Tématem této práce je počítačové modelování organického elektrochemického tranzistoru (OECT). Pro vytvoření modelu bylo třeba vypočítat rozložení elektrického pole a koncentrace iontů elektrolytu. Výpočet byl proveden numericky pomocí metody konečných prvků. Bylo vypočítáno rozložení elektrického potenciálu na povrchu kanálu OECT, dále byly vypočítány změny vodivosti a výstupní proud OECT. Výpočty byly provedeny na osobním počítači pomocí komerčního softwaru COMSOL Multiphysics. Kvůli nedostatečnému výpočetnímu výkonu musel být model rozdělen na části a drasticky zjednodušen. Prezentované výsledky se liší od literatury, protože se nepodařilo správně modelovat saturaci tranzistoru. Odchylky od reálného chování OECT jsou pravděpodobně způsobeny zjednodušením modelu.

Organická elektronika a bioelektronika zažívá v moderním věku obrovskou snahu o vývoj nových organických materiálů s vlastnostmi, které běžná elektronika na bázi křemíku obvykle nedosahuje. Tato práce se zabývá syntézou a charakterizací nových organických materiálů pro organickou elektroniku. Zaobírá se přípravou nových pentafluorsulfanylových heterocyklických stavebních bloků, alkylovaných vysokoúčinných organických pigmentů a bioinspirovaných organických -konjugovaných materiálů s modifikovatelnými fyzikálně-chemickými vlastnostmi a racionálními syntetickými přístupy k jejich přípravě. Pentafluorsulfanylová skupina (SF5) je ceněna pro svou vysokou elektronegativitu, lipofilitu, tepelnou a chemickou stabilitu. Pozitivně ovlivňuje optické a elektronické vlastnosti, rozpustnost a stabilitu v často lepší míře než u zavedených CF3-analogů. Šesti a čtyřkrokovou syntézou byly připraveny dva typy derivátů 3-SF5-substituovaných pyrrolidinů, které mohou sloužit jako všestranné stavební jednotky pro začlenění do pokročilých aromatických a heteroaromatických -konjugovaných systémů prostřednictvím atomů dusíku jako fluorované terminální skupiny. Modelový derivát byl zaveden jako terminální skupina do elektronově chudého heteroaromatického systému nukleofilní substitucí. Vodíkovými můstky vázané vysokovýkonné organické pigmenty přitahují velkou pozornost díky svým působivým polovodivým vlastnostem, silné 2D molekulární asociaci, vysoké tepelné, chemické a fotochemické stabilitě a nízké toxicitě. Přesto jsou pouze omezeně rozpustné a zpracovatelné, což lze vyřešit zavedením solubilizačních skupin. Je známo, že obzvláště objemné rigidní skupiny nesoucí adamantyl zlepšují uspořádání molekulární struktury, tepelnou stabilitu a výsledné vlastnosti díky samoorganizační schopnosti adamantanu. Adamantylmethylová a adamantylethylová skupina byla zavedena do vybraných barviv a pigmentů ze skupiny karbonylových azaacenů, rylen-diimidů a indigoidů pomocí nukleofilní substituce se zaměřením na zvýšení rozpustnosti a zpracovatelnosti při zachování tepelné stability a efektivní molekulární organizaci v pevné fázi. Fyzikálně-chemické studie série derivátů quinacridonu a epindolidionu ukázaly srovnatelnou, nebo vyšší tepelnou stabilitu než u nesubstituovaných derivátů, dobrou rozpustnost v organických rozpouštědlech, silnou fluorescenci v pevné fázi a roztoku v oblasti VIS a unikátní krystalovou strukturu pozorovanou z RTG analýzy. Flaviny jsou všudypřítomné bioinspirované organické materiály s nepostradatelnými biologickými funkcemi, výhodnými fyzikálně-chemickými vlastnostmi, chemickou a aplikační všestranností. Cílem práce byla modifikace optických, elektronických, elektrochemických, tepelných a dalších vlastností rozšířením -konjugovaného systému syntetizovaných materiálů. V první fázi byly navrženy dva syntetické přístupy pro přípravu série NH-nesubstituovaných flavinů, u kterých byly provedeny komplexní fyzikálně-chemické studie. Poté byly navrženy dva přístupy k syntéze N,N'-dialkylovaných flavinů s inkorporovaným butylovým, adamantylethylovým a triethylenglykolovým substituentem. Alkylací byla zvýšena rozpustnost v organických rozpouštědlech a vodném prostředí, zesílena fluorescence v pevné fázi a v roztocích a modifikovány tepelné vlastnosti v závislosti na zavedeném alkylovém substituentu.

