Existem algumas técnicas destinadas ao estudo das características fotofísicas de materiais orgânicos ou dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos a base de semicondutores orgânicos. A exemplo disso, a técnica de espectroscopia de absorção fotoinduzida de onda contínua (Continuous Wave Photoinduced Absorption/cw-PIA) apresenta grande sensibilidade como método destinado ao estudo dos processos eletrônicos envolvendo espécies excitadas de vida longa. Esta técnica emprega dois feixes ópticos distintos, um para excitação da amostra e outro (feixe de prova) para investigar os estados excitados remanescentes em amostra após bombeio óptico. O presente trabalho tem como objetivo a construção, desenvolvimento e caracterização de um aparato experimental para espectroscopia cw-PIA. A montagem bem sucedida da técnica foi testada em filme do polímero semicondutor P3HT, em filme de blenda (1:1) de P3HT/PCBM (comumente utilizada como camada ativa em células solares orgânicas) e em filmes automontados camada-a-camada (LbL) do tipo doador-aceitador de carga (P3KHT/P6N), sendo que a molécula P6N foi sintetizada pelo Grupo de Polímeros Bernhard Gross do IFSC-USP. Os filmes LbL de P3KHT/P6N, em comparação aos filmes blenda de P3HT/PCBM, demonstraram uma eficiência maior quanto a geração de portadores de carga com tempo de vida longo. / There are some techniques for the study of photophysical characteristics of organic materials or electronic and optoelectronic devices based on organic semiconductors. For example, the technique of continuous wave photoinduced absorption spectroscopy (cw-PIA) is a highly sensitive method for the study of the electronic processes involving long-lived excited species. This technique uses two distinct optical beams, one for sample excitation and another for probing the excited states remaining in the sample after optical pumping. The present work aims at the construction, development and characterization of an experimental apparatus for cw-PIA spectroscopy. The successful implementation of the technique was tested in a film of the semiconducting polymer P3HT and of the blend (1:1) P3HT/ PCBM (usually employed as active layer in organic solar cells), and also in a Layer-by-Layer (LbL) film of donor-acceptor molecules P3KHT/P6N, where the P6N molecule has been synthesized by Polymer Group Bernhard Gross at IFSC- USP. The comparison between P3KHT / P6N LbL film and the blend P3HT/PCBM has demonstrated higher charge carrier generation efficiency (with long lifetime) for the LbL film.

Dispositivos baseados em eletrônica orgânica já estão presentes há vários anos no mercado com displays de OLEDs com alta definição de cores e contraste. Atualmente, essas telas são fabricadas com o uso de pequenas moléculas orgânicas depositadas por técnicas de evaporação a vácuo. A possibilidade de deposição dos materiais poliméricos em solução traz vantagens de fabricação com relação a custos e a velocidade de processamento, além de maiores escalas dimensionais. No entanto, diversos entraves técnicos ainda precisam ser superados para garantir desempenho e estabilidade de dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos orgânicos. Neste sentido, este trabalho apresenta um equipamento de deposição roll-to-roll de proporções laboratoriais, com o intuito de servir de ponte entre o desenvolvimento acadêmico e as técnicas de produção industriais. Uma primeira versão do equipamento, já apresentado no trabalho de mestrado, foi agora modificado e atualizado com novas funcionalidades. Ele tornou-se mais completo e de operacionalidade mais eficiente, e foi utilizado para a deposição de várias camadas de dispositivos, incluindo a fabricação de eletrodos semitransparentes e da camada ativa de dispositivos luminescentes. Para solucionar as limitações do óxido de estanho e índio (principal condutor semitransparente atualmente) sobre substratos flexíveis, foi validado um eletrodo alternativo, através da síntese e aplicação de nanofios de prata e do polímero condutor PEDOT:PSS por diferentes técnicas de deposição. Também foi investigada a camada ativa de células eletroquímicas emissoras de luz (LEC), depositadas pela técnica slot-die, variando-se o polímero luminescente, de emissão azul, e o solvente utilizado. Por fim, foram fabricados dispositivos luminescentes do tipo LEC com diferentes arquiteturas e sobre diferentes substratos. O dispositivo final apresentado foi fabricado com eletrodos otimizados, depositados por spray com nanofios de prata e PEDOT:PSS, sendo os dois eletrodos semitransparentes. Com isso, obteve emissão em ambas as polaridades e em ambas as direções. / Devices based on organic electronics have been present for some years on the market with OLED displays with high color definition and contrast. Currently, these screens are manufactured using organic small molecules deposited by vacuum evaporation techniques. The possibility of deposition of polymeric materials in solution brings manufacturing advantages in terms of costs and processing speed, as well as larger dimensional scales. However, several technical barriers still need to be overcome to ensure performance and stability of organic electronic and optoelectronics devices. In this sense, this work presents roll-to-roll deposition equipment of laboratory proportions, in order to serve as a bridge between academic development and industrial production techniques. A first version of the equipment, already presented in the master\'s work, has now been modified and updated with new functionalities. It has become more complete and more operationally efficient, and has been used for the deposition of several layers of devices, including the manufacture of semitransparent electrodes and the active layer of luminescent devices. To solve the limitations of indium tin oxide (the main semitransparent conductor today) on flexible substrates, an alternative electrode was validated through the synthesis and application of silver nanowires and the PEDOT:PSS conductive polymer by different deposition techniques. It was also investigated the active layer of light-emitting electrochemical cells (LEC), deposited by the slot-die technique, varying the blue-emitting luminescent polymer and the solvent used. Finally, luminescent LEC devices were manufactured with different architectures and on different substrates. The final device presented was manufactured with optimized electrodes, deposited by spray with silver nanowires and PEDOT:PSS, the two electrodes being semi-transparent. With this, it obtained emission in both polarities and in both directions.

