In dieser Arbeit werden als Untersuchungsverfahren für die Charakterisierung von gebondeten Siliziumwafern und Siliziumoxid-Xerogel-Schichten spektroskopische Ellipsometrie mit variablem Einfallswinkel (VASE) und Fouriertransformations-infrarotspektroskopie (FTIR) eingesetzt. Aus dem Verhalten der LO- und TO-Moden in den Infrarotspektren werden Veränderungen der Dicke und Struktur der vergrabenen Grenzfläche zweier Wafer bei einer Wärmebehandlung abgeleitet. Es werden Mechanismen für das Tieftemperaturbonden von Wafern, die auf der Entwicklung der chemischen Spezies an der vergrabenen Grenzfläche basieren, vorgeschlagen. Die chemischen Spezies wurden durch interne Vielfachtransmissionsinfrarotspektroskopie ermittelt. Aus ellipsometrischen Messungen wurden Dicke, optische Konstanten, Porosität und Porenabmessungen von Siliziumoxid-Xerogel bestimmt. Mittels VASE und FTIR wurde der Einfluss unterschiedlicher Hydrophobisierungsprozesse auf die Eigenschaften von Xerogel-Schichten untersucht. Weiterhin wurden die elektronischen und ionischen Beiträge zur statischen Dielektrizitätskonstanten bestimmt.

Caveolae sind charakteristische Plasmamembraneinstülpungen, die in vielen Zelltypen vorkommen und deren biologische Funktion umstritten ist. Ihre besondere Form und ihre Häu gkeit in Zellen, die stets mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, führten zu der Annahme, dass Caveolae die Plasmamembran vor mechanischen Belastungen schützen und als Membranreservoir dienen. Dies sollte mit dieser Dissertation experimentell geprüft werden. Zunächst wurde der Ein uss der Caveolae auf die Membranspannung von Zellen im Normalzustand untersucht. Dann wurden die Zellen mechanisch belastet. Mit Fluoreszensmikroskopie wurde das Verschwinden von Caveolae nach Strecken der Zellen oder nach einem hypo-osmotischen Schock beobachtet. Messungen der Membranspannung vor und unmittelbar nach dem hypo-osmotischem Schock zeigten, dass Caveolae einen Anstieg der Membranspannung verhindern, unabhängig von ATP und dem Cytoskelett. Die Erzeugung von Membranvesikel mit Caveolae erlaubte es, diesen Effekt der Caveolae in einem vereinfachten Membransystem zu beobachten. Schliesslich wurden Muskelzellen untersucht. Zellen, die genetisch bedingt weniger Caveolae haben und mit Muskelschwundkrankheiten in Verbingung stehen, waren mechanisch weniger belastbar als gesunde Zellen. Zusammenfassend wird mit dieser Dissertation die These bestärkt, dass Caveolae einem Anstieg der Membranspannungen entgegenwirken. Dass dies in Zellen und in Vesikeln unabhängig von Energie und Cytoskelett geschieht, lässt auf einen passiven, mechanisch getriebenen Prozess schliessen. Diese Erkenntnis trägt zum Verständnis der Rolle von Caveolae in Zellen bei und kann dem besseren Verständnis von Krankheiten bedingt durch Caveolin-Mutationen, wie z.B. Muskelschwundkrankheiten, dienen. / Caveolae, the characteristic plasma membrane invaginations present in many cells, have been associated with numerous functions that still remain debated. Taking into account the particular abundance of caveolae in cells experiencing mechanical stress, it was proposed that caveolae constitute a membrane reservoir and bu er the membrane tension upon mechanical stress. The present work aimed to check this proposition experimentally. First, the in uence of caveolae on the membrane tension was studied on mouse lung endothelial cells in resting conditions using tether extraction with optically trapped beads. Second, experiments on cells upon acute mechanical stress showed that caveolae serve as a membrane reservoir bu ering surges in membrane tension in their immediate, ATP- and cytoskeleton-independent attening and disassembly. Third, caveolae incorporated in membrane vesicles also showed the tension bu ering. Finally, in a physiologically more relevant case, human muscle cells were studied, and it was shown that mutations with impaired caveolae which are described in muscular dystrophies render muscle cells less resistant to mechanical stress. In Summary the present work provides experimental evidence for the hypothesis that caveolae bu er the membrane tension upon mechanical stress. The fact that this was observed in cells and membrane vesicles in an ATP and cytoskeleton independent manner reveals a passive, mechanically driven process. This could be a leap forward in the comprehension of the role of caveolae in the cell, and in the understanding of genetic diseases like muscular dystrophies. / Cavéoles sont des invaginations caractéristiques de la membrane plas- mique présents dans beaucoup de types cellulaires. Ils sont liées à plusieurs fonctions cellulaires, ce qui sont encore débattues. Prenant compte de l importance des cavéoles dans les cellules soumises au stress mécanique, les cavéoles sont proposées de constituer un réservoir membranaire et de tamponner la tension membranaire pendant des stresses mécaniques. Cette étude a eu le but de tester cette hypothèse expérimentalement. En premier, l in