The donor-acceptor couple CuPc/C60 has been the subject of recent studies in organic solar cells due to its combined abilities in light absorption (CuPc) and charge transport (C60). By better understanding the electronic and geometric nature of the system it is possible to shed light on how the molecules act under different conditions. In this study the geometric properties for three different configurations have been studied by means of Density Functional Theory (DFT). By comparing the molecular structure of pristine CuPc with the structure of CuPc in the presence of C60, a slight elongation of the bonds is observed when the fullerene is present. This is especially true for the Cu-N bonds. By further including van der Waals interactions, no change in bond lengths is observed. This, in turn, suggests that, most likely, the interaction between the two molecules is relatively weak and the C60 will not have a major influence on the electronic structure of CuPc. The N1s X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Near Edge X-ray Absorption Fine Structure (NEXAFS) calculations confirm these conclusions, as only very small changes in peak positions are observed when comparing pristine CuPc with CuPc/C60. / Tack vare sina egenskaper inom absorption och laddningsöverföring har CuPc och fullerenen C60 varit föremål för omfattande studier bland forskare inom organiska solceller. Genom att få större förståelse för den geometriska såväl som den elektroniska konfigurationen inom och mellan paret kan man förutse hur dessa kommer att bete sig i olika sammansättningar. I denna studie har de geometriska förutsättningarna studerats där olika konfigurationer beräknats genom täthetsfunktionalteori (DFT). Genom att mäta bindningslängderna mellan koppar, kol och de olika typer av kväve i CuPc i de olika systemen, kan det inses att bindningarna förlängs då C60 läggs till. Då van der Waals-interaktioner inkluderades observerades ingen större förändring i bindingslängderna i jämförelse med fallet utan van der Waals-interaktioner. Detta tyder på att växelverkan mellan de två molekylerna är relativt svag och att C60-fullerenen ej har någon större påverkan på elektronkonfigurationen i CuPc. Beräkningarna av N1s X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) och Near Edge X-ray Absorption Fine Structure (NEXAFS) stödjer denna slutsats då endast små skiftningar i topparna observerades vid jämförelse mellan rent CuPc och CuPc/C60.

Finding renewable sources of energy is becoming an increasingly important component of scientific research. Greater competition for existing sources of energy has strained the world’s supply and demand balance and has increased the prices of traditional sources of energy such as oil, coal, and natural gas. The experiment discussed in this paper is designed to identify and build an inexpensive and simple method for creating an effective organic solar cell.

Finding renewable sources of energy is becoming an increasingly important component of scientific research. Greater competition for existing sources of energy has strained the world’s supply and demand balance and has increased the prices of traditional sources of energy such as oil, coal, and natural gas. The experiment discussed in this paper is designed to identify and build an inexpensive and simple method for creating an effective organic solar cell.

Die vorliegende Arbeit behandelt die Herstellung geordneter C60-Schichten, ihre elektrochemische Nanostrukturierung in wässrigen Lösungen und ionischen Flüssigkeiten und den Einsatz geordneter und nanostrukturierter Fullerenschichten in organischen Dünnschichttransistoren. Geordnete C60-Schichten wurden durch thermische Verdampfung im Hochvakuum hergestellt. Als Substratmaterial wurden HOPG (Graphit), Glimmer und einkristallines Silizium verwendet. Die größten einkristallinen Bereiche werden auf HOPG-Substraten erhalten. Die laterale Ausdehnung der C60-Kristallite parallel zu den Graphitstufen kann bis zu 50 µm erreichen, orthogonal zu den Stufen ist das Wachstum durch die Graphitstufen begrenzt. Die elektrochemische Reduktion von C60 -Schichten in wässriger Lösung ist elektrochemisch irreversibel. Die geflossene Ladung beträgt ein Vielfaches der theoretisch möglichen Menge. Durch die Reduktion tritt eine Nanostrukturierung der Schichtoberfläche ein, die Größe der gebildeten Cluster beträgt 20 nm bis 50 nm. Fullerenpolymere und hydriertes C60 sind die chemischen Hauptprodukte der elektrochemischen Nanostrukturierung in wässriger Lösung. Die Reduktion von Fullerenschichten in ionischen Flüssigkeiten ist aufgrund der geschlossenen Schichtoberfläche und des starken Potentialabfalls in der Fullerenschicht zunächst kinetisch gehemmt und setzt erst bei negativeren Potentialen im Bereich der Reduktion zum C60-Dianion ein. Die Reduktion der Fullerenschichten ist elektrochemisch irreversibel, zum Teil aber chemisch reversibel. Es konnte erstmals der Einsatz nanostrukturierter C60 -Schichten als aktives Halbleitermaterial in Feldeffekt-Transistoren gezeigt werden. Für die Verwendung nanostrukturierter Fullerenschichten in Feldeffekt-Transistoren wurde 11-(3-Thienyl-)undecyl-trichlorosilan als Haftvermittler eingesetzt. Die gezeigten Ergebnisse von C60 -Transistoren mit hoher Ladungsträgerbeweglichkeit und der erfolgreichen Verwendung nanostrukturierter Fullerenschichten in Transistorstrukturen zeigen die Möglichkeiten des C60 als aktives Halbleitermaterial auf.

Die vorliegende Arbeit behandelt die Herstellung geordneter C60-Schichten, ihre elektrochemische Nanostrukturierung in wässrigen Lösungen und ionischen Flüssigkeiten und den Einsatz geordneter und nanostrukturierter Fullerenschichten in organischen Dünnschichttransistoren. Geordnete C60-Schichten wurden durch thermische Verdampfung im Hochvakuum hergestellt. Als Substratmaterial wurden HOPG (Graphit), Glimmer und einkristallines Silizium verwendet. Die größten einkristallinen Bereiche werden auf HOPG-Substraten erhalten. Die laterale Ausdehnung der C60-Kristallite parallel zu den Graphitstufen kann bis zu 50 µm erreichen, orthogonal zu den Stufen ist das Wachstum durch die Graphitstufen begrenzt. Die elektrochemische Reduktion von C60 -Schichten in wässriger Lösung ist elektrochemisch irreversibel. Die geflossene Ladung beträgt ein Vielfaches der theoretisch möglichen Menge. Durch die Reduktion tritt eine Nanostrukturierung der Schichtoberfläche ein, die Größe der gebildeten Cluster beträgt 20 nm bis 50 nm. Fullerenpolymere und hydriertes C60 sind die chemischen Hauptprodukte der elektrochemischen Nanostrukturierung in wässriger Lösung. Die Reduktion von Fullerenschichten in ionischen Flüssigkeiten ist aufgrund der geschlossenen Schichtoberfläche und des starken Potentialabfalls in der Fullerenschicht zunächst kinetisch gehemmt und setzt erst bei negativeren Potentialen im Bereich der Reduktion zum C60-Dianion ein. Die Reduktion der Fullerenschichten ist elektrochemisch irreversibel, zum Teil aber chemisch reversibel. Es konnte erstmals der Einsatz nanostrukturierter C60 -Schichten als aktives Halbleitermaterial in Feldeffekt-Transistoren gezeigt werden. Für die Verwendung nanostrukturierter Fullerenschichten in Feldeffekt-Transistoren wurde 11-(3-Thienyl-)undecyl-trichlorosilan als Haftvermittler eingesetzt. Die gezeigten Ergebnisse von C60 -Transistoren mit hoher Ladungsträgerbeweglichkeit und der erfolgreichen Verwendung nanostrukturierter Fullerenschichten in Transistorstrukturen zeigen die Möglichkeiten des C60 als aktives Halbleitermaterial auf.