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Generation and recombination of excited states in organic semiconductors

Ribeiro Júnior, Luiz Antônio 23 January 2015 (has links)
Tese (doutorado)—University of Brasília, Institute of Physics, 2015. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2015-06-01T18:14:52Z No. of bitstreams: 1 2015_LuizAntonioRibeiroJunior_Parcial.pdf: 1176680 bytes, checksum: e16af3a14a4a2a6c7b594c5c7316f8c3 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2015-06-01T20:09:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_LuizAntonioRibeiroJunior_Parcial.pdf: 1176680 bytes, checksum: e16af3a14a4a2a6c7b594c5c7316f8c3 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-01T20:09:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_LuizAntonioRibeiroJunior_Parcial.pdf: 1176680 bytes, checksum: e16af3a14a4a2a6c7b594c5c7316f8c3 (MD5) / Desde de a descoberta das propriedades de emissão de luz atribuídas aos semicondutores orgânicos baseados em grupos fenil na década de 90, esforços consideráveis têm sido empregados no estudo de propriedades fotofísicas desses materiais. Vantagens interessantes como facilidade de síntese, flexibilidade, baixo custo de produção e vasta área de aplicação tornam os semicondutores orgânicos atrativos para a indústria de eletrônicos, particularmente quando a fabricação de uma nova tecnologia de telas é considerada. Existem várias aplicações em potencial tais como células solares orgânicas, transistores de filme–fino e diodos emissores de luz orgânicos (OLDEs). A dinâmica de recombinação entre quase–partículas, de maneira a formar espécies excitadas, tem sido identificada como um processo importante nessas aplicações. Um dos desafios relevantes na ciência e tecnologia de semicondutores orgânicos é a caracterização dos efeitos de temperatura e impureza sobre a geração e recombinação entre quase–partículas. Com isso, o entendimento de como tais efeitos desempenham o papel de alterar a dinâmica de formação de novos produtos é de fundamental importância para o desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos mais eficientes. Nesta tese, a dinâmica de recombinação entre quase–partículas em semicondutores orgânicos é investigada numericamente sob influência de impurezas, interações coulombianas, temperatura e campo elétrico externo. O objetivo desse trabalho é fornecer um panorama físico dos produtos e seus respectivos rendimentos resultantes da recombinação entre diferentes tipos de quase–partículas em semicondutores orgânicos, principalmente quando os efeitos mencionados acima são levados em consideração, contribuindo para a compreensão deste processo, que pode fornecer orientações para aprimorar, por exemplo, a eficiência de processos que envolvam eletroluminescência em dispositivos optoeletrônicos tais como OLEDs. / Since the discovery of light emitting properties on phenyl–based organic semiconductors in the 90’s, considerable efforts have been devoted to study the photophysical applications of conjugated polymers for development of new technologies in organic optoelectronic devices. The potential advantages in terms of ease of synthesis, flexibility, low cost, and large-area capability make the organic semiconductors attractive for the electronics industry, particularly when it comes to the promising development of a new display technology. There are many potential applications such as Organic Solar Cells, Thin–Film Transistors, and Organic Light Emitting Diodes (OLEDs). The recombination dynamics between quasi–particles, in order to generate excited species, has been identified as an important process in these applications. Furthermore, the products arising from the recombination mechanism as well as their final yields, have been shown to be directly related to the devices performance. One of the significant challenges in the science and technology of organic semiconductors is the characterization of the temperature and impurity effects on the generation and recombination of quasi–particles. Thus, understanding how such effects play the role of changing the formation dynamics of new products from the recombination process is of fundamental importance to the development of more efficient optoelectronic devices. In this thesis, the recombination dynamics between quasi–particles in organic semiconductors is numerically investigated under the influence of impurities, Coulomb interactions, temperature and an external electric field. The aim of this work is to give a physical picture of the products and their yields derived from the recombination of different kinds of quasi–particles in organic semiconductors, when the above–mentioned effects are considered and contribute to the understanding of these important processes, which may provide guidance to improve, for example, the electroluminescence yields in OLEDs.
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Estudo das propriedades ótica e elétrica da clorofilina cúprica de sódio para aplicação em dispositivos conversores de energia.