Dispositivos baseados em eletrônica orgânica já estão presentes há vários anos no mercado com displays de OLEDs com alta definição de cores e contraste. Atualmente, essas telas são fabricadas com o uso de pequenas moléculas orgânicas depositadas por técnicas de evaporação a vácuo. A possibilidade de deposição dos materiais poliméricos em solução traz vantagens de fabricação com relação a custos e a velocidade de processamento, além de maiores escalas dimensionais. No entanto, diversos entraves técnicos ainda precisam ser superados para garantir desempenho e estabilidade de dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos orgânicos. Neste sentido, este trabalho apresenta um equipamento de deposição roll-to-roll de proporções laboratoriais, com o intuito de servir de ponte entre o desenvolvimento acadêmico e as técnicas de produção industriais. Uma primeira versão do equipamento, já apresentado no trabalho de mestrado, foi agora modificado e atualizado com novas funcionalidades. Ele tornou-se mais completo e de operacionalidade mais eficiente, e foi utilizado para a deposição de várias camadas de dispositivos, incluindo a fabricação de eletrodos semitransparentes e da camada ativa de dispositivos luminescentes. Para solucionar as limitações do óxido de estanho e índio (principal condutor semitransparente atualmente) sobre substratos flexíveis, foi validado um eletrodo alternativo, através da síntese e aplicação de nanofios de prata e do polímero condutor PEDOT:PSS por diferentes técnicas de deposição. Também foi investigada a camada ativa de células eletroquímicas emissoras de luz (LEC), depositadas pela técnica slot-die, variando-se o polímero luminescente, de emissão azul, e o solvente utilizado. Por fim, foram fabricados dispositivos luminescentes do tipo LEC com diferentes arquiteturas e sobre diferentes substratos. O dispositivo final apresentado foi fabricado com eletrodos otimizados, depositados por spray com nanofios de prata e PEDOT:PSS, sendo os dois eletrodos semitransparentes. Com isso, obteve emissão em ambas as polaridades e em ambas as direções. / Devices based on organic electronics have been present for some years on the market with OLED displays with high color definition and contrast. Currently, these screens are manufactured using organic small molecules deposited by vacuum evaporation techniques. The possibility of deposition of polymeric materials in solution brings manufacturing advantages in terms of costs and processing speed, as well as larger dimensional scales. However, several technical barriers still need to be overcome to ensure performance and stability of organic electronic and optoelectronics devices. In this sense, this work presents roll-to-roll deposition equipment of laboratory proportions, in order to serve as a bridge between academic development and industrial production techniques. A first version of the equipment, already presented in the master\'s work, has now been modified and updated with new functionalities. It has become more complete and more operationally efficient, and has been used for the deposition of several layers of devices, including the manufacture of semitransparent electrodes and the active layer of luminescent devices. To solve the limitations of indium tin oxide (the main semitransparent conductor today) on flexible substrates, an alternative electrode was validated through the synthesis and application of silver nanowires and the PEDOT:PSS conductive polymer by different deposition techniques. It was also investigated the active layer of light-emitting electrochemical cells (LEC), deposited by the slot-die technique, varying the blue-emitting luminescent polymer and the solvent used. Finally, luminescent LEC devices were manufactured with different architectures and on different substrates. The final device presented was manufactured with optimized electrodes, deposited by spray with silver nanowires and PEDOT:PSS, the two electrodes being semi-transparent. With this, it obtained emission in both polarities and in both directions.

