Research in the field of organic semiconductors has attracted much interest in recent years. Organic semiconductors, i.e. carbon-based materials with semiconducting properties, have intriguing features, which make them interesting for both fundamental research and industrially made products.

Some electronic devices made of organic semiconductors are already commercially available, e.g. displays with organic light-emitting diodes (OLEDs), whereas other devices, e.g. organic solar cells (OSCs), are still at the development stage. What is yet to be shown are OSCs, which satisfy the preconditions for commercialisation, i.e. with lifetimes >5 years, competitive cost (5%. Further intense research in the field of OSCs is required to achieve this goal.

However, the large variety of organic semiconductors available and the many production parameters make a deterministic approach difficult: even when considering the same material combination of donor and acceptor, there are many parameters during production with a potential influence on the OSC performance and always several differ from one OSC to the next. The effects of these variations have to be analysed simultaneously due to the complexity and sensitivity of the OSCs. This makes the application of statistical methods essential for analysing the effect of production parameters, or combinations of them, for evaluating the potential of new materials and for optimising OSCs.

This thesis describes both the creation of a solid platform for the acquisition and management of well-documented OSC preparation and measurement records, the fundamental requirements for sound statistical analysis, and the establishment of principal component analysis (PCA) for mining OSC data. PCA was used to search the data obtained for P3HT:PCBM OSCs for correlations, in order to explain the large observed spread in the measured OSC properties. It was found that variations in the evaporation process of the cathode have a significant influence on the OSC properties and it was confirmed that slow drying of the absorber layer leads to an improved OSC efficiency. Further links between production parameters and OSC properties were suggested and all necessary tools are in place to allow further investigations of the observed correlations and future material screening and OSC concept development. On the basis of the PCA, a statistical model was proposed, which can predict the main OSC properties given the production parameters. Thus, numerical optimisation of the predicted OSC properties should lead to improved production parameters, resulting in more reproducible OSCs with better performance.

Die Forschung auf dem Gebiet der organischen Halbleiter hat in den vergangenen Jahren viel Interesse angezogen. Organische Halbleiter, d.h. auf Kohlenstoff basierende Materialien mit Halbleiter-Eigenschaften, haben besondere Eigenschaften, welche sowohl für die Grundlagenforschung als auch bereits für industriell gefertigte Produkte interessant sind.

Während Geräte (z.B. Mobiltelefone) mit organischen Leuchtdioden (OLEDs) bereits auf dem Markt erhältlich sind, gibt es organische Solarzellen (OSZ) noch nicht zu kaufen. Neben niedrigen Herstellungskosten (5 Jahre) ist die Effizienz >5% eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Kommerzialisierung von OSZ. Jedoch werden diese Voraussetzungen von den bisher untersuchten Materialien und OSZ-Konzepten noch nicht alle gleichzeitig erfüllt. Dafür sind weitere grundlegende Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der OSZ notwendig.

Bei der Suche nach neuen Materialien und der Optimierung von OSZ erweist sich ein deterministischer Ansatz als nur schwer durchführbar: bereits ohne extra Materialvariationen gibt es während der Herstellung eine große Anzahl von freien Parametern mit einem möglichen Einfluss auf die OSZ Eigenschaften und es variieren immer mehrere Parameter gleichzeitig zwischen den hergestellten OSZ. Die Variationen mehrerer Parameter und ihre Auswirkungen müssen gleichzeitig untersucht werden, da das OSZ-System ein komplexes und empfindliches Verhalten zeigt. Es bedarf daher statistischer Methoden, um den Einfluss der Herstellungsparameter, bzw. die Kombinationen von Herstellungsparametern zu untersuchen, das Potential neuer Materialien abzuschätzen und die OSZ zu optimieren.

Gegenstand dieser Doktorarbeit ist sowohl die Entwicklung einer soliden Basis für die Erfassung und Verwaltung von gut dokumentierten OSZ Herstellungs und Charakterisierungs-Datensätzen, welche die Grundvoraussetzung für eine stichhaltige statistische Analyse sind, als auch die Einführung der Hauptkomponentenanalyse (englisch: principal component analysis, PCA) für die statistische Analyse der Daten. Mit Hilfe der PCA wurden die Daten von P3HT:PCBM basierten OSZ nach Korrelationen zwischen Herstellungsparametern und Messergebnissen untersucht um die große beobachtete Streuung in den OSZ-Eigenschaften zu erklären. Dabei stellte sich heraus, dass Variationen im Aufdampfprozess der Kathode einen signifikanten Einfluss auf die OSZ-Eigenschaften haben, und es bestätigte sich, dass ein langsameres Trocknen der Absorberschicht zu einem verbesserten Wirkungsgrad führt. Weitere Zusammenhänge zwischen Herstellungsparametern und OSZ-Eigenschaften wurden vorgeschlagen. Die notwendige Infrastruktur für weitere Untersuchungen dieser Zusammenhänge ist nun vorhanden und erlaubt es, in Zukunft auch neue Materialien und OSZ-Konzepte zu testen. Auf Grundlage der PCA wurde ein statistisches Modell vorgeschlagen, welches ausgehend von den Herstellungsparametern, die Hauptcharakteristika einer OSZ vorhersagen kann. Eine numerische Optimierung dieser vorhergesagten OSZ-Eigenschaften sollte daher zu verbesserten Herstellungsparametern führen und somit zu reproduzierbareren und leistungsfähigeren OSZ.