[pt] Nesta dissertação foram estudadas as propriedades ópticas, eletroquímicas, elétricas e morfológicas de novos compostos fluorescentes para o desenvolvimento de OLEDs. Para isto, foram estudadas algumas sondas moleculares fluorescentes utilizadas na área biomédica como agentes antitumorais e marcadores ópticos fluorescentes: a) N,N - diisonicotinoil-2-hidroxi-5 metilisoftaldeído diidrazona (DMD); b) 2-(5 -isotiocianato-2 -hidroxifenil)benzoxazol, (5ONCS); c) 1,1 -dipireno (DIPI) e d) 7,7 -terc-butil-1,1- dipireno (TDIPI). Todos estes compostos foram sintetizados por Grupos de pesquisa brasileiros e depositados termicamente em forma de filmes finos no nosso Laboratório. No decorrer do estudo de fabricação dos OLEDs, os dispositivos bicamada baseados no DMD e no 5ONCS se mostraram pouco eficientes devido principalmente à baixa condutividade do DMD e à elevada rugosidade da camada de 5ONCS. A solução destes problemas foi encontrada na técnica de codeposição, que consiste na evaporação simultânea de uma matriz orgânica e de um dopante (DMD ou 5ONCS) numa única camada. Desta forma, foi possível alcançar um aumento da mobilidade das cargas nas camadas co-depositadas alem de favorecer a transferência de energia da matriz para o dopante. Os OLEDs fabricados nestas condições permitiram observar, pela primeira vez, a eletroluminescência dos compostos DMD e 5ONCS. Já os OLEDs baseados nas moléculas DIPI e TDIPI apresentaram eletroluminescência sem a necessidade da co-deposição. Em particular, no caso do OLED baseado no TDIPI foi possível alcançar uma luminância de 1430 cd/m2 com uma eficiência de 2,65 porcento a 1mA. Os resultados deste trabalho evidenciam a potencialidade do uso destes materiais para a fabricação de OLEDs para aplicações na área de iluminação. / [en] In this study the optical, electrochemical, electrical and morphological properties of new fluorescent compounds were studied in order to develop OLEDs based upon these materials. For this purpose some fluorescent molecular probes used in the biomedical field as antitumor agents and fluorescent optical probes were studied: a) N,N diisonicotinoyl-2-hydroxy-5-methylisophthalaldehyde dihydrazone (DMD ), b) 2 - (5 -isothiocyanato -2-hydroxyphenyl) benzoxazole ( 5ONCS ), c) 1,1 - dipyrene (DIPI) and d) 7,7 -tertbutyl- 1,1-dipyrene (TDIPI ). All these compounds were synthesized by Brazilian research groups and then thermally deposited as thin films in our Laboratory. During the study for the fabrication of OLEDs, bilayer devices based on DMD and 5ONCS proved to have low efficiency mainly due to the low conductivity of the DMD and the high roughness of the 5ONCS layer. The solution of these problems was found in the codeposition technique, which consists in the simultaneous evaporation of an organic matrix (host) and a dopant (guest) (5ONCS or DMD) in a single layer. Thus, it was possible to achieve an increase in the charge mobility in the co-deposited layers as well as energy transfer from the guest to the host. The OLEDs fabricated in these conditions allowed the observation, for the first time, of the electroluminescence of DMD and 5ONCS. On the other hand, the DIPI and TDIPI based OLEDs presented good electroluminescence without the need for co-deposition. In particular, in the case of the TDIPI it was possible to achieve a luminance of 1430 cd/m2 with an efficiency of 2.65 percent at 1 mA. The results of this work showed the potential of these materials for the fabrication of OLEDs for lighting applications.

