SCHWINGUNGSSPEKTROSKOPISCHE UNTERSUCHUNGEN AN LECs

Forschungsprojekt P 14170Schwingungsspektroskopische Untersuchungen an LECsGünther LIESING06.03.2000 Die Verwendung von konjugierten Polymeren als aktive Schichten in Leuchtdioden steht wegen deren möglicher Anwendung in ultraflachen Bildschirmen momentan im Blickpunkt weltweiten Forschungsinteresses. Verschiedene Konzepte wurden in den letzten Jahren realisiert um die Effizienz dieser Leuchtdioden zu erhöhen und die großen Potentialbarrieren für die Ladungsträgerinjektion von den Elektroden in diese Polymere zu verringern. Eines der vielversprechendsten Konzepte ist das der sogenannten lichtemittierenden elektrochemischen Zellen (LEZ). Dabei wird das konjugierte Polymer mit einem Festkörperelektrolyten gemischt. Das Ziel dieses Projektes ist es die physikalischen Aspekte dieser gemischt ionisch-elektronischen Leiter zu untersuchen, da das grundlegende Prinzip dieser LEZ noch immer unklar ist. Während das eine Modell elektrochemisches dotieren und damit die Formation von p- und n- dotierten Zonen nahe den Elektroden vorschlägt basiert das andere Modell auf durch die Ionen erzeugte Raumladungen, die die Ladungsträgerinjektion unterstützen. Zum Studium der physikalischen Mechanismen, die in solchen LEZ während des Betriebes auftreten, sind besonders schwingungsspektroskopische Untersuchungen geeignet. Schwingungsspektroskopie ist eine allgemein bewahrte Methode um die Ionendissoziation und die Ionen-Polymerwechselwirkung in Festkörperelektrolyten, aber auch die Änderungen der Schwingungsspektren von konjugierten Polymeren durch die Dotierung zu studieren. Dies ermöglicht es detaillierte Informationen über die Ionendissoziation und die Wechselwirkung der Ionen mit dem Festkörperelektrolyten in diesen aktiven Schichten zu erhalten, aber auch eine mögliche elektrochemische Dotierung des konjugierten Polymers in diesen Bauelementen während des Betriebes nachzuweisen. Da die Morphologie der aktiven Schicht die von vielen Parametern abhängt entscheidenden Einfluß auf die Funktionsweise dieser Leuchtelemente hat werden Röntgenspektroskopische und mikroskopische Untersuchungen zur morphologischen Charakterisierung durchgeführt. Das Projekt beinhaltet des weiteren eine Untersuchung der optischen und elektronischen Anregungszustände der aktiven Schicht. Die dabei gewonnenen Ergebnisse haben auch für andere Anwendungen, so etwa für elektrochrome Displays entscheidende Bedeutung. Kürzlich konnte gezeigt werden, daß auch für diese elektrochromen Bauelemente das Mischen des konjugierten Polymers mit einem ionenleitenden Polymer zu einer Verbesserung der Eigenschaften führen kann. So wurde eine Verbesserung der Dotierungskinetik erzielt und der Unterschied in der Transmission zwischen dotiertem, und nicht dotiertem Zustand konnte gesteigert werden. Gemische zwischen konjugierten und ionenleitenden Polymeren neigen zu Phasenseparation. Um das Ausmaß dieser Phasenseparation zu minimieren kann man spezielle Kopolymere verwenden. Diese Kopolymere bestehen aus elektronenleitenden (eher unpolaren) und ionenleitenden (eher polaren.) Einheiten. Derartige Kopolymere haben in letzter Zeit große Aufmerksamkeit erzielt, da sie aufgrund der unterschiedlichen L6slicbkeit der polaren und unpolaren Einheiten zur Ausbildung von supramolekalaren Strukturen im Nanometerbereich neigen.