Σχεδιασμός, Ανάπτυξη και Μελέτη Πολυμερικών Διόδων Εκπομπής Φωτός με Βελτιστοποιημένες Ηλεκτροοπτικές Ιδιότητες και Υψηλή Απόδοση
Creators: name: Κανατσιόπουλος, Δημήτριος Θεοδώρου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: OLEDs
Οργανικές Δίοδοι Εκπομπής Φωτός
Πολυστρωματικές Δομές
Organic Light Emitting Diodes
Multilayer Structures

description: Η εφεύρεση και η διάδοση του ηλεκτρισμού αποτελεί μία καθοριστική και κομβική στιγμή της ανθρώπινης ιστορίας, καθώς ο ηλεκτρισμός αποτέλεσε τον θεμέλιο λίθο για την ταχύτητα ανάπτυξη και εξέλιξη του ανθρώπινου πολιτισμού και της ανθρώπινης κοινωνίας, αλλά και την διαμόρφωση αυτών μέχρι και σήμερα. Έτσι λοιπόν, στον σύγχρονο αυτόν κόσμο, παράγοντες όπως η συνεχόμενη αύξηση του πληθυσμού και η ραγδαία τεχνολογική πρόοδος, η οποία έχει βασιστεί στο μεγαλύτερο ποσοστό της πάνω στην ύπαρξη του ηλεκτρικού ρεύματος, έχουν οδηγήσει σε μια άνευ προηγουμένου ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας, δημιουργώντας αναπόφευκτα σημαντικές προκλήσεις στην παραγωγή και κατανάλωση της ηλεκτρικής ενέργειας. Οι προκλήσεις αυτές, πέρα από την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών παραγωγής ενέργειας, καθιστούν εξίσου αναγκαία την έρευνα και ανάπτυξη εναλλακτικών πηγών φωτισμού, όπως είναι οι λεγόμενες Οργανικές Δίοδοι Εκπομπής Φωτός (Organic Light Emitting Diodes, OLEDs). Τα επιπρόσθετα πλεονεκτήματα που συγκεντρώνει η συγκεκριμένη τεχνολογία φωτισμού, πέραν των βασικών όπως η υψηλή απόδοση φωτισμού και η μειωμένη κατανάλωση, είναι αυτά που έχουν οδηγήσει τις OLED διατάξεις φωτισμού στο επίκεντρο της έρευνας σε παγκόσμιο επίπεδο με τελικό σκοπό την αντικατάσταση των ήδη υπαρχουσών πηγών φωτισμού. Τα επιπρόσθετα πλεονεκτήματα που προσφέρουν οι OLED διατάξεις φωτισμού είναι το χαμηλό κόστος παραγωγής μέσω ήπιων τεχνικών κατασκευής, αλλά και η εφαρμογή τους σε φωτισμό μεγάλων επιφανειών διαφόρων σχημάτων λόγο της δυνατότητας εκτύπωσής τους πάνω σε εύκαμπτες επιφάνειες. Τα τελευταία χρόνια έμφαση έχει δοθεί στα πολυμερή υλικά καθώς είναι συμβατά με τεχνικές υγρής χημείας και μπορούν να εφαρμοστούν για μεγάλης κλίμακας παραγωγή σε roll to roll (R2R) γραμμή. Ένα από τα βασικά ζητήματα για τον σχεδιασμό αποδοτικών OLED διατάξεων φωτισμού είναι η σωστή Ενεργειακή Ευθυγράμμιση (Energy Level Alignment) και η επίτευξη κατάλληλων Χαρακτηριστικών Εναπόθεσης (Deposition Features) των επιμέρους στρωμάτων, έτσι ώστε να επιτευχθεί μια ισορροπημένη έγχυση και μεταφορά των φορέων φορτίου χωρίς την παγίδευση φορέων στις διεπιφάνειες μεταξύ των επιμέρους στρωμάτων, η οποία εν τέλει θα οδηγήσει σε μια OLED υψηλών προδιαγραφών. Για τον λόγο αυτό, στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται ανάπτυξη και μελέτη των οπτικών και μορφολογικών χαρακτηριστικών διάφορων λεπτών υμενίων που λειτουργούν ως στρώματα μεταφοράς φορέων (Charge Transport Layers) σε OLED διατάξεις, προκειμένου να βρεθεί το καταλληλότερο στρώμα μεταφοράς φορέων το οποίο λόγω των οπτικών, ενεργειακών και μορφολογικών χαρακτηριστικών του θα οδηγήσει στην βελτίωση της συνολικής λειτουργίας μιας OLED, η οποία περιέχει ένα συγκεκριμένο στρώμα εκπομπής φωτός. Για τους σκοπούς της παρούσας ερευνητικής μελέτης οι οπτικές ιδιότητες των επιμέρους υλικών διερευνήθηκαν μέσω της Φασματοσκοπικής Ελλειψομετρίας (SE), της Φασματοσκοπίας Απορρόφησης (UV-Vis Abs) και της Κυκλικής Βολταμμετρίας (CV), ενώ τα μορφολογικά χαρακτηριστικά των λεπτών υμενίων προέκυψαν μέσω της Μικροσκοπίας Ατομικών Δυνάμεων (AFM). Επιπρόσθετα, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις Φωτοφωταύγειας (PL) και Ηλεκτροφωταύγειας (EL) για τον οπτικό και οπτο-ηλεκτρονικό χαρακτηρισμό των επιμέρους λεπτών υμενίων και των OLED διατάξεων που κατασκευάστηκαν, αντίστοιχα.
description: The invention and spread of electricity are a pivotal moment in human history, as electricity was the foundation stone for the rapid development and evolution of human civilization and human society, as well as the shaping of these until today. Thus, in this modern world, factors such as continuous population growth and rapid technological advances, most of which have been based on the existence of electricity, have led to an unprecedented demand for electricity, inevitably creating significant challenges in the production and consumption of electricity. These challenges, in addition to the development of new power generation technologies, make it equally necessary to research and develop alternative sources of lighting, such as the so-called Organic Light Emitting Diodes (OLEDs). The additional advantages that this lighting technology brings together, beyond the basic ones such as high light output and reduced power consumption, are what have driven OLED lighting devices to the centre of research worldwide with the ultimate goal of replacing existing lighting sources. The additional advantages offered by OLED lighting devices are low production costs through mild manufacturing techniques, and their application in illuminating large surfaces of various shapes due to their ability to be printed on flexible surfaces. In recent years, emphasis has been placed on polymeric materials as they are compatible with liquid chemistry techniques and can be applied for large-scale production on a roll to roll (R2R) line. One of the key issues for the design of efficient OLED lighting devices is the proper Energy Level Alignment (ELA) and the achievement of appropriate Deposition Features of the individual layers, so that a balanced injection and transfer of charge carriers can be achieved without trapping carriers at the interfaces between the individual layers, which will ultimately lead to a high specification OLED. For this reason, in this thesis, the optical and morphological characteristics of various thin films that act as Charge Transport Layers in OLED devices are developed and studied in order to find the most suitable Charge Transport Layer which due to its optical, energy and morphological characteristics will lead to the improvement of the overall operation of an OLED containing a specific light emitting layer. For the purpose of this research study, the optical properties of the individual materials were investigated by Spectroscopic Ellipsometry (SE), Absorption Spectroscopy (UV-Vis Abs) and Circular Voltammetry (CV), while the morphological characteristics of the thin films were obtained by Atomic Force Microscopy (AFM). In addition, photoluminescence (PL) and electroluminescence (EL) measurements were performed for optical and opto-electronic characterization of the individual thin films and the fabricated OLED devices, respectively.