The aim of this diploma thesis is to conduct optical and photovoltaic characterization of derivatives of diketopyrrolopyrrole (DPP) as materials suitable for fabrication of bulk heterojunction organic solar cells. The charge transfer from donor material (DPP) to acceptor material (PCBM) is studied by a quenching of fluorescence. The photovoltaic response is studied by current – voltage characteristic which can tell us crucial parameters such as shor circuit current density Jsc, open circuit voltage Voc, fill factor FF and power conversion efficiency PCE. Optical characterization was carried out for symmetrical DPP derivatives (U69 and U97) which both contained diphenylaminstilbene moiety and differed in N-alkyl group. On the other hand photovoltaic characterization was conducted for analogous but asymmetrical materials (U70 and U99). Material U29 was characterized as well but its properties proved to be very poor. Both these characterizations tell us that materials with shorter solubilization groups (U69 and U99) are more suitable candidates. Achieved PCE for U70 was 0,74 % and for U99 up to 1,39 %. From these values one can say that small molecule organic materials can be used for fabrication of solar cells.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Wechselwirkung von Indium (In) und Magnesium (Mg) als Topelektroden auf zwei Perylen-Derivativen, 3,4,9,10-Perylentetracarbonsäure Dianhydrid (PTCDA) und Dimethyl-3,4,9,10- Perylentetracarbonsäure Diimid (DiMe-PTCDI) untersucht. Die Metal/organische Schichten wurden auf S-passivierten GaAs(100):2x1-Substraten hergestellt und unter Ultrahochvakuum (UHV)-Bedingungens aufgedampft. Als Hauptcharakterisierungsmethode wird die Raman-Spektroskopie eingesetzt, die eine nicht-destruktive Methode ist,und auch in situ Untersuchungen des Wachstumsprozesses ermöglicht. Die experimentell Ergebnisse haben gezeigt, dass alle aufgedampft Metallen auf die organische Schichten von PTCDA und DiMe-PTCDI eine Verstärkung des aktive Raman Signals von interne Schwingungsmoden fördern, begleitet durch die Aktivierung von normalerweise Infrarotaktivemoden. Diesem Phänomen als Oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (SERS) genannt ist. Das Mg Wachstum auf beiden Molekularstrukturen wurde durch die viel niedrigere Diffusion des Metalls in die organischen Molekülen im Vergleich zum Indium, es war durch die Bewahrung des von externe molekulare Schwingungsmoden nach das Metallswachstum, und in ersten Mal in einem Ramanexperiment beobachtet. Die PTCDA/Mg Strukturen formen sich durch zwei Stufen des Metallwachstum, die erste gehört zu einer neuen molekularen Struktur für eine Mg Schicht dünner als 2.8 nm, wo das PTCDA Molekühl des Sauerstoff-Atoms von die dianhydride Gruppe verliert. Die zweite gehört zu das SERS Spektrum von die vorherige Struktur. Im Fall von Mg/DiMe-PTCDI Heterostrukturen, den Molekühl wird gut bewahrt, wo die Raman Verschiebung an der diimide Gruppe wird nicht modifiziert. Auch von dieser Struktur eine interessante Eigenschaft wurde durch die Kopplung zwischen diskret Moleküleigenschwingungen am 221 cm^-1, 1291 cm^-1 und 1606 cm^-1 des organischen Materials und den elektronischen Kontinuum-Zuständen des Mg-Metallkontakts. Ihre entsprechenden Energieliniengestalten werden gut durch die Breit-Wigner-Fano-Funktion beschrieben. Die Untersuchungen auf dem vorherigen Heterostrukturen half, die Kanalbildung von Pentacen-basierten organische Feldeffekt-Transistoren (OFETs) experimentell zu analysieren, und in ersten Mal in einem Ramanexperiment durchgeführt. Der organische Kanal war gebildet durch die organische Molekularstrahldeposition (OMBD) unter UHV-Bedingungens der Pentacen Moleküle, und es war mit eine Evaporationsrate von ca. 0.65 Å/min aufgedampft. Nach jede Aufdampfung von ca. 0.1 nm des organische Moleküle, den Strom und den Ramansignal in den Kanal wurden in situ gemessen. Die minimale nominelle Dicke des organischen Materials erforderlich für den effizienten Ladungstransport durch den OFET Kanal wurde um ungefähr 1.5 nm nomineller Einschluss oder 1.1 Monolagen (ML) zu sein. Eigenschaften der ersten Monolagen werden gut im Vergleich mit dickeren Schichten definiert, wo die 1.1 ML eine gestrecktes Natur wegen seines direkten Kontakts mit dem Gate-Isolator präsentieren. Es wurde gefunden, dass der leitende organische Kanal bzw. -organische erhöhende Schicht (OBL)- eine Druckdeformierung hat. Dieses Phänomen durch die rote Verschiebung der Ramanbanden beobachtet war. Das Ausgangskennlinienfeld