A presente tese de doutorado apresenta um estudo comparativo das características elétricas de dispositivos emissores de luz poliméricos (PLEDs) confeccionados com óxido de índio dopado com zinco (IZO) como eletrodo transparente alternativamente ao ITO comumente usado em dispositivos poliméricos. As propriedades elétricas de filmes de IZO depositados a frio foram obtidas através da técnica de impedanciometria. Descrevemos detalhadamente todo o processo de fabricação dos dispositivos, com os respectivos eletrodos, em estrutura simples ou contendo uma camada adicional de PEDOT. Dois polímeros luminescentes foram utilizados como camada ativa em nossos dispositivos: MEH-PPV e uma blenda de derivados de Polifluoreno. Nossos resultados mostram que o IZO apresenta todas as características para substituir o ITO enquanto anodo transparente em dispositivos optoeletrônicos poliméricos. Realizamos estudos detalhados das propriedades elétricas de dispositivos fabricados com MEH-PPV e com blendas de derivados de polifluorenos, com ITO ou com IZO e com ou sem camada intermediária de PEDOT, e para isso usamos as técnicas de medida estacionária (J-V) e alternada (impedanciometria). Os resultados foram analisados à luz dos modelos de injeção de Arkhipov, para resposta estacionária, e de circuitos equivalentes e de Dyre para espectroscopia em freqüência. Ao modelo de Arkhipov, adicionamos um termo de corrente de tunelamento que melhorou o ajuste para região de campos altos. Dos ajustes teórico-experimentais obtivemos importantes parâmetros dos dispositivos. / In this thesis we presented a detailed study of polymer light-emitting diodes (PLEDs) made with IZO as transparent electrode alternative to ITO. The electrical properties of thin film of IZO were studied by impedance measurements. Measurements with devices containing an additional transport layer of PEDOT were also performed. We used two different thin polymeric films for such studies: the MEH-PPV and a blend made by two polyfluorene derivatives. We also carried out a detailed investigation of several devices, making use of two techniques: by stationary J-V and by impedance measurements. The results were analyzed by the Arkhipov model (for stationary results), and by equivalent circuits and Dyre´s model for the spectroscopic results. We introduced an additional term of tunneling effect to the Arkhipov model, which improved the theoretical fitting over the experimental results at high fields. From the fittings we obtained important parameters of the produced devices.

A presente tese de doutorado apresenta um estudo comparativo das características elétricas de dispositivos emissores de luz poliméricos (PLEDs) confeccionados com óxido de índio dopado com zinco (IZO) como eletrodo transparente alternativamente ao ITO comumente usado em dispositivos poliméricos. As propriedades elétricas de filmes de IZO depositados a frio foram obtidas através da técnica de impedanciometria. Descrevemos detalhadamente todo o processo de fabricação dos dispositivos, com os respectivos eletrodos, em estrutura simples ou contendo uma camada adicional de PEDOT. Dois polímeros luminescentes foram utilizados como camada ativa em nossos dispositivos: MEH-PPV e uma blenda de derivados de Polifluoreno. Nossos resultados mostram que o IZO apresenta todas as características para substituir o ITO enquanto anodo transparente em dispositivos optoeletrônicos poliméricos. Realizamos estudos detalhados das propriedades elétricas de dispositivos fabricados com MEH-PPV e com blendas de derivados de polifluorenos, com ITO ou com IZO e com ou sem camada intermediária de PEDOT, e para isso usamos as técnicas de medida estacionária (J-V) e alternada (impedanciometria). Os resultados foram analisados à luz dos modelos de injeção de Arkhipov, para resposta estacionária, e de circuitos equivalentes e de Dyre para espectroscopia em freqüência. Ao modelo de Arkhipov, adicionamos um termo de corrente de tunelamento que melhorou o ajuste para região de campos altos. Dos ajustes teórico-experimentais obtivemos importantes parâmetros dos dispositivos. / In this thesis we presented a detailed study of polymer light-emitting diodes (PLEDs) made with IZO as transparent electrode alternative to ITO. The electrical properties of thin film of IZO were studied by impedance measurements. Measurements with devices containing an additional transport layer of PEDOT were also performed. We used two different thin polymeric films for such studies: the MEH-PPV and a blend made by two polyfluorene derivatives. We also carried out a detailed investigation of several devices, making use of two techniques: by stationary J-V and by impedance measurements. The results were analyzed by the Arkhipov model (for stationary results), and by equivalent circuits and Dyre´s model for the spectroscopic results. We introduced an additional term of tunneling effect to the Arkhipov model, which improved the theoretical fitting over the experimental results at high fields. From the fittings we obtained important parameters of the produced devices.