Neste trabalho foram estudadas as propriedades optoeletrônicas de dispositivos orgânicos emissores de luz (OLEDs) à base de polímeros conjugados possuindo catodos metálicos depositados por meio da técnica de deposição assistida por feixe de íons (IBAD). O principal objetivo do trabalho é produzir uma interface híbrida metal/polímero não abrupta e estudar os seus efeitos na injeção de elétrons. O uso da técnica IBAD em eletrônica orgânica é incipiente, sendo este o primeiro trabalho no Brasil aplicando-a em eletrônica orgânica. Diversos experimentos exploratórios foram feitos para adequar o uso da técnica a esta nova aplicação. Os dispositivos OLEDs possuem estrutura vertical que consiste de um anodo transparente de óxido de estanho índio (ITO) depositado sobre substrato de vidro; de uma camada transportadora de buracos de Poli (3,4-etilenodioxitiofeno): Poli (estirenosulfonato) (PEDOT:PSS) e de uma camada ativa de polifluoreno (PFO). O catodo de alumínio foi depositado sobre o PFO, utilizando a técnica IBAD, utilizando íons de argônio com energia variando de 0 a 1000eV. Simulações utilizando o código TRIM (Transport of Ions in Matter) foram feitas para avaliar a penetração do Al na camada polimérica, bem como o deslocamento atômico durante o processo IBAD. Medidas de microscopia de fluorescência, fotoluminescência (PL) e espectroscopia Raman foram utilizadas para caracterizar os efeitos dos íons sobre a camada polimérica. As propriedades da interface híbrida foram estudadas variando-se a espessura da camada ativa emissora de luz e introduzindo camadas espaçadoras de polieletrólitos inertes entre o catodo metálico e o PFO. Íons com energia maior que 400 eV produzem a diminuição das propriedades luminescentes do polímero. Por fim, as propriedades de injeção eletrônica do catodo foram estudadas através de medidas de corrente e eletroluminescência em função da voltagem. Os resultados mostraram que houve um expressivo deslocamento da voltagem de injeção (Von) para íons de argônio com energias variando entre 0 e 400 eV. As curvas de corrente versus voltagem são descritas pelo modelo Fowler- Nordheim e possuem características alteradas pelo processo IBAD. Medidas de luminescência e de corrente versus voltagem sugerem a formação de uma interface contendo nanopartículas metálicas isoladas espalhadoras de luz para energias dos íons de argônio entre 0 e 80 eV. Estas nanopartículas favorecem a injeção para campos elétricos menores. A melhora no contato entre o polímero e o catodo é observada e é consistente com a redução de caminhos preferenciais durante a injeção de elétrons, o que minimiza problemas relacionados à eficiência e durabilidade dos OLEDs. / In this work, optoelectronic properties from organic light emitting devices (OLEDs), based on conjugated polymers with metallic cathode, which were deposited by ion beam assisted deposition technique (IBAD) were studied. The main objective of this work is to produce a hybrid non abrupt metal/polymer interface and to study its effects on electron injection. The use of this technique in organic electronics is incipient, being used in Brazil for the first time. Several exploratory experiments were made, to suit this technology to this new application. The OLEDs devices have a typical vertical-architecture, using Indium Tin Oxide (ITO) covered glass substrate as transparent anode; Poly [ethylene-dioxythiophene]: Poly [styrene sulfonic acid] (PEDOT:PSS) as hole transport layer and polifluorene (PFO) as emitting layer. The cathode layer were deposited over the PFO using IBAD with aluminum and Ar ions, with energies in the range from 0 to 1000 eV. Computer simulations using TRIM code (Transport of Ions in Matter) were done to evaluate the Al penetration into the polymer and the atomic displacement during IBAD process. Fluorescence microscopy, photoluminescence (PL) and Raman spectroscopy were used to study the effects of ions on the polymer layer. The hybrid interface properties were studied with the variation of the active layer thickness and introducing spacing layers of inert polyelectrolyte between the metallic cathode and the PFO. Ions with energy above 400eV decrease polymer electroluminescent properties. Finally, electron injection properties of the cathode were studied using Current Voltage and Electroluminescent measurements. The results show that lower Ar+ ion energies (between 0 and 400 eV) cause a significant shift on the injection voltage. The Current Voltage curves, whose characteristics are modified by IBAD, are described by Fowler Nordheim model. These measurements suggests that Ar+ ion energies between 0 and 80 eV promote the formation of an interface that contains isolated metallic nanoparticles, which may scatter the light. These nanoparticles ease the injection for lower electric fields. The enhancement of the contact between polymer and cathode is observed and is consistent with the reduction of preferred paths during electron injection, which minimizes the problems related to OLEDs efficiency and durability.