des OFETs wurden nach die letzte aufgedampft organische Schicht gemessen. Es wurde gefunden, dass der Drain-Strom einem Relaxationsprozesse mit zwei Zeitkonstanten hat, wo eine in der Ordnung von 10¹ min ist und die zweite unter 10² min. Ein ähnliches Experiment mit der Beleuchtung des Kanals mit einer 676.4 nm Laserquelle, es erhöht der Drain- Strom und lässt ummodifiziert die Zeitkonstanten. In der Ergänzung, die OFET-Strukturen waren ex situ durch Landungstransientspektroskopie (QTS) unstersucht. Die QTS Spektren zeigten positive und negative Banden zum Gesamtsignal der relaxierte Ladung in Bezug auf die einzigartige Biaspulsepolarität. Wir haben dieses Phänomen als ,,anomales Verhalten des QTS-Signals“ genannt, und in ersten Mal in einem QTS-Experiment beobachtet. Bei Wiederholung der QTS-Messung innerhalb ca. 100 min, die QTS-Spektre eine langsame Relaxationsprozesse von Störstellen am 5 μs in bereich ca. 63 min < 10^2 min hat. Die Einfangsquerschnitten sind Zeitabhängig, es bedeutet, dass die Störstellendichte nicht Konstant im Lauf der Betriebs des OFET bleibt. Dafür des Drain-Strom verändert sich und die Beweglichkeit unabhängige des elektrisches Feld ist. Experimentell Untersuchungen auf dem OFETs mit der Kombination der Ramanspektroskopie und elektrischen Felder zeigten eine Erhöhung des Ramanseinfangsquerschnitt in endliche Bereich als die chemische SERS-Verstärkung von In bzw. Mg auf die Perylen-Derivativen PTCDA und DiMe-PTCDI. Nach den Ausschaltung des elektrisches Felds den Ramansignal des Pentacen-basierten OFET eine Relaxationsprozesse mit Zeitkonstant von ca. 94 min hat. Deshalb ist die Summe von Störstellensdichte wegen dieser am organische/anorganische Grenze plus dieser dass die elektrisches Felds am die organische Halbleiter induziert.

Elektronische Bauteile aus organischen Halbleitern stellen höchste Anforderungen an die Qualität der Verkapselung, die sie vor eindringenden Wasser- und Luftmolekülen schützt. Gleichzeitig soll diese preiswert und mechanisch flexibel sein. Diese Arbeit realisiert Aluminium-Mehrschichtsysteme als wirkungsvolle, biegsame und einfache Verkapselung. Es werden verschiedene Herstellungsmethoden und Zwischenschichtmaterialien untersucht, wobei die Barrierelamination als überlegenes Verfahren etabliert wird. Verkapselungssysteme werden mittels optischer Untersuchung und mit dem elektrischen Calciumtest auf ihre Güte geprüft, bevor sie in Solarzellenalterungsexperimenten unter realitätsnahen Bedingungen zur Anwendung kommen. Laminationsbarrieren aus Aluminiumdünnschichten zeigen reproduzierbar Wasserdampfdurchtrittsraten im unteren 10^(-4) g(H2O)/m^2/Tag-Bereich unter beschleunigten Permeationsbedingungen. Sie verlängern die T(50)-Lebensdauer von Solarzellen um einen Faktor 50 gegenüber unverkapselten Zellen auf Werte, die mit starrer Glas- oder zeitaufwendiger ALD-Verkapselung vergleichbar sind.:1. Einleitung 2. Grundlagen 2.1. Organische Halbleiter 2.2. Organische Photovoltaik 2.2.1. Aufbau und Funktion 2.2.2. Charakterisierung 2.3. Degradationsmechanismen in organischer Photovoltaik 2.3.1. Intrinsische Degradation 2.3.2. Extrinsische Degradation 2.4. Permeationsbarrieren 2.4.1. Wasserdampftransmissionsrate 2.4.2. Permeationsmechanismen 2.5. Vakuumabscheidung 2.5.1. Thermische Vakuumabscheidung 2.5.2. Dünnschichtwachstum 2.6. Calciumtest 2.6.1. Allgemeiner Aufbau 2.6.2. Mögliche Fehlerquellen beim Calciumtest 2.6.3. Optischer Calciumtest 2.6.4. Elektrischer Calciumtest 3. Experimentelle Methoden und Geräte 3.1. Substrate 3.2. Vakuumverdampfung 3.2.1. Evaporation System Königbau 3.2.2. Lesker-Verdampfungsanlage 3.3. Lamination 3.3.1. Epoxidharz Araldite 2011 3.3.2. Barrierekleber Tesa SE 3.3.3. Barrierekleber BK4a Fraunhofer 3.4. Elektrischer Calciumtest 3.4.1. Probenaufbau 3.4.2. Messapparatur 3.5. Solarzellencharakterisierung 3.5.1. Externe Quanteneffizienz 3.5.2. Strom-Spannungskennlinien 3.6. Klimaschrank 4. Ergebnisse und Diskussion 4.1. Defektradius von Aluminiumbarrieren 4.2. Keimschichten 4.3. Multilagenbarrieren 4.3.1. Vakuumprozessierte Zwischenschichten 4.3.2. Laminationsbarrieren 4.4. Integration von Calcium als Wasserfangstoff 4.5. Solarzellenalterung 4.5.1. Vergleich der Glasverkapselten Proben 4.5.2. Vergleich der Verkapselungstechniken 4.5.3. Vergleich der unverkapselten Proben: MoO3-, Cu-, Cr-Schichten 4.5.4. Degradation der Epoxidharzproben 4.5.5. Wirkungsgrad und Degradation der ALD-Proben 4.6. Vollflexible Solarzellen mit Laminationsbarriere 5. Zusammenfassung und Ausblick A. Anhang