Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν λεπτά υμένια οξειδίου του αλουμινίου (Al2O3) και οζειδίου του ζιρκονίου (ZrO2). Η ανάπτυξη των οξειδίων έγινε πάνω σε υπόστρωμα γερμανίου (Ge) με την τεχνική εναπόθεσης ατομικού στρώματος (Atomic Layer Deposition, ALD). Επίσης μελετήθηκαν υμένια οξειδίου του βολφραμίου (WO3), των οποίων η εναπόθεση έγινε με δυο διαφορετικές τεχνικές, πάνω σε υπόστρωμα P3HT:PCBM. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε σε συνθήκες υπερυψηλού κενού (Ultra High Vacuum, UHV) με επιφανειακά ευαίσθητες τεχνικές. Κύριος στόχος αυτής της εργασίας, είναι για τα οξείδια αλουμινίου και ζιρκονίου η διερεύνηση της χημικής σύστασης και της ηλεκτρονιακής δομής ενώ θα γίνει μια εκτίμηση του πάχους των υμενίων καθώς και σύγκριση με την αναμενόμενη τιμή συμφωνα με την διαδικασία παρασκευής. Για οξείδια του βολφραμίου έγινε μελέτη τόσο της επιφανειακής χημικής σύστασης όσο και της ηλεκτρονιακής δομής της διεπιφάνειας του οξειδίου του βολφραμίου (WO3) με το υπόστρωμα P3HT:PCBM καθώς και μία σύγκριση των αποτελεσμάτων ανάμεσα στην εξάχνωση με δέσμη ηλεκτρονίων (Electron Beam Evaporation) και τη μέθοδο διαλύματος-πηκτώματος (Sol-Gel) τεχνικές οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν για την εναπόθεση των υμενίων οξειδίου του βολφραμίου. / In the present work,studied thin films of aluminum oxide (Al2O3) and zirconium oxide (ZrO2) thin films. Atomic Layer Deposition technique (ALD) was used for the growth of oxide on the germanium (Ge) substrate. Also studied films of tungsten oxide (WO3), which were deposited with two different techniques, onto P3HT:PCBM substrate. The study was conducted under conditions of UHV (Ultra High Vacuum) using surface sensitive techniques. The main objective of this work was to investigate the chemical composition and electronic structure and make an estimate of the thickness of aluminum oxide and zirconium oxide thin films. The thickness was compared with the expected value according to the manufacturing process. For the tungsten oxides were studied the surface chemical composition and the electronic structure of the WO3/P3HT:PCBM interface as well as a comparison of results between the Electron Beam Evaporation and Sol-Gel method, techniques which were used for the deposition of thin films of tungsten oxide.

Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία με ευαισθητοποίηση χρωστικής (Dye Sensitized Solar Cells, DSSCs) κίνησαν το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας ύστερα από την πρωτότυπη δημοσίευση του 1991 των Grätzel και O' Regan. Προτάθηκαν ως μία φθηνή εναλλακτική λύση σε σύγκριση με τα συμβατικά ηλιακά στοιχεία από άμορφο πυρίτιο (amorphous silicon). Οι κύριοι παράγοντες που οδήγησαν την επιστημονική κοινότητα να στραφεί προς αυτή την κατεύθυνση ήταν η ευκολία σύνθεσης των χρωστικών με σχετικά απλές χημικές διαδικασίες και η λειτουργία των νέων αυτών φωτοβολταϊκών στοιχείων υπό συνθήκες διάχυτου φωτός. Γενικά, ένα τέτοιο φωτοβολταϊκό στοιχείο αποτελείται από μία φωτοάνοδο (photoanode), ένα πορώδες υπόστρωμα από ημιαγώγιμο οξείδιο μετάλλου (metal oxide semiconducting film), μία χρωστική που χρησιμοποιείται ως φωτοευαισθητοποιητής (sensitizer), έναν ηλεκτρολύτη (electrolyte) και ένα αντιηλεκτρόδιο (counter electrode), το οποίο, συνήθως, επικαλύπτεται