This research was designed to fabricate and characterize novel polyhedral phase segregated microstructures of polystyrene (PS)-matrix composites filled with multi-walled carbon nanotubes (MWNT) and indium tin oxide (ITO) nanopowders. PS-composites were compression molded with MWNT and ITO separately first. The resulting composites were conducting, and remained optically transparent. Mixtures of MWNT and ITO were then used to form mixed ITO/MWNT PS-composites in order to optimize their transparency and conductivity. This was achieved by fabricating composites with varying concentrations of fillers. Impedance spectroscopy was used to characterize the electrical properties of the PS-composites. Optical properties were characterized by measuring the transmission of light through the PS-composite in the visible light spectrum using a spectrophotometer. The electrical properties and microstructural attributes of the fillers used were also characterized. The main objective of the project was to understand the relationships between the structural, electrical, and optical properties of the PS-composites. The resistivity of PS-composites filled with MWNT ranged from 105 to 1013 Ω cm for samples with 0.007 to 0.9 vol% MWNT. The resistivity of PS-composites filled with ITO ranged from 107 to 1013 Ω cm for PS-composites with 0.034 to 0.86 vol% ITO. PS/ITO composites had a percolation threshold of 0.15, 0.25, or 0.3 phr ITO, depending on the type of ITO used in the composite. The percolation threshold of PS/MWNT composites was found to be 0.01 phr MWNT. Mixed ITO/MWNT PS-composites were already percolated, the concentrations investigated in xv ii this study were already above the percolation threshold of these composites. A time dependence on impedance was found for PS-composites filled with MWNT. As time increases there is a decrease in impedance, and in some cases also a dependence on voltage. All PS-composites showed a dependence on the microstructure of the PS matrix and the filler material. The resistivity and percolation threshold were lower for PS/MWNT composites than PS/ITO composites due to the difference in filler size and aspect ratio, since MWNT have a smaller size. The orientation of PS grains with respect to neighboring grains was found to affect the resistivity of PS/MWNT. PS/MWNT composites with preferentially oriented PS grains were found to have a lower resistivity. Mixed ITO/MWNT PS-composites with the right filler concentrations were able to maintain transmission while decreasing resistivity. The fracture surface of fractured PS-composites prepared in this work indicated that there was bonding between adjacent PS-grains. From this work, it can be concluded that large grain hybrid ITO/MWNT PS-composites provide insight into the effect of combining nanometer sized filler materials together in a polymer matrix on the resultant structural, electrical, and optical properties of the composite. In the future, it is recommended that this study be used to aid research in flexible transparent conducting electrodes using a polymer matrix and hybrid/mixed nanometer sized conducting fillers.

Solid state lighting is a new environmentally friendly light source. So far, light emitting diodes (LEDs) and organic LEDs (OLEDs) have been presented as candidates with potentially high efficiency. Recent advances of OLEDs in device architecture, light-out coupling, and materials have ensured high efficiency, exceeding that of incandescent light bulbs. In contrast to conventional point source LEDs, OLEDs distribute light throughout the surface area and are not restricted by their size. Additionally, OLEDs are expected to reach sufficient stability in the near future. The remaining challenge for OLEDs is their cost. New OLED technologies provide cost effective manufacturing methods which could be presented for transparent electrode materials because indium tin oxide (ITO), a widely used material as a transparent electrode for OLEDs, is less than optimal due to its high element price. In this work, alternative transparent electrodes for OLEDs as a replacement of ITO were studied. First, Al doped ZnO (ZnO:Al) which is composed of abundant materials was investigated with DC magnetron sputtering under a wide range of experimental conditions. The optimised ZnO:Al received comparable performance with conventional ITO films, low sheet resistance of 22.8 Ω/sq as well as a high transparency of 93.1 % (average value in the visible range). Various type of p-i-n OLEDs were employed on the structured ZnO:Al using photolithography. Green OLEDs with double emission layers have been archived stable efficiencies even at higher luminance. Also, OLEDs using two fluorescent colour system on ZnO:Al anode showed a purely white emission. It has been found that the OLEDs on ZnO:Al anode has comparable or better device efficiencies and operational lifetime compared to OLEDs on conventional ITO anode. As another alternative electrode, the conductive polymer Baytron®PH510 (PEDOT:PSS) was investigated. Due to a relatively high sheet resistance of PEDOT:PSS, metal grid was designed for large size OLEDs. White OLEDs on PEDOT anode with a size of 5 × 5 cm2 have achieved more than 10 lm/W of power efficiency using a scattering foil. Furthermore, up-scaled devices on 10 × 10 cm2 were also demonstrated. These results showed ZnO:Al and PEDOT are suitable for OLEDs as anode and have high potential as alternative transparent electrode materials.