Neste trabalho foram estudadas as propriedades optoeletrônicas de dispositivos orgânicos emissores de luz (OLEDs) à base de polímeros conjugados possuindo catodos metálicos depositados por meio da técnica de deposição assistida por feixe de íons (IBAD). O principal objetivo do trabalho é produzir uma interface híbrida metal/polímero não abrupta e estudar os seus efeitos na injeção de elétrons. O uso da técnica IBAD em eletrônica orgânica é incipiente, sendo este o primeiro trabalho no Brasil aplicando-a em eletrônica orgânica. Diversos experimentos exploratórios foram feitos para adequar o uso da técnica a esta nova aplicação. Os dispositivos OLEDs possuem estrutura vertical que consiste de um anodo transparente de óxido de estanho índio (ITO) depositado sobre substrato de vidro; de uma camada transportadora de buracos de Poli (3,4-etilenodioxitiofeno): Poli (estirenosulfonato) (PEDOT:PSS) e de uma camada ativa de polifluoreno (PFO). O catodo de alumínio foi depositado sobre o PFO, utilizando a técnica IBAD, utilizando íons de argônio com energia variando de 0 a 1000eV. Simulações utilizando o código TRIM (Transport of Ions in Matter) foram feitas para avaliar a penetração do Al na camada polimérica, bem como o deslocamento atômico durante o processo IBAD. Medidas de microscopia de fluorescência, fotoluminescência (PL) e espectroscopia Raman foram utilizadas para caracterizar os efeitos dos íons sobre a camada polimérica. As propriedades da interface híbrida foram estudadas variando-se a espessura da camada ativa emissora de luz e introduzindo camadas espaçadoras de polieletrólitos inertes entre o catodo metálico e o PFO. Íons com energia maior que 400 eV produzem a diminuição das propriedades luminescentes do polímero. Por fim, as propriedades de injeção eletrônica do catodo foram estudadas através de medidas de corrente e eletroluminescência em função da voltagem. Os resultados mostraram que houve um expressivo deslocamento da voltagem de injeção (Von) para íons de argônio com energias variando entre 0 e 400 eV. As curvas de corrente versus voltagem são descritas pelo modelo Fowler- Nordheim e possuem características alteradas pelo processo IBAD. Medidas de luminescência e de corrente versus voltagem sugerem a formação de uma interface contendo nanopartículas metálicas isoladas espalhadoras de luz para energias dos íons de argônio entre 0 e 80 eV. Estas nanopartículas favorecem a injeção para campos elétricos menores. A melhora no contato entre o polímero e o catodo é observada e é consistente com a redução de caminhos preferenciais durante a injeção de elétrons, o que minimiza problemas relacionados à eficiência e durabilidade dos OLEDs. / In this work, optoelectronic properties from organic light emitting devices (OLEDs), based on conjugated polymers with metallic cathode, which were deposited by ion beam assisted deposition technique (IBAD) were studied. The main objective of this work is to produce a hybrid non abrupt metal/polymer interface and to study its effects on electron injection. The use of this technique in organic electronics is incipient, being used in Brazil for the first time. Several exploratory experiments were made, to suit this technology to this new application. The OLEDs devices have a typical vertical-architecture, using Indium Tin Oxide (ITO) covered glass substrate as transparent anode; Poly [ethylene-dioxythiophene]: Poly [styrene sulfonic acid] (PEDOT:PSS) as hole transport layer and polifluorene (PFO) as emitting layer. The cathode layer were deposited over the PFO using IBAD with aluminum and Ar ions, with energies in the range from 0 to 1000 eV. Computer simulations using TRIM code (Transport of Ions in Matter) were done to evaluate the Al penetration into the polymer and the atomic displacement during IBAD process. Fluorescence microscopy, photoluminescence (PL) and Raman spectroscopy were used to study the effects of ions on the polymer layer. The hybrid interface properties were studied with the variation of the active layer thickness and introducing spacing layers of inert polyelectrolyte between the metallic cathode and the PFO. Ions with energy above 400eV decrease polymer electroluminescent properties. Finally, electron injection properties of the cathode were studied using Current Voltage and Electroluminescent measurements. The results show that lower Ar+ ion energies (between 0 and 400 eV) cause a significant shift on the injection voltage. The Current Voltage curves, whose characteristics are modified by IBAD, are described by Fowler Nordheim model. These measurements suggests that Ar+ ion energies between 0 and 80 eV promote the formation of an interface that contains isolated metallic nanoparticles, which may scatter the light. These nanoparticles ease the injection for lower electric fields. The enhancement of the contact between polymer and cathode is observed and is consistent with the reduction of preferred paths during electron injection, which minimizes the problems related to OLEDs efficiency and durability.