με ένα λεπτό στρώμα από πλατίνα (Pt). Η κύρια διεργασία που λαμβάνει μέρος σε ένα DSSC, μετά από την απορρόφηση φωτός, είναι μία διεπιφανειακή μεταφορά φορτίου (interfacial electron transfer IET) από την ηλεκτρονιακά διεγερμένη στάθμη της χρωστικής προς τη ζώνη αγωγιμότητας του ημιαγωγού. Η χρονική της διάρκεια είναι της τάξεως των μερικών εκατοντάδων fs και κατατάσσεται στα υπερταχέα φαινόμενα. Ο όρος που έχει επικρατήσει, για τη διεργασία αυτή στα DSSCs, είναι έκχυση ηλεκτρονίων (electron injection) και χρησιμοποιείται στην παρούσα διπλωματική εργασία. Η τεχνική της φασματοσκοπίας φθορισμού χρονικής ανάλυσης με παλμούς διάρκειας μερικών δεκάδων fs, αποτελεί μία από τις πιο αξιόπιστες και άμεσες τεχνικές για την καλύτερη δυνατή καταγραφή υπερταχέων φαινομένων, όπως η έκχυση ηλεκτρονίων. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της έκχυσης ηλεκτρονίων με τη χρήση δύο νέων οργανικών χρωστικών, της μορφής D-π-A, ως φωτοευαισθητοποιητές σε DSSCs με την τεχνική αυτή.Στο πρώτο κεφάλαιο πραγματοποιείται μία γενική επισκόπηση των βασικών αρχών που διέπουν τα φωτοβολταϊκά στοιχεία με ευαισθητοποίηση χρωστικής. Αρχικά, γίνεται αναφορά στα μέρη που αποτελούν ένα τέτοιο φωτοβολταϊκό στοιχείο και ακολούθως στα υλικά και στις διεργασίες οι οποίες συμμετέχουν σε ένα ολοκληρωμένο DSSC.Στο δεύτερο κεφάλαιο επιχειρείται, στο πρώτο σκέλος, μία γενική ανασκόπηση της θεωρίας του Markus για τη μεταφορά των ηλεκτρονίων (Markus Theory). Έπειτα, πραγματοποιείται μία αναλυτική επισκόπηση της δυναμικής και κινηματικής των διεργασιών που συντελούνται στα DSSCs. Συνεχίζοντας στο τρίτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται πληροφορίες σχετικές με τα υποστρώματα και τις χρωστικές που χρησιμοποιούνται στα DSSCs. Το κεφάλαιο επικεντρώνεται στην περιγραφή των υποστρωμάτων TiO2 και ΖnO, τα οποία αποτελούν τα κύρια υποστρώματα που χρησιμοποιούνται στα DSSCs. Στο δεύτερο σκέλος του κεφαλαίου, πραγματοποιείται αναφορά στις ιδιότητες που οφείλουν να πληρούν οι χρωστικές, για τη χρήση τους στα DSSCs, καθώς και εκτενής ανασκόπηση των χρωστικών, οι οποίες έχουν χρησιμοποιηθεί, μέχρι σήμερα, ως φωτοευαισθητοποιητές. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι μηχανισμοί που συμμετέχουν κατά την αποδιέγερση ενός οργανικού μορίου και οι χρονικές κλίμακες, που αυτοί εμφανίζονται (διάγραμμα Jablonski). Επίσης, γίνεται αναφορά στις πληροφορίες που εξάγονται από τα φάσματα σταθερής κατάστασης (steady state spectra) και χρονικής ανάλυσης (time-resolved spectra), καθώς και η μεταξύ τους σύγκριση. Στο πέμπτο κεφάλαιο πραγματοποιείται μία αναλυτική περιγραφή της πειραματικής διάταξης, η οποία χρησιμοποιήθηκε για την εξαγωγή των πειραματικών δεδομένων. Τέλος, στα τελευταία δύο κεφάλαια (πέμπτο και έκτο) περιγράφεται, στο πρώτο, ο φωτοφυσικός χαρακτηρισμός των δύο νέων οργανικών χρωστικών, ΜΖ-173 και ΜΖ-175, της δομής D-π-Α, σε διάλυμα THF και σε στερεό υπόστρωμα TiO2 αντίστοιχα, το οποίο χρησιμοποιήθηκε ως το υπόστρωμα προσρόφησης των χρωστικών. Ακολούθως, μελετήθηκε η δυναμική και η απόδοση της έκχυσης των ηλεκτρονίων από τις χρωστικές αυτές προς το ημιαγώγιμο υπόστρωμα TiO2, με χρήση της τεχνικής της φασματοσκοπίας χρονικής ανάλυσης φθορισμού με παλμούς διάρκειας μερικών δεκάδων fs (femtosecond time resolved fluorescence spectroscopy). Ως δείγμα αναφοράς, για την