A.1. Abkürzungsverzeichnis A.2. Häufige Formelzeichen / Organic electronic devices require excellent encapsulation to protect them from intruding water- and air-molecules. At the same time, the encapsulation has to be inexpensive and flexible. This work presents aluminum multilayer barriers as highly effective, flexible and low-cost encapsulation. Various production methods and interlayer materials are investigated and barrier-lamination is established as superior process. Encapsulation systems are evaluated optically and by means of the electrical calcium-test, before they are employed in realistic solar cell aging experiments. Lamination-barriers of thin aluminum films show reproducible water-vapor transmission rates in the low 10^(-4) g(H2O)/m^2/day-range under accelerated permeation conditions. They improve the T(50)-lifetime of solar cells by a factor of 50 compared to unencapsulated cells, reaching values on par with rigid glass encapsulation or time-consuming atomic layer deposition.:1. Einleitung 2. Grundlagen 2.1. Organische Halbleiter 2.2. Organische Photovoltaik 2.2.1. Aufbau und Funktion 2.2.2. Charakterisierung 2.3. Degradationsmechanismen in organischer Photovoltaik 2.3.1. Intrinsische Degradation 2.3.2. Extrinsische Degradation 2.4. Permeationsbarrieren 2.4.1. Wasserdampftransmissionsrate 2.4.2. Permeationsmechanismen 2.5. Vakuumabscheidung 2.5.1. Thermische Vakuumabscheidung 2.5.2. Dünnschichtwachstum 2.6. Calciumtest 2.6.1. Allgemeiner Aufbau 2.6.2. Mögliche Fehlerquellen beim Calciumtest 2.6.3. Optischer Calciumtest 2.6.4. Elektrischer Calciumtest 3. Experimentelle Methoden und Geräte 3.1. Substrate 3.2. Vakuumverdampfung 3.2.1. Evaporation System Königbau 3.2.2. Lesker-Verdampfungsanlage 3.3. Lamination 3.3.1. Epoxidharz Araldite 2011 3.3.2. Barrierekleber Tesa SE 3.3.3. Barrierekleber BK4a Fraunhofer 3.4. Elektrischer Calciumtest 3.4.1. Probenaufbau 3.4.2. Messapparatur 3.5. Solarzellencharakterisierung 3.5.1. Externe Quanteneffizienz 3.5.2. Strom-Spannungskennlinien 3.6. Klimaschrank 4. Ergebnisse und Diskussion 4.1. Defektradius von Aluminiumbarrieren 4.2. Keimschichten 4.3. Multilagenbarrieren 4.3.1. Vakuumprozessierte Zwischenschichten 4.3.2. Laminationsbarrieren 4.4. Integration von Calcium als Wasserfangstoff 4.5. Solarzellenalterung 4.5.1. Vergleich der Glasverkapselten Proben 4.5.2. Vergleich der Verkapselungstechniken 4.5.3. Vergleich der unverkapselten Proben: MoO3-, Cu-, Cr-Schichten 4.5.4. Degradation der Epoxidharzproben 4.5.5. Wirkungsgrad und Degradation der ALD-Proben 4.6. Vollflexible Solarzellen mit Laminationsbarriere 5. Zusammenfassung und Ausblick A. Anhang A.1. Abkürzungsverzeichnis A.2. Häufige Formelzeichen

Over the last decades organic light-emitting diodes (OLEDs) and organic solar cells (OSCs) have gained considerable attention as efficient, flexible, lightweight, and potentially low-cost technology for lighting and display applications or as a renewable energy source, respectively. However, achieving long-term stability remains challenging. Revealing and understanding aging processes is therefore of great interest. This work presents fundamental investigations to understand and circumvent organic device degradation. In the first part, single materials used in organic devices were investigated. By tailoring an attenuated total reflection infrared (ATR-IR) spectrometer to the specific needs and subsequent measurements, it is shown that the tris(8-hydroxyquinoline)aluminum (Alq3) molecule, a well known fluorescent green emitter, degrades during air exposure by the formation of carbonyl groups. By using a laser desorption/ionization time of flight mass spectrometer (LDI-TOF-MS) it was shown that a,w-bis-(dicyanovinylen)-sexithiophen (DCV6T-Bu4), a well known small-molecule material which is used as part of the active layer, reacts with oxygen during ultraviolet (UV) irradiation. By using climate boxes and a sun simulator the impact of dry and humid air as well as sunlight on C60, a widely-used acceptor molecule in organic solar cells, was investigated. The breaking of the C60 cage to C58 and C56 and the further reaction of these components with oxygen as well as the dimerization of C58 and C56 molecules were found. The degradation products such as C58O increase with air exposure time but they are independent of the humidity level of the ambient air as well as sunlight irradiation. Subsequent annealing leads to a decrease of the C58O concentration. Many efficient n-dopants are prone to degradation in air, due