uence des cavéoles sur la tension membranaire au repos a été étudiée sur des cellules endothéliales du poumon de la souris. Puis, on a montré que les cavéoles tamponnent l augmentation de la tension membranaire après l application d un stress mécanique. En suite, la réalisation des vésicules membranaires contenant des cavéoles a permit de montrer leur rôle comme réservoir membranaire dans un système simpli é. Finalement, dans un contexte physiologiquement plus relevant, l étude des cellules musculaires a montrée que les mutations du cavéolin associées aux dystrophies musculaires rendent les cellules moins résistante aux stresses mécaniques. En conclusion, cette étude supporte l\'hypothèse que les cavéoles tamponnent la tension membranaire pendant des stresses mécaniques. Le fait que cela se passe dans les cellules et les vésicules indépendamment d ATP et du cytosquelette révèlent un processus passif et mécanique. Cela pourrait servir à une meilleure compréhension du rôle des cavéoles dans la cellule et les maladies génétiques comme les dystrophies musculaires.

We are using organic small molecules as absorbing material to investigate coherent perfect absorption in layered thin-film structures. Therefore we realize strongly asymmetric resonator structures with a high optical quality dielectric distributed Bragg reflector and thermally evaporated wedged organic materials on top. We investigate the optical properties of these structures systematically by selective optical pumping and probing of the structure. By shifting the samples along the wedge, we demonstrate how relations of phase and amplitude of all waves can be tuned to achieve coherent perfect absorption. Thus almost all incident radiation dissipates in the thin organic absorbing layer. Furthermore, we show how these wedged structures on a high-quality reflective dielectric mirror can be used to determine optical dispersion relations of absorbing materials in a broad spectral range. This novel approach does not require any specific a priori knowledge on the absorbing film.

Recently developed two-dimensional colloidal semiconductor nanocrystals, or nanoplatelets (NPLs), extend the palette of solution-processable free-standing 2D nanomaterials of high performance. Growing CdSe and CdS parts subsequently in either side-by-side or stacked manner results in core–crown or core/shell structures, respectively. Both kinds of heterogeneous NPLs find efficient applications and represent interesting materials to study the electronic and lattice excitations and interaction between them under strong one-directional confinement. Here, we investigated by Raman and infrared spectroscopy the phonon spectra and electron–phonon coupling in CdSe/CdS core/shell and core–crown NPLs. A number of distinct spectral features of the two NPL morphologies are observed, which are further modified by tuning the laser excitation energy Eexc between in- and off-resonant conditions. The general difference is the larger number of phonon modes in core/shell NPLs and their spectral shifts with increasing shell thickness, as well as with Eexc. This behaviour is explained by strong mutual influence of the core and shell and formation of combined phonon modes. In the core–crown structure, the CdSe and CdS modes preserve more independent behaviour with only interface modes forming the phonon overtones with phonons of the core. / Dieser Beitrag ist aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Plasmons, i.e. collective oscillations of conduction electrons, have a strong influence on the optical properties of metal micro- and nanostructures and are of great interest for novel photonic devices. Here, plasmons on metal-dielectric interfaces are investigated using near-field optical microscopy and differential angular reflectance spectroscopy. Emphasis is placed on the study of plasmon interaction with individual nanostructures and on the nonlinear process of surface plasmon amplification. Specifically, plasmon transmission across single grooves in thin silver films is investigated with the help of a near-field optical microscope. It is found that plasmon transmittance as a function of groove width shows a non-monotonic behavior, exhibiting certain favorable groove widths with strongly decreased transmittance values. Additionally, evidence of groove-mediated plasmon mode coupling is observed. Spatial beating due to different plasmon wave vectors produces distinct interference features in near-field optical images. A theoretical approach explains these observations and gives estimated coupling effciencies deduced from visibility considerations. Furthermore, stimulated emission of surface plasmons induced by optical pumping using an organic dye solution is demonstrated for the first time. For this a novel twin-attenuated-total-reflection scheme is introduced. The experiment is described by a theoretical model which exhibits very good agreement. Together they provide clear evidence of the claimed process.

