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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).
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Organische Halbleiter: Photodioden und Solarzellen
• Organische Materialien als Halbleiter• Organische Solarzellen
– Grätzelzelle– Photochromie– Löcherleitung– Organische Batterie
• Organische Fotodioden (OLEDS)
Wiederholung
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Elektron - Lochpaare
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Leitfähigkeit
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Konjugierte Systeme
PPV
Chelate
Polypyrrole
Aromatische Kohlenwasserstoffe
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Konjugierte Polymere
Polypyprol (PPyr)
Polythiophen
Polyacetylen
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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.
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Komposite
Querschnitt durch eine organischeSolarzelle. Die idealisierte Skizze zeigt denNanokomposit aus den organischen Halbleitern.
Kathode
Transparente Anode
Akzeptor
Donor
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Organische Solarzelle
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Herstellungstechniken
• Molecular Beam Epitaxie• Spin Coating• Rakel- (Rasor Blade) Technik (für Polymere)
• Lithographische Strukturierung
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Grätzel Zelle
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Elektrolumineszenz
• Polymere : Friend 1990 PPV
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Interface
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OLED - Materialien
• Kleine Moleküle• Elektrolumineszente Polymere• Phosphoreszenz• Patterning
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Kleine Moleküle
Al q3
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Alq3
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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
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Flüssigkristalline Anzeigen
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Temperaturabhängigkeit Farbe
fest flüssig kristallin flüssig
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Flüssigkristalle
nematisch
smektisch
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Flüssigkristalle
Kolumnar
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Flüssigkristalle
• 1888 Cholesterol-Derivat• Mesogene Phase• Thermotrop (1% aller Moleküle)• Anisotropie – Fernordnung• Phasen• Einfluss äußerer elektrischer und
magnetischer Felder
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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.
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Flüssigkristalle• Phasen
– nematisch (Faden)– smektisch (Seife)– kolumnar (Säule)– flüssigkristalline Polymere
• Ordnungszustände• Phasenübergänge• Defekte• Eigenschaften
– mechanische– optische– elektrische
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Selbstorganisation
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Ordnung in Flüssigkristallen
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Ordnungszustände
Translational: Smectic AOrientational: Nematic
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Ordnungszustände
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Chiral Nematics
Biological Molecules (cholesterol) Left-HandedNot Invariant under Inversions, Reflections
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Nematische Flüssigkristalle
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snapshot from a molecular dynamicssimulation showing the liquid crystal moleculePCH5 in a nematic phase.
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Methyloxybenzylidenbutylanilin (MBBA)
Schmelzpunkt: 22 °CKlärpunkt: 47 °C
Pentylcyanobiphenyl (5CB)
Schmelzpunkt: 23 °CKlärpunkt: 35 °C
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„Nematische“ Moleküle
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Chiral Nematische Flüssigkristalle
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Chiral Nematic Phases
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Smektische Flüssigkristalle
Smektisch C
Smektisch A
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Smektische Flüssigkristalle
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Smektisch
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„Smektische“Moleküle
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Smektische Phasen
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Smektisch Chirale Phasen
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Kolumnare Phasen
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Cholesterisch
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Flüssigkristalline Polymere
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Flüssigkristalline Polymere
Polymere
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Ordnung
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Ordnungsparameter
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Temperaturabhängigkeit
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Polarisation
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Ordnungstensoren
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Elastische Eigenschaften
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Elastische Eigenschaften
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Viskosität
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Scherviskosität
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Phasenübergänge
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Temperaturabhängigkeit Farbe
fest flüssig kristallin flüssig
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Dielektrische Eigenschaften
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Brechungsindex n
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Texturen
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Texturen
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Punkt Defekte
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Defekte
Punkt DefektS= ½ Defekt
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Schlieren-Textur
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