University, Diss., 2004--Kassel.

This thesis deals with the synthesis of improved organic semiconductors, the detailed investigation of the molecular properties and the solid state arrangements revealed by single crystal X-ray diffraction and finally the development of structureperformance dependencies by measuring of the charge carrier mobilities of the derivatives in thin film transistors. The two main-goals of this thesis were achieved. Well soluble acene derivatives for spin-coated TFTs were obtained, showing charge carrier mobilities in the range of polymer p-type materials. Novel core-fluorinated perylene bisimide dyes were synthesized particularly and the use of electron deficient substituents lead to PBIs with outstanding air-stable mobilities in thin film transistors prepared by vacuum deposition techniques. The relationship between performance, air stability and solid state packing was elucidated in detail by single crystal X-ray diffraction analysis. / Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Synthese verbesserter organischer Halbleitermaterialien, detaillierte Untersuchungen ihrer Moleküleigenschaften sowie ihrer Packung mittels von Röntgenstrukturanalysen von Einkristallen sowie die Ableitung von Struktur-Eigenschaftsbeziehung mit Hilfe der Ladungsträgerbeweglichkeiten in Dünnschichttransistoren. Die beiden Hauptziele der Arbeit erreicht werden. Gutlösliche Acenderivate für Spin-Coating Verfahren konnten hergestellt werden deren TFTs Ladungsträgerbeweglichkeiten im Bereich polymerer p- Halbleitermaterialien liegen. Vor allem wurden jedoch neuartige Perylenbisimidfarbstoffe synthetisiert, die durch Einführung elektronenziehender Halogenreste herausragende Elektronenbeweglichkeiten in Dünnschichttransitoren an Luft aufwiesen (durch Vakuumsublimation hergestellt). Der Zusammenhang zwischen Ladungsträgermobilität, Luftstabilität und Festkörperpackung wurde detailliert durch Einkristallstrukturanalysen aufgeklärt.

This thesis addresses the identification and characterization of spin states in optoelectronic materials and devices using multiple spin-sensitive techniques. For this purpose, a systematic study focussing on triplet states as well as associated loss pathways and excited state kinetics was carried out. The research was based on comparing a range of donor:acceptor systems, reaching from organic light emitting diodes (OLEDs) based on thermally activated delayed fluorescence (TADF) to organic photovoltaics (OPV) employing fullerene and multiple non-fullerene acceptors (NFAs). By developing new strategies, e.g., appropriate modeling, new magnetic resonance techniques and experimental frameworks, the influence of spin states in the fundamental processes of organic semiconductors has been investigated. Thereby, the combination of techniques based on the principle of electron paramagnetic resonance (EPR), in particular transient EPR (trEPR) and optically detected magnetic resonance (ODMR), with all-optical methods, such as transient electroluminescence (trEL) and transient absorption (TA), has been employed. As a result, excited spin states, especially molecular and charge transfer (CT) states, were investigated in terms of kinetic behavior and associated pathways, which revealed a significant impact of triplet states on efficiency-limiting processes in both optoelectronic applications. / Diese Dissertation befasst sich mit der Identifizierung und Charakterisierung von Spinzuständen in optoelektronischen Materialien und Bauelementen unter Verwendung mehrerer spinsensitiver Techniken. Dazu wurde eine systematische Studie mit Schwerpunkt auf Triplett-Zuständen sowie den damit verbundenen Verlustpfaden und der Kinetik der zugehörigen angeregten Zustände durchgeführt. Der Schwerpunkt lag auf dem Vergleich einer Reihe von Donor:Akzeptor-Systemen, die von organischen Leuchtdioden (engl. organic light emitting diodes, OLEDs), basierend auf thermisch aktivierter verzögerter Fluoreszenz (engl. thermally activated delayed fluorescence, TADF), bis hin zu organischer Photovoltaik (OPV), unter Verwendung von Fulleren- und mehreren Nicht-Fulleren-Akzeptoren (NFAs), reichten. Durch die Entwicklung neuer Strategien, z.B. adäquater Modellierung, neuer Techniken im Bereich der Magnetresonanz und experimenteller Konzepte, konnte der Einfluss von Spinzuständen auf die grundlegenden Prozesse organischer Halbleiter untersucht werden. Dabei wurden Techniken, die auf dem Prinzip der Elektronenspinresonanz (engl. electron paramagnetic resonance, EPR) basieren, insbesondere transientes EPR (trEPR) und optisch detektierte Magnetresonanz (ODMR), mit rein optischen Methoden, wie transienter Elektrolumineszenz (trEL) und transienter Absorption (TA), kombiniert. Resultierend wurden angeregte Spinzustände, insbesondere molekulare und Ladungstransferzustände, im Hinblick auf das kinetische Verhalten und assoziierten Exzitonpfaden untersucht, wobei ein bedeutender Einfluss von Triplett-Zuständen auf Effizienz-limitierende Prozesse in beiden optoelektronischen Anwendungen aufgezeigt wurde.

The thesis investigates the electrical transport properties of different π-conjugated organic semiconductors applied as active semiconducting material in organic field-effect transistor (OFET) devices. Theses organic materials are αω-dihexylquaterthiophene (DH4T), the tetrathiafulvalene (TTF) derivatives dibenzene-tetrathiafulvalene (DB-TTF) and dithiophene-tetrathiafulvalene (DT-TTF), and polytriarylamine (PTAA). The latter material is an amorphous polymer, the three others are small molecule oligomer materials. Different deposition methods were applied and compared. The investigations in the thesis treat the pure characterisation of the above materials with their different properties in OFET devices. Furthermore, the aim was to observe and analyse general rules and effects in OFETs depending on the structure, previous history, and the device scaling. Therefore, different tools and special analysing methods were developed and applied. These are a standard characterisation method for the classification of the used organic semiconductor, temperature dependent electrical characterisation investigating the electrical transport properties, the newly developed in situ measurement method of OFET devices, the downscaling of the OFET devices of channel length below 100 nm, and the lithographical structuring of a PTAA film. / Die vorliegende Dissertationsarbeit untersucht die elektrischen Transporteigenschaften mehrerer π-konjugierter organischer Halbleiter. Diese werden zu diesem Zweck in organische Feldeffekttransistoren (OFET) als aktive halbleitende Schicht eingebaut. Bei den halbleitenden Verbindungen handelt es sich um αω-Dihexylquaterthiophen (DH4T), die Tetrathiafulvalenverbindungen (TTF) Dibenzen-Tetrathiafulvalen (DB-TTF) und Dithiophen-Tetrathiafulvalen (DT-TTF) und um Polytriarylamin (PTAA). Bei letzterer Verbindung handelt es sich um ein amorphes Polymer, die drei anderen sind oligomere Verbindungen. Unterschiedliche Depositionsmethoden wurden angewandt und miteinander verglichen. Im Zuge der Dissertationsarbeit werden die Eigenschaften der oben genannten organischen Halbleiter untersucht und charakterisiert. Darüber hinaus war das Ziel der Arbeit, allgemein gültige Gesetzmäßigkeiten und Effekte in OFETs zu erklären. Hierbei wird speziell der Einfluss der Struktur der Halbleiter, ihre Zeit- und Umweltbeständigkeit und die Abhängigkeit von der Bauteilskalierung untersucht. Verschiedene Apparaturen und Analysemethoden wurden zu diesem Zweck genutzt und teilweise dafür entwickelt. Dieses sind eine Methode zur Standardcharakterisierung von Bauteilen und Halbleitern, temperaturabhängige elektrische Charakterisierungen zur Untersuchung des elektrischen Transportverhaltens der organischen Halbleiter, die neu entwickelte in situ Messmethode während der Vakuumdeposition des Halbleiters, die Herunterskalierbarkeit von Bauteilen bis zu Kanallängen unter 100 nm und das lithographische Strukturieren von PTAA Dünnschichten.