εύρεση της απόδοσης της έκχυσης των ηλεκτρονίων στη ζώνη αγωγιμότητας του ημιαγωγού, χρησιμοποιήθηκε νανοκρυσταλλικό υπόστρωμα Al2O3. Τέλος, πραγματοποιήθηκε η μελέτη της δυναμικής της έκχυσης των ηλεκτρονίων με τη χρήση του μορίου CDCA, ως συνπροσροφητή στην επιφάνεια των υποστρωμάτων TiO2 και Al2O3, μαζί με χρωστική ΜΖ-173, σε διάφορες συγκεντρώσεις. Αυτή η μελέτη έγινε με σκοπό τη μείωση της συσσωμάτωσης των μορίων της χρωστικής, αφού το μόριο CDCA έχει την ιδιότητα, λόγω της δομής του, να κρατά σε απόσταση τα μόρια της χρωστικής. / Dye-sensitized solar cells (DSSCs) have attracted great scientific interest after the first demonstration of Grätzel and O’Regan in 1991. They were proposed as low cost alternatives to the conventional amorphous silicon solar cells. The key factors which led the scientific community to this direction are the simplicity of their fabrication procedures with mild chemical processes and their operation under ambient conditions of diffused light. Generally, a DSSC consists of a photoanode, a nanostructured metal oxide semiconducting film, a dye sensitizer, an electrolyte and a counter electrode which is usually coated with Pt. The fundamental process that takes place in a DSSC, after the absorption of a photon by the dye, is an interfacial electron transfer (IET) from the dye’s electronically excited state to the semiconductor’s conduction band (CB), taking place within a few hundred femtoseconds. The term which is generally used for this process in DSSCs is electron injection. Ultrafast fluorescence upconversion spectroscopy is one of the most precise and direct techniques for the study and interpretation of such phenomena. The main subject of this master thesis is the presentation of two novel synthesized organic dyes with D-π-A structure and their study as photosensitizers for DSSCs. It is focused on the photophycical properties of these two dyes in solution and on titanium dioxide (TiO2) substrate, which is used as the metal oxide semiconducting film, and especially on the dynamics of electron injection process from the dye’s excited state to the conduction band of the TiO2 with the aforementioned technique. Finally, the electron injection dynamics of one of dyes with coadsorption of co-adsorbers also investigated. This type of molecules can decrease the amount of aggregates penetrating among the dye molecules but on the same time they cause a decrease of the total amount of the adsorbed dye molecules.

Η ολοσωματική ακτινοβόληση με δέσμες ηλεκτρονίων (total skin electron beam treatment-TSEB) θεωρείται διεθνώς ως η θεραπεία εκλογής για το δερματικό λέμφωμα κυττάρων-Τ, είτε σαν θεραπευτική είτε σαν παρηγορητική αγωγή. Σκοπός της είναι να κατανείμει την συνολική δόση σε όλο το δέρμα του ασθενούς χωρίς να επιβαρύνει τα όργανα κάτω από αυτό. Αυτή η ανάγκη για επιφανειακή ακτινοβόληση καθιστά τα ηλεκτρόνια ως την κατάλληλη κλινική δέσμη. Στη μονάδα ακτινοθεραπείας του Π.Γ.