Células eletroquímicas poliméricas emissoras de luz, PLECs, são dispositivos eletrônicos orgânicos que vêm despertando muito interesse comercial por operarem sob baixa tensão com alto desempenho e sem a necessidade de eletrodos específicos, como o óxido de estanho e índio (ITO), cálcio entre outros. Esta característica confere a possibilidade de processamento de baixo custo e de obter dispositivos flexíveis. Nas PLECs a injeção de portadores eletrônicos de carga nas interfaces, entre a camada ativa do dispositivo e seus eletrodos, é facilitada por ação de espécies iônicas, que são inseridas no material polimérico por adição de um sal. Do ponto de vista científico, o interesse atual reside na completa compreensão dos fenômenos de transporte de portadores eletrônicos no interior do dispositivo. Hoje existem dois modelos concorrentes. Um considera o transporte eletrônico por difusão e o outro leva em consideração a dopagem eletroquímica e a consequente formação de uma junção PIN (semicondutor dopado tipo-p camada isolante semicondutor dopado tipo-n). Nesse contexto, propusemos a fabricação e caracterização elétrica de PLECs com diversas composições e espessuras a fim de confrontar os resultados experimentais com os modelos em questão. Demonstramos a existência de uma concentração crítica de sal, abaixo da qual a operação da PLEC é promovida predominantemente por injeção auxiliada pela formação de duplas-camadas devido ao movimento iônico. No regime de tensões mais elevadas, além da injeção, ocorre a dopagem tipo-p e tipo-n e a formação da junção PIN. Além disso, determinamos que para tensões superiores à de operação o dispositivo apresenta comportamento ôhmico, com resistência elétrica proporcional à espessura do dispositivo e praticamente independente da temperatura. Nossos resultados mostraram que no regime de tensões mais baixas deve ocorrer um processo de transporte por difusão, mas à medida que a tensão aumenta, inicia-se um processo de dopagem tipo-p de um lado e tipo-n de outro, aumentando a condutividade das regiões dopadas e finalizando com a formação de uma junção PIN. Mostramos também que a tensão acumulada nas duplas-camadas independe do tipo de polímero eletrônico, e que a tensão de operação, aquela na qual o polímero luminesce, é semelhante á do gap da banda proibida do polímero luminescente. / Polymer light emitting electrochemical cells, PLECs, are organic electronic devices that have attracted commercial interest because they operate at low voltage and exhibit high performance without the need of specific electrodes such as indium tin oxide (ITO), calcium and others. This feature provides low cost of fabrication and exible devices. The charge injection in the PLECs is facilitated by the action of ionic species, which are inserted in the polymeric material by adding a salt. This thesis treats with a controversy related to transport phenomena along the bulk of the device. Currently, there is two opposite models. One that considers that transport is driven by diffusion mechanism; and the other takes into account the formation of a PIN junction (p-type semiconductor insulating layer n-type semiconductor). Here, we proposed the fabrication and characterization of PLECs having different compositions and thickness, and the results were faced up to the models. We showed the existence of critical concentration of salt, below of which the operation of the PLECs are mainly due to injection stimulated by the ionic double-layer. For higher applied voltages, the injection still exists but it is followed by a PIN junction formation. We also verified that for voltages above the turn-on the device electrical resistance is proportional to the sample thickness and is practically temperature-independent. Our results showed that for low voltages the transport is dominated by diffusion, but as the voltage increases, the semiconducting layer starts to be doped: p-type in one side, and n-type in the other. Therefore, the conductivity of the semiconducting layer increases, and it finalizes by the formation of the PIN junction. Finally, we showed that the double-layer characteristic does not depend on the electronic polymer, and that the value of the turn-on voltage is very close to that of the electronic gap of the forbidden band.

A tecnologia dos semicondutores inorgânicos tem dominado a indústria eletrônica por muitos anos. No entanto, com a descoberta dos polímeros condutores um esforço considerável tem sido dedicado ao estudo e às aplicações tecnológicas desses materiais em dispositivos eletrônicos, dando início a um novo ramo da eletrônica: a Eletrônica Orgânica (EO). Uma das grandes vantagens da EO reside nos métodos de processamento. Os materiais orgânicos são facilmente processados em solução, portanto permite o uso de diversas técnicas de deposição, como por exemplo, as técnicas de impressão. Dentre as técnicas de impressão, a jato de tinta é a que mostra ser mais adequada à impressão de circuitos. Ela permite depositar volumes de soluções (ou suspensões) da ordem de picolitros em cada gota mantendo padrões bem definidos. Além disso, elimina o uso de máscaras, ocasionando diminuição nos custos e desperdício de material e, por ser um método de deposição tipo não-contato, minimiza possíveis contaminações. Esta tese dedicou-se, dentro desse contexto, ao domínio da técnica de jato de tinta para a confecção de transistores de efeito de campo orgânico (OFETs) tipo p e tipo n, e com aplicação em um inversor lógico unipolar. Os OFETs impressos usaram a arquitetura top gate/bottom contact (TG/BC. Os filmes semicondutores foram formados por várias linhas impressas sobre a região dos eletrodos fonte e dreno. Para os OFETs tipo p foi utilizado o semicondutor Poli(3-hexiltiofeno) régio-regular (rr-P3HT). Foram fabricados OFETs tipo p com a impressão de linhas utilizando os quatro diferentes padrões de deposição da impressora Autodrop. OFETs tipo p com mobilidade em torno de 3x10-3 cm2/V.s e razões Ion/Ioff da ordem de 103 foram obtidos utilizando um padrão de deposição paralelo e outro perpendicular a fonte e dreno. Para os OFETs tipo n o semicondutor usado