Das Wissen um die strukturellen und elektronischen Eigenschaften verborgener Metall-Organik-Grenzflächen ist entscheidend für die Optimierung und Verbesserung der Leistungsfähigkeit von auf organischen Halbleitern basierenden Bauteilen. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Delaminationskonzept für das Ultrahochvakuum (UHV) umgesetzt und optimiert, mit dessen Hilfe an Modellsystemen verborgene Grenzflächen für oberflächensensitive Methoden zugänglich gemacht und im Anschluss hinsichtlich ihrer elektronischen und topographischen Eigenschaften untersucht wurden. Die Erfahrungen und Ergebnisse dieser Arbeit stellen im Bezug auf Untersuchungen und die Optimierung von organischen Bauteilen und ihre verborgenen Grenzflächen einen neuartigen Zugang dar. Der erste Schwerpunkt der Arbeit befasste sich am Beispiel von verborgenen Metall/NTCDA- und Metall/ PTCDA-Grenzflächen mit der Frage, wie verborgene Grenzflächen erfolgreich für oberflächensensitive Methoden zugänglich gemacht werden können. Nach einer Eruierung eines Klebstoffs, dessen Eigenschaften den Anforderungen hinsichtlich der Festigkeit, Verarbeitung und UHV-Tauglichkeit genügt, konnte gezeigt werden, dass es mit ausreichender Sorgfalt möglich ist, einen unmittelbaren Zugang zu verborgenen Grenzflächen zu erhalten. Es konnten dabei Kontakte von ca. 10 × 15 mm2 Größe offengelegt werden. Dabei zeigte sich auch, dass der Klebstoff für die Qualität der Delamination eine entscheidende Rolle spielt. Auf der einen Seite bestimmt das Klebeverhalten des Klebstoffs die Größe der möglichen Delaminationsfläche, und auf der anderen Seite bestimmt seine chemische Zusammensetzung das Ausgas- und Diffusionsverhalten, welche Einfluss auf den Kontaminationsgrad der delaminierten Grenzflächen haben. Mit Hilfe von dickeren Metallschichten konnte erreicht werden, dass leichter zu verarbeitende Klebstoffe (Klebestreifen) für die Delamination verborgener Grenzflächen verwendet werden können. Auch konnte die gesamte Prozedur, eine verborgene Grenzfläche zu präparieren und zu delaminieren, erfolgreich in-situ im UHV durchgeführt werden. Als schwierig zeigte sich die thermische Desorption von Molekülschichten von delaminierten Metallkontakten. Bei der thermischen Ausdünnung (100-250_C) wird unweigerlich die Morphologie des darunter liegende Metallkontakts verändert. Zudem wurden Konzepte getestet, mit welchen PTCDA-Schichten von delaminierten Kontakten mittels Lösungsmitteln entfernt wurden, um im Anschluss daran die Kontakttopographie zu untersuchen. Es wird vermutet, dass der Einfluss der Lösungsmittel auf den delaminierten Kontakt zwar gegeben, jedoch gering ist. Im zweiten Schwerpunkt dieser Arbeit konnten für verborgene Metall(Au,Ag)/PTCDA und Ag/NTCDA-Grenzflächen nach ihrer Delamination einige Gemeinsamkeiten festgestellt werden: Nach der Delamination der Top-Kontakte befinden sich auf den Metallkontakten inhomogene Molekülschichten. Dabei waren auf den PTCDA-bedeckten Kontakten dickere Schichten (4-5 ML PTCDA auf Ag-Kontakt) und auf den NTCDA-bedeckten Kontakten große Bereiche von mindestens 2 mm im Durchmesser mit Monolagen vorhanden. Auch topographisch zeigten sich Gemeinsamkeiten. So wiesen die mit Molekülmultilagen bedeckten Bereiche glatte Oberflächen auf, während die Metalloberflächen selbst zerklüftete, mäanderartige und raue Oberflächen aufwiesen. Eine weitere Gemeinsamkeit war, dass der Klebstoff die PE-spektroskopische Untersuchung der Valenzzustände erheblich erschwerte. Des Weiteren konnte die Molekülschicht zwar thermisch ausgedünnt werden, jedoch konnten danach keine Valenzzustände untersucht werden. Als letzter gemeinsamer Gesichtspunkt waren topographische Einflüsse des Klebstoffs, welcher durch seine mikro- wie makroskopischen thermischen Verformungen und Blasenbildung massiv die topographische Struktur des Kontakts verändert. Bei der Untersuchung von in-situ delaminierten verborgenen Grenzflächen stand zunächst die Metall(Au,Ag)/PTCDA-Grenzflächen im Fokus. Bei delaminierten Au/PTCDA-Kontakten war die offengelegte Grenzfläche nach der Delamination nicht intakt, und es fanden sich Löcher in der Metallschicht mit mehreren μm Durchmesser. Durch diese waren Bestandteile des Klebstoffs (VACSEAL) photoelektronenspektroskopisch und lichtmikroskopisch auf der verborgenen Grenzfläche zu sehen, die gerade in der UV-Photoelektronenspektroskopie (UPS) eine Untersuchung der Valenzzustände dünner PTCDA-Schichten besonders erschweren. Das HOMO der PTCDA-Multilage liegt bei delaminierten Au/PTCDA-Kontakten bei etwa 2,3eV. Die Untersuchung von Ag/PTCDA-Kontakten zeigte intakte Metallkontaktfilme nach der Delamination. Es konnte zudem die Molekülschicht thermisch bei 260_C auf 2-4 Monolagen erfolgreich ausgedünnt werden, so dass Valenzzustände untersucht werden konnten. Der Klebstoff erschwerte jedoch auch hier die Untersuchung. Aufgrund verbreiterter Spektren konnten die Lagen des HOMO und FLUMO des in-situ delaminierten und ausgedünnten Ag/PTCDA-Kontakts ungefähr bei 1,9 eV bzw. 0,7 eV bestimmt werden. Weiterhin wurden offengelegte Ag/NTCDA-Grenzflächen untersucht. Bei Ag/ NTCDAKontakten ist es gelungen, durch sukzessives Erhöhen der Metallschichtdicke den Einfluss des Klebstoffs zu minimieren bzw. gänzlich ohne diesen auszukommen. Bereits ab Silberschichtdicken von 2,5 μm können verborgene Grenzflächen mit geschickter Technik so delaminiert werden, dass sich Kontaktbereiche ohne Klebstoffanteile ergeben. Dabei wurde ein Drittel des Kontakts verklebt und die restlichen zwei Drittel standen nach der Delamination frei von Klebstoffbestandteilen für Untersuchungen zur Verfügung. Ein weiterer Erfolg bezüglich der Delamination war nicht nur, dass leichter zu verarbeitende Klebstoffe (Klebestreifen) verwendet werden konnten, sondern vor allem, dass es gelang, Ag/NTCDA-Kontakte zu delaminieren, deren Molekülschichtdicken im Monolagenbereich vorlagen. Damit konnte zum ersten Mal die direkte Molekül-Metall-Wechselwirkung an der verborgenen Grenzfläche untersucht werden, ohne dass der Kontakt für die Klebstoffaushärtung geheizt und die NTCDA-Schicht thermisch desorbiert werden musste. Das mit UPS ermittelte HOMO lag dabei bei 2,3 eV und das FLUMO bei 0,6 eV. Zudem wurde eine Austrittsarbeit von 4,9 