Ν. «Αττικόν», μετά από διάφορες μετρήσεις και δοκιμές τεχνικών TSEB (Παράρτημα), επιλέχθηκε ως θέση θεραπείας του ασθενούς η όρθια με δύο δέσμες υπό γωνία, όπως καθορίζει και η τεχνική “Stanford”. Για την τεχνική αυτή χρησιμοποιείται o γραμμικός επιταχυντής Clinac 2100C της VARIAN με δυνατότητα παραγωγής δεσμών ηλεκτρονίων 6 MeV σε υψηλό ρυθμό δόσης. Η συγκεκριμένη προεπιλογή του μηχανήματος επιτρέπει στα διαφράγματα να ανοίξουν σε ένα εύρος 36cm x 36cm χωρίς τη χρήση κώνου. H απόσταση πηγής-δέρματος (SSD) τέθηκε ίση με 380cm, με το gantry του γραμμικού να σχηματίζει δύο γωνίες ±17,5ο από την οριζόντια θέση του (270ο). Η διάταξη αυτή εξασφαλίζει την δημιουργία ενός μεγάλου και ομοιογενούς πεδίου (200cm x 80cm στην απόσταση θεραπείας). Για τη μείωση της ονομαστικής ενέργειας της δέσμης στα 3 MeV άρα και της διεισδυτικότητάς της, καθώς και για την επίτευξη των επιθυμητών διαστάσεων του πεδίου, ένα φύλλο plexiglas (PMMA) πάχους 0,5cm παρεμβάλλεται μεταξύ της κεφαλής του γραμμικού επιταχυντή και του ασθενούς σε απόσταση 30cm από το επίπεδο θεραπείας. Ο ασθενής περιστρέφεται ανά 60ο διαδοχικά για να καλυφθεί όλη του η επιφάνεια ομοιόμορφα, ακτινοβολούμενος συνολικά σε έξι θέσεις. Για τον ακριβή καθορισμό των συνθηκών θεραπείας, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις PDD και Profile των δεσμών με θαλάμους ιονισμού παραλλήλων πλακών σε phantom στερεάς κατάστασης. )οσιμετρική επιβεβαίωση της κατανομής της δόσης στο δέρμα πραγματοποιήθηκε με δοσίμετρα θερμοφωταύγειας (TLD) πάνω σε ανθρωπομορφικό phantom. Τα αποτελέσματα σε αυτές τις συνθήκες έδειξαν μια ομοιογένεια του συνολικού πεδίου στο επίπεδο θεραπείας της τάξης του ± 2% στον διαμήκη άξονα ενώ στον οριζόντιο ±5%. Το βάθος zmax της κάθε επιμέρους δέσμης είναι 0,7gr/cm2 ενώ η συνεισφορά των παραγόμενων ακτίνων-Χ (λόγω φαινομένου πεδήσεως) στην συνολική δόση που παίρνει ο ασθενής από τη θεραπεία είναι 0,3 %. Η ενέργεια της δέσμης στο επίπεδο θεραπείας είναι Εο=3,34 MeV. Τα παραπάνω αποτελέσματα μας οδηγούν στο συμπέρασμα ότι η θεραπεία TSEB μπορεί να εφαρμοστεί με ασφάλεια στο ακτινοθεραπευτικό τμήμα του Π.Γ.Ν «Αττικόν». Ο υψηλός ρυθμός δόσης εξασφαλίζει μικρότερο χρόνο θεραπείας. Οι περιοχές που υποδοσιάζονται καθ’ όλη τη διάρκεια της θεραπείας μπορούν να προσδιοριστούν για κάθε ασθενή με in vivo δοσιμετρία (TLD) και θα επανακτινοβολούνται με συμπληρωματικά (boost) πεδία. / -

Παρά τη σημαντική της συνεισφορά στο συνολικό κέρδος σε άνθρακα των φυτών και τις λειτουργικές της ιδιαιτερότητες, η φωτοσύνθεση βλαστού δεν έχει μελετηθεί στην έκταση που της αναλογεί. Για το λόγο αυτό εφαρμόσαμε ένα συνδυασμό ανατομικών και φυσιολογικών μεθόδων για το χαρακτηρισμό του φωτοσυνθετικού μηχανισμού των πράσινων μίσχων και των στελεχών του άνθους του μονοκοτυλήδονου γεώφυτου Zantedeschia aethiopica και των πράσινων βλαστών του δικοτυλήδονου ημιξυλώδους Dianthus caryophyllus, σε σύγκριση με τα αντίστοιχα φύλλα. Οι μίσχοι και τα στελέχη του άνθους του Z. aethiopica και οι βλαστοί του D. caryophyllus διαθέτουν όλα τα ανατομικά χαρακτηριστικά ενός φωτοσυνθετικά αποδοτικού οργάνου, όπως σημαντικό αριθμό στομάτων με τυπικούς υποστομάτιους θαλάμους, χλωρεγχυματικά κύτταρα παρόμοιας μορφολογίας με τα δρυφακτοειδή κύτταρα των φύλλων, επαρκείς μεσοκυττάριους χώρους και σημαντικό ποσοστό ελεύθερων κυτταρικών τοιχωμάτων. Ωστόσο, η διάταξη των δρυφακτοειδών κυττάρων των μίσχων/στελεχών του Z. aethiopica είναι ασυνήθιστη, καθώς διευθετούνται παράλληλα με τον κατά μήκος άξονα των οργάνων. Επιπλέον, οι μίσχοι/στελέχη επέδειξαν φωτοσυνθετικά χαρακτηριστικά που προσομοιάζουν με εκείνα φύλλων σε συνθήκες καταπόνησης, όπως μειωμένο περιεχόμενο/ενεργότητα της Rubisco, αυξημένο ρυθμό του