foi o Poli{[N,N\'-bis(2-octildodecil)-naftaleno-1,4,5,8-bis(dicarboximida)-2,6-diil]-alt-5,5\'-(2,2\'-bitiofeno)]} (P(NDI2OD-T2)). Dentre os OFETs tipo n impressos os melhores apresentaram mobilidades em torno de 10-2 cm2/V.s e razões Ion/Ioff de aproximadamente 5x102. Ambos os OFETs impressos foram aplicados em inversores lógicos digitais unipolares com ganhos maiores que 1. / The technology of inorganic semiconductors has dominated the industry of electronics for many years. However, since the discovery of conductive polymers considerable effort has been devoted to studies and technological applications of these materials in electronic devices, starting a new branch of electronics: Organic Electronics (OE). One of the great advantages of OE lies in the processing methods. The organic materials are easily handled in solution, thus allows the use of various deposition techniques, as for example the printing techniques. Among the techniques of printing, inkjet is showing to be more suitable for printing circuits. It allows you to deposit solutions (or suspensions) volumes on the order of picoliters in each drop, performing well-defined patterns. Furthermore, it eliminates the use of masks, resulting in reduced costs and material waste. This thesis is dedicated to the field of inkjet technique, specifically for the fabrication of organic field-effect transistors (OFETs), p-type and n-type, and application in a unipolar logic inverter. Printed OFETs used architecture top gate/bottom contact (TG/BC). The semiconductor films were formed by several printed lines on the region of the source and drain electrodes. For p-type OFETs we used poly (3-hexylthiophene ) regio-regular (rr-P3HT) as semiconducting material. The p-type OFETs were fabricated using the four different patterns of deposition of the printer Autodrop. These OFETs showed mobility around 3x10-3 cm2/V.s and Ion/Ioff ratio of the order of 103 for the deposition pattern parallel and perpendicular to source and drain. For the n-type OFETs the semiconductor used was Poly{[N,N\'-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5\'-(2,2\'-bithiophene)]} (P(NDI2OD-T2)). Among the printed n-type OFETs the best showed mobility around of 10-2 cm2/V.s and Ion/Ioff ratio of the order of 5x102. Both printed OFETs were applied in unipolar digital logic inverters, with gains greater than 1.

O trabalho desta dissertação versou sobre avanços em tecnologias de eletrônica impressa de baixo custo. Em particular, aplicamos as técnicas de impressão por serigrafia e por jato de tinta para confeccionar dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos. O primeiro dispositivo construído foi resistências impressas por jato de tinta tendo como matérias primas o poli(3,4-etileno dióxido tiofeno) com sulfonato de poliestireno (PEDOT:PSS) e nanopartículas de prata sobre substratos de vidro. Os valores das resistências foram analisados em se variando parâmetros de impressão. Como segundo dispositivo, imprimimos pela técnica de serigrafia sobre vidro e kapton, antenas de cartões de RFIDs (Radio-Frequency Identifications), também com os dois materiais: tinta de prata e PEDOT:PSS. Os RFIDs foram projetados para operar em frequências entre 860 MHz e 960 MHz. A antena de PEDOT:PSS mostrou alcance de 0,45 m, enquanto que a de tinta prata teve alcance de 1,6 m em 860 MHz e de 4 m em 960 MHz. Fabricamos também células eletroquímicas emissoras de luz (Organic Light Emitting Electrochemical Cells - OLECs), no qual substituímos o eletrodo transparente de óxido de índio (ITO), por um feito de PEDOT:PSS, aplicado por serigrafia sobre vidro. A camada ativa da célula luminescente foi feita por uma mistura de óxido de polietileno complexado com sal de lítio e um polímero luminescente derivado de polifluoreno que emite no verde. As curvas características de corrente e luminância em função da voltagem externa aplicada mostrou o bom desempenho das células fabricadas. Finalmente, produzimos células fotovoltaicas orgânicas, em que o eletrodo transparente, também de PEDOT:PSS, foi depositado por serigrafia sobre vidro. A camada ativa nesse caso foi um sistema bifásico feito de poli(3hexiltiofeno) (P3HT) e um éster, o [6,6]-fenil-C61-ácido metil-butírico (PCBM). Esse dispositivo apresentou um Fator de Preenchimento de 0,47 e uma eficiência externa de aproximadamente 2%. / The work developed along this thesis presents advances in printed electronic technologies of low cost. In particular we applied printable serigraphic and Inkjet technologies to produce electronic and optoelectronic devices. First, we produced resistances having poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) and silver paint as active materials, using an Inkjet printer on glass substrate. We made studies of the resistance performance varying some printed parameters. Then, by serigraphy screen printing was printed, on substrates of kapton and glass, an antenna in an Radio-Frequency Identification card (RFID), also from PEDOT:PSS and from silver paint. This RFID was projected to operate in a frequency range from approximately 860 MHz to 960 MHz. The antenna made of PEDOT:PSS operated in a distance of 0.45 m, while that of silver varied from 1.6 m at 860 MHz to 4 m at 960 MHz. In an Organic Light Emitting Electrochemical Cell (OLEC) we applied one of the electrodes, a PEDOT:PSS layer, as a transparent electrode by serigraphy on glass substrate for made to replace of ITO. The active layer was a mixture of a poly(ethylene oxide) complexed with lithium salt and a derivative of polyfluorene that is a green emitter. The characteristic curves of current and luminance against the applied external voltage assured us the good performance of the device. Similar result was obtained with the performance of an organic photovoltaic (OPV), in which the active layer was a biphasic system made by poly(3-hexylthiophene) (P3HT) and [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM), in which the transparent electrode (PEDOT:PSS) was also printed by serigraphy on glass substrate. In this device we obtained a Fill Factor of 0.47 and an external efficiency of almost 2%.