eV ermittelt. Ferner konnte die Valenzstruktur eines vollständig in-situ präparierten und delaminierten Kontakts im UHV untersucht werden. Die Ergebnisse zeigten keinerlei Unterschiede zu den Kontakten, die für die Verklebung an Luft gebracht wurden. Ferner wurde ein Modell vorgestellt, mit dem erklärt werden kann, weshalb sich nach der Delamination nur einige wenige Moleküllagen auf dem Metallkontakt befinden. Bei den allgemeinen topographischen Untersuchungen ergab sich, dass die delaminierten Ag/NTCDA-Kontakte relativ rau mit einer RMS-Rauheit im Bereich von 18-24 nm und einer Skewness von 0,5 bis 1,5 waren. Ebenfalls wurden zwei Auffälligkeiten von delaminierten Ag/NTCDA-Kontakten untersucht: Die erste waren topographische Strukturen, die im Lichtmikroskop Löcher in der Metallschicht zu sein schienen. Diese erwiesen sich im Rasterkraftmikroskop (RKM) als lokal begrenzte Bereiche mit erhöhter Rauheit. Die zweite topographische Auffälligkeit waren Bereiche auf den delaminierten Ag/NTCDA-Kontakten, die im Lichtmikroskop als dunkle Flecken verschiedener Größe erschienen. Bei RKM-Untersuchungen konnten die dunklen Bereiche als NTCDA-Kristallite identifiziert werden, deren Dicke zwischen 500-600 nm lag. Zum Abschluss soll an dieser Stelle noch angemerkt werden, dass die Übertragung der Erfahrungen und Ergebnisse dieser Arbeit auf andere Systeme möglich ist. Das hier erfolgreich angewandte Delaminationskonzept besticht durch einfache Handhabung und Untersuchungsmöglichkeiten im UHV. Gerade im Hinblick auf eine vollständige in-situ Präparation und Delamination gibt es jedoch noch erhebliches Optimierungspotential, bis die Untersuchung von verborgenen Grenzflächen anderer Systeme, die besonders empfindlich gegenüber Umgebungsbedingungen sind, erfolgreich durchgeführt werden und zur Optimierung von "organischen" Bauteilen beitragen können. / The knowledge of structural and electronic properties of buried metal/organic semiconductor interfaces is crucial for the optimisation and the improvement of devices based on organic semiconductors. The present thesis establishes an optimised concept of a delamination technique suitable for ultra high vacuum (UHV) with which model systems of buried interfaces were made accessible for surface sensitive methods which were applied to investigate their electronic and topographical properties. The experience with and results of this work are valuable for the investigation and optimisation of organic devices and their buried interfaces. A primary focus of this work is on the question how buried interfaces could be accessed successfully for surface sensitive methods using buried metal/NTCDA and metal/PTCDA interfaces as model systems. Having found an adhesive which was able to meet the demands of strength, processing and UHV-suitability it was proved that it is possible, with some care, to access the buried interfaces directly. Contacts of approximately 10 × 15 mm2 in size were accessed. Furthermore, the experience showed that the adhesive plays a decisive role for the quality of delaminated contacts: On the one hand the size of the delaminated contacts is determined by the properties of the adhesive, on the other hand its chemical compounds determine the degassing and diffusion properties which have an influence on the degree of contamination of the delaminated interface. Moreover adhesive tapes were successfully used, which were easy to handle for the delamination of buried interfaces by means of thicker metal contact layers. Moreover, the whole process of preparation and subsequent delamination of a buried interface was successfully performed in-situ in UHV. The thermal desorption of molecular layers from delaminated metal contacts proved to be difficult. Thinning out the molecular layers thermally (100−250_C), makes the change in morphology of the metal contact underneath inevitable. Additionally, concepts are discussed with which layers of PTCDA were removed from delaminated contacts by means of solvents in order to investigate the contact topography thereupon. It is assumed that there is an influence of the solvents on the delaminated contact but on a small scale. The second focus of the thesis is on the investigation of the electronical and topographical properties of the buried interfaces, for which some similarities between delaminated metal (Au,Ag)/ PTCDA- and Ag/NTCDA interfaces were found: After the delamination of top-contacts there were inhomogeneous layers of molecules on the metal contacts. Whereas PTCDA covered metal contacts had thicker molecular layers (4 − 5 ML PTCDA on Ag), NTCDA covered contacts showed only one monolayer coverage over large areas of at least 2 mm in diameter. There were also topographical similarities. Regions with multilayer coverage showed smooth surfaces whereas metal surfaces showed a fissured, meander-like and rough surface. Both contact systems also had in common that the adhesive made PES investigations of valence states very difficult. Furthermore, it was possible to thin out the molecular layers thermally but afterwards no valence states could be measured. The last aspect both contacts had in common was the influence of the adhesive on the topography of the metal surfaces. The topographical structures of the contacts were massively altered due to thermally induced, micro- and macroscopically noticeable changes as well as the creation of blisters of the adhesive. Investigating in-situ delaminated buried interfaces, the focus was on metal (Au,Ag)/PTCDA interfaces first. The revealed interfaces of delaminated Au/PTCDA contacts were not intact after delamination and showed holes in the metal layer of several microns in diameter. Through these holes the adhesive (VACSEAL) could be measured and seen on the buried interface by means of PES and optical microscopy, respectively, which made UPS investigations of valence states of thin PTCDA layers rather difficult. The PTCDA multilayer HOMO was found to be at approx. 