Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Physik

Fachgebiet: Expeimentalphysik

Betreuer: Prof. Dr. Stefan Lochbrunner



Dipl. Phys. Franziska Fennel
(e-mail: Franziska.Fennel@uni-rostock.de )

Einfluss der energetischen Unordnung auf die Exzitonenmigration in organischen Systemen

Eine typische Eigenschaft organischer Systeme ist räumliche Unordnung, die auch eine energetische Unordnung, d.h. eine Variation der elektronischen Übergangsenergie der Moleküle, zur Folge hat. Der Transfer von lokalen elektronischen Molekülanregungen, sogenannten Frenkel-Exzitonen, wird dadurch substantiell beeinträchtigt. Mit dem Ziel, den Einfluss der energetischen Unordnung auf die Exzitonenmigration zu quantifizieren wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine entsprechende Erweiterung der Förstertheorie entwickelt. Für ein räumlich ungeordnetes molekulares Modellsystem wurden die energetische Unordnung und die Exzitonenmobilität mittels zeitaufgelöster Anrege-Abfrage-Spektroskopie charakterisiert. Anhand dieser Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass das erweiterte Modell eine realistische Prognose der Exzitonendiffusionskonstante liefert, die für das Design von verschiedenen optoelektronischen Anwendungen relevant ist. Eine Reduktion der energetischen Unordnung wird in organischen Systemen durch Selbstassemblierung von Molekülen zu Aggregaten erreicht und ermöglicht eine höhere Exzitonenbeweglichkeit. Ein entsprechender konzentrationsabhängiger Selbstassemblierungsprozess wurde anhand der Absorptions- und Emissionsspektren sichtbar gemacht und mittels eines kinetischen Aggregationsmodells charakterisiert. Durch Verknüpfung der damit bekannten Probenzusammensetzung mit Ergebnissen zeitaufgelöster Messungen kann die Exzitonendynamik in dem Mehrkomponentensystem aufgeklärt werden.

Spatial disorder is a characteristic property of organic systems that also leads to energetic disorder, e.g. a variation of the electronic excitation energy between individual molecules. As a result, the mobility of local electronic molecular excitations, so-called Frenkel excitons, is substantially reduced. A corresponding extension of the conventional Förster theory has been developed to describe the impact of energetic disorder on the exciton migration quantitatively. For a spatially disordered molecular model system, both the energetic disorder and the exciton migration was characterized with transient pump probe spectroscopy. These investigations demonstrate that the extended Förster approach predicts a realistic exciton diffusion constant, which is relevant for the design of a multitude of optoelectronic applications. Energetic disorder in organic systems is reduced by self-assembly of molecules to aggregates, resulting in an increased exciton mobility. A corresponding concentration dependent self-assembly process is characterized by absorption and emission spectra and described by a kinetic aggregation model. By combining the known sample composition with the time resolved exciton signatures, the exciton dynamics in the multi-component system is revealed.