Existing optical networks are driven by dynamic user and application demands but operate statically at their maximum performance. Thus, optical links do not offer much adaptability and are not very energy-effcient. In this paper a novel approach of implementing performance and power adaptivity from system down to optical device, electrical circuit and transistor level is proposed. Depending on the actual data load, the number of activated link paths and individual device parameters like bandwidth, clock rate, modulation format and gain are adapted to enable lowering the components supply power. This enables exible energy-efficient optical transmission links which pave the way for massive reductions of CO2 emission and operating costs in data center and high performance computing applications. Within the FP7 research project Adaptive Data and Power Aware Transceivers for Optical Communications (ADDAPT) dynamic high-speed energy-efficent transceiver subsystems are developed for short-range optical interconnects taking up new adaptive technologies and methods. The research of eight partners from industry, research and education spanning seven European countries includes the investigation of several adaptive control types and algorithms, the development of a full transceiver system, the design and fabrication of optical components and integrated circuits as well as the development of high-speed, low-loss packaging solutions. This paper describes and discusses the idea of ADDAPT and provides an overview about the latest research results in this field.

Mit der steigenden Nachfrage an elektrisch betriebenen Fahrzeugen nimmt die Batteriemodulproduktion einen immer zentraleren Stellenwert für die Automobilhersteller ein. Bei dieser wird eine Vielzahl an Batteriezellen miteinander kontaktiert. Dabei werden die Ableiter der Batteriezellen, die aus den Werkstoffen Kupfer beziehungsweise Aluminium bestehen, durch einen Laserschweißprozess stoffschlüssig miteinander gefügt. Mit der Vielzahl an zu kontaktierenden Batteriezellen geht eine ebenso große Vielzahl an Laserschweißprozessen einher. Die Taktzeit eines einzelnen Schweißprozesses liegt dabei unter 60 ms. Aus diesen Randbedingungen resultiert die Notwendigkeit eines Inline-Qualitätssicherungssystems (QS-System). Ein OCT-System, das auf einem optischen Kohärenztomographen beruht, könnte das Potential haben, die Anforderungen an ein Inline-QS-System zu erfüllen. Das OCT-System ermöglicht es, inline die Dampfkapillartiefe des Schweißprozesses beim Kontaktieren zu messen, was ein Novum darstellt. Im Rahmen dieser Arbeit wird untersucht, ob sich ein OCT-System als QS-System für die Laserschweißverbindung von Kupfer und Aluminium bei Kontaktierprozessen eignet. Dabei wird ein Scanner-basiertes OCT-System eingesetzt, das es erlaubt, den OCT-Messstrahl lokal um den Bearbeitungslaserstrahl herum autark zu positionieren. Dies ermöglicht es, an verschiedenen Stellen, bezogen auf die Position des Bearbeitungslasers, topologische, dimensionale Messungen vorzunehmen. Es kann sowohl an einer festgelegten Position innerhalb der Dampfkapillare als auch auf einer theoretischen Scanlinie gemessen werden. Dabei werden die Messungen stets auf die Bauteiloberfläche referenziert. Dies ist sowohl hinsichtlich der Genauigkeit als auch hinsichtlich der Anzahl der Referenzierungen weiterentwickelt und optimiert worden. Das OCT-System wurde ebenfalls dazu genutzt, eine Bauteillageerkennung vorzunehmen. Damit kann der Laserschweißprozess bauteiltoleranzunabhängig sowohl lateral als auch in Bezug auf die Fokuslage optimal positioniert