Μελέτη φωτοηλεκτρονικών ιδιοτήτων οργανικών ημιαγωγών κατάλληλων για εφαρμογές σε φωτοτρανζίστορ και φωτοβολταϊκά
Loading...
Date
2026-07-15
Authors
Λεοντίδη, Δέσποινα
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Ιδιαίτερα σημαντική είναι η θέση των ημιαγωγών στην τεχνολογική πρόοδο καθώς οι οργανικοί ημιαγωγοί τον τελευταίο αιώνα έχουν αναβαθμίσει την καθημερινότητά μας με επαναστατικό τρόπο. Οι οργανικοί ημιαγωγοί, βρίσκονται στις OLED οθόνες αλλά και σε φωτοβολταϊκά πάνελ (OPV) σε τρανζίστορ, wearable συσκευές έως και σε σπιντρονικές μνήμες.
Η παρούσα ερευνητική εργασία εστιάζει στη πειραματική μελέτη των οργανικών ημιαγωγών, με σκοπό αρχικά την κατανόησή τους σε βάθος, με κεντρική πειραματική μέθοδο τη φασματοσκοπία διαμορφωμένου φωτορεύματος (MPC). Η MPC χρησιμοποιείται για τον ποσοτικό προς διορισμό της συγκέντρωσης των τρίπλετ εξιτονίων, καθώς και των κυρίαρχων μηχανισμών με τους οποίους αλληλεπιδρούν τα τρίπλετ εξιτόνια σε οργανικούς ημιαγωγούς. Το κύριο αντικείμενο μελέτης αφορά μονοκρύσταλλο ρουμπρενίου, ενώ συμπληρωματικά μελετήθηκε και ένα τρανζίστορ λεπτού υμενίου πεντακενίου.
Η επεξεργασία του φάσματος MPC, κατά φάση και πλάτος, ως συνάρτηση της συχνότητας διαμόρφωσης, επιτρέπει τον εντοπισμό μιας χαρακτηριστικής συχνότητας διασταύρωσης (ωs), η οποία διαχωρίζει το φάσμα MPC σε δύο διακριτές συχνοτικές περιοχές. Η εξάρτηση της συχνότητας ωs από το ρυθμό φωτογένεσης (Gb) αποκαλύπτει τον εκάστοτε κυρίαρχο μηχανισμό αποσύνθεσης των τρίπλετ.
Σημαντικό εύρημα προέκυψε επίσης από τη μελέτη δείγματος ρουμπρενίου που είχε υποστεί επιφανειακή φθορά λόγω έκθεσης σε ιονικό πιεστικό υψηλού κενού, γνωστό ως ion gauge effect. Η μερική ανόπτηση της συμπεριφοράς του με την πάροδο χρόνου, επέτρεψε την καθαρή παρατήρηση και τον διαχωρισμό των δύο μηχανισμών, αποκαλύπτοντας τη μετάβαση μεταξύ TDA και TTA. Παράλληλα, επιβεβαιώθηκε ότι η φωτοαγωγιμότητα συνεχίζει να προέρχεται από το εσωτερικό του κρυστάλλου, καθώς μετά την επιφανειακή φθορά, και την πάροδο ετών η επιφάνεια συνεχίζει να μην επηρεάζει σημαντικά το φωτορεύμα.
Τέλος, για λόγους πληρότητας της μελέτης, πραγματοποιήθηκε η μέτρηση των χαρακτηριστικών ρεύματος-τάσης (I-V), IDS(VGS), ενός τρανζίστορ πεντακενίου, το οποίο είχε παραμείνει σε αδράνεια για περίπου έξι έτη. Η σύγκριση με τις αρχικές μετρήσεις έδειξε μείωση του ρεύματος Source–Drain κατά περίπου δύο έως τρεις τάξεις μεγέθους, απότελώντας ένδειξη μακροχρόνιας υποβάθμισης της ηλεκτρικής απόκρισης της διάταξης.
Συμπερασματικά, η παρούσα εργασία αποδεικνύει γιατί η MPC αποτελεί ισχυρό και πολύπλευρο εργαλείο για τη μελέτη της γένεσης, διαχωρισμού και επανασύνθεσης εξιτονίων σε οργανικούς ημιαγωγούς.
Πράγματι, η μέθοδος αυτή επιτρέπει τον προσδιορισμό τόσο της πυκνότητας τρίπλετ όσο και της πυκνότητας παγιδευμένων καταστάσεων. Το σημαντικότερο όμως είναι ότι, η δυνατότητα εξαγωγής αυτών των πληροφοριών από μία μόνο πειραματική τεχνική επιβεβαιώνει τη χρησιμότητα της φασματοσκοπίας MPC στην κατανόηση θεμελιωδών διεργασιών σε οργανικούς ημιαγωγούς υπό οπτική διέγερση, παρέχοντας τις προϋποθέσεις για τη βελτιστοποίηση φωτοαγωγιμότητας των οργανικών ηλεκτρονικών διατάξεων. Προτείνεται η δοκιμή της μεθόδου MPC σε άλλα οργανικά ή υβριδικά υλικά, όπως Perovskites, καθώς και η μελέτη του επιθυμητού ρυθμού TTA και TDA ανάλογα με την εφαρμογή. Επιπλέον, η ανάπτυξη νέων υλικών με αποτελεσματικό singlet fission και χαμηλές απώλειες TTA και TDA, που ενσωματώνουν τόσο τη φωτογένεση όσο και τη συλλογή φορτίων με τρόπο που ελαχιστοποιεί τις απώλειες, αποτελεί σημαντικό επόμενο βήμα ειδικά σε τομείς όπως τα οργανικά φωτοβολταϊκά.
Description
Keywords
Οργανικοί ημιαγωγοί, Φασματοσκοπία διαμορφωμένου φωτορεύματος, Ρουμπρένιο, Τρίπλετ εξιτόνια