Photonische Materialien10. Vorlesung
• Einführung in quantenmechanische Aspekte und experimentelle Verfahren (1)
•Lumineszenz-Label (1)•Supramolekulare und biologische Systeme (1)•Halbleiter Nanopartikel (2)•Quanten-Well-Strukturen (1) •Metallische Nanopartikel•Solarzellen (1)•Organische Leuchtdioden und Solarzellen (1)•Flüssige Kristalle (1)•Displays (1)•Photonische Kristalle (1)•Optisch aktive Materialien (1).
Organische Halbleiter: Photodioden und Solarzellen
• Organische Materialien als Halbleiter• Organische Solarzellen
– Grätzelzelle– Photochromie– Löcherleitung– Organische Batterie
• Organische Fotodioden (OLEDS)
Wiederholung
Elektron - Lochpaare
Leitfähigkeit
Konjugierte Systeme
PPV
Chelate
Polypyrrole
Aromatische Kohlenwasserstoffe
Konjugierte Polymere
Polypyprol (PPyr)
Polythiophen
Polyacetylen
Schichtstruktur einer organischen Solarzelle. Zn-Phthalocyanin dient als Donator,C60 als Akzeptor. Das transparente ITO (Indium-Zinnoxid) und Aluminium bilden die Elektroden. PEDOT:PSS und Bathocuproine sind Pufferschichten, die die physikalischen und elektrischen Eigenschaften der aktiven Schicht und der Elektroden einander anpassen.
Komposite
Querschnitt durch eine organischeSolarzelle. Die idealisierte Skizze zeigt denNanokomposit aus den organischen Halbleitern.
Kathode
Transparente Anode
Akzeptor
Donor
Organische Solarzelle
Herstellungstechniken
• Molecular Beam Epitaxie• Spin Coating• Rakel- (Rasor Blade) Technik (für Polymere)
• Lithographische Strukturierung
Grätzel Zelle
Elektrolumineszenz
• Polymere : Friend 1990 PPV
Interface
OLED - Materialien
• Kleine Moleküle• Elektrolumineszente Polymere• Phosphoreszenz• Patterning
Kleine Moleküle
Al q3
Alq3
Vorteile von OLEDs
· Hohe Helligkeit bei starkem KontrastKeine Hintergrundbeleuchtung
· Keine Blickwinkelabhängigkeit· Videotauglichkeit· Weiter Temperaturbereich· Vollfarbdisplays und flexible Displays möglich· Niedriges Gewicht· Kompakte, extrem dünne Bauweise· Niedrige Herstellkosten
Flüssigkristalline Anzeigen
Temperaturabhängigkeit Farbe
fest flüssig kristallin flüssig
Flüssigkristalle
nematisch
smektisch
Flüssigkristalle
Kolumnar
Flüssigkristalle
• 1888 Cholesterol-Derivat• Mesogene Phase• Thermotrop (1% aller Moleküle)• Anisotropie – Fernordnung• Phasen• Einfluss äußerer elektrischer und
magnetischer Felder
1888 …..
Friedrich Reinitzer
Nobelpreis1991Pierre-Gilles de Gennes (Frankreich, *1932) Theoretische Beschreibung der Ordnungsprozesse von FlüsPolymeren, Magneten und Supraleitern
Helfrich fand 1970 das theoretische Konzept für das erste technisch und kommerziell revolutionäre Flüssigkristall Display.Das Patent wurde vom Münchener Patentamt nicht erteilt,weil die Entdeckung und Entwicklung keine Erfindungshöhe hätte.
Flüssigkristalle• Phasen
– nematisch (Faden)– smektisch (Seife)– kolumnar (Säule)– flüssigkristalline Polymere
• Ordnungszustände• Phasenübergänge• Defekte• Eigenschaften
– mechanische– optische– elektrische
Selbstorganisation
Ordnung in Flüssigkristallen
Ordnungszustände
Translational: Smectic AOrientational: Nematic
Ordnungszustände
Chiral Nematics
Biological Molecules (cholesterol) Left-HandedNot Invariant under Inversions, Reflections
Nematische Flüssigkristalle
snapshot from a molecular dynamicssimulation showing the liquid crystal moleculePCH5 in a nematic phase.
Methyloxybenzylidenbutylanilin (MBBA)
Schmelzpunkt: 22 °CKlärpunkt: 47 °C
Pentylcyanobiphenyl (5CB)
Schmelzpunkt: 23 °CKlärpunkt: 35 °C
„Nematische“ Moleküle
Chiral Nematische Flüssigkristalle
Chiral Nematic Phases
Smektische Flüssigkristalle
Smektisch C
Smektisch A
Smektische Flüssigkristalle
Smektisch
„Smektische“Moleküle
Smektische Phasen
Smektisch Chirale Phasen
Kolumnare Phasen
Cholesterisch
Flüssigkristalline Polymere
Flüssigkristalline Polymere
Polymere
Ordnung
Ordnungsparameter
Temperaturabhängigkeit
Polarisation
Ordnungstensoren
Elastische Eigenschaften
Elastische Eigenschaften
Viskosität
Scherviskosität
Phasenübergänge
Temperaturabhängigkeit Farbe
fest flüssig kristallin flüssig
Dielektrische Eigenschaften
Brechungsindex n
Texturen
Texturen
Punkt Defekte
Defekte
Punkt DefektS= ½ Defekt
Schlieren-Textur
