Development of organic, polymeric and inorganic materials and study of their structural properties with X-Ray techniques for organic photovoltaic applications

see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*

2008 (EN)
Ανάπτυξη οργανικών, πολυμερικών και ανόργανων υλικών και μελέτη των δομικών ιδιοτήτων τους με τεχνικές ακτίνων-Χ για εφαρμογές σε οργανικά φωτοβολταϊκά στοιχεία
Development of organic, polymeric and inorganic materials and study of their structural properties with X-Ray techniques for organic photovoltaic applications

Πιτσαλίδης, Χαράλαμπος

Τα τελευταία χρόνια υπάρχει έντονη ερευνητική Τα τελευταία χρόνια υπάρχει έντονη ερευνητική δραστηριότητα γύρω από πρωτότυπα υλικά τα οποία θα χρησιμοποιηθούν σε καινοτόμες ηλεκτρονικές διατάξεις. H βασική αφορμή αυτής της ερευνητικής έξαρσης είναι η αντικάτάσταση συμβατικών υλικών, όπως το πυρίτιο, το γάλλιο, το γερμάνιο που χρησιμοποιούνται τα τελευταία 50 χρόνια στα ηλεκτρονικά. Ο λόγος είναι η αύξηση των προσδοκιών που επιττάσει η εξέλιξη της τεχνολογίας και ταυτόχρονα η ανάγκη για χρήση οικονομικότερων υλικών. Η αναζήτηση αυτή για οικονομικότερα υλικά βρήκε αντίκρυσμα στο τομέα των οργανικών υλικών και ειδικότερα οργανικών ημιαγωγών. Οι βασικότερες εφαρμογές τους βρίσκονται στην απεικόνιση (οργανικές φωτοδίοδοι), στην ενέργεια (οργανικά φωτοβολταικά) και στα ολοκληρωμένα κυκλώματα (οργανικά τρανζίστορ). Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής εργασίας έγινε σύνθεση και χαρακτηρισμός υλικών τα οποία θέτουν υποψηφιότητα για εφαρμογή σε καινοτόμες ηλεκτρονικές διατάξεις. Για την σύνθεση των υλικών αυτών έγινε χρήση διαφόρων τεχνικών ανάπτυξης όπως Sputtering, Spin Coating, Thermal Evaporation, ενώ για τον χαρακτηρισμο χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές ακτίνων-Χ. Τα υλικά που μελετήθηκαν εφαρμόζονται πειραματικά κυρίως σε δομές οργανικών φωτοβολταικών στοιχείων. Τα υλικά που μελετήθηκαν αρχικά ανήκουν στην κατηγορία των αγώγιμων διάφανων οξειδίων (transparent conductive oxides-TCO) και συγκεκριμένα ήταν το ZnO και το ZnO:Al. Τα δύο αυτά υλικά εναποτέθηκαν σε πολυμερικά υποστρώματα PET με τεχνική Pulsed DC Magnetron Sputtering. Τα υποστρώματα PET χρησιμοποιούνται για εφαρμογή σε εύκαμπτες ηλεκτρονικές διατάξεις. Στις αναπτύξεις του ZnO διατηρήθηκε σταθερή η ισχύς ενώ μεταβάλλοταν ο χρόνος εναπόθεσης. Για το ZnO:Al έγιναν δύο σειρές δειγμάτων: στη μία μεταβάλλοταν η ισχύς στο στόχο του Sputtering ενώ ο χρόνος έμενε σταθερός και στην άλλη διατηρήσαμε σταθερή την ισχύ και μεταβάλλαμε τον χρόνο. Στα δείγματα που προέκυψαν έγινε δομικός χαρακτηρισμός με περίθλαση ακτίνων-Χ (XRD) ώστε να παρατηρηθούν οι μεταβολές στην δομή των υμενίων. Στην κατηγορία των οργανικών υλικών μελετήθηκε το PEDOT:PSS το οποίο εναποτέθηκε σε πυρίτιο με τεχνική Spin Coating. Ειδικότερα μελετήθηκαν δυο διαφορετικές φόρμουλες της εταιρίας Clevios και έγιναν δύο σειρές δειγμάτων. Στην πρώτη σειρά δειγμάτων χρησιμοποιήθηκε το PEDOT:PSS (PVPAI 4083) και μελετήθηκε η επιδραση της αύξησης των στροφών ενώ στην άλλη το PEDOT:PSS (FE) και μελετήθηκε η επίδραση διαφορετικής συγκέντρωσης διαλύτη DMF. Ο χαρακτηρισμός των λπτών υμενίων έγινε με ανακλαστικότητα ακτίνων-Χ (XRR). Στο τελευταίο μέρος των πειραμάτων έγινε ανάπτυξη με θερμική εξάχνωση aquaterthiophene σε πυρίτιο. Είδαμε την επίδραση της θερμοκρασίας εξάχνωσης στην δομή των υμενίων. Τα υμένια χαρακτηρίστηκαν τόσο με περίθλαση όσο και με ανακλαστικότητα ακτίνων-Χ. Επίσης έγινε χρήση της τεχνικής Atomic Force Microscopy (AFM) για την μελέτη της τοπογραφίας και της μορφολογίας της επιφάνειας των υμενίων.