werden. Außerdem wurde die grundsätzliche Messsystemfähigkeit sowie die Einsatzgrenzen des OCT-Systems zur Kapillartiefenmessung geprüft. Durch Linienscans des OCT-Systems und unter Zuhilfenahme von Hochgeschwindigkeitskameraaufnahmen erstellte topologische Dampfkapillarmodelle, bilden die Grundlage für die Erarbeitung von Strategien zur Qualitätsbewertung durch das OCT-System. Ein besonderes Augenmerk lag auf der Auswirkung eines Fügespaltes auf die Schweißqualität sowie die OCT-Messungen. Es wurde eine Methodik für den Fall ohne auftretenden Fügespalt erarbeitet und exemplarisch durchgeführt, mit der durch die Kapillartiefenmessungen des OCT-Systems die Einschweißtiefe berechnet werden kann. Ebenfalls wurde untersucht, ob und wie sich die Anbindebreite mit dem OCT-System bestimmen lässt. Außerdem ist ein vielversprechender Ansatz zur Bestimmung der Schweißqualität bei auftretendem Fügespalt dargestellt. Dazu wurde, basierend auf dem erarbeiteten topologischen Dampfkapillarmodell, drei Kennwerte zur Bewertung der Prozessqualität aus den Messdaten extrahiert und überwacht.:Verzeichnis der Abkürzungen und Formelzeichen Kurzfassung Abstract 1 Einleitung, Motivation und Aufbau der Arbeit 2 Stand der Wissenschaft und Technik 2.1 Strahlwerkzeug Laser und dessen Eigenschaften 2.1.1 Der ideale Laserstrahl 2.1.2 Strahlführung und -formung 2.2 Grundlagen des Laserstrahlschweißens 2.2.1 Laserschweißprozess 2.2.2 Laserschweißen von Kupfer- und Aluminiumwerkstoffen 2.2.3 Schweißnahtfehler 2.2.4 Elektrischer Übergangswiderstand einer Laserschweißnaht 2.3 Qualitätssicherung und Prozessüberwachung 2.3.1 Indirekte Prozessüberwachung 2.3.2 Direkte Prozessüberwachung 2.4 Grundlagen der optischen Kohärenztomografie OCT 2.4.1 Einführung und Überblick 2.4.2 Optische Effekte 2.4.3 Michelson-Interferometer 2.4.4 Spectral-Domain OCT 2.4.5 Laterale und axiale Auflösung sowie der Messbereich 2.4.6 Optische Kohärenztomografie beim Laserstrahlschweißen 2.5 Grundlagen der Messtechnik 3 Handlungsbedarf und Zielsetzung 4 Verwendete Systemtechnik und erarbeitete experimentelle Methoden 4.1 Versuchsaufbau und -durchführung 4.1.1 Laserquelle und Bearbeitungsoptik 4.1.2 Optische Kohärenztomografie 4.1.3 Hochgeschwindigkeitskamera 4.1.4 Untersuchte Fügeverbindungen und Versuchsaufbau 4.1.5 Einbringung des Fügespaltes und dessen Auswirkung auf die Einschweißtiefe 4.2 Metallografische Beurteilung der Schweißnahtqualität 4.3 Methoden der Kapillartiefenmessungen und Referenzierung 4.3.1 Punktmessung 4.3.2 Linienscan 4.3.3 Referenzierung der Kapillartiefenmessungen 4.3.4 Optimierung der Verrechnung von Referenz- und Kapillartiefenmessung 4.4 Kalibrierung des OCT 4.5 Positionierung mittels OCT 4.6 Messfähigkeitsanalyse 4.7 Eingrenzung der Einsatzmöglichkeiten des OCT für die Inline-Messung 5 OCT-basierte Schweißnahtbewertungen 5.1 Erarbeitung eines topologischen Modells der Dampfkapillare mittels OCT 5.1.1 Kupfer/Kupfer Schweißverbindung 5.1.2 Kupfer/Aluminium Schweißverbindung 5.1.3 Aluminium/Kupfer Schweißverbindung 5.1.4 Aluminium/Aluminium Schweißverbindung 5.1.5 Zusammenfassung und Gegenüberstellung der Erkenntnisse 5.2 Überführung der Kapillartiefenmessungen auf die metallografische Einschweißtiefe 5.3 Bestimmung der Anbindebreite einer Laserschweißnaht 5.4 Bestimmung der Schweißqualität bei auftretendem Fügespalt 5.4.1 Bestimmung der Messposition für die Punktmessung 5.4.2 Entwicklung von statistischen Kennwerten 5.4.3 Bestimmung der Schweißqualität anhand der Kennwerte 5.5 Diskussion der Ergebnisse 6 Zusammenfassung, Folgerungen und Ausblick 7 Literaturverzeichnis 8 Anhang / With the