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Intricacies and Mechanism of p-Doping Spiro-MeOTAD Using Cu(TFSI)₂

DOI zum Zitieren der Version auf EPub Bayreuth: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00006678
URN zum Zitieren der Version auf EPub Bayreuth: urn:nbn:de:bvb:703-epub-6678-6

Titelangaben

Hochgesang, Adrian ; Biberger, Simon ; Grüne, Jeannine ; Mohanraj, John ; Kahle, Frank-Julian ; Dyakonov, Vladimir ; Köhler, Anna ; Thelakkat, Mukundan:
Intricacies and Mechanism of p-Doping Spiro-MeOTAD Using Cu(TFSI)₂.
In: Advanced Electronic Materials. Bd. 8 (2022) Heft 10 . - No. 2200113.
ISSN 2199-160X
DOI der Verlagsversion: https://doi.org/10.1002/aelm.202200113

Volltext

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Format: PDF
Name: Adv Elect Materials - 2022 - Hochgesang - Intricacies and Mechanism of p‐Doping Spiro‐MeOTAD Using Cu TFSI 2.pdf
Version: Veröffentlichte Version
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Abstract

Abstract Copper salts are a popular choice as p-dopants for organic semiconductors, particularly in N2,N2,N2′,N2′,N7,N7,N7′,N7′-octakis(4-methoxyphenyl)-9,9′-spirobi9H-fluoren-2,2′,7,7′-tetramine (Spiro-MeOTAD) hole transport material for solar cells. While being exceptionally effective, no scientific consensus about their doping mechanism has been established so far. This study describes the thermodynamic equilibria of involved species in copper(II) bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (Cu(TFSI)2) doped, co-evaporated Spiro-MeOTAD. A temperature-independent formation of charge transfer states is found, followed by an endothermic release of free charge carriers. Impedance and electron paramagnetic resonance spectroscopy unravel low activation energies for hole release and hopping transport. As a result, (52.0 ± 6.4)\% of the total Cu(TFSI)2 molecules form free, dissociated holes at 10 mol\% and room temperature. CuI species arising out of doping are stabilized by formation of a CuI(TFSI)2- cuprate, inhibiting elemental copper formation. This CuI species presents a potent hole trap reducing their mobility, which can be averted by simple addition of a bathocuproine complexing agent. A nonlinear temperature-dependent conductivity and mobility that contradicts current charge transport models is observed. This is attributed to a combination of trap- and charge transfer state freeze-out. These insights may be adapted to other metal salts, providing guidelines for designing next-generation ultra-high efficiency dopants.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Keywords: copper; doping; electron transfer; reaction mechanisms; semiconductors
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Physikalisches Institut
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Physikalisches Institut > Lehrstuhl Experimentalphysik II - Optoelektronik weicher Materie
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Physikalisches Institut > Lehrstuhl Experimentalphysik II - Optoelektronik weicher Materie > Lehrstuhl Experimentalphysik II - Optoelektronik weicher Materie - Univ.-Prof. Dr. Anna Köhler
Fakultäten
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik
Sprache: Englisch
Titel an der UBT entstanden: Ja
URN: urn:nbn:de:bvb:703-epub-6678-6
Eingestellt am: 29 Sep 2022 08:45
Letzte Änderung: 13 Okt 2022 07:49
URI: https://epub.uni-bayreuth.de/id/eprint/6678

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