2.3 eV for delaminated Au/PTCDA contacts. The investigation of Ag/PTCDA contacts showed intact metal films after delamination. The molecular layers could be successfully desorbed thermally at 260_C to 1-3 monolayers so that valence states were investigated. The adhesive, however, made investigations rather difficult. The spectra of the in-situ delaminated and thermally desorbed Ag/PTCDA contact were noticeably broadened so that the positions of HOMO and FLUMO could only be estimated at 1.9 eV and 0.7 eV, respectively. Additionally, interfaces of Ag/NTCDA contacts were investigated. By incrementally increasing the thickness of the metal layer the influence of the adhesive on the Ag/NTCDA contacts was successfully minimised or even made the use of the liquid adhesive dispensable. Even at silver thicknesses of 2.5 μm the buried interfaces can be delaminated in that way that there are parts of the contact having no adhesive underneath. In this case one third of the contact was glued to a substrate and the remaining two thirds were investigated without amounts of adhesive material. Not only the usage of adhesive tapes, which are easier to handle, was a further success as far the delamination process is concerned, but also the fact that Ag/NTCDA contacts were delaminated in that way which had a coverage of only a few monolayers. Consequently, the interaction between molecules and metal of the buried interface could be investigated without the contact being heated for curing the adhesive or for molecule desorption. With UPS it was found that the HOMO position was at 2.3 eV and the position of the FLUMO at 0.6 eV. Additionally, the work function was determined to be 4.9 eV. Furthermore, the valence structure of a contact was investigated which was prepared and delaminated completely in-situ without breaking the UHV. The results did not show any discrepancies to those where contacts were being exposed to air for gluing. Also, a model is presented which could help to explain why only monolayers remain on the metal contact after delamination. Investigations of the topography revealed that delaminated Ag/NTCDA contacts are relatively rough at a RMS-roughness in the range of 18-24 nm and had a skewness of 0.5 to 1.5. Finally, two peculiarities of delaminated Ag/NTCDA contacts were investigated: The first one were topographical structures which seemed to be holes in the metal layer seen through the optical microscope. By means of atomic force microscopy (AFM) it was revealed that these structures where small areas of a higher roughness. The second topographical peculiarity were dark areas of different sizes on delaminated Ag/NTCDA contacts seen in the optical microscope. AFM investigations could identify these dark areas as NTCDA-crystallites which had a thickness between 500 to 600 nm. Summing up, it should be noted that all experiences and results of this work can also be translated successfully to other systems. The advantages of the delamination concept used here is the simple handling and the possibility to do investigations under UHV conditions. Regarding the complete in-situ preparation and delamination there is still a potential to optimise the set-up. In doing so, other systems of buried interfaces being sensitive to ambient conditions could be investigated successfully in order to improve and to optimise organic based electronic devices.

Die Struktur und die elektronischen Eigenschaften organischer Halbleiter sind für die Herstellung organischer Bauelemente von entscheidender Bedeutung. Da diese gerade durch das Wachstum der organischen Molekülfilme nachhaltig beeinflusst werden, ist ein Verständnis der Wachstumsmechanismen zur Herstellung organischer Halbleiterbauelemente unabdingbar. Von besonderem Interesse sind die ultradünnen organischen Filme, die aus nur wenigen Moleküllagen bestehen. Gerade bei diesen kommt es auf die homogene Dichte der Filme, Domänen, Kristallite sowie deren Grenzen und Orientierungen an. In dieser Arbeit werden das Wachstum und die entstehenden Strukturen zweier organischer Moleküle untersucht: PTCDA und das eng mit diesem verwandte NTCDA. Als Substrate kommen die (111)-Oberflächen von Silber- und Gold-Einkristallen zum Einsatz. Bei allen vier Modellsystemen bilden die Moleküle lateral hochgeordnete Filme auf den Oberflächen aus. Die Untersuchungen wurden mit dem Spektromikroskop mit Aberrationskorrektur für viele relevanten Techniken (SMART) an der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II durchgeführt. Dieses Gerät erlaubt, die unterschiedlichsten Untersuchungsmethoden der Oberflächenphysik ortsaufgelöst und in Echtzeit an einer Probe in situ anzuwenden. Es kamen sowohl mikroskopische (Hg-PEEM, X-PEEM, LEEM), beugende (LEED), als auch spektroskopische Methoden (NEXAFS, PES) zum Einsatz. Für PTCDA ergeben die Experimente, dass es in Abhängigkeit von der Substrattemperatur auf beiden Oberflächen ein Franck-van der Merwe- (Lage-für-Lage-) oder ein Stranski-Krastanov-Wachstum (dreidimensionale Inseln auf einem geschlossenen Film) zeigt. In beiden Fällen sind die Moleküle innerhalb der einzelnen Lagen und Inseln parallel zum Substrat orientiert. Das Wachstum wird neben der Substrattemperatur auch nachhaltig von der Morphologie des Substrates beeinflusst, da die Filme auf ebenen Terrassen schneller wachsen als auf Stufenkanten oder -bündeln. Die Beweglichkeit der Moleküle erklärt den Einfluss beider Wachstumsfaktoren. Die hohe laterale Ordnung der Filme spiegelt sich auch in sehr großen Domänen wider. Auf Ag(111) ist die PTCDA-Monolage chemisorptiv, auf Au(111), so wie die Multilagen beider Systeme, physisorptiv gebunden. Beim NTCDA konnte das Wachstum der relaxierten Monolage auf der Ag(111)-Oberfläche sowie der Phasenübergang zur komprimierten Monolage direkt beobachtet werden. Innerhalb beider Strukturen sind die Moleküle parallel zur Substratoberfläche orientiert. Die anschließend aufwachsende Bilage ist bei Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur metastabil und nur unter andauerndem Molekülfluss beobachtbar. Für die Bilage wird ein mittlerer Verkippungswinkel der Moleküle gegenüber der Substratoberfläche von etwa 45° gefunden. Die anschließend aufwachsenden dreidimensionalen Inseln zeigen unterschiedliche Orientierungen und bestehen jeweils aus einer einzigen Domäne. Die Ausbildung so großer Domänen im Mikrometerbereich wird dadurch erklärt, dass die Moleküle oberhalb der Monolage in einer volumenartigen Phase in dreidimensionalen Inseln