Yoshioka, Nathália Akemi January 2014 (has links)
Programa de Pós-Graduação em Ciências – Física de Materiais. Departamento de Física, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2015-10-19T18:20:21Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_EstudoPropriedadesÓtica.pdf: 5454417 bytes, checksum: ba17d5bd9cd612c2b8e2084921e42a4c (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2015-10-26T11:06:20Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_EstudoPropriedadesÓtica.pdf: 5454417 bytes, checksum: ba17d5bd9cd612c2b8e2084921e42a4c (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-26T11:06:20Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_EstudoPropriedadesÓtica.pdf: 5454417 bytes, checksum: ba17d5bd9cd612c2b8e2084921e42a4c (MD5) Previous issue date: 2014 / Este trabalho tem como objetivo principal estudar as propriedades optoeletrônicas da clorofilina cúprica de sódio (SCC) comercial para aplicação em dispositivos fotovoltaicos com estruturas ITO/(PAH/SCC)n/Al e ITO/(PAH/SCC)n/Ca/Al. A motivação para a realização deste estudo é o desenvolvimento de células solares orgânicas de baixo custo à base de materiais com solubilidade em água que possam ser utilizados como fontes alternativas de energia renovável. Filmes depositados pela técnica de automontagem (LBL, do inglês layer-bylayer) e soluções de SCC em diferentes solventes foram preparadas e suas propriedades foram investigadas por meio da espectroscopia de absorção e fluorescência. Utilizou-se como camada fotoativa os filmes automontados de SCC nos dispositivos fotovoltaicos de monocamada. Os dispositivos foram, então, caracterizados eletricamente através das medidas de condutividade dc (curvas tensão-corrente) e da espectroscopia de impedância (ac) e medida de fotocondutividade persistente. A partir dos resultados e dos ajustes teóricos, foi possível analisar os processos optoeletrônicos envolvidos na conversão de energia pelo dispositivo, caracterizá-los quando a sua eficiência de conversão e obter parâmetros importantes que influenciam o desempenho dos dispositivos fotovoltaicos. _____________________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: In this work, sodium copper chlorophyllin (SCC) optoelectronic properties were analyzed and employed as active layer of organic photovoltaic device with ITO/(PAH/SCC)n/Al and ITO/(PAH/SCC)n/Ca/Al structures. Organic photovoltaic devices (OPVs) based on water-soluble materials could be low-cost production, chlorinated solvents free, widely practical, foldable, and flexible large area devices. The SCC film was deposited onto ITO electrode by layer-by-layer technique (LBL) which involves the sequential deposition of multilayers by immersing the substrates alternately into aqueous cationic solution of polyallylamine hydrochloride (PAH) and anionic solutions of sodium copper chlorophyllin (SCC). The absorption spectra of films and solutions were optically characterized with UV-Vis and fluorescence spectroscopies. Photovoltaic devices were characterized by the current density–voltage, impedance spectroscopy and persistent photocondutivity measurement. Experimental data were fitted by theoretical models and important parameters of devices performance were found.
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Sistemas híbridos luminescentes, tipo absorvedor-emissor de energia, para aplicação em sensores de radiação.

Silva, Mariana de Melo January 2015 (has links)
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Marise Leite (marise_mg@yahoo.com.br) on 2016-03-02T14:41:13Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) TESE_SistemasHíbridosLuminescentes.pdf: 4818756 bytes, checksum: d93bc196716d14d7913a978b76ee29da (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2016-03-04T18:56:27Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) TESE_SistemasHíbridosLuminescentes.pdf: 4818756 bytes, checksum: d93bc196716d14d7913a978b76ee29da (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-04T18:56:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) TESE_SistemasHíbridosLuminescentes.pdf: 4818756 bytes, checksum: d93bc196716d14d7913a978b76ee29da (MD5) Previous issue date: 2015 / Vários processos médicos e industriais utilizam radiação como tratamentos de materiais e pacientes. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de sistemas luminescentes versáteis, tipo absorvedor-emissor de energia, para aplicação como sensores de radiação em uma ampla faixa espectral: raios-X (Tubo de Cobre – 40 Kv, 40 mA), radiação Gama (1,33 Mev), luz azul (= 450 nm) e UV ( 300 nm). As principais características desses sistemas são: (1) a fotodegradação do poli(2-metóxi,5-etil(2-hexilóxi)p-fenilenovinileno) (MEH-PPV), atrelado a alteração de cor e da sobreposição dos espectros de absorção desse polímero com a emissão induzida pela radiação de Tungstato de Cádmio (CdWO4), e (2) a emissão de pontos quânticos – Quantum Dots (QDs) de Seleneto de Cádmio Zinco (CdZnSe) e Seleneto de Cádmio Enxofre (CdZnS) com tamanhos diferentes. Filmes, em matriz de poliestireno (PS), e soluções desses materiais foram preparados e, em seguida, as propriedades óticas dos sistemas foram investigadas por meio das técnicas de espectrofotometria de absorção no UV-Vis (ABS), fotoluminescência (PL) e diagrama de cromaticidade. Como resultado, observa-se a dependência direta da resposta dose-cor a composição química dos sistemas. Como principal resultado, observa-se que é possível adequar a combinações de materiais luminescentes para aplicação a determinada faixa de energia de radiação. Para filmes expostos a luz UV, por exemplo, observa-se resposta mais rápida com o aumento da massa de CdWO4. Já os QDs, apresentam eficiência quântica de até 80% expostos a UV, e variação da fotoemissão de 430 a 670 nm. Para filmes expostos de PS/MEH-PPV a luz azul, observa-se queda de 90% na intensidade de emissão com doses terapêuticas. Por outro lado, a resposta desse filme com CdWO4 a radiação ionizante, raios-X e gama, observa-se variação na resposta ótica com a massa de CdWO4. A partir desses resultados pode-se concluir que é possível ajustar o tempo de mudança da predominância da emissão dos materiais, e assim da cor de emissão do sistema, por meio da simples alteração da relação entre a massa dos materiais. O