Photonische Materialien 10. Vorlesung

Transkript

1 Photonische Materialien 10. 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).

2 Organische Halbleiter: Photodioden und Solarzellen Organische Materialien als Halbleiter Organische Solarzellen Grätzelzelle Photochromie Löcherleitung Organische Batterie Wiederholung Organische Fotodioden (OLEDS)

3 Elektron - Lochpaare

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5 Leitfähigkeit

6 Konjugierte Systeme PPV Polypyrrole Aromatische Kohlenwasserstoffe Chelate

7 Konjugierte Polymere Polyacetylen Polypyprol (PPyr) Polythiophen

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10 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.

11 Komposite Kathode Akzeptor Donor Transparente Anode Querschnitt durch eine organische Solarzelle. Die idealisierte Skizze zeigt den Nanokomposit aus den organischen Halbleitern.

12 Organische Solarzelle

13 Herstellungstechniken Molecular Beam Epitaxie Spin Coating Rakel- (Rasor Blade) Technik (für Polymere) Lithographische Strukturierung

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15 Grätzel Zelle

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17 Elektrolumineszenz Polymere : Friend 1990 PPV

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20 Interface

21 OLED - Materialien Kleine Moleküle Elektrolumineszente Polymere Phosphoreszenz Patterning

22 Kleine Moleküle Al q3

23 Alq3

24 Vorteile von OLEDs Hohe Helligkeit bei starkem Kontrast Keine Hintergrundbeleuchtung Keine Blickwinkelabhängigkeit Videotauglichkeit Weiter Temperaturbereich Vollfarbdisplays und flexible Displays möglich Niedriges Gewicht Kompakte, extrem dünne Bauweise Niedrige Herstellkosten

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27 Flüssigkristalline Anzeigen

28 Temperaturabhängigkeit Farbe fest flüssig kristallin flüssig

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30 Flüssigkristalle nematisch smektisch

31 Flüssigkristalle Kolumnar

32 Flüssigkristalle 1888 Cholesterol-Derivat Mesogene Phase Thermotrop (1% aller Moleküle) Anisotropie Fernordnung Phasen Einfluss äußerer elektrischer und magnetischer Felder

33 Nobelpreis1991 Pierre-Gilles de Gennes (Frankreich, *1932) Theoretische Beschreibung der Ordnungsprozesse von Flüs Polymeren, 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. Friedrich Reinitzer

34 Phasen nematisch (Faden) smektisch (Seife) kolumnar (Säule) flüssigkristalline Polymere Ordnungszustände Phasenübergänge Defekte Eigenschaften mechanische optische elektrische Flüssigkristalle

35 Selbstorganisation

36 Ordnung in Flüssigkristallen

37 Ordnungszustände Orientational: Nematic Translational: Smectic A

38 Ordnungszustände

39 Chiral Nematics Biological Molecules (cholesterol) Left-Handed Not Invariant under Inversions, Reflections

40 Nematische Flüssigkristalle

41 snapshot from a molecular dynamics simulation showing the liquid crystal molecule PCH5 in a nematic phase.

42 Methyloxybenzylidenbutylanilin (MBBA) Schmelzpunkt: 22 C Klärpunkt: 47 C Pentylcyanobiphenyl (5CB) Schmelzpunkt: 23 C Klärpunkt: 35 C

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44 Nematische Moleküle

45 Chiral Nematische Flüssigkristalle

46 Chiral Nematic Phases

47 Smektische Flüssigkristalle Smektisch C Smektisch A

48 Smektische Flüssigkristalle

49 Smektisch

50 Smektische Moleküle

51 Smektische Phasen

52 Smektisch Chirale Phasen

53 Kolumnare Phasen

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56 Cholesterisch

57 Flüssigkristalline Polymere

58 Polymere Flüssigkristalline Polymere

59 Ordnung

60 Ordnungsparameter

61 Temperaturabhängigkeit

62 Polarisation

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64 Ordnungstensoren

65 Elastische Eigenschaften

66 Elastische Eigenschaften

67 Viskosität

68 Scherviskosität

69 Phasenübergänge

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71 Temperaturabhängigkeit Farbe fest flüssig kristallin flüssig

72 Dielektrische Eigenschaften

73 Brechungsindex n

74 Texturen

75 Texturen

76 Punkt Defekte

77 Defekte S= ½ Defekt Punkt Defekt

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79 Schlieren-Textur

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