2025-03-142025-03-14https://hdl.handle.net/11420/54838Polymere Halbleiter (polymer semiconductors, PSCs), verbinden Ladungsträgermobilität mit überlegenen mechanischen Eigenschaften, und erlauben die Verarbeitung aus Lösung. Folglich sind PSC Materialien vielversprechende Kandidaten, um großflächige elektronische Anwendungen auf flexiblen Substraten zu ermöglichen, z.B für Displays, Sensoren oder Photovoltaik. Die elektronische Leistung von PSCs hat sich in den letzten Jahren erheblich verbessert, und moderne Donor-Akzeptor (D-A) Polymere erreichen jetzt routinemäßig Ladungsträgerbeweglichkeiten von mehr als 1 cm2 V-1s-1, dem klassischen mit amorphem Silizium verbundenen Grenzwert. Die Kontrolle über die physikalischen Eigenschaften der Materialien verbesserte sich jedoch nicht mit der gleichen Geschwindigkeit, und die derzeitigen Hochleistungs-PSCs leiden unter einer Reihe von Nachteilen, die eng mit der konjugierten Molekülstruktur und der halb-kristallinen Morphologie zusammenhängen, welche die hohen Ladungsträgermobilitäten ermöglichen: Die Polymerketten sind stark aggregiert, was zu spröden Filmen führt und flexible Anwendungen einschränkt, und sie sind außerdem schlecht löslich, was zu Schwankungen bei der Polymersynthese und zu einer schlechten Reproduzierbarkeit der erhaltenen Materialien und elektronischen Kennwerte führt. Die Abscheidung der PSC Materialien aus Lösung erfordert normalerweise erhöhte Temperaturen, geringe Konzentration der Tinten und den Einsatz halogenierter Lösungsmittel, was kosteneffiziente Druckprozesse behindert. Ein interessanter Herstellungsansatz wäre die lösungsmittelfreie Verarbeitung aus Polymerschmelzen, bei der giftige Lösungsmittel aus dem Prozess entfernt und eine höhere Reproduzierbarkeit und Kontrolle über die Morphologie gewährleistet werden würden. Während die Schmelzverarbeitung eine Standardtechnik in vielen Bereichen der Polymerforschung und -verarbeitung ist, wurden bislang nur wenige schmelzverarbeitbare D-A-PSCs untersucht.Bisher wurden Anpassungen der physikalischen Eigenschaften von PSCs - wie Löslichkeit, Schmelzpunkt und Zugmodul - durch Modifikationen des Grundgerüst oder der Seitenketten erreicht. Die Modifikation der Endgruppen, das „Endcap-Engineering“ könnte ein neuer strategischer Weg zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften, z.B. Löslichkeit und mechanischer Dehnbarkeit, sein, und zudem die Schmelzverarbeitung von PSCs ermöglichen. In diesem Projekt werden wir die Kettenenden moderner Diketopyrrolopyrrol (DPP)-basierter PSCs mit elastomeren Polydimethylsiloxan (PDMS)-Ketten modifizieren und die resultierenden Block-Copolymere zweiter Ordnung physikalisch-chemisch, elektrisch und hinsichtlich ihrer Morphologie und Phasentrennung untersuchen. Es wird erwartet, dass die mit elastomeren Endgruppen versehenen PSCs eine verbesserte Löslichkeit aufweisen, und für höhere Verhältnisse von PDMS zu PSC eine schmelzbasierte Verarbeitung ermöglichen.Polymer semiconductors (PSCs) combining high charge carrier mobility with superior mechanical properties and solution-processability are ideal candidates to achieve large-area electronic applications on flexible substrates, e.g. displays, sensors or photovoltaics. The electronic performance of PSCs improved considerably in the recent years, and state-of-the-art donor-acceptor (D-A) polymers now routinely achieve charge carrier mobilities exceeding 1 cm2 V-1s-1, the classic benchmark of amorphous silicon. Yet the control over the physical properties of the materials did not progress at the same rate, and current high performance PSCs suffer from a range of shortcomings closely related to the conjugated molecular structure and well-stacked morphology which bestow record-setting charge carrier mobilities: They are strongly aggregated, leading to brittle films and limiting flexible applications, and are furthermore poorly soluble, causing batch-to-batch variations in polymer synthesis and poor reproducibility of device fabrication. Solution-deposition of these materials usually requires elevated temperatures, dilute solutions, and halogenated solvents, conditions which are hampering cost-efficient printing processes. An even more interesting fabrication approach would be the solvent-free processing from polymer melt, which would eliminate toxic solvents from the process and grant higher reproducibility and morphology control. Yet while melt-processing is a standard technique in many fields of polymer research and processing, only few melt-processable D-A PSCs were obtained and investigated so far. So far, the tuning of the physical properties of PSCs, such as solubility, melting point and tensile modulus, is explored by either modifying the backbone or the side chains. Endcap engineering could be a new strategic pathway to improve physical properties, e.g. solubility, tune mechanical characteristics, e.g. stretchability, and enable the melt-processing of PSCs. In this project, we will endcap state-of-the-art diketopyrrolopyrrole (DPP) based PSCs with elastomeric polydimethylsiloxane (PDMS) chains, and investigate the resulting second order block co-polymers physico-chemically, electrically and with regards to their morphology and phase separation. The elastomer-endcapped PSCs are expected to exhibit enhanced solubility and, for higher PDMS-to-PSC ratios, melt-processability.