resultado se torna importante para o desenvolvimento de novos sensores de radiação, cuja resposta seja indicativa não apenas de dose de radiação, mas também típica de um dispositivo tipo indicador “Sim” ou “Não”, quando necessário. Neste caso, “Sim” indicaria que a dose de radiação requerida foi atingida, e “Não” que a dose de radiação foi inferior a necessária. ____________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: Several medical and industrial processes employ radiation materials and patient treatments. In this context, the main goal of this work is to develop versatile luminescent systems, energy absorber-emitter type, for use as radiation sensors in a wide spectral range: X-ray (Copper Tube - 40 kV, 40 mA), radiation gamma (1.33 MeV), light blue (450 nm) and UV (300 nm). The main features of these systems are: (1) the photodegradation of poly (2-methoxy,5-ethyl(2-hexyloxy)p-phenylenevinylene) (MEH-PPV), associated to color change and the overlap of the absorption spectra of the polymer with the emission induced by radiation of Cadmium tungstate (CdWO4) and (2) the emission of selenide Cadmium Zinc (CdZnSe) and selenide of cadmium sulfur (CdZnS) Quantum Dots (QD) with different sizes. Films, in polystyrene (PS) matrix, and solutions of these materials were prepared and then the optical properties of the systems were investigated by measurements of absorption spectrophotometry in the UV-Vis (ABS), photoluminescence (PL) and chromaticity diagram. As a result, there is a direct dependency on the dose-color response with the chemical composition of the system. As the main result, we observe that it is possible to adjust the combinations of luminescent materials for application to a particular radiation energy range. For films exposed to UV light, for example, it is observed faster response with increased mass CdWO4. Since the QDs, exhibit quantum efficiency up to 80% exposed to UV and photoemission variation of 430 to 670 nm. For PS/MEH-PPV film exposed to blue light, there was decrease of 90% in emission intensity at therapeutic doses. On the other hand, the response of the CdWO4 film with ionizing radiation, X-ray and gamma, it is observed variation in optical response with the mass of CdWO4. From these results it can be concluded that it is possible to adjust the time of change on prevalence of the emission of materials, and thus the emission color of the system, by simply changing the ratio of the mass of material. The result becomes important for the development of new radiation sensors whose response is indicative not only of radiation dose, but also typical for a device type indicator "Yes" or "No" when necessary. In this case, "Yes" would indicate that the required radiation dose was reached, and "No" that the radiation dose was less than required.
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Análise de modelos de transporte eletrônico em transistores orgânicos de efeito de campo

Lira, Pedro Henrique Pereira 01 March 2016 (has links)
Dissertação (mestrado)–Universidade de Brasília, Universidade UnB de Planaltina, Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-07-08T12:04:02Z No. of bitstreams: 1 2016_PedroHenriquePereiraLira.pdf: 4515253 bytes, checksum: 1c80f0524d222660070cb7cc5baaa227 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-07-08T20:54:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_PedroHenriquePereiraLira.pdf: 4515253 bytes, checksum: 1c80f0524d222660070cb7cc5baaa227 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-08T20:54:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_PedroHenriquePereiraLira.pdf: 4515253 bytes, checksum: 1c80f0524d222660070cb7cc5baaa227 (MD5) / O presente estudo analisa os mecanismos que governam o transporte eletrônico em semicondutores orgânicos, aplicando-os em transistores orgânicos de efeito de campo (OFET). O semicondutor utilizado nos testes foi o pentaceno em um OFET de arquétipo “bottom-gate”. As teorias abordadas para o transporte eletrônico incluíram o acoplamento elétron-fônon, polarons, mecanismo de hopping e percolação. Realizamos a análise dos dados por meio da metodologia de Aproximação de Canal Gradual (GCA). As simulações computacionais que fizemos foram baseadas no mecanismo de condutividade por percolação desenvolvido por Vissenberg-Matters (VM) [1]. Por meio da GCA, demonstramos que o OFET estudado tem uma razão on/off de 102 a 103 para uma voltagem de -30V aplicada no dreno. Sendo que o fim do regime linear se deu logo após os -9V e o início do regime de saturação ocorreu logo após -16V. A mobilidade de cargas calculada no canal do OFET durante o regime de saturação foi de 0,42 cm2/V.s e de 0,96 cm2/V.s durante o regime linear. Pelas simulações feitas do modelo VM, obtivemos um bom ajuste ao comportamento linear do transistor operado, conseguindo explicar quantitativamente o transporte de cargas em sistemas desordenados, tais como são os vistos em materiais orgânicos. _______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The present dissertation is focused on analizing the mechanisms that govern the electronic transport in organic semiconductors, applying these concepts in organic field-effect transistors (OFET). The chosen semiconductor was pentacene, which was the semiconducting layer in an OFET built under the “bottom-gate” archetype. The theories analised to describe the electronic transport comprise the electron-phonon coupling, polarons, hopping and percolation mechanisms. The data analysis was performed by the Gradual Channel Approximation (GCA) method. The computational simulations were based on the percolation theory for conductivity developed by Vissenberg and Matters (VM) [1]. By means of the GCA, it is shown that the analyzed OFET has an on/off ratio ranging from 102 to 103 when submitted to a voltage of -30V applied to the drain terminal. The linear regime occured until -9V and the saturation regime started after -16V. The carrier mobility in the OFET channel while operating at the saturation regime was 0.42 cm2/V.s, and 0.96 cm2/V.s while operating at the linear regime. A fine adjustment to the transistor linear regime was obtained by the VM model simulations. This approach was able to explain quantitatively the charge transport in disordered systems, such as in organic materials.
