptormolekül bestehen. Durch Variation des Mischverhältnisses der zwei Donatoren lässt sich die Leerlaufspannung kontunierlich anpassen. Zusätzlich lässt sich die Energiebarriere für die Ladungsträgertrennung an der Grenzfläche reduzieren, was zu einem höheren Photostrom führt. Im zweiten Teil wird molekulare n-Dotierung untersucht, bei der das spezielle Problem der Luftsensitivität berücksichtigt werden muss. Zwei luftstabile Ausgangsmoleküle von n-Dotanden weisen nach ihrer thermischen Verdampfung sehr gute Dotiereigenschaften auf, welche für ein Molekül sogar besser als bei entsprechenden luftsensitiven Referenzdotanden sind. Temperaturabhängige Leitfähigkeitsmessungen zeigen, dass die thermische Aktivierungsenergie bei hohen Dotierkonzentrationen durch eine empirische Funktion von zwei molekularen Parametern beschrieben werden kann, welche die Relaxationsenergie von Anionen des Matrixmoleküls und die Coulombbindungsenergie des Ionenpaars aus Matrix- und Dotandenmolekül sind. Die Untersuchung der Zustandsdichte dieser hochdotierten Halbleiter deutet darauf hin, dass sich der Ladungstransport durch eine Umbesetzung dieser Ionenpaare beschreiben lässt. Der Transport ist dabei durch die energetische Unordnung der Ionenpaare limitiert, welche sich allerdings durch das Hinzufügen von elektronenziehenden Seitengruppen an die Matrixmoleküle deutlich reduzieren lässt. Der Kontakt verschiedener n-dotierter Halbleiter mit Luft zeigt, dass sich die Luftstabilität dieser mit größerer Ionisationsenergie der Anionen des Matrixmaterials verbessert. Diese Beobachtung wird dadurch erklärt, dass durch den Kontakt mit Luft ein universeller Fallenzustand mit der Energie von 3.9 eV entsteht. Dieser setzt eine allgemeine Grenze für luftstabile n-Dotierung.