[pt] Este trabalho teve como objetivo fabricar e caracterizar Transistores Orgânicos Emissores de Luz (OLETs, Organic light-Emitting Transistors). Os OLETs combinam em um único dispositivo a funcionalidade elétrica de um transistor de efeito de campo orgânico e a capacidade de geração de luz, representando uma nova classe de dispositivos orgânicos com alto potencial de inovação em aplicações, como sistemas ópticos de comunicação, tecnologia de displays avançada, lasers orgânicos, fontes de luz em nanoescala e optoeletrônica orgânica integrada. Portanto, esta tese possui um caráter pioneiro, tanto para grupo de pesquisa quanto para o país, uma vez que ocorre a junção dos conhecimentos e domínio adquiridos sobre OFETs e OLEDs. Efetivamente, este trabalho de doutorado consistiu na fabricação e caracterização sistemática de diversos dispositivos OLET utilizando variadas arquiteturas e diversos materiais, comerciais e não comerciais, como o NT4N, o P13 e uma bicamada de C8-BTBT com TcTa:Ir(ppy)3. Os dispositivos foram caracterizados através de medidas elétricas e óticas, obtendo-se as curvas características. Também foram determinados seus parâmetros e propriedades de funcionamento, com destaque para as mobilidades de carga e para as eficiências obtidas. Houve também o entendimento e a implementação de um tratamento térmico na camada dielétrica, sendo parte fundamental da fabricação dos dispositivos. Os dispositivos fabricados apresentaram diferentes graus de desempenho, com destaque para a arquitetura bicamada, por apresentar a maior potência luminosa (4 microwatt) e a maior eficiência (0,5 por cento), sendo suficientes para inserir os dispositivos fabricados na categoria de dispositivos orgânicos altamente eficientes. Tal fato demonstra que o domínio da fabricação e da caracterização desta nova classe de dispositivos foi alcançado. / [en] The aim of this work was to achieve the knowledge of the fabrication and the characterization of Organic Light Emitting Transistors, OLETs, considered as one of the innovative technologies nowadays. The OLETs combine in a single device the electrical functionality of an organic field-effect transistor (OFET) and the light-generating capability. They represent a promising new class of organic devices with high potential for innovation in applications such as communication systems, advanced display technology, organic lasers, nanoscale light sources and integrated organic optoelectronics. In some way, this thesis has a pioneer character, both for our research group and for the country, since it combines different knowledge and skills about OFETs and OLEDs to achieve a new device. Actually, this work involved the systematic manufacture and characterization of several OLETs using different architectures employing commercial and noncommercial materials, such NT4N, P13 and a bilayer of C8-BTBT with TcTa:Ir(ppy)3. The devices were then characterized by electrical and optical measurements. The working parameters and properties were determined as well, highlighting the charge carrier mobilities and efficiencies obtained. The understanding and the implementation of a specific heat treatment in the dielectric layer was a fundamental part of this work for the manufacture of the devices which have different degrees of performance. With emphasis on the bilayer architecture, that presented the highest luminous power (4 microwatt) and efficiency (0,5 percent), inserting the devices manufactured in the category of highly efficient organic devices. Such fact shows that the fabrication and characterization of this new class of devices has been achieved.

[pt] Neste trabalho é apresentado o estudo dos dispositivos orgânicos emissores de luz fosforescentes (PHOLED) baseados em compostos de baixo peso molecular. O estudo foi fundamentado nas análises dos complexos baseados no íon de Ir3+: [Ir(t-pzp)2pic] [fac-Ir(t-bupzp)3] e outros complexos já estudados anteriormente a base de Eu3+: [Eu(DBM)3PHEN] e [Eu(DBM)3DMSO2]. No desenvolvimento dos PHOLEDs, a dopagem de uma matriz orgânica com estes complexos reveste uma importância fundamental. Por tanto, como o intuito de estudar e analisar estes sistemas os complexos foram dopados com diversas concentrações em diferentes matrizes orgânicas. Os resultados obtidos revelaram que no caso dos complexos de Ir3+ os melhores valores da concentração do complexo encontram-se na faixa 13-15 porcento em peso. Já no caso dos complexos de íons de terra rara (Eu3+) as melhores concentrações devem ser superiores a 15 porcento em massa, para que ocorra uma transferência de energia eficiente e mantendo o espectro de emissão dos complexos resultando em um aumento da eficiência externa dos dispositivos. Neste trabalho foi desenvolvida também, uma metodologia que, combinando as técnicas de XRF e RBS, permite elaborar um gráfico de calibração para a determinação da concentração efetiva do dopante nos diferentes filmes co-depositados. Finalmente, para aumentar a eficiência dos PHOLEDs foi investigado o efeito da vibração do substrato durante a deposição térmica dos filmes. Os resultados indicam uma redução na densidade de aglomerados e na rugosidade, além de uma melhoria na homogeneidade dos filmes depositados. O aumento de 40 porcento na eficiência do dispositivo fabricados indica que a técnica de vibração é promissora para o desenvolvimento de dispositivos eficientes. / [en] This thesis reports the investigation of the phosphorescent organic light emitting devices (PHOLED) based on low molecular compounds. The study was carried out by analyzes the optical and electrical characteristics of thin films of Ir3+: [Ir(t-pzp)2pic] and [fac-Ir(t-bupzp)3] and other complexes based on Eu3+: [Eu(DBM)3PHEN] and [Eu(DBM)3(DMSO)2]. In developing of PHOLEDs, technology, the doping of an organic matrix with these complexes has a fundamental importance. Therefore, in order to investigate these systems Ir3+ and Eu3+ organic complexes were used as doping with a variety of concentrations in different organic matrix. The results revealed that in the case of Iridium complexes the best values are in the range 13-15 percent. On the other hand, for the rare earth complexes the best concentrations should be greater than 15 percent in order to obtain a efficient energy transfer preserving the emission spectrum of the complexes. Furthermore, the use of the doping results in an increased of the external efficiency of the device. In this work, a methodology combining the XRF and RBS techniques was also developed which allows the direct determination of the effective dopant concentration in co-deposited films through a calibration curve. Finally, to increase the efficiency of the PHOLEDs, the effect of mechanical vibration of the substrate on the thin films characteristics during the thermal deposition was investigated. The results indicate a reduction in the clusters density and film roughness, and an improved homogeneity of the deposited films. The 40 percent increase in efficiency of the devices fabricated under these conditions is a clear indication that the technology holds promise for the development of efficient devices.