wachsen. Basierend auf ortsaufgelösten NEXAFS- und LEED-Messungen wird ein Strukturmodell vorgeschlagen, das die Messungen mit einer einzigen volumenartigen Phase erklären kann, wobei die Kristallite eine einheitliche Ausrichtung senkrecht zur Substratoberfläche aufweisen, bezüglich der Oberflächennormalen jedoch gegeneinander verdreht sind. Ob jedoch die Ausrichtung aller Inseln gleich dieser ist, ob einzelne Inseln unterschiedliche Ausrichtungen zeigen, oder ob sogar eine Art von Polymorphismus vorliegt, lässt sich mit den vorliegenden Ergebnissen nicht endgültig klären, auch wenn alles auf ein Vorhandensein einer Mischung der Modelle hindeutet. Die auf beiden Oberflächen beobachtete hohe Beweglichkeit der Moleküle deutet auf eine schwache laterale Korrugation des vertikalen Potenzials hin. / The structure and electronic properties of organic semiconductors are of crucial importance for the production of organic devices. Since these properties are strongly influenced by the growth of the molecular thin films, a deeper insight into the growth mechanisms is indispensable in order to build organic semiconductor devices. The ultrathin molecular films consisting of a few molecular layers only, are of special interest. For them a homogenous density of the films, domains, crystallites and their boundaries as well as their orientations are of great importance. In this thesis the growth and the resulting structures of two organic molecules are studied: 3,4,9,10-perylene-tetracarboxylicacid-dianhydride (PTCDA) and the closely related 1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylicacid-dianhydride (NTCDA). As substrates the (111)-oriented surfaces of silver and gold single-crystals are used. In all four model systems the molecules form lateral highly ordered films on the surfaces. The measurements were carried out with the Spectro-Microscope with Aberration correction for many Relevant Techniques (SMART) using BESSY II as synchrotron light source. The SMART allows the scientist to make use of different laterally resolved surface science methods in realtime and in-situ. In this work methods of microscopic (Hg-PEEM, X-PEEM, LEEM), diffractive (LEED) and spectroscopic (NEXAFS, PES) character are used. The PTCDA measurements clearly show for both surfaces, Ag(111) as well as Au(111), that depending on the substrate temperature a Franck-van der Merwe- (layer-by-layer-) or a Stranski-Krastanov-growth mode (three dimensional islands on a closed film) occurs. In both cases the molecules are oriented parallel to the substrates within the layers and islands. The growth is not only governed by the substrate temperature but also by its morphology. Therefore the films grow faster on flat terraces than on steps and step bunches. The influence of both growth modes is explained by the high mobility of the molecules. The high degree of lateral order reflects in quite large domains. On Ag(111) the PTCDA-monolayer is bound chemisorptive whereas it is bound physisorptive on Au(111). The latter also holds true for the multilayers of both systems. For NTCDA on Ag(111) the growth of the relaxed monolayer and the phase transition towards the compressed monolayer could be observed directly. Within both monolayers the molecules are oriented parallel to the substrate surface. The following bilayer is metastable for substrate temperatures above room temperature and is observed under continuous molecular flux only. For this bilayer an average tilt angle of about 45° against the substrate surface was found for the molecules. The three dimensional islands which are growing subsequent to the bilayer show different orientations and form quite large single domains. This growth of domains in the scale of micrometers can be explained by a bulk-like structure of the three dimensional islands. Based on laterally resolved NEXAFS- and LEED-experiments, a structure model is suggested which could explain the data with only one structure. However, it was not possible within this work to finally clarify whether there is only one structure (seen under different angles) or a mixture of more than one of them. On both surfaces the molecules show a rather high mobility revealing a rather weak lateral corrugation of the vertical potential.

In the presented thesis, the various excited states encountered in conjugated organic semiconductors are investigated with respect to their utilization in organic thin-film solar cells. Most of these states are spin-baring and can therefore be addressed by means of magnetic resonance spectroscopy. The primary singlet excitation (spin 0), as well as positive and negative polaronic charge carriers (spin 1/2) are discussed. Additionally, triplet excitons (spin 1) and charge transfer complexes are examined, focussing on their differing spin-spin interaction strength. For the investigation of these spin-baring states especially methods of electron paramagnetic resonance (EPR) are best suited. Therefore according experimental methods were implemented in the course of this work to study conjugated polymers, fullerenes and their blends with continuous wave as well as time-resolved EPR and optically detected magnetic resonance. / Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den vielfältigen Anregungszuständen in konjugierten organischen Halbleitern mit Hinblick auf deren Verwendung in organischen Dünnschicht-Solarzellen. Diese verschiedenen Zustände sind zumeist Spin-behaftet und daher mit Methoden der Magnetresonanz adressierbar. Es wird unterschieden zwischen Singulett-Exzitonen (Spin 0) als primärer Photoanregung, sowie positiven und negativen polaronischen Ladungsträgern (Spin 1/2). Des Weiteren werden Triplet-Exzitonen (Spin 1) und Ladungstransferkomplexe behandelt, die sich durch unterschiedlich starke Spin-Spin Wechselwirkung auszeichnen. Zur Untersuchung dieser Spin-behafteten Zustände bieten sich insbesondere Methoden der Elektron-Paramagnetischen Resonanz-Spektroskopie (EPR) an. Im Zuge dieser Arbeit wurden dafür entsprechede Messmethoden der Dauerstrich (cw) EPR, zeitaufgelösten, transienten EPR und der optisch detektierten Magnetresonanz (ODMR) implementiert und zur Erforschung von konjugierten Polymeren, Fullerenen und deren Mischungen eingesetzt.

