Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit drei Ansätzen der hocheffizienten Erzeugung von weißem Licht mit organischen Leuchtdioden (OLEDs) auf der Basis kleiner Moleküle. Ein Ansatz kombiniert die Emission eines fluoreszenten und zweier phosphoreszenter Emitter in einer einzelnen Emissionsschicht. Da das Triplettniveau des verwendeten Blauemitters niedriger ist als die Triplettniveaus der phosphoreszenten Emitter, werden die Konzentrationen der Emitter so gewählt, dass ein Exzitonenübertrag zwischen ihnen unterbunden wird. Die strahlungslose Rekombination von Tripletts auf dem fluoreszenten Blauemitter begrenzt die Effizienz dieses Ansatzes, jedoch besticht die resultierende weiße OLED durch eine bemerkenswerte Farbstabilität. Der zweite Ansatz basiert auf dem “Triplet Harvesting” Konzept. Ansonsten ungenutzte Triplett Exzitonen werden von einem fluoreszenten Blauemitter auf phosphoreszente Emitter übertragen, wodurch interne Quanteneffizienzen bis zu 100 % möglich sind. Der zur Verfügung stehende Blauemitter 4P-NPD erlaubt aufgrund seines niedrigen Triplettniveaus nicht den Triplett übertrag auf einen grünen Emitter. Daher wird das “Triplet Harvesting” auf zwei unterschiedliche phosphoreszente Emitter, anhand des gelben Emitters Ir(dhfpy)2acac und des roten Emitters Ir(MDQ)2acac untersucht. Es wird gezeigt, dass beide phosphoreszente Emitter indirekt durch Exzitonendiffusion angeregt werden und nicht durch direkte Rekombination von Ladungsträgern auf den Emittermolekülen. Eine genaue Justage der Anregungsverteilung zwischen den phosphoreszenten Emittern ist durch Schichtdickenvariation in der Größenordnung üblicher Schichtdicken möglich. Spätere Produktionsanlagen brauchen daher keinen speziellen Genauigkeitsanforderungen gerecht zu werden. Der dritte und zugleich erfolgreichste Ansatz beruht auf einer Weiterentwicklung des zweiten Ansatzes. Er besteht zunächst darin den Tripletttransfer auf den Übertrag von einem fluoreszenten blauen auf einen phosphoreszenten roten Emitter zu beschränken. Die sich ergebende spektrale Lücke wird durch direktes Prozessieren einer unabhängigen voll phosphoreszenten OLED auf diese erste OLED gefüllt. Verbunden sind beide OLEDs durch eine ladungsträgererzeugende Schicht, in welcher durch das angelegte Feld Elektron/Loch-Paare getrennt werden. Dieser Aufbau entspricht elektrisch der Reihenschaltung zweier OLEDs, welche im Rahmen dieser Arbeit individuell untersucht und optimiert werden. Dabei ergibt sich, dass die Kombination von zwei verschiedenen phosphoreszenten Emittern in einer gemeinsamen Matrix die Ladungsträgerbalance in der Emissionszone sowie die Quanteneffizienz der vollphosphoreszenten OLED stark verbessert. Als Ergebnis steht eine hocheffiziente weiße OLED, welche durch die ausgewogene Emission von vier verschiedenen Emittern farbstabiles Licht mit warm weißen Farbkoordinaten (x, y) = (0.462, 0.429) und ausgezeichneten Farbwiedergabeeigenschaften (CRI = 80.1) erzeugt. Dabei sind die mit diesem Ansatz erreichten Lichtausbeuten (hv = 90.5 lm/W) mit denen von voll phosphoreszenten OLEDs vergleichbar.

This work demonstrates an approach to develop low-cost, semi-transparent, long-term stable, and efficient organic photovoltaic (OPV) cells and organic light-emitting diodes (OLEDs) using various alternative electrodes such as conductive polymers, doped ZnO, and carbon nanotubes. Such electrodes are regarded as good candidates to replace the conventional indium tin oxide (ITO) electrode, which is expensive, brittle, and limiting the manufacturing of low-cost, flexible organic devices. First, we report long-term stable, efficient ITO-free OPV cells and transparent OLEDs based on poly(3,4-ethylene-dioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) electrodes by using a solvent post-treatment or a structure optimization. In addition, a high performance internal light out-coupling system for white OLEDs based on PEDOT:PSS-coated metal oxide nanostructures is developed. Next, we demonstrate highly efficient ITO-free OPV cells and OLEDs with optimized ZnO electrodes doped with alternative non-metallic elements. The organic devices based on the optimized ZnO electrodes show significantly improved efficiencies compared to devices with standard ITO. Finally, we report semi-transparent OPV cells with free-standing carbon nanotube sheets as transparent top electrodes. The resulting OPV cells exhibit very low leakage currents with good long-term stability. In addition, the combination of various kinds of bottom and top electrodes for semi-transparent and ITO-free OPV cells is investigated. These results demonstrate that alternative electrodes-based OPV cells and OLEDs have a promising future for practical applications in efficient, low-cost, flexible and semi-transparent device manufacturing. / Die vorliegende Arbeit demonstriert einen Ansatz zur Verwirklichung von kostengünstigen, semi-transparenten, langzeitstabilen und effizienten Organischen Photovoltaik Zellen (OPV) und Organischen Leuchtdioden (OLEDs) durch die Nutzung innovativer Elektrodensysteme. Dazu werden leitfähige Polymere, dotiertes ZnO und Kohlenstoff-Nanoröhrchen eingesetzt. Diese alternativen Elektrodensysteme sind vielversprechende Kandidaten, um das konventionell genutzte Indium-Zinn-Oxid (ITO), welches aufgrund seines hohen Preises und spröden Materialverhaltens einen stark begrenz Faktor bei der Herstellung von kostengünstigen, flexiblen, organischen Bauelementen darstellt, zu ersetzten. Zunächst werden langzeitstabile, effiziente, ITO-freie Solarzellen und transparente OLEDs auf der Basis von Poly(3,4-ethylene-dioxythiophene):Poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) Elektroden beschrieben, welche mit Hilfe einer Lösungsmittel-Nachprozessierung und einer Optimierung der Bauelementstruktur hergestellt wurden. Zusätzlich wurde ein leistungsfähiges, internes Lichtauskopplungs-System für weiße OLEDs, basierend auf PEDOT:PSS-beschichteten Metalloxid-Nanostrukturen, entwickelt. Weiterhin werden hoch effiziente, ITO-freie OPV Zellen und OLEDs vorgestellt, bei denen mit verschiedenen nicht-metallischen Elementen dotierte ZnO Elektroden zur Anwendung kamen. Die optimierten ZnO Elektroden bieten im Vergleich zu unserem Laborstandard ITO eine signifikant verbesserte Effizienz. Abschließend werden semi-transparente OPV Zellen mit freistehenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen als transparente Top-Elektrode vorgestellt. Die daraus resultierenden Zellen zeigen sehr niedrige Leckströme und eine zufriedenstellende Stabilität. In diesem Zusammenhang wurde auch verschiedene Kombinationen von Elektrodenmaterialen als Top- und Bottom-Elektrode für semi-transparente, ITO-freie OPV Zellen untersucht. Zusammengefasst bestätigen die Resultate, dass OPV und OLEDs basierend auf alternativen Elektroden vielversprechende Eigenschaften für die praktische Anwendung in der Herstellung von effizienten, kostengünstigen, flexiblen und semi-transparenten Bauelement besitzen.