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Injeção e transporte de portadores em dispositivos optoeletrônicos orgânicos e inorgânicos

José de Souza Coêlho, Isnaldo January 2005 (has links)
Made available in DSpace on 2014-06-12T17:35:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7049_1.pdf: 2780132 bytes, checksum: 4e6838d270f502c1df63302de5a741c2 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2005 / Os semicondutores orgânicos surgem como alternativa promissora aos materiais inorgânicos na tecnologia de fabricação de monitores de vídeo, viabilizando aplicações inovadoras. Vantagens tais como leveza, flexibilidade mecânica, variedade de cores e fácil processabilidade para produção em larga escala fizeram com que as telas orgânicas conquistassem seu espaço de destaque entre as demais tecnologias disponíveis atualmente. Nesse trabalho nós analisamos curvas I-V estáticas típicas de LEDs orgânicos (OLEDs), a unidade fundamental das telas orgânicas, com o objetivo de desenvolver ferramentas adequadas para análise desses dispositivos. Com isso, demonstramos que os OLEDs se comportam efetivamente como diodos Schottky do ponto de vista eletrônico. Dois métodos de Engenharia usualmente aplicados para análise de diodos Schottky inorgânicos são adaptados para avaliação de OLEDs e uma técnica de caracterização elétrica alternativa, a Espectroscopia de Impedância, confirma a validade das hipóteses adotadas. Na segunda parte da tese propomos um modelo original incluindo os efeitos da excitação luminosa no comportamento de dispositivos inorgânicos conhecidos como diodos de tunelamento ressonante (RTDs). Nosso modelo equaciona os efeitos de fotocondutividade e retenção de cargas, reconhecidamente responsáveis pelo deslocamento da curva I-V estática desses dispositivos quando sua estrutura é submetida à excitação óptica. Simulações computacionais demonstram que o modelo teórico é capaz de ajustar as curvas experimentais com boa precisão
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Desenvolvimento de um protocolo eficiente para o cálculo do acoplamento eletrônico entre moléculas orgânicas

Pereira, Tamires Lima 12 August 2014 (has links)
Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2014-12-03T15:31:29Z No. of bitstreams: 1 2014_TamiresLimaPereira.pdf: 2134076 bytes, checksum: fdf2ada0d8148f116ddebeb095ddd379 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-12-04T13:58:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_TamiresLimaPereira.pdf: 2134076 bytes, checksum: fdf2ada0d8148f116ddebeb095ddd379 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-12-04T13:58:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_TamiresLimaPereira.pdf: 2134076 bytes, checksum: fdf2ada0d8148f116ddebeb095ddd379 (MD5) / Neste trabalho, analisamos um parâmetro fundamental na descrição do transporte de carga em semicondutores orgânicos: o acoplamento eletrônico. Para isso, usamos um sistema modelo de um dímero da molécula de etileno, utilizando duas abordagens diferentes, com o intuito de verificar, qual dessas descreve mais eficientemente este parâmetro, e, assim, poder aplicar em sistemas orgânicos maiores. Realizamos todos os cálculos baseados em métodos da Química Quântica, como o Hartree-Fock e a Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Apresentamos um estudo, onde calculamos o acoplamento eletrônico do dímero de etileno e utilizamos diferentes funcionais e conjunto de base disponíveis no pacote computacional Gaussian'09. Além disso, utilizamos o pacote computacional Q-Chem v.4.1, com o intuito de realizar cálculos adicionais, possibilitando uma comparação dos resultados encontrados usando essas duas metodologias. Comparando as diferentes abordagens, constamos que a abordagem utilizada no software Q-Chem v.4.1 prevê os resultados mais confiáveis, bem como um custo computacional mais baixo. Este trabalho será a base de outros estudos que irão usar, por sua vez, o cálculo do acoplamento eletrônico para descrever as propriedades do transporte de carga em semicondutores orgânicos. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / In this work we analyze a fundamental parameter used in the description of charge transport in organic semiconductors: the electronic coupling. To do this, we use da ethylene model and two approaches in order to check which approach can describe this parameter more eficiently, and thus be used for larger organic systems. All calculations were carried out in the framework of Quantum Chemistry, under the Hartree-Fock and Density Functional Theory (DFT) approximation. We will present a study in which we have calculated the electronic coupling for a dimer of ethylene and have used different functionals, together with base sets available in the Gaussian'09 computacional package. Besides, we used the Q-Chem v.4.1 computational package in order the carry out additional calculations allowing us to compare results using diferent methodology. Comparing the two approaches, we concluded that the Q-Chem v.4.1 approach provides more appropriate results with a lower computacional cost. This work will be the basis of other studies that will, follow using the electronic coupling as basis to describe the charge transport properties of organic semiconductors.
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Propriedades Ópticas de Semicondutores Orgânicos à Base de Polímeros Emissores de Luz / Optical proprieties of organic semiconductors based on light emitting polymers.