The present thesis is concerned with the impact of alkali metal-doping on the electronic structure of semiconducting organic thin films. The organic molecular systems which have been studied are the polycyclic aromatic hydrocarbons picene, pentacene, and coronene. Motivated by reports about exceptional behavior like superconductivity and electronic correlations of their alkali metal-doped compounds, high quality films fabricated from the above named molecules have been studied. The electronic structure of the pristine materials and their doped compounds has been investigated using photoelectron spectroscopy. Core level and valence band studies of undoped films yield excellent photoemission spectra agreeing with or even outperforming previously reported data from the literature. Alkali metal-doping manifests itself in a uniform manner in the electronic structure for all probed samples: Opposed to reports from the literature about metallicity and even superconductivity in alkali metal-doped picene, pentacene, and coronene, all films exhibit insulating nature with an energy gap of the order of one electron-volt. Remarkably, this is independent of the doping concentration and the type of dopant, i.e., potassium, cesium, or sodium. Based on the interplay between narrow bandwidths in organic semiconductors and sufficiently high on-molecule Coulomb repulsion, the non-metallicity is attributed to the strong influence of electronic correlations leading to the formation of a Mott insulator. In the case of picene, this is consolidated by calculations using a combination of density functional theory and dynamical mean-field theory. Beyond the extensive considerations regarding electronic correlations, further intriguing aspects have been observed. The deposition of thin picene films leads to the formation of a non-equilibrium situation between substrate and film surface. Here, the establishment of a homogeneous chemical potential is hampered due to the only weak van der Waals-interactions between the molecular layers in the films. Consequently, spectral weight is measurable above the reference chemical potential in photoemission. Furthermore, it has been found that the acceptance of additional electrons in pentacene is limited. While picene and coronene are able to host up to three extra electrons, in pentacene the limit is already reached for one electron. Finally, further extrinsic effects, coming along with alkali metal-doping, have been scrutinized. The oxidation of potassium atoms induced by the reaction with molecular oxygen in the residual gas of the ultra-high vacuum system turned out to significantly influence the electronic structure of alkali metal-doped picene and coronene. Moreover, also the applied X-ray and UV irradiation caused a certain impact on the photoemission spectra. Surprisingly, both effects did not play a role in the studies of potassium-doped pentacene. / Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Dotierung organischer Dünnfilme mittels Alkalimetall-Interkalation sowie deren Einfluss auf die elektronische Struktur der Filme. Untersucht wurden zu diesem Zweck die polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe Picen, Pentacen und Coronen. Berichte über außerordentliche Eigenschaften wie Supraleitung und elektronische Korrelationen in Alkalimetall-dotierten Verbindungen der genannten organischen Halbleiter liefern die Motivation für diese Arbeit. Die elektronische Struktur sowohl der reinen Filme als auch ihrer dotierten Verbindungen wurde unter Verwendung von Photoelektronenspektroskopie untersucht. Rumpfniveau- und Valenzband-Spektren der reinen Filme spiegeln deren hohe Qualität wider. Die Dotierung mit Alkalimetallen äußert sich für die drei untersuchten Probensysteme auf eine überraschend einheitliche Art und Weise in der elektronischen Struktur: In Diskrepanz zu Berichten aus der Literatur über Metallizität oder gar Supraleitung in Alkalimetall-dotiertem Picen, Pentacen und Coronen zeigen alle Filme isolierendes Verhalten mit einer Energielücke in der Größenordnung von einem Elektronenvolt. Dieses Verhalten tritt unabhängig von der Dotierkonzentration und der Art des Donators (Kalium, Cäsium oder Natrium) auf. Basierend auf dem Zusammenspiel schmaler Bandbreiten in organischen Halbleitern und hoher Coulomb-Abstoßung der Elektronen auf den Molekülen wird die beobachtete Nicht-Metallizität dem starken Einfluss elektronischer Korrelationen zugeschrieben. Im Fall von Picen wird diese Annahme durch theoretische Betrachtungen bekräftigt, wobei Rechnungen im Rahmen einer Kombination aus Dichtefunktionaltheorie und dynamischer Molekularfeldtheorie durchgeführt wurden. Neben den Ausführungen hinsichtlich elektronischer Korrelationen werden in dieser Arbeit weitere interessante Beobachtungen adressiert. So hat das Wachstum dünner Picen-Filme die Entstehung eines Nicht-Gleichgewichts zwischen Substrat und Filmoberfläche zur Folge: Auf Grund der nur schwachen van der Waals-Wechselwirkung zwischen den Moleküllagen der Filme wird die Ausbildung eines homogenen chemischen Potentials erschwert. Dies führt zu der unerwarteten Beobachtung von spektralem Gewicht oberhalb des chemischen Potentials des Referenzsystems. Des Weiteren konnte gefunden werden, dass die Akzeptanz zusätzlicher Elektronen in Pentacen limitiert ist. Während Picen und Coronen in der Lage sind, bis zu drei weitere Elektronen aufzunehmen, ist die entsprechende Grenze bei Pentacen schon für ein Elektron erreicht. Abschließend wurden weitere extrinsische Effekte aufgeklärt, die im Zusammenhang mit der Alkalimetall-Dotierung auftraten. Zum einen führt die Reaktion von Kalium-Atomen mit molekularem Sauerstoff im Restgas der Ultrahochvakuum-Apparatur zur Bildung von Kaliumoxid. Dies äußert sich deutlich in der elektronischen Struktur von Alkalimetall-dotiertem Picen und Coronen. Des Weiteren zeigte hier die verwendete Röntgen- sowie UV-Strahlung deutliche Auswirkungen auf die Photoemissionsspektren. Beide Effekte spielten im Fall der Studien an Pentacen keine Rolle.

