Ladungstransporteigenschaften von thiadiazol-funktionalisierten Kupferindiumselenidnanokristalldünnschichten

Abstract

Die Ladungstransporteigenschaften von halbleitenden Nanokristalldünnschichten sind dominiert durch die strukturelle Unordnung der Kristalle und ihrer Anordnung im Film. Die Präsenz lokalisierter Zustände macht thermisch aktiviertes Hopping als Transportmechanismus wahrscheinlich. Diese Arbeit befasst sich mit interpartikulärem (selektivem Loch-) Transport von benachbarten CuInSe2-Nanokristallen (CIS), die mithilfe von temperaturabhängigen Leitfähigkeitsmessungen und Terahertzspektroskopie analysiert wurden. Es wird eine einfache Methode präsentiert, Filme über Rotations- oder Tropfbeschichtung aus kolloidal synthetisiertem CIS auf variable Oberflächen zu erzeugen und sie post-synthetisch mit halbleitenden organischen Liganden zu funktionalisieren. Hierzu wurden das AMTD (5-Amino-2-mercapto-1,3,4-thiadiazol) und DMTD (2,5-Dimercapto-1,3,4-thiadiazol) als asymmetrischer bzw. symmetrischer bifunktioneller Ligand genutzt. Durch diese Methode können hohe Leitfähigkeiten und Feldeffektmobilitäten im Film und im Vergleich zum nativen, Synthese-bedingten Liganden (Oleylamin) erreicht werden. Dieser Effekt kann durch eine erhöhte Kopplung der Kristalle und ebenfalls erhöhte Anzahl an Perkolationspfaden erklärt werden. Um den Ladungstransportmechanismus zu ergründen, wurden temperaturabhängige Leitfähigkeitsmessungen zwischen 10.0 K und 300 K durchgeführt. In Abhängigkeit des eingesetzten Linkers zeigen die hybriden Materialien entweder Efros-Shklovskii (ES-) oder 3D Mott variable range hopping (M-VRH) über den gesamten Temperaturbereich. Hierzu wird der Einfluss auf effektives Hopping als Transport von zusätzlichen Zuständen in der Nähe des Fermi-Niveaus diskutiert, wodurch die Wichtigkeit der Wahl von einerseits chemisch effektiven als auch elektronisch angepassten Liganden für die Funktionalisierung deutlich wird.

The interparticle transport in semiconducting nanocrystal thin-films with a high disorder and localized states is mostly described as thermal activated hopping with different possible mechanisms - thus, as an particle ensemble phenomenon. This work provides insight of a probable selective interparticle hole transport of adjacent CuInSe2 (CIS) nanocrystals with the help of terahertz (THz) spectroscopy. Additionally, a rather facile thin-film fabrication is presented for introducing a high conductivity and field-effect mobility in highly disordered CIS nanocrystal thin-films. This can be achieved via spin-coating of colloidal nanocrystals and subsequent ligand exchange with semiconducting organic linkers (either 5-amino-2-mercapto-1,3,4-thiadiazole, AMTD or 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole, DMTD) for increased coupling and number of percolation ways. In order to identify the present conduction mechanism the temperature dependent conductivity was measured between 10.0 K and 300 K. Each material combination showed linker-dependent either Efros-Shklovskii (ES-) or 3D Mott variable range hopping (M-VRH) over the whole temperature range. The influence of additional states around the Fermi level of and between the CIS nanocrystals is discussed. Furthermore, the thesis presents the importance of chemically effective interlinkage and proper choice of electronically adapted semiconducting organic linkers.