Ce travail porte sur la modélisation dynamique des fours de réchauffage en continu de la sidérurgie en développant une logique de supervision en ligne. Le premier axe présente l'élaboration d'un modèle dynamique global d'un four de réchauffage où seules l'équation de l'énergie et l'équation de continuité sont appliquées en utilisant et perfectionnant le logiciel THERMETTE du Centre Energétique et Procédés (CEP). Le modèle est applicable à tous les types de fours grâce à l'interface de l'outil SAFIR-4D développé pour la société Stein-Heurtey. A l'aide de cette interface, un four quelconque est décrit et le modèle dynamique est généré automatiquement après avoir calculé les facteurs de transferts radiatifs du four étudié. Les facteurs de transferts sont calculés par la méthode "Damier", méthode de calcul rapide des facteurs de transferts radiatifs développée dans cette thèse, couplée au logiciel MODRAY du CEP. La validation numérique de la méthode "Damier" est effectuée afin d'en démontrer son exactitude avec ce qu'elle apporte comme gain considérable en temps de calcul. La validation expérimentale, basée sur une brame instrumentée circulant dans un four, montre la cohérence du modèle dynamique global mis en place et couplé aux facteurs de transferts radiatifs issus de la méthode "Damier". Les résultats obtenus de températures, de débits de produits et de bilan thermique sont en bon accord avec les mesures. Le second grand axe de ce travail porte sur la supervision en ligne d'un four de réchauffage. Le modèle dynamique développé dans la première partie sert d'analogue de four réel et donc de fournisseur de données pour le fonctionnement en ligne du four. Le travail de supervision est une combinaison d'algorithmes de prévision et d'optimisation. La prévision rapide et en ligne des températures des brames permet d'obtenir les données nécessaires à l'optimisation dont la fonction est de mettre à jour les consignes du four afin de vérifier le critère technico-économique de production. La supervision est ensuite validée en comparant les résultats des tests menés à ceux obtenus lors d'une supervision classique où les consignes des zones ont des valeurs constantes. Les résultats sont satisfaisants du point de vue consommation énergétique et critère de températures sur les différentes brames.

ZnO window layers for CIGS solar cells are grown with a DC sputtering technique instead of a conventional RF sputtering technique. Transparent window layers and buffer layers are sputtered from the Zn target in the presence of Oxygen. The window layer is doped with Aluminum in order to achieve high electrical conductivity and thermal stability. The effect of different sputtering parameters on the electrical and optical properties of the films is elaborately studied. Sets of annealing experiments are also performed. Combinations of different deposition parameters are examined to design the optimum fabrication conditions. We are able to deposit 85% transparent, Al doped ZnO films having 002-axis orientation and 4e-4 ohm-cm resistivity, which is successfully, used on CIGS solar cells. Resistivity of undoped ZnO buffer layers is varied form 10-2 ohm-cm to unmeasurable by varying the sputtering parameters. The performance of a reactively sputtered window layer and a buffer layer have matched the performance of the RF sputtered ZnO on CIGS solar cells. There has been considerable effort to eliminate Chemical Bath Deposition of the CdS buffer layer from CIS solar cell fabrication. The performance of an undoped DC sputtered ZnO layer is examined on Cd free CIGS solar cells. The ZnO buffer layer is directly sputtered on an underlying CIGS material. The performance of Cd free solar cells is highly susceptible to the presence of Oxygen in the sputtering ambient of the buffer layer deposition [6]. As Oxygen is a growth component in reactive sputtering, the growth mechanisms of the DC-sputtered buffer layer are studied to improve the understanding. The performance of all reactively sputtered ZnO devices matched the values reported in the literature and the results for DC sputtered ZnO on Cd-free solar cells were encouraging.