Marletta, Alexandre 31 August 2001 (has links)
Neste trabalho, nós estudamos as propriedades ópticas de absorção e emissão de polímeros conjugados luminescentes baseados no poli(p-fenileno de vinilideno) (PPV). Este material foi processado na forma de filme pelas técnicas casting, spin-coating, self-assembled (SA) e Langmuir-Blodgett (LB), disponíveis no Grupo de Polímeros Bernhard Gross, e caracterizado opticamente e quimicamente As propriedades ópticas do PPV foram investigadas através das seguintes técnicas: fotoluminescência (PL), fotoluminescência por excitação seletiva e absorção óptica. As medidas foram realizadas em função da temperatura da amostra e polarização luz de excitação e emissão. A caracterização química e estrutural do material estudado foi feita através de espectroscopia de infravermelho e analise de elementos. A anisotropia molecular no plano de filmes LB-PPV foi estudada por dicroísmo circular e medidas de birrefringência. Uma nova metodologia do material usado e de preparação de filmes de PPV também foi desenvolvida neste trabalho. Nós adotamos uma rota alternativa que consiste na substituição do contra-íon do precursor, poli(cloreto de tetrahidrotiofeno de xililideno) (PTHT), em solução aquosa por um íon de cadeia longa, o sal de sódio do ácido dodecilbenzenosulfonico (DBS). A vantagem da utilização deste polímero precursor está na possibilidade de converter filmes de PPV com alto grau de conjugação a 115 °C em apenas 3 minutos. Usando o DBS, os filmes de PPV podem ser convertidos sobre atmosfera ambiente e temperaturas de 80 °C, com propriedades ópticas melhores que as obtidas pelos métodos convencionais de conversão de filmes a temperaturas acima de 200 °C sobre vácuo. Filmes estáveis de Langmuir de PTHT-DBS foram transferidas sobre substratos de quartzo. Os filmes LB-PPV apresentaram uma grande anisotropia, demonstrada pelos experimentes de dicroísmo linear observados por absorção óptica e emissão de luz linearmente polarizada e por medidas de birrefringência. Além do mais, filmes SA-PPV foram produzidos por uma metodologia diferente. A adsorção alternada das camadas de PTHT e DBS resulta em filmes de PPV com grande grau de conjugação e espectros com estrutura bem resolvida. Um grande aumento da PL causado pela luz de excitação, na presença de ar, foi observado em filmes de PPV. Este efeito é acompanhado por um deslocamento para o azul do espectro de absorção, resultado da diminuição do comprimento de conjugação efetivo e formação de defeitos estruturais como o grupo carbonila. O aumento da PL pode ser explicado considerando a difusão dos portadores de carga por transferência de energia de via Förster para a região não degradada do filme de PPV, este processo é ativado pela formação de um perfil energético ao longo do filme devido a uma distribuição de segmentos conjugados gerados por foto-oxidação. O modelo teórico baseado nos dados experimentais e considerando o parâmetro geométrico é proposto. Finalmente, a análise de linha espectral da absorção e emissão do PPV com diferentes graus de conjugação foi realizada com sucesso na região das transições eletrônicas entre os estados não localizados p-p* pela análise de Franck-Condon. / In this work, we studied the optical proprieties of absorption and emission of luminescent conjugated polymers based on poly(p-phenylene vinylene) (PPV). This material was processed in thin films by casting, spin-coating, self-assembled (SA) e Langmuir-Blodgett (LB) techniques, available in the Grupo de Polímeros Bernhard Gross, where the samples were characterized optically and chemically. The optical proprieties of PPV were investigated by the following techniques: photoluminescence (PL), photoluminescence excitation spectroscopy and optical absorption. The measurements were carried out in function of sample temperature and polarization of the excitation and the emission light. The chemical and structural characterization of the material was performed by infrared spectroscopy and elemental analysis. The molecular anisotropy in plane of LB-PPV films were studied by circular dichroism and birefringence experiments. A new methodology in the material and film processing was developed in this work. Here we have adopted an alternative approach consisting in substituting the chloride counter ion of a water-soluble precursor, poly(xylylidene tetrahydrothiophenium chloride) (PTHT), by a long chain sulfonic counter ion (DBS) using a sodium salt of dodecylbenzenesulfonic acid. The advantage of this precursor polymer lies in the possibility of converting PPV films with a high conjugation length at 115 °C within only 3 min. Using DBS allowed PPV films to be converted under atmospheric pressure at temperatures as low as 80 oC, with conjugation length and optical properties better than for standard films converted at temperatures above 200 oC under controlled atmospheres. Stable Langmuir PTHT-DBS monolayers were transferred onto quartz substrates in the form of LB films. These LB-PPV films are highly anisotropic as demonstrated by linear dichroism experiments using linearly polarized optical absorption and emission and by birefringence measurements. Furthermore, SA-PPV films were produced by a different methodology. The adsorption on alternate PTHT and DBS layers result in PPV films with high conjugation degree and well-resolved spectral structure. These results are not similar in the literature. A strong PL enhancement was observed in PPV films caused by light excitation in the presence of air. This effect is accompanied by a blue-shift in the absorption spectrum resulting in shortened effective conjugation length and by a formation of defects such as carbonyl groups. The PL enhancement can be explained by an efficient incoherent diffusion of excited carriers to non-degraded PPV segments by Förster transfer, which is activated by the formation of an energy profile in the film due to distribution conjugation lengths generated by photodegradation. A theoretical model based on experimental data and considering the geometric parameters is proposed. Finally, the spectral line shape of absorbance and emission of PPV with different conjugation degrees was analyzed with success in the region of p-p* non-localized electronic transitions by Franck-Condon analysis.