Neben herkömmlichen, konventionellen anorganischen Solarzellen — hauptsächlich auf Silizium basierend — ist die Organische Photovoltaik (OPV) auf dem besten Wege in naher Zukunft eine kostengünstige, umweltfreundliche, komplementäre Technolgie darzustellen. Die Produktionskosten, die Lebenszeit der Solarzellen sowie deren Wirkungsgrad müssen dabei weiter optimiert werden, um einen Markteintritt der OPV zu ermöglichen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Effizienz organischer Solarzellen und deren Limitierung durch die Rekombination von Ladungsträgern. Um funktionsfähige Zellen zu untersuchen, werden zeitaufgelöste Experimente wie die Messung der transienten Photospannung (TPV), des transienten Photostroms (TPC), die Ladungsextraktion (CE) sowie die time delayed collection field (TDCF) Methode angewandt. Untersucht werden sowohl flüssig prozessierte als auch aufgedampfte Proben, unterschiedliche Materialzusammensetzungen und verschiedene Probengeometrien. Das Standardmaterialsystem der OPV, P3HT:PC61BM, wird bei verschiedenen emperaturen und Beleuchtungsstärken auf die Lebenszeit und Dichte der photogenerierten Ladungsträger überprüft. Für den Fall spannungsunabhängiger Generation von Ladungsträgern zeigt sich die Anwendbarkeit der Shockley-Gleichung auf organische Solarzellen. Des Weiteren wird ein konsistentes Modell erläutert, welches den Idealtitätsfaktor direkt mit der Rekombination von freien mit gefangenen, exponentiell verteilten Ladungsträgern verknüpft. Ein Ansatz, bekannt unter der Bezeichung j=V Rekonstruktion, ermöglicht es, den leistungslimitierenden Verlustmechanismus in unbehandelten und thermisch geheizten P3HT:PC61BM Solarzellen zu identifizieren. Dieses Verf ahren, welches TPV, CE und TDCF Messungen beinhaltet, wird auf Proben basierend auf dem neuartigen, low-band gap Polymer PTB7 in Verbindung mit dem Fulleren PC71BM ausgeweitet. Während in der Zelle hergestellt aus reinem Chlorbenzol beträchtliche geminale wie nichtgeminale Verluste zu beobachten sind, erleichtert die Zugabe eines Lösungsmittelzusatzes die Polaronenpaartrennung, was zu einer starken Reduktion geminaler Verluste führt. In einer Kooperation mit dem IMEC Institut in Leuven, werden abschließend die beiden bedeutensten Probenarchitekturen organischer Solarzellen, die planare und die Mischübergang Struktur, jeweils basierend auf CuPC und C60, bezüglich nichtgeminaler Rekombination und Ladungsträgerverteilung miteinander verglichen. Neben den beiden experimentellen Techniken um TPV und CE werden makroskopische Simulationen herangezogen, um den Ursprung unterschiedlichen Voc vs. Lichtintensität–Verhaltens zu erklären. / Besides established, conventional inorganic photovoltaics—mainly based on silicon—organic photovoltaics (OPV) are well on the way to represent a lowcost, environment friendly, complementary technology in near future. Production costs, solar cell lifetime and performance are the relevant factors which need to be optimized to enable a market launch of OPV. In this work, the efficiency of organic solar cells and their limitation due to charge carrier recombination are investigated. To analyze solar cells under operating conditions, time-resolved techniques such as transient photovoltage (TPV), transient photocurrent (TPC) and charge extraction (CE) are applied in combination with time delayed collection field (TDCF) measurements. Solution processed and evaporated samples of different material composition and varying device architectures are studied. The standard OPV reference system, P3HT:PC61BM, is analyzed for various temperatures in terms of charge carrier lifetime and charge carrier density for a range of illumination intensities. The applicability of the Shockley Equation for organic solar cells is validated in case of field-independent charge photogeneration. In addition, a consistent model is presented, directly relating the ideality factor to the recombination of free with trapped charge carriers in an exponential density of states. An approach known as j=V reconstruction enables to identify the performance limiting loss mechanism of as-prepared and thermally treated P3HT:PC61BM solar cells. This procedure, involving TPV, CE and TDCF measurements, is extended to samples based on the rather new, low-band gap polymer PTB7 in combination with PC71BM. While in the devices processed from pure chlorobenzene solution considerable geminate and nongeminate losses are observed, the use of a solvent additive facilitates efficient polaron pair dissociation minimizing geminate recombination. Finally, in collaboration with the IMEC institute in Leuven, the two main organic solar cell device architectures, planar and bulk heterojunction—both based on CuPc and C60—are directly compared in terms of nongeminate recombination and charge carrier distribution. Two experimental techniques, TPV and CE, as well as a macroscopic device simulation are applied to reveal the origin of different Voc vs. light intensity dependence.

The focus of this work is studying recombination mechanisms occurring in organic solar cells, as well as their impact on one of their most important parameters — the open circuit voltage Voc. Firstly, the relationship between Voc and the respective charge carrier density n in the active layer under open circuit conditions is analyzed. Therefor, a model after Shockley for the open circuit voltage is used, whose validity is proven with the aid of fits to the measured data. Thereby, it is emphasized that the equation is only valid under special conditions. In the used reference system P3HT:PC61BM the fits are in agreement with the measurement data only in the range of high temperatures (150 - 300 K), where Voc increases linearly with decreasing temperature. At lower temperatures (50 – 150 K), the experiment shows a saturation of Voc. This saturation cannot be explained with the model by the measured falling charge carrier density with decreasing temperatures. In this temperature range Voc is not directly related to the intrinsic properties of the active layer. Voc saturation is due to injection energy barriers at the contacts, which is ascertained by macroscopic simulations. Furthermore, it is observed that Voc in the case of saturation is equivalent to the so-called built-in potential. The difference between the built-in potential and the energy gap corresponds thereby to the sum of the energy barriers at both contacts. With the knowledge of the Voc(n) dependency for not contact limited solar cells, it is possible to investigate the recombination mechanisms of charge carriers in the active layer. For Langevin recombination the recombination rate is Rn2 (recombination order RO = 2), for Shockley-Read-Hall (SRH) Rn1 (RO=1); in various publications RO higher than two is reported with two main explanations. 