Control over microstructure evolution and device performance in solution processable organic field-effect transistors

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Kontrolle von Selbstorganisation und Mikrostruktur von organischen Halbleitern und deren Einsatz in OFETs. In Kapiteln 3, 4 und 5 eine neue Lösungsmittel-basierte Verabeitungsmethode, genannt als Lösungsmitteldampfdiffusion, ist konzipiert, um die Selbstorganisation von Halbleitermolekülen auf der Oberfläche zu steuern. Diese Methode als wirkungsvolles Werkzeug erlaubt eine genaue Kontrolle über die Mikrostruktur, wie in Kapitel 3 am Beispiel einer D-A Dyad bestehend aus Hexa-peri-hexabenzocoronene (HBC) als Donor und Perylene Diimide (PDI) als Akzeptor beweisen. Die Kombination aus Oberflächenmodifikation und Lösungsmitteldampf kann die Entnetzungseffekte ausgleichen, so dass die gewüschte Mikrostruktur und molekulare Organisation auf der Oberfläche erreicht werden kann. In Kapiteln 4 und 5 wurde diese Methode eingesetzt, um die Selbstorganisation von Dithieno[2, 3-d;2’, 3’-d’] benzo[1,2-b;4,5-b’]dithiophene (DTBDT) und Cyclopentadithiophene -benzothiadiazole copolymer (CDT-BTZ) Copolymer zu steuern. Die Ergebnisse könnten weitere Studien stimulieren und werfen Licht aus andere leistungsfaähige konjugierte Polymere. rnIn Kapiteln 6 und 7 Monolagen und deren anschlieβende Mikrostruktur von zwei konjugierten Polymeren, Poly (2,5-bis(3-alkylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene) PBTTT und Poly{[N,N ′-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis (dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5′- (2,2′-bithiophene)}, P(NDI2OD-T2)) wurden auf steife Oberflächen mittels Tauchbeschichtung aufgebracht. Da sist das erste Mal, dass es gelungen ist, Polymer Monolagen aus der Lösung aufzubringen. Dieser Ansatz kann weiter auf eine breite Reihe von anderen konjugierten Polymeren ausgeweitet werden.rnIn Kapitel 8 wurden PDI-CN2 Filme erfolgreich von Monolagen zu Bi- und Tri-Schichten auf Oberflächen aufgebracht, die unterschiedliche Rauigkeiten besitzen. Für das erste Mal, wurde der Einfluss der Rauigkeit auf Lösungsmittel-verarbeitete dünne Schichten klar beschrieben.rn

This thesis focuses on controlling the self-assembly and microstructure evolution of semiconductor molecules and their applications in OFETs. In chapter 3, 4, and 5, a novel solution processing method solvent vapor diffusion (SVD) was designed to tune the self-assembly of semiconductor molecules on the surface. This method was proven to be a powerful tool which allowed a delicate control over the microstructure as presented in chapter 3 for a D-A dyad composed of covalently bonded hexa-peri-hexabenzocoronene (HBC) as donor and perylene diimide (PDI) as acceptor (HBC-PDI). The combination of surface modification and solvent vapor can balance dewetting effects and the above mentioned various forces, and finally the desired microstructure and molecular organization on the surface can be achieved. In chapter 4 and chapter 5, SVD was further proven to be a versatile approach to control the (macro) molecular self-assembly on the example of dithieno[2, 3-d;2’, 3’-d’] benzo[1,2-b;4,5-b’]dithiophene (DTBDT) and cyclopentadithiophene -benzothiadiazole copolymer (CDT-BTZ copolymer). These results and strategies may stimulate further study and shed light on the other high performance conjugated polymers for achieving their unprecedented device performances.rnIn chapter 6 and chapter 7 monolayers and their subsequent microstructures of two high performance conjugated polymers (p-type Poly (2,5-bis(3-alkylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene) PBTTT and n-type poly{[ N

N ′-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5′- (2,2′-bithiophene)}, P(NDI2OD-T2)) on a rigid surface were obtained by dip coating. This is the first time that polymer monolayers were successfully fabricated by solution processing. This approach can be further exploited for a broad range of other high performance conjugated polymers.rnIn chapter 8 PDI8-CN2 films from monolayer to bi/tri layers were successfully fabricated on substrates with different surface roughness. This is for the first time that the effect of surface roughness on solution-processed ultrathin layers was clearly illustrated.rn