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Estudo teórico do transporte de carga em semicondutores orgânicos e das propriedades eletrônicas e ópticas de moléculas conjugadas

Lima, Igo Tôrres 18 March 2015 (has links)
Tese (doutorado)Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2015. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2016-01-11T14:22:53Z No. of bitstreams: 1 2015_IgoTorresLima.pdf: 72890202 bytes, checksum: 147cad83fa4357f1a709bceb32b929ad (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-01-13T17:46:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_IgoTorresLima.pdf: 72890202 bytes, checksum: 147cad83fa4357f1a709bceb32b929ad (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-13T17:46:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_IgoTorresLima.pdf: 72890202 bytes, checksum: 147cad83fa4357f1a709bceb32b929ad (MD5) / O presente trabalho consiste em um estudo teórico sobre os parâmetros importantes envolvidos no transporte de carga de semicondutores orgânicos, tais como o acoplamento eletrônico e a energia de reorganização. Esses parâmetros foram investigados para uma nova classe de semicondutores orgânicos que apresentam simetria C3. Tais sistemas se apresentam como uma plataforma versátil com potencial para aplicação em eletrônica molecular. Nesta etapa, realizamos o cálculo do acoplamento eletrônico para o dímero de um dos derivados de trindole utilizando métodos Hartree-Fock (HF) e Teoria do Funcional Densidade (DFT). Confirmamos a forte dependência dos valores para o acoplamento eletrônico com relação ao método utilizado no cálculo de Química Quântica. Como parte da investigação de novos compostos orgânicos para aplicação em dispositivos de eletrônica molecular, nó examinamos as propriedades eletrônicas e ópticas de um conjunto de moléculas -conjugadas para aplicação em dispositivos de eletrônica molecular. Os sistemas estudados constituem uma série de copolímeros do tipo doador aceitador que diferem na natureza da conjugação sistemas que apresentam o tradicional caminho de conjugação linear ao longo do eixo do esqueleto conjugado, como também aqueles nos quais a conjugação entre as unidades aceitadoras e ortogonal ao eixo molecular. Diferenças significativas nas propriedades ópticas foram observadas nos sistemas conjugados ortogonalmente comparados aos polímeros mais tradicionais, onde os fragmentos doador e aceitador estão em série ao longo da direção do esqueleto conjugado. Os resultados obtidos nesta etapa de analises mostram que as propriedades eletrônicas é ópticas são muito enunciadas pela escolha dos fragmentos doador-aceitador, e estas propriedades podem ser vistas como uma função do caminho de conjugação. Al em disso, estudamos as propriedades eletrônicas e ópticas dos principais carotenóides presentes no óleo de Buriti. Os resultados mostram que o comprimento de conjugação molecular tem influência significativa no gap de energia e absorção óptica. Outro ponto discutido é a precisão dos resultados teóricos comparados aos dados experimentais. Aqui destacamos a dificuldade que os métodos de Química Quântica têm para descrever corretamente os sistemas que apresentam longas cadeias conjugadas, como o poliacetileno e a família das cianinas. / In this work we present a theoretical study of the important parameters involved in charge transport of organic semiconductors, such as the electronic coupling and reorganization energy. These parameters were investigated for a new class of organic semiconductors that exhibit C3 symmetry. These systems represent a versatile platform with potential application for the molecular electronics. In this step, we perform the evaluation of the electronic coupling for a dimer of triindole derivatives using Hartree-Fock methods (HF) and Density Functional Theory (DFT). We con rmed the strong dependence of the electronic coupling values depending on the method used in the calculation. As part of the investigation of new organic compounds for application in molecular electronics devices, we theoretically examine the electronic and optical properties of a set of molecules -conjugated for application in molecular electronics devices. The studied systems constitute a series of donor-acceptor copolymers which di er in the nature of the conjugation pathway: Traditional linear conjugation having combined donor and acceptor units linked along the backbone of the conjugated axis as well as those where the combination of the acceptor units orthogonally attached to the axis of the conjugated backbone. Signi cant di erences in optical properties were observed in the orthogonally conjugated systems compared to the more traditional polymers, where donor and acceptor fragments are in series along the direction of the conjugated backbone. The results of this analysis show that the electronic and optical properties are greatly in uenced by the choice of donor-acceptor fragments, and these properties can be seen as a function of the conjugation pathway. In addition, we studied the electronic and optical properties of the major carotenoids present in Buriti oil. The results show that the molecular conjugation length has a signi cant in uence on the energy gap and optical absorption. Another discussed subject is the accuracy of the theoretical results compared to the experimental data. Here we highlight the di culty that Quantum Chemical methods have to correctly describe systems that have long conjugated chains, such as polyacetylene and cyanines.
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Propriedades Ópticas de Semicondutores Orgânicos à Base de Polímeros Emissores de Luz / Optical proprieties of organic semiconductors based on light emitting polymers.