increasing demand for electrically driven vehicles, battery module production is becoming more important for automobile manufacturers. During battery module production, many battery cells are connected. Through this contacting process, the conductors of the battery cells, which are made of copper or aluminum, are joined together in a material-to-material manner using a laser welding process. With the high number of battery cells to be contacted comes many laser welding processes. The cycle time of a single welding process is less than 60 ms. This results in the need for an in-line Quality Assurance (QA) system. An OCT system based on an optical coherence tomograph could have the potential to fulfill the requirements of an Inline QA system. The system enables for the first time to measure the capillary depth of the laser welding process Inline for battery contacting. Within the scope of this work, it is fundamentally examined whether an OCT system is suitable as a QA system for the laser welding of copper and aluminum. A scanner-based OCT system is used, which allows the OCT measuring beam to be positioned independently around the processing laser beam. This makes it possible to take topological measurements at different points related to the position of the processing laser. It can be measured both at a fixed position within the vapor capillary and on a theoretical scan line. The measurements are always referenced to the component surface. This procedure could be optimized within the scope of this work, both in terms of accuracy and in terms of the number of referencing. The OCT system was also used to detect component positions. In this way, the laser welding process could be optimally positioned, independent of component tolerances, both laterally and in relation to the focus position. In addition, a rudimentary measurement system analysis was conducted as well as an investigation of the application limits of the OCT system for capillary depth measurement. Topological welding process models were created by line scans of the OCT system and using high-speed camera recordings. These process models form the basis for the development of strategies for quality assurance using the OCT system and the focus was set on the effect of a joint gap on the welding quality and the OCT measurements. A methodology for the case without a joint gap occurring is developed and conducted as an example, with which the welding depth can be calculated using the capillary depth measurements of the OCT system. It is also being investigated whether and how the connection width can be determined with the OCT. In addition, a promising approach how the weld quality can be determined when a joint gap occurs is presented. Based on the welding process model developed, three characteristic values to determine the welding quality are extracted from the measurement data.:Verzeichnis der Abkürzungen und Formelzeichen Kurzfassung Abstract 1 Einleitung, Motivation und Aufbau der Arbeit 2 Stand der Wissenschaft und Technik 2.1 Strahlwerkzeug Laser und dessen Eigenschaften 2.1.1 Der ideale Laserstrahl 2.1.2 Strahlführung und -formung 2.2 Grundlagen des Laserstrahlschweißens 2.2.1 Laserschweißprozess 2.2.2 Laserschweißen von Kupfer- und Aluminiumwerkstoffen 2.2.3 Schweißnahtfehler 2.2.4 Elektrischer Übergangswiderstand einer Laserschweißnaht 2.3 Qualitätssicherung und Prozessüberwachung 2.3.1 Indirekte Prozessüberwachung 2.3.2 Direkte Prozessüberwachung 2.4 Grundlagen der optischen Kohärenztomografie OCT 2.4.1 Einführung und Überblick 2.4.2 Optische Effekte 2.4.3 Michelson-Interferometer 2.4.4 