Submitted by Kleyton Torikai (kleyton.torikai@gmail.com) on 2019-01-28T20:34:40Z No. of bitstreams: 1 kleyton_dissertacao_finalv2.pdf: 9722270 bytes, checksum: 2a886af434c5689660841438b2412e23 (MD5) / Rejected by Lucilene Cordeiro da Silva Messias null (lubiblio@bauru.unesp.br), reason: Solicitamos que realize uma nova submissão seguindo as orientações abaixo: 1 - Inserir logo após a folha de rosto a ficha catalográfica, pois é um ítem obrigatório. Agradecemos a compreensão on 2019-01-29T10:56:24Z (GMT) / Submitted by Kleyton Torikai (kleyton.torikai@gmail.com) on 2019-01-29T14:41:56Z No. of bitstreams: 1 kleyton_dissertacao_finalv3_submetida.pdf: 9782713 bytes, checksum: 3775eee15d15983b2b404989e8170b7b (MD5) / Approved for entry into archive by Lucilene Cordeiro da Silva Messias null (lubiblio@bauru.unesp.br) on 2019-01-30T12:02:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 torikai_K_me_bauru.pdf: 9782713 bytes, checksum: 3775eee15d15983b2b404989e8170b7b (MD5) / Made available in DSpace on 2019-01-30T12:02:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 torikai_K_me_bauru.pdf: 9782713 bytes, checksum: 3775eee15d15983b2b404989e8170b7b (MD5) Previous issue date: 2018-12-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A eletrônica orgânica mostrou-se comercialmente viável e competitiva, já sendo integrada em diversas tecnologias, e.g., displays flexíveis de OLED, painéis solares de grande área, dispositivos biocompatíveis/vestíveis, entre outras. A utilização de materiais orgânicos na fabricação de dispositivos eletrônicos explora vantagens como: flexibilidade mecânica, baixas temperaturas de processamento e possibilidade de se implementar melhorias e ajustes por meio de sínteses químicas. Entretanto, a eletrônica inorgânica já bem estabelecida ainda se destaca na área da eletrônica robusta, uma vez que os semicondutores orgânicos (OSCs) são bastante suscetíveis a condições mais extremas, como exposição a gases e radiação. Nesse sentido, a tecnologia de nanomembranas autoenroladas (NM) tem mostrado, nos últimos anos, um grande potencial na fabricação de dispositivos híbridos ultracompactos em uma arquitetura inédita para transistores orgânicos de filmes finos (OTFTs). A partir das técnicas tradicionais de microfabricação—fotolitografia, deposição de filmes finos—fabricou-se OTFTs sobre NMs que, uma vez liberadas do substrato através da remoção sistemática de uma camada de sacrifício, remodelam os dispositivos em uma arquitetura tubular tridimensional, reduzindo a área ocupada em aproximadamente 90% e protegendo os OSCs da área ativa do OTFT entre as múltiplas voltas das NMs. Assim, mostrou-se que a arquitetura confere novas propriedades aos OTFTs sem prejudicar as propriedades elétricas, suportando centenas de ciclos de compressão mecânica e mostrando-se resistentes a radiação ultravioleta e a vapores agressivos, como a amônia. Por fim, para validar a arquitetura de OTFT inédita, mostra-se que a estratégia utilizada é válida para diferentes OSCs e pode ser utilizada na fabricação de circuitos eletrônicos mais complexos a partir da associação de múltiplos dispositivos, como o inversor aqui apresentado. / In the recent years, the organic electronics’ commercial viability and competitiveness became apparent, integrating a diversity of technologies, e.g., OLED flexible displays, large-area solar panels and biocompatible and wearable devices. The manufacturing of electronic devices with organic materials aims at exploiting inherent characteristics— mechanical flexibility, low processing temperatures and the potential of boosting and tailoring specific properties through chemical synthesis. However, there’s still a gap between the well-established inorganic and the organic electronics concerning applications on rugged electronics, since the organic semiconductors (OSCs) are very susceptible to harsh conditions, e.g., exposition to UV radiation and gases. In this sense, recent advances on strained nanomembrane (NM) technology has shown enormous potential in the manufacturing of hybrid ultracompact devices in a novel organic thin-film transistor (OTFT) architecture. Through traditional microfabrication techniques—photolithography, thin-film deposition—OTFTs were fabricated on top of strained NMs, which promotes a reshaping of the devices into a 3D tubular architecture when released from the substrate. This process promotes a reduction in about 90% of the