L'évolution vers de nouveaux services, comme la TV à la demande, nécessitant de grosses bandes passantes remet en question les débits transportés par chaque canal optique d'un réseau WDM. Les débits des canaux ont atteint aujourd'hui les 100 Gbit/s. Cette montée en débit doit être accompagnée par de nouvelles fonctionnalités au sein des réseaux de transport optiques. Améliorer la flexibilité et assurer la transparence des réseaux optiques sont des défis très importants auxquels les opérateurs doivent faire face aujourd'hui. Un réseau optique est dit transparent, si les signaux optiques transportés ne subissent aucune conversion optoélectronique sauf au moment de leur insertion et de leur extraction dans le réseau optique. La flexibilité, quant à elle, concerne principalement les fonctions d'agrégation et de désagrégation optiques. Aujourd'hui ces fonctions d'agrégation et de désagrégation sont réalisées dans le domaine électronique, ce qui avec la montée du débit, va engendrer un coût important pour les opérateurs. Une manière d'y remédier serait de trouver une technologie adaptée à la montée du débit et offrant la possibilité de faire de l'agrégation et de la désagrégation optique des flux de trafics. Dans cette thèse nous proposons d'étudier une technique de commutation tout-optique offrant la possibilité de faire de la commutation optique intra-canal. Cette technique, baptisée multi-bande OFDM, consiste à diviser un canal WDM en plusieurs entités appelées sous-bandes. Le nombre de ces entités dépend des contraintes technologiques des équipements utilisés pour générer le canal multi-bande (les filtres optiques, les convertisseurs analogiques/numérique et numériques/analogiques). Nous comparons la technologie multi-bande OFDM par rapport à des technologies tendancielles mono-bande : le cas mono-bande opaque et mono-bande transparent. Nous démontrons que la technologie multi-bande OFDM peut être un compromis entre ces deux technologies pour les futurs réseaux de télécommunications optiques. Pour ce faire, nous calculons les performances en termes de blocage. Nous étudions l'impact de la conversion de longueurs d'onde sur les réseaux multi-bande OFDM ainsi que l'impact d'augmenter les nombres de sous-bandes sur les performances du réseau. Nous dégageons les limites technologiques de cette approche. Dans une autre partie de l'étude, nous montrons l'intérêt économique de la technologie multi-bande OFDM. Nous exposons le gain en coût des émetteurs/récepteurs obtenu grâce au déploiement de la technologie multi-bande OFDM sur un réseau cœur et un réseau métropolitain.

Organic solar cells offer attractive properties for novel applications and continuous advances in material and concept development have led to significant improvements in device performance. To exploit their full potential (roll-to-roll production of flexible and top-illuminated devices, using e.g. opaque metal foil or textile as substrate), highly transparent, conductive, mechanically flexible, and cost-efficient top electrodes are of great importance. The current standard material indium tin oxide (ITO) is rigid, expensive and requires a high energy / high temperature deposition process, limiting ITO (and other transparent conductive oxides) to bottom electrode applications. This work presents fundamental investigations to understand and control the properties of transparent conductors and documents four different approaches to prepare transparent electrodes on top of efficient small molecule organic solar cells, with the aim to replace ITO. Fullerene C60 layers are investigated as completely carbon-based electrodes. For an optimized doping concentration, sheet resistance and transmittance are improved and efficient solar cells are realized. Since the lateral charge transport is still limited, a combination with a microstructured conductor is suggested. Pulsed laser deposition allows for the first time a damage-free preparation of gallium doped zinc oxide (ZnO:Ga) layers on top of organic devices by careful optimization of the