Alexandre Marletta 31 August 2001 (has links)
Neste trabalho, nós estudamos as propriedades ópticas de absorção e emissão de polímeros conjugados luminescentes baseados no poli(p-fenileno de vinilideno) (PPV). Este material foi processado na forma de filme pelas técnicas casting, spin-coating, self-assembled (SA) e Langmuir-Blodgett (LB), disponíveis no Grupo de Polímeros Bernhard Gross, e caracterizado opticamente e quimicamente As propriedades ópticas do PPV foram investigadas através das seguintes técnicas: fotoluminescência (PL), fotoluminescência por excitação seletiva e absorção óptica. As medidas foram realizadas em função da temperatura da amostra e polarização luz de excitação e emissão. A caracterização química e estrutural do material estudado foi feita através de espectroscopia de infravermelho e analise de elementos. A anisotropia molecular no plano de filmes LB-PPV foi estudada por dicroísmo circular e medidas de birrefringência. Uma nova metodologia do material usado e de preparação de filmes de PPV também foi desenvolvida neste trabalho. Nós adotamos uma rota alternativa que consiste na substituição do contra-íon do precursor, poli(cloreto de tetrahidrotiofeno de xililideno) (PTHT), em solução aquosa por um íon de cadeia longa, o sal de sódio do ácido dodecilbenzenosulfonico (DBS). A vantagem da utilização deste polímero precursor está na possibilidade de converter filmes de PPV com alto grau de conjugação a 115 °C em apenas 3 minutos. Usando o DBS, os filmes de PPV podem ser convertidos sobre atmosfera ambiente e temperaturas de 80 °C, com propriedades ópticas melhores que as obtidas pelos métodos convencionais de conversão de filmes a temperaturas acima de 200 °C sobre vácuo. Filmes estáveis de Langmuir de PTHT-DBS foram transferidas sobre substratos de quartzo. Os filmes LB-PPV apresentaram uma grande anisotropia, demonstrada pelos experimentes de dicroísmo linear observados por absorção óptica e emissão de luz linearmente polarizada e por medidas de birrefringência. Além do mais, filmes SA-PPV foram produzidos por uma metodologia diferente. A adsorção alternada das camadas de PTHT e DBS resulta em filmes de PPV com grande grau de conjugação e espectros com estrutura bem resolvida. Um grande aumento da PL causado pela luz de excitação, na presença de ar, foi observado em filmes de PPV. Este efeito é acompanhado por um deslocamento para o azul do espectro de absorção, resultado da diminuição do comprimento de conjugação efetivo e formação de defeitos estruturais como o grupo carbonila. O aumento da PL pode ser explicado considerando a difusão dos portadores de carga por transferência de energia de via Förster para a região não degradada do filme de PPV, este processo é ativado pela formação de um perfil energético ao longo do filme devido a uma distribuição de segmentos conjugados gerados por foto-oxidação. O modelo teórico baseado nos dados experimentais e considerando o parâmetro geométrico é proposto. Finalmente, a análise de linha espectral da absorção e emissão do PPV com diferentes graus de conjugação foi realizada com sucesso na região das transições eletrônicas entre os estados não localizados p-p* pela análise de Franck-Condon. / In this work, we studied the optical proprieties of absorption and emission of luminescent conjugated polymers based on poly(p-phenylene vinylene) (PPV). This material was processed in thin films by casting, spin-coating, self-assembled (SA) e Langmuir-Blodgett (LB) techniques, available in the Grupo de Polímeros Bernhard Gross, where the samples were characterized optically and chemically. The optical proprieties of PPV were investigated by the following techniques: photoluminescence (PL), photoluminescence excitation spectroscopy and optical absorption. The measurements were carried out in function of sample temperature and polarization of the excitation and the emission light. The chemical and structural characterization of the material was performed by infrared spectroscopy and elemental analysis. The molecular anisotropy in plane of LB-PPV films were studied by circular dichroism and birefringence experiments. A new methodology in the material and film processing was developed in this work. Here we have adopted an alternative approach consisting in substituting the chloride counter ion of a water-soluble precursor, poly(xylylidene tetrahydrothiophenium chloride) (PTHT), by a long chain sulfonic counter ion (DBS) using a sodium salt of dodecylbenzenesulfonic acid. The advantage of this precursor polymer lies in the possibility of converting PPV films with a high conjugation length at 115 °C within only 3 min. Using DBS allowed PPV films to be converted under atmospheric pressure at temperatures as low as 80 oC, with conjugation length and optical properties better than for standard films converted at temperatures above 200 oC under controlled atmospheres. Stable Langmuir PTHT-DBS monolayers were transferred onto quartz substrates in the form of LB films. These LB-PPV films are highly anisotropic as demonstrated by linear dichroism experiments using linearly polarized optical absorption and emission and by birefringence measurements. Furthermore, SA-PPV films were produced by a different methodology. The adsorption on alternate PTHT and DBS layers result in PPV films with high conjugation degree and well-resolved spectral structure. These results are not similar in the literature. A strong PL enhancement was observed in PPV films caused by light excitation in the presence of air. This effect is accompanied by a blue-shift in the absorption spectrum resulting in shortened effective conjugation length and by a formation of defects such as carbonyl groups. The PL enhancement can be explained by an efficient incoherent diffusion of excited carriers to non-degraded PPV segments by Förster transfer, which is activated by the formation of an energy profile in the film due to distribution conjugation lengths generated by photodegradation. A theoretical model based on experimental data and considering the geometric parameters is proposed. Finally, the spectral line shape of absorbance and emission of PPV with different conjugation degrees was analyzed with success in the region of p-p* non-localized electronic transitions by Franck-Condon analysis.
