Ultraschnelle Dynamik elektronischer Anregungen in einzelnen konjugierten Polymerketten

• Antragsteller: Professor Dr. Richard Hildner
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 260342502

Einer der ersten und zentralen Schritte bei der Umwandlung von Sonnenenergie durch organische Solarzellen basierend auf p-konjugierten Polymeren ist der ultraschnelle Transport elektronischer Anregungen. Die elektronische Struktur dieser Materialklasse und insbesondere die ultraschnelle (sub-Pikosekunden) Bildung und Transportdynamik elektronischer Anregungen ist jedoch noch nicht vollständig geklärt und wird kontrovers diskutiert. Zwar können diese Prozesse prinzipiell mit Hilfe konventioneller ultraschneller Ensemble- Spektroskopie untersucht werden, aber die große strukturelle und elektronische Unordnung in konjugierten Polymeren verhinderte bisher die Entwicklung eines genauen Verständnisses dieser Prozesse. In diesem Projekt wollen wir daher ultraschnelle Einzelmolekülspektroskopie einsetzen, um ein prototypisches und technologisch wichtiges System, Oligo- und Polythiophene, auf molekularer Ebene zu untersuchen. Das Ziel ist, die Bildung elektronischer Anregungen und deren nachfolgende Transportdynamik innerhalb einzelner Thiophen-Ketten aufzulösen. Dazu sollen Messungen als Funktion der Länge der Thiophen-Ketten, ihrer lokalen Umgebung und der Temperatur durchgeführt werden. Wir wollen die Zeitskalen, die Relaxationsenergien und die Relaxationspfade elektronischer Anregungen während ihrer Bildung und Lokalisierung bestimmen. Weiterhin wollen wir die verschiedenen Faktoren untersuchen, die den intra-Ketten Transport beeinflussen, z.B. die genaue Konformation der Ketten, die elektronischen Wechselwirkungen, die Rolle der lokalen Umgebung und die Kopplung zwischen den Thiophen-Ketten und ihrer lokalen Umgebung. Hier soll besonders auch kohärenter Transport auf ultrakurzen (< 250 fs) Zeitskalen aufgelöst werden und bestimmt werden, welche Parameter für die Kohärenzzeiten relevant sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Professorin Dr. Anna Köhler; Professor Dr. Mukundan Thelakkat