During the last years there has been an intense research activity on novel materials which can be used in innovative electronic devices. The core of this research is the replacement of conventional materials, such as Silicon, Gallium, Germanium, used for the past 50 years in electronics. The reason is the increase of expectation because of the advancement of technology and simultaneously the need for less expensive and environmental friendly materials. In order to come up to these needs the research community looks to organic materials. The main applications can be found in the following areas: imaging (Organic Light Emitting Diodes), Energy (Organic Photovoltaics), Integrated Circuits (Organic Thin Film Transistors). In the framework of this Master Thesis, materials that could be used in innovative electronic devices were developed and characterized. Several methods were used for the synthesis of these materials, whereas X-Ray Techniques were performed for their characterization. At first, we studied transparent conductive oxides and specifically ZnO and ZnO:Al (dopped Aluminum). These materials were deposited on PET substrate by Pulsed DC Magnetron Sputtering. For ZnO deposition the power of the target was kept constant and there were experiments conducted with different time depositions. For ZnO:Al we performed two experimental series. At the first series we kept the time of deposition constant whereas we modified the power. At the second series we modified the times of deposition, keeping the power constant. The developed samples were measured with X-Ray diffraction in order to note the structure modifications of the thin films. In the area of organic materials PEDOT:PSS was deposited in Silicon with Spin Coating. We used two different chemical formulas PEDOT:PSS of Clevios Company and we developed two series of samples. The first series contained depositions of PEDOT:PSS (PVPAI 4083) and the second of PEDOT:PSS (FE). At the first series the influence of the rounds of Spin Coating were studied, while at the second series we examined the influence of DMF solvent addition. The thin films were characterized with X-Ray Reflectivity. During the last experimental part we performed thermal evaporation in order to deposit aquaterthiophene on Silicon. We studied the influence of the evaporation temperature on the structure and the morphology of thin films developed. The characterization of the structure was done using X-Ray Diffraction, whereas the morphological characteristics were determined by X-Ray Reflectivity and Atomic Force Microscopy (AFM) measurements.

Postgraduate Thesis / Μεταπτυχιακή Εργασία

Transparent conductive oxides
Structural Characterization
Κρυσταλλικά οργανικά μόρια
Conjugated Polymers
Συζυγή πολυμερή

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (EL)
Aristotle University of Thessaloniki (EN)


Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών, Νανοεπιστήμες και Νανοτεχνολογίες

This record is part of 'IKEE', the Institutional Repository of Aristotle University of Thessaloniki's Library and Information Centre found at Unless otherwise stated above, the record metadata were created by and belong to Aristotle University of Thessaloniki Library, Greece and are made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license ( Unless otherwise stated in the record, the content and copyright of files and fulltext documents belong to their respective authors. Out-of-copyright content that was digitized, converted, processed, modified, etc by AUTh Library, is made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license ( You are kindly requested to make a reference to AUTh Library and the URL of the record containing the resource whenever you make use of this material.

*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)