Röntgenuntersuchungen an halbleitenden Blockcopolymeren und Modellsystemen : Einfluss von molekularem Aufbau und molekularer Dynamik auf Mikrophasenseparation und molekulare Ordnung

Abstract

In dieser Arbeit wird der Einfluss der Glasübergangstemperatur (Tg) auf die Strukturbildung sowie der Zusammenhang zwischen Tg und dem molekularen Aufbau in zwei Materialsystemen halbleitender Donor-Akzeptor-(Blockco-)Polymere untersucht. Als Donor wurde Poly(3-hexylthiophen) verwendet. Als Akzeptor dienten halbleitende Moleküle, PC61/71BM und Perylenbisimid-Derivate (PBI), die an ein Polystyrol-Backbone angepfropft wurden. Es wird gezeigt, dass das Anpfropfen der Akzeptoreinheiten das Tg des Polystyrol-Backbones drastisch steigert, was die Strukturbildung innerhalb der Akzeptormaterialien und im Blockcopolymer beeinträchtigt. Innerhalb der Akzeptormaterialien wurde eine kinetische Hinderung bei der Ausbildung flüssigkristalliner Phasen beobachtet. Dabei konnte die Affinität zur Aggregation und dadurch eine hohe Ladungsträgermobilität erhalten werden. Im Falle der Blockcopolymere wurde entdeckt, dass beide Materialsysteme ─ abhängig von ihrem Molekulargewicht ─ zur Mikrophasenseparation fähig sind. Dabei ist jedoch die Langreichweitigkeit der Ordnung durch das hohe Tg des Backbones eingeschränkt.

In this thesis the influence of the glass transition temperature (Tg) on structure formation as well as the relationship between Tg and molecular composition is investigated in two material systems of semiconducting donor-acceptor (blockco-) polymers. Poly(3-hexylthiophene) was used as donor. Semiconducting molecules, PC61/71BM and perylenebisimide derivatives (PBI) were used as acceptor, which were grafted to a polystyrene backbone. It is shown that the grafting of the acceptor molecules drastically increases the Tg of the polystyrene backbone, which affects the structure formation within the acceptor materials and in the block copolymers. Within the acceptor materials a kinetic hindrance of the formation of liquid crystalline phases was observed. Thereby the affinity for aggregation and thus a high charge carrier mobility has been preserved. For the block copolymers it was discovered that both material systems are capable of microphase separation depending on their molecular weight. However, the long-range order is limited by the high Tg of the backbone.