[ca] Actualment, més de la meitat de l'energia primària dels combustibles fòssils es perd a tot el món com a calor residual. Reciclar eficaçment aquesta calor residual és útil per superar la crisi energètica mundial. Els dispositius termoelèctrics poden realitzar directament la conversió bidireccional entre electricitat i calor i per això ofereixen un enfocament prometedor per a resoldre el dilema energètic. Els materials termoelèctrics d'alt rendiment requereixen una conductivitat elèctrica i un coeficient Seebeck alts i una baixa conductivitat tèrmica. En comparació amb els materials orgànics, els materials inorgànics convencionals solen ser més eficients per a la conversió d'energia a causa d'una conductivitat elèctrica i coeficient Seebeck alts. No obstant això, la seva elevada conductivitat tèrmica, l'alt cost, la fragilitat i la toxicitat en limiten el desenvolupament. Els materials orgànics han atret una gran atenció a causa dels seus avantatges, com ara la seva conductivitat tèrmica intrínsecament baixa, l'abundància de matèries primeres, el baix pes, la facilitat de processament i la seva flexibilitat. En aquesta tesi presentem un estudi de les propietats òptiques i termoelèctriques de les pel·lícules primes de PEDOT:PSS. Al Capítol 1, oferim una descripció general dels fonaments de la termoelectricitat, proporcionant les principals equacions per descriure la conversió d'energia termoelèctrica. Al Capítol 2, destaquem diversos mètodes de fabricació de pel·lícules de PEDOT:PSS. A més, es presenta la metodologia de preparació de pel·lícules híbrides de ZnO/PEDOT:PSS i GQDs/PEDOT:PSS. Al Capítol 3 s'introdueixen els fonaments dels diferents mètodes de caracterització òptica i termoelèctrica utilitzats al llarg d'aquesta tesi. El Capítol 4 presenta les propietats òptiques de diverses pel·lícules de PEDOT:PSS obtingudes per drop casting i blade coating. Es discuteixen les diferències observades en els espectres òptics que provenen dels diferents continguts de PSS, així com de la influència del tractament amb DMSO. S'investiga l'anisotropia òptica dels índexs de refracció complexos que prové de la disposició preferent en el pla de les cadenes principals de PEDOT i es relaciona amb canvis estructurals detectats mitjançant espectroscòpia Raman. Finalment, també s'estudia la morfologia de les pel·lícules primes arribant a deduir que no sols els canvis estructurals locals de la conformació de cada cadena són importants en la interpretació dels espectres Raman, sinó també la morfologia general de les pel·lícules compostes dePEDOT i PSS. En el Capítol 5, ens centrem en les propietats òptiques i tèrmiques de pel·lícules primes de PEDOT:PSS obtingudes mitjançant blade coating. Per tal d'ajustar la conductivitat tèrmica de les pel·lícules de PEDOT:PSS, es van seguir dues estratègies: (i) Fabricar pel·lícules de PEDOT:PSS amb gradients de gruix. Les mostres estudiades eren dipositades sobre portaobjectes de vidre i el gruix de la pel·lícula fina de PEDOT:PSS canviava al llarg de la direcció de deposició. Es demostra que la conductivitat tèrmica de les pel·lícules de PEDOT:PSS (AI 4083) disminueix notablement en augmentar el gruix de la pel·lícula, la qual cosa es correlaciona amb el canvi en la distribució de les longituds de conjugació del polímer. (ii) Barrejar PEDOT:PSS amb nanocristalls de ZnO i grafè (GQDs). En aquest cas, s'aborda la influència de la concentració de nanopartícules en la conductivitat tèrmica. A més, s'investiguen les propietats òptiques de les pel·lícules primes de PEDOT:PSS barrejades amb dispersions de nanocristalls de ZnO i GQDs mitjançant el·lipsometria espectroscòpica. Les dades s'analitzen en el marc de l'aproximació de Drude, on els paràmetres ajustats amb el model de Drude proporcionen informació afegida sobre la influència de la concentració de nanopartícules a les propietats elèctriques. També es fa servir l'aproximació de mitjà efectiu de Bruggeman per ajustar la relació del volum relatiu dels components de les pel·lícules GQDs/PEDOT:PSS.