to the low ionization potentials, thereby limiting the processing conditions. It was found that the air exposure of the highly efficient n-dopant tetrakis(1,3,4,6,7,8-hexahydro-2H-pyrimido[1,2-a]pyrimidinato)ditungsten(II) (W2(hpp)4) leads to oxidation reactions of the molecule to [W(hpp)2 + O] and other degradation products. The decay constant of W2(hpp)4 and the matching mean growth time of the [W(hpp)2 + O] degradation as well as a second very quick degradation of the dopant could be determined. The two decay constants can be explained by the assumption that W2(hpp)4 molecules, which are involved in the charge transfer, do degrade slower due to the fact that the charge transfer leads to a downshift of the energy levels of the W2(hpp)4 molecule. Apart from the properties of the organic materials, other effects such as the impact of different purification systems on the material purity as well as the dependence of material purity on the OLED lifetime has been investigated. No correlations between the purification grade and the amount of impurities were found. OLEDs which contain N,N\'-di(naphthalen-1-yl)-N,N\'-diphenyl-benzidine (alpha-NPD) purified in a vertically interlaced stainless steel sublimation systems shows slightly higher external quantum efficiencies compared to tube-based vacuum sublimation systems. The devices which contain alpha-NPD purified by a sublimation system have an extended lifetime. Finally, the impact of residual gases during device fabrication on OLED lifetime and electrical characteristics was investigated. It was found that water vapor introduces an additional series resistance to the OLED, while the other gases do not influence the electric characteristics. The presence of nitrogen or oxygen impacts the lifetime of the OLEDs by the same amount. Nitrogen is non-reactive, this leads to the conclusion that the influence of nitrogen and oxygen on the OLED lifetime is of non-chemical nature, such as changes in the morphology of the organic layers. Water vapor introduces an additional, even faster degradation process within the first hours of OLED operation. As major sources of device degradation, the dimerization of 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BPhen) as well as the complexation reaction of alpha-NPD with a bis(1-phenylisoquinoline)iridium(III) (Ir(piq)2) fragment was identified.

Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Entwicklung von Technologien und Prozessen, welche die Marktakzeptanz organischer Leuchtdioden (OLED) durch Steigerung der Effizienz und Leuchtdichtehomogenität erhöhen. Dazu werden die Fertigungskosten durch neuartige Herstellungsverfahren reduziert und die Realisierung von effizienten, großflächigen (> 300×300 mm2) und homogen leuchtenden OLED-Modulen in beliebiger Modulform ermöglicht. Um dies zu erreichen, wurden folgende drei Ansätze verfolgt: 1. Die Optimierung der Strukturierung dünner Schichten bei Substraten für die organische Elektronik unter Verwendung der Technologien Siebdruck und Laserablation. Es werden neuartige Druckpasten auf ihre Eigenschaften hin untersucht und deren Eignung für die Substratstrukturierung bei OLEDs mittels Testmodulen elektro-optisch charakterisiert. Weiterhin steht die Verringerung der parasitären Leckströme durch einen optimierten Laserablationsprozess zur Grundelektrodenstrukturierung und einer Variation der Dicke der Löchertransportschicht im Fokus. 2. Die Realisierung einer schattenmasken- und photolithografiefreien seriellen elektrischen Verschaltung von mehreren kleinen OLED-Segmenten zu einem großen Gesamtmodul. Dazu werden ein Verfahren für die Erzeugung einer elektrischen Verbindung zwischen Top- und Grundelektrode sowie zwei hochinnovative Verfahren zur Separation einer vollflächig abgeschiedenen Topelektrode entwickelt und auf ihre Eignung hin validiert. 3. Die Verbesserung der Lichtauskopplung aus OLED-Modulen mittels einer modulinternen Streuschicht. Es werden fünf unterschiedliche Streupartikelarten und zwei Matrixmaterialien untersucht und deren Auswirkungen auf die Lichtauskopplung anhand von OLED-Testmodulen charakterisiert. Die entwickelten Verfahren und Prozessen basieren auf den Technologien Siebdruck und Laserablation, sind explizit für die Fertigung flexibler Module auf Basis von Trägermaterialien wie Dünnglas oder Polymerfolien sowie einem Rolle-zu-Rolle-Herstellungsverfahren geeignet und können direkt in eine großserientechnische Herstellung von OLED-Modulen überführt werden. / The focus of this work is upon the