Understanding the orientation of small organic acid modifiers on metal oxide electrodes is important in advancing the field of organic photovoltaics (OPVs). In this work, the orientation of a group of these small organic acid modifiers will be investigated on indium zinc oxide (IZO). Polarization modulation-infrared reflectance-absorbance spectroscopy (PM-IRRAS) is the primary technique used to determine these orientations. In order to determine orientations from PM-IRRAS data, other chemical and physical properties of the modifiers, such as density and surface coverage, must be experimentally determined. Neutral buoyancy is used to determine the density of the modifiers, while X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is used to estimate surface coverage of these modifiers on IZO. These techniques are also used to determine binding mode of these modifiers on IZO. The tilt angles (θ) were found to be 50 ± 3°, 64 ± 2°, and 43 ± 3° for F₅BnPA, F₅BnCA, and F₅BnHA, respectively, meaning that the phenyl ring in F₅BnHA is more perpendicular to the surface while the phenyl ring in F₅BnCA more parallel to the surface. All three modifiers were also found to bind to IZO in a bidentate manner. In contrast, F₅BnSA etches away significant portions of the IZO substrate.

Die Temperung mittels Xenon-Blitzlampen (Flash Lamp Annealing - FLA) ist ein Kurzzeittemperverfahren mit Pulszeiten im Bereich von Millisekunden, bei dem nur die Oberfläche eines Substrats erhitzt wird. Durch die Blitzlampentemperung kann der Schichtwiderstand von tansparenten leitfähigen Oxidschichten reduziert und die Transmission im sichtbaren Licht erhöht werden. In dieser Arbeit wurde dies am Beispiel von Indium-Zinn-Oxid (ITO), Indium-Zink-Oxid (IZO) und aluminiumdotiertem Zinkoxid (AZO) gezeigt. Es wurde untersucht, welchen Einfluss verschiedene Prozessparameter wie Energiedichte und Pulszeit des Xenonlichtblitzes, die Absorption der zu behandelnden Schicht, die Gasatmosphäre während der Temperung, die Reflexion im Prozessraum und das Substratmaterial auf die optischen und elektrischen Eigenschaften der Schichten haben. Für ITO-Schichten mit einer Schichtdicke von 150 nm kann der Widerstand von 45 auf <14 Ohm verbessert werden, was vergleichbar mit einer konventionellen Temperung im Umluftofen ist.

Die Temperung mittels Xenon-Blitzlampen (Flash Lamp Annealing - FLA) ist ein Kurzzeittemperverfahren mit Pulszeiten im Bereich von Millisekunden, bei dem nur die Oberfläche eines Substrats erhitzt wird. Durch die Blitzlampentemperung kann der Schichtwiderstand von tansparenten leitfähigen Oxidschichten reduziert und die Transmission im sichtbaren Licht erhöht werden. In dieser Arbeit wurde dies am Beispiel von Indium-Zinn-Oxid (ITO), Indium-Zink-Oxid (IZO) und aluminiumdotiertem Zinkoxid (AZO) gezeigt. Es wurde untersucht, welchen Einfluss verschiedene Prozessparameter wie Energiedichte und Pulszeit des Xenonlichtblitzes, die Absorption der zu behandelnden Schicht, die Gasatmosphäre während der Temperung, die Reflexion im Prozessraum und das Substratmaterial auf die optischen und elektrischen Eigenschaften der Schichten haben. Für ITO-Schichten mit einer Schichtdicke von 150 nm kann der Widerstand von 45 auf <14 Ohm verbessert werden, was vergleichbar mit einer konventionellen Temperung im Umluftofen ist.