1: Trap states for charge carriers exist in the respective separated phases, i.e. electrons in the acceptor phase and holes in the donor phase, which leads to a delayed recombination of the charge carriers at the interface of both phases and finally to an apparent recombination order higher than 2. 2: The enhanced R(n) dependency is attributed to the so called recombination prefactor, which again is dependent from n dependent mobility µ. It is shown that for the system P3HT:PC61BM at room temperature the µ(n) dependency does nearly completely explain the higher RO but not at lower temperatures which in this case supports the first explanation. In the material system PTB7:PC71BM the increased RO cannot be explained by the µ(n) dependency even at room temperature. To support the importance of trap states in combination with a phase separation for the explanation of the enhanced RO, additional trap states were incorporated in the solar cells to investigate their influence on the recombination mechanisms. To achieve this, P3HT:PC61BM solar cells were exposed to synthetic air (in the dark and under illumination) or TCNQ was added in small concentrations to the active layer which act as electron traps. For the oxygen degraded solar cell the recombination order is determined by a combination of open Voc-transients and Voc(n) measurements. Thereby, a continuous increase of the recombination order from 2.4 to more than 5 is observed with higher degradation times. By the evaluation of the ideality factor it can be shown that the impact of SRH recombination is increasing with higher trap concentration in relation to Langevin recombination. A similar picture is revealed for solar cells with TCNQ as extrinsic trap states. Finally, a phenomenon called s-shaped IV-curves is investigated, which can sometimes occur for solar cells under illumination. As course of this a reduced surface recombination velocity can be found. Experimentally, the solar cells were fabricated using a special plasma treatment of the ITO contact. The measured IV-curves of such solar cells are reproduced by macroscopic simulations, where the surface recombination velocity is reduced. Hereby, it has to be distinguished between the surface recombination of majority and minority charge carriers at the respective contacts. The theory can be experimentally confirmed by illumination level dependent IV-curves as well as short circuit current density and open circuit voltage transients. / Im Fokus der vorliegenden Arbeit liegen die Rekombinationsmechanismen welche in organischen Solarzellen vorkommen, sowie deren Einfluss auf eine der wichtigsten charakteristischen Kenngrößen dieser - der Leerlaufspannung Voc. Zuerst wird der Zusammenhang zwischen Voc und zugehöriger Ladungsträgerdichte n in der aktiven Schicht unter Leerlaufbedingungen untersucht. Dazu wird ein Modell nach Shockley für die Leerlaufspannung verwendet, dessen Gültigkeit mit Hilfe von Fits an die Messdaten überprüft wird. Dabei stellt sich heraus, dass dieses nur für bestimmte Rahmenbedingungen gültig ist. Im verwendeten Referenzsystem P3HT:PC61BM stimmen die Fits nur im Bereich höherer Temperaturen (150 - 300 K), in denen Voc linear mit sinkenden Temperaturen steigt, mit den Messwerten überein. Im Bereich tieferer Temperaturen (50 - 150 K) stellt sich experimentell eine Sättigung von Voc ein. Diese Sättigung kann mit der gemessenen fallenden Ladungsträgerdichten mit sinkender Temperatur laut Modell nicht erklärt werden. Voc steht in diesem Temperaturbereich deshalb in keinem direkten Zusammenhang zu den intrinsischen Eigenschaften der aktiven Schicht. Die Ursache der Sättigung sind Energiebarrieren an den Kontakten, was mit Hilfe von makroskopischen Simulationen nachgewiesen werden kann. Weiterhin wird festgestellt, dass Voc im Sättigungsfall genau dem sogenannten eingebauten Potential entspricht. Die Differenz zwischen dem eingebauten Potential und der Bandlücke entspricht dabei der Summe der Energiebarrieren an beiden Kontakten. Mit der Erkenntnis, dass für nicht kontaktlimitierte Solarzellen eine Voc(n) Abhängigkeit besteht, kann man sich den Rekombinationsmechanismen in der aktiven Schicht widmen. Für Langevin Rekombination ist die Rekombinstionsrate Rn2 (Rekombinationsordnung RO = 2), für Shockley-Read-Hall (SRH) Rn1 (RO=1); experimentell wird in der Literatur aber von RO größer 2 berichtet wofür zwei Erklärungen existieren. 1.: Es gibt Fallenzustände für Ladungsträger in den entsprechenden separaten Phasen, d.h. Elektronen in der Akzeptorphase und Löcher in der Donatorphase, was in einer verzögerten Rekombination der Ladungsträger an der Grenzfläche beider Phasen führt und damit zu einer höheren RO als 2. 2.: Die erhöhte R(n)-Abhängigkeit wird dem sogenannten Rekombinationsvorfaktor zugeschrieben, welcher wiederum von der n-abhängigen Mobilität µ abhängt. Es wird gezeigt, dass für das System P3HT:PC61BM bei Raumtemperatur der µ(n) Verlauf fast komplett die erhöhte RO erklären kann, allerding nicht bei tieferen Temperaturen welches dort die erste Erklärung stützt. Im Materialsystem PTB7:PC71BM ist schon für Raumtemperatur die erhöhte RO nicht durch den µ(n) Verlauf erklärbar. Um zu untermauern, dass Störstellen in Kombination mit einer Phasenseparation für die erhöhte RO verantwortlich sind, wurden Störstellen in Solarzellen eingebaut um deren Einfluss auf die Rekombinationsmechanismen zu untersuchen. Dazu wurden P3HT:PC61BM Solarzellen zum einen synthetischer Luft ausgesetzt (im Dunkeln und unter Beleuchtung) zum anderen der aktiven Schicht in geringen Konzentrationen TCNQ beigefügt, welches als Elektronenstörstelle fungiert. Für die O2 degradierte Solarzelle wird die RO aus einer Kombination von Voc-Transienten und Voc(n) Messungen bestimmt. Dabei kann mit erhöhter Degradation ein kontinuierlicher Anstieg der RO von 2.4 auf mehr als 5 beobachtet werden. Durch die Auswertung des Idealitätsfaktors kann gezeigt werden, dass der Einfluss der SRH Rekombination in Relation zur Langevin Rekombination mit erhöhter Störstellenkonzentration zunimmt. Ein ähnliches Bild ergibt sich für die Solarzellen mit TCNQ als extrinsische Störstellen. Zuletzt wird das Phänomen s-förmiger Strom-Spannungs-Kennlinien untersucht, welches manchmal für Solarzellen unter Beleuchtung auftritt. Als Ursache kann eine reduzierte Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit ausgemacht werden. Experimentell wurden die Solarzellen mit einer speziellen Plasmabehandlung des ITO Kontaktes hergestellt. Die gemessenen IV-Kennlinien solcher Solarzellen können anhand von makroskopischen Simulationen nachgebildet werden, indem darin die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit reduziert wird, wobei man dabei die Oberflächenrekombination von Majoritäts- bzw. Minoritätsladungsträgern an den entsprechenden Kontakten unterscheiden muss. Experimentell untermauert werden kann die Theorie anhand von lichtleistungsabhängigen IV-Kurven bzw. Transienten der Kurzschlussstromdichte und der Leerlaufspannung.