Synthese, Eigenschaften und Anwendung symmetrischer Anilinosquaraine als Komponente in Photodioden

Abstract

Die Funktions- und Leistungsfähigkeit organischer Elektronik ist in hohem Maße von der Morphologie der darin verarbeiteten Materialien abhängig. Um den technologischen Fortschritt zu fördern, ist es daher wichtig, Wege zu finden, die Filmbildung organischer Halbleiter gezielt und zuverlässig zu beeinflussen. Die supramolekulare Aggregation der Moleküle im Festkörper und damit auch die makroskopische Morphologie der dünnen Filme wird im Wesentlichen bereits von der molekularen Struktur festgelegt. Eine bottom-up-Strategie durch die Synthese maßgeschneiderter Moleküle mit geeigneten, kontrollierbaren Eigenschaften ist daher ein vielversprechendes und gegenüber aufwändigen Templatierungsmethoden attraktives Mittel zur Optimierung der Festkörpereigenschaften. Squaraine eignen sich angesichts ihrer einfachen strukturellen Modifizierbarkeit hervorragend für Ansätze strategischen molekularen Designs. Ihre außerordentlich starke Absorption im sichtbaren bis nahinfraroten Wellenlängenbereich sowie ihre exzellente photochemische Stabilität machen sie zu idealen Kandidaten für optoelektronische Bauteile. Eine chirale Funktionalisierung dieser halbleitenden Verbindungen kann der Steuerung ihrer supramolekularen Ordnung dienen und führt den zirkularen Dichroismus (CD) als zusätzlichen Designparameter ein, der die Entwicklung innovativer und einzigartiger technologischer Anwendungen ermöglicht. <br />Im Rahmen dieser Arbeit wurden symmetrische Anilinosquaraine für die Anwendung als Komponenten in optoelektronischen Bauteilen synthetisiert. Ein besonderes Augenmerk lag auf der Beurteilung des Einflusses der Alkylkettenlänge auf deren supramolekulare Organisation in Lösung und im Festkörper, welche mittels diverser spektroskopischer und mikroskopischer Methoden untersucht wurde. Hierbei ist es unter anderem gelungen, in Lösung stabile, stark CD-aktive chirale Aggregate mit außergewöhnlicher doppelbandiger Absorption zu erzeugen, deren Ursprung anhand quantenchemischer Berechnungen aufgeklärt werden konnte. Durch systematische Variation der Molekülstruktur wurde die optimale Alkylkettenlänge für eine maximale CD-Antwort ermittelt und hierbei ein extrem großer, maximaler Dissymmetrie-Faktor von −0.23 in äquilibrierten Lösungen und −1.17 in getemperten dünnen Filmen erreicht.

<strong>Synthesis, properties and application of squaraines as a component in photodiodes</strong> <br /> The functionality and performance of organic electronics is highly dependent on the morphology of materials from which they are built up. For further technological progress, it is important to establish ways to influence and control thin film formation in a deliberate and reliable manner. The supramolecular aggregation of molecules in the solid state, and thus the macroscopic morphology of thin films, is to a large extent already essentially determined by the molecular structure. Compared to cumbersome templating methods, a bottom-up strategy comprising the synthesis of tailored molecules with suitable and controllable characteristics is a promising approach for optimizing of the solid-state properties. Squaraines are well suited for such a strategic molecular design given their easy modifiability. Due to their exceptionally strong absorption ranging from the visible to the near infrared region of the electromagnetic spectrum and their excellent photostability, squaraines are ideal candidates for optoelectronic devices. The supramolecular order of these semiconducting molecules can be controlled by chiral functionalization leading to circular dichroism (CD) as an additional design parameter for the development of novel and innovative technological applications. <br />In this study, symmetrical anilino squaraines were synthesized for application as components in optoelectronic devices. Special attention was paid to the influence of the alkyl chain lengths on the supramolecular organization in solution and in the solid state which was analysed with various spectroscopic and microscopic methods. Thereby, strongly CD-active aggregates with a special dual-band absorption were established which were stable in solution. The origin of the absorption pattern was elucidated by quantum-chemical calculations. By systematic variation of the molecular structure, the optimum alkyl chain length for a maximum CD response was determined and exceptionally large maximum dissymmetry factors of -0.23 in equilibrated solution and of -1.17 in tempered thin films were achieved.