[en] Nowadays, more than half of the primary energy of fossil fuels is lost worldwide as waste heat. Effectively recycling such waste heat is helpful to overcome the global energy crisis. Thermoelectrics can directly realize the two-way conversion between electricity and heat and provide a promising approach to solve the energy dilemma. High performance thermoelectric materials require high electrical conductivity (σ) and Seebeck coefficient (S), as well as low thermal conductivity (κ). Compared with organic materials, conventional inorganic materials are typically more efficient for energy conversion due to their high electrical conductivity and Seebeck coefficient, hence, leading to a figure-of-merit, ZT=S2σ /κ, typically exceeding ZT=1. However, their high thermal conductivity, high cost, brittleness and toxicity restrict their further development. Organic materials have attracted substantial attention because of their low thermal conductivity, abundance of raw materials, low weight, convenience to be processed, and flexibility. In the present thesis we provide a comprehensive study on the optical and thermoelectric properties of PEDOT:PSS thin films. In particular, we focus on two relevant aspects: (i) the thickness dependent optical and thermal properties of PEDOT:PSS thin films, and (ii) the modification of their optical and thermoelectric properties through mixing with ZnO nanocrystals and graphene quantum dots(GQDs). In Chapter 1, we provide a general description on the fundamentals of thermoelectricity, providing the main equations to describe thermoelectric energy conversion. In Chapter 2, we highlight various fabrication methods of PEDOT:PSS films, in particular, we discuss the fabrication process of PEDOT:PSS thin films with a thickness gradient. Moreover, the preparation methodology of ZnO/PEDOT:PSS and GQDs/PEDOT:PSS hybrid films is presented. In Chapter 3 we introduce the basics of the different optical and thermoelectric characterization methods used throughout this thesis. Chapter 4 presents the optical properties of various PEDOT: PSS films obtained by drop casting and blade coating. All samples were studied using variable angle spectroscopic ellipsometry. We discuss several differences observed in the optical spectra arising from different content of PSS, as well as the influence of DMSO treatment. We investigate the optical anisotropy of the complex refractive indices which arises from the in-plane arrangement of the PEDOT backbones and relate it to structural changes detected by Raman scattering. Finally, we have established that not only local structural changes of the chain conformation are significant in the interpretation of Raman spectra, but also the overall morphology of the composite films. In Chapter 5, we focus on the optical and thermal properties of blade-coated PEDOT:PSS thin films. In order to tune the thermal conductivity of the PEDOT:PSS films, two strategies were adopted: (i) To fabricate thickness-dependent PEDOT:PSS films. We studied samples with thickness gradients deposited on glass microscope slides, where the thickness of the PEDOT:PSS thin film changes along the deposition direction. We show that the thermal conductivity of PEDOT:PSS (AI 4083) films decreases remarkably by increasing the film thickness, which originates in the change in conjugated lengths distribution. (ii) To blend PEDOT:PSS with ZnO nanocrystals and GQDs. We address the influence of the concentration of nanoparticles on the thermal conductivity. Furthermore, we investigated the optical properties of PEDOT:PSS thin films blended with dispersed ZnO nanocrystals and GQDs using spectroscopic ellipsometry. The data is analyzed within the framework of the Drude approximation, where the fitted parameters obtained from the Drude model provide further insights on the influence of nanoparticle concentration on the electrical properties. As the nanoparticle concentration increases, we observe the rising polaron band and the concomitant decreasing bipolaron concentration, indicating the dedoping of PEDOT chains. In addition, Bruggeman effective medium approximation model was also used to fit the relative volume ratio of the components of GQDs/PEDOT:PSS films.