Spectral-Domain OCT 2.4.5 Laterale und axiale Auflösung sowie der Messbereich 2.4.6 Optische Kohärenztomografie beim Laserstrahlschweißen 2.5 Grundlagen der Messtechnik 3 Handlungsbedarf und Zielsetzung 4 Verwendete Systemtechnik und erarbeitete experimentelle Methoden 4.1 Versuchsaufbau und -durchführung 4.1.1 Laserquelle und Bearbeitungsoptik 4.1.2 Optische Kohärenztomografie 4.1.3 Hochgeschwindigkeitskamera 4.1.4 Untersuchte Fügeverbindungen und Versuchsaufbau 4.1.5 Einbringung des Fügespaltes und dessen Auswirkung auf die Einschweißtiefe 4.2 Metallografische Beurteilung der Schweißnahtqualität 4.3 Methoden der Kapillartiefenmessungen und Referenzierung 4.3.1 Punktmessung 4.3.2 Linienscan 4.3.3 Referenzierung der Kapillartiefenmessungen 4.3.4 Optimierung der Verrechnung von Referenz- und Kapillartiefenmessung 4.4 Kalibrierung des OCT 4.5 Positionierung mittels OCT 4.6 Messfähigkeitsanalyse 4.7 Eingrenzung der Einsatzmöglichkeiten des OCT für die Inline-Messung 5 OCT-basierte Schweißnahtbewertungen 5.1 Erarbeitung eines topologischen Modells der Dampfkapillare mittels OCT 5.1.1 Kupfer/Kupfer Schweißverbindung 5.1.2 Kupfer/Aluminium Schweißverbindung 5.1.3 Aluminium/Kupfer Schweißverbindung 5.1.4 Aluminium/Aluminium Schweißverbindung 5.1.5 Zusammenfassung und Gegenüberstellung der Erkenntnisse 5.2 Überführung der Kapillartiefenmessungen auf die metallografische Einschweißtiefe 5.3 Bestimmung der Anbindebreite einer Laserschweißnaht 5.4 Bestimmung der Schweißqualität bei auftretendem Fügespalt 5.4.1 Bestimmung der Messposition für die Punktmessung 5.4.2 Entwicklung von statistischen Kennwerten 5.4.3 Bestimmung der Schweißqualität anhand der Kennwerte 5.5 Diskussion der Ergebnisse 6 Zusammenfassung, Folgerungen und Ausblick 7 Literaturverzeichnis 8 Anhang

Die vorliegende Arbeit befasste sich mit dem Spin- und dem damit eng verbundenen Polarisationszustand von Ladungsträgern in CdSe/ZnSe Quantenpunkten. II-VI Materialsysteme können in geeigneter Weise mit dem Nebengruppenelement Mangan gemischt werden. Diese semimagnetischen Nanostrukturen weisen eine Vielzahl von charakteristischen optischen und elektrischen Besonderheiten auf. Verantwortlich dafür ist eine Austauschwechselwirkung zwischen dem Spin optisch erzeugter Ladungsträger und den 3d Elektronen der Mn Ionen. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte die Adressierung gezielter Spinzustände durch optische Anregung der Ladungsträger. Die Besetzung unterschiedlicher Spinzustände konnte durch Detektion des Polarisationsgrades der emittierten Photolumineszenz (PL) bestimmt werden. Dabei kamen verschiedene optische Methoden wie zeitaufgelöste und zeitintegrierte PL-Spektroskopie sowie Untersuchungen in Magnetfeldern zum Einsatz. / The present thesis deals with the spin of charge carriers confined in CdSe/ZnSe quantum dots (QDs) closely linked to the polarization of emitted photons. II-VI material systems can be adequately mixed with the B-group element manganese. Such semimagnetic nanostructures offer a number of characteristic optical and electronic features. This is caused by an exchange interaction between the spin of optically excited carriers and the 3d electrons of the Mn ions. Within the framework of this thesis addressing of well defined spin states was realized by optical excitation of charge carriers. The occupation of different spin states was detected by the degree of polarization of the emitted photoluminescence (PL) light. For that purpose different optical methods of time-resolved and time-integrated spectroscopy as well as investigations in magnetic fields were applied.