deposition atmosphere. ZnO:Ga electrodes with a transmittance of Tvis = 82.7 % and sheet resistance Rs = 83 Ohm/sq are obtained. The formation of local shunts due to ZnO:Ga droplets is identified and then prevented by a shadow mask between the target and the sample, enabling solar cells with similar efficiency (2.9 %) compared to a reference device using a state-of-the-art metal top contact. Another very promising alternative are intrinsically flexible, ultra-thin silver layers. By introducing an oxide interlayer, the adverse interpenetration of silver and organic materials is prevented and the charge extraction from the solar cells is improved. With a second oxide layer on top, the silver electrode is significantly stabilized, leading to an increased solar cell lifetime of 4500 h (factor of 107). Scanning electron micrographs of Ag thin films reveal a poor wetting on organic and oxide substrates, which strongly limits the electrode performance. However, it is significantly improved by a 1 nm thin seed layer. An optimized Au/Ag film reaches Tvis = 78.1 % and Rs = 19 Ohm/sq, superior to ITO. Finally, silver electrodes blended with calcium show a unique microstructure which enables unusually high transmittance (84.3 % at 27.3 Ohm/sq) even above the expectations from bulk material properties and thin film optics. Such values have not been reached for transparent electrodes on top of organic material so far. Solar cells with a Ca:Ag top electrode achieve an efficiency of 7.2 %, which exceeds the 6.9 % of bottom-illuminated reference cells with conventional ITO electrodes and defines a new world record for top-illuminated organic solar cells. With these electrodes, semi-transparent and large-area devices, as well as devices on opaque and flexible substrates are successfully prepared. In summary, it is shown that ZnO:Ga and thin metal electrodes can replace ITO and fill the lack of high performance top electrodes. Moreover, the introduced concepts are not restricted to specific solar cell architectures or organic compounds but are widely applicable for a variety of organic devices.

Les oxydes transparents conducteurs (TCO) ont la rare propriété de concilier haute transparence et conductivité élevée, ce qui en fait des matériaux-clés pour de nombreuses applications requérant des électrodes transparentes comme les cellules photovoltaïques, les diodes organiques et les écrans plats. Avec une résistivité de l'ordre de 10^(-4) ohm.cm et une transmittance de 85% dans le domaine visible, l'oxyde d'indium dopé à l'étain (ITO) est le matériau privilégié. Toutefois, sa fragilité, son instabilité aux procédés plasma et son coût croissant du fait de sa haute teneur en indium sont autant de raisons de rechercher des matériaux alternatifs. Cette thèse a pour but de comprendre les points clefs permettant d'améliorer les performances d'une électrode transparente en oxyde de zinc dopé à l'aluminium (AZO) sur les plans optique, électrique et au niveau des interfaces ; des cellules photovoltaïques en silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) servent de dispositif-test à cette étude. Réalisées par pulvérisation cathodique magnétron sous des conditions de dépôt variées, les couches minces d'AZO obtenues ont une structure microcristalline et, pour des paramètres déterminés, des performances optoélectroniques approchant celles de l'ITO. Un modèle adapté d'après la théorie de Drude a permis de rendre compte du lien entre transparence et conduction et de confirmer la saturation en porteurs du matériau. L'efficacité d'une électrode au sein d'un dispositif dépend également très fortement de l'interface entre celle-ci et l'absorbeur, les porteurs devant être extraits rapidement pour ne pas se recombiner. Quelques voies ont été explorées pour réduire la barrière de potentiel entre le silicium amorphe et l'électrode tout en favorisant l'efficacité optique des cellules. Il ressort que l'insertion d'une couche tampon d'oxyde de titane ou de tungstène permet d'obtenir un gain notable dans les performances des cellules.