footprint area while protecting the OSC in the active area in between the multiple device windings. Therefore, the OTFTs have been endowed with new proprieties without loss of electric performance, while enduring hundreds of mechanical compression cycles and showing increased resilience against UV radiation and hazardous vapors, such as ammonia. Finally, to validate this novel OTFT architecture, this strategy has been shown to be valid for different OSCs and can be used to manufacture electronic circuits through the association of multiple devices, such as the inverter reported in this study. / CAPES: Código de financeamento 001 / FAPESP: Jovem Pesquisador 2014/25979-2

O trabalho desta dissertação versou sobre avanços em tecnologias de eletrônica impressa de baixo custo. Em particular, aplicamos as técnicas de impressão por serigrafia e por jato de tinta para confeccionar dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos. O primeiro dispositivo construído foi resistências impressas por jato de tinta tendo como matérias primas o poli(3,4-etileno dióxido tiofeno) com sulfonato de poliestireno (PEDOT:PSS) e nanopartículas de prata sobre substratos de vidro. Os valores das resistências foram analisados em se variando parâmetros de impressão. Como segundo dispositivo, imprimimos pela técnica de serigrafia sobre vidro e kapton, antenas de cartões de RFIDs (Radio-Frequency Identifications), também com os dois materiais: tinta de prata e PEDOT:PSS. Os RFIDs foram projetados para operar em frequências entre 860 MHz e 960 MHz. A antena de PEDOT:PSS mostrou alcance de 0,45 m, enquanto que a de tinta prata teve alcance de 1,6 m em 860 MHz e de 4 m em 960 MHz. Fabricamos também células eletroquímicas emissoras de luz (Organic Light Emitting Electrochemical Cells - OLECs), no qual substituímos o eletrodo transparente de óxido de índio (ITO), por um feito de PEDOT:PSS, aplicado por serigrafia sobre vidro. A camada ativa da célula luminescente foi feita por uma mistura de óxido de polietileno complexado com sal de lítio e um polímero luminescente derivado de polifluoreno que emite no verde. As curvas características de corrente e luminância em função da voltagem externa aplicada mostrou o bom desempenho das células fabricadas. Finalmente, produzimos células fotovoltaicas orgânicas, em que o eletrodo transparente, também de PEDOT:PSS, foi depositado por serigrafia sobre vidro. A camada ativa nesse caso foi um sistema bifásico feito de poli(3hexiltiofeno) (P3HT) e um éster, o [6,6]-fenil-C61-ácido metil-butírico (PCBM). Esse dispositivo apresentou um Fator de Preenchimento de 0,47 e uma eficiência externa de aproximadamente 2%. / The work developed along this thesis presents advances in printed electronic technologies of low cost. In particular we applied printable serigraphic and Inkjet technologies to produce electronic and optoelectronic devices. First, we produced resistances having poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) and silver paint as active materials, using an Inkjet printer on glass substrate. We made studies of the resistance performance varying some printed parameters. Then, by serigraphy screen printing was printed, on substrates of kapton and glass, an antenna in an Radio-Frequency Identification card (RFID), also from PEDOT:PSS and from silver paint. This RFID was projected to operate in a frequency range from approximately 860 MHz to 960 MHz. The antenna made of PEDOT:PSS operated in a distance of 0.45 m, while that of silver varied from 1.6 m at 860 MHz to 4 m at 960 MHz. In an Organic Light Emitting Electrochemical Cell (OLEC) we applied one of the electrodes, a PEDOT:PSS layer, as a transparent electrode by serigraphy on glass substrate for made to replace of ITO. The active layer was a mixture of a poly(ethylene oxide) complexed with lithium salt and a derivative of polyfluorene that is a green emitter. The characteristic curves of current and luminance against the applied external voltage assured us the good performance of the device. Similar result was obtained with the performance of an organic photovoltaic (OPV), in which the active layer was a biphasic system made by poly(3-hexylthiophene) (P3HT) and [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM), in which the transparent electrode (PEDOT:PSS) was also printed by serigraphy on glass substrate. In this device we obtained a Fill Factor of 0.47 and an external efficiency of almost 2%.