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PREPARAÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS COM POTENCIAL APLICAÇÃO EM DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS: AVALIAÇÃO DE PROPRIEDADES FOTO-FÍSICAS E ELETROQUÍMICAS

Klider, Karine Cristina Carrilho Weber dos Santos 27 July 2016 (has links)
Made available in DSpace on 2017-07-20T12:40:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Karine Klider.pdf: 4696661 bytes, checksum: 1625309038e6d64e39214301b4f96f7b (MD5) Previous issue date: 2016-07-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this study, we evaluated the optical and electrochemical properties of organic compounds of different types in order to analyze their potential for application active layer in photovoltaic devices. The work was divided into three parts. The first discloses the preparation and characterization of a derivative of 1,8-naphthalimide chromophore prepared from the reaction with a benzonitrile unit (also synthesized and characterized in this work). The BID-NB compound showed optical and electrochemical properties equivalent of the chromophore with optical and electrochemical band gap of 3.41 eV and 2.19 eV. Photovoltaic devices using bilayer architecture, constructed with the compound as the active layer, reached 0.9% of power conversion efficiency (PCE) and a current density at short circuit of 5.68 mA cm-2 by using the C70 fullerene as electron acceptor layer, and 1,8-diiodoocthane as additive in the solution for active layer deposition. The second part the work described the preparation of conjugated molecules (with electron donor acceptor characteristics) from the indigo dye modification by addiction of thiophene units. It was found that increasing number of thiophene units resulted in better opto-electrochemical properties. The molecule that showed the best behavior, DHT-IND, presented optical and electrochemical band gap of 1.64 and 1.45 eV respectively. Despite the low band gap value, the bulk heterojunction (BHJ) solar cell constructed with a 1: 3 mixture of DHT-IND and PC71BM as active layer, showed PCE of 0.7% and current density at short circuit of -4.59 mA cm-2. The fill factor (FF) was 26%. In the third part of this work we evaluated the photocurrent generation by the copolymer PPV/DCN-PPV formed by DCN-PPV chains attached to PPV chain. The evaluation performed as film deposited on a glass substrate containing ITO coated, which has exposed to a LED ilumination. After irradiation the copolymer generated current of A cm-2 (unstable), and -2 A cm-2 (stable). / Neste trabalho foram avaliadas as propriedades ópticas e eletroquímicas de deferentes compostos orgânicos, e analisar suas potencialidades para aplicação como camada ativa em dispositivos fotovoltaicos. Dividiu-se o trabalho em três partes. A primeira revelou a preparação e caracterização de um derivado do cromóforo 1,8-naftalimida, preparado a partir da reação com uma unidade de benzonitrila previamente preparada e caracterizada. O composto 4-(2-(1,3-dioxo-1H-benzo[de]isoquinolin-2(3H)-il)etoxi)-2,5-dimetilbenzonitrila, ou BID-NB, apresentou propriedades ópticas e eletroquímicas equivalentes às do cromóforo, com band gap óptico de 3,41 eV e eletroquímico de 2,19 eV. Dispositivos fotovoltaicos de bicamada foram construídos com o composto BID-NB como camada ativa, sendo que a eficiência máxima de conversão foi de 0,9% com uma densidade de corrente de curto circuito de -5,68 mA cm-2. O dispositivo que auferiu tais resultados foi construído com o fulereno elétron-aceptor C70, e com o auxilio do aditivo 1,8-diiodooctano na deposição da camada ativa. A segunda parte do trabalho consistiu da preparação de moléculas conjugadas do tipo doador/aceptor de elétrons, a partir da modificação do corante índigo com unidades de tiofenos. Constatou-se que o aumento da quantidade de unidades de tiofenos nas moléculas favoreceu suas propriedades opto-eletroquímicas. O composto 7,14-bis(3``,4`-diexil-[2,2`:5`,2``-tertiofen]-5-il)diindolo[3,2,1-de:3`,2`,1`-il][1,5]naftiridina-6,13-diona, ou DHT-IND, foi o que apresentou os menores valores de band gap óptico e eletroquímico, nos valores de 1,64 e 1,45 eV respectivamente. O dispositivo fotovoltaico de heterojunção, construído a partir da mistura 1:3 de DHT-IND e PC71BM como camada ativa, apresentou eficiência de conversão de 0,7% e densidade de corrente de -4,59 mA cm-2. Na terceira parte deste trabalho avaliou-se geração de fotocorrente em um copolímero formado por blocos de PPV ligados a blocos de DCN-PPV (PPV/DCN-PPV). A avaliação foi efetuada na forma de filme sobre um substrato de vidro contendo ITO, o qual foi exposto a iluminação de LED. O copolímero gerou corrente de até -4 A cm-2 (instável), e de -2 A cm-2 (estável) após iluminação.

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