[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.

[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.

[pt] Este trabalho teve como objetivo comparar as diferentes influências que aditivos e tratamentos térmicos têm sobre as propriedades ópticas e elétricas de filmes finos semicondutores formados por polímeros contendo principalmente bitiofenos e fluorenos. Os polímeros contendo tiofenos em sequência, como o poli[(9,9-dioctilfluorenil-2,7-diil)co-bitiofeno] (F8T2), apresentam conformações cis e trans dependente da posição relativa dos átomos de enxofre, tendo suas propriedades alteradas de acordo com a proporção entre os domínios de ambas as conformações em um mesmo filme. Os átomos de iodo presentes no aditivo 1,8- diiodooctano são tidos como uma possível forma de alterar os agregados nesse polímero e, consequentemente, alterar as propriedades físicas do filme formado. Para aumentar o entendimento sobre os átomos diferentes de carbono e hidrogênio nos aditivos foram estudados os efeitos dos aditivos 1,8-diiodooctano, 1,8- octanoditiol e octano, que contém dois iodos, dois enxofres e não contém heteroátomos, respectivamente, em sua composição. Além disso, foi estudada a introdução do polímero PMMA (polimetilmetacrilato) de forma que alterasse a estrutura interna do filme fino e também foram estudados tratamentos térmicos em diferentes temperaturas, uma vez que parâmetros como tempo de evaporação do solvente também influenciam a formação e as propriedades do filme após seu crescimento. Outro ponto de interesse foi justamente a composição dos polímeros, para tal, foram estudados, além do F8T2, os polímeros poli(9,9-dioctilfloureno) (PFO), poli(9,9-dioctilfluoreno-cobenzotiadiazol) (F8BT) e poli(3-hexiltiofeno-2,5-diil) regiorregular (rrP3HT). Eles são formados, respectivamente, por bitiofenos e fluorenos, apenas fluorenos, fluorenos e benzotiadiazol e apenas politiofenos. Dessa forma, seria possível isolar as contribuições de cada grupo isolado e combinados com grupos que permitem ou não a mudança entre conformações. Os filmes foram depositados em substratos de vidro pela técnica de spin-coating e a caracterização foi feita com medidas de absorção, fotoluminescência e FTIR. Quando possível, foram realizadas medidas CELIV e corrente-tensão de dispositivos fotovoltaicos usando os polímeros como camada doadora de elétrons. Com este trabalho foi possível variar as intensidades dos picos de absorção e alterar o gap de energia dos polímeros. Destacando a ação do DIO, observou-se que a conformação cis do F8T2 é maximizada quando se utiliza 1 por cento do aditivo. Além disso, o DIO também aumenta a porcentagem de fase beta do PFO. Já para o P3HT, foi constatado um aumento no ordenamento do filme. / [en] This work aimed to compare the different influences that additives and heat treatments have on the properties of semiconductor thin films formed by polymers containing mainly bitiophenes and fluorenes. Polymers containing thiophenes in sequence, such as poly[(9,9-dioctylfluorene-2,7-diyl)co-bithiophene] (F8T2), have cis and trans conformations depending on the relative position of the sulfur atoms, having their optical and electrical properties altered according to the proportion between the domains of both conformations in the same film. The iodine atoms present in the additive 1,8-diiodooctane are considered as a possible way to change the aggregates in this polymer and, consequently, change the physical properties of the formed film. To increase the understanding of the atoms other than carbon and hydrogen in the additives, the effects of the additives 1,8-diiodooctane, 1,8- octanodithiol and octane, which contain two iodines, two sulfur and do not contain heteroatoms, respectively, were studied. In addition, the introduction of the PMMA (polymethylmethacrylate) polymer was studied in order to alter the internal structure of the thin film and, also, heat treatments at different temperatures were studied, since parameters such as solvent evaporation time and the available thermal energy also influence the formation and properties of the film after its growth. Another point of interest was precisely the composition of the polymers. For this purpose, in addition to F8T2, the polymers poly(9,9-dioctylflourene) (PFO), poly(9,9-dioctylfluorene-cobenzothiadiazole) (F8BT) and regioregular poly(3- hexylthiophene-2,5-diyl) (rrP3HT) were studied. They are formed, respectively, by bitiophenes and fluorenes, only fluorenes, fluorenes and benzothiadiazole and only polythiophenes. In this way, it would be possible to isolate the contributions of each isolated and combined groups that allow or not to change between conformations. The films were deposited on glass substrates using the spin-coating technique and the characterization was done via absorption, photoluminescence and FTIR measurements. When possible, CELIV and current-voltage measurements of photovoltaic devices were performed using the polymers as an electron donor layer. With this work it was possible to vary the intensities of the absorption peaks and to change the energy gap of the polymers. Highlighting the action of DIO, it was observed that the cis conformation of F8T2 is maximized when 1 percent of the additive is used. In addition, DIO also increases the percentage of beta phase of PFO. For P3HT, on the other hand, there was an increase in the ordering of the film.