κύκλου C2 και αυξημένη κυκλική ροή ηλεκτρονίων γύρω από το PSI. Τα χαρακτηριστικά αυτά φαίνεται πως είναι εγγενή στα συγκεκριμένα φωτοσυνθετικά όργανα, εξυπηρετώντας την αυξημένη αζωτοδεσμευτική ικανότητα του είδους, την ποιοτική ρύθμιση του περιεχομένου τους σε αμινοξέα, την αποκαρβοξυλίωση C4-οργανικών οξέων του διαπνευστικού ρεύματος και την ταχεία επαγωγή της μη-φωτοχημικής απόσβεσης. Σε αντίθεση με το Z. aethiopica, η φωτοσυνθετική απόδοση των βλαστών του D. caryophyllus βρέθηκε ανώτερη αυτής των φύλλων, ως αποτέλεσμα των υψηλότερων ρυθμών του κύκλου C3 και μιας πιθανής οργανο-ειδικής ποικιλότητας του παράγοντα εξειδίκευσης της Rubisco. Η μειωμένη ένταση του προσπίπτοντος φωτός in vivo, λόγω του κάθετου προσανατολισμού των βλαστών, ενδεχομένως να οδηγεί σε χαμηλότερα επίπεδα φωτοπροστασίας σε σύγκριση με τα φύλλα και στην υιοθέτηση μιας στρατηγικής βελτιστοποίησης του ρυθμού καθήλωσης C, η οποία πιθανώς περιλαμβάνει και την καθήλωση CO2, που προέρχεται από την αποκαρβοξυλίωση C4-οργανικών οξέων του διαπνευστικού ρεύματος. / Despite its significant contribution to the net carbon gain of plants and its distinct functional properties, stem photosynthesis has not yet received adequate scientific attention. For this reason, a combination of anatomical and physiological methods was used to characterize the photosynthetic machinery of the green petioles and pedicels of the monocotyledonous geophyte Zantedeschia aethiopica and the green stems of the dicotyledonous semi-woody species Dianthus caryophyllus, in comparison to the corresponding leaves. Both the green petioles/pedicels of Z. aethiopica and the green stems of D. caryophyllus possess all the anatomical prerequisites of an actively photosynthesizing organ i.e. considerable number of stomata with typical underlying substomatal chambers, chlorenchyma cells which are similar to the leaf palisade chlorenchyma cells and considerable amount of both intercellular spaces and palisade free cell walls. Yet, the palisade cells of Z. aethiopica petioles/pedicels show a peculiar arrangement with their long axis parallel to the longitudinal organ axis. Furthermore, petiole/pedicel photosynthetic characteristics resemble those of leaves under adversity i.e. reduced Rubisco activity/content, high photorespiration rates and significant cyclic electron flow around PSI. It is concluded that these are innate attributes of petiole/pedicel photosynthesis serving particular functions like the increased nitrogen fixing activity of the species, the qualitative adjustment of the petiole/pedicel amino acid content, the active decarboxylation of C4-organic acids and the rapid induction of non-photochemical quenching. Stem photosynthesis in D. caryophyllus was more efficient than leaf photosynthesis, as a result of the greater rates of stem C3 cycle and a possible organ-specific variation of the specificity factor of Rubisco. In general, D. caryophyllus stems display a photosynthetic pattern of optimal carbon assimilation in the expense of photoprotection. It could be hypothesized that this kind of adaptation could be due to the vertical orientation of stems, which results in lower incident light intensities in vivo and may include the use of C4-organic acids coming up with the transpiration stream as an additional carbon source.