development of technologies and processes to increase the efficiency and brightness homogeneity of organic light-emitting diodes (OLEDs) in order to improve their market acceptance. Additionally, manufacturing costs will be reduced by adopting the new processes and it will be shown that the production of efficient, large-area (up to 300 × 300 mm2) and uniformly bright OLED modules of an arbitrary shape is possible. To achieve this, three approaches were followed: 1. The optimization of the structuring of thin layers on substrates for organic electronics using screen printing and laser ablation. To achieve this, the properties of novel printing pastes were determined, and their suitability for structuring substrates was assessed using results from the electro-optical characterization of test modules. Furthermore, the parasitic leakage current was minimized by optimizing the laser ablation process used for the structuring of the bottom electrode, together with the thickness of the hole transport layer. 2. The electrical connection in series of several small OLED segments to make a larger module without the need for shadow masks or photolithographic processes was studied. This included the development of a technique to connect the top and bottom electrodes, as well as two highly innovative methods to produce a completely separated top electrode using structuring by laser ablation. The suitability of these methods for OLED production was confirmed. 3. A scattering layer within the modules was developed to improve the light outcoupling. Five types of scattering particle in two different matrix materials were examined, and the effects of the resulting scattering layer on the outcoupling from an OLED test module were characterized. The newly developed processes make use of screen printing and laser ablation and are thus well suited to the production of flexible OLED modules using support materials such as thin glass or polymer foils with roll-to-roll processing. Accordingly, such technologies could readily be transferred to the large volume production of OLED modules.

[pt] Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de Diodos Orgânicos Emissores de Luz, OLED, para aplicações em terapia fotodinâmica. A terapia fotodinâmica é uma forma de tratamento que utiliza, basicamente, um fotossensibilizador e luz. Quando irradiado o fotossensibilizador produz espécies reativas de oxigênio que podem destruir organismos como fungos, vírus, bactérias e células tumorais. Esse trabalho se dedica a fabricação, caracterização e teste de OLEDs como fontes de luz para terapia fotodinâmica, PDT, representando uma alternativa as formas convencionais de tratamento médico. Como forma de testar o desempenho dos dispositivos foram realizados ensaios de PDT. Esses ensaios consistem em utilizar uma sonda sensível à presença do oxigênio singleto (1O2). A sonda utilizada foi o DPBF que, na presença do 1O2, rompe um dos seus anéis aromáticos. Esse efeito pode ser acompanhado pelo decaimento da intensidade do pico de absorção da sonda. Sabendo o intervalo de tempo entre cada medida é possível inferir o decaimento da sonda a fim de comparar o desempenho dos dispositivos. Para validar o teste, foi realizado um estudo de referência utilizando um LED comercial com pico de emissão em 658nm. Essa etapa foi fundamental para compreensão das condições que as fontes de luz devem ter para que os ensaios fossem realizados em tempos similares aos tratamentos envolvendo terapia fotodinâmica. Após isso, o trabalho consistiu na fabricação de OLEDs de três tipos de camadas emissoras: fluorescente, fosforescente e TADF. As escolhidas para esse trabalho foram: Alq3: DCM2, Bebq2:Ir(pic)3, BCPO: Ir(fliq)2acac e mCP: TXO − TPA , cuja banda de emissão se sobrepõe a banda de absorção do fotossensibilizador utilizado, o azul de metileno. Na primeira etapa foram fabricados OLEDs de área pequena, 3mm2 . Após as escolhas das estruturas, fabricação e as medidas de caracterização elétrica, foram realizados os ensaios de PDT. Para os ensaios iniciais, foram utilizadas duas fontes de alimentação dos OLEDs, modo AC e DC a fim de avaliar o desempenho dos dispositivos em diferentes configurações. Tendo como destaque os OLEDs de camada emissora Alq3: DCM2 e Bebq2:Ir(pic)3 (em modo DC) e BCPO: Ir(fliq)2acac (em modo AC), pois conseguiram estimular o fotossensibilizador azul de metileno a produzir oxigênio singleto suficiente para decair o pico de absorção da sonda DPBF no intervalo de tempo do ensaio de PDT (30 