In dieser Arbeit wurden nichtmagnetische und semimagnetische ZnSe-basierte Quantentröge untersucht. Im Mittelpunkt des Interesses standen hierbei vor allem die Modifikation der optischen Spektren mit einer zunehmenden Modulationsdotierung der Strukturen und der Einfluss von Spinflip-Streuungen der freien Band-Elektronen an den Mn-Ionen auf die Magnetisierung und somit die Zeeman-Aufspaltung der Strukturen. Als experimentelle Methoden wurden Photolumineszenz (PL), Photolumineszenzanregung (PLE) und Reflexionsmessungen verwendet, die in Magnetfeldern von bis zu B=48 T und bei Temperaturen im Bereich von 1.6 K bis 70 K durchgeführt wurden. Darüber hinaus wurde die Abhängigkeit der Spin-Gitter-Relaxationszeit der Mn-Ionen von der Mn-Konzentration und der Elektronengasdichte in den Quantentrögen durch zeitaufgelöste Lumineszenzmessungen untersucht. Der Einfluss eines Gradienten in der s/p-d-Austauschwechselwirkung auf die Diffusion der Ladungsträger bildet einen weiteren Schwerpunkt dieser Arbeit. Als experimentelle Methode wurde hierbei ortsaufgelöste Lumineszenz verwendet. / In the present work, nonmagnetic and semimagnetic ZnSe based quantum wells were studied. The thesis was focussed on the modification of optical spectra with an increasing modulation-doping of the structures. Further emphasis was placed on the influence of the spinflip scattering of the free carriers and the Mn ions on the magnetization and thus the giant Zeeman splitting of the structures. As experimental methods, photoluminescence spectroscopy (PL), photoluminescence excitation spectroscopy (PLE) and reflection measurements were used and were performed in magnetic fields up to B=48 T and at temperatures within the range of 1.6 K to 70 K. In addition, the dependence of the spin-lattice relaxation time of the Mn ions on the Mn concentration and the electron density was examined by time-resolved luminescence spectroscopy. The influence of a gradient in the s/p-d-exchange interaction on the diffusion of carriers was studied by spatially resolved luminescence spectroscopy.

In dieser Arbeit habe ich mich hauptsächlich mit der optischen Spektroskopie im sichtbaren bis nahinfraroten Bereich an Akzeptoren für organische bulk-heterojunction Polymer-Fulleren Solarzellen beschäftigt. Dabei führte ich sowohl Untersuchungen an reinen Fullerenproben als auch Gemischen dieser mit Polymeren durch. Ergänzend sind Messungen zur Morphologie, den Spinzuständen und der Solarzellenleistung erfolgt. Erreicht werden sollte, die generelle Eignung neuartiger Akzeptoren für organische Solarzellen festzustellen, die photoinduzierten spektroskopischen Signaturen von optisch angeregten Anionen auf Fullerenen verschiedener Größe zu finden und zu interpretieren sowie zum Abschluss die Abläufe der Ladungsträgergeneration in Polymer:Lu3N@C80 Solarzellen nachzuvollziehen und dadurch die Ursache der vergleichsweise geringen Stromdichte in diesen Zellen zu verstehen, die 25 % geringer ist als in P3HT:PC60BM Solarzellen. Die Ergebnisse sind, dass C70-C70 Dimer Fullerene sehr gute Akzeptoren darstellen, die neben einer etwas besseren Absorption als C60 basierte Akzeptoren im Bereich um 500 nm sehr gute Fähigkeiten als Elektronenakzeptoren zeigen. Die Messung an Fullerenen verschiedener Größe, um Anionensignaturen zu finden, hat deutliche Signaturen für C60- bei 1.18 eV und für C70- bei 0.92 eV erbracht. Weniger einfach zu finden und interpretieren sind die Signaturen von C80- und C84-. Aufgrund der geringen Signalstärke sowie spezieller Eigenheiten der zur Verfügung stehenden Fullerene konnte ich nur einen ungefähren Bereich von 0.7~eV bis 0.4~eV für die Anionensignaturen abschätzen. Allerdings zeigt sich für alle Fullerene eine Rotverschiebung der Anionensignaturen hin zu niedrigeren Energien mit steigender Zahl der Kohlenstoffatome pro Fulleren. Die umfangreichste Untersuchung habe ich an dem Molekül Lu3N@C80 in seiner Funktion als Elektronenakzeptor in P3HT:Lu3N@C80 Solarzellen gemacht. Während das Molekül in Kombination mit P3HT eine hohe Leerlaufspannung von 835 mV erzeugt, ergeben diese Zellen geringere Stromdichten. Mein Ziel war es, die Prozesse zu identifizieren und zu verstehen, die dafür verantwortlich zeichnen. Aus der Kombination verschiedener Messmethoden, ergänzt mit generellen Erkenntnissen zu endohedralen Fullerenen aus der Literatur, ließ es zu, einen intramolekularen Elektronentransfer von den Lutetiumatomen innerhalb des C80 auf das Fulleren als Ursache zu identifizieren. Die in dieser Arbeit gewonnenen Daten liefern weitere Indizien, dass die Verwendung von C70 basierten Fullerenen eine gute Option zur Verbesserung des Wirkungsgrads von