Inter- und Intramolekulare Aggregatbildung in Poly(p-Phenylen-Vinylen): photophysikalische und elektrische Eigenschaften

Titelangaben

Forero, Stefan:
Inter- und Intramolekulare Aggregatbildung in Poly(p-Phenylen-Vinylen): photophysikalische und elektrische Eigenschaften.
Bayreuth , 2005
( Dissertation, 2005 , Universität Bayreuth, Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik)

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Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Aufklärung der intra- und intermolekularen Struktur des konjugierten Homopolymers Poly(p-Phenylen-Vinylen) (PPV). Dieses ist selbst unlöslich und wird über die thermische Konversion eines leicht zu verarbeitenden Präkursorpolymers hergestellt. Seit etwas mehr als einem Jahrzehnt werden die chemischen und physikalischen Eigenschaften von PPV extensiv untersucht und das Polymer vor allem in optoelektronischen und photovoltaischen Bauelementen eingesetzt. Dennoch ist bis heute die sich aus dem Präkursor ergebende intra- und intermolekulare Struktur von PPV weitestgehend unbekannt, so daß die photophysikalischen Eigenschaften des Polymers ungeklärt bleiben. Um die Funktionsweise von elektronischen Bauelementen aus organischer Materie zu verstehen, ist es allerdings von fundamentaler Bedeutung, die Geometrie der Moleküle und deren Anordnung im Material zu kennen. Ziel der vorliegenden Untersuchung war es mittels Infrarot- und Raman-Spektroskopie (Ir, Rm) und Ultraviolett/sichtbare- und Photolumineszenz-Spektroskopie (Uv-Vis, Pl) die intra- und intermolekulare Struktur von PPV aufzuklären. Neben dem Homopolymer wurden auch systematisch substituierte Copolymerderivate charakterisiert. Mit den Ergebnissen aus der Spektroskopie wurde auf einer qualitativen Ebene versucht, die elektrischen Eigenschaften von Polymerbauelementen zu verstehen. Die photophysikalischen und elektrischen Eigenschaften von PPV werden üblicherweise im Rahmen des Modells einer Verteilung von pi-konjugierten Segmenten der Länge ld auf Polymerkettensegmenten der Länge ls interpretiert [Mul99]. Im Gegensatz hierzu gibt es spektroskopische Untersuchungen, die zeigen, daß sich die Delokalisationslänge der pi-Elektronen lc in arylbasierten Oligomeren auf die aromatischen Einheiten beschränkt (lc < ld) [Hern94]. An diesem Punkt setzt die vorliegende Arbeit an und die Ergebnisse aus der Spektroskopie deuten darauf hin, daß die photophysikalischen und elektrischen Eigenschaften maßgeblich durch den intermolekularen Abstand gesteuert werden und nicht durch die intramolekulare Konjugation. Der Interkettenabstand kann durch äußere Einflüsse oder mittels Substituenten eingestellt werden, während die intramolekulare Konformation durch den Präkursor festgelegt wird und trans-cisoid ist. Damit ist PPV ein molekulares System, in welchem die pi-Elektronen weitestgehend auf den Phenylen und Vinylen-Einheiten lokalisiert bleiben und der Ladungstransport im wesentlichen von Kette zu Kette stattfindet und demnach abhängig vom intermolekularen Abstand ist.

Abstract in weiterer Sprache

The present work is devoted to the study of the intra- and intermolecular structure of the precursor route polymer poly(p-phenylene-vinylene) (PPV). During the past decade, the physical and chemical properties of this conjugated polymer has been studied extensively for its use in optoelectronic and photovoltaic applications. However, the intra- and intermolecular structure inherited from its parent precursor is still unknown, and consequently the photophysical properties have not been deciphered completely yet. As the molecular structure of organic matter and its electronic and optical properties are strongly correlated, it is of fundamental interest to know the intra- and intermolecular geometry of the material at hand to understand the function of organic devices. For the purpose of deciphering the molecular structure of PPV, a set of spectroscopic methods was applied, namely, infrared and Raman spectroscopy (IR, RMN), as well as ultraviolet-visible and photoluminescence spectroscopy (UV-Vis, PL). In addition to the homopolymer (H-PPV), systematic substituted copolymer derivatives were also characterized. Within the photophysical results it was then attempted to understand qualitatively some of the electronic properties of polymeric optoelectronic devices. Traditionally, the photophysical and electrical properties of H-PPV are interpreted in the framework of a distribution of intrachain segments of length ls, having different effective electron delocalization lengths ld [Mul99]. In contrast to this, many spectroscopic issues support pi-electron pinning inside the aromatic parts of aryl-based oligomers, reducing the effectiv delocalization length along the molecular chain to a pi-electron confinement length of lc < ld [Hern94]. The most important issue in the present work was, thus, to find the extent of delocalization in H-PPV. The results indicate that H-PPV is a molecular system with pi-electrons confined to the phenylene and vinylene units. The intramolecular conformation is trans-cisoid and defined by the precursor. The photophysical and electrical properties (charge carrier transport) are strongly dependent on the intermolecular distance, which can be influenced by substituents or other external parameters.