minutos). Na etapa seguinte, foram selecionados os OLEDs de camada emissora Alq3: DCM2 e Bebq2:Ir(pic)3 com o objetivo de testar o desempenho dos dispositivos de área ativa 27mm2 , sendo chamados nessa tese de área grande. Apresentando destaque os dispositivos Bebq2:Ir(pic)3. Também foram realizadas comparações entre os OLEDs de área grande e pequena, tanto em perda de potência (por cento) no tempo quando nos ensaios de PDT. Como o melhor desempenho foi obtido com o área grande, essa estrutura foi utilizada na fabricação dos OLEDs Bebq2:Ir(pic)3 sobre substratos conformáveis comerciais de celulose bacteriana (BC), amida de bloco de poliéter (PEBAX) e poliuretano (PU), funcionalizados no LOEM, e polietileno tereftalato (PET). Essa pesquisa é inovadora no Brasil e de grande interdisciplinaridade pois envolve o estudo na arquitetura, fabricação, caracterização dos OLEDs à ensaios em Terapia fotodinâmica. Além de englobar a possibilidade de incluir a síntese de novos materiais e testes in vitro e in vivo. Esse trabalho é também o início de uma nova linha de pesquisa com aplicação biológica no grupo LOEM. / [en] This work aimed to develop Organic Light Emitting Diodes, OLED, for applications in photodynamic therapy. Photodynamic therapy is a treatment that basically uses a photosensitizer and light. When irradiated, the photosensitizer produces reactive oxygen species that destroy cells such as fungi, viruses, bacteria and tumor cells. This work is dedicated to the fabrication, characterization and tests of OLEDs as light sources for photodynamic therapy, PDT, representing an alternative to classical forms of medical treatment. As a way of testing the performance of the devices, PDT tests were carried out. These tests consist of using a probe sensitive to the presence of singlet oxygen (1O2). The probe used was DPBF which, in the presence of 1O2, breaks one of its aromatic rings. This effect can be followed by the decay of the intensity of the probe s absorption peak. The time interval between each measurement is set on the measurement, it is possible to infer the probe decay in order to compare the performance of the devices. To validate the test, a reference study was carried out using a commercial LED with an emission peak at 658nm. This step was fundamental for understanding the conditions that the light sources should have so that the tests could be carried out in times similar to the treatments involving photodynamic therapy. After that, the work consisted of manufacturing OLEDs with three types of emitting layers: fluorescent, phosphorescent and TADF. The emission layers chosen were: Alq3: DCM2, Bebq2:Ir(pic)3, BCPO: Ir(fliq)2acac and mCP:TXO-TPA , whose emission band is similar to the absorption band of the photosensitizer used, blue of methylene. In the first part were manufactures OLEDs with a small area, 3mm2 . After choosing the structures, fabrication and electrical characterization measures, the PDT tests were carried out. For the initial tests, two OLED power supplies were used, AC and DC mode, in order to evaluate the performance of the devices in different configurations. Highlighting the emitting layer OLEDs Alq3: DCM2 and Bebq2:Ir(pic)3 (in DC mode) and BCPO: Ir(fliq)2 acac (in AC mode), as they managed to stimulate the photosensitizer methylene blue to produce enough singlet oxygen to decay the peak absorption of the DPBF probe in the time interval of the PDT assay (30 minutes). On next step, the OLEDs selected were one with the emitting layer Alq3: DCM2 and Bebq2: Ir(pic)3 with the objective of testing the performance of the devices with an active area of 27mm2 , called large area. Introducing featured devices Bebq2:Ir(pic)3. Comparisons between large and small area OLEDs were also made in power loss (percent) over time and in PDT tests. As the best performance was obtained with the large area, this structure was used in the manufacture of OLEDs Bebq2: Ir(pic)3 on commercial conformable substrates of bacterial cellulose(BC), polyether block amide (PEBAX) and polyurethane (PU), functionalized in LOEM, and polyethylene terephthalate( PET). This research is innovative in Brazil and highly interdisciplinary as it involves the study of architecture, fabrication, characterization and tests in PDT and has the possibility of involving the synthesis of new materials and in vitro and in vivo tests. This work is also the beginning of a new line of research with biological application at LOEM group.

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