organischen Solarzellen sein kann, trotz der höheren Herstellungskosten. Die gefundenen Anionensignaturen auf den Fullerenen bieten einen weiteren Ansatz, die Anregungsabläufe in verschiedenen bulk-heterojunctions über spektroskopische Messungen nachzuvollziehen. Abschließend habe ich mit meinen Messungen an Lu3N@C80 einen generell zu beachtenden Effekt aufgezeigt, der bei der zukünftigen Synthese funktionaler Akzeptoren ähnlicher Art berücksichtigt werden sollte, um eine optimale Leistungsfähigkeit solcher Moleküle zu gewährleisten. Während die Projekte über die Dimer Akzeptoren und das Lu3N@C80 Molekül abgeschlossen wurden, sind bei der Untersuchung der Anionen, speziell auf großen Fullerenen, noch Fragen offen, und es wären zusätzliche Nachweise wünschenswert. Dies könnte mit spinsensitiven und zeitaufgelösten Messmethoden, die am Lehrstuhl vorhanden sind, an den hier schon vorgestellten Materialien erreicht werden. Eine weitere Möglichkeit wäre es zu versuchen, PC81$BM zu bekommen und dies zu untersuchen, auch in Gemischen mit noch mehr verschiedenen Polymeren mittels photoinduzierter Absorption. / The main topic of my thesis was the optical spectroscopy of accepters for organic bulk-heterojunction polymer-fullerene solar cells in the visible till near-infrared regime. Pure fullerene samples as well as blends of fullerenes with polymers were studied. Additionally measurements regarding the morphology, spin states and solar cell performance were done. The aims were to determine the ability of new molecules as acceptors for organic solar cells, to find and understand the photoinduced absorption signatures of optical excited anions on fullerene bulks of different sizes and finally to learn about the charge carrier generation process in polymer:Lu3N@C80 blends and thus understand the origin of the comparable low current density in this devices, about 25 % less than for P3HT:PC60BM solar cells. In our publications due to these topics we presented that the novel C70-C70 dimer fullerenes are fine acceptors for polymer:fullerene solar cells, showing a better absorption coefficient around 500 nm than C60 based acceptors and high singlet-exciton quenching rates. Anion signatures for fullerene molecules of different sizes were clearly found for C60- at 1.18 eV and for C70- at 0.92 eV. Less clear are my findings regarding the signatures for C80- and C84-. Due to the low signal-to-noise ratio in these measurements and some unique properties of the available materials I was only able to indicate a range from 0.7 eV down to 0.4 eV for the optically detected anion signatures of these fullerenes. Still all fullerenes showed a red shift to lower energies for the anion signatures getting stronger the more carbon atoms the fullerenes were made of. The most detailed research in this thesis was done about the Lu3N@C80 molecules application as electron acceptor in P3HT:Lu3N@C80 solar cells. The use of this acceptor in combination with P3HT lead to a high open circuit voltage of 835 mV in the devices produced, but also a rather low current density. I tried to understand the processes in the charge carrier generation and extraction process causing this. Using several measurement techniques, combined with general knowledge about comparable endohedral fullerenes from the literature, I was able to identify an internal charge transfer of electrons from the lutetium atoms encaged in the C80 to the fullerene bulk as origin The results presented in this work give further indications for the advantages of using C70 based fullerene acceptors in organic solar cells to raise the total power conversion efficiencies of these devices, despite the higher production costs. The identification of anion signatures of different fullerenes show an additional method to monitor the excitation processes by optical spectroscopy in bulk-heterojunction devices. My research regarding the Lu3N@C80 molecule showed a general effect regarding this class of molecules, that will be important for any further synthesizes or application of such molecules in organic photovoltaics. While the projects regarding the dimer acceptors and the Lu3N@C80 molecule were completed in this work, the analysis of spectroscopic anion signatures left some open questions, especially for large fullerenes. Further investigations using spin sensitive or time resolved techniques, as available in our research group, could be useful to gather more detailed information on this topic. Also trying to get some PC81BM for photoinduced absorption measurements, alone and in blend with several polymers, might be another way to energetically pinpoint the anion signature on C80.