Thema der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung und Konstruktion einer Gasentladungslampe unter Verwendung von transparenten, lumineszenten Dünnfilmen. Zunächst wurden Leuchtstoffe in nanoskaligem Maßstab hergestellt, um daraus anschließend dünne Filme herzustellen, die für Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich durchlässig sind. Diese Filme können nach Anregung mit UV-Strahlung sichtbares Licht emittieren und eignen sich daher für den Bau einer transparenten Gasentladungslampe. Als Leuchtstoffe kommen Verbindungen in Frage, die auch in herkömmlichen Leuchtstoffröhren verwendet werden. Dazu zählt unter anderem YVO4:Eu als viel genutzter rot emittierender Leuchtstoff und LaPO4:Ce,Tb mit charakteristischer grüner Emission. Diese beiden Verbindungen wurden zunächst als funktionalisierte Nanopartikel hergestellt. Unter Verwendung einer Mikrowelle wurden agglomeratfreie, wässrige YVO4:Eu Dispersionen synthetisiert, deren Partikel einen hydrodynamischen Durchmesser im Bereich von 45,6 nm bis 51,7 nm aufwiesen. Diese Partikel kristallisieren im tetragonalen Kristallsystem und besitzen eine Kristallitgröße zwischen 9 nm bis 10 nm. Die in wässriger Dispersion ausgelöschte Lumineszenz ist nachweisbar, nachdem die Partikel mit Aceton destablisiert wurden. Die getrockneten Pulverproben zeigen dann nach Anregung mit UV-Licht die typische rote Emission des Eu3+ mit Intensitätsmaximum bei 618 nm und besitzen eine Quantenausbeute von ca. 17,3 %. Durch eine Temperaturbehandlung bei 600 °C konnte die Kristallinität der Partikel erhöht werden. Dies führte zu einer Erhöhung der Quantenausbeute auf bis zu 37,2 %. Die Stabilisierung der LaPO4:Ce,Tb Partikel erfolgte im Gegensatz zu YVO4:Eu aus einem Gemisch von Zitronensäure und Phosphorhexansäure. Auf diese Weise konnten stabile wässrige Dispersionen mit 39 nm (hydrodynamischer Durchmesser) großen Partikeln hergestellt werden. Allerdings konnte nicht eindeutig belegt werden, dass es sich LaPO4 mit hexagonalem Kristallsystem handelt, da die Partikel nur sehr schlecht kristallisieren. Daher ist auch die Bestimmung der Kristallitgröße nicht möglich gewesen. Fällt man die Partikel aus wässriger Dispersion aus, so ist anschließend im Fluoreszenzspektrum die charakteristische Tb3+ Lumineszenz mit Intensitätsmaximum bei  = 544 nm nachweisbar. Die Kristallisierung dieser Partikel durch eine Temperaturbehandlung bei 600 °C führte zur Bildung von monoklinem LaPO4. Dabei kam es jedoch zu einem unerwünschten Nebeneffekt. Das im LaPO4:Ce,Tb enthaltene Cer wurde von Ce3+ zu Ce4+ oxidiert und damit die komplette Tb3+-Emission ausgelöscht. Dieser Vorgang ist reversibel, so dass Tempern unter reduktiven Bedingungen die Lumineszenz wieder aktivierte. Um die Partikel in organischen Medien dispergieren zu können, wurde die Oberfläche beider Partikelsysteme mit Octylamin funktionalisiert. Die agglomeratfreien Dispersionen in THF konnten anschließend für Schleuderprozesse zur Dünnfilmerzeugung genutzt werden. Dünne Schichten von YVO4:Eu bzw. LaPO4:Ce,Tb auf Glassubstraten besaßen auch nach Tempern bei 600 °C eine sehr hohe Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich und emittierten charakteristische Fluoreszenz nach Anregung mit UV-Licht. YVO4:Eu beschichtete Substrate wiesen trotz geringer Schichtdicken von ca. 350 nm hohe Quantenausbeuten in Höhe von 22,9 % auf und eignen sich hervorragend für die Verwendung in Gasentladungslampen. Dagegen sind LaPO4:Ce,Tb beschichtete Substrate problematisch, da die Lumineszenz erst durch Reduktion im Wasserstoffstrom aktiviert werden muss (Reduzierung von Ce4+ zu Ce3+). Ziel war es, mit den hergestellten lumineszenten Dünnfilmen eine transparente Gasentladungslampe herzustellen. Bei der Planung der Konstruktion mussten viele Punkte beachtet werden. Dazu gehörte unter anderem die Art des Füllgases, das Elektrodenmaterial, die Abdichtung der Gaskammer, Messung des Kammerdrucks, Art des Dielektrikums und vor allem Spannungsversorgung. Im Verlauf mehrerer Serien wurden die hergestellten Lampen bis zu einem Prototyp laufend in Hinsicht Gasabdichtung, Gaszuführung und Druckkontrolle weiterentwickelt. Letztlich konnte eine funktionierende Gasentladungslampe gebaut werden, die nach Anlegen einer Spannung von 4 kV bei 50 kHz Licht in der Farbe des Leuchtstoffes der Schicht (rot – YVO4:Eu) emittierte.

Transparent conductive oxides (TCOs) are key functional materials in existing and future electro-optical devices in the fields of energy efficiency, energy generation and information technology. The main application of TCOs is as thin films transparent electrodes where a combination of maximum electrical conductivity and transmittance in the visible to nearinfrared spectral range is required. However, due to the interdependence of the optical properties and the free electron density and mobility, respectively, these requirements cannot be achieved simultaneously in degenerately doped wide band-gap oxide semiconductors. Therefore, a detailed understanding of the mechanisms governing the generation of free charge carriers by extrinsic doping and the charge transport in these materials is essential for further development of high performance TCOs and corresponding deposition methods. The present work is aimed at a comprehensive investigation of the electrical, optical and structural properties as well as the elemental composition of (Al,Ga) doped ZnO and Nb doped TiO2 thin films prepared by pulsed DC reactive magnetron sputtering. The evolution of the film properties is studied in dependence of various deposition parameters through a combination of characterization techniques including Hall-effect, spectroscopic ellipsometry, spectral photometry, X-ray diffraction, X-ray near edge absorption, Rutherford backscattering spectrometry and particle induced X-ray emission. This approach resulted in the development of an alternative process control method based on the material specific current-voltage pressure characteristics of the reactive magnetron discharge which allows to precisely control the oxygen deficiency of the sputter deposited films. Based on the experimental data, models have been established that describe the room temperature charge transport properties and the dielectric function of the obtained ZnO and TiO2 based transparent conductors. On the one hand, these findings allow the prediction of material specific electron mobility limits by identifying the dominating charge carrier scattering mechanisms. On the other hand, new insight is gained into the origin of the observed transition from highly conductive to electrically insulating ZnO layers upon the incorporation of increasing concentrations of Al at elevated growth temperatures. Moreover, the Al and Ga dopant activation in ZnO have been quantified systematically for a wide range of Al concentrations and deposition conditions. A direct comparison of the Ga and Al doping efficiency demonstrates that Ga is a more efficient electron donor in ZnO. Further, it has been shown that high free electron mobilities in polycrystalline and epitaxial Nb:TiO2 layers can be achieved by reactive magnetron sputtering of TiNb alloy targets. The suppression of rutile phase formation and the control of the Nb dopant activation by fine tuning the oxygen deficiency have been identified as crucial for the growth of high quality TiO2 based TCO layers.

The technological and innovational developments in steel and glass industries has enabled designers to create completely transparent fa&ccedil / ades. Building fa&ccedil / ade articulations designed to attain maximum transparency, have thus been executed with the contribution of elegant steel supporting systems, having heavy load bearing capacities, by minimizing the dimensions of structural systems. The aim of this study was to define, analyze and evaluate the accumulated knowledge on structural glass wall systems in general, with particular emphasis on those that may be denoted as &amp / #8218 / spider&amp / #8482 / glass fitting elements for potential applications, to formulate a design guide for professional designers. Hence, the primary elements of the system / the support structure, glass, glass connection joints and the other secondary elements have been evaluated within the architectural context. In the second part of the study, glass connection fitting elements were examined. Additionally the products developed by the manufacturing firms and commonly used in various projects were evaluated. Thereafter, whole document, data, photos of the spider fittings were combined in a spider fitting selection table, prepared and created by the author, which describes the types of spider fittings in detail. Finally, technical adequacy, experience, level of organization and workmanship within the context of Turkey, to evaluate the level of knowledge, were studied. In this regard, the glass wall facade the Akman Condomunium Business Center-Medicorium building, constructed with local materials and local manufacturing companies, was examined and compared with the